(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の缶と、前記缶内に収容された筒状の第１極側作用物質と、前記第１極側作用物質の中空部に配置された筒状のセパレータと、前記セパレータの内側に配置された筒状の第２極側作用物質と、端子板、封口板及び環状の封口ガスケットを積層してなり前記缶の開口部を閉塞するように配置された封口構造体とを備え、前記缶内に非水電解液が充填され、前記封口ガスケットにガスケット表面及びガスケット裏面を貫通する中央開口部が形成され、前記封口板と前記第２極側作用物質とを連結する集電体が前記中央開口部に挿通配置されている電池において、
前記ガスケット裏面側に前記セパレータの開口縁を当接させて配置するとともに、前記ガスケットにおいて前記セパレータが当接している箇所かつ前記ガスケット裏面側に、前記セパレータの内側及び外側を連通させる通気用凹部を部分的に形成し、
前記封口ガスケットにおいて前記セパレータが当接している箇所よりも外周側の領域に、前記ガスケット表面及び前記ガスケット裏面を連通させる通気用透孔を形成した
ことを特徴とする筒形非水電解液電池。
【請求項２】
前記封口ガスケットにおいて前記通気用凹部は、前記ガスケット裏面側のみを凹状にすることにより形成された薄肉部であることを特徴とする請求項１に記載の筒形非水電解液電池。
【請求項３】
前記通気用凹部は、放射状に延びる複数の溝部であることを特徴とする請求項１または２に記載の筒形非水電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒形非水電解液電池に係り、特にはその封口ガスケットの構造に特徴を有する筒形非水電解液電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８には、筒形非水電解液電池の一種である筒形リチウム電池の従来例が示されている。図８に示されるように、筒形リチウム電池４０は、有底円筒状の正極缶４１と、正極缶４１の内周部に配置された筒状の正極物質４２と、正極物質４２の中空部に配置された有底円筒状のセパレータ４３と、セパレータ４３の内側に配置されたリチウム負極４４と、正極缶４１の開口部を閉塞するように配置された封口構造体４５とを備える。そして、筒形リチウム電池４０の正極缶４１内には非水電解液４６が充填されている。
【０００３】
封口構造体４５は、端子板４８、封口板４９及び環状の封口ガスケット５０を積層してなる。封口ガスケット５０は、ガスケット表面５０ａ及びガスケット裏面５０ｂを貫通する中央開口部５１が形成された円環状のガスケットである。この封口ガスケット５０の中央開口部５１には、封口板４９とリチウム負極４４とを連結する集電体５２が挿通配置されている。また、筒形リチウム電池４０では、ガスケット裏面５０ｂ側にセパレータ４３の開口縁が気密的に当接しており、正極缶４１内において、正極物質４２が配置される空間は、ガスケット裏面５０ｂとセパレータ４３の側面とによって閉塞されている。
【０００４】
因みに、アルカリ電池においても同様に、ガスケットの裏面側にセパレータの開口縁が当接されている電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、アルカリ電池では、負極物質としてゲル状の負極合剤が用いられ、ガスケットは、その負極合剤に挿入される集電棒を支持するための機能も有している。
【特許文献１】特開２００１−１２６６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８に示す従来のリチウム電池４０においては、ガスケット裏面５０ｂ側にセパレータ４３の開口縁を気密的に当接させて配置した構造を採用している。電池製造時において、正極缶４１内に電解液４６を充填すると、セパレータ４３や正極物質４２内の空隙が電解液４６で置換されて気泡が発生する。この場合、正極物質４２が配置される空間は、ガスケット裏面５０ｂとセパレータ４３の側面とによって閉塞されており、そこには気泡の通気通路が存在しない。このため、セパレータ４３や正極物質４２内に気泡が数多く溜まってしまい、それが原因で電池の抵抗値が高くなったり、抵抗値がばらついたりする。なお、電池の抵抗値が所定の基準値以上に高くなると、その電池は不良品として扱われてしまい、製品歩留まりが悪化する。
