(57)【要約】【課題】セパレータが正極材と負極缶の内面との間に強く挟まれることに起因するセパレータの破損を防止できるようにする。【解決手段】正極缶３と負極缶５とからなる電池缶１と、正極材７の上側にセパレータ１０を介して負極材９を配する発電要素２と、正極缶３と負極缶５との周縁間に配されるガスケット６とを有する。電池缶１内に発電要素２を収容した状態で、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５との間を封止する。負極缶５の収容部２１に負極材９を収容している。正極缶３の底壁１２の中央側を下向きに膨出して正極缶３の内面側に凹部１３を段落ち状に形成してあり、この凹部１３で正極材７を受け止めている。ガスケット６は、正極材７の周側面に対して直接に臨む規制面３２を正極材７の周側面の周方向に形成していて、規制面３２で正極材７の横方向の移動を規制している。規制面３２の内法寸法Ｄ２は、収容部２１の内法寸法Ｄ１よりも小さくなっている。【選択図】図１
2007273110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向きに開口する正極缶と下向きに開口する負極缶とからなる電池缶と、正極材の上側にセパレータを介して負極材を配する発電要素と、前記正極缶と前記負極缶との周縁間に配されて前記正極缶と前記負極缶とを絶縁するガスケットとを有していて、前記電池缶の内部に前記発電要素を収容した状態で、前記ガスケットによって前記正極缶と前記負極缶との間を封止する扁平形電池において、
前記負極缶の上壁側に設けた収容部に前記負極材を収容しており、
前記正極缶の底壁の中央側を下向きに膨出させて、前記正極缶の内面側に凹部を段落ち状に形成してあって、前記凹部で前記正極材を受け止めており、
前記ガスケットは、前記正極材の周側面に対して直接に臨む規制面を前記正極材の周側面の周方向に形成して、前記規制面で前記正極材の横方向の移動を規制しており、
前記規制面の内法寸法（Ｄ２）が、前記収容部の内法寸法（Ｄ１）よりも小さくなるよう設定してあることを特徴とする扁平形電池。
【請求項２】
前記規制面は、前記正極材の周方向に対して分散した状態で形成されている請求項１記載の扁平形電池。
【請求項３】
前記規制面の内法寸法（Ｄ２）が、前記収容部の内法寸法（Ｄ１）よりも少なくとも前記セパレータの厚さ寸法の２倍分だけ小さくなるよう設定してある請求項１又は２記載の扁平形電池。
【請求項４】
前記規制面の内法寸法（Ｄ２）と、前記収容部の内法寸法（Ｄ１）との比（Ｄ２／Ｄ１）が、0.８０〜0.９８になるよう設定してある請求項１又は２記載の扁平形電池。
【請求項５】
前記正極材の外法寸法が、前記規制面の内法寸法（Ｄ２）の0.７〜0.９倍に設定されている請求項１又は２又は３又は４記載の扁平形電池。
【請求項６】
前記正極材は、その外周面に装着される正極リングを含んでいる請求項項１又は２又は３又は４又は５記載の扁平形電池。
【請求項７】
前記正極材は、正極活物質として二酸化マンガンを含有する請求項６記載の扁平形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボタン型電池やコイン型電池などの扁平形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、上向きに開口する正極缶と下向きに開口する負極缶とからなる電池缶と、正極材の上側にセパレータを介して負極材を配する発電要素と、正極缶と負極缶との周縁間に配されて正極缶と負極缶とを絶縁するガスケットとを有していて、電池缶の内部に発電要素を収容した状態で、ガスケットによって正極缶と負極缶との間を封止する扁平形電池が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５１５１１号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−２０３１７０号公報（図５）
【特許文献３】特開２００５−２４３３３８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３の電池では、製造誤差による位置ずれや使用時の衝撃などで正極材が、正極缶の底壁の中心部から横方向にずれることがある。この場合、セパレータが、正極材と電池缶の内面との間に強く挟まれて破れるおそれがある。このセパレータの破損によって、負極材や負極缶の内面と正極材とが短絡して電池の破損などを招くおそれがある。
