(57)【要約】【課題】ハット状の封口板を用いる偏平形電池において、ガスケットの底部の封口板対向面に段部を設け、このガスケット段部と封口板からなる空間にセパレータの周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態で収納することで、正極容量を減少させることなく、放電時の正極膨張に起因した内部短絡を起こすことのない偏平形電池を提供することを目的とする。【解決手段】ガスケットの底部の封口板対向面に段部を有し、このガスケット段部と封口板からなる空間をセパレータ収納部とし、セパレータの周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態でセパレータ収納部に収納することで、正極と封口板がセパレータによって隔離されている構造にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、電解液と、セパレータとを、ガスケットを介してハット状の封口板と正極ケースとにより密封する偏平形電池であって、前記ガスケットの封口板対向部に段部を有し、前記段部と前記封口板とで形成されてなるセパレータ収納部に、前記セパレータの周縁部が収納されていることを特徴とする偏平形電池。
【請求項２】
前記段部の封口板対向面側の端部に凸部を設けたことを特徴とする請求項１記載の偏平形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極ケース、封口板およびガスケットにより発電要素を密閉した偏平形電池の、特にそのガスケットの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルカリ金属またはその合金に非水電解液を組み合わせた発電要素を、偏平形の電池ケースに収容した偏平形非水電解液電池（以下、単に「偏平形電池」という。）は、優れた信頼性を有すると共に高いエネルギー密度を有することから、各種小型電子機器の駆動用電源、及びメモリーバックアップ用電源として、好適に用いられている。これまで、この種の電池は充電できない一次電池が主流であったが、近年、充電可能な二次電池も各種開発され、メモリーや時計機能等のバックアップ用電源としてその需要が増大している。最近では、携帯電話やデジタルスチールカメラ等の電子機器への需要拡大が著しいが、これら電子機器の小形・薄形化に伴い、機器内部に配される偏平形電池に対しても小形・薄形化が要請されている。
【０００３】
薄形化を可能にする構造として、特許文献１に示されるように、正極ケースの外面側に突出した平面状中央部と前記中央部とほぼ平行に伸びる平面状周縁部とからなる封口板（ハット状封口板）と正極ケースを用い、セパレータ周縁部をガスケットとハット状封口板の間に配し、ガスケットを介して発電要素を密封する偏平形電池が提案されている。しかしながら、図４に示されるこの構造の電池では、封口時、セパレータ４４が引っ張られることにより、主にペレット状の正極１６の角に接触する部分にテンションがかかってセパレータ４４の切れや裂けが発生し、これにより内部短絡を起こすという課題があった。
【０００４】
この課題を解決するものとして、図３に示されるように、平板状のセパレータ３４を正極１６と負極１５の間に配し、ガスケット３３を介したハット状封口板１１と正極ケース１２を用いて発電要素を密封する方法が挙げられる（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】米国特許第５４８６４３１号明細書
【特許文献２】再公表００／０３３５０３３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、図３の電池構造では、正極１６の側から見て封口板１１の内面がセパレータ３４で完全には覆われていないため、電池を放電すると正極１６が膨張し、封口板１１の内面と接触し、内部短絡を引き起こす可能性があった。そのため、放電で正極１６が膨張しても内部短絡が起きない程度に正極１６を小さく成型する必要があり、高容量化出来ないという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決し、高容量でかつ内部短絡の防止性に優れた偏平形電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の偏平形電池は、正極と、負極と、電解液とと、セパレータを、ガスケットを介してハット状の封口板と正極ケースとにより密封する偏平形電池において、前記ガスケットの封口板対向部に段部を有し、前記段部と前記封口板とで形成されてなるセパレータ収納部に、前記セパレータの周縁部を収納するものである。本発明のガスケットを用いることによって、放電時に正極が膨張してもセパレータによって封口板と隔離されているため、正極と封口板は接触を起こさず、内部短絡を防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、薄形であっても、高容量かつ、内部短絡を起こすことのない偏平形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】
【０００９】
正極と、負極と、電解液と、セパレータとを、ガスケットを介してハット状の封口板と正極ケースとにより密封する偏平形電池であって、前記ガスケットの封口板対向部に段部を有し、前記段部と前記封口板とで形成されてなるセパレータ収納部に、前記セパレータの周縁部が収納されているという構造にすることで、封口時、セパレータが過度に引っ張られることによるセパレータの切れや裂けを防止することができる。さらに前記ガスケット段部の封口板対向面側の端部に凸部を設けた構造にすることで、セパレータの周縁部をガスケット段部の封口板対向面側の端部に設けた凸部と封口板により挟持させ、より安定に固定できる。なお、段部の封口板対向面側の端部に設けられた凸部は連続的に形成されていても、非連続的に形成されていても本発明の効果を奏することができる。
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について、非水電解液二次電池を例として、図面を参照しながら説明する。なお本発明は、二次電池に限定されるものではない。
