(57)【要約】【課題】カシメ封口により封止された偏平形電気化学素子の横方向からの応力や熱衝撃に対する耐漏液性能を向上させることを目的とする。【解決手段】偏平形電気化学素子の正極ケース１の開口部を内側にかしめる際に、正極ケース１を上下方向と横方向から同時に加圧するとともに、正極ケース１の側面の一部を内側に湾曲させて凹部１ａを形成した。絶縁パッキング３を上下からの圧縮に加えて側面からも圧縮したので、偏平形電気化学素子の封止性能が向上した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングとで構成される容器の内部に発電要素を収納し、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、
前記外装体はその側面の一部が内側に湾曲した凹部を備え、前記絶縁パッキングが上下方向と横方向とから圧縮されていることを特徴とする偏平形電気化学素子。
【請求項２】
前記絶縁パッキングが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）、ナイロンのいずれかである請求項１記載の偏平形電気化学素子。
【請求項３】
半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングで構成される容器の内部に発電要素を収納し、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、
前記外装体の開口部を内側にかしめる際に、前記外装体を上下方向と横方向から同時に加圧するとともに、前記外装体の側面の一部を内側に湾曲させることを特徴とする偏平形電気化学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カシメ封口により封止されている偏平形電気化学素子の封止性能の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイン型（ボタン型）、円筒型、角型などの形状の電気化学素子は、カシメ封口またはレーザ封口により液封止されている。レーザ封口に比べてカシメ封口は工程が簡素でコスト的に安価となり、特に大量生産されているコイン型、偏平角型などの形状の偏平形電気化学素子に広く用いられている。
【０００３】
図５及び図６に偏平形電気化学素子の一例であるコイン型電池の代表的なカシメ封口の工法を示す。コイン型電池は、外装体としての正極ケース１、蓋体としての負極ケース２、両ケース間に位置して電気的絶縁と気密を保つ絶縁パッキング３で構成される容器の内部に発電要素を収納されており、以下のようにして作製される。まず、負極ケース２に絶縁パッキング３を取付け、正極ケース１を上向きに開口させた状態で、その内部に負極材料４、セパレータ５および正極材料６を重ねて配置し、所定量の電解液を充填した後、下向きに開口した正極ケース１を絶縁パッキング３の外側にはめ合わせる。その後、図５に示すように封口金型に仕掛かりの電池を挿入し、図６のように封口金型を閉じると、正極ケース１の開口部を金型に沿わせて上下からはさみこむことで、絶縁パッキング３を圧縮して正極ケース１と負極ケース２の開口部を封口する。封口金型を開いて取り出すと、図４に示す断面構造のコイン型電池ができあがる。
【０００４】
偏平形電気化学素子は、電子機器のメモリーのバックアップ電源などに用いられており、交換がしにくいため、長期間にわたって高い信頼性を確保することが求められる。特に封止部分がその信頼性に大きく影響を及ぼす。封止が不十分な場合には、液漏れによる機器の破損、封止部からの電解液蒸発にともなう電気化学素子の性能低下による機器の動作不良などの品質問題を引き起こす危険性がある。
【０００５】
カシメ封口自体は外装体としての正極ケースを曲げて絶縁パッキングを圧縮しているだけであり、封止性能としては十分とはいいがたい。カシメ封口の封止構造の改良に関する提案が行われており、部品の形状に関するものと、金型の形状や、部品と金型との寸法関係のカシメ封口工程に関するものの２つに大別される。部品形状については、蓋体（封口体）としての負極ケースにカシメ封口される側にハット（上に凸の突起）を設けることでパッキング材の圧縮強度を向上させる提案（特許文献１）がある。また、カシメ封口については、封口金型の形状に傾斜をつけることで側面から先端部にかけ圧縮面積を向上させる提案（特許文献２）が一例としてあげられる。
