非水電解質電池およびその製造方法
【課題】生産性を向上することができ、かつ、放電末期の電池特性の低下を抑制することができる電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】電池は、正極缶と、負極缶と、正極缶の面のうち、負極缶と対向する面に設けられた正極材と、負極缶の面のうち、正極缶と対向する面に設けられた負極材と、正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、正極材の側面を覆う正極リングとを備える。ガスケットは、正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する。
【解決手段】電池は、正極缶と、負極缶と、正極缶の面のうち、負極缶と対向する面に設けられた正極材と、負極缶の面のうち、正極缶と対向する面に設けられた負極材と、正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、正極材の側面を覆う正極リングとを備える。ガスケットは、正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池およびその製造方法に関する。詳しくは、正極缶と負極缶との間にガスケットが介在する非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動用電源としてリチウム電池等が使用されるようになり、大電流化の需要が増えている。コイン形リチウム電池では、負極活物質のリチウムが正極ペレットにリチウムイオンとして進入していくことで放電が行われる。したがって、この電池には、放電に伴い負極は体積が減少するのに対して、正極ペレットは体積が膨張するという特徴がある。放電に際して、負極の厚み方向の減少よりも正極ペレットの厚み方向の膨張が少ないと、両極間のコンタクトが不十分となり内部抵抗の上昇が起こり、負荷特性の低下が起こる。この問題を回避するために種々の電池構造が提案されているが、その代表的なものとして、正極リングを用いる電池構造がある（例えば特許文献１参照）。正極リングを用いると、正極ペレットの側面は剛性のある正極リングで固定されるために、放電に伴う正極ペレットの体積膨張分のほとんどが厚み方向に振り分けられ、厚み方向の膨張が増大し放電時における正負極間のコンタクトが向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記電池構成では、電池特性の観点から、正極リングと正極ペレットとのクリアランスを小さくする必要があるが、このようにクリアランスを小さくすると、組立工程で正極リングと正極ペレットとを別々に組み上げるのが困難となる。
【０００５】
このような問題を回避する方法として、正極ペレットと正極リングとを組立工程前に予め一体化しておく方法が考えられる。しかし、このように正極ペレットと正極リングとを一体化したものは、組立工程において反転に注意して作業する必要性が生じるため、上記方法を採用した場合、正極リングを用いない電池と比べて生産性の低下を招くこととなる。
【０００６】
そこで、このような生産性の低下を抑制すべく、正極缶と正極リングとを溶接し、これに正極ペレットを一体化して、電池を組み上げるという方法が考えられる。しかし、この方法では、正極ペレットに電解液を滴下したあとに、正極缶を反転させて組み立てるという工程が必要となる。この工程において、正極缶の反転により電解液の溢れが発生すると、歩留まり悪化を招くこととなる。製造ラインのスピードを抑えることにより、電解液の溢れを抑制することができるが、このように製造ラインのスピードを抑えると、生産性の低下を招いてしまう。
【０００７】
また、上述の方法では、正極ペレットの側面と正極リングとが密着した状態にて電解液の滴下が行われるため、電池組み立てにおいて正極ペレットの電解液の吸収が不十分となる。その結果、電解液が消費する放電末期まで十分な電池特性を維持することができないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、生産性を向上することができ、かつ、放電末期の電池特性の低下を抑制することができる非水電解質電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、
正極缶と、
負極缶と、
正極缶の面のうち、負極缶と対向する面に設けられた正極材と、
負極缶の面のうち、正極缶と対向する面に設けられた負極材と、
正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、
正極材の側面を覆う正極リングと
を備え、
ガスケットは、正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する電池である。
【００１０】
第２の発明は、
負極缶の周縁部に、複数の突出部、または延在部を有するガスケットを配置する工程と、
複数の突出部、または延在部により正極材を位置決めして、負極缶上に配置する工程と、
正極材が配置された負極缶と、リング部材が接合された正極缶とを、正極材とリング部材とが対向するようにして重ね合わせ、重ね合わせた負極缶と正極缶との周縁部をかしめる工程と
を備える電池の製造方法である。
【００１１】
本発明では、ガスケットの複数の突出部または延在部により正極材を位置決めして、負極缶上に配置した後、正極リングが予め接合された正極缶と、負極缶とを重ね合わせて電池を作製する。したがって、正極リングと正極材とを予め一体化する工程が不要となり、正極リングを用いる電池構成とした場合の生産性の低下を抑制することができる。また、正極リングを用いない電池とほぼ同様の生産性を実現することができる。
【００１２】
また、ガスケットの突出部により正極材を位置決めして負極缶に配置した後、正極材の側面が正極リングに覆われず、露出した状態において、正極材に電解液を含浸させるので、正極材の電解液の含浸性を向上させることができる。したがって、放電末期での電池特性の低下を抑制することができる。すなわち、正極リングを用いる従来の電池に比して、優れた電池特性を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、正極リングと正極材とを予め一体化させる工程を省くことができるので、生産性を向上することができる。また、正極材の電解液の含浸性を向上することができるので、放電末期の電池特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の非水電解質電池の構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、ガスケットの形状の第１の例を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図３Ａは、ガスケットの形状の第２の例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図４Ａは、正極リングの形状の一例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明するための工程図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明するための工程図である。
【図７】図７Ａは、正極リングの第１の変形例を示す断面図である。図７Ｂは、正極リングの第２の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［非水電解質電池の構成］
図１は、本発明の一実施形態による非水電解質電池の構成の一例を示す断面図である。この非水電解質電池は、いわゆるコイン型リチウム電池といわれるものであり、正極缶１と、正極ペレット（正極材）２と、負極カップ（負極缶）３と、負極材４と、セパレータ５と、ガスケット６と、正極リング７と、電解液とを備える。正極ペレット２は、正極缶１の面のうち、負極カップ３と対向する面に設けられ、負極材４は、負極カップ３の面のうち、正極缶１と対向する面に設けられている。ガスケット６は、正極缶１と負極カップ３との周縁部に介在され、正極缶１と負極カップ３と周縁部はガスケット６を介在させた状態にてかしめられている。正極リング７は、正極材２の側面を覆うととともに、正極缶１に接合している。正極缶１および負極カップ３の内部は、例えば液状の電解質である電解液により満たされている。また、必要に応じて、負極材４の正極ペレット側に、アルミニウム箔をさらに備えるようにしてもよい。このようにアルミニウム箔を備えることで、負荷特性をより向上させることができる。
以下、非水電解質電池を構成する正極缶１、負極カップ３、正極ペレット２、負極材４、セパレータ５、電解液、ガスケット６、および正極リング７について順次説明する。
【００１６】
（正極缶、負極カップ）
