(57)【要約】      （修正有）【課題】扁平型の電気化学セルを組み立てる際、セパレータの配設位置がずれたりすると、正極と負極の電気的ショートが起こり、自己放電の大きな電池やさらには使用不能の電池がしばしば発生していた。【解決手段】ガスケットの溝底部１ｂから上で且つガスケット内側の先端１ｃより低い位置に環状突起部１ａを設け、環状突起部１ａの上部または下部とセパレータの外周部を接触させ、接触面が正極缶底面に対して水平で且つ平坦である電気化学セルを組み立てる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極と電解液とセパレータを内部に含み、ガスケットを介して正極ケースと負極キャップをかしめにより封口された電気化学セルであって、前記ガスケットの溝底部から上方で、且つ、前記ガスケットの内側の先端より低い位置に、環状突起部が設けられたことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記ガスケットの環状突起部には平坦部が形成され、前記平坦部に前記セパレータが載置されたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記ガスケットの環状突起部の上面または下面のいずれか一方は前記セパレータの外周部と接触しており、この接触面が前記正極ケースの底面に対して水平、且つ、平坦であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記ガスケットの環状突起部の厚みが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記ガスケットの環状突起部が形成する円の内径は、前記セパレータの外径より５〜２０％小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池やキャパシタなどの扁平型電気化学セルに関し、特に、ガスケットの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
扁平型（コイン型、ボタン型）の非水電解質二次電池及び電気二重層キャパシタは、小型機器のバックアップ用の電源としての用途が増加している。その理由としては、扁平型の非水電解質二次電池は高い電気容量と耐電圧特性を持つためであり、扁平型の電気二重層キャパシタはサイクル寿命が長く且つ低インピーダンスであり、しかも両者とも軽量であるからである。非水電解質二次電池を例にとり、図５を用いて説明する。図中、リチウムを吸蔵放出可能な正極５は正極缶ケース６に収納（正極ユニット）され、リチウム金属などをドーピングしたリチウムを吸蔵放出可能な負極３（負極ユニット）と正極の間に電気的絶縁のためのセパレータ４が設けられている。非プロトン性の電解液を注入後、正極ユニットまたは負極ユニットにポリプロピレン製のガスケット１１介して正極ユニットと負極ユニットを合体させ、正極缶端周部を内方にかしめて電池を組み立てる（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７３７４２号公報（第５頁、第２図）
【０００４】
【特許文献２】
特公３２５８１８１号公報（第２頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した扁平型二次電池やキャパシタを組み立てる際、正極５と負極３がセパレータ４より隔離されるようにセパレータを配設されなければならない。正極５と負極３から、セパレータ４の配設位置がずれた例を図６に示す。このようにセパレータの配設位置がずれると、正極５と負極３の電気的ショートが起こり、自己放電が大きくなり、使用できなくなることがあった。このセパレータの配置ずれ対策として、ガスケット１１の内側径とセパレータ４の外径のクリアランス４ｂｃをできるだけ小さくし、正極５と負極３が直接対向する個所を無くすよう設計した。しかし、正極ユニットまたは負極ユニットにセパレータを載置してガスケット１１を挿入する時に、セパレータ端周部の一部が押し上げられるか又は押し下げられることがあった。この押し上げまたは押し下げられた反対周辺は、正極５と負極３がセパレータ４を介さず直接対向することになるので、ショートが起こり、対策前に比較して改善が見られるもののショート防止を解決できないでいた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、ガスケットを介して正極ケースと負極キャップをかしめることにより発電要素を封口した電気化学セルにおいて、ガスケットの溝底部から上方で、且つ、ガスケットの内側の先端より低い位置に、環状突起部を設けることとした。さらに、ガスケットの環状突起部に平坦部をも設け、平坦部にセパレータを載置することとした。
【０００７】
