(57)【要約】【課題】    電池缶の膨脹による変形量が少ない電池を提供する。【解決手段】  正極電極と負極電極とをセパレータを介在させて対向配置した密閉型電池１を、電池要素を収納した電池缶２内に電解液を注液した後に、電池缶の壁面を押圧して電解液を電解液注液口８から溢流させ、押圧力を保持した状態で電解液注液口８を封口して電池缶内の圧力が大気圧よりも低い圧力に保持した密閉型電池。【選択図】  図１
2005108629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極と負極電極とをセパレータを介在させて対向配置した密閉型電池において、電池要素を収納した電池缶内に気体の存在する空間を有さず、内部の圧力が大気圧よりも低いことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
正極電極と負極電極とをセパレータを介在させて対向配置した密閉型電池の製造方法において、電池要素を収納した電池缶内に電解液を注液した後に電池缶の壁面を押圧して電解液を電解液注液口から溢流させ、押圧力を保持した状態で電解液注液口を封口することを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、とくにリチウムイオン電池等の角柱状の電池缶に収納した密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコン、携帯電話をはじめとして電池使用機器においては、一般に直方体状の電池収納部が設けられている。このような電池収納部においては、円筒形状の電池では無効な容積が大きくなるという問題があった。さらに、電池収納部の厚さによって円筒型の電池の径が制限を受けるので、小型、あるいは薄型の機器においては、円筒型の電池に代えて、厚みの薄い角柱状の密閉型電池が用いられている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池においては、負極にリチウムイオンをドープ、あるいは脱ドープする炭素質材料等が用いられており、充電時に、電極が膨張したり、あるいは気体の発生によって電池が膨張することが知られている。
例えば、充電によって膨張して厚みが厚くなった電池缶は、放電をすると負極からイオンが脱ドープする結果、ある程度は厚みは減少するものの、元の厚みには復帰することはない。しかも充放電を繰り返し行っていると、徐々に膨張し、電池の厚みが大きくなるという問題があった。
【０００４】
電池缶の膨らみが大きくなると、電池を機器に設けた穴状の電池収容部に装着する形式のものでは、穴から差し込むことができなくなったり、あるいは電池装着部に蓋体を取り付ける形式のものでも、蓋体の装着ができなくなる等の問題点があった。
また、近年の電池容量の増大の要求によって、集電体へ塗布する活物質の厚さを厚くする等の処置をした電池においては、充電時の電池の膨張の問題は、より大きな問題であった。
【０００５】
そこで、多数回の充放電を繰り返しても、電池使用機器の電池装着空間に問題なく取り付けられるように、予め膨張量を予測して空間を準備すると無効な空間が増加する等の問題があった。しかも、小型の機器においては、電池の膨張を考慮して無効な空間を準備することは機器の設計上も問題であった。
【０００６】
また、電池要素の膨張を、厚みが厚く強度の大きな電池缶を使用することによって解決する方法も考えられるが、必要以上に厚みの厚い電池缶の使用は、電池重量を大きくし、また収容する電池要素が小さくなり、容積の小さな電池においては、電池缶の強度を大きくすることで対処することにも問題点があった。
【０００７】
また、電池内部への電解液の注液は、それぞれの電池の電解液注液口から電池の内部の圧力を減圧した後に電解液を加圧気体によって加圧供給することが提案されている。そして、加圧気体による電解液の加圧供給時には、電池缶の壁面を押圧して電池缶の変形を防止することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
また、電解液等の液体の注液方法として、注液室内に、単位注液槽に電池缶の電解液注液口を底部に位置させて収容して、注液室の圧力を大気圧以下に減圧した後に、大気圧もしくは大気圧以上の圧力に保持することによって電解液を注液する注液方法が提案されている（例えば、特許文献２）
ところが、これらのいずれの注液方法でも電解液の注液の後の封口は、電解液注液口に封口用の金属部材を載置して大気圧下でレーザー溶接等の方法によって封口を行っていた。
【０００９】
図３は、従来の密閉型電池の内部を透視した状態を説明する図である。