正極缶１は、例えば、ステンレス等の金属により、負極カップ３は、例えば、ニッケルメッキを施した鉄もしくはステンレス等の金属によりそれぞれ構成されている。正極缶１は正極ペレット２の集電体として機能し、負極カップ３は負極材４の集電体として機能するようになっている。
【００１７】
（正極ペレット）
正極ペレットは、例えば、円盤状の形状を有している。正極ペレット２は、例えば、正極活物質を含み、必要に応じて導電剤と結着剤（バインダ）とを含んでいる。正極活物質としては、例えば、焼成電解二酸化マンガン（β二酸化マンガン）が挙げられる。導電剤としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラックまたは炭素繊維等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。
【００１８】
（負極材）
負極材４は、例えば、円盤状の形状を有している。負極材４は、例えば、リチウムまたはリチウム合金を負極活物質として含んでいる。リチウム合金としては、例えば、リチウム以外の第２の構成元素として、アルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００１９】
（セパレータ）
セパレータ５は、正極ペレット２と負極材４とを隔離し、両極の接触による電極の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンもしくはポリエチレン等よりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック性の不織布等の無機材料よりなる多孔質膜により構成されている。
【００２０】
（電解液）
電解質としての電解液は、有機溶媒に電解質塩としてリチウム塩を溶解させたものであり、リチウム塩が電離することによりイオン伝導性を示すようになっている。ここで、有機溶媒としては、例えば、エステル類、エーテル類、３置換−２−オキサゾリジノン類およびこれらの二種以上の混合溶媒が挙げられる。エステル類としては、例えば、アルキレンカーボネート（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、２−メチル−γ−ブチルラクトン等）が挙げられる。エーテル類としては、例えば、ジエチルエーテル、環状エーテル、例えば５員環を有するエーテル〔テトラヒドロフラン；置換（アルキル，アルコキシ）テトラヒドロフラン例えば２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、２−エチルテトラヒドロフラン、２，２’−ジメチルテトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン等；ジオキソラン等〕、６員環を有するエーテル〔１，４−ジオキサン、ピラン、ジヒドロピラン、テトラヒドロピラン〕、ジメトキシエタン等が挙げられる。３置換−２−オキサゾリジノン類としては、例えば、３−アルキル−２−オキサゾリジノン（３−メチル−２−オキサゾリジノン、３−エチル−２−オキサゾリジノン等）、３−シクロアルキル−２−オキサゾリジノン（３−シクロヘキシル−２−オキサゾリジノン等）、３−アラルキル−２−オキサゾリジノン（３−ベンジル−２−オキサゾリジノン等）、３−アリール−２−オキサゾリジノン（３−フェニル−２−オキサゾリジノン等）が挙げられる。なかでも、プロピレンカーボネートや５員環を有するエーテル（特にテトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２−エチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン）、３−メチル−２−オキサゾリジノン等が好ましい。
【００２１】
電解質塩としては、例えば、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、リンフッ化リチウム、塩化アルミン酸リチウム、ハロゲン化リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等が使用可能であり、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等が好ましい。
【００２２】
（ガスケット）
ガスケットは、例えば、リング状の形状を有する。ガスケットは、本体部１１と、この本体部１１の内周側に設けられた複数の突出部１２ａまたは延在部１２ｂとを備える。本体部１１は、正極缶１と負極カップ３の周縁部に介在し、両者の間の隙間を封口するシール部である。この本体部１１により、非水電解質電池内部から外部への電解液の液漏れや、非水電解質電池外部から内部への水分等の異物の混入を防止することができる。
【００２３】
突出部１２ａまたは延在部１２ｂは、非水電解質電池の製造時において、正極ペレット２の位置決めをするためのものである。突出部１２ａまたは延在部１２ｂは、電池の中央部に向けて突出または延在され、その先端は正極ペレット２の側面に位置する。突出部１２ａまたは延在部１２ｂの形状は、非水電解質電池の製造工程において、正極ペレット２の位置を固定できるものであればよく特に限定されるものではない。環状ガスケットの材料としては、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。
【００２４】
図２Ａは、ガスケットの形状の第１の例を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。ガスケット６は、リング状の本体部１１と、この本体部１１の内周側の先端部に設けられた複数の突出部１２ａとを備える。これらの突出部１２ａは、正極ペレット２の側面のうち、正極リング７により覆われず露出した露出領域に向けて突出している。非水電解質電池の製造時には、これらの突出部１２ａにより正極ペレット２の位置決めがなされる。突出部１２ａの個数は、非水電解質電池の製造時における正極ペレット２の位置決めを容易にする観点からすると、３個以上が好ましい。また、複数の突出部１２ａは、非水電解質電池の製造時における正極ペレット２の位置決めを容易にする観点からすると、リング状の本体部１１の内周に等間隔で設けられることが好ましい。突出部１２ａの形状は、非水電解質電池の製造時において、正極ペレット２を位置決め可能な形状であればよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
図３Ａは、ガスケットの形状の第２の例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。ガスケット６は、リング状の本体部１１と、この本体部１１の内周側の先端部全体を一様に突出させたリング状の延在部１２ｂとを備える。この延在部１２ｂは、本体部１１の内周から、正極ペレット２の側面のうち、正極リング７により覆われず露出した露出領域に向けて一様にリング状に延在されている。非水電解質電池の製造時には、この延在部１２ｂにより正極ペレット２の位置決めがなされる。
【００２６】
（正極リング）
図４Ａは、正極リングの形状の一例を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。正極リング７は、例えばＬ字状の断面を有する金属リングである。具体的には、正極缶１に溶接等されるリング状の接合部２１と、この接合部２１の外周部に直角に立設された周壁部２２とを備える。この接合部２１は、電池の集電効果の向上の観点からすると、正極缶１に溶接されていることが好ましい。また、同様に電池の集電効果の向上の観点からすると、周壁部２２と正極ペレット２の側面とが密着することが好ましい。正極リング７の材料としては、例えばステンレス等の金属が挙げられるが、特にこの材料に限定されるものではない。
【００２７】
正極リング７の周壁部２２の高さは適宜設計することができるが、ガスケット６の突出部１２ａまたは延在部１２ｂと干渉しない範囲で充分大きくすることが好ましい。これは、正極リング７の周壁部２２が正極ペレット２の径方向への膨張を抑制し、厚さ方向の簿長を大きくする効果が得られるためである。具体的には、正極ペレット２の高さＨに対する正極リング７の周壁部２２の高さｈの割合（（ｈ／Ｈ）×１００）が、４０％以上であることが好ましい。正極リング７の内径ＤAとガスケット６の内径ＤBとの差が小さいほど、すなわち、正極リング７の内径ＤAと正極ペレット２の外径とのクリアランスが小さいほど、放電に伴うペレット膨張が高さ方向に振り分けられ、放電末期の特性がより向上する。
【００２８】