すなわち、ガスケットの環状突起部の上面または下面のいずれか一方がセパレータの外周部と接触するようにし、この接触面が正極ケースの底面に対して水平且つ平坦であることとした。さらに、環状突起部の厚みを０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとした。また環状突起部が形成する円の内径をセパレータの外径より５〜２０％小さくなるようにした。
【０００８】
このように、正極と負極と電解液とセパレータを内部に含み、ガスケットを介して正極ケースと負極キャップをかしめて封口してなる電気化学セルにおいて、ガスケットの溝底部から上方で、且つ、ガスケット内側の先端より低い位置に環状突起部を設け、環状突起部の上面または下面とセパレータの外周部とを接触させ、この接触面が正極缶の底面に対して水平、且つ、平坦である電気化学セルを組み立てる。
【０００９】
【発明実施の形態】
本発明の電気化学セルを図面に基づいて説明する。電気化学セルの断面の概要を図１に示す。図示するように、プラスチック製のガスケット１には環状突起部１ａが設けられている。図２は電気化学セルの部分拡大図であり、図３はガスケット１の形状を示す断面図である。図２に示すように、ガスケット１の環状突起部高さの上面にセパレータ４が設けられている。すなわち、セパレータ４は図３で示したガスケット１の環状突起部高さ１ａｈ１の上面１ｄに設けられている。環状突起部高さ１ａｈ１の水平部とセパレータ４が重なり合う部分１ａｈ３の一部は正極缶底面６ａに対して水平で且つ平坦である。また、少なくとも重なり合う部分１ａｈ３の一部はセパレータ４の端周部に接触していなければならない。また、環状突起部高さの水平部１ａｈ２が斜面の場合には、セパレータ４の落ち着きが悪いために隙間ができることとなり、ショート防止の効果が減少して自己放電が大きい電池となる。このような場合は、セパレータ４の外周部を載置前に斜面に合わせた癖つけをして組み込む方法もあるが、電池組み立て工数が増えコストアップとなる欠点を有する。また、環状突起部高さの水平部１ａｈ２とセパレータ４の端周部が外れない安全な設計とするため、水平部１ａｈ２は環状突起高さ１ａｈ１の４０％以上がよく、重なり合う部分１ａｈ３ｈは水平部１ａｈ２の５０％以上がよい。さらに、環状突起部１ａの位置がガスケット溝１ｂより下であったり、あるいは反対にガスケット内側の立ち上がり部先端１ｃより上であったりすると、所定量の正極及び負極を充填できない。環状突起部１ａの面積は電池内容積に効いてくるため小さいほどよく、正極及び負極をより多く充填できるので電池の電気容量を多くできる利点がある。ガスケット最内周部１ｆの径はセパレータの直径より５〜２０％程度小さく設計され、好ましく１０％程度が良い。５％以下になるとセパレータ最端周部が突起部先端１ｆに接触しないことがある。また突起部厚さ１ａｔは薄い程電池内容積を稼げるが０．１ｍｍ程度が好ましい。０．１ｍｍ以下になると先端形状は射出成形上作りにくくなる。また先端形状１ｆは任意で良い。図４には、環状突起部高さの下面１ｅにセパレータ４が設けられた電気化学セルの断面構成を部分的に示す。
【００１０】
セパレータ４をガスケット環状突起部高さ１ｄ上に配設する場合の電池の組み方は、予め負極キャップ２と一体化させた負極３の上部にセパレータ４を載置させ、上述した形状のガスケット１を負極キャップ３に押し込み、あらかじめ準備しておいた正極ユニットと合体させる。一方、環状突起部高さの下面１ｅの下にセパレータ４を配設する場合は、正極ケース２と正極６を一体化後、ガスケット１を押し込み、その上部にセパレータ４を載置する。その後、あらかじめ準備しておいた負極ユニットと合体させる。環状突起部１ａを有するガスケットを用いた電池組み立ての長所は、セパレータ４が正極又は負極ユニットの中央からずれても、両ユニットの外側にはみ出すことがなければセパレータ端周部はガスケット環状突起部１ａの１ｄ面または１ｅ面に確実に接触することになるので、正極と負極のショートは回避できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。本実施例では、図１で示した構成のボタン型の非水電解質二次電池を説明する。すなわち、正極として酸化モリブデン、負極として酸化シリコンを用いた発電要素を収納した非水電解質電池である。正極５は酸化モリブデン粉に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を混合し、直径２．１ｍｍのペレットに加圧成形する。この正極５を導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて正極端子を兼ねる正極ケース６に圧着し一体化した（正極ユニット）後、２５０℃で８時間減圧加熱乾燥する。酸化シリコン粉に、導電剤としてのグラファイトと結着剤としてのポリアクリル酸を混合して、直径２．１ｍｍのペレットに加圧成形し、負極３とする。