(57)【要約】【課題】放電容量が大きく高さの高いコイン形リチウム電池において、封口部の安定性、信頼性を高め、耐漏液特性が良好であり、また放電容量に優れた電池を提供することを目的とする。【解決手段】金属リチウムからなる負極と、正極と、電解液と、前記負極と前記正極との間に介在して前記電解液を保持するセパレータからなる発電要素と、封口板と、正極ケースと、前記封口板と前記正極ケースの間に介在されるガスケットと、前記正極ケースと前記正極との間に介在する逆ハット状の正極リングとを具備するリチウム電池において、前記正極ケース開口部を押込み加工により側面を削り取り、中心方向に突出する膨出部を有し、この膨出部に前記逆ハット状正極リングの円周部を配置せしめることを特徴とするコイン形リチウム電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属リチウムからなる負極と、正極と、電解液と、前記負極と前記正極との間に介在して前記電解液を保持するセパレータとからなる発電要素と、封口板と、正極ケースと、前記封口板と前記正極ケースとの間に介在されるガスケットと、前記正極ケースと前記正極との間に介在する逆ハット状の正極リングとを具備するコイン形リチウム電池において、前記正極ケースに中心方向に突出する膨出部を有し、
前記膨出部に前記逆ハット状正極リングの円周部を配置することを特徴とするコイン形リチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は正極ケース、負極封口板、およびガスケットにより発電要素を密閉したコイン形リチウム電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイン形リチウム電池は体積あたりのエネルギー密度が高く、また高電圧であるため、エレクトロニクス機器を中心に使用されてきた。近年、携帯電子機器の急速なコードレス化、ポータブル化により、コイン形リチウム電池はその駆動用電源として需要が増大しており、更にこれら携帯電子機器の消費電流増大に伴い、より大容量の電池、加えて長期間安定して使用できる封口部の信頼性も求められている。コイン形リチウム電池では放電容量の向上、封口部の信頼性を向上させる上で、正極ケース、負極封口板、正極リングの形状、およびガスケット材質が重要なポイントの一つとなる。
【０００３】
従来の構造を踏襲しながら放電容量が大きく、電池高さの高い、３．０ｍｍ以上の電池を設計するには図２のように封口板折り返し部の長さを長くする方法、図３のように封口板折り返し部の長さを短く、正極ケースの高さを短くし封口する方法、図４のようにガスケット底部厚みを厚くする方法、が挙げられる。しかしながらいずれも封口板のデッドスペースが大きく発電活物質の充填量が減少するために体積効率が悪く、放電容量が低下する。
【０００４】
これらの課題を解決するために以下のような対策が施されている。すなわち、図５に示すような逆ハット状正極リング７を具備しこの円周部７ａにガスケットおよび封口板開口部を配置せしめ封口するもの（例えば、特許文献１）、図６に示すような正極ケース開口部を押込み加工により側面を削り取り、中心方向に突出する膨出部を形成し、ガスケットおよび封口板折り返し部を配置せしめ封口するもの（例えば、特許文献２）、が存在する。
【特許文献１】特開平２−７９３６６号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前記文献１の方法は封口時に正極リング円周部７ａに力が加わり、封口前に比較して図７に示すように正極リング円周部７ａが下方へ変形する可能性がある。通常、コイン形リチウム電池で汎用的に用いられているガスケットはポリプロピレン樹脂（Ｐ．Ｐ．）に代表されるような比較的柔らかい樹脂が多いため、封口の力をガスケットが圧縮されることで吸収し、図７のような材料の変形は起こり難い。
【０００６】
近年、より高温下、さらに長期間安定な封口状態を継続するためにガスケット材料が検討されており、ポリプロピレン樹脂へのフィラー添加、またエンジニアリングプラスチック樹脂などが採用されつつある。これらの材料の中には前記ポリプロピレン樹脂等に比較して曲げ強さ、曲げ弾性率が非常に高いものもあり、一例としてポリプロピレン樹脂とポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）の曲げ弾性率を比較するとそれぞれ１〜２Ｇｐａ、１０〜２０Ｇｐａであり、ポリフェニレンスルフィド樹脂は非常に圧縮されにくい材料である。これらの材料をガスケットとして用い封口した際には、ガスケット自体が硬く圧縮され難いため、正極リング円周部７ａが図７の様に変形し、結果として耐漏液特性、長期信頼性の低下を誘発する。また正極リングの板厚を厚くし材料の剛性、強度を高めることで封口時の正極リング円周部７ａの変形を防止しようとすると、電池内容積に占める正
極リングの体積割合が増加するため正極活物質充填量が少なくなり、放電容量が低下する。
【０００７】