正極リング７の内径ＤAと、ガスケット６の内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、好ましくは０．９７以上１．１０以下、より好ましくは１．００以上１．１０以下の範囲内である。０．９７未満であると、生産性が低下する傾向がある。一方、１．１０を超えると、放電末期の電池特性が低下する傾向にある。また、１．００以上であると、歩留まりを向上させることができる。ここで、正極リング７の内径とは、図４Ａに示すように、正極リング７の周壁部２２の内径、すなわち正極リング７の周壁部２２の内周面間の距離である。ガスケット６の内径ＤBとは、突出部間または延在部間の距離であり、具体的には以下のように定義される。図２Ａに示すように、ガスケット６の本体部１１に、複数の突出部１２が設けられている場合には、突出部１２の先端が位置する仮想的な円Ｃの直径ＤBである。図３Ａに示すように、ガスケット６の本体部１１に、一様に突出したリング状の延在部１２ｂが設けられている場合には、リング状の延在部１２ｂの直径ＤBである。
【００２９】
（１−２）非水電解質電池の製造方法
以下、図５Ａ〜図６Ｃを参照しながら、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
まず、図５Ａに示すように、円盤状の負極材４を負極カップ３に収容する。次に、図５Ｂに示すように、負極材４上にセパレータ５を載置する。次に、図５Ｃに示すように、リング状のガスケット６を負極カップ３の周縁部に載置する。ガスケット６の成形方法としては、例えば射出成形法が挙げられる。次に、セパレータ５に対して電解液を滴下する。
【００３１】
次に、図６Ａに示すように、ガスケット６の突出部１２ａまたは延在部１２ｂにより、正極ペレット２の位置決めをしながら、負極カップ３の所定位置に載置する。正極ペレット２は、例えば、焼成電解二酸化マンガンと、グラファイト等の導電材と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の結着剤と、水とを混合した後、加熱処理し水を蒸発乾燥させてペレット状に成形することにより得られる。次に、正極ペレット２に対して電解液を滴下する。
【００３２】
次に、図６Ｂに示すように、負極カップ３との対向面に対して正極リング７が予め溶接された正極缶１を、正極カップ３に被せる。溶接の方法としては、例えば、抵抗溶接またはレーザー溶接などが挙げられる。次に、図６Ｃに示すように、正極缶１と負極カップ３との周縁部を、ガスケット７を介してかしめることにより密封する。以上により、目的とする非水電解質電池が得られる。
【００３３】
［変形例］
正極リングの周壁部２２のうち少なくとも先端部が、外側に向かって広がるようにしてもよい。このような形状を採用することで、生産性を向上することができる。具体的には例えば、図７Ａに示すように、リング状の接合部２１に対して周壁部２２を傾斜させて、周壁部２２がその先端部に向かうに従って外側に広がるようにしてもよい。また、図７Ｂに示すように、周壁部２２の先端部のみを外側に向かって広げるようにしてもよい。正極リング７の周壁部２２の先端部の内径ＤCと、正極リング７の接合部２１の側の内径ＤAとの比率（ＤC／ＤA）が大きくなりすぎると、径方向への正極ペレット２の膨張が増えて、厚さ方向への正極ペレット２の膨張が少なくなり、放電深度８０％閉路電圧が低下する傾向がある。よって、比率（ＤC／ＤA）は１．０５以下が好ましい。
【００３４】
上述したように、この一実施形態では、ガスケット６の複数の突出部１２ａまたは延在部１２ｂにより正極ペレット２を負極カップ３の中央部等に位置決めしながら配置する。そして、負極カップ３上に、正極リング７が予め溶接された正極缶１を重ね合わせて、それらの周縁部をかしめることにより、非水電解質電池を作製する。したがって、正極リング７と正極ペレット２とを予め一体化する工程が不要となり、正極リング７を用いることによる組立速度および歩留まりの低下を抑制することができる。
【００３５】
また、正極缶１と正極リング７とを予め溶接しておくことで、正極リング７を使用しないときの製造工程とほぼ同様にして、非水電解質電池を作製することができる。したがって、従来の生産ラインを大幅に改造することなく、正極リング７を有する非水電解質電池を作製することができる。
【００３６】
さらに、正極ペレット２と正極リング７とを予め一体化して正極ペレット２の側面を正極リング７により覆った状態ではなく、正極ペレット２の側面を露出した状態において、電解液を正極ペレット２に滴下などして含浸させることができる。したがって、正極リング７を使用した従来の非水電解質電池に比して、正極ペレット２の電解液吸液性を向上させることができる。すなわち、正極リング７を使用した従来の非水電解質電池に比して、放電末期などの電池特性を向上することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
以下の実施例および比較例において、比率（ＤA／ＤB）は以下のようにして求めた。
まず、内側マイクロメータを用いて正極リングの内径ＤAを測定した。次に、工具顕微鏡（トプコン製、商品名：ＴＵＭ）を用いてガスケットの内径ＤBを測定した。次に、測定した正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとを用いて、比率（ＤA／ＤB）を求めた。
【００３９】
（実施例１）
まず、リチウムからなる直径φ２０ｍｍの円盤状の負極材を、ステンレス製負極カップに圧着した後、負極材上にポリプロピレン製セパレータを載置した。次に、負極カップの周縁部にポリプロピレン製ガスケットを配置した。ガスケットとしては、内周部に６個の突出部を均等に設けたものを用いた。次に、過塩素酸リチウムとプロピレンカーボネートとジメトキシエタンからなる電解液を、セパレータ上に滴下した。
【００４０】
次に、ガスケットの突出部の内側に収まるようにして正極ペレットを負極カップに収容し、上記と同様の成分の電解液を正極ペレットに滴下した。正極ペレットとしては、二酸化マンガンを主成分とする合剤を加圧成型して作製したものを用いた。次に、レーザー溶接で予めリングが溶接された正極缶を準備した。なお、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は、１．００とした。次に、負極カップ上に正極缶を被せた後、正極缶と負極カップとの周縁部をガスケットを介してかしめることにより密封した。
以上により、電池外径φ２４ｍｍ、総高５．０ｍｍのコイン型リチウム電池を得た。
【００４１】
（実施例２）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．０５とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４２】
（実施例３）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．１０とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４３】
（実施例４）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．１５とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４４】
（実施例５）
正極リング内径を小さくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を０．９７とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４５】
（実施例６）
周壁部の先端部が外側に折り曲げられた正極リングを成形し、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を０．９７とし、正極リング先端の内径ＤCとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤC／ＤB）を１．００とした。ここで、正極リングの内径ＤAは、正極リングの周壁部のうち、折り曲げられた先端部よりも接合部側の部分の内径である。正極リング先端の内径ＤCは、正極リングの周壁部のうち、折り曲げられた先端部の最先端の内径である。これ以外のことは実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４６】
（比較例１）
ガスケットとして突出部のないリング状のものを用い、正極缶として正極リングが設けられていないものを用いる以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４７】
（比較例２）
まず、リチウムからなる直径φ２０ｍｍの円盤状の負極材を、ステンレス製負極カップに圧着した後、負極材上にポリプロピレン製セパレータを載置した。次に、負極カップの周縁部にポリプロピレン製ガスケットを配置した。ガスケットとしては、突出部のないリング状のガスケットを用いた。次に、過塩素酸リチウムとプロピレンカーボネートとジメトキシエタンからなる電解液を、セパレータ上に滴下した。
【００４８】
