コイン形電池
【課題】放電により負極の体積が減少し、正極の体積が増大した場合に、内部短絡を引き起こす可能性があった。
【解決手段】有底円筒形に形成された電池ケース１３内に、正極１０とリチウム金属からなる負極１１をセパレータ１２を介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケース１３の開口部にガスケット１５を介して封口板１４を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池１であって、上記セパレータ１２は円筒方向への延長部１２ａを有しており、この延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが負極の厚みＡより大きくしたことを特徴とするコイン形電池。
【解決手段】有底円筒形に形成された電池ケース１３内に、正極１０とリチウム金属からなる負極１１をセパレータ１２を介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケース１３の開口部にガスケット１５を介して封口板１４を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池１であって、上記セパレータ１２は円筒方向への延長部１２ａを有しており、この延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが負極の厚みＡより大きくしたことを特徴とするコイン形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種携帯用電子機器などに用いられるコイン形電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイン形電池はボタン形電池、偏平形電池とも称され、小型薄型である特徴を活かして腕時計やキーレスエントリーなど小型化が要求される場合や、ＯＡ機器やＦＡ機器などのメモリーバックアップなど長期間の使用が要求される場合に広く用いられている。さらに各種のメータや測定機用電源にも採用され、その用途は拡大の一途にある。近年では自動車、産業機器などのより厳しい環境下で使用することが要望され、それと共に、さらなる高性能化のための改良が進められている。
【０００３】
コイン形電池は、電池ケース内に正極と負極とをセパレータを介して対向配置し、電解液を充填した後、ガスケットを介して電池ケースの開口部を封口板でカシメ封口して形成されている。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表０２／０１３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなコイン形電池では使用時の放電に伴って負極が徐々に消失するとともに、正極が徐々に膨張する。これに伴いセパレータも封口板側に近づき、放電末期では正極がセパレータを介して負極側の封口板の内面と近接対向する。この際、セパレータの先端が負極側の封口板の内面の封口部の折曲げ部よりも上昇してしまうと正極の外周部と負極側の封口板の内面の折曲げ分が短絡してしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、放電により負極が消失し正極が膨張した場合でも、内部短絡を引き起こさない高信頼性のコイン形電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明のコイン形電池は、有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池ケース内に正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介し
て対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、上記負極と導通される封口板をガスケットを介して電池ケースの開口部に封着してなるコイン形電池において、放電により負極が消失し正極が膨張した場合でも、正極と封口板とが短絡しない高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態であるコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図２】本発明の他の実施の形態であるコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図３】比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図４】他の比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における第１の発明は、有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするコイン形電池である。
【００１１】
この構成により、放電末期の負極がほとんど消失し、正極が膨張して封口板側に近接してきても、セパレータの延長部の存在によって封口板の折曲げ部の内面と正極との間にセパレータの延長部が必ず存在して正極と封口板とが短絡しない高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１２】
本発明における第２の発明は、第１の発明において上記セパレータの延長部下端がガスケットの底面より下方、かつ電池ケースの内底面より上方に位置することを特徴とするコイン形電池である。
【００１３】
