(57)【要約】【課題】特に薄型の偏平形有機電解質電池において、組み立て時のセパレータの挿入における不具合にともなって発生する製品寸法不良や特性不良を低減することを目的とする。【解決手段】偏平形有機電解質電池の製造方法であって、前記セパレータは前記ガスケットの内壁の負極側の内径寸法より大きい外径寸法の円板状であり、前記ガスケットと前記封口板とが一体となったものに前記封口板の内面に前記負極を圧着する工程と、前記セパレータをその外周端が前記ガスケットの内壁に沿うように絞りながら０．０２〜０．８Ｎ／ｍｍ2の加圧により前記負極に圧着する工程を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極と、活物質を主体にペレット状に成形された正極と、有機電解液と、不織布からなり前記負極と前記正極との間に介在して前記有機電解液を保持するセパレータとからなる発電要素を、前記負極に接触する負極端子を兼ねる封口板と、前記正極に接触する正極端子を兼ねる正極ケースと、前記正極ケースと前記封口板の間に介在されるガスケットからなる外装部品に収納し、前記正極ケースの開口部を内側にかしめて前記発電要素を密閉した偏平形有機電解質電池の製造方法であって、
前記セパレータは前記ガスケットの内壁の負極側の内径寸法より大きい外径寸法を有する円板状であり、
前記ガスケットと前記封口板とが一体となったものに前記封口板の内面に前記負極を圧着する工程と、前記セパレータをその外周端が前記ガスケットの内壁に沿うように絞りながら０．０２〜０．８Ｎ／ｍｍ2の加圧により前記負極に圧着する工程を有することを特徴とする偏平形有機電解質電池の製造方法。
【請求項２】
ガスケットは発電要素に対面する内壁部を備え、前記内壁部の内径は負極側から正極側へ向かって広がっている請求項１記載の偏平形有機電解質電池の製造方法。
【請求項３】
電池厚みが１．３ｍｍ以下である請求項１記載の偏平形有機電解質電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏平形有機電解質電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏平形有機電解質電池は、エネルギー密度が高く、保存性、耐漏液性などの信頼性に優れ、また、小形化、軽量化が可能なことから、これまで各種電子機器の主電源やメモリバックアップ用電源として、その需要は年々増加している。近年においては、機器の薄形化の傾向が強くなり、電池の薄形化が強く要望されている。
【０００３】
以下に一般の偏平形有機電解質電池の構成について図面を参照しながら説明する。図５は従来の偏平形有機電解質電池の構成を示す断面図である。これを組み立てるには、まず、負極端子を兼ねた封口板２１と断面がＬ字状のガスケット２６を嵌合した後、封口板２１の開口側を上にして内面に円形の金属リチウム２２を圧着する。次に、円形平板状に形成されたセパレータをその中央が負極に接し周辺がガスケットの内壁部に沿うように、カップ状に絞りながら挿入する。ここで、挿入治具を取り外すと、ガスケットの内壁部とこれに接するカップ状に絞られたセパレータとの摩擦力によってセパレータがガスケットの内壁部で保持される。この後電解液を注液し正極ペレットを挿入し、正極ケースを嵌合する。最後に正極ケースを内側にかしめて電池とする。
【特許文献１】特開２００２−３１３３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電池厚みが１．３ｍｍ程度以上であればカップ状に絞られたセパレータはガスケットの内壁の摩擦により保持されるが、１．３ｍｍ以下になるとガスケットも薄くなるため、ガスケットの内壁部で保持するためのセパレータの絞り寸法も小さくなり、ガスケットとの摩擦力による保持が困難となって、セパレータが浮き上がってズレしまい、短絡の原因となる。また、セパレータをカップ状に挿入すると、復元力が働いてセパレータの中心部分が膨れやすく、電解液を注液すると膨れた部分に空気が溜まり、封口すると電池厚みが規定の値より厚くなってしまう。さらに、電池厚みが１．３ｍｍ以下の薄形電池では封口板とケースの厚みは薄くて強度が低いので、より内部の空気溜まりの影響がより顕著となる。偏平形電池は積層構造であるため、部品間の接触抵抗が大きくなると、内部抵抗が大きくなる。そのため、上記のような空気の溜まりによる電池厚みの増加は、部品の接触抵抗を大きくするため、電池の特性も低下させてしまうというような課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、特に薄型の偏平形有機電解質電池において、組み立て時のセパレータの挿入における不具合にともなって発生する製品寸法不良や特性不良を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る偏平形有機電解質電池の製造方法は、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極と、活物質を主体にペレット状に成形された正極と、有機電解液と、不織布からなり前記負極と前記正極との間に介在して前記有機電解液を保持するセパレータとからなる発電要素を、前記負極に接触する負極端子を兼ねる封口板と、前記正極に接触する正極端子を兼ねる正極ケースと、前記正極ケースと前記封口板の間に介在される断面Ｌ字状のガスケットからなる外装部品に収納し、前記正極ケースの開口部を内側にかしめて前記発電要素を密閉した偏平形有機電解質電池の製造方法であって、前記セパレータは前記ガスケットの内壁の負極側の内径寸法より大きい外径寸法の円板