次に、レーザー溶接機にて正極リングが予め溶接した正極缶を準備し、正極リングに正極ペレットを挿入し、加圧成形を行うことで一体化した後、正極ペレットに電解液を滴下した。正極ペレットとしては、二酸化マンガンを主成分とする合剤を加圧成型して作製したものを用いた。次に、正極缶を反転させて、負極カップ上に被せ、正極缶と負極カップとの周縁部を、ガスケットを介してかしめることにより密封した。
以上により、電池外径φ２４ｍｍ、総高５．０ｍｍのコイン型リチウム電池を作製した。
【００４９】
（生産性の評価）
実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の組立速度、および歩留まりを評価した。表１にその結果を示す。なお、組立速度（ライン速度）は、比較例１の組立速度（ライン速度）を基準値「１００」とした相対値で示した。また、歩留まり（歩留まり率ともいう。）は、比較例１の歩留まりを「１００」とした相対値で示した。ここで、歩留まりは、所定時間に作製したコイン型リチウム電池のうち、所定の電池性能（所定電圧、所定電池寸法、および外観）を満たすものの比率である。
【００５０】
（電池特性の評価）
実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の放電深度０％と放電深度８０％の２３℃における電流３０ｍＡ１秒後の閉路電圧を求めた。その結果を表２に示す。
【００５１】
表１に、実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の生産性の評価結果を示す。
【表１】
【００５２】
表２に、実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の電池特性の評価結果を示す。
【表２】
【００５３】
表１から以下のことがわかる。
正極リングを正極缶に溶接した比較例２では、正極リングを用いない比較例１に対して組立速度および歩留まりが大きく低下する傾向がある。一方、正極ペレットの位置決めをするための突出部をガスケットに設けた実施例１〜４、６では、比較例１と同等の組立速度および歩留まりを達成できる。すなわち、正極リングを用いるコイン型リチウム電池を生産性の低下を抑制することができる。
【００５４】
実施例５では、比較例１に比して歩留まりが低下する傾向にある。これは、実施例５では、ガスケットの内径ＤBが正極リングの内径ＤAより大きいため、正極缶に溶接された正極リングが正極ペレットに乗り上げるという不具合が発生したためである。なお、実施例６では、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が実施例５と同じであるが、正極リング先端の内径ＤCとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤC／ＤB）が実施例５より大きいため、ペレットにリングが乗り上げるという不具合は発生しなかった。
【００５５】
表２から以下のことがわかる。
ガスケットの突出部と正極リングとを用いた実施例１〜６では、正極リングなしの比較例１に比して、放電深度８０％閉路電圧が大幅に向上している。
【００５６】
また、ガスケットの突出部と正極リングとを用いた実施例１〜６では、正極リングを用いた比較例２に比して、放電深度８０％閉路電圧が大きく改善している。このような効果の発現は以下の理由によるものと考えられる。比較例２では、作製工程において正極ペレットと正極リングとを密着させた状態において電解液を滴下しているため、正極ペレットの側面から電解液が吸収されず、また電解液を滴下した正極缶を反転させるために電解液がこぼれてしまうため、放電深度８０％閉路電圧が低下する。これに対して、実施例１〜６では、正極ペレットと正極リングとの間にクリアランスを設けるとともに、正極ペレットを反転させるという工程もなくしているので、上述の比較例２のような問題を解消することができ、放電深度８０％閉路電圧が比較例２に比して向上する。
【００５７】
比率（ＤA／ＤB）を１．１５とした実施例４では、比率（ＤA／ＤB）を１．１０以下とした実施例１〜３、５、６に比して放電深度８０％閉路電圧が低下する傾向がある。これは、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が大きくなりすぎて、すなわち、正極リングと正極ペレットのクリアランスが大きすぎて、径方向へのペレット膨張が増えてしまい、厚さ方向の膨張が少なくなったためである。
【００５８】
なお、詳細な評価結果の記載は省略するが、比率（ＤA／ＤB）が０．９７未満であると、比較例２よりも組立速度が低下してしまう。これは以下の理由による。すなわち、比率（ＤA／ＤB）が０．９７未満であると、ガスケットの内径ＤBが大きすぎるため、正極ペレットの動ける範囲が広くなりすぎてしまう。その結果、正極缶を負極カップに被せたときに、正極リングが正極ペレットに乗り上げてしまう。このように正極リングが正極ペレットに乗り上げてしまった場合には、製造ラインを止めなければならなくなり、組立速度が低下することとなる。
【００５９】
上記表２の評価結果を考慮すると、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は０．９７以上１．１０以下であることが好ましい。さらに、上記表１の評価結果（歩留まり）を考慮すると、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は１．００以上１．１０以下であることが好ましい。
【００６０】
正極リングの周壁部の先端部を外側に折り曲げた実施例６では、正極リングの周壁部を折り曲げていない実施例５と同等の電池特性が得られる。すなわち、正極リングの周壁部の先端部を外側に折り曲げることで、電池特性の低下を招くことなく、生産性を改善することができる。なお、正極リングの折り曲げは、上述した実施例６の正極リングの形状、すなわち、先端部のみを外側に折り曲げる形状（図７Ｂ）に限定されるものではない。例えば、正極リングの周壁部全体を外側に折り曲げる形状（図７Ａ）とした場合にも実施例６と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６２】
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、形状、材料および数値等を用いてもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態の各構成は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 正極缶
２ 正極ペレット
３ 負極カップ
４ 負極材
５ セパレータ
６ ガスケット
７ 正極リング
１１ 本体部
１２ａ 突出部
１２ 延在部
２１ 接合部
２２ 周壁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池およびその製造方法に関する。詳しくは、正極缶と負極缶との間にガスケットが介在する非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動用電源としてリチウム電池等が使用されるようになり、大電流化の需要が増えている。コイン形リチウム電池では、負極活物質のリチウムが正極ペレットにリチウムイオンとして進入していくことで放電が行われる。したがって、この電池には、放電に伴い負極は体積が減少するのに対して、正極ペレットは体積が膨張するという特徴がある。放電に際して、負極の厚み方向の減少よりも正極ペレットの厚み方向の膨張が少ないと、両極間のコンタクトが不十分となり内部抵抗の上昇が起こり、負荷特性の低下が起こる。この問題を回避するために種々の電池構造が提案されているが、その代表的なものとして、正極リングを用いる電池構造がある（例えば特許文献１参照）。正極リングを用いると、正極ペレットの側面は剛性のある正極リングで固定されるために、放電に伴う正極ペレットの体積膨張分のほとんどが厚み方向に振り分けられ、厚み方向の膨張が増大し放電時における正負極間のコンタクトが向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記電池構成では、電池特性の観点から、正極リングと正極ペレットとのクリアランスを小さくする必要があるが、このようにクリアランスを小さくすると、組立工程で正極リングと正極ペレットとを別々に組み上げるのが困難となる。
【０００５】
このような問題を回避する方法として、正極ペレットと正極リングとを組立工程前に予め一体化しておく方法が考えられる。しかし、このように正極ペレットと正極リングとを一体化したものは、組立工程において反転に注意して作業する必要性が生じるため、上記方法を採用した場合、正極リングを用いない電池と比べて生産性の低下を招くこととなる。
【０００６】