【０００５】
また、前記電池では、使用時の放電に伴って負極材の体積が徐々に減るとともに正極材の体積が徐々に増加する。この正極材の体積増加に応じてセパレータが負極缶側に徐々に上昇し、これによってセパレータが正極材と電池缶の内面との間に強く挟まれて破れるおそれがある。この場合も、負極材や負極缶の内面と正極材とが短絡するおそれがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、衝撃や放電に伴う正極材の体積増加などによって、セパレータが正極材と電池缶の内面との間に強く挟まれて破損することを防止できる扁平形電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が対象とする扁平形電池は、図１に示すごとく、上向きに開口する正極缶３と下向きに開口する負極缶５とからなる電池缶１と、正極材７の上側にセパレータ１０を介して負極材９を配する発電要素２と、正極缶３と負極缶５との周縁間に配されて正極缶３と負極缶５とを絶縁するガスケット６とを有していて、電池缶１の内部に発電要素２を収容した状態で、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５との間を封止するようになっている。ここでの扁平形電池は、ボタン型電池やコイン型電池などの他、扁平四角形状の電池なども含まれる。
【０００８】
本発明は、負極缶５の上壁側に設けた収容部２１に負極材９を収容しており、正極缶３の底壁１２の中央側を下向きに膨出させて、正極缶３の内面側に凹部１３を段落ち状に形成してあって、凹部１３で正極材７を受け止めており、ガスケット６は、正極材７の周側面に対して直接に臨む規制面３２を正極材７の周側面の周方向に形成して、規制面３２で正極材７の横方向の移動を規制しており、規制面３２の内法寸法Ｄ２が、収容部２１の内法寸法Ｄ１よりも小さくなるよう設定してあることを特徴とする。
【０００９】
ガスケット６の規制面３２が正極材７の周側面に対して直接に臨む場合としては、ガスケット６の規制面３２と正極材７の周側面とが互いに密着している場合や、規制面３２と正極材７の周側面とが、セパレータ１０の周縁部が入り込まない程度の隙間を介して臨んでいる場合などが含まれている。
【００１０】
収容部２１の内法寸法Ｄ１としては、ボタン型電池の場合には、円柱状の収容部２１の内径寸法が該当し、規制面３２の内法寸法Ｄ２としては、円環状のガスケット６の規制面３２の内径寸法が該当する。扁平四角形状の電池の場合には、規制面３２の前後および左右の内法寸法Ｄ２が、収容部２１の前後および左右の内法寸法Ｄ１よりもそれぞれ小さくなるよう設定することになる。
【００１１】
ガスケット６の規制面３２は、図５に示すごとく、正極材７の周方向に対して分散した状態で形成されているものとすることができる。ここでの規制面３２の内法寸法Ｄ２は、ガスケット６において各規制面３２よりも内側であって、正極材７が嵌まり込むことができる領域（図５の二点鎖線のほぼ内側）の内法寸法が該当する。規制面３２は、正極材７の横方向の移動を規制できる程度に分散されているものであればよく、その規制面３２の分散数は、任意の個数（例えば３個）に設定できる。また、各規制面３２は、一定間隔で形成してもよく、間隔を異ならせて形成してもよい。
【００１２】
具体的には、ガスケット６の規制面３２の内法寸法Ｄ２が、負極缶５の収容部２１の内法寸法Ｄ１よりも少なくともセパレータ１０の厚さ寸法の２倍分だけ小さくなるよう設定してある。言い換えると、規制面３２の内法寸法Ｄ２と、収容部２１の内法寸法Ｄ１との比（Ｄ２／Ｄ１）が、0.８０〜0.９８になるよう設定してある。
【００１３】
正極材７の外法寸法は、規制面３２の内法寸法Ｄ２の0.７〜0.９倍に設定されていることが好ましい。正極材７は、その外周面に装着される正極リング１１を含んでいるものとすることができる。正極材７は、正極活物質として二酸化マンガンを含有するものとすることができる。正極リング１１は、平面視で円形状の場合や四角形状の場合などが含まれる。正極リング１１は、導電性を有する金属などからなる場合と、絶縁性のプラスチックなどからなる場合とが含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正極缶３の底壁１２に凹部１３を設けることで、電池内圧が異常上昇したときの正極缶３の下向きの膨張変形を凹部１３のみで受け止めて、正極缶３の底壁１２の周縁側である封止壁部１５などの過度の変形を抑え、負極缶５と正極缶３との間での密封性の低下を抑えることができる。