【特許文献１】特開平８−３３９７８５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の提案による改良にもかかわらず、偏平形電気化学素子の耐漏液性能の向上はほとんど認められなかった。また、偏平形電気化学素子への端子付け作業の際や特殊用途などでは、急激な温度変化や横からの弱い力によりひどい漏液をおこすこともあった。
【０００７】
本発明は、偏平形電気化学素子の耐漏液性能を向上させ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、本発明の偏平形電気化学素子は、半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングとで構成される容器の内部に発電要素を収納し、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、前記外装体はその側面の一部が内側に湾曲した凹部を備え、前記絶縁パッキングが上下方向と横方向とから圧縮されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の偏平形電気化学素子の製造方法は、半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングで構成される容器の内部に発電要素を収納し、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、前記外装体を上下方向と横方向から同時に加圧するとともに、前記外装体の側面の一部を内側に湾曲させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、絶縁パッキングが上下方向に加えて横方向からも圧縮されることで、偏平型電気化学素子のカシメ封口の封止性能が格段に向上する。端子付け作業の際や特殊用途などで熱衝撃を受けた際における耐漏液性能に優れ、加えて横からなどの力を受けた際における耐漏液性能に優れた偏平形電気化学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１２】
本発明は、半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングとで構成される容器の内部に発電要素を収納し、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、前記外装体はその側面の一部が内側に湾曲した凹部を備え、前記絶縁パッキングが上下方向と横方向とから圧縮されていることを特徴とする偏平形電気化学素子である。
【００１３】
前記の構成によると、外装体、蓋体の金属部品間で絶縁パッキングが上下方向から力による圧縮されて封止されているのに加えて、側面において横方向からも絶縁パッキングが圧縮されており、従来の上下２点での封止から上下に横を加えた３点での封止となる。
【００１４】
従来の２点封止では、内部からのひどい漏液と、部品間の隙間に製造工程において溜まっていた電解液が軽く漏れる軽い漏液の２種類の液漏れがある。軽い漏液は部品のはめ合わせにより電気化学素子を製造する際に、側面において外装体と絶縁パッキングとの間に隙間が発生し、その部分に電解液が溜まることが多く、製品になった後に熱衝撃による急激な温度変化により絶縁パッキングの膨張・収縮を起こしたり、横方向からの力で容易に絶縁パッキングが変形することにより、電気化学素子を保持する工程で外装体と絶縁パッキングとの間に隙間に溜まった電解液が液漏れしてしまうことによる。これは、外装体の開口部の先端のみで封止されているので、外装体と絶縁パッキングとの間に隙間に溜まった電解液が漏れやすいのは当然である。また、絶縁パッキングの側面部が無圧縮状態であるために絶縁パッキング自体が熱衝撃や力により容易に弾性変形してしまうので、端子付け作業の際や特殊用途などで熱衝撃を受けた際には内部からのひどい漏液が発生しやすい。
【００１５】
一方、本発明では、絶縁パッキングが上下方向に加えて横方向からも圧縮されているので、側面において外装体と絶縁パッキング間に隙間ができなくなることで、製造工程でこの部分に電解液が溜まることがない。したがって、これに起因する軽い液漏れはなくなる