【０００６】
そこで、抵抗値の低い良好な電池を製造するためには、セパレータ４３や正極物質４２内の気泡を取り除く必要がある。因みに、従来のアルカリ電池では、セパレータや正極物質内に存在する気泡を取り除くために、真空ポンプで引いて脱泡処理する手法が採用されている。このように、真空ポンプを用いて脱泡処理を行う場合、設備投資のコストやランニングコストが嵩むことに加え、電解液の揮発や電池汚れの原因に繋がるといった欠点がある。このため、真空ポンプを用いることなく、セパレータ４３や正極物質４２内に存在する気泡を効率よく取り除く手法が望まれている。
【０００７】
なお、特許文献１のアルカリ電池において、ガスケットは防爆等のため比較的複雑な構造（環状溝等を有した構造）を有しているが、このガスケットには気泡を取り除くための通気構造は何ら存在していない。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱泡処理を行わなくても電極間内部に気泡が溜まりにくく、電気抵抗の高い製品の発生を抑制できる筒形非水電解液電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段［１］〜［３］を以下に列挙する。
【００１２】
［１］有底筒状の缶と、前記缶内に収容された筒状の第１極側作用物質と、前記第１極側作用物質の中空部に配置された筒状のセパレータと、前記セパレータの内側に配置された筒状の第２極側作用物質と、端子板、封口板及び環状の封口ガスケットを積層してなり前記缶の開口部を閉塞するように配置された封口構造体とを備え、前記缶内に非水電解液が充填され、前記封口ガスケットにガスケット表面及びガスケット裏面を貫通する中央開口部が形成され、前記封口板と前記第２極側作用物質とを連結する集電体が前記中央開口部に挿通配置されている電池において、前記ガスケット裏面側に前記セパレータの開口縁を当接させて配置するとともに、前記ガスケットにおいて前記セパレータが当接している箇所かつ前記ガスケット裏面側に、前記セパレータの内側及び外側を連通させる通気用凹部を部分的に形成し、前記封口ガスケットにおいて前記セパレータが当接している箇所よりも外周側の領域に、前記ガスケット表面及び前記ガスケット裏面を連通させる通気用透孔を形成したことを特徴とする筒形非水電解液電池。
【００１３】
手段１に記載の発明によれば、セパレータや第１極側作用物質内の空間が電解液で置換されて気泡が発生したとしても、その気泡は、封口ガスケットに形成された通気用凹部を通して缶開口部側空間に抜け出すことができる。従って、本発明の筒形非水電解液電池によれば、セパレータや第１極側作用物質の内部に気泡が溜まりにくくなる。
【００１４】
上記発明では、前記封口ガスケットにおいて前記セパレータが当接している箇所よりも外周側の領域に、前記ガスケット表面及び前記ガスケット裏面を連通させる通気用透孔を形成したことを特徴とする。
【００１５】
従って、通気用凹部に加えて通気用透孔からも気泡が抜けていくため、セパレータや第１極側作用物質内で発生した気泡を効率よく確実に逃がすことができる。
【００１６】
［２］前記封口ガスケットにおいて前記通気用凹部は、前記ガスケット裏面側のみを凹状にすることにより形成された薄肉部であることを特徴とする手段１に記載の筒形非水電解液電池。
【００１７】
手段２に記載の発明によれば、通気用凹部を有する封口ガスケットを比較的容易にかつ比較的低コストで形成することができる。
【００１８】
［３］前記通気用凹部は、放射状に延びる複数の溝部であることを特徴とする手段１または２に記載の筒形非水電解液電池。
【００１９】