【００１５】
そのうえで、ガスケット６の規制面３２で正極材７の横方向の移動を規制して、正極材７が凹部１３内で位置ずれしないようにし、かつ規制面３２の内法寸法Ｄ２を負極缶５の収容部２１の内法寸法Ｄ１よりも小さくしたので、製造誤差や衝撃などで正極材７が正極缶３の底壁１２の周縁側にずれてセパレータ１０が正極材７と電池缶１の内面との間に強く挟まれてしまうことがなく、また放電に伴う正極材７の体積増加でセパレータ１０が負極缶５側に徐々に上昇しても、セパレータ１０が正極材７と電池缶１の内面との間に強く挟まれてしまうことがない。これによって、セパレータ１０が破断することを確実に防止でき、セパレータ１０の破断で負極材９や負極缶５の内面と、正極材７とが短絡して電池が破損することなどを確実に防止できる。
【００１６】
しかも、規制面３２が正極材７の周側面に対して直接に臨むので、セパレータ１０によるガスケット６の過度の変形を防止できる。つまり、ガスケット６の規制面３２と正極材７の周側面との間に、例えば特許文献２のようにセパレータ１０の周縁部が入り込むと、そのセパレータ１０は、薄手の不織布などからなって周縁部に皺などが生じ易いために、その皺によってセパレータ１０の周縁部の一部が重なり合って厚くなる。
【００１７】
その厚くなったセパレータ１０の周縁部の一部でガスケット６が過度に変形して、ガスケット６による正極材７の横方向の移動の規制が不十分になったり、負極缶５と正極缶３との間での密封性の低下を招いたりするおそれがある。本発明は、規制面３２が正極材７の周側面に対して直接に臨むことで、ガスケット６の変形を抑えて、前記正極材７の横方向の移動を確実に規制できるとともに、負極缶５と正極缶３との間での密封性を確実に担保できる。
【００１８】
ガスケット６の規制面３２が正極材７の周方向に対して分散していると、電池缶１内の容量の低下をできる限り抑えることができながら、セパレータ１０が破断することを確実に防止できる。
【００１９】
正極材７が正極リング１１を含んでいると、セパレータ１０が正極リング１１と電池缶１の内面との間に挟まれたときには、正極リング１１が比較的硬いためにセパレータ１０が破断し易くなるが、この場合にも、本発明によってセパレータ１０の破断を確実に防ぐことができる。
【００２０】
特に、正極材７は、正極活物質として二酸化マンガンを含有すると脆くなるために正極リング１１を含むことが好ましく、この場合でもセパレータ１０の破断を確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施例１）  図１および図２は、本発明が対象とする扁平形電池の実施例１を示している。電池缶１は、図１に示すごとく、上向きに開口する正極缶３と下向きに開口する負極缶５とからなって、全体が扁平なコイン形状に形成される。電池缶１の内部には、発電要素２が収容されており、正極缶３と負極缶５との周縁間には、円環状のガスケット６が配されている。
【００２２】
そして、電池缶１の内部に発電要素２を収容した状態で、負極缶５がガスケット６と共に正極缶３の開口内縁にかしめ固定されることで、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５との間が密封（封止）される。また、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５とが絶縁される。電池缶１の外径寸法は２4.５mm、全厚寸法は5.０mmである。
【００２３】
発電要素２は、正極活物質などを円盤形状に固めた正極材７と、負極活物質の金属リチウムまたはリチウム合金を円盤形状に形成した負極材９と、不織布製のセパレータ１０と、非水電解質とを含み、正極材７の上側にセパレータ１０を介して負極材９が配される。正極材７は、その外周面に装着される正極リング１１を含んでいる。正極リング１１は、導電性を有するステンレス鋼で形成される。
【００２４】
電池組み立て前のブランク状態の正極缶３は、図２に示すごとく、丸皿形状のプレス成形品からなる。正極缶３は、その底壁１２の中央側を下向きに膨出させて、正極材７を受け止めるための凹部１３を正極缶３の内面側に段落ち状に形成してある。正極缶３の底壁１２の周縁側には、ガスケット６の下面に密着する封止壁部１５が形成されており、封止壁部１５の外周縁に連続して円筒状の周壁１６が立ち上げ形成されている。