そこで、このような生産性の低下を抑制すべく、正極缶と正極リングとを溶接し、これに正極ペレットを一体化して、電池を組み上げるという方法が考えられる。しかし、この方法では、正極ペレットに電解液を滴下したあとに、正極缶を反転させて組み立てるという工程が必要となる。この工程において、正極缶の反転により電解液の溢れが発生すると、歩留まり悪化を招くこととなる。製造ラインのスピードを抑えることにより、電解液の溢れを抑制することができるが、このように製造ラインのスピードを抑えると、生産性の低下を招いてしまう。
【０００７】
また、上述の方法では、正極ペレットの側面と正極リングとが密着した状態にて電解液の滴下が行われるため、電池組み立てにおいて正極ペレットの電解液の吸収が不十分となる。その結果、電解液が消費する放電末期まで十分な電池特性を維持することができないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、生産性を向上することができ、かつ、放電末期の電池特性の低下を抑制することができる非水電解質電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、
正極缶と、
負極缶と、
正極缶の面のうち、負極缶と対向する面に設けられた正極材と、
負極缶の面のうち、正極缶と対向する面に設けられた負極材と、
正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、
正極材の側面を覆う正極リングと
を備え、
ガスケットは、正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する電池である。
【００１０】
第２の発明は、
負極缶の周縁部に、複数の突出部、または延在部を有するガスケットを配置する工程と、
複数の突出部、または延在部により正極材を位置決めして、負極缶上に配置する工程と、
正極材が配置された負極缶と、リング部材が接合された正極缶とを、正極材とリング部材とが対向するようにして重ね合わせ、重ね合わせた負極缶と正極缶との周縁部をかしめる工程と
を備える電池の製造方法である。
【００１１】
本発明では、ガスケットの複数の突出部または延在部により正極材を位置決めして、負極缶上に配置した後、正極リングが予め接合された正極缶と、負極缶とを重ね合わせて電池を作製する。したがって、正極リングと正極材とを予め一体化する工程が不要となり、正極リングを用いる電池構成とした場合の生産性の低下を抑制することができる。また、正極リングを用いない電池とほぼ同様の生産性を実現することができる。
【００１２】
また、ガスケットの突出部により正極材を位置決めして負極缶に配置した後、正極材の側面が正極リングに覆われず、露出した状態において、正極材に電解液を含浸させるので、正極材の電解液の含浸性を向上させることができる。したがって、放電末期での電池特性の低下を抑制することができる。すなわち、正極リングを用いる従来の電池に比して、優れた電池特性を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、正極リングと正極材とを予め一体化させる工程を省くことができるので、生産性を向上することができる。また、正極材の電解液の含浸性を向上することができるので、放電末期の電池特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の非水電解質電池の構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、ガスケットの形状の第１の例を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図３Ａは、ガスケットの形状の第２の例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図４Ａは、正極リングの形状の一例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明するための工程図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明するための工程図である。
【図７】図７Ａは、正極リングの第１の変形例を示す断面図である。図７Ｂは、正極リングの第２の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［非水電解質電池の構成］
図１は、本発明の一実施形態による非水電解質電池の構成の一例を示す断面図である。この非水電解質電池は、いわゆるコイン型リチウム電池といわれるものであり、正極缶１と、正極ペレット（正極材）２と、負極カップ（負極缶）３と、負極材４と、セパレータ５と、ガスケット６と、正極リング７と、電解液とを備える。正極ペレット２は、正極缶１の面のうち、負極カップ３と対向する面に設けられ、負極材４は、負極カップ３の面のうち、正極缶１と対向する面に設けられている。ガスケット６は、正極缶１と負極カップ３との周縁部に介在され、正極缶１と負極カップ３と周縁部はガスケット６を介在させた状態にてかしめられている。正極リング７は、正極材２の側面を覆うととともに、正極缶１に接合している。正極缶１および負極カップ３の内部は、例えば液状の電解質である電解液により満たされている。また、必要に応じて、負極材４の正極ペレット側に、アルミニウム箔をさらに備えるようにしてもよい。このようにアルミニウム箔を備えることで、負荷特性をより向上させることができる。
以下、非水電解質電池を構成する正極缶１、負極カップ３、正極ペレット２、負極材４、セパレータ５、電解液、ガスケット６、および正極リング７について順次説明する。
【００１６】
（正極缶、負極カップ）
正極缶１は、例えば、ステンレス等の金属により、負極カップ３は、例えば、ニッケルメッキを施した鉄もしくはステンレス等の金属によりそれぞれ構成されている。正極缶１は正極ペレット２の集電体として機能し、負極カップ３は負極材４の集電体として機能するようになっている。
【００１７】
（正極ペレット）
正極ペレットは、例えば、円盤状の形状を有している。正極ペレット２は、例えば、正極活物質を含み、必要に応じて導電剤と結着剤（バインダ）とを含んでいる。正極活物質としては、例えば、焼成電解二酸化マンガン（β二酸化マンガン）が挙げられる。導電剤としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラックまたは炭素繊維等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。
【００１８】
（負極材）
負極材４は、例えば、円盤状の形状を有している。負極材４は、例えば、リチウムまたはリチウム合金を負極活物質として含んでいる。リチウム合金としては、例えば、リチウム以外の第２の構成元素として、アルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００１９】
（セパレータ）
セパレータ５は、正極ペレット２と負極材４とを隔離し、両極の接触による電極の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンもしくはポリエチレン等よりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック性の不織布等の無機材料よりなる多孔質膜により構成されている。
【００２０】
（電解液）
電解質としての電解液は、有機溶媒に電解質塩としてリチウム塩を溶解させたものであり、リチウム塩が電離することによりイオン伝導性を示すようになっている。ここで、有機溶媒としては、例えば、エステル類、エーテル類、３置換−２−オキサゾリジノン類およびこれらの二種以上の混合溶媒が挙げられる。エステル類としては、例えば、アルキレンカーボネート（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、２−メチル−γ−ブチルラクトン等）が挙げられる。エーテル類としては、例えば、ジエチルエーテル、環状エーテル、例えば５員環を有するエーテル〔テトラヒドロフラン；置換（アルキル，アルコキシ）テトラヒドロフラン例えば２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、２−エチルテトラヒドロフラン、２，２’−ジメチルテトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン等；ジオキソラン等〕、６員環を有するエーテル〔１，４−ジオキサン、ピラン、ジヒドロピラン、テトラヒドロピラン〕、ジメトキシエタン等が挙げられる。３置換−２−オキサゾリジノン類としては、例えば、３−アルキル−２−オキサゾリジノン（３−メチル−２−オキサゾリジノン、３−エチル−２−オキサゾリジノン等）、３−シクロアルキル−２−オキサゾリジノン（３−シクロヘキシル−２−オキサゾリジノン等）、３−アラルキル−２−オキサゾリジノン（３−ベンジル−２−オキサゾリジノン等）、３−アリール−２−オキサゾリジノン（３−フェニル−２−オキサゾリジノン等）が挙げられる。なかでも、プロピレンカーボネートや５員環を有するエーテル（特にテトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２−エチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン）、３−メチル−２−オキサゾリジノン等が好ましい。