手段３に記載の発明によれば、通気用凹部は放射状に延びる複数の溝部であるので、各溝部に沿ってセパレータの内側の空間に気泡を均等に逃がすことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、脱泡処理を行わなくても電極間内部に気泡が溜まりにくく、電気抵抗の高い製品の発生を抑制できる筒形非水電解液電池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】
【００２１】
［第１の実施の形態］
【００２２】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態の筒形リチウム電池（筒形非水電解液電池）を図１に基づき詳細に説明する。
【００２３】
図１に示されるように、本実施の形態の筒形リチウム電池１０では、有底筒状の正極缶１１の内部に、円筒状の正極合剤１２（第１極側作用物質）が装填され、その正極合剤１２の中空部にセパレータ１３を介してリチウム負極１４（第２極側作用物質）が配置されている。なお、本実施の形態の筒形リチウム電池１０は、直径が１７ｍｍ、長さが４５ｍｍのサイズを有する一次電池である。
【００２４】
正極缶１１は、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）鋼板を有底筒状にプレス成形することで製造されたものであり、その底部の中央には正極端子１５が突設されている。正極缶１１の内部には、正極合剤１２及びリチウム負極１４の上方まで非水電解液１６が注液されている。非水電解液１６は、例えば、過塩素酸リチウムを溶質とし、プロピレンカーボネート及び１，２−ジメトキシエタンを溶媒とした溶液などからなる。
【００２５】
正極合剤１２は、例えば、二酸化マンガン、黒鉛、及びバインダとしての粉末フッ素樹脂を混合した正極合剤粉を円筒状にプレス成形することで作製される。本実施の形態では、正極缶１１の内部においてその軸方向に沿って３つの正極合剤１２が積層装填されている。
【００２６】
リチウム負極１４は、リチウム金属の金属板を用い、円筒状にロール加工（曲げ加工）して作製されている。また、セパレータ１３は、ポリプロピレン製の不織布からなるセパレータ原紙を二重巻きにした後、底部となる一方の端部を折り重ねた状態で底部及び胴部の一部を熱融着加工することで有底円筒状に形成されている。
【００２７】
また、正極缶１１の開口部１１ａは、負極端子板１８、封口板１９、及び封口ガスケット２０を積層してなる封口構造体２１によって封口されている。詳しくは、正極缶１１の開口端部には、正極缶１１の外周面に沿って溝状のビード部２２が形成され、このビード部２２の上方に円環状の封口ガスケット２０が配設されている。そして、この封口ガスケット２０を介して封口板１９及び負極端子板１８が正極缶１１の開口部１１ａに封止されている。
【００２８】
封口ガスケット２０には、ガスケット表面２０ａ及びガスケット裏面２０ｂを貫通する中央開口部２３が形成されている。リチウム負極１４の内側面には、負極集電体２４が設けられている。負極集電体２４のリード部２４ａは、リチウム負極１４の上端面から突出し、封口ガスケット２０の中央開口部２３を挿通して、封口板１９の下面に溶接にて接続されている。
【００２９】
本実施の形態の筒形リチウム電池１０において、セパレータ１３は、その開口縁１３ａをガスケット裏面２０ｂ側に当接させた状態で配置されている。また、封口ガスケット２０において、セパレータ１３が当接している箇所よりも外周側の領域には、ガスケット表面２０ａ及びガスケット裏面２０ｂを連通させる通気用透孔２６が形成されている。本実施の形態では、図２（ａ）に示されるように、封口ガスケット２０においてその周方向に等間隔となるよう３個の通気用透孔２６が形成されている。これら３個の通気用透孔２６は、中央開口部２３と比較してかなり径が小さく、その値は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。通気用透孔２６の形状は特に限定されず任意であるが、ここではいずれも平面視で円形状としている。
【００３０】
次に、本実施の形態における筒形リチウム電池１０の製造方法を説明する。
【００３１】
まず、正極缶１１、正極合剤１２、セパレータ１３、リチウム負極１４、封口構造体２１（負極端子板１８、封口板１９、及び封口ガスケット２０）を予め作製して準備する。