さらに前記文献２の方法では正極ケース膨出部２ａにガスケット底部が変形、ズレなどなく配置できるだけの充分な幅を形成せしめるためには、正極ケース板厚の厚い材料が必要となり、これも電池内容積の減少に伴う放電容量の低下に繋がる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は金属リチウムからなる負極と、正極と、電解液と、前記負極と前記正極との間に介在して前記電解液を保持するセパレータとからなる発電要素と、封口板と、正極ケースと、前記封口板と前記正極ケースとの間に介在されるガスケットと、前記正極ケースと前記正極との間に介在する逆ハット状の正極リングとを具備するコイン形リチウム電池において、前記正極ケースに中心方向に突出する膨出部を有し、前記膨出部に前記逆ハット状正極リングの円周部を配置することを特徴とするものである。
【０００９】
上記本発明によれば、正極ケース膨出部に逆ハット状正極リングの円周部を配置せしめることにより、封口時の力を十分に受け止める剛性、強度を有すことができ、従って封口時のガスケット底部圧縮量を十分にとることができるとともにバラツキの少ないものとなすことができ、耐漏液性の良好な電池を提供することが可能となる。
【００１０】
また従来の方法であれば封口時のリング変形を防止する為に正極リング板厚を厚くする手段が用いられ、電池内容積に占める正極リングの体積割合が増加するため正極活物質充填量が少なくなり、結果として放電容量の低下を引き起こしたが、本発明によれば正極ケースに膨出部があり、ここに逆ハット状の正極リング円周部を配置せしめることで封口時の変形を防止している為、板厚を厚くする必要はなくなる。
【００１１】
またさらに従来の方法では正極ケースの膨出部にガスケットが配置されるため、封口時に変形のない十分なガスケット底部圧縮をせしめる為には、正極ケースの板厚を厚くし、押し込み加工で十分な量だけ膨出せしめる必要があり、材料のコストアップとなっていた。加えて板厚が厚いことにより電池内容積が減少し、正極活物質の充填量減少、放電容量の低下に繋がっていたが、本発明によれば逆ハット状正極リング円周部を正極ケースの膨出部に配置せしめるだけで封口時の変形を防止できる為、正極ケースの板厚を厚くする必要はなくなる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明の通り、本発明によれば電池高さの高い、３．０ｍｍ以上のコイン形リチウム電池において、逆ハット状正極リング円周部を正極ケースの膨出部に配置せしめることにより、封口を安定させ、耐漏液性を向上させ、放電容量に優れた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】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るコイン形リチウム電池の断面模式図を図１に示す。正極合剤５と負極リチウム６がセパレータ４を介して対向配置されており、電解液を充填して、正極ケース２の開口部にガスケット３を介して負極封口板１を配し、また逆ハット状正極リングの円周部７ａを正極ケースの膨出部２ａに配置し、正極ケース２の開口上端部を内方に屈曲させることで封口されており、コイン形の電池に構成されている。封口によって、
封口板折り返し部と逆ハット状正極リングの円周部に介在するガスケット底部が圧縮される。
【００１５】
正極ケース２は開口部から底面部方向へ開口部を押込み加工により側面を削り取り、中心方向に突出する膨出部２ａを形成し、また正極リングは円筒形状の開口部を遠心方向へプレス成形する事により、逆ハット形状になされている。本発明のポイントは逆ハット状正極リングの円周部７ａが前記正極ケース膨出部２ａに配置される事であり、従って正極ケース膨張部の高さ２ｂと正極リングの高さ７ｃは同程度になるようプレス加工されることが望ましい。
【００１６】
正極ケース２、正極リング７にこの様な形状を有する加工を施すことにより、封口時に封口板折り返し部を介して作用する下方向への力を正極ケース膨出部２ａおよび正極リング円周部７ａで十分に支えることが可能となり、正極リングの変形を防止でき、ガスケット底部をバラツキ無く均一に圧縮できる。その結果、封口部が安定し、耐漏液性が向上する。また板厚の薄い正極リングを採用すれば、活物質充填量が増えるために放電容量の向上にもつながる。
【実施例１】
【００１７】
（実施例１）
以下の手順従って、図１に示す構造を有するコイン形リチウム一次電池を作製した。
【００１８】
正極活物質として二酸化マンガンを用い、結着剤として４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用い、さらに導電剤として黒鉛を混合し、得られた混合物を加圧成型することにより、ペレット状の正極合剤５を作製した。負極６は薄板状の金属リチウムを円盤状に打ち抜き、形成したものである。さらにセパレータ４はポリプロピレンの不織布からなり、負極６と同様に円形に打ち抜き加工が施されている。電解液は、１，２−ジメトキシエタンとプロピレンカーボネートを混合した溶媒に、電解質として過塩素酸リチウムを溶解させ調製した。