この構成により、放電末期に負極が消失し正極が膨張した場合でも、正極と封口板とが短絡しないという上記効果に加え、放電初期においても電池ケースの立ち上がり部の存在によって、セパレータの先端が封口の際にガスケットと電池ケースとの間に噛み込むことによる漏液経路の発生を防止でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の一つであるコイン形電池１の構成を模式的に示す半断面図である。コイン形電池１は、正極１０、負極１１、セパレータ１２、正極側となる電池ケース１３、負極側となる封口板１４、ガスケット１５および図示しない非水電解液を含むコイン形電池である。
【００１６】
正極１０は、正極活物質、導電材および結着剤を含み、セパレータ１２を介して負極１１に対向するように設けられる。
【００１７】
正極活物質としてはリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、その中でも、フッ化黒鉛、金属酸化物などが好ましい。フッ化黒鉛としては、化学式ＣＦ（０．８≦ｘ≦１．１）で表されるものが好ましい。フッ化黒鉛は、長期信頼性、安全性、高温安定性などの点で優れている。フッ化黒鉛は、石油コークス、人造黒鉛などをフッ素化して得られる。金属酸化物としては、二酸化マンガン、酸化銅などが挙げられる。正極活物質は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００１８】
導電材としてもリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、人造黒鉛などの黒鉛類などを使用できる。導電材は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。結着剤としてもリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＶＤＦの変性体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ樹脂）、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、変性アクリロニトリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体などが挙げられる。
【００１９】
結着剤は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２０】
負極１１は、リチウムまたはリチウム合金を含有し、セパレータ１２を介して正極１０に対向するように設けられる。リチウム合金としては、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−ＮｉＳｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどが挙げられる。
【００２１】
セパレータ１２としては、コイン形電池の分野で常用されるものを使用でき、正極１０と負極１１とが短絡することを防止できるのであれば特に制限される訳ではなく、さらに非水電解液の浸透性に優れ、イオンの移動抵抗とならないことが望ましい。代表的な素材としてはポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンなどが挙げられ、形状としては不織布、微多孔フィルムなどが挙げられる。
【００２２】
セパレータ１２は円筒方向への延長部１２ａを有しており、この延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きい。この延長部１２ａによって正極１０と封口板１４の内面との短絡を防止している。
【００２３】
非水電解液は、溶質および非水溶媒を含有する。
【００２４】
溶質としては、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、リチウム・ビスペンタフルオロエチルスルホン酸イミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、リチウムトリス（トリフルオロメチ
ルスルホニル）メチド（ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）などが挙げられる。溶質は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２５】
非水溶媒としても、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、γ−バレロラクトン（γ−ＶＬ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状炭酸エステル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、１，３−ジオキソラン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２６】
非水電解液における溶質濃度は特に制限されないが、好ましくは０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。溶質濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ未満では、室温での放電特性または長期保存後の放電特性が低下するおそれがある。溶質濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌを超えると、−４０℃程度の低温環境下では、非水電解液の粘度上昇およびイオン伝導度の低下が顕著になるおそれがある。
【００２７】