【００２１】
電解質塩としては、例えば、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、リンフッ化リチウム、塩化アルミン酸リチウム、ハロゲン化リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等が使用可能であり、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等が好ましい。
【００２２】
（ガスケット）
ガスケットは、例えば、リング状の形状を有する。ガスケットは、本体部１１と、この本体部１１の内周側に設けられた複数の突出部１２ａまたは延在部１２ｂとを備える。本体部１１は、正極缶１と負極カップ３の周縁部に介在し、両者の間の隙間を封口するシール部である。この本体部１１により、非水電解質電池内部から外部への電解液の液漏れや、非水電解質電池外部から内部への水分等の異物の混入を防止することができる。
【００２３】
突出部１２ａまたは延在部１２ｂは、非水電解質電池の製造時において、正極ペレット２の位置決めをするためのものである。突出部１２ａまたは延在部１２ｂは、電池の中央部に向けて突出または延在され、その先端は正極ペレット２の側面に位置する。突出部１２ａまたは延在部１２ｂの形状は、非水電解質電池の製造工程において、正極ペレット２の位置を固定できるものであればよく特に限定されるものではない。環状ガスケットの材料としては、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。
【００２４】
図２Ａは、ガスケットの形状の第１の例を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。ガスケット６は、リング状の本体部１１と、この本体部１１の内周側の先端部に設けられた複数の突出部１２ａとを備える。これらの突出部１２ａは、正極ペレット２の側面のうち、正極リング７により覆われず露出した露出領域に向けて突出している。非水電解質電池の製造時には、これらの突出部１２ａにより正極ペレット２の位置決めがなされる。突出部１２ａの個数は、非水電解質電池の製造時における正極ペレット２の位置決めを容易にする観点からすると、３個以上が好ましい。また、複数の突出部１２ａは、非水電解質電池の製造時における正極ペレット２の位置決めを容易にする観点からすると、リング状の本体部１１の内周に等間隔で設けられることが好ましい。突出部１２ａの形状は、非水電解質電池の製造時において、正極ペレット２を位置決め可能な形状であればよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
図３Ａは、ガスケットの形状の第２の例を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。ガスケット６は、リング状の本体部１１と、この本体部１１の内周側の先端部全体を一様に突出させたリング状の延在部１２ｂとを備える。この延在部１２ｂは、本体部１１の内周から、正極ペレット２の側面のうち、正極リング７により覆われず露出した露出領域に向けて一様にリング状に延在されている。非水電解質電池の製造時には、この延在部１２ｂにより正極ペレット２の位置決めがなされる。
【００２６】
（正極リング）
図４Ａは、正極リングの形状の一例を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示したＡ−Ａ線における断面図である。正極リング７は、例えばＬ字状の断面を有する金属リングである。具体的には、正極缶１に溶接等されるリング状の接合部２１と、この接合部２１の外周部に直角に立設された周壁部２２とを備える。この接合部２１は、電池の集電効果の向上の観点からすると、正極缶１に溶接されていることが好ましい。また、同様に電池の集電効果の向上の観点からすると、周壁部２２と正極ペレット２の側面とが密着することが好ましい。正極リング７の材料としては、例えばステンレス等の金属が挙げられるが、特にこの材料に限定されるものではない。
【００２７】
正極リング７の周壁部２２の高さは適宜設計することができるが、ガスケット６の突出部１２ａまたは延在部１２ｂと干渉しない範囲で充分大きくすることが好ましい。これは、正極リング７の周壁部２２が正極ペレット２の径方向への膨張を抑制し、厚さ方向の簿長を大きくする効果が得られるためである。具体的には、正極ペレット２の高さＨに対する正極リング７の周壁部２２の高さｈの割合（（ｈ／Ｈ）×１００）が、４０％以上であることが好ましい。正極リング７の内径ＤAとガスケット６の内径ＤBとの差が小さいほど、すなわち、正極リング７の内径ＤAと正極ペレット２の外径とのクリアランスが小さいほど、放電に伴うペレット膨張が高さ方向に振り分けられ、放電末期の特性がより向上する。
【００２８】
正極リング７の内径ＤAと、ガスケット６の内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、好ましくは０．９７以上１．１０以下、より好ましくは１．００以上１．１０以下の範囲内である。０．９７未満であると、生産性が低下する傾向がある。一方、１．１０を超えると、放電末期の電池特性が低下する傾向にある。また、１．００以上であると、歩留まりを向上させることができる。ここで、正極リング７の内径とは、図４Ａに示すように、正極リング７の周壁部２２の内径、すなわち正極リング７の周壁部２２の内周面間の距離である。ガスケット６の内径ＤBとは、突出部間または延在部間の距離であり、具体的には以下のように定義される。図２Ａに示すように、ガスケット６の本体部１１に、複数の突出部１２が設けられている場合には、突出部１２の先端が位置する仮想的な円Ｃの直径ＤBである。図３Ａに示すように、ガスケット６の本体部１１に、一様に突出したリング状の延在部１２ｂが設けられている場合には、リング状の延在部１２ｂの直径ＤBである。
【００２９】
（１−２）非水電解質電池の製造方法
以下、図５Ａ〜図６Ｃを参照しながら、本発明の一実施形態による非水電解質電池の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
まず、図５Ａに示すように、円盤状の負極材４を負極カップ３に収容する。次に、図５Ｂに示すように、負極材４上にセパレータ５を載置する。次に、図５Ｃに示すように、リング状のガスケット６を負極カップ３の周縁部に載置する。ガスケット６の成形方法としては、例えば射出成形法が挙げられる。次に、セパレータ５に対して電解液を滴下する。
【００３１】
次に、図６Ａに示すように、ガスケット６の突出部１２ａまたは延在部１２ｂにより、正極ペレット２の位置決めをしながら、負極カップ３の所定位置に載置する。正極ペレット２は、例えば、焼成電解二酸化マンガンと、グラファイト等の導電材と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の結着剤と、水とを混合した後、加熱処理し水を蒸発乾燥させてペレット状に成形することにより得られる。次に、正極ペレット２に対して電解液を滴下する。
【００３２】
次に、図６Ｂに示すように、負極カップ３との対向面に対して正極リング７が予め溶接された正極缶１を、正極カップ３に被せる。溶接の方法としては、例えば、抵抗溶接またはレーザー溶接などが挙げられる。次に、図６Ｃに示すように、正極缶１と負極カップ３との周縁部を、ガスケット７を介してかしめることにより密封する。以上により、目的とする非水電解質電池が得られる。
【００３３】
［変形例］
正極リングの周壁部２２のうち少なくとも先端部が、外側に向かって広がるようにしてもよい。このような形状を採用することで、生産性を向上することができる。具体的には例えば、図７Ａに示すように、リング状の接合部２１に対して周壁部２２を傾斜させて、周壁部２２がその先端部に向かうに従って外側に広がるようにしてもよい。また、図７Ｂに示すように、周壁部２２の先端部のみを外側に向かって広げるようにしてもよい。正極リング７の周壁部２２の先端部の内径ＤCと、正極リング７の接合部２１の側の内径ＤAとの比率（ＤC／ＤA）が大きくなりすぎると、径方向への正極ペレット２の膨張が増えて、厚さ方向への正極ペレット２の膨張が少なくなり、放電深度８０％閉路電圧が低下する傾向がある。よって、比率（ＤC／ＤA）は１．０５以下が好ましい。
【００３４】