【００３２】
そして、円筒状に成形された正極合剤１２を有底筒状の正極缶１１内に挿入する。さらに、セパレータ１３内に円筒状のリチウム負極１４を挿入し、一体となったセパレータ１３とリチウム負極１４とを正極缶１１の正極合剤１２の中空部分に挿入配置する。その後、正極缶１１において、開口部付近の側面に円盤状ローラーを押しつけ、正極缶周を回転させることで、ビード部２２を形成する。
【００３３】
次いで、正極缶１１のビード部２２の上方に封口ガスケット２０を載置し、負極集電体２４のリード部２４ａに封口板１９をスポット溶接にて接続する。その後、正極缶１１の内部に、正極合剤１２及びリチウム負極１４の上方まで非水電解液１６を注入する。このとき、セパレータ１３や正極合剤１２内の空隙が電解液１６で置換されて気泡が発生する。この気泡のエアは、封口ガスケット２０に形成された通気用透孔２６を通って封口ガスケット２０の外側（即ち缶開口部側空間）に抜けていくため、セパレータ１３や正極合剤１２内に介在する気泡が取り除かれる。
【００３４】
そして、正極缶１１のビード部２２に載置した封口ガスケット２０上に、封口板１９、及び負極端子板１８を配置して、正極缶１１の開口端部にカール及び絞り加工を施すことにより、正極缶１１を封口する。これにより、筒形リチウム電池１０が完成する。
【００３５】
なお、筒形リチウム電池１０において、封口ガスケット２０に形成される通気用透孔２６の個数は、電池内における気泡の発生量に応じて適宜変更することができ、例えば、図２（ｂ）に示されるように８個の通気用透孔２６を形成してもよい。
【００３６】
上記のような製造方法によって筒形リチウム電池１０を２０個作製し、各電池の抵抗（１ｋＨｚ交流抵抗）の平均値と標準偏差を測定した。そして、その測定値を従来例の筒形リチウム電池４０（図８参照）と比較した。表１に、その比較結果を示す。なお、各電池の抵抗測定は、電池の作製後に２０℃で２４時間の調温処理を施した状態で行った。
【表１】
0005279341.tif 000002
【００３７】
表１に示されるように、本実施の形態の筒形リチウム電池１０では、抵抗値が３．４５９Ω、標準偏差が０．２０３であり、従来電池（抵抗値が４．１５８Ω、標準偏差が０．３０２）と比較して抵抗値が低く、かつ抵抗値のバラツキも抑えることができた。
【００３８】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００３９】
（１）本実施の形態の筒形リチウム電池１０では、セパレータ１３や正極合剤１２内の空隙が電解液１６で置換されて気泡が発生するが、この気泡のエアは、封口ガスケット２０に形成された通気用透孔２６を通ってガスケット２０の上側の空間（即ち缶開口部側空間）に抜けていく。従って、筒形リチウム電池１０では、セパレータ１３や正極合剤１２の内部に気泡が溜まりにくく、脱泡処理未実施の従来電池と比較して電池抵抗を低減することができる。この結果、従来のように真空ポンプによる脱泡処理を行わなくても、抵抗値の高い電池の発生を抑制できるため、筒形リチウム電池１０の製品歩留まりを向上させることができる。また、脱泡処理を行わない分だけ製造コストを下げることができる。
【００４０】
（２）本実施の形態の筒形リチウム電池１０では、封口ガスケット２０においてその周方向に等間隔となるよう複数の通気用透孔２６が形成されているので、各通気用透孔２６を通して気泡のエアを効率よく確実に逃がすことができる。
［第２の実施の形態］
【００４１】
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図３に基づき説明する。本実施の形態の筒形リチウム電池１０ａは、封口ガスケット２７の構成が第１の実施の形態と異なり、それ以外は、上記第１の実施の形態と同じ構成である。具体的には、本実地の形態では、封口ガスケット２７において、セパレータ１３が当接している箇所かつガスケット裏面２７ｂ側に、セパレータ１３の内側及び外側を連通させる通気用凹部２８が部分的に形成されている。通気用凹部２８は、ガスケット裏面２７ｂ側のみを凹状にすることにより形成された薄肉部であり、封口ガスケット２７の中心部から放射状に延びる複数の溝部である。本実施の形態では、図４（ａ）に示されるように、封口ガスケット２７においてその周方向に等間隔となるよう４個の通気用凹部２８が形成されている。薄肉部の厚さ（溝部の深さ）はその周囲の部分の厚さの半分程度となっている。