【００２５】
前記凹部１３を設けることによって、電池内圧が異常上昇したときの正極缶３の下向きの膨張変形を凹部１３のみで受け止めて、封止壁部１５が過度に変形して、ガスケット６の下面と封止壁部１５との間での密着性が低下することを抑えている。
【００２６】
正極リング１１は、上下が開口していて正極材７の周側面を形成する円筒部１９と、円筒部１９の下端から内方へ水平状に延びる円環形状のフランジ部２０とを有する。円筒部１９の上下高さ寸法は、正極材７全体の上下高さ寸法よりも僅かに小さい。円筒部１９の上下高さ寸法と、正極材７全体の上下高さ寸法とは等しくてもよい。円筒部１９の上面が開口しているので、正極材７は放電時に上方へ自由に膨張できる。
【００２７】
負極缶５は、丸皿形状のプレス成形品からなり、その上壁側に設けられる負極材収容用の収容部２１と、収容部２１の下端の肩部から外向きに張り出されるフランジ壁２２と、フランジ壁２２に連続して下向きに突出する封止部２３とを一体に有している。封止部２３は、はぜ折りされた内外二重の壁で形成してある。
【００２８】
ガスケット６は、ポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂やテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体などの弾性と絶縁性とに優れたプラスチック材を素材とする射出成形品からなる。
【００２９】
ガスケット６は、リング形状のベース部２６と、ベース部２６の外周縁から上向きに張り出して正極缶３の周壁１６と負極缶５の封止部２３との間に挟持される外筒壁２７と、ベース部２６の内周縁から上向きに張り出す内筒壁２９と、ベース部２６の内周縁から内方へ延びる規制壁３１とを有する。
【００３０】
規制壁３１は、その内周面（規制面）３２が正極リング１１を含む正極材７の周側面に臨んでいる。つまり、規制壁３１の規制面３２は、正極リング１１を含む正極材７の周側面を周方向に囲むように円環状に形成してあり、かつ凹部１３の周縁よりも内方（正極缶３の中心側）に位置している。前記規制面３２によって正極材７の横方向の移動が規制される。規制壁３１の上下厚さ寸法は、0.２５〜1.５mm程度に設定される。
【００３１】
正極材７は、正極活物質として二酸化マンガンを含有しており、この二酸化マンガンに、黒鉛、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびヒドロキシプロピルセルロースを混合して正極合剤を調整し、所定の金型内に正極リング１１をセットしたのちに、前記正極合剤を充填して加圧成形し、この成形体を加熱して円盤状に形成する。
【００３２】
セパレータ１０は、ポリブチレンテレフタレート繊維を素材とする不織布を使用しており、非水電解質を含浸させている。非水電解質としては、プロピレンカーボネイトと１，２−ジメトキシエタンとを混合した溶媒にＬｉＣｌＯ4 を溶解した溶液を用いた。セパレータ１０の厚さ寸法は0.３〜0.４mm程度である。
【００３３】
負極材９は、図１に示すごとく、その直径寸法（外法寸法）が負極缶５の収容部２１の内径寸法（内法寸法）Ｄ１よりも小さく設定される。正極リング１１を含む正極材７は、直径寸法（外法寸法）が負極材９の直径寸法よりも小さく、かつガスケット６の規制面３２の内径寸法（内法寸法）Ｄ２よりも僅かに小さく設定される。つまり、正極リング１１を含む正極材７の直径寸法は、規制面３２の内径寸法Ｄ２に対して0.７〜0.９倍程度に設定される。
【００３４】
規制面３２の内径寸法Ｄ２は、負極缶５の収容部２１の内径寸法Ｄ１よりも少なくともセパレータ１０の厚さ寸法（0.３〜0.４mm）の２倍分だけ小さくなるよう設定してある。すなわち、規制面３２の内径寸法Ｄ２は、収容部２１の内径寸法Ｄ１よりも0.６〜0.８mm程度だけ小さくなる。具体的には、規制面３２の内径寸法Ｄ２と、収容部２１の内径寸法Ｄ１との比（Ｄ２／Ｄ１）は0.８０〜0.９８に設定される。
【００３５】
扁平形電池の組み立てに際しては、図１とは天地を逆姿勢にした状態で組み立てる。正極材７は、前述のごとく正極リング１１内に装填しておく。そして、負極缶５の開口端部にガスケット６を装着し、負極缶５の収容部２１の内面に負極材９を導電性接着剤などで固定したのちに、セパレータ１０および正極材７を負極材９の上側に重ねるように組み付ける。