電池ケース１３は、正極集電体および正極端子を兼ねる。封口板１４は、負極集電体および負極端子を兼ねる。ガスケット１５はリング状で、その断面はＬ字状に形成されており、主に、電池ケース１３と封口板１４とを絶縁する。電池ケース１３、封口板１４およびガスケット１５は、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用できる。電池ケース１３および封口板１４には、たとえば、ステンレス鋼製のものを使用できる。ガスケット１５には、たとえば、ポリプロピレンなどの合成樹脂製のものを使用できる。
【００２８】
そして、上記電池ケース１３は、周縁部に上方への立ち上がり部１３ａを有し、封口板１４はその開口部にフランジ部１４ｃを有し、フランジ部１４ｃの先端部分に円筒方向への延出部１４ｄと、その折り返し部１４ｅとが形成され、この電池ケース１３のカシメ部１３ｂと封口板１４のフランジ部１４ｃ、延出部１４ｄ、折り返し部１４ｅとガスケット１５によってカシメ封口されている。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施の形態であるコイン形電池１の構成を模式的に示す半断面図である。
【００３０】
図２は図１に比較して、負極１１の厚みが大きい。このような場合に、セパレータ１２の延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きくなるには、セパレータ１２の延長部１２ａ下端がガスケットの底面１５ａより下方、かつ電池ケースの内底面１３ｃより上方に、すなわち図２のＣの範囲に位置することとなる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
１）正極の作製
フッ化黒鉛（正極活物質）１００重量部およびアセチレンブラック（導電材）１０重量部を乾式混合し、得られた乾式混合物にメタノールを添加して混練した。この混練物に、
スチレンブタジエンゴム（結着剤）５重量部を添加してさらに混練し、得られた混練物を乾燥および粉砕して、粉末状の正極合剤を調製した。この正極合剤を、直径１７．０ｍｍの円柱状金型に充填し、加圧成形してディスク状の正極１０を作製した。
【００３３】
２）負極の作製
負極活物質には、リチウム金属を用いた。リチウム金属の箔を打ち抜いてディスク状の負極１１とし、ガスケット１５を装着した封口板１４の内面に圧着した。
【００３４】
３）セパレータ
厚さ１００μｍのポリプロピレン製不織布を円形に打ち抜き、カップ状に成型してセパレータ１２を作製した。このとき図１に示すように、カップ状セパレータの延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより大きくなり、かつ、延長部下端がガスケット１５の底面より上方に位置するようにセパレータ１２の直径を調整した。
【００３５】
４）非水電解液の調製
γ−ブチロラクトンにホウフッ化リチウムを１ｍｏｌ／Ｌの比率で溶解させたものを用いた。
【００３６】
５）電池の組み立て
負極１１が圧着された封口板１４の上に、カップ状のセパレータ１２の先端が封口板１４の開口部を向くように被せ、その上に負極１１と正極１０とが対向するように正極１０を載置した後、非水電解液を封口板内に注液し、正極１０とセパレータ１２に非水電解液を含浸させた。次に、電池ケース１３を封口板１４に装着し、電池ケース１３の周縁端部を封口板１４に装着されたガスケット１５にかしめ、本発明のコイン形電池１（直径２４．５ｍｍ、厚さ５．０ｍｍ）を作製した。電池のサイズは、直径２４．５ｍｍ、高さ５．０ｍｍである。上記組立工程は、露点−４０℃以下のドライエア中で行った。
【００３７】
（実施例２）
図２に示すように、カップ状セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより大きくなり、かつ、セパレータ１２の延長部１２ａ下端がガスケットの底面１５ａより下方、かつ電池ケースの内底面１３ｃより上方に位置するようにセパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして実施例２のコイン形電池を作製した。
【００３８】
（比較例１）
図３に示すように、カップ状セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより小さくなるように、セパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして比較例１のコイン形電池を作製した。
【００３９】
（比較例２）
図４に示すように、電池ケース１３に立ち上がり部１３ａが無い電池ケースを用い、実施例２と同様に、負極１１の厚みが大きい場合に、セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きくなるようにセパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして比較例２のコイン形電池を作製した。
【００４０】
実施例１、２および比較例１、２で得られたコイン形電池について、試験温度２０℃、
放電負荷１５ｋΩ、終止電圧２．０Ｖまで放電させた後、振動試験を行った。振動試験での電圧降下の発生数を（表１）に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１から分かるように、本発明の実施例１、２および比較例２のコイン形電池においては振動試験で電圧降下は発生していない。一方、比較例１では振動試験で電圧降下が発生するものがあった。
【００４３】
これは本発明の実施例１、２および比較例２においては、放電により正極１０が膨張しても、放電中常に正極１０の外周部と封口板１４との間にセパレータ１２の延長部１２ａが介在するため、正極１０と封口板１４の内面とが短絡しないのに対し、比較例１では図２における負極厚みＡとセパレータの延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延出部下端までの長さＢとの関係がＡ＞Ｂとなっており、放電末期に負極１１が消失し正極１０が膨張した際に、セパレータ１２の先端が負極側の封口板１４の内面の封口部の折曲げ部１４ｂよりも上昇してしまい、正極１０の外周面と封口板１４の内面が短絡する場合があるものと考えられる。