【００４２】
本実施の形態の筒形リチウム電池１０ａにおいて、正極缶１１の内部に非水電解液１６を充填すると、セパレータ１３や正極合剤１２内の空隙が電解液１６で置換されて気泡が発生する。この気泡のエアは、封口ガスケット２７に形成された通気用凹部２８を通ってセパレータ１３の内側の空間（最終的には缶開口部側空間）に抜けていくため、セパレータ１３や正極合剤１２内に介在する気泡が取り除かれる。
【００４３】
なお、筒形リチウム電池１０ａにおいて、封口ガスケット２７に形成される通気用凹部２８の個数は、電池内における気泡の発生量に応じて適宜変更することができ、例えば、図４（ｂ）に示されるように１２個の通気用凹部２８ａを形成してもよい。
【００４４】
本実施の形態においても、筒形リチウム電池１０ａを２０個作製し、各電池の抵抗（１ｋＨｚ交流抵抗）の平均値と標準偏差を測定した。そして、その測定値を従来例の筒形リチウム電池４０と比較した。表２に、その比較結果を示す。なお、各電池の抵抗測定は、電池の作製後に２０℃で２４時間の調温処理を施した状態で行った。
【表２】
0005279341.tif 000003
【００４５】
表２に示されるように、本実施の形態の筒形リチウム電池１０ａでは、抵抗値が３．６２４Ω、標準偏差が０．２２３であり、従来電池（抵抗値が４．１５８Ω、標準偏差が０．３０２）と比較して抵抗値が低く、かつ抵抗値のバラツキも抑えることができた。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４７】
（１）本実施の形態の筒形リチウム電池１０ａでは、セパレータ１３や正極合剤１２内の空隙が電解液１６で置換されて気泡が発生するが、この気泡のエアは、封口ガスケット２７に形成された通気用凹部２８を通ってセパレータ１３の内側の空間（最終的には缶開口部側空間）に抜けていく。従って、筒形リチウム電池１０ａでは、セパレータ１３や正極合剤１２の内部に気泡が溜まりにくく、脱泡処理未実施の従来電池と比較して電池抵抗を低減することができる。この結果、従来のように真空ポンプによる脱泡処理を行わなくても、抵抗値の高い電池の発生を抑制できるため、筒形リチウム電池１０ａの製品歩留まりを向上させることができる。また、脱泡処理を行わない分だけ製造コストを下げることができる。
【００４８】
（２）本実施の形態の場合、封口ガスケット２７においてその裏面側のみを凹状に薄くする形状を採用しているため、通気用凹部２８を有する封口ガスケット２７を比較的容易に形成することができる。因みに、本実施の形態のように、封口ガスケット２７側に通気用凹部２８を設けるのではなく、セパレータ１３の開口縁１３ａを加工して通気用凹部を形成することも可能である。しかしながら、リチウム電池１０ａのセパレータ１３は、アルカリ電池と比較して柔らかいため、開口縁１３ａを加工して通気用凹部を正確に形成することは困難であり、コスト高にもつながる。また仮に、セパレータ１３の開口縁１３ａに通気用凹部を形成できたとしても、そのセパレータ１３の開口縁１３ａが封口ガスケット２７に当接することで、通気用凹部が潰れて通気構造が確保できなくなる可能性がある。これに対して、封口ガスケット２７側であれば通気用凹部２８を容易に形成することができ、通気構造を確実に確保することができる。また、後述する図７の例のようなガスケット形状を採用するような場合に比べて成形用金型が単純な構造でよくなるため、比較的低コストで形成可能な封口ガスケット２７とすることができる。
【００４９】
（３）本実施の形態の場合、封口ガスケット２７に形成された通気用凹部２８は放射状に延びる複数の溝部であるので、各通気用凹部２８に沿ってセパレータ１３の内側の空間に気泡のエアを均等に逃がすことができる。