【００１１】
本発明の偏平形電池は、一方の電極端子を兼ねる正極ケース１２、他方の電極端子を兼ね、リチウムを吸蔵・放出することができるアルミニウム合金とステンレス鋼とのクラッド材を用いてハット状に一体成型された封口板１１、および正極ケース１２と封口板１１とを絶縁するガスケット１３により発電要素を密封してなる。
【００１２】
ガスケット１３の底部の封口板対向部には段部が設けられており、この段部と封口板１１とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ１４の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態で収納されていることに特徴を有する。すなわち、本実施の形態においては、ガスケット１３の形状に最大の特徴を有する。本発明におけるガスケット１３を前記のような構造にすることにより、封口時、セパレータ１４が、過度に引っ張られることによるセパレータ１４の切れや裂けを防止することができる。
【００１３】
さらに、正極１６の側から見て、封口板１１のアルミニウム面がセパレータ１４で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極１６の膨張が起こる場合においても、正極１６と、アルミニウム面が接触することがない。これにより、正極１６の周縁部をガスケットの内周側面の近くまで大きくすることができ、正極１６の大きさを図３に示す偏平形電池と比べて大きくすることができるため、高容量の電池を得ることができる。特に小径サイズのものではハット状封口板１１のつば部が径方向に対して相対的に大きくなり、逆に正極１６を収納する部分は相対的に小さくなるため、小径サイズになればなるほど、本発明の偏平形電池では、高容量化をはかることができる。
【００１４】
また、図２に示される偏平形電池では、ガスケット２３の底部の封口板対向部に段部が設けられており、この段部と封口板１１とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ１４の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態でセパレータ収納部に収納されているとともに、さらに段部の封口板対向面に設けた凸部と封口板１１とでセパレータ１４が挟持されている。
【００１５】
これにより、封口時、セパレータ１４が、過度に引っ張られることによる、セパレータ１４の切れや裂けを防止することができ、さらに、正極１６の側から見て、封口板１１のアルミニウム面がセパレータ１４で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極の膨張が起こる場合においても、正極１６と、アルミニウム面が接触することがない。また、セパレータ１４の周縁部は、ガスケット段部の封口板対向面に設けた凸部と封口板１１により挟持されているため、より安定に固定できる。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施例について説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の偏平形電池の断面図である。
【００１８】
実施例１として、図１に示す直径４．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの偏平形電池を以下の条件で作製した。封口板１１は、負極端子を兼ねており、耐食性に優れたステンレス鋼（厚さ０．１２ｍｍ）とリチウムを吸蔵・放出することができるアルミニウム合金（厚さ０．１３ｍｍ）とのクラッド材からなる。正極ケース１２は、正極端子を兼ねており、耐食性に優れたステンレス鋼（厚さ０．１０ｍｍ）からなる。正極１６とリチウム金属１５との間に配されるセパレータ１４には、厚み０．１０ｍｍのポリフェニレンサルファイドを使用した。ガスケット１３は、封口板１１と正極ケース１２とを絶縁するとともに、物理的に発電要素を電池容器内に封止しており、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット１３の底部の最内径は、２．４ｍｍであった。このガスケット１３の底部の封口板対向面には段差０．０８ｍｍの段部が設けられており、この段部と封口板１１とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ１４の周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態で収納されている。このガスケット１３と封口板１１及び正極ケース１２とガスケット１３との間にブチルゴムをトルエンで希釈した溶液を塗布し、トルエンを蒸発させることによりブチルゴム膜からなるシーラントとした。
【００１９】
正極１６は、水酸化ニオブを１０００℃で焼成して得られた単斜晶の五酸化ニオブ（ＢＥＴ比表面積１．５ｍ2／ｇ）を活物質に、導電剤としてカーボンブラック及び結着剤としてフッ素樹脂粉末を混合し、ペレット状に成型した後、２５０°Ｃ中で１２時間乾燥させ、直径２．２ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍとした。
【００２０】
一方、負極は封口板１１の内側に存在するアルミニウム合金表面にリチウム金属１５（厚さ０．１０ｍｍ）を圧着し、電池組み立て時に、電解液を注入することによりリチウム金属１５とアルミニウムがショートした状態になり、電気化学的にリチウム金属１５がアルミニウム金属中に吸蔵されることにより得られる。さらに電解液には、ポリプレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンとの等体積混合溶媒にビストリフルオロメタンスルホンイミドリチウム  ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2を１モル／リットルの割合で溶解したものを用いた。
【００２１】
（実施例２）
図２は本実施例における偏平形電池の断面図である。
【００２２】
