(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の正極物質の中空部分にセパレータを介してリチウム負極を配置したボビン型リチウム電池において、前記セパレータは有底筒状であり、その底部には貫通孔が形成されていることを特徴とするボビン型リチウム電池。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記リチウム負極の厚さよりも最大径が小さいことを特徴とする請求項１に記載のボビン型リチウム電池。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記リチウム負極よりも底部中央部寄りの離間した複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボビン型リチウム電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボビン型リチウム電池の製造方法であって、
有底筒状のセパレータを形成するセパレータ形成工程と、
前記セパレータ形成工程の後、前記セパレータの底部に貫通孔を形成する穴あけ工程と、
円筒状の正極物質の中空部分に、前記セパレータ及び前記リチウム負極を挿入配置する挿入配置工程と
を含むことを特徴とするボビン型リチウム電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の正極物質の中空部分にセパレータを介してリチウム負極を配置したボビン型リチウム電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボビン型リチウム電池は、負極物質としてリチウム金属を用いることで高いエネルギー密度が実現され、特に長期間を無交換／無保守で使い続けるような用途に適している。従って、ボビン型リチウム電池は、例えば、各種の計測器や電子機器のメモリーバックアップ用の電池として用いられている。
【０００３】
図６には従来のボビン型リチウム電池４０を示している。図６示されるように、ボビン型リチウム電池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の内周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とを備える。セパレータ４３は、短冊状に裁断したポリプロピレン製の不織布を二重巻きにした後、底部４３ａ及び胴部４３ｂの一部を熱融着することにより、有底円筒状に形成されている。このセパレータ４３に円筒状のリチウム負極４４を挿入した後、一体となったセパレータ４３とリチウム負極４４とを正極缶４１の正極物質４２の中空部分に挿入する。そして、円筒状のリチウム負極４４の中空部に電解液４５を注液し、一定時間放置して正極物質４２側に電解液４５を吸液させた後、封口することでボビン型リチウム電池４０を製造している。
【０００４】
上記のようなボビン型リチウム電池４０は、例えば、特許文献１，２に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３２１２４０号公報
【特許文献２】特開平９−２１３２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ボビン型リチウム電池４０の製造時において、注液した電解液４５はセパレータ４３を通して正極側に移動しにくく、セパレータ４３と正極あるいはセパレータ４３と正極缶４１との間に空隙が残ってしまうことがある。セパレータ４３は不織布を多重巻きにして熱融着による加工を行うことで有底円筒状に形成されており、特に底部４３ａが厚くなるため、その底部４３ａと正極缶４１との間に空隙４６が残りやすい。この空隙４６が残った場合、予め設定された所定量の電解液４５が電池内に入りきらず、電池外にこぼれるなどして工程トラブルの原因になるとともに、電池性能の低下やバラツキの原因となってしまう。空隙４６を残さないために、注液・吸液時間を十分に長く取ったり、減圧状態で注液・吸液を行ったりする対策がとられているが、工数が増加して製造コストが嵩むといった問題が生じる。
【０００６】
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、製造が容易で電池性能を高めることができるボビン型リチウム電池を提供することにある。また、別の目的は、そのボビン型リチウム電池を製造するのに好適なボビン型リチウム電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒状の正極物質の中空部分にセパレータを介してリチウム負極を配置したボビン型リチウム電池において、前記セパレータは有底筒状であり、その底部には貫通孔が形成されていることを特徴とするボビン型リチウム電池をその要旨とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、有底筒状のセパレータの底部に貫通孔が形成されているので、電池製造時に電解液を注液した場合、セパレータの貫通孔を通して電解液がリチウム負極側から正極物質側に移動され、その電解液によって電池内の空隙が速やかに置換される。このようにすると、正極物質の吸液効率が高まるため、従来技術のように減圧しなくても注液・吸液時間を短縮することができる。また、電池内に空隙が残らないため、電解液の注液量を増やすことができ、電池性能の向上させることができる。さらに、電解液の注液量のバラツキが抑制されるため、電池性能が安定する。
【０００９】
前記セパレータは、セパレータ材である不織布を多重巻きにしてその底部及び胴部を熱融着加工することで有底筒状に形成したものであってもよい。
【００１０】