【００１９】
負極封口板１、正極ケース２はステンレス鋼を所定の形状にプレス加工したものである。逆ハット状正極リング７はステンレス鋼を所定の形状にプレス加工したものである。一方、これらとともに電池容器を形成するガスケット３は、ポリフェニレンスルフィド樹脂を環状に射出成型されたものを用いた。負極封口板１とガスケット３の接触面、および正極ケース２とガスケット３の接触面、さらに逆ハット状正極リング７とガスケット３の接触面には、アスファルトを主成分とする封止剤を塗布した。
【００２０】
正極合剤５と負極リチウム６がセパレータ４を介して対向配置されており、電解液を充填して、正極ケース２の開口部にガスケット３を介して負極封口板１を配し、また逆ハット状正極リングの円周部７ａを正極ケースの膨出部２ａに配置し、正極ケース２の開口上端部を内方に屈曲させることで封口が施されており、コイン形の電池に構成されている。この形態を有するコイン形二酸化マンガンリチウム一次電池を作製し電池Ａとした。なお、電池Ａの直径は２４ｍｍ、高さは７．７ｍｍである。
【００２１】
（実施例２）
逆ハット状正極リング板厚を０．１０ｍｍにしたこと以外は電池Ａと同様に作製した電池を電池Ｂとした。
【００２２】
（比較例１）
正極ケースに膨出部を施さないこと以外は電池Ａと同様に作製した電池を電池Ｃとした。
【００２３】
（比較例２）
逆ハット状正極リングを配置しないこと以外は電池Ａと同様に作製した電池を電池Ｄとした。
【００２４】
これらの電池の特性評価として、−１０℃１時間／６０℃１時間、つまり１サイクル２時間の熱衝撃試験を行い、目視により漏液の発生数を確認した。表１に熱衝撃試験での耐漏液特性結果を示す。
【００２５】
【表１】
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電池Ａ〜電池Ｄについて比較すると、表１から明らかなように、電池Ａ、電池Ｂではともに熱衝撃試験５００サイクル後でも漏液は発生しなかった。これはリング厚みが薄くなっても円周部７ａが正極ケースの膨出部２ａに配置されている為に封口後、熱衝撃試験後も逆ハット状正極リングの円周部に変形が発生せずバラツキの無いガスケット圧縮がなされたためである。これに対し正極ケースの膨出部２ａが無い電池Ｃ、逆ハット状正極リングを配置しない電池Ｄを比較すると、両者ともに熱衝撃試験５００サイクル後に漏液が発生した。これら熱衝撃試験評価後の電池を分解し内部構造を確認すると、電池Ｃは正極ケース円周部７ａが封口時の力により下方へ変形しており、また電池Ｄは正極ケース板厚が薄い為、膨出部幅が十分に形成されておらず、結果としてガスケット底部が正極ケース膨出部へ正常に配置されず下方へ逸脱していた。
【００２６】
なお、直径、高さの異なる電池において、前記と同様に正極リングの板厚、正極ケースの膨出部の有無を変更して電池を作製した場合においても、前記と同様、逆ハット状正極リングの円周部を正極ケースの膨出部に配置せしめる事により、封口を安定させ、耐漏液特性に優れたコイン形リチウム電池を提供することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のように電池高さの高い、３．０ｍｍ以上のコイン形リチウム電池において、逆ハット形正極リング円周部を正極ケースの膨出部に配置せしめることにより、封口時の正極リングの変形を防止し、封口を安定させ、耐漏液特性に優れたコイン形リチウム電池を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係るコイン形リチウム電池の断面図
【図２】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【図３】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【図４】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【図５】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【図６】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【図７】従来のコイン形リチウム電池の断面図
【符号の説明】
【００２９】
１    負極封口板
２    正極ケース
２ａ  正極ケースの膨出部
２ｂ  正極ケースの膨出部高さ
３    ガスケット
４    セパレータ
５    正極合剤
６    負極リチウム
７    正極リング
７ａ  正極リング円周部
７ｂ  正極リング主平面部
７ｃ  正極リング高さ
【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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【図７】
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