ガスケット２３には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット２３の底部の最内径は、２．４ｍｍであった。このガスケット２３の底部の封口板対向面には段差０．０８ｍｍの段部が設けられており、このガスケット段部と封口板１１とで形成されてなるセパレータ収納部に、セパレータ１４の周縁部が段部の封口板対向面に接した状態で収納されているとともに、段部の封口板対向面に設けた０．１０ｍｍの凸部と封口板１１とでセパレータ１４が挟持されている。他の構成は、実施例１と同様の構成を有する偏平形電池である。
【００２３】
（比較例１）
図４は本比較例における偏平形電池の断面図である。
【００２４】
ガスケット３３には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット３３の底部の最内径は、２．４ｍｍであった。このガスケット３３の底部の封口板対向面には段部が設けられておらず、セパレータ４４の周縁部は、ガスケット３３と封口板１１の間に挟まれている。他の構成は、実施例１と同様の構成を有する偏平形電池である。
【００２５】
（比較例２）
図３は比較例における偏平形電池の断面図である。
【００２６】
ガスケット３３には、ポリフェニレンサルファイドを使用し、ガスケット３３の底部の最内径は、２．４ｍｍであった。このガスケット３３の底部の封口板対向面には段部が設けられておらず、セパレータ３４は、平板状で正極１６とリチウム金属１５（厚さ０．１０ｍｍ）の間に挟まれている。正極１６は直径２．２ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのものを用いた。他の構成は実施例１と同様の構成を有する偏平形電池である。
【００２７】
（比較例３）
正極１６には直径２．０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのものを使用し、他の構成は比較例２と同様の構成を有する偏平形電池本を作製した。
【００２８】
（比較例４）
正極１６には直径１．８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのものを使用し、他の構成は比較例２と同様の構成を有する偏平形電池を作製した。
【００２９】
実施例１、実施例２および比較例１〜比較例４の電池を各１００個ずつ作成し、組立直後に内部短絡を起こした電池の確認を行った。表１に内部短絡を起こした電池の割合を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
実施例１、実施例２及び比較例２〜比較例４の電池では、封口時セパレータが引っ張られることによるセパレータの裂けが発生しないため、内部短絡を起こしていない。一方、比較例１の電池は、封口時にセパレータが引っ張られることによるセパレータの裂けが発生し、この裂け目を通して正極１６とリチウム金属１５が接触するため、内部短絡を起こしている。
【００３２】
次に、組立直後に内部短絡を起こさなかった電池を用い、温度２０℃で、３００ｋΩの定抵抗放電を１．０Ｖに達するまで行い、放電容量の測定を行うとともに、放電中に内部短絡を起す電池の確認を行った。表２に放電中に内部短絡を起した電池数の割合と、放電中に内部短絡を起こさなかった電池の放電容量の平均値を示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
実施例１、実施例２および比較例１の電池では、正極１６の側から見て、封口板１１のアルミニウム面がセパレータ１４で覆われているため、アルニウム面が露出しない状態が作り出せる。このため、電池の放電に伴う正極１６の膨張が起こる場合においても、正極１６と、アルミニウム面が接触することがなく、内部短絡を起こさない。一方、比較例２、比較例３の電池では、電池の放電に伴う正極１６の膨張により、正極１６と、アルミニウム面が接触を起し、内部短絡する。この傾向は、正極１６の外径に依存し、径が大きくなるほど、内部短絡を起こしやすい。比較例４の電池は放電中に内部短絡を起こしていないが、これは正極１６の外径を小さくしているため、正極１６が横方向に膨張してもアルミニウム面に接触しないと考えられる。
【００３５】
上記のように、比較例２、比較例３の電池では、正極１６が横方向に膨張しても、内部短絡を起さないように、正極１６の外径を比較例４に示す程度に小さくする必要があり、このため、容量が減少する。一方、本発明の偏平形電池では、電池の放電に伴う正極１６の膨張による、内部短絡がないため、正極１６の外径を大きくすることができる。
【００３６】
なお本実施例では、セパレータ材料としてポリフェニレンサルファイドを用いたが、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロアルコギン、ガラス繊維等を用いてもよい。また、ガスケット材料として、ポリフェニレンサルファイド以外にポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロアルコギンなどについても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ハット状の封口板を用いる偏平形電池において、ガスケットの底部の封口板対向面に段部を有し、このガスケット段部と封口板からなる空間をセパレータ収納部とし、セパレータの周縁部がガスケット段部の封口板対向面に接した状態でセパレータ収納部に収納されていることで、小形・薄形であっても容量の著しい低下を招かない、高容量で内部短絡の防止性に優れた偏平形電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１における偏平形電池の断面図
【図２】本発明の実施例２における偏平形電池の断面図
【図３】本発明の比較例２〜比較例４における偏平形電池の断面図
【図４】本発明の比較例１における偏平形電池の断面図
【符号の説明】
【００３９】
１１  封口板
１２  正極ケース
１３、２３、３３  ガスケット
１４、３４、４４  セパレータ
１５  リチウム金属
１６  正極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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