JP4070136B2 - コイン形電池 - Google Patents

Description

本発明は、円形の底面壁の外周縁から外周筒壁を上向きに曲げた正極缶と、円形の上面壁の外周縁から外周側壁を下向きに曲げた負極缶とを含み、正極缶の外周筒壁の上端周縁部が、負極缶の外周側壁に装着されたガスケットを介してかしめ加工されることで、内向きに湾曲した湾曲部が正極缶の外周筒壁の上端に形成されたコイン形電池に関する。

この種のコイン形電池としては、特許文献１〜６に示すものがある。そこでは、浅い丸皿状の負極缶と、負極缶よりも一回り大きな外径寸法を有する浅い丸皿状の正極缶とをガスケットを介して嵌め合わせ、正極缶の外周筒壁の上端周縁部を内向きに湾曲させてかしめ固定することで、正負極材およびセパレータなどからなる発電要素を電池缶の内部に密封状に収容する。

特開２００２−３７３６２８号公報（図１） 特開２００３−６８２５４号公報（図１） 特開２０００−４８７８０号公報（図１） 特開２０００−３４０１８９号公報（図１） 特開平７−５７７０６号公報（段落番号００１０、図１） 特開平９−２８３１０２号公報（図１）

前記コイン形電池では、液漏れ防止の観点から正極缶と負極缶との間の密封性が重要である。この場合、特許文献５・６に示すごとくガスケットの圧縮率を調節することで、前記密封性を向上させることができる。

問題は、かしめ力で負極缶の外周側壁が電池内方へ押されて外周側壁が電池内方へ変形して密封性が低下し、封口部から液漏れするおそれがあることである。しかも、負極缶の外周側壁が変形した分だけ、電池の内容積が低下して電池容量が低下する。

そこで本発明の目的は、かしめ加工によっては負極缶の外周側壁が電池内方へ押され難くして、電池の内容積の低下を防ぎながら、封口部からの液漏れを防止できるコイン形電池を提供することにある。

本発明が対象とするコイン形電池は、図１に示すごとく、発電要素２を収容する電池缶１が、底面壁１１の外周縁から外周筒壁１２を上向きに曲げた正極缶５と、上面壁１３の外周縁から外周側壁１５を下向きに曲げた負極缶６とを含み、正極缶５の外周筒壁１２の上端周縁部が、負極缶６の外周側壁１５に装着されたガスケット３を介して内向きにかしめ加工されることで、内向きに湾曲した湾曲部１２ａが正極缶５の外周筒壁１２の上端に形成されている。

本発明は、負極缶６の外周側壁１５が、上面壁１３の外周縁から斜め下方向に段状に張り出す拡径部１６と、拡径部１６に連続して下方向に直線状に延びるストレート部１７とを含み、正極缶５の外周筒壁１２の上端の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが、負極缶６の外周側壁１５よりも外側に位置していることを特徴とする。ここでは、負極缶６のストレート部１７の下端を負極缶６の外方向に向かって上向きに折り返した場合と、この折り返しを設けない場合とが含まれる。なお、負極缶６にクラッド材を用いた場合に、負極缶６の厚さが大きくなることがあるが、この場合でも、湾曲部１２ａの曲率中心Ｏは負極缶６の外周側壁１５よりも外側に位置する。

負極缶６のストレート部１７が、拡径部１６に連続する内筒部３０と、この内筒部３０の下端を負極缶６の外方向に向かって上向きに折り返した外筒部３１とからなり、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏを、負極缶６の拡径部１６もしくはストレート部１７の外筒部３１よりも外側に位置するものであってもよい。

かしめ加工に伴う負極缶６のストレート部１７の変形防止の上からは、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏを、負極缶６のストレート部１７よりも上側に位置することがより好ましい。

言い換えると、正極缶５の底面壁１１の下面から外周筒壁１２の湾曲部１２ａの下端までの上下寸法Ｌ１は、正極缶５の底面壁１１の下面から負極缶６のストレート部１７の上端までの上下寸法Ｌ２よりも大きくなるよう設定してあることになる。

さらに言い換えると、かしめ加工において正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａと負極缶６との間でガスケット３が最も圧縮される方向Ａが、正極缶５の底面壁１１に対して８０〜１１０度の傾斜範囲内に設定してあることになる。

具体的には、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径が0.３〜0.６mmである。湾曲部１２ａの曲率半径を0.３mm以上としたのは、湾曲部１２ａの曲率半径は小さいほど好ましいが、正極缶５の肉厚寸法が通常0.３mmであるために湾曲部１２ａの曲率半径を正極缶５の肉厚寸法より小さくすると、湾曲部１２ａに亀裂などが生じるおそれがあるからである。