密閉型電池１の電池缶２の内部には、電池要素３が収納されており、内部には電解液４が満たされた状態で密封されているが、電池缶内の上部には電解液が存在しない内部空間５が存在していた。
しかも、電池缶の封口は大気圧雰囲気において行われているので、電池缶の内部には大気圧下の大気が存在した状態となっていた。
【特許文献１】特開２００１−１１０４００号公報
【特許文献２】特開２００１−１９６０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、密閉型電池の充電時における電池要素の膨張に起因する電池缶の膨張や、電池内部での気体の発生による膨張を小さくした密閉型電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、正極電極と負極電極とをセパレータを介在させて対向配置した密閉型電池において、電池要素を収納した電池缶内に気体の存在する空間を有さず、内部の圧力が大気圧よりも低い密閉型電池によって解決することができる。
アルミニウムまたはその合金製の電池缶を用いた前記の密閉型電池である。
非水電解液電池である前記の密閉型電池である。
また、リチウムイオン電池である前記の密閉型電池である。
【００１２】
また、正極電極と負極電極とをセパレータを介在させて対向配置した密閉型電池の製造方法において、電池要素を収納した電池缶内に電解液を注液した後に電池缶の壁面を押圧して電解液を電解液注液口から溢流させ、押圧力を保持した状態で電解液注液口を封口する密閉型電池の製造方法である。
電池缶の押圧時に、電解液注液口から溢流する電解液を吸引除去する前記の密閉型電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、密閉型電池の封口前に電池缶を押圧して電解液を溢流させて電池缶内から気体を除去した状態で封口したので、封口後には電池缶内には気体は存在せず、また電池缶の壁面は大気圧と電池缶内部の圧力差によって内部へ押圧されるので、電池缶内に収納した電池要素は、電池缶の壁面によって圧迫される。その結果、その後の充電による電池缶内の気体の発生、電極活物質の膨張による電池の膨脹を小さくすることができ、寸法安定性の良好な密閉型電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して対向して配置した電池要素を金属製の電池缶内に収納した後に電池缶を密閉した電池において、電池缶内に電解液を注液した後に、電池缶内の側面を押圧して電解液を電解液注液口から溢流させた後に、側面を押圧した状態で電解液注液口に封口部材を装着して封口することによって、電池内部には気体の存在する空間が形成されない密閉型電池を提供することが可能であることを見出したものである。
【００１５】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
図１（Ａ）は、本発明の密閉型電池の内部を透視した図である。
密閉型電池１は電池缶２の内部に電池要素３が収納されており、電極端子７および電解液注液口８が設けられた電池ヘッダー９が装着された電池缶の内部は電解液４で満たされ電池缶が押圧された状態で密封されて電池缶内の上部には気体の存在する内部空間は存在していない。
【００１６】
その結果、図１（Ｂ）に示すように、電池缶２の壁面１０は大気圧と電池缶内部の圧力との差によって圧力差６が作用し、図１（Ｃ）に密閉型電池を水平方向で切断した断面図を示すように、電池要素３が電池缶２の壁面１０によって押圧されることとなる。
【００１７】
そして、内部に気体が存在していないので、温度上昇の際にも内部の気体の膨張による電池缶の膨張を防止することができ、また、電池電極の膨張による電池の膨張も防止することができる。
【００１８】
図２は、本発明の密閉型電池の製造工程を説明する図である。
図２（Ａ）に示すように、電池缶２内に電池要素を収納した後に、電極端子７および電解液注液口８を備えた電池ヘッダー９を電池缶２の開口部に装着して溶接し、電解液注液口８から電解液を注入した後に、電池缶２の底面１１を定盤１２に載置した状態で、電池缶の４個の壁面１０を２個のＬ字型押圧治具１３および１４によって押圧する。
【００１９】
これによって、図２（Ｂ）に示すように、電池缶２の壁面１０に押圧力１５が作用して、電解液注液口８から電解液が溢流する。
溢流した電解液は、図２（Ｃ）に示すように、電解液回収手段１６によって吸引されて、電池ヘッダー９の上面の電解液は除去される。
【００２０】
次いで、図２（Ｄ）に示すように、電池缶の壁面を押圧した状態で、電解液注液口８にピン状、粒状等の封口部材１７を装着した状態でレーザー１８を照射して封口部材１７を電解液注液口８の周囲と溶接して封口する。