【００４４】
次に、実施例１、２および比較例１、２で得られたコイン形電池について、組み立てた際の漏液の発生数を（表２）に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２から分かるように、本発明の実施例１、２および比較例１のコイン形電池においては組立て時に漏液は発生していないが、比較例２では組立て時に漏液が発生するものがあった。
【００４７】
これは本発明の実施例１および比較例１においては、セパレータ１２の延長部下端がガスケット１５の底面より上方に位置するため、セパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込まれる事がない。また実施例２ではセパレータ１２の延長部下端がガスケットの底面１５ａより下方に位置するが、電池ケース１３の立ち上がり部１３ａによってカシメ部に移動するのが阻止されるため、この場合もセパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込まれる事がない。
【００４８】
一方、比較例２では、電池ケース１３の立ち上がり部１３ａが無いため、セパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込む場合があり、漏液経路となり漏液が発生したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、電池ケース内に正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、上記負極と導通される封口板をガスケ
ットを介して電池ケースの開口部に封着してなるコイン形電池において、放電による正極の膨張時に、上記正極の外周部と封口板とが短絡しない信頼性の高いコイン形電池を提供することができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１ コイン形電池
１０ 正極
１１ 負極
１２ セパレータ
１２ａ 延長部
１３ 電池ケース
１３ａ 立ち上がり部
１３ｃ 電池ケースの内底面
１３ｂ カシメ部
１４ 封口板
１４ａ 立ち下がり部
１４ｂ 折曲げ部
１４ｃ フランジ部
１４ｄ 延出部
１４ｅ 折り返し部
１５ ガスケット
１５ａ ガスケットの底面
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種携帯用電子機器などに用いられるコイン形電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイン形電池はボタン形電池、偏平形電池とも称され、小型薄型である特徴を活かして腕時計やキーレスエントリーなど小型化が要求される場合や、ＯＡ機器やＦＡ機器などのメモリーバックアップなど長期間の使用が要求される場合に広く用いられている。さらに各種のメータや測定機用電源にも採用され、その用途は拡大の一途にある。近年では自動車、産業機器などのより厳しい環境下で使用することが要望され、それと共に、さらなる高性能化のための改良が進められている。
【０００３】
コイン形電池は、電池ケース内に正極と負極とをセパレータを介して対向配置し、電解液を充填した後、ガスケットを介して電池ケースの開口部を封口板でカシメ封口して形成されている。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表０２／０１３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなコイン形電池では使用時の放電に伴って負極が徐々に消失するとともに、正極が徐々に膨張する。これに伴いセパレータも封口板側に近づき、放電末期では正極がセパレータを介して負極側の封口板の内面と近接対向する。この際、セパレータの先端が負極側の封口板の内面の封口部の折曲げ部よりも上昇してしまうと正極の外周部と負極側の封口板の内面の折曲げ分が短絡してしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、放電により負極が消失し正極が膨張した場合でも、内部短絡を引き起こさない高信頼性のコイン形電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明のコイン形電池は、有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池ケース内に正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介し
て対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、上記負極と導通される封口板をガスケットを介して電池ケースの開口部に封着してなるコイン形電池において、放電により負極が消失し正極が膨張した場合でも、正極と封口板とが短絡しない高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態であるコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図２】本発明の他の実施の形態であるコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図３】比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【図４】他の比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す半断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における第１の発明は、有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするコイン形電池である。