。また、外装体の開口部の先端部分と底面部分の２箇所での圧縮に加えて側面からの圧縮することで絶縁パッキングの側面部全体に渡って封止を行うことで、絶縁パッキングが外部要因によって変形することを抑制することができるので、軽い漏液だけでなく、内部からのひどい漏液についても非常に効果があり、優れた耐漏液性能の偏平形電気化学素子とすることができる。
【００１６】
上記構成において、絶縁パッキングが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）、ナイロンであるとより好適である。
【００１７】
絶縁パッキングとして一般的に用いられているポリプロピレン（ＰＰ）は、ある程度柔らかく伸びやすいため、はめあわせ部品との寸法公差を圧入状態まで許容できるので、従来のカシメ封口を行っても形状に対して追随性があることで外装体と絶縁パッキングとの隙間が小さくなる。一方、電気化学素子の耐熱性を向上するために用いられるＰＰＳやＰＥＥＫやナイロンは耐熱温度が高くなる反面、硬く非常に伸びにくい。このような絶縁パッキングを用いて封口する際には、絶縁パッキングに亀裂が入れるのを抑制するために、通常のＰＰの絶縁パッキングを用いる場合に比べてよりゆるく封口している。そのため、カシメ封口後は側面における外装体と絶縁パッキングとの隙間がかなり大きくなり、特に軽い漏液が全数に渡って発生することがある。また、このような耐熱性の樹脂からなる絶縁パッキングを用いる偏平形電気化学素子は、基板への手ハンダまたはリフローなどにより実装される用途がほとんどであり、そのための偏平形電気化学素子へのリード端子の溶接は必須となる。溶接時には偏平形電気化学素子を横からはさみ込んで位置を固定することが必要で、この時に、横からの力に対する耐漏液性能が非常に悪く、その固定には非常に弱い力で厳しく管理しなければならない状況であり、リード端子の溶接後には全数液漏れ確認が必要となる。
【００１８】
しかし、ＰＰＳやＰＥＥＫやナイロンなどの硬くて伸びにくい樹脂からなる絶縁パッキングを用いた場合においても、上記の構成による偏平形電気化学素子では耐漏液性能が格段に向上する。
【００１９】
耐熱性を向上する為に、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ナイロンにガラスやチタン酸カリウムなどの無機繊維を充填材として添加する場合についても、同様な効果が得られる。
【００２０】
また、上記構成において、外装体はその側面の一部が内側に湾曲した凹部を全周にわたって連続して備えて、絶縁パッキングが横方向から全周にわたって圧縮されてもよいし、外装体はその側面の一部が内側に湾曲した凹部を全周にわたって断続的に備えて、絶縁パッキングが横方向から全周にわたって断続的に圧縮されてもよく、いずれにおいても効果が得られる。
【００２１】
また、本発明は、半殻体に形成された外装体と、この外装体の開口部を封口する蓋体と、前記外装体と前記蓋体との間に介在した絶縁パッキングで構成される容器の内部に発電要素を収納してなる、前記外装体の開口部を内側にかしめてなる偏平形電気化学素子において、前記外装体の開口部を内側にかしめる際に、前記外装体を上下方向と横方向から同時に加圧するとともに、前記外装体の側面の一部を内側に湾曲させることを特徴とする偏平形電気化学素子の製造方法である。
【００２２】
外装体を上下方向と横方向からの加圧の開始は別々であっても同時であってもよいが、同時に加圧している期間があって同時に加圧を終了することが必要である。これにより、絶縁パッキングは上下方向と横方向とから圧縮され、耐漏液性能が向上した偏平形電気化学素子を製造することが可能となる。
【００２３】
従来のように上下方向からの加圧によるカシメの後に、上下方向の加圧を解放した状態で横方向から加圧をした場合には、上下方向に圧力が分散してしまうので、絶縁パッキングが上下方向と横方向とから圧縮されることはなく、耐漏液性は向上しない。
【００２４】
（実施例）
以下、本発明の詳細を、直径４ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのコイン形マンガンリチウム二次電池の実施例で説明する。
【００２５】