【００２１】
封口が終了した電池は、押圧治具による押圧力を取り除くと、電池缶内は上部まで電解液が充填された状態で封口されるとともに、電池缶の復元力によって電池缶内は負圧状態とされる。
【００２２】
以上の説明では、電池缶の側面をＬ字状の押圧治具によって押圧し、電解液を溢流させて内部の空間をなくす場合について説明をしたが、押圧部材は同時に電池缶の側面を押圧することができるものであれば、Ｌ字型に限らず平板状のものを用いても良い。
【００２３】
あるいは、一方をＬ字型のものとして、角部に電池缶を装着して他方を平板状の部材で押圧しても良い。
また、押圧治具は、電池缶の壁面を押圧して電池缶内の電解液を電解液注液口から溢流させることが可能な大きさを有するものであれば充分であり、全面を覆わなくても良い。
一方、電池缶の底面は、電池缶の壁面を押圧した際に底面への膨らみを防止する点から底面は定盤状に保持することが好ましい。
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
【実施例１】
【００２４】
縦５０．０ｍｍ、横３４．０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍ、板厚０．２５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ３００３）からなる電池缶に、アルミニウム箔上に形成した正極電極と、銅箔上に形成した負極電極を、セパレータ、正極電極、セパレータ、負極電極の順に配置し巻回した後に扁平に成形した電池要素を電池缶に収納した。
【００２５】
電池缶の開口部に電池ヘッダーを取り付け、電池ヘッダーの電解液注液口から、エチレンカーボネート３０容量部、ジエチルカーボネート７０容量部からなる混合溶媒に濃度１．０ｍｏｌ／ｌとなるようにＬｉＰＦ6 を溶解した電解液を注入した後に、電池缶を定盤上に載置して電池缶の側面を、電池面との接触面が３２．０ｍｍ×４８．０ｍｍの面と、５．０ｍｍ×４８．０ｍｍの面とを有する２個のＬ字型の押圧部材に、押圧部材間の幅を３４．０ｍｍ、４９．０ｍｍとする圧力を加えた。
【００２６】
Ｌ字型押圧部材による押圧力を保持した状態で、電解液注液口から溢流した電解液を吸引手段によって除去した後に、電解液注液口に封口部材を載置して、レーザー溶接によって封口部材を溶接して封口した。
【００２７】
得られた１００個の電池について、（イ）押圧前電池缶厚み、（ロ）封口後電池缶厚み、（ハ）初回充電後電池缶厚み、（ニ）初回充電後に、放電と充電とを２回行った後の電池缶厚みのそれぞれを測定し、それらの平均値表１に示す。
【００２８】
比較例１
電池缶内部を減圧しない点を除き、実施例１と同様にして１００個の電池を作製し、実施例１と同様にして電池缶の厚みを測定し、その結果を表１に示す。
【００２９】
表１
実施例１      比較例１    
（イ）押圧前電池缶厚み（ｍｍ）      ５．１５      ５．１５
（ロ）封口後電池缶厚み（ｍｍ）      ５．０２      ５．１５
（ハ）初回充電後電池缶厚み（ｍｍ）  ５．１５      ５．３０
（ニ）初回充電後（ｍｍ）            ５．３０      ５．４０
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、電池ヘッダーを電池缶の開口部に装着した後に、封口前に電池缶を押圧して電解液を溢流させて電池缶内から気体を除去した状態で封口したので、封口後には電池缶内には気体は存在せず、また電池缶の壁面は大気圧と電池缶内部の圧力差によって内部へ押圧され、電池缶内に収納した電池要素は、電池缶の壁面によって圧迫されるので、充電時の電池缶内での気体の発生による電池の膨張、電極活物質の膨張による電池の膨脹を小さくすることができ、寸法安定性が良好な密閉型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池の製造工程を説明する図である。
【図３】図３は、従来の密閉型電池の内部を透視した状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…密閉型電池、２…電池缶、３…電池要素、４…電解液、５…内部空間、６…圧力差、７…電極端子、８…電解液注液口、９…電池ヘッダー、１０…壁面、１１…底面、１２…定盤、１３，１４…Ｌ字型押圧治具、１５…押圧力、１６…電解液回収手段、１７…封口部材、１８…レーザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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