この構成によれば、熱融着加工することでセパレータの底部が厚くなりその底部の不織布を通して電解液が移動しにくくなるが、底部に形成された貫通孔を通してリチウム負極側から正極物質側に電解液を確実に移動させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記貫通孔は、前記リチウム負極の厚さよりも最大径が小さいことをその要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、セパレータの底部に形成される貫通孔はリチウム負極の厚さよりも最大径が小さいので、リチウム負極がその貫通孔を介して正極物質とショートすることがない。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記貫通孔は、前記リチウム負極よりも底部中央部寄りの離間した複数箇所に配置されていることをその要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、貫通孔はリチウム負極よりも底部中央部寄りの離間した箇所に配置されているので、リチウム負極がその貫通孔を介して正極物質とショートすることがない。また、貫通孔が複数箇所に配置されているので、各貫通孔を通して電解液が移動しやすくなり、正極物質の吸液効率をより高めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボビン型リチウム電池の製造方法であって、有底筒状のセパレータを形成するセパレータ形成工程と、前記セパレータ形成工程の後、前記セパレータの底部に貫通孔を形成する穴あけ工程と、円筒状の正極物質の中空部分に、前記セパレータ及び前記リチウム負極を挿入配置する挿入配置工程とを含むことを特徴とするボビン型リチウム電池の製造方法をその要旨とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、セパレータ形成工程において、例えば不織布が多重巻きにされその底部及び胴部が熱融着加工されることで、有底筒状のセパレータが形成される。この場合、セパレータの底部は胴部よりも厚く形成されるため、穴あけ工程にてその底部に貫通孔を確実に形成することができる。そして、挿入配置工程において、円筒状の正極物質の中空部分に、セパレータ及びリチウム負極が挿入配置される。その後、注液・吸液工程において、円筒状の正極物質の中空部分に電解液を注液することにより、セパレータの貫通孔を通して電解液がリチウム負極側から正極物質側に移動され、その電解液によって電池内の空隙が速やかに置換される。このようにすると、正極物質の吸液効率が高まるため、従来技術のように減圧しなくても注液・吸液時間を短縮することができる。また、電池内に空隙が残らないため、電解液の注液量を増やすことができ、電池性能の向上させることができる。さらに、電解液の注液量のバラツキが抑制されるため、電池性能が安定する。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、製造が容易で電池性能を高めることができるボビン型リチウム電池を提供することができる。また、請求項４に記載の発明によると、上記ボビン型リチウム電池を製造するのに好適なボビン型リチウム電池の製造方法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】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態におけるボビン型リチウム電池の概略構成を示す断面図である。
【００１９】
図１に示されるように、本実施の形態のボビン型リチウム電池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（正極物質）が装填され、その正極合剤１２の中空部分にセパレータ１３を介してリチウム負極１４が配置されている。なお、本実施の形態のボビン型リチウム電池１０は、直径が１４．５ｍｍ、長さが２５ｍｍのサイズを有する一次電池である。
【００２０】
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。
【００２１】
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、その底部の中央に正極端子１７が突設されている。また、正極缶１１の開口部は、負極端子１８、封口板１９、及びガスケット２０からなる封口体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の上方に円環状のガスケット２０が配設されている。そして、このガスケット２０を介して封口板１９及び負極端子１８が正極缶１１の開口端部に封止されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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（セパレータ材）を二重巻きにした後、底部１３ａとなる一方の端部を折り重ねた状態で底部１３ａ及び胴部１３ｂ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。なお、本実施の形態において、リチウム負極１４の厚さは２ｍｍ程度であり、セパレータ１３の厚さは、底部１３ａが０．３ｍｍ程度、胴部１３ｂが０．１５ｍｍ程度である。
【００２４】
セパレータ１３の底部１３ａには円形の貫通孔１５が形成されている。貫通孔１５は、直径が１．５ｍｍ程度であり、リチウム負極１４よりも底部中央部寄りの離間した複数箇所（具体的には３箇所）に配置されている（図２参照）。
【００２５】
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、ガスケット２０の中央開口部を挿通して、封口板１９の下面に溶接にて接続されている。
【００２６】
次に、本実施の形態におけるボビン型リチウム電池１０の製造方法を説明する。
【００２７】
まず、正極缶１１、正極合剤１２、リチウム負極１４、封口体２１（負極端子１８、封口板１９、及びガスケット２０）を予め作製して準備する。
【００２８】
そして、セパレータ形成工程において、ポリプロピレン製の不織布からなる細長いセパレータ原紙を所定サイズに切断する。切断したセパレータ原紙を二重巻きにした後、底部１３ａ及び胴部１３ｂの一部を熱融着加工することで有底円筒状のセパレータ１３を作製する。
【００２９】
そして、穴あけ工程において、セパレータ１３の底部１３ａにおける所定箇所を穴あけ用ピンで突き刺すことにより、その底部１３ａに貫通孔１５を形成する。なおここで、熱融着加工の加熱温度よりも高い温度で加熱して底部１３ａを溶かすことにより貫通孔１５を形成してもよい。
【００３０】
また、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、挿入配置工程において、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。
【００３１】
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。
【００３２】