上述したように、この一実施形態では、ガスケット６の複数の突出部１２ａまたは延在部１２ｂにより正極ペレット２を負極カップ３の中央部等に位置決めしながら配置する。そして、負極カップ３上に、正極リング７が予め溶接された正極缶１を重ね合わせて、それらの周縁部をかしめることにより、非水電解質電池を作製する。したがって、正極リング７と正極ペレット２とを予め一体化する工程が不要となり、正極リング７を用いることによる組立速度および歩留まりの低下を抑制することができる。
【００３５】
また、正極缶１と正極リング７とを予め溶接しておくことで、正極リング７を使用しないときの製造工程とほぼ同様にして、非水電解質電池を作製することができる。したがって、従来の生産ラインを大幅に改造することなく、正極リング７を有する非水電解質電池を作製することができる。
【００３６】
さらに、正極ペレット２と正極リング７とを予め一体化して正極ペレット２の側面を正極リング７により覆った状態ではなく、正極ペレット２の側面を露出した状態において、電解液を正極ペレット２に滴下などして含浸させることができる。したがって、正極リング７を使用した従来の非水電解質電池に比して、正極ペレット２の電解液吸液性を向上させることができる。すなわち、正極リング７を使用した従来の非水電解質電池に比して、放電末期などの電池特性を向上することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
以下の実施例および比較例において、比率（ＤA／ＤB）は以下のようにして求めた。
まず、内側マイクロメータを用いて正極リングの内径ＤAを測定した。次に、工具顕微鏡（トプコン製、商品名：ＴＵＭ）を用いてガスケットの内径ＤBを測定した。次に、測定した正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとを用いて、比率（ＤA／ＤB）を求めた。
【００３９】
（実施例１）
まず、リチウムからなる直径φ２０ｍｍの円盤状の負極材を、ステンレス製負極カップに圧着した後、負極材上にポリプロピレン製セパレータを載置した。次に、負極カップの周縁部にポリプロピレン製ガスケットを配置した。ガスケットとしては、内周部に６個の突出部を均等に設けたものを用いた。次に、過塩素酸リチウムとプロピレンカーボネートとジメトキシエタンからなる電解液を、セパレータ上に滴下した。
【００４０】
次に、ガスケットの突出部の内側に収まるようにして正極ペレットを負極カップに収容し、上記と同様の成分の電解液を正極ペレットに滴下した。正極ペレットとしては、二酸化マンガンを主成分とする合剤を加圧成型して作製したものを用いた。次に、レーザー溶接で予めリングが溶接された正極缶を準備した。なお、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は、１．００とした。次に、負極カップ上に正極缶を被せた後、正極缶と負極カップとの周縁部をガスケットを介してかしめることにより密封した。
以上により、電池外径φ２４ｍｍ、総高５．０ｍｍのコイン型リチウム電池を得た。
【００４１】
（実施例２）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．０５とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４２】
（実施例３）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．１０とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４３】
（実施例４）
正極リング内径を大きくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を１．１５とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４４】
（実施例５）
正極リング内径を小さくし、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を０．９７とする以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４５】
（実施例６）
周壁部の先端部が外側に折り曲げられた正極リングを成形し、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）を０．９７とし、正極リング先端の内径ＤCとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤC／ＤB）を１．００とした。ここで、正極リングの内径ＤAは、正極リングの周壁部のうち、折り曲げられた先端部よりも接合部側の部分の内径である。正極リング先端の内径ＤCは、正極リングの周壁部のうち、折り曲げられた先端部の最先端の内径である。これ以外のことは実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４６】
（比較例１）
ガスケットとして突出部のないリング状のものを用い、正極缶として正極リングが設けられていないものを用いる以外は実施例１と同様にして、コイン型リチウム電池を得た。
【００４７】
（比較例２）
まず、リチウムからなる直径φ２０ｍｍの円盤状の負極材を、ステンレス製負極カップに圧着した後、負極材上にポリプロピレン製セパレータを載置した。次に、負極カップの周縁部にポリプロピレン製ガスケットを配置した。ガスケットとしては、突出部のないリング状のガスケットを用いた。次に、過塩素酸リチウムとプロピレンカーボネートとジメトキシエタンからなる電解液を、セパレータ上に滴下した。
【００４８】
次に、レーザー溶接機にて正極リングが予め溶接した正極缶を準備し、正極リングに正極ペレットを挿入し、加圧成形を行うことで一体化した後、正極ペレットに電解液を滴下した。正極ペレットとしては、二酸化マンガンを主成分とする合剤を加圧成型して作製したものを用いた。次に、正極缶を反転させて、負極カップ上に被せ、正極缶と負極カップとの周縁部を、ガスケットを介してかしめることにより密封した。
以上により、電池外径φ２４ｍｍ、総高５．０ｍｍのコイン型リチウム電池を作製した。
【００４９】
（生産性の評価）
実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の組立速度、および歩留まりを評価した。表１にその結果を示す。なお、組立速度（ライン速度）は、比較例１の組立速度（ライン速度）を基準値「１００」とした相対値で示した。また、歩留まり（歩留まり率ともいう。）は、比較例１の歩留まりを「１００」とした相対値で示した。ここで、歩留まりは、所定時間に作製したコイン型リチウム電池のうち、所定の電池性能（所定電圧、所定電池寸法、および外観）を満たすものの比率である。
【００５０】
（電池特性の評価）
実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の放電深度０％と放電深度８０％の２３℃における電流３０ｍＡ１秒後の閉路電圧を求めた。その結果を表２に示す。
【００５１】
表１に、実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の生産性の評価結果を示す。
【表１】
【００５２】
表２に、実施例１〜６、比較例１、２のコイン型リチウム電池の電池特性の評価結果を示す。
【表２】
【００５３】
表１から以下のことがわかる。
正極リングを正極缶に溶接した比較例２では、正極リングを用いない比較例１に対して組立速度および歩留まりが大きく低下する傾向がある。一方、正極ペレットの位置決めをするための突出部をガスケットに設けた実施例１〜４、６では、比較例１と同等の組立速度および歩留まりを達成できる。すなわち、正極リングを用いるコイン型リチウム電池を生産性の低下を抑制することができる。
【００５４】
実施例５では、比較例１に比して歩留まりが低下する傾向にある。これは、実施例５では、ガスケットの内径ＤBが正極リングの内径ＤAより大きいため、正極缶に溶接された正極リングが正極ペレットに乗り上げるという不具合が発生したためである。なお、実施例６では、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が実施例５と同じであるが、正極リング先端の内径ＤCとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤC／ＤB）が実施例５より大きいため、ペレットにリングが乗り上げるという不具合は発生しなかった。
【００５５】
表２から以下のことがわかる。
ガスケットの突出部と正極リングとを用いた実施例１〜６では、正極リングなしの比較例１に比して、放電深度８０％閉路電圧が大幅に向上している。
【００５６】
