(57)【要約】【課題】筒形電池とくにボビン形リチウム電池において、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させる。【解決手段】有底円筒状の正極缶１１に装填された円筒状正極合剤２１の上端面を環状座板５１で押さえ付けるとともに、その環状座板５１は、正極合剤２１の上端面をほぼ均等に押圧するとともに、その合剤２１上端面から電解液を浸透させる透液窓部をほぼ均等な配置で分散形成する形状とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に成形された正極合剤が有底円筒状の正極缶内に装填され、その正極合剤の内側には電解液が注液されるとともにセパレータおよび負極活物質が装填され、上記正極缶の開口部はガスケットを用いて封口され、上記正極合剤の上端面は、その略全面に被さって着座するとともに上記正極缶内にて上方移動を係止された環状座板により押さえ付けられている筒形電池において、上記環状座板は、上記合剤上端面をほぼ均等に押圧するとともに、上記合剤上端面から電解液を浸透させる透液窓部をほぼ均等な配置で分散形成する形状であることを特徴とする筒形電池。
【請求項２】
請求項１において、上記正極缶はその開口部の内側にて挟持されたガスケットにより封口され、上記環状座板は上記ガスケットを挟持するために上記正極缶に形成されたくびれ部にて上記正極缶内での移動を係止させられていることを特徴とする筒形電池。
【請求項３】
請求項１または２において、上記環状座板は、上記正極合剤の上端面に重なり合って着座する円形リング状であるとともに、そのリングの幅中心に沿って多数の透液小孔が円陣状に形成されていることを特徴とする筒形電池。
【請求項４】
請求項３において、上記リング状の環状座板には、そのリングの外周縁から立ち上がって上記正極缶のくびれ部に当接する環状枠部が一体形成されていることを特徴とする筒形電池。
【請求項５】
請求項１また２において、上記環状座板は、外側が上記合剤上端面の外周円に内接し、かつ内側が上記合剤上端面の内周円に外接する多角形のリング状であり、その多角形の各辺ごとにそれぞれ上記透液窓部が形成されていることを特徴とする筒形電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、正極活物質に二酸化マンガン、負極活物質に金属リチウム、電解液に非水電解液を用いたことを特徴とする筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒状の正極缶と正極合剤を用いた筒形電池に関し、とくに、ボビン形リチウム電池などの筒形非水電解液電池に適用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばボビン形リチウム電池は、図４の（ａ）にその断面図を示すように、有底円筒状の正極缶１１内に円筒状の正極合剤２１が装填され、この正極合剤２１の内側に電解液が注液されるとともに、セパレータ２２および負極活物質２３が装填されて発電要素が形成されている。
【０００３】
正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。その開口部は、負極端子板３１、封口板３２、およびガスケット４１などにより封口されている。負極端子板３１は金属製の封口板３２を介して、導電リード部３３を一体に有する負極集電体３４に電気接続されている。
【０００４】
ガスケット４１は正極缶１１開口部の内側面と負極端子板３１の外周部との間に介在するとともに、正極缶１１のくびれ（ビーディング）部１３と屈曲（カール）部１４の間に被圧状態で挟持されることにより、正極缶１１開口部を封口する。
【０００５】
正極合剤２１は二酸化マンガンを活物質とし、中空円筒状（コア状）に成形されたものが使用されている。この正極合剤２１の上端面には、環状座板６１が着座させられている。環状座板６１は、図４の（ａ）と（ｂ）にその上面図と断面図を示すように、合剤２１上端面の上端面に重なり合って着座する円形リング状であって、その合剤２１上端面の全面に被されるように形成されている。
【０００６】
この環状座板６１は正極缶１１のくびれ部１３にて上方移動を係止されることにより、合剤２１上端面を下方へ押さえ付けている。これにより、正極合剤２１の膨潤等によりその合剤２１上端面がせり上がったり浮き上ったりするのを阻止することができる。これは、内部短絡の防止や放電特性の安定化に有効である（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平８−２６４１６５
【特許文献２】特開２００１−２７３９１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の筒形電池は、その構造上の必然により、次のような工程順で組み立てられる。まず、有底円筒状の正極缶１１内に円筒状の正極合剤２１を装填する。次に、その正極合剤２１の上端面に環状座板６１を載置した後、正極缶１１にくびれ部１３を形成する。この後、正極合剤２１の内側に電解液を注液する。そして、注液した電解液が正極合剤２１に浸透して正極缶１１内での液レベルが下がるのを待ってから、セパレータ２２や負極活物質２３などを装填し、正極缶１１開口部の封口を行う（たとえば特許文献３参照）。
【０００８】
上述した筒形電池では、正極合剤２１の上端面に被せられた環状座板６１が、その正極合剤２１への電解液の浸透を阻害し、注液した電解液が正極合剤２１に吸液されて液レベルが十分に低下するまでの待ち時間が長くなってしまうことが判明した。このため、電解液の注液を行った後、セパレータ２２や負極活物質２３などの装填と正極缶１１開口部の封口を行うまで工程時間が長くかかり、生産効率が低下してしまうという問題が生じる。