正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径を0.８mm以下としたのは、電池缶１の上下厚さ寸法は通常1.６〜５mm程度であるために湾曲部１２ａの曲率半径を大きくし過ぎると、湾曲部１２ａが負極缶６のストレート部１７と大きく対面して、ストレート部１７が塑性変形し易くなって、ガスケット３との密着性が低下するうえ、前記変形に伴って電池容量が小さくなるからである。湾曲部１２ａの曲率半径は0.８mm以下でよいが、0.６mm以下がより好ましい。

正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの内向きの先端が、負極缶６のストレート部１７の内周面よりも電池の中央側に位置することが、密封性向上の上から好ましい。

本発明によれば、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが、負極缶６の外周側壁１５よりも外側に位置しているので、かしめ加工では正極缶５の外周筒壁１２の上端部が、負極缶６の外周側壁１５をガスケット３と共にほぼ下方向に押す。このため、負極缶６のストレート部１７が電池の中央側に押され難くなって、ストレート部１７の電池の中央側への塑性変形を抑制でき、電池の内容積の低下を防いで電池容量の低下を防止できる。

しかも、前述のように正極缶５の外周筒壁１２の上端部が負極缶６の外周側壁１５およびガスケット３を下方向に押すので、正極缶５の外周筒壁１２の上端周縁部と負極缶６の外周側壁１５の拡径部１６の上面との間、および負極缶６の外周側壁１５の下端と正極缶５の底面壁１１の上面との間の密封性が確実に保たれて、液漏れを確実に防止できる。

本発明は、負極缶６のストレート部１７の下端を負極缶６の外方向に向かって上向きに折り返した場合でも、前記折り返しを設けない場合でも、電池の内容積の低下を防ぎながら液漏れを確実に防止できる。また、本発明は、電解液として非水電解液を用いた電池やアルカリ電解液を用いた電池などに適用できるが、非水電解液を用いた電池でより効果的に液漏れを防止できる。

（実施例１） 図１および図２は、本発明が対象とするコイン形電池の実施例１を示しており、電池缶１は、図１に示すごとく、電池缶１内に収容する発電要素２と、電池缶１内を密封するガスケット３と、正極缶５と、ガスケット３を介して正極缶５の開口内縁にかしめ固定される負極缶６とを有しており、全体が扁平なコイン形に形成してある。因みに、電池缶１の外径寸法は１２mm、上下厚さ寸法は２mmである。

発電要素２は、それぞれ円盤形に固められた正極材７および負極材９と、両者間に介装されるセパレータ１０とを含む。正極材７は二酸化マンガンを主成分としており、負極材９は金属リチウムからなる。セパレータ１０は、ポリプロピレン製の不織布からなる。

図２に示すごとく、電池組み立て前のブランク状態における正極缶５は、円形の底面壁１１と、底面壁１１の外周縁から上方へ向けて垂直に曲げた外周筒壁１２とを含む深い丸皿状を呈している。負極缶６は、円形の上面壁１３と、上面壁１３の外周縁から下方へ向けて折り曲げられた外周側壁１５とを含む浅い丸皿状を呈している。これら正極缶５および負極缶６は、その材質に関して特に限定されることはないが、例えば、ステンレス、鉄、アルミニウムまたはニッケルのいずれか一種、あるいはこれらの金属の合金、または前記金属の複数種を積層したクラッド材などを素材とする金属平板をプレス加工して形成される。

負極缶９の外周側壁１５は、上面壁１３の外周縁から斜め下方向に段状に張り出す拡径部１６と、拡径部１６に連続して下方向に直線状に延びるストレート部１７とを有する。拡径部１６の下端部が上下方向に湾曲した状態で、拡径部１６がストレート部１７につながる。ガスケット３は、ポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの弾性と絶縁性とに優れたプラスチック材を素材とするリング状の射出成形品からなる。

ガスケット３は、発電要素２の受け入れを許す中央開口部２０を有するリング状のベース部２１と、ベース部２１の外縁部から上向きに張り出し形成されて、正極缶５の外周筒壁１２および負極缶６の外周側壁１５で挟まれる外筒壁２２と、ベース部２１の内縁部から上向きに張り出し形成されて、負極缶６のストレート部１７の内面に当接する内筒壁２３とを備えており、内外筒壁２３・２２の間に、負極缶６の外周側壁１５の下端部を受け入れる円環状の溝２５を備えている。ガスケット３の内外筒壁２３・２２は、同心円状に設けられている。かしめ加工後の状態で、ガスケット３のベース部２１は、負極缶６のストレート部１７の下端と正極缶５の底面壁１１とで挟まれて圧縮されている。

かしめ用の金型は、図３に示すごとく、正極缶５の外周筒壁１２の上端周縁部を内向きに湾曲して湾曲部１２ａを成形するための曲面部２６ａを有する封口金型２６と、封口金型２６をこれの下方から貫通するノックアウトピン２７と、ノックアウトピン２７の上方に対面状に配された封口上パンチ２９とからなる。

