コイン形電池
【課題】高温環境下に曝された場合など、想定を超えて電池内圧が上昇すると正極ケースが膨れ、正極と正極ケースとの接触が取りにくくなり、内部抵抗の上昇を起こす場合があった。
【解決手段】外部端子を兼ねる正極ケース１３の内面に正極１０を配置し、この正極１０にセパレータ１２を介して外部端子を兼ねる負極封口板１４の内面に配置した負極１１を対向させ、これらの正極ケース１３と負極封口板１４を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケット１５を介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケース１３の内底面の正極１０の外周部に対応する位置に、正極ケース１３が内圧の上昇により膨れることにより正極１０の周面により強く接触する複数の突起１３ａを設けたことを特徴とするコイン形電池。
【解決手段】外部端子を兼ねる正極ケース１３の内面に正極１０を配置し、この正極１０にセパレータ１２を介して外部端子を兼ねる負極封口板１４の内面に配置した負極１１を対向させ、これらの正極ケース１３と負極封口板１４を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケット１５を介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケース１３の内底面の正極１０の外周部に対応する位置に、正極ケース１３が内圧の上昇により膨れることにより正極１０の周面により強く接触する複数の突起１３ａを設け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正極ケースの開口部を負極封口板でカシメ封口して形成されている。電気導通的には正極と負極がセパレータを介して積層され、それぞれ外部端子を兼ねる正極ケースと負極封口板と接触で導通を取る構成となっている。このようなコイン形電池では高温環境下に曝された場合など、電池内圧が上昇すると外装ケースが膨れ、正極と正極ケースとの接触が取りにくくなり、内部抵抗の上昇を起こす場合がある。
【０００４】
そのため正極と正極ケースの内面との接触性を高めて、内部抵抗の上昇を抑制する工夫がなされている。例えば、特許文献１のコイン形電池では、正極ケースの内底面にばね等を配置して、そのばね等の反発力により正極と正極ケースとの接触性を確保することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−０２２３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に示されている電池でも、縦方向のみの接触を導通のよりどころとしているため、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れると、正極と正極ケースとの接触が取りにくくなり、内部抵抗の上昇を起こす場合があった。
【０００７】
本発明は、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のコイン形電池は、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと負極封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる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】
【００１０】
【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断面図
【図２】本発明の一実施の形態である円弧状の突起を形成した正極ケース底面の平面図
【図３】本発明の一実施の形態である点状の突起を形成した正極ケース底面の平面図
【図４】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断面図
【図５】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断面図
【図６】比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明における第１の発明は、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするコイン形電池である。
【００１２】
この構成により、外装ケースが膨れると弱くなる縦方向の接触だけでなく、外装ケースが膨れるほど強くなる横方向の接触を得られることから、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１３】
本発明における第２の発明は、第１の発明において、上記突起の先端が正極の中心側を向いた形状としたことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、少しの膨張でもより確実に正極と正極ケースとの接触を確保でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１５】
本発明における第３の発明は、第１の発明において、前記突起が強く接触する正極の外周部に金属製のリングを配し、前記突起の内側への倒れを規制することにより正極ケースの膨れを抑える構成としたものである。
【００１６】
この構成により、内圧が上昇し、正極ケースが膨れようとした場合、突起が金属製のリングによって正極の中心側に傾斜することが妨げられるため正極ケースの膨れも抑えられて高頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の一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。コイン形電池１は、正極１０、負極１１、セパレータ１２、正極側となる正極ケース１３、負極側となる負極封口板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。本実施の形態においてはコイン形リチウム一次電池を例に説明す
る。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
非水電解液は、溶質および非水溶媒を含有する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
正極ケース１３は、正極集電体および正極端子を兼ねる。正極ケース１３の内底面には、正極１０の外周部に対応する位置に正極ケース１３が内圧の上昇により膨れることにより正極１０の周面により強く接触する、正極１０の外周部に点在する複数の突起１３ａが設けられている。突起１３ａの形態は全周がつながった一つの円でなければ、図２に示すように、円弧状のものでも、図３に示すように点状のものでも構わない。また、正極ケース１３の内底面を加工したものでも、正極ケース１３の内底面に溶接等で固定したものでも構わない。