この負極５を導電性樹脂接着剤からなる電極集電体を用いて負極キャップ２に圧着し一体化した（負極ユニット）後、２５０℃で８時間減圧加熱乾燥した。この負極上にデスク状のリチウムフォイルを載置して圧着した。ガラス繊維からなる厚み０．２ｍｍの不織布を乾燥させ、直径３．０ｍｍに打ち抜いたものをセパレータ４としてリチウムフォイル上に載置する。電解液にはエチレンカーボネイト、γ―ブチルラクトンの混合溶媒にホウ弗化リチウムを１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させたものを所定量使用した。ガスケット４はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で射出成形法により形成する。外形４．５ｍｍ、最内周部径である環状突起部先端１ｆを２．９ｍｍ、突起部高さ１ａｈ１を０．２ｍｍとして作製し、このガスケットを負極ユニットに押し込み、さらに正極ユニットと合体させ電池を組み立てた。電池に組み込み後の断面構造は図１、図２に示した通りである。この構成によって得られた電池を電池Ａとした。そのサイズは直径４．８ｍｍ、厚さ１．４ｍｍである。
【００１２】
また、図４に示したようにガスケット４の環状突起部高さ１ｅ部にセパレータを配設して、電池Ｂとして組み込んだ。環状の突起部１ａの形状以外は電池Ａと同様である。さらに、比較例として、図５で示した従来のガスケット１１を用いて電池Ｃ、Ｄを作製した。ガスケット以外は電池Ａ、Ｄと同一の材料、構成である。尚、電池Ｃは正極５及び負極３の間に、セパレータが正常の位置に配設された例（図５）であり、電池Ｄは正極５と負極３からセパレータ４の配設位置がずれた例（図６）である。
【００１３】
上記の電池Ａ〜Ｄについて充放電サイクル特性および電圧の経時変化を測定した。充放電サイクルテストは、常温常湿において、充電上限電圧３．０Ｖ、放電下限電圧２．０Ｖ、０．０２５ｍＡの定電流に設定し、充放電を２０回繰り返した。放電１回目の容量を１００としたとき、２０サイクル後の電気容量維持率を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
本発明の電池Ａ、Ｂでは充放電２サイクル後で電気容量維持率は９９％以上、２０サイクル後で９５％以上を維持していた。以上のことからガスケット１の突起部１ａとセパレータ４の外周部が積層し密着状態にあると、正極６と負極５が完全に隔離されるため、充放電サイクル特性の向上に効果があると認められる。比較例として電池Ｃは電池Ａ、Ｂより若干劣るが正極６、負極５との間に正常にセパレータ４がそれぞれの中央に配設されると充放電サイクル寿命の向上には効果がある。また電池Ｄでは正極５と負極３がセパレータ４を介さず対向している個所があるためにショート状態にあり充電がほとんどできず、２サイクル後でも電気容量維持率は１０％以下であり、２０サイクル後での容量維持率はゼロであった。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、正極５と負極３と電解液とセパレータ４を内部に含み、プラスチック製のガスケット１を介し正極ケース６と負極キャップ２をかしめて封口してなる電気化学セルにおいて、ガスケット１の内側面に環状突起部１ａを設けることにより、良好な充放電サイクル特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボタン型電池の構成を示す断面図。
【図２】本発明によるボタン型電池のガスケットの周辺を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明のガスケットの構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明によるボタン型電池のガスケットの周辺を拡大して示す断面図である。
【図５】従来のボタン型電池の構成を示す断面図である。
【図６】従来のボタン型電池の構成に関し、セパレータの載置不良を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１        ガスケット
１ａ      環状突起部
１ａｈ１  環状突起部高さ
１ａｈ２  環状突起部高さの水平部
１ａｈ３  環状突起部高さの水平部とセパレータ積層部分
１ａｔ    環状突起部厚さ
１ｂ      ガスケット溝の底面
１ｃ      ガスケット内側立ち上がり部の先端
１ｄ      環状突起部高さの上面
１ｅ      環状突起部高さの下面
１ｆ      環状突起部先端
２        負極キャップ
３        負極
４        セパレータ
５        正極
６        正極ケース
【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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