コイン形電池の組み立ては、電池缶１の上下を逆にした状態で、まず、ガスケット３を負極缶６の外周側壁１５に装着し、負極缶６内に負極材９を落とし込み装着する。次いで、セパレータ１０および正極材７を負極缶６内に組み付け、負極缶６内に電解液を注入したうえで正極缶５を上方より被せる。

かしめ時には、前記電池缶１の上下を逆にした状態のまま、負極缶６の上面壁１３をノックアウトピン２７の上面２７ａに載置したのち、正極缶５の底面壁１１に封口上パンチ２９を当接させて、電池缶１をノックアウトピン２７と封口上パンチ２９とで挟み込む。この状態で、ノックアウトピン２７と封口上パンチ２９とが下降する。

すると、正極缶５の外周筒壁１２の上端周縁部が、封口金型２６の曲面部２６ａによって負極缶６の外周側壁１５に装着されたガスケット３を介してかしめられて、図１に示す内向きのカール状に湾曲し、湾曲部１２ａが成形されるとともに負極缶６にガスケット３を介して押し付けられる。これにて正極缶５と負極缶６との間においてガスケット３が圧縮状態に加圧されて、電池缶１が密封状に封口される。

前記かしめ加工において、正極缶５における外周筒壁１２の上端の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏは、図１に示すごとく、負極缶６の外周側壁１５よりも外側に位置しており、さらに負極缶６のストレート部１７よりも上側に位置する。前記湾曲部１２ａの曲率半径は0.６mmである。そして、かしめ加工において正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａと負極缶６との間でガスケット３が最も圧縮される方向Ａは、正極缶５の底面壁１１に対して８７度で傾斜している。

また、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの内向きの先端は、負極缶６のストレート部１７の内周面よりも電池の中央側に位置する。正極缶５の底面壁１１の下面から湾曲部１２ａの下端までの上下寸法Ｌ１は、正極缶５の底面壁１１の下面から負極缶６のストレート部１７の上端までの上下寸法Ｌ２よりも大きい。

前記ガスケット３が最も圧縮される方向Ａは、正極缶５の底面壁１１に対して８０〜１１０度の傾斜範囲内であればよい。

（実施例２） 実施例２では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径を0.８mmに設定した。前記ガスケット３が最も圧縮される方向Ａは、正極缶５の底面壁１１に対して８４度で傾斜している。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例３） 実施例３では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの内向きの先端が負極缶６のストレート部１７の内周面よりも電池の外側に位置する。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

（実施例４） 実施例４では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの内向きの先端が負極缶６のストレート部１７の内周面よりも電池の外側に位置し、さらに湾曲部１２ａの曲率半径を0.８mmに設定した。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

（比較例１） 比較例１では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径を1.０mmに設定した。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例２） 比較例２では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の外周側壁１５よりも電池の中央側に位置する。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例３） 比較例３では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の外周側壁１５よりも電池の中央側に位置し、さらに湾曲部１２ａの曲率半径が0.８mmである。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例４） 比較例４では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の外周側壁１５よりも電池の中央側に位置し、さらに湾曲部１２ａの曲率半径が1.０mmである。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例５） 比較例５では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の拡径部１６よりも下側に位置し、正極缶５の底面壁１１の下面から湾曲部１２ａの下端までの上下寸法Ｌ１が、正極缶５の底面壁１１の下面から負極缶６のストレート部１７の上端までの上下寸法Ｌ２よりも小さくなっている。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例６） 比較例６では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の拡径部１６よりも下側に位置し、正極缶５の底面壁１１の下面から湾曲部１２ａの下端までの上下寸法Ｌ１が、正極缶５の底面壁１１の下面から負極缶６のストレート部１７の上端までの上下寸法Ｌ２よりも小さくなっている。さらに正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径は0.８mmである。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例７） 比較例７では、かしめ加工において正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａと負極缶６との間でガスケット３が最も圧縮される方向Ａが、正極缶５の底面壁１１に対して７８度で傾斜している。その他の点は、実施例１と同じである。

（比較例８） 比較例８では、前記ガスケット３が最も圧縮される方向Ａが、正極缶５の底面壁１１に対して７８度で傾斜しており、さらに正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径が0.８mmである。その他の点は、実施例１と同じである。

（試験） 実施例１〜４および比較例１〜８の各電池をそれぞれ１００個ずつ用意し、各電池を、−１０℃で１時間冷やし、６０℃で１時間暖めることを２４０回繰り返すヒートショック試験を行い、電解液の漏れの有無を調べた。結果を表１に示す。