【００３０】
また、突起１３ａの先端が正極の中心側を向いた形状であることが好ましい。この構成により、少しの膨張でもより確実に正極と正極ケースとの接触を確保でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００３１】
さらに、突起１３ａが接触する正極の外周部に金属製のリングを配しているとより好ましい。この構成により、内圧が上昇し、正極ケースが膨れようとした場合、突起が金属製のリングによって正極の中心側に傾斜することが妨げられるため正極ケースの膨れも抑えられて高頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００３２】
負極封口板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、正極ケース１３と負極封口板１４とを絶縁する。正極ケース１３、負極封口板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。正極ケース１３および負極封口板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。
【００３３】
そして、上記正極ケース１３と、負極封口板１４は内部に電解液を保持するように周縁部をガスケット１５を介してカシメ封口される。
【実施例】
【００３４】
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。
【００３５】
（実施例１）
図１に示すコイン形電池を作製した。
【００３６】
１）正極の作製
４５０℃で熱処理した二酸化マンガン（正極活物質）１００質量部および黒鉛（導電材）１０質量部を乾式混合し、得られた乾式混合物にポリテトラフルオロエチレン（結着剤）５質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１４．０ｍｍ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。
【００３７】
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を装着した負極封口板１４の内面に圧着した。
【００３８】
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。
【００３９】
４）非水電解液の調製
プロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンの混合溶媒に、過塩素酸リチウムを１ｍｏｌ／Ｌの比率で溶解させたものを用いた。
【００４０】
５）電池の組み立て
正極ケース１３の内側面に封止剤を塗布し、図２に示すような内底面上の円弧状の突起１３ａの内側に正極１０を載置してその上にセパレータ１２を被せた後、非水電解液１．０ｇを正極ケース１３内に注液し、正極１０とセパレータ１２に電解液を含浸させた。次に、負極１１が圧着された負極封口板１４を、負極１１と正極１０とが対向するように正極ケース１３に装着し、正極ケース１３の周縁端部を負極封口板１４に装着されたガスケット１５を介してカシメ封口し、実施例１のコイン形電池（直径２０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ）を作製した。上記組立工程は、露点−４０℃以下のドライエア中で行った。
【００４１】
（実施例２）
図４に示すように、正極ケース１３の内底面の突起１３ａの先端が中心側を向いたものを用いた以外は、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。
【００４２】
（実施例３）
図５に示すように、正極１０の外周部に金属製のリング１６を配した以外は、実施例１と同様にして実施例３のコイン形電池を作製した。
【００４３】
（比較例１）
図６に示すように、正極ケース１３に内底面の突起１３ａの無いものを用いた以外は、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。
【００４４】
実施例１、２、３および比較例１で得られたコイン形電池を２０個作製し、８５℃で３０日間高温保存試験を行った。高温保存試験での内部抵抗および電池厚みの比較を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から分かるように、本発明の実施例１〜３のコイン形電池においては高温保存試験で内部抵抗の上昇が抑えられている。一方、比較例１では内部抵抗のばらつきが大きく、上昇するものがあった。
【００４７】
これは本発明の実施例１〜３においては、高温保存時の温度上昇による内圧の上昇に伴なう外装ケースの膨れにより、正極ケースの内底面と正極との縦方向の接触が弱くなった場合でも、正極ケースの内底面に設けられた突起と正極の外周部とがケースが膨れるほどより強く接触する横方向の接触が得られることにより、内部抵抗の上昇を抑制したのに対し、比較例１では正極ケースの内底面と正極との縦方向の接触のみであり、想定を超えてケースが膨れると接触が不十分となり、内部抵抗の上昇する場合があるものと考えられる。
【００４８】
また、同じく表１から分かるように、本発明の実施例３のコイン形電池においては高温保存試験での電池厚みの上昇が抑えられている。一方、比較例１では電池厚みが上昇するものがあり、実施例１、２の電池でも比較例と比べての抑制効果はわずかである。これは本発明の実施例３においては、高温保存時の温度上昇による内圧の上昇時に、正極ケースの内底面に設けられた突起と正極外周部の金属製のリングが作用し前記突起の内側への倒れを規制することによりケースの膨れを抑えたのに対し、比較例１では膨れを規制するものがなく、また実施例１、２でも突起の正極への食い込みが起こるため膨れの抑制効果がわずかであったものと考えられる。
【００４９】
なお、本実施例においては、コイン形リチウム一次電池を用いた例を示したが、コイン形リチウム一次電池に限らず、コイン形リチウム二次電池など、コイン形の形状を有する電池に適用されることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと負極封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる高信頼性の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】
【００５１】
１ コイン形電池
１０ 正極
１１ 負極
１２ セパレータ
１３ 正極ケース
１３ａ 突起
１４ 負極封口板
１５ ガスケット
１６ リング