状であり、前記ガスケットと前記封口板とを嵌合する等の一体化する工程と、前記封口板の内面に前記負極を圧着する工程と、前記セパレータをその外周端が前記ガスケットの内壁に沿うように絞りながら０．０２〜０．８Ｎ／ｍｍ2の加圧により前記負極に圧着する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、封口板に圧着された金属リチウムに、カップ状に挿入されたセパレータを圧着してなる構成とすることにより、セパレータを安定して組み込むことができセパレータの浮きによるズレに起因する内部短絡を抑制し、またセパレータとリチウムの間に空気層を形成しないため電池厚みと内部抵抗が安定した偏平形有機電解質電池を実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る偏平形有機電解質電池の製造方法は、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極と、活物質を主体にペレット状に成形された正極と、有機電解液と、不織布からなり前記負極と前記正極との間に介在して前記有機電解液を保持するセパレータとからなる発電要素を、前記負極に接触する負極端子を兼ねる封口板と、前記正極に接触する正極端子を兼ねる正極ケースと、前記正極ケースと前記封口板の間に介在される断面Ｌ字状のガスケットからなる外装部品に収納し、前記正極ケースの開口部を内側にかしめて前記発電要素を密閉した偏平形有機電解質電池の製造方法であって、前記セパレータは前記ガスケットの内壁の負極側の内径寸法より大きい外径寸法の円板状であり、前記ガスケットと前記封口板とを嵌合する工程と、前記封口板の内面に前記負極を圧着する工程と、前記セパレータをその外周端が前記ガスケットの内壁に沿うように絞りながら０．０２〜０．８Ｎ／ｍｍ2の加圧により前記負極に圧着する工程を有することを特徴とする。
【０００９】
また、延性に富む金属リチウムの特性を利用して、封口板内面に圧着された金属リチウムに、カップ状に挿入されたセパレータをエンボスや渦巻き等の形状の面で圧着する工程を有するものである。
【００１０】
さらに、挿入前のセパレータの大きさは、セパレータの外径（Ｄ）がガスケットの内壁の負極側の内周径（ｄ）にガスケットの内壁の高さ（ｈ）を２倍にした長さを足した寸法となることを目安に決定される。
【００１１】
また、加圧範囲が０．０２より小さいと、セパレータの金属リチウムへの圧着が十分に行われず、０．８より大きいと、過剰な力が加わってセパレータが破れてしまう。さらに、ガスケットの内壁の内径が負極側から正極側へ向かって広がっている形状となっている場合により効果があり、電池厚みが１．３ｍｍ以下の場合により効果がある。
【００１２】
本発明では、セパレータをカップ状に絞りながら挿入して使用しても、セパレータの中心が圧着されているので、浮きが生じないため短絡が起こらず、またセパレータの中心が圧着されて金属リチウムとセパレータとの間に空気層ができないため、電池厚みと内部抵抗が安定した偏平形有機電解質電池を実現できる。
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例では、正極にフッ化黒鉛を、負極に金属リチウム、そして電解液に有機電解液を用いた偏平形有機電解質一次電池を例に用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例における厚み１．２ｍｍ、直径２４．５ｍｍの偏平形有機電解質
電池の半断面構造を示したものである。図１において、ステンレス製の負極端子を兼ねた封口板１、ステンレス製の正極端子を兼ねる電池ケース５、断面が略Ｌ字状の絶縁性ガスケット６とで構成される外装部品の内部に、負極の金属リチウム２、正極活物質であるフッ化黒鉛、導電剤である黒鉛、そして結着剤の混合粉末を加圧成形した正極ペレット３、ポリプロピレンの不織布であるセパレータ４、および図示しない有機電解液が収納されている。
【００１６】
この電池は以下のようにして作製される。まず、底部厚みが０．３０ｍｍ、内壁の負極側の内周径が２０．７ｍｍ、内壁の高さが０．８ｍｍのガスケットと板厚が０．２０ｍｍの封口板を嵌合し、円形に打ち抜いた厚みが０．１５ｍｍの金属リチウムをこの封口板の内面に同芯になるように圧着する。次に、厚みが０．１５ｍｍのポリプロピレン製不織布からなり直径２２．３０ｍｍの円形に打ち抜いたセパレータを、図２および図３に示されるような直径２０．４ｍｍの挿入治具を用いて、金属リチウム付き封口板に同芯でセパレータの外周端をガスケットの内壁にそわせてカップ状に絞りながらセパレータを挿入し、このまま０．１Ｎ／ｍｍ2の圧力をかけることによりセパレータを金属リチウムに圧着する。挿入治具には圧着面が同芯円状に幅０．１５ｍｍの溝加工されたものを使用した。この後、挿入治具を取り外し、電解液を注液し厚さ０．５ｍｍの正極ペレットを挿入して、そして厚さ０．１５ｍｍの正極ケースを嵌合する。最後に、正極ケースの開口部を内側にかしめて電池とする。このようにして組み立てた電池を実施例１の電池とした。