【００３６】
次に、負極缶５内に非水電解液を注入したうえで、正極缶３を上方より被せて負極缶５とガスケット６とを正極缶３内に嵌め込み、正極缶３の周壁１６の開口端部を内方に向けてかしめ加工する。これによって電池の組み立てが完了する。この状態で、正極リング１１を含む正極材７の下端が凹部１３内に嵌まり込んでいる（図１の状態）。
【００３７】
正極缶３と負極缶５との周縁間にガスケット６が圧縮状態で挟み込まれることで、電池缶１内が密封される。正極材７および正極リング１１の下面は、正極缶５の凹部１３の内面に接していて、正極材７が正極缶３に導通している。
【００３８】
ガスケット６の規制面３２によって正極材７が正極缶３の底壁１２のほぼ中央に位置決めされ、かつＤ２／Ｄ１が0.８０〜0.９８の範囲内に設定されるので、正極リング１１を含む正極材７と、電池缶１の内面との間にセパレータ１０が挟み込まれることがない。
【００３９】
（実施例２）  図３は、実施例２に係る扁平形電池を示している。実施例２では、ガスケット６の内筒壁２９が、ベース部２６の内周縁から内方へ延びる規制壁３１の内周縁から上向きに張り出しており、その内筒壁２９の内周面で前記規制面３２を形成してある。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４０】
実施例２でも、規制面３２によって正極材７が正極缶３の底壁１２のほぼ中央に位置決めされ、規制面３２の内径寸法Ｄ２と、収容部２１の内径寸法Ｄ１との比（Ｄ２／Ｄ１）が0.８０〜0.９８に設定されている。
【００４１】
（実施例３）  図４は、実施例３に係る扁平形電池を示している。実施例３では、ガスケット６の内筒壁２９が、ベース部２６の内周縁から内方へ延びる規制壁３１の内周縁から下向きに張り出しており、その内筒壁２９の内周面で前記規制面３２を形成してある。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４２】
実施例３でも、規制面３２によって正極材７が正極缶３の底壁１２のほぼ中央に位置決めされ、規制面３２の内径寸法Ｄ２と、収容部２１の内径寸法Ｄ１との比（Ｄ２／Ｄ１）が0.８０〜0.９８に設定されている。
【００４３】
（実施例４）  図５は、実施例４の扁平形電池に係るガスケット６を示している。実施例４では、ガスケット６の規制壁３１が、正極材７の周側面の周方向に対して分散した状態で形成されている。つまり、前記規制壁３１は３個の小壁部３３からなり、各小壁部３３は、正極材７の周側面の周方向に対して所定間隔で設けられている。そして、各小壁部３３の内周側の先端部分に形成された規制面３２で、正極材７の横方向の移動が規制されるようになっている。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。なお、図５では、小壁部３３は３個だけ形成されているが、４個以上形成してもよい。
【００４４】
実施例４において、各小壁部３３の形成位置におけるガスケット６の縦断面は図１と同様の断面形状であってもよく、図３と同様の断面形状であってもよく、図４と同様の断面形状であってもよく、あるいはそれ以外の断面形状であってもよい。
【００４５】
実施例１において、ガスケット６の規制壁３１の上下厚さ寸法を内筒壁２９の上下厚さ寸法とほぼ等しくしてもよい。前記各実施例において、正極リング１１を省略した状態で、正極材７を電池缶１内に収容してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の扁平形電池の縦断面図
【図２】実施例１の扁平形電池の分解断面図
【図３】実施例２の扁平形電池の縦断面図
【図４】実施例３の扁平形電池の縦断面図
【図５】実施例４の扁平形電池に係るガスケットの平面図
【符号の説明】
【００４７】
１  電池缶
２  発電要素
３  正極缶
５  負極缶
７  正極材
９  負極材
１０  セパレータ
１１  正極リング
１２  底壁
１３  凹部
２１  収容部
３１  規制壁
３２  規制面
３３  小壁部
【図１】
2007273110.tif 000003
【図２】
2007273110.tif 000004
【図３】
2007273110.tif 000005
【図４】
2007273110.tif 000006
【図５】
2007273110.tif 000007