【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正極ケースの開口部を負極封口板でカシメ封口して形成されている。電気導通的には正極と負極がセパレータを介して積層され、それぞれ外部端子を兼ねる正極ケースと負極封口板と接触で導通を取る構成となっている。このようなコイン形電池では高温環境下に曝された場合など、電池内圧が上昇すると外装ケースが膨れ、正極と正極ケースとの接触が取りにくくなり、内部抵抗の上昇を起こす場合がある。
【０００４】
そのため正極と正極ケースの内面との接触性を高めて、内部抵抗の上昇を抑制する工夫がなされている。例えば、特許文献１のコイン形電池では、正極ケースの内底面にばね等を配置して、そのばね等の反発力により正極と正極ケースとの接触性を確保することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−０２２３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に示されている電池でも、縦方向のみの接触を導通のよりどころとしているため、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れると、正極と正極ケースとの接触が取りにくくなり、内部抵抗の上昇を起こす場合があった。
【０００７】
本発明は、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のコイン形電池は、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと負極封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる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】
【００１０】
【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断面図
【図２】本発明の一実施の形態である円弧状の突起を形成した正極ケース底面の平面図
【図３】本発明の一実施の形態である点状の突起を形成した正極ケース底面の平面図
【図４】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断面図
【図５】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断面図
【図６】比較例のコイン形電池の構成を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明における第１の発明は、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするコイン形電池である。
【００１２】
この構成により、外装ケースが膨れると弱くなる縦方向の接触だけでなく、外装ケースが膨れるほど強くなる横方向の接触を得られることから、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１３】
本発明における第２の発明は、第１の発明において、上記突起の先端が正極の中心側を向いた形状としたことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、少しの膨張でもより確実に正極と正極ケースとの接触を確保でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１５】
本発明における第３の発明は、第１の発明において、前記突起が強く接触する正極の外周部に金属製のリングを配し、前記突起の内側への倒れを規制することにより正極ケースの膨れを抑える構成としたものである。
【００１６】
この構成により、内圧が上昇し、正極ケースが膨れようとした場合、突起が金属製のリングによって正極の中心側に傾斜することが妨げられるため正極ケースの膨れも抑えられて高頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の一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。コイン形電池１は、正極１０、負極１１、セパレータ１２、正極側となる正極ケース１３、負極側となる負極封口板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。本実施の形態においてはコイン形リチウム一次電池を例に説明す
る。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
非水電解液は、溶質および非水溶媒を含有する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
正極ケース１３は、正極集電体および正極端子を兼ねる。正極ケース１３の内底面には、正極１０の外周部に対応する位置に正極ケース１３が内圧の上昇により膨れることにより正極１０の周面により強く接触する、正極１０の外周部に点在する複数の突起１３ａが設けられている。突起１３ａの形態は全周がつながった一つの円でなければ、図２に示すように、円弧状のものでも、図３に示すように点状のものでも構わない。また、正極ケース１３の内底面を加工したものでも、正極ケース１３の内底面に溶接等で固定したものでも構わない。
【００３０】
また、突起１３ａの先端が正極の中心側を向いた形状であることが好ましい。この構成により、少しの膨張でもより確実に正極と正極ケースとの接触を確保でき、高信頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００３１】
さらに、突起１３ａが接触する正極の外周部に金属製のリングを配しているとより好ましい。この構成により、内圧が上昇し、正極ケースが膨れようとした場合、突起が金属製のリングによって正極の中心側に傾斜することが妨げられるため正極ケースの膨れも抑えられて高頼性のコイン形電池を提供することができる。
【００３２】
負極封口板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、正極ケース１３と負極封口板１４とを絶縁する。正極ケース１３、負極封口板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。正極ケース１３および負極封口板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。
【００３３】
そして、上記正極ケース１３と、負極封口板１４は内部に電解液を保持するように周縁部をガスケット１５を介してカシメ封口される。
【実施例】
【００３４】
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。
【００３５】
（実施例１）
図１に示すコイン形電池を作製した。
【００３６】
１）正極の作製