【００１１】
この構成により、放電末期の負極がほとんど消失し、正極が膨張して封口板側に近接してきても、セパレータの延長部の存在によって封口板の折曲げ部の内面と正極との間にセパレータの延長部が必ず存在して正極と封口板とが短絡しない高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１２】
本発明における第２の発明は、第１の発明において上記セパレータの延長部下端がガスケットの底面より下方、かつ電池ケースの内底面より上方に位置することを特徴とするコイン形電池である。
【００１３】
この構成により、放電末期に負極が消失し正極が膨張した場合でも、正極と封口板とが短絡しないという上記効果に加え、放電初期においても電池ケースの立ち上がり部の存在によって、セパレータの先端が封口の際にガスケットと電池ケースとの間に噛み込むことによる漏液経路の発生を防止でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の一つであるコイン形電池１の構成を模式的に示す半断面図である。コイン形電池１は、正極１０、負極１１、セパレータ１２、正極側となる電池ケース１３、負極側となる封口板１４、ガスケット１５および図示しない非水電解液を含むコイン形電池である。
【００１６】
正極１０は、正極活物質、導電材および結着剤を含み、セパレータ１２を介して負極１１に対向するように設けられる。
【００１７】
正極活物質としてはリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、その中でも、フッ化黒鉛、金属酸化物などが好ましい。フッ化黒鉛としては、化学式ＣＦ（０．８≦ｘ≦１．１）で表されるものが好ましい。フッ化黒鉛は、長期信頼性、安全性、高温安定性などの点で優れている。フッ化黒鉛は、石油コークス、人造黒鉛などをフッ素化して得られる。金属酸化物としては、二酸化マンガン、酸化銅などが挙げられる。正極活物質は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００１８】
導電材としてもリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、人造黒鉛などの黒鉛類などを使用できる。導電材は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。結着剤としてもリチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＶＤＦの変性体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ樹脂）、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、変性アクリロニトリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体などが挙げられる。
【００１９】
結着剤は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２０】
負極１１は、リチウムまたはリチウム合金を含有し、セパレータ１２を介して正極１０に対向するように設けられる。リチウム合金としては、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−ＮｉＳｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどが挙げられる。
【００２１】
セパレータ１２としては、コイン形電池の分野で常用されるものを使用でき、正極１０と負極１１とが短絡することを防止できるのであれば特に制限される訳ではなく、さらに非水電解液の浸透性に優れ、イオンの移動抵抗とならないことが望ましい。代表的な素材としてはポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンなどが挙げられ、形状としては不織布、微多孔フィルムなどが挙げられる。
【００２２】
セパレータ１２は円筒方向への延長部１２ａを有しており、この延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きい。この延長部１２ａによって正極１０と封口板１４の内面との短絡を防止している。
【００２３】
非水電解液は、溶質および非水溶媒を含有する。
【００２４】
溶質としては、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、リチウム・ビスペンタフルオロエチルスルホン酸イミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、リチウムトリス（トリフルオロメチ
ルスルホニル）メチド（ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）などが挙げられる。溶質は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２５】
非水溶媒としても、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、γ−バレロラクトン（γ−ＶＬ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状炭酸エステル、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、１，３−ジオキソラン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２６】