次いで、正極缶１１のビード部２２の上方にガスケット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。そして、正極缶１１のビード部２２に載置したガスケット２０上に、封口板１９、及び負極端子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、ボビン型リチウム電池１０が完成する。
【００３３】
本実施の形態のボビン型リチウム電池１０では、セパレータ１３の底部１３ａに複数の貫通孔１５を形成したので、セパレータ１３の底部１３ａと正極缶１１との間に形成されていた空隙のエアがその貫通孔１５を通り抜けることにより、空隙が電解液１６によって速やかに置換され、正極合剤１２の吸液効率が高められる。その結果、ボビン型リチウム電池１０では、セパレータ１３に貫通孔１５を設けない従来電池と比較して、電解液１６の注液量を１０％増量することができた。
【００３４】
また、本実施の形態のボビン型リチウム電池１０について、試験温度が２０℃の条件で、１ｋΩによる連続放電試験を行い、その放電性能を評価した。この放電試験によって測定されたボビン型リチウム電池１０の放電時間は、３４８時間であり、従来電池（放電時間が３１４時間）と比較して、１１％の性能向上を得ることができた。
【００３５】
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。
【００３６】
（１）本実施の形態のボビン型リチウム電池１０では、有底筒状のセパレータ１３の底部１３ａに貫通孔１５が形成されている。従って、電池製造時において電解液１６を注液した場合、セパレータ１３の貫通孔１５を通して電解液１６がリチウム負極１４側から正極合剤１２側に移動され、その電解液１６によって電池内の空隙が速やかに置換される。このようにすると、正極合剤１２の吸液効率が高まるため、従来技術のように減圧しなくても注液・吸液時間を短縮することができる。また、電池内に空隙が残らないため、電解液１６の注液量を増やすことができ、電池性能の向上させることができる。さらに、電解液１６の注液量のバラツキが抑制されるため、電池性能が安定する。
【００３７】
（２）本実施の形態のボビン型リチウム電池１０において、セパレータ１３は、不織布を二重巻きにしてその底部１３ａ及び胴部１３ｂを熱融着加工することで有底筒状に形成されている。このセパレータ１３は、底部１３ａが厚くなりその底部１３ａの不織布を通して電解液１６が移動しにくくなるが、底部１３ａに形成された貫通孔１５を通してリチウム負極１４側から正極合剤１２側に電解液１６を確実に移動させることができる。
【００３８】
（３）本実施の形態のボビン型リチウム電池１０では、セパレータ１３の底部１３ａにおける貫通孔１５は、リチウム負極１４よりも底部中央部寄りの離間した箇所に配置されているので、リチウム負極１４が貫通孔１５を介して正極合剤１２とショートすることがない。また、貫通孔１５が複数箇所に配置されているので、各貫通孔１５を通して電解液１６が移動しやすく、正極合剤１２の吸液効率をより高めることができる。
【００３９】
（４）本実施の形態のボビン型リチウム電池１０では、セパレータ１３の底部１３ａに形成される貫通孔１５はリチウム負極１４の厚さよりも最大径が小さいので、リチウム負極１４がその貫通孔１５を介して正極合剤１２とショートすることがない。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００４１】
・上記実施の形態において、セパレータ１３の底部１３ａには、３つの貫通孔１５が形成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示されるように、１つの貫通孔３１を形成してもよい。なお、図３の貫通孔３１は、セパレータ１３の底部１３ａの中央に設けられ、上記実施の形態の貫通孔１５の３倍の開口面積を有している。このようにしても、セパレータ１３の貫通孔３１を通して電解液１６がリチウム負極１４側から正極合剤１２側に速やかに移動されるため、正極合剤１２の吸液効率を十分に高めることができる。
【００４２】
また、貫通孔１５，３１の形状は円形である必要はなく、例えば、図４や図５に示されるように、スリット状の貫通孔３２，３３をセパレータ１３の底部１３ａに形成してもよい。なお、図４では、底部１３ａの中心線に沿って１つの貫通孔３２が設けられている。また、図５では、底部１３ａの周縁部において４つの貫通孔３３が設けられている。図５の各貫通孔３３は、底部１３ａの中心点を基準に９０°の角度間隔で設けられている。このように貫通孔３２，３３を形成した場合でも、セパレータ１３の貫通孔３２，３３を通して電解液１６がリチウム負極１４側から正極合剤１２側に速やかに移動されるため、正極合剤１２の吸液効率を十分に高めることができる。
【００４３】
・上記実施の形態において、セパレータ１３の底部１３ａに貫通孔１５を形成した後、そのセパレータ１３にリチウム負極１４を挿入配置するものであったが、セパレータ１３内にリチウム負極１４を挿入配置した後、セパレータ１３の底部１３ａに貫通孔１５を形成してもよい。
【００４４】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００４５】
（１）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記貫通孔は前記セパレータの底部中央部を避けて形成されていることを特徴とするボビン型リチウム電池。
【００４６】
（２）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記セパレータにおける底部の厚さのほうが、胴部の厚さよりも厚いことを特徴とするボビン型リチウム電池。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態のボビン型リチウム電池を示す断面図。
【図２】一実施の形態のセパレータを示す下面図。
【図３】別の実施の形態のセパレータを示す下面図。
【図４】別の実施の形態のセパレータを示す下面図。
【図５】別の実施の形態のセパレータを示す下面図。
【図６】従来のボビン型リチウム電池を示す断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ボビン型リチウム電池
１２…正極物質としての正極合剤
１３…セパレータ
１３ａ…底部
１３ｂ…胴部
１４…リチウム負極
１５，３１，３２，３３…貫通孔
【図１】
0005329123.tif 000002
【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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