４５０℃で熱処理した二酸化マンガン（正極活物質）１００質量部および黒鉛（導電材）１０質量部を乾式混合し、得られた乾式混合物にポリテトラフルオロエチレン（結着剤）５質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１４．０ｍｍ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。
【００３７】
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を装着した負極封口板１４の内面に圧着した。
【００３８】
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。
【００３９】
４）非水電解液の調製
プロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンの混合溶媒に、過塩素酸リチウムを１ｍｏｌ／Ｌの比率で溶解させたものを用いた。
【００４０】
５）電池の組み立て
正極ケース１３の内側面に封止剤を塗布し、図２に示すような内底面上の円弧状の突起１３ａの内側に正極１０を載置してその上にセパレータ１２を被せた後、非水電解液１．０ｇを正極ケース１３内に注液し、正極１０とセパレータ１２に電解液を含浸させた。次に、負極１１が圧着された負極封口板１４を、負極１１と正極１０とが対向するように正極ケース１３に装着し、正極ケース１３の周縁端部を負極封口板１４に装着されたガスケット１５を介してカシメ封口し、実施例１のコイン形電池（直径２０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ）を作製した。上記組立工程は、露点−４０℃以下のドライエア中で行った。
【００４１】
（実施例２）
図４に示すように、正極ケース１３の内底面の突起１３ａの先端が中心側を向いたものを用いた以外は、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。
【００４２】
（実施例３）
図５に示すように、正極１０の外周部に金属製のリング１６を配した以外は、実施例１と同様にして実施例３のコイン形電池を作製した。
【００４３】
（比較例１）
図６に示すように、正極ケース１３に内底面の突起１３ａの無いものを用いた以外は、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。
【００４４】
実施例１、２、３および比較例１で得られたコイン形電池を２０個作製し、８５℃で３０日間高温保存試験を行った。高温保存試験での内部抵抗および電池厚みの比較を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１から分かるように、本発明の実施例１〜３のコイン形電池においては高温保存試験で内部抵抗の上昇が抑えられている。一方、比較例１では内部抵抗のばらつきが大きく、上昇するものがあった。
【００４７】
これは本発明の実施例１〜３においては、高温保存時の温度上昇による内圧の上昇に伴なう外装ケースの膨れにより、正極ケースの内底面と正極との縦方向の接触が弱くなった場合でも、正極ケースの内底面に設けられた突起と正極の外周部とがケースが膨れるほどより強く接触する横方向の接触が得られることにより、内部抵抗の上昇を抑制したのに対し、比較例１では正極ケースの内底面と正極との縦方向の接触のみであり、想定を超えてケースが膨れると接触が不十分となり、内部抵抗の上昇する場合があるものと考えられる。
【００４８】
また、同じく表１から分かるように、本発明の実施例３のコイン形電池においては高温保存試験での電池厚みの上昇が抑えられている。一方、比較例１では電池厚みが上昇するものがあり、実施例１、２の電池でも比較例と比べての抑制効果はわずかである。これは本発明の実施例３においては、高温保存時の温度上昇による内圧の上昇時に、正極ケースの内底面に設けられた突起と正極外周部の金属製のリングが作用し前記突起の内側への倒れを規制することによりケースの膨れを抑えたのに対し、比較例１では膨れを規制するものがなく、また実施例１、２でも突起の正極への食い込みが起こるため膨れの抑制効果がわずかであったものと考えられる。
【００４９】
なお、本実施例においては、コイン形リチウム一次電池を用いた例を示したが、コイン形リチウム一次電池に限らず、コイン形リチウム二次電池など、コイン形の形状を有する電池に適用されることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと負極封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、想定を超えて電池内圧が上昇し外装ケースが膨れた場合でも、正極と正極ケースとの接触抵抗の上昇を抑えられる高信頼性の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】
【００５１】
１ コイン形電池
１０ 正極
１１ 負極
１２ セパレータ
１３ 正極ケース
１３ａ 突起
１４ 負極封口板
１５ ガスケット
１６ リング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするコイン形電池。
【請求項２】
前記突起の先端が正極の中心側を向いた形状とした請求項１記載のコイン形電池。
【請求項３】
前記突起が強く接触する正極の外周部に金属製のリングを配し、前記突起の内側への倒れを規制することにより正極ケースの膨れを抑える構成とした請求項１記載のコイン形電池。
【請求項１】
外部端子を兼ねる正極ケースの内面に正極を配置し、この正極にセパレータを介して外部端子を兼ねる負極封口板の内面に配置した負極を対向させ、これらの正極ケースと封口板を内部に電解液を保持するように周縁部をガスケットを介して封口してなるコイン形電池において、前記正極ケースの内底面の正極の外周部に対応する位置に、正極ケースが内圧の上昇により膨れることにより正極の周面により強く接触する複数の突起を設けたことを特徴とするコイン形電池。
【請求項２】
前記突起の先端が正極の中心側を向いた形状とした請求項１記載のコイン形電池。
【請求項３】
前記突起が強く接触する正極の外周部に金属製のリングを配し、前記突起の内側への倒れを規制することにより正極ケースの膨れを抑える構成とした請求項１記載のコイン形電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０９１７８（Ｐ２０１２−２０９１７８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５０５８（Ｐ２０１１−７５０５８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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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