【０００９】
工程時間を短縮するためには、電解液が十分に吸液される前に上記装填を行わなければならないが、そうすると、電解液が溢れたりすることがある。つまり、上述した筒形電池の構造は、内部短絡の防止や放電の安定化に有効である反面、生産適性を悪くしてしまうという背反する問題があった。
【００１０】
本発明は以上のような問題をかんがみてなされたもので、その目的は、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させるのに適した筒形電池を提供することにある。
【特許文献３】開平５−１０１８３３
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の手段は、円筒状に成形された正極合剤が有底円筒状の正極缶内に装填され、その正極合剤の内側には電解液が注液されるとともにセパレータおよび負極活物質が装填され、上記正極缶の開口部はガスケットを用いて封口され、上記正極合剤の上端面は、その略全面に被さって着座するとともに上記正極缶内にて上方移動を係止された環状座板により押さえ付けられている筒形電池において、上記環状座板は、上記合剤上端面をほぼ均等に押圧するとともに、上記合剤上端面から電解液を浸透させる透液窓部をほぼ均等な配置で分散形成する形状であることを特徴とする。
【００１２】
上記手段の好ましい実施形態としては、次のような手段がある。  
すなわち、上記正極缶はその開口部の内側にて挟持されたガスケットにより封口され、上記環状座板は上記ガスケットを挟持するために上記正極缶に形成されたくびれ部にて上記正極缶内での移動を係止させられていることを特徴とする第２の手段。  
上記環状座板は、上記正極合剤の上端面に重なり合って着座する円形リング状であるとともに、そのリングの幅中心に沿って多数の透液小孔が円陣状に形成されていることを特徴とする第３の手段。  
上記第３の手段において、上記リング状の環状座板には、そのリングの外周縁から立ち上がって上記正極缶のくびれ部に当接する環状枠部が一体形成されていることを特徴とする第４の手段。  
上記環状座板は、外側が上記合剤上端面の外周円に内接し、かつ内側が上記合剤上端面の内周円に外接する多角形のリング状であり、その多角形の各辺ごとにそれぞれ上記透液窓部が形成されていることを特徴とする第５の手段。
【００１３】
また、上記第１〜５の各手段は、正極活物質に二酸化マンガン、負極活物質に金属リチウム、電解液に非水電解液を用いたボビン形リチウム電池に適用してとくに有効である。
【発明の効果】
【００１４】
有底円筒状の正極缶に円筒状正極合剤を送信して、その正極合剤の内側に電解液を注液するとともにセパレータおよび負極活物質を装填して発電要素を形成する筒形電池において、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の技術が適用された筒形電池の第１の実施形態を示す。同図において、（ａ）は本発明に係る筒形電池の断面図、（ｂ）は（ａ）の電池に使用されている環状座板５１の上面図、（ｃ）は（ｄ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。
【００１６】
同図に示す筒形電池はボビン形リチウム電池であって、有底筒状の正極缶１１、円筒状（コア状）に成形された正極合剤２１、セパレータ２２、負極活物質２３、負極端子板３１、導電性封口板３２、導電リード部３３を一体に有する網状の負極集電体３４、環状座板５１などにより構成されている。
【００１７】
正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。その開口部は、負極端子板３１、封口板３２、およびガスケット４１などにより封口されている。負極端子板３１は、金属製の封口板３２を介して負極集電体３４に電気接続されている。
【００１８】
正極合剤２１は正極活物質として二酸化マンガンを使用したものであって、正極缶１１内に圧入状態で装填されている。この正極缶２１の内側に電解液が注液されるとともに、セパレータ２２および負極活物質２３が装填されて発電要素が形成されている。電解液には非水電解液が使用され、負極活物質には金属リチウムが使用されている。
【００１９】
正極缶１１の開口部は、負極端子板３１、封口板３２、ガスケット４１により封口されている。ガスケット４１は電気絶縁性の樹脂成形品であって、たとえばポリプロピレンで構成されている。このガスケット４１は、正極缶１１開口部の内側面と負極端子板３１の外周部との間に介在するとともに、正極缶１１のくびれ（ビーディング）部１３と屈曲（カール）部１４の間に被圧状態で挟持されることにより、正極缶１１開口部を気密シールする。
【００２０】
環状座板５１は、正極缶１１内に装填された正極合剤２１の上端面に載置されている。同図に示す実施形態の場合、環状座板５１は、扁平な円形リング部５１ａと、このリング部５１ａの外周縁から立ち上がって上記正極缶１１のくびれ部１３に当接する環状枠部５１ｂが一体形成されて、Ｌ字状の断面をなしている。
【００２１】
円形リング部５１ａは、上記正極合剤の上端面に重なり合って着座するように形成されるとともに、そのリングの幅中心に沿って多数の透液小孔５２が円陣状に形成されている。環状枠部５１ｂは、その上端が上記正極缶１１のくびれ部１３に当接することにより、正極缶１１内での上方移動を係止されている。これにより、環状座板５１は、正極合剤２１上端面をほぼ均等に押圧するとともに、その合剤２１上端面から電解液を浸透させる透液窓部をほぼ均等な配置で分散形成している。