また、ガスケットの突出部と正極リングとを用いた実施例１〜６では、正極リングを用いた比較例２に比して、放電深度８０％閉路電圧が大きく改善している。このような効果の発現は以下の理由によるものと考えられる。比較例２では、作製工程において正極ペレットと正極リングとを密着させた状態において電解液を滴下しているため、正極ペレットの側面から電解液が吸収されず、また電解液を滴下した正極缶を反転させるために電解液がこぼれてしまうため、放電深度８０％閉路電圧が低下する。これに対して、実施例１〜６では、正極ペレットと正極リングとの間にクリアランスを設けるとともに、正極ペレットを反転させるという工程もなくしているので、上述の比較例２のような問題を解消することができ、放電深度８０％閉路電圧が比較例２に比して向上する。
【００５７】
比率（ＤA／ＤB）を１．１５とした実施例４では、比率（ＤA／ＤB）を１．１０以下とした実施例１〜３、５、６に比して放電深度８０％閉路電圧が低下する傾向がある。これは、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が大きくなりすぎて、すなわち、正極リングと正極ペレットのクリアランスが大きすぎて、径方向へのペレット膨張が増えてしまい、厚さ方向の膨張が少なくなったためである。
【００５８】
なお、詳細な評価結果の記載は省略するが、比率（ＤA／ＤB）が０．９７未満であると、比較例２よりも組立速度が低下してしまう。これは以下の理由による。すなわち、比率（ＤA／ＤB）が０．９７未満であると、ガスケットの内径ＤBが大きすぎるため、正極ペレットの動ける範囲が広くなりすぎてしまう。その結果、正極缶を負極カップに被せたときに、正極リングが正極ペレットに乗り上げてしまう。このように正極リングが正極ペレットに乗り上げてしまった場合には、製造ラインを止めなければならなくなり、組立速度が低下することとなる。
【００５９】
上記表２の評価結果を考慮すると、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は０．９７以上１．１０以下であることが好ましい。さらに、上記表１の評価結果（歩留まり）を考慮すると、正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）は１．００以上１．１０以下であることが好ましい。
【００６０】
正極リングの周壁部の先端部を外側に折り曲げた実施例６では、正極リングの周壁部を折り曲げていない実施例５と同等の電池特性が得られる。すなわち、正極リングの周壁部の先端部を外側に折り曲げることで、電池特性の低下を招くことなく、生産性を改善することができる。なお、正極リングの折り曲げは、上述した実施例６の正極リングの形状、すなわち、先端部のみを外側に折り曲げる形状（図７Ｂ）に限定されるものではない。例えば、正極リングの周壁部全体を外側に折り曲げる形状（図７Ａ）とした場合にも実施例６と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６２】
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、形状、材料および数値等を用いてもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態の各構成は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 正極缶
２ 正極ペレット
３ 負極カップ
４ 負極材
５ セパレータ
６ ガスケット
７ 正極リング
１１ 本体部
１２ａ 突出部
１２ 延在部
２１ 接合部
２２ 周壁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極缶と、
負極缶と、
上記正極缶の面のうち、上記負極缶と対向する面に設けられた正極材と、
上記負極缶の面のうち、上記正極缶と対向する面に設けられた負極材と、
上記正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、
上記正極材の側面を覆う正極リングと
を備え、
上記ガスケットは、上記正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する電池。
【請求項２】
上記ガスケットは、リング状の形状を有し、
上記複数の突出部は、上記ガスケットの内周側に設けられ、上記負極缶の中央部に向けて突出している請求項１記載の電池。
【請求項３】
上記ガスケットは、リング状の形状を有し、
上記延在部は、上記ガスケットの内周から上記負極缶の中央部に向けて一様にリング状に延在されている請求項１記載の電池。
【請求項４】
上記正極リングは、
上記正極材の側面を覆う壁部と、
上記正極缶に接合される接合部と
を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
上記正極材の側面が、上記壁部から露出する露出領域を有し、
上記複数の突出部または延在部は、上記正極材の露出領域に向けて突出または延在されている請求項４記載の電池。
【請求項６】
上記正極リングの壁部のうち少なくとも先端部が、外側に向かって広げられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項７】
正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、０．９７以上１．１０以下の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項８】
正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、１．００以上１．１０以下の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
負極缶の周縁部に、複数の突出部、または延在部を有するガスケットを配置する工程と、
上記複数の突出部、または延在部により正極材を位置決めして、上記負極缶上に配置する工程と、
上記正極材が配置された上記負極缶と、リング部材が接合された正極缶とを、上記正極材と上記リング部材とが対向するようにして重ね合わせ、重ね合わせた上記負極缶と正極缶との周縁部をかしめる工程と
を備える電池の製造方法。
【請求項１】
正極缶と、
負極缶と、
上記正極缶の面のうち、上記負極缶と対向する面に設けられた正極材と、
上記負極缶の面のうち、上記正極缶と対向する面に設けられた負極材と、
上記正極缶と負極缶との周縁部に介在されたガスケットと、
上記正極材の側面を覆う正極リングと
を備え、
上記ガスケットは、上記正極材の位置決めをする複数の突出部、または延在部を有する電池。
【請求項２】
上記ガスケットは、リング状の形状を有し、
上記複数の突出部は、上記ガスケットの内周側に設けられ、上記負極缶の中央部に向けて突出している請求項１記載の電池。
【請求項３】
上記ガスケットは、リング状の形状を有し、
上記延在部は、上記ガスケットの内周から上記負極缶の中央部に向けて一様にリング状に延在されている請求項１記載の電池。
【請求項４】
上記正極リングは、
上記正極材の側面を覆う壁部と、
上記正極缶に接合される接合部と
を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
上記正極材の側面が、上記壁部から露出する露出領域を有し、
上記複数の突出部または延在部は、上記正極材の露出領域に向けて突出または延在されている請求項４記載の電池。
【請求項６】
上記正極リングの壁部のうち少なくとも先端部が、外側に向かって広げられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項７】
正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、０．９７以上１．１０以下の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項８】
正極リングの内径ＤAとガスケットの内径ＤBとの比率（ＤA／ＤB）が、１．００以上１．１０以下の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
負極缶の周縁部に、複数の突出部、または延在部を有するガスケットを配置する工程と、
上記複数の突出部、または延在部により正極材を位置決めして、上記負極缶上に配置する工程と、
上記正極材が配置された上記負極缶と、リング部材が接合された正極缶とを、上記正極材と上記リング部材とが対向するようにして重ね合わせ、重ね合わせた上記負極缶と正極缶との周縁部をかしめる工程と
を備える電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−３８６２８（Ｐ２０１２−３８６２８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９０５０（Ｐ２０１０−１７９０５０）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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