表１に示すごとく、実施例１、実施例２、比較例１の順で正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率半径を大きくしたことで、実施例１で０個、実施例２で３個、比較例１で６個の電池で電解液の漏れが発生した。比較例１では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａが負極缶６のストレート部１７の上部と大きく対面するため、湾曲部１２ａの湾曲形成に伴って負極缶６のストレート部１７が、電池の中央側へ押されて漏斗状に塑性変形してガスケット３との密着性が低下したためと考えられる。

比較例２〜４では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の外周側壁１５よりも内側に位置することで、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａが負極缶６の外周側壁１５に近づいて、比較例１と同様に、湾曲部１２ａが負極缶６のストレート部１７と大きく対面し、ストレート部１７が塑性変形してガスケット３との密着性が低下したためと考えられる。

比較例５・６では、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏが負極缶６の拡径部１６よりも下側に位置する分だけ、比較例１と同様に、湾曲部１２ａが負極缶６のストレート部１７と大きく対面し、ストレート部１７が塑性変形してガスケット３との密着性が低下したためと考えられる。

比較例７・８では、かしめ加工によるガスケット３への圧縮力が、負極缶６のストレート部１７に大きく加わり、ストレート部１７が塑性変形してガスケット３との密着性が低下したためと考えられる。

本発明は、図４に示すごとく、負極缶６のストレート部１７を、拡径部１６に連続する内筒部３０と、この内筒部３０の下端を負極缶６の外方向に向かって上向きに折り返した外筒部３１とで構成したうえで、正極缶５の外周筒壁１２の湾曲部１２ａの曲率中心Ｏを負極缶６の拡径部１６もしくはストレート部１７の外筒部３１よりも外側に位置させたものであっても適用できる。

コイン形電池の要部の縦断面図 コイン形電池の分解図 かしめ用の金型の縦断面図 コイン形電池の他の実施例の要部を示す縦断面図

符号の説明

１ 電池缶
２ 発電要素
３ ガスケット
５ 正極缶
６ 負極缶
１１ 正極缶の底面壁
１２ 正極缶の外周筒壁
１２ａ 正極缶の外周筒壁の湾曲部
１３ 負極缶の上面壁
１５ 負極缶の外周側壁
１６ 拡径部
１７ ストレート部
３０ 内筒部
３１ 外筒部

Claims (7)

1. 発電要素を収容する電池缶が、底面壁の外周縁から外周筒壁を上向きに曲げた正極缶と、上面壁の外周縁から外周側壁を下向きに曲げた負極缶とを含み、
   前記正極缶の前記外周筒壁の上端周縁部が、前記負極缶の前記外周側壁に装着されたガスケットを介してかしめ加工されることで、内向きに湾曲した湾曲部が前記外周筒壁の上端に形成されたコイン形電池において、
   前記負極缶の前記外周側壁は、上面壁の外周縁から斜め下方向に段状に張り出す拡径部と、前記拡径部に連続して下方向に直線状に延びるストレート部とを含み、
   前記外周筒壁の上端の前記湾曲部の曲率中心が、前記負極缶の前記外周側壁よりも外側であって、前記負極缶の前記ストレート部よりも上側に位置することを特徴とするコイン形電池。
2. 前記正極缶の底面壁の下面から前記湾曲部の下端までの上下寸法が、前記正極缶の前記底面壁の下面から前記負極缶の前記ストレート部の上端までの上下寸法よりも大きくなるよう設定してある請求項１記載のコイン形電池。
3. 前記負極缶の前記ストレート部は、前記拡径部に連続する内筒部と、前記内筒部の下端を前記負極缶の外方向に向かって上向きに折り返した外筒部とからなり、
   前記正極缶の前記外周筒壁の前記湾曲部の曲率中心が、前記負極缶の前記ストレート部の前記外筒部よりも外側に位置している請求項１又は２記載のコイン形電池。
4. 前記負極缶の前記ストレート部は、前記拡径部に連続して下方向に直線状に延びる筒部のみからなり、
   前記正極缶の前記外周筒壁の前記湾曲部の曲率中心が、前記負極缶の前記ストレート部よりも外側に位置している請求項１又は２記載のコイン形電池。
5. 前記かしめ加工において前記正極缶の前記外周筒壁の前記湾曲部と前記負極缶との間で前記ガスケットが最も圧縮される方向が、前記正極缶の前記底面壁に対して８０〜１１０度の傾斜範囲内に設定してある請求項１ないし４のいずれかに記載のコイン形電池。
6. 前記正極缶の前記外周筒壁の前記湾曲部の曲率半径が0.３〜0.６mmである請求項１ないし５のいずれかに記載のコイン形電池。
7. 前記正極缶の前記外周筒壁の前記湾曲部の内向きの先端が、前記負極缶の前記ストレート部の内周面よりも電池の中央側に位置する請求項１ないし６のいずれかに記載のコイン形電池。

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