【００５０】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００５１】
・封口ガスケット２０，２７の構造は上記各実施の形態に限定されず、これとは異なる構造を有する封口ガスケットを使用しても勿論構わない。例えば、図５に示す筒形リチウム電池１０ｂのように、通気用透孔２６と通気用凹部２８とを形成した封口ガスケット３０を使用してもよい。なおこの場合、図６（ａ）に示されるように、封口ガスケット３０において、通気用凹部２８を形成していない厚肉部の箇所に通気用透孔２６を形成してもよいし、図６（ｂ）に示されるように、通気用凹部２８の形成箇所に通気用透孔２６を形成してもよい。このように封口ガスケット３０を形成すれば、通気用凹部２８に加えて通気用透孔２６からも気泡のエアが抜けていくため、セパレータ１３や正極合剤１２内から発生した気泡を効率よく確実に逃がすことができる。
【００５２】
また、封口ガスケット２７，３０における通気用凹部２８は、ガスケット裏面２７ｂ，３０ｂ側のみを凹状にすることにより形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示される封口ガスケット３２のように、中央開口部２３側の一部を湾曲させることにより、厚さを一定にして通気用凹部３３を形成してもよい。
【００５３】
・上記実施形態の筒形リチウム電池１０は、直径が１７ｍｍ、長さが４５ｍｍのサイズを有する一次電池であるが、これ以外のサイズの筒形リチウム電池に本発明を具体化してもよい。また、一次電池に限定されるものではなく、リチウムイオン電池などの非水系の電解液を用いた二次電池にも本発明を具体化してもよい。
【００５４】
・上記実施形態の筒形リチウム電池１０は、正極合剤１２の内側にセパレータ１３を介してリチウム負極１４が配置されるものであったが、この構成とは逆に、リチウム負極が外側に配置されるとともにリチウム負極の内側にセパレータを介して正極合剤が配置される構造の筒形リチウム電池に本発明を適用してもよい。なおこの場合、外側に配置されるリチウム負極が第１極側作用物質となり、内側に配置される正極合剤が第２極側作用物質となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を具体化した第１の実施の形態の筒形リチウム電池を示す断面図。
【図２】（ａ），（ｂ）は、第１の実施の形態の封口ガスケットを示す平面図。
【図３】本発明を具体化した第２の実施の形態の筒形リチウム電池を示す要部断面図。
【図４】（ａ），（ｂ）は、第２の実施の形態の封口ガスケットを示す平面図。
【図５】別の実施の形態の筒形リチウム電池を示す要部断面図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、別の実施の形態の封口ガスケットを示す平面図。
【図７】別の実施の形態の筒形リチウム電池を示す要部断面図。
【図８】従来の筒形リチウム電池を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０ａ，１０ｂ…筒形非水電解液電池としての筒形リチウム電池
１１…缶としての正極缶
１１ａ…缶の開口部
１２…第１極側作用物質としての正極合剤
１３…セパレータ
１３ａ…セパレータの開口縁
１４…第２極側作用物質としてのリチウム負極
１６…非水電解液
１８…端子板としての負極端子板
１９…封口板
２０，２７，３０，３２…封口ガスケット
２０ａ，２７ａ，３０ａ，３２ａ…ガスケット表面
２０ｂ，２７ｂ，３０ｂ，３２ｂ…ガスケット裏面
２１…封口構造体
２３…中央開口部
２４…集電体
２６…通気用透孔
２８，２８ａ…通気用凹部
【図１】
0005279341.tif 000004
【図２】
0005279341.tif 000005
【図３】
0005279341.tif 000006
【図４】
0005279341.tif 000007
【図５】
0005279341.tif 000008
【図６】
0005279341.tif 000009
【図７】
0005279341.tif 000010
【図８】
0005279341.tif 000011