【００２２】
図２は、上記筒形電池の要部における組立工程を段階別に示す。上記筒形電池は、その構造上の必然により、次のような工程順で組み立てられる。まず、同図の（ａ）に示すように、有底円筒状の正極缶１１内に円筒状の正極合剤２１を装填する。次に、（ｂ）に示すように、その正極合剤２１の上端面に環状座板５１を載置した後、負極活物質２３に負極集電体３４をあらかじめ圧着した負極部を挿入する。さらに、ガスケット４１を装填し、封口板３２を負極集電体３４と一体の導電リード部３３にスポット溶接する。この後、正極合剤２１の内側に電解液を注液する。そして、注液した電解液が正極合剤２１に浸透して正極缶１１内での液レベルが下がるのを待ってから、（ｃ）に示すように、負極集電体３４のリード部３３を折り曲げながら封口部３２を正極缶１１の開口部に組み込み、その開口部を内方へ屈曲（カール）加工して絞り込むことにより、開口部を気密に封口する。
【００２３】
上記筒形電池では、正極合剤２１の上端面全体が環状座板５１で均等に押さえ付けられている。これにより、正極合剤２１の膨潤等によりその合剤２１上端面がせり上がったり浮き上ったりするのを阻止し、内部短絡の防止や放電特性の安定化をはかることができる。
【００２４】
この場合、上記環状座板５１は、正極合剤２１上端面をほぼ均等に押圧するとともに、その合剤２１上端面から電解液を浸透させる透液窓部をほぼ均等な配置で分散形成する。これにより、注液された電解液がその透液窓部からも正極合剤２１に浸透するようになり、電解液の吸液が大幅に促進されて、液レベルが十分に低下するまでの待ち時間が短縮される。この結果、電解液の注液を行った後、セパレータ２２や負極活物質２３などの装填と正極缶１１開口部の封口を行うまで工程時間が短縮され、生産効率が大幅に向上される。
【００２５】
以上のように、上述した本発明の筒形電池は、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。また、上記実施形態では、上記環状座板５１を扁平な円形リング部５１ａと環状枠部５１ｂとからなるＬ字断面状に形成しているが、これは部材の軽量化および材料の低コスト化に有利である。
【００２６】
図３は本発明の第２の実施形態を示す。同図において、（ａ）は本発明に係る筒形電池の断面図、（ｂ）は（ａ）の電池に使用されている環状座板５１の上面図、（ｃ）は（ｄ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。上述した実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す筒形電池では、上記環状座板５１を多角形のリング状に形成している。
【００２７】
この多角形リングは、同図の（ｂ）に示すように、外側が正極合剤２１上端面の外周円に内接し、かつ内側がその合剤上端面の内周円に外接するような平面形状を有する。この多角形リング状の環状座板５１は、正極合剤２１の上端面をほぼ均等に押圧して押さえ付けることができるとともに、その多角形の各辺ごとにそれぞれ電解液の透液窓部５３を形成することができる。これにより、上記第１実施形態の場合と同様、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。また、この第２実施形態では、（ｃ）に示すように、環状座板５１が単純な二次元形状であって、単一の厚みを有する板材（金属）を多角形に打ち抜いて簡単に形成できるという利点がある。
【００２８】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明は、正極活物質に二酸化マンガン、負極活物質に金属リチウム、電解液に非水電解液をそれぞれ用いるボビン形リチウム電池に適用してつくに有効であるが、それ以外の筒形電池に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
有底円筒状の正極缶に円筒状正極合剤を送信して、その正極合剤の内側に電解液を注液するとともにセパレータおよび負極活物質を装填して発電要素を形成する筒形電池において、内部短絡の防止や放電の安定化に有効な構造を備えつつ、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による筒形電池の第１実施形態を示す全体の概略断面図および要部の上面図と断面図である。
【図２】本発明に係る筒形電池の要部における組立工程を段階別に示す断面図である。
【図３】本発明による筒形電池の第２実施形態を示す全体の概略断面図および要部の上面図と断面図である。
【図４】従来の筒形電池の構成例を示す全体の概略断面図および要部の上面図と断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  正極缶
１２  正極端子部
１３  くびれ（ビーディング）部
１４  屈曲（カール）部
２１  正極合剤
２２  セパレータ
２３  負極活物質
３１  負極端子板
３２  封口板
３３  導電リード部（負極集電体の一部）
３４  負極集電体
４１  ガスケット
５１  環状座板（本発明）
５１ａ  円形リング部
５１ｂ  環状枠部
５２  透液小孔
５３  透液窓部
６１  環状座板（従来）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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