非水電解液における溶質濃度は特に制限されないが、好ましくは０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。溶質濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ未満では、室温での放電特性または長期保存後の放電特性が低下するおそれがある。溶質濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌを超えると、−４０℃程度の低温環境下では、非水電解液の粘度上昇およびイオン伝導度の低下が顕著になるおそれがある。
【００２７】
電池ケース１３は、正極集電体および正極端子を兼ねる。封口板１４は、負極集電体および負極端子を兼ねる。ガスケット１５はリング状で、その断面はＬ字状に形成されており、主に、電池ケース１３と封口板１４とを絶縁する。電池ケース１３、封口板１４およびガスケット１５は、リチウム一次電池の分野で常用されるものを使用できる。電池ケース１３および封口板１４には、たとえば、ステンレス鋼製のものを使用できる。ガスケット１５には、たとえば、ポリプロピレンなどの合成樹脂製のものを使用できる。
【００２８】
そして、上記電池ケース１３は、周縁部に上方への立ち上がり部１３ａを有し、封口板１４はその開口部にフランジ部１４ｃを有し、フランジ部１４ｃの先端部分に円筒方向への延出部１４ｄと、その折り返し部１４ｅとが形成され、この電池ケース１３のカシメ部１３ｂと封口板１４のフランジ部１４ｃ、延出部１４ｄ、折り返し部１４ｅとガスケット１５によってカシメ封口されている。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施の形態であるコイン形電池１の構成を模式的に示す半断面図である。
【００３０】
図２は図１に比較して、負極１１の厚みが大きい。このような場合に、セパレータ１２の延長部１２ａにおける上記封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きくなるには、セパレータ１２の延長部１２ａ下端がガスケットの底面１５ａより下方、かつ電池ケースの内底面１３ｃより上方に、すなわち図２のＣの範囲に位置することとなる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
１）正極の作製
フッ化黒鉛（正極活物質）１００重量部およびアセチレンブラック（導電材）１０重量部を乾式混合し、得られた乾式混合物にメタノールを添加して混練した。この混練物に、
スチレンブタジエンゴム（結着剤）５重量部を添加してさらに混練し、得られた混練物を乾燥および粉砕して、粉末状の正極合剤を調製した。この正極合剤を、直径１７．０ｍｍの円柱状金型に充填し、加圧成形してディスク状の正極１０を作製した。
【００３３】
２）負極の作製
負極活物質には、リチウム金属を用いた。リチウム金属の箔を打ち抜いてディスク状の負極１１とし、ガスケット１５を装着した封口板１４の内面に圧着した。
【００３４】
３）セパレータ
厚さ１００μｍのポリプロピレン製不織布を円形に打ち抜き、カップ状に成型してセパレータ１２を作製した。このとき図１に示すように、カップ状セパレータの延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより大きくなり、かつ、延長部下端がガスケット１５の底面より上方に位置するようにセパレータ１２の直径を調整した。
【００３５】
４）非水電解液の調製
γ−ブチロラクトンにホウフッ化リチウムを１ｍｏｌ／Ｌの比率で溶解させたものを用いた。
【００３６】
５）電池の組み立て
負極１１が圧着された封口板１４の上に、カップ状のセパレータ１２の先端が封口板１４の開口部を向くように被せ、その上に負極１１と正極１０とが対向するように正極１０を載置した後、非水電解液を封口板内に注液し、正極１０とセパレータ１２に非水電解液を含浸させた。次に、電池ケース１３を封口板１４に装着し、電池ケース１３の周縁端部を封口板１４に装着されたガスケット１５にかしめ、本発明のコイン形電池１（直径２４．５ｍｍ、厚さ５．０ｍｍ）を作製した。電池のサイズは、直径２４．５ｍｍ、高さ５．０ｍｍである。上記組立工程は、露点−４０℃以下のドライエア中で行った。
【００３７】
（実施例２）
図２に示すように、カップ状セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより大きくなり、かつ、セパレータ１２の延長部１２ａ下端がガスケットの底面１５ａより下方、かつ電池ケースの内底面１３ｃより上方に位置するようにセパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして実施例２のコイン形電池を作製した。
【００３８】
（比較例１）
図３に示すように、カップ状セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部下端までの長さＢが、負極１１の厚みＡより小さくなるように、セパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして比較例１のコイン形電池を作製した。
【００３９】
（比較例２）
図４に示すように、電池ケース１３に立ち上がり部１３ａが無い電池ケースを用い、実施例２と同様に、負極１１の厚みが大きい場合に、セパレータ１２の延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延長部１２ａ下端までの長さＢが負極１１の厚みＡより大きくなるようにセパレータ１２の直径を調整して打ち抜いた以外は、実施例１と同様にして比較例２のコイン形電池を作製した。