周縁部にポリフェニレンサルファイド製の絶縁パッキング３を取付けたステンレス鋼製で浅い皿状の負極ケース（蓋体）２の内側に接合されたアルミニウム２ａの内面に、負極４である金属リチウムシートを所定量圧着し、ポリフェニレンサルファイド製不織布からなるセパレータ５、正極活物質としてのマンガン酸リチウム複合酸化物に導電剤としてのカーボンブラック、結着剤としてのフッ素樹脂粉末をそれぞれ混合した正極合剤からなる正極６を順に配置し、プロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンを体積比１：１に混合した２成分系の混合溶媒にリチウム塩としてＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2を１モル／ｌの濃度で溶解した非水電解液を所定量充填した後、ステンレス鋼の正極ケース（外装体）１をかぶせた。
【００２６】
この後、図２に示すように上下方向に開閉して負極ケース２の平面部を上方から加圧するＡ金型７と正極ケース１を電池の側面四方から開閉して正極ケース１を加圧する４つ割りのＢ金型８からなる封口金型に仕掛かり品の電池を配置する。Ｂ金型８の内側は、正極ケース１の開口部をかしめるように０．７ｍｍの曲率半径のカシメ封口部８ａと正極ケース１の側面を加圧するように０．５ｍｍの曲率半径で凸部８ｂが設けられている。まず、Ａ金型７が閉じられて電池の厚みが１．３５ｍｍに規制される。次に、四方から内側に向かってＢ金型８が閉じられて、正極ケース１の側面に凹部１ａが形成されるとともに、正極ケース１の開口部がかしめられる。こうして封口金型を開くと図１に示すような断面構造のコイン型電池ができあがる。この電池では絶縁パッキング３が正極ケース１の開口部の先端部分と底面部分の２箇所での圧縮に加えて側面からも圧縮されている。
【００２７】
このようにして作製した電池を発明電池Ａとした。また、Ｂ金型に凸部が設けられていない以外は発明電池Ａと同様にして作製した電池を比較電池１とした。また、図５、図６に示した方法で図４に示すような電池を作製し、これを比較電池２とした。
【００２８】
発明電池Ａと比較電池１、比較電池２について、横方向と、上下方向の２方向からそれぞれ、２０Ｎ、１００Ｎの応力で電池を挟んだ後、液漏れの有無を顕微鏡にて確認した（挟み込みテスト）。
【００２９】
また、発明電池Ａと比較電池１、比較電池２について、ピーク温度２５０℃のリフロー炉を２回通過させた後に、−４０℃の槽と８５℃の槽でそれぞれ３０分間保持した後瞬時に２つの槽で移し換える熱衝撃試験を３００サイクル行い、液漏れの有無を顕微鏡にて確認した（熱衝撃テスト）。
【００３０】
上記２つの液漏れ確認のテスト結果を（表１）に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
挟みこみテストでは、上下方向から２水準の負荷をかけた場合にもまったく液漏れは見られなかった。横方向からについては、１００Ｎの応力では比較電池１と比較電池２ではほぼ全数液漏れしたが、発明電池Ａは液漏れは認められなかった。
【００３３】
熱衝撃テストでは、比較電池１と比較電池２では半数程度漏液が認められたのに対して、発明電池Ａは液漏れが認められなかった。
【００３４】
上記の実施例では耐熱性の絶縁パッキングを用いたコイン型二次電池について示したが、通常のポリプロピレンなどの絶縁パッキングを用いた場合や、水溶液系や非水系などの一次電池、二次電池、キャパシタのすべてのカシメ封口により封止される偏平形電気化学素子について適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明では、偏平形電気化学素子の絶縁パッキングが通常のカシメ封口における上下方向からの圧縮に加えて横方向からも圧縮されて、耐漏液性能に優れた偏平形電気化学素子を提供することができ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例におけるコイン型電池の断面図
【図２】本発明の実施例におけるコイン型電池のカシメ封口前を示す図
【図３】本発明の実施例におけるコイン型電池のカシメ封口後を示す図
【図４】従来のコイン型電池の断面図
【図５】従来のコイン型電池のカシメ封口前を示す図
【図６】従来のコイン型電池のカシメ封口後を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１  正極ケース
１ａ  凹部
２  負極ケース
３  絶縁パッキング
４  負極
５  セパレータ
６  正極
７  Ａ金型
８  Ｂ金型
８ａ  カシメ封口部
８ｂ  凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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