【００１７】
また、図４に示すように、ガスケットの内壁の内径が負極側から正極側へ向かって広がっている形状となっている以外は実施例１の電池と同様に電池を組み立て、これを実施例２の電池とした。
【００１８】
比較例として、セパレータ圧着圧力を０．０１Ｎ／ｍｍ2とした以外は実施例１と同様にして組み立てた電池を比較例１の電池、セパレータを圧着しないこと以外は実施例１と同様にして組み立てた電池を比較例２の電池、セパレータ圧着圧力を０．８５Ｎ／ｍｍ2とした以外は実施例１と同様にして組み立てた電池を比較例３の電池とした。工程が無い組み立てと、セパレータの平面皿状挿入（絞りなし）の組み立てを行った。
【００１９】
以上のような電池を自動機で各１０００個組み立て、組み立て直後の短絡数量とセパレータの封口部への噛み込み数量、４５℃１０日のエージング後の電池厚みと内部抵抗、及びエージング後の良品（各５００個）における振動試験での短絡数量により評価を行った。振動試験の条件は２０Ｈｚ×１０Ｇ×２４時間で行った。
【００２０】
これらの評価の結果を、表１に示す。電池厚みと内部抵抗の値は、平均と標準偏差（σ）で示した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
実施例１の電池と実施例２の電池では、エージング後の電池厚みおよび内部抵抗において、それぞれ平均値が低く、また標準偏差σも小さく特性は安定している。またエージング後の短絡、封口部へのセパレータの噛み込み及び振動後の短絡も見られず、良好であった。実施例２の電池のようにセパレータの絞りがゆるくてもセパレータとリチウムを圧着しているため、短絡およびセパレータの噛み込みは実施例１の電池と同じ結果となった。絞りが弱い方がセパレータ絞り挿入治具の摩擦を受けにくく、挿入治具が封口板から抜けるときにセパレータとの摩擦が少なく、より浮きにくくなるため実施例２の電池は実施例１の電池より安定した内部抵抗を示したものと推察される。
【００２３】
一方、比較例１の電池と比較例２の電池では、実施例１の電池と実施例２の電池に比較して電池厚みと内部抵抗の平均値および標準偏差σが大きく、また組み立て直後の初期短絡がみられた。分解の結果、厚みと内部抵抗の増加の原因は空気の噛み込みであり、短絡はセパレータのズレが原因であることを確認した。セパレータのズレはセパレータを絞りながら挿入した後にそれが浮き上がり、ズレに至ったものである。比較例１の電池はセパレータを金属リチウムに圧着をしているものの圧力が０．０１Ｎ／ｍｍ2と低いため、実際にはセパレータが金属リチウムに圧着されていか圧着されていてもその強度が小さく簡単に金属リチウムからはがれたことによる。
【００２４】
比較例３の電池はエージング後の電池厚みと内部抵抗は良好な値を示したものの、組み立て直後の初期短絡が認められた。この短絡が認められた電池を分解するとセパレータの一部に圧着圧力の超過による破損（破れ）が確認できた。
【００２５】
また、実施例１の電池および実施例２の電池では、セパレータの外周端面がガスケットの内壁に接した構造となっていることから、電池に振動等のストレスをかけた場合でも、ガスケットとセパレータとの間を正極から脱落した導電剤を含む粉体が通ることがないので、振動等のストレスにともなう短絡が防止された。
【００２６】
実施例では、ガスケットと封口板とを嵌合することにより一体化しているが、ガスケットを封口板外周にインサート成形したものでも同等の効果が得られる。
【００２７】
このように、本発明の偏平形有機電解質電池の製造方法では、薄形セパレータを使用しても短絡が起こらず、またセパレータの中心が圧着されているのでセパレータとリチウム
との間に空気層が形成されないため、厚みと内部抵抗が安定した偏平形有機電解質電池を実現できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明により製造された偏平形有機電解質電池は、薄形機器の電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例における偏平形有機電解質電池の断面図
【図２】本発明の一実施例における偏平形有機電解質電池の組み立て工程図
【図３】本発明の一実施例における偏平形有機電解質電池の組み立て工程図
【図４】本発明の他の実施例における偏平形有機電解質電池の断面図
【図５】従来例における偏平形有機電解質電池の断面図
【符号の説明】
【００３０】
１、２１  封口板
２、２２  金属リチウム
３、２３  正極ペレット
４、２４  セパレータ
５、２５  正極ケース
６、２６  ガスケット
【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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