【００４０】
実施例１、２および比較例１、２で得られたコイン形電池について、試験温度２０℃、
放電負荷１５ｋΩ、終止電圧２．０Ｖまで放電させた後、振動試験を行った。振動試験での電圧降下の発生数を（表１）に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１から分かるように、本発明の実施例１、２および比較例２のコイン形電池においては振動試験で電圧降下は発生していない。一方、比較例１では振動試験で電圧降下が発生するものがあった。
【００４３】
これは本発明の実施例１、２および比較例２においては、放電により正極１０が膨張しても、放電中常に正極１０の外周部と封口板１４との間にセパレータ１２の延長部１２ａが介在するため、正極１０と封口板１４の内面とが短絡しないのに対し、比較例１では図２における負極厚みＡとセパレータの延長部１２ａにおける封口板１４のフランジ部１４ｃ下面に対応する位置から延出部下端までの長さＢとの関係がＡ＞Ｂとなっており、放電末期に負極１１が消失し正極１０が膨張した際に、セパレータ１２の先端が負極側の封口板１４の内面の封口部の折曲げ部１４ｂよりも上昇してしまい、正極１０の外周面と封口板１４の内面が短絡する場合があるものと考えられる。
【００４４】
次に、実施例１、２および比較例１、２で得られたコイン形電池について、組み立てた際の漏液の発生数を（表２）に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２から分かるように、本発明の実施例１、２および比較例１のコイン形電池においては組立て時に漏液は発生していないが、比較例２では組立て時に漏液が発生するものがあった。
【００４７】
これは本発明の実施例１および比較例１においては、セパレータ１２の延長部下端がガスケット１５の底面より上方に位置するため、セパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込まれる事がない。また実施例２ではセパレータ１２の延長部下端がガスケットの底面１５ａより下方に位置するが、電池ケース１３の立ち上がり部１３ａによってカシメ部に移動するのが阻止されるため、この場合もセパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込まれる事がない。
【００４８】
一方、比較例２では、電池ケース１３の立ち上がり部１３ａが無いため、セパレータ１２がガスケット１５と電池ケース１３との間に噛み込む場合があり、漏液経路となり漏液が発生したものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、電池ケース内に正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、上記負極と導通される封口板をガスケ
ットを介して電池ケースの開口部に封着してなるコイン形電池において、放電による正極の膨張時に、上記正極の外周部と封口板とが短絡しない信頼性の高いコイン形電池を提供することができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１ コイン形電池
１０ 正極
１１ 負極
１２ セパレータ
１２ａ 延長部
１３ 電池ケース
１３ａ 立ち上がり部
１３ｃ 電池ケースの内底面
１３ｂ カシメ部
１４ 封口板
１４ａ 立ち下がり部
１４ｂ 折曲げ部
１４ｃ フランジ部
１４ｄ 延出部
１４ｅ 折り返し部
１５ ガスケット
１５ａ ガスケットの底面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするコイン形電池。
【請求項２】
前記セパレータの延長部下端がガスケットの底面より下方、かつ電池ケースの内底面より上方に位置することを特徴とする請求項１記載のコイン形電池。
【請求項１】
有底円筒形に形成された電池ケース内に、正極とリチウム金属からなる負極をセパレータを介して対向配置した発電要素を電解液とともに収納し、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、カシメ加工により封口したコイン形電池であって、前記封口板は、電池ケースと逆向きの有底円筒形であって、その開口部にフランジ部を有し、フランジ部の先端部分に円筒方向への延出部と、その折り返し部とが形成され、前記電池ケースは、その底面周囲に少なくとも前記延出部の内径より小さい外径を有すると共に前記底面から上方に向けて形成された立ち上がり部と前記立ち上がり部から更に延出するカシメ部とが形成され、前記ガスケットは、カシメ加工されたときに、断面コ字状に変形されたカシメ部と前記フランジ部、延出部、及び折り返し部の間に圧縮されるように配置されたコイン形電池において、前記セパレータは円筒方向への延長部を有しており、この延長部における前記封口板のフランジ部下面に対応する位置から延長部下端までの長さが負極の厚みより大きいことを特徴とするコイン形電池。
【請求項２】
前記セパレータの延長部下端がガスケットの底面より下方、かつ電池ケースの内底面より上方に位置することを特徴とする請求項１記載のコイン形電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１５９４１３（Ｐ２０１１−１５９４１３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８１６５（Ｐ２０１０−１８１６５）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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