(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形のコーナ部に所定半径のアールを設けた平面形状の底面の周囲から立ち上がる電池側周面を形成して多角形半殻体に形成された金属製の電池ケースと、
この電池ケースの電池側周面の内面と均等間隔を隔てる形状寸法で、電池側周面の立ち上がり高さに対応する位置に段差部を設けた封口側周面が、多角形のコーナ部にアールを設けた形状の底面周囲から立ち上がる多角形半殻体に形成され、底面から封口側周面が立ち上がる角部に内角方向への突出部が所定間隔で形成された金属製の封口ケースとを、
互いの開口部を対向させ、両者の電池側周面と封口側周面との間にガスケットを介在させて前記電池ケース内に前記封口ケースを収めた内部空間に発電要素が収容され、
電池ケースの開口端側を縮口して、開口端側が前記封口側周面の段差部上に前記ガスケットを圧縮変形させて電池ケースと封口ケースとの間が封口されてなることを特徴とする偏平角形電池。
【請求項２】
電池ケースの電池側周面の内面に、開口端側を縮口する際の曲げ位置となる高さ位置に溝が形成されてなる請求項１に記載の偏平角形電池。
【請求項３】
電池ケースの電池側周面は、封口以前に溝から内方に所定角度に予備縮口されてなる請求項２に記載の偏平角形電池。
【請求項４】
電池ケースの電池側周面は、底面に対する垂線から外方に微小角度θだけ傾斜した角度に形成されてなる請求項３に記載の偏平角形電池。
【請求項５】
電池ケース及び封口ケースのコーナ部のアール半径Ｒは、電池ケース及び封口ケースそれぞれの板厚ｔと、２ｔ＜Ｒ＜２０ｔの関係に設定されてなる請求項１〜４いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【請求項６】
封口ケースの段差部の段幅は、封口ケース板厚の０．５〜５倍に形成されてなる請求項１〜５いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【請求項７】
正極側となるケースの内面に、アルミニウムまたはそれを主体とする合金が０．００５ｍｍ以上の厚さに設けられてなる請求項１〜６いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【請求項８】
負極側となるケースの内面に、銅またはそれを主体とする合金が０．００５ｍｍ以上の厚さに設けられてなる請求項１〜６いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【請求項９】
発電要素を構成する極板は、電池ケース及び封口ケースの形状寸法に対応する多角形の板状に形成された正極ペレットと負極ペレットとがセパレータを介して積層されてなる請求項１〜８いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【請求項１０】
発電要素を構成する極板は、帯状に形成された正極極板と負極極板とがセパレータを介して偏平形状に巻回されてなる請求項１〜８いずれか一項に記載の偏平角形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏平形の一次電池または二次電池に係り、特に、偏平形電池の角形化を可能にした偏平角形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボタン形電池、偏平形電池とも称されるコイン形の電池は小型薄型であるため、その特徴を生かして腕時計や補聴器など小型化が要求される場合や、ＩＣカードなどのように薄型化が要求される場合に広く用いられている。
【０００３】
このコイン形電池は、図８（ａ）（ｂ）に示すような薄い円盤状に構成される。この製造は、図９に示すように、浅い有底円筒形に形成された封口ケース４５内に、円盤状に形成された正極ペレット４２と負極ペレット４３とをセパレータ４４を介して対向配置し、電解液を注入した後、封口ケース４５の開口部にガスケット４６を装着して電池ケース４１を被せ、電池ケース４１の開口端を内側に折り曲げるカシメ加工により封口ケース４５の開口部を電池ケース４１で封口するカシメ封口により、図８（ａ）（ｂ）に示すように、コイン形の外観形状を呈するコイン形電池４０に形成される。
【０００４】
この偏平形の電池はコイン形と称されるように平面形状が円形である。これは電池ケース４１の開口端側を縮口して封口ケース４５との間をガスケット４６で封じるカシメ封口が全周にわたって均等確実になされ、電池内からの漏液を防止するのに円形が適していることによる。
【０００５】
この偏平形電池の平面形状を四角形に形成することができれば、電池収容のスペース効率が向上するだけでなく、正極極板と負極極板とをセパレータを介して巻回した極板構造を容易に適用することができ、偏平形電池の性能を向上させ、適用範囲を拡大させることができる。この平面形状を四角形にした偏平形電池は、特開２０００−１６４２５９号に開示されたものが知られているが、角形電池では直線部分での封口が確実になされず、偏平角形電池として実用化するに至っていない。
【０００６】
前記直線部分の封口を確実に行う封口手段として、特開平６−２６０１７２号公報に開示された二重巻締方式が知られている。図１１に示すように、電池缶５１内に巻回構造の極板群５４を収容し、電池缶５１の開口側に封口板５２を配し、それらの周縁部をガスケット５３を介して二重に巻き締め、耐漏液性を図ると共に、電池の正極、負極間の電気的絶縁を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記二重巻締め構造により偏平角形電池の封口が確実になされるとしても、図１０に示すように、巻き締め部５５が電池本体の周囲に大きく張り出すことになり、電池サイズが無駄に大きくなってしまう問題点があり、角形にすることによりスペース効率の向上を図る目的を達成し得ないものである。
【０００８】
また、二重巻締めを実施するためには、四角形のコーナ部は大きなアール径で角丸にする必要があり、スペース効率のよい角形に形成するには難があった。
【０００９】
本発明が目的とするところは、コーナ部のアール径を小さくした角形の偏平電池においても封口を確実にする構造を備えた偏平角形電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の偏平角形電池は、多角形のコーナ部に所定半径のアールを設けた平面形状の底面の周囲から立ち上がる電池側周面を形成して多角形半殻体に形成された金属製の電池ケースと、この電池ケースの電池側周面の内面と均等間隔を隔てる形状寸法で、電池側周面の立ち上がり高さに対応する位置に段差部を設けた封口側周面が、多角形のコーナ部にアールを設けた形状の底面周囲から立ち上がる多角形半殻体に形成され、底面から封口側周面が立ち上がる角部に内角方向への突出部が所定間隔で形成された金属製の封口ケースとを、互いの開口部を対向させ、両者の電池側周面と封口側周面との間にガスケットを介在させて電池ケース内に封口ケースを収めた内部空間に発電要素が収容され、電池ケースの開口端側を縮口して、開口端側が前記封口側周面の段差部上に前記ガスケットを圧縮変形させて前記電池ケースと前記封口ケースとの間が封口されてなることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、封口ケースの底面から封口側周面に立ち上がる角部に凹部が形成されているので、角形半殻体で最も変形しやすい封口側周面の直線部分が強化され、封口時に変形して封口が不完全になる課題が解消される。この封口ケースの構造により角形の偏平電池の実用化が可能となる。
【００１２】
上記構成において、電池ケースの電池側周面の内面に、開口端側を縮口する際の曲げ位置となる高さ位置に溝を形成することにより、封口時の曲げ加工が容易となり、強い加圧による電池ケースの電池側周面の変形が防止され、変形による封口性の低下がなくなり、偏平角形電池における確実な封口を可能にする。
【００１３】
また、電池ケースの電池側周面は、底面に対する垂線から外方に微小角度θだけ傾斜した角度に形成し、電池側周面に前記溝を形成しておくと、封口時の電池側周面の変形は抑制され、より確実な封口性を得ることができる。
【００１４】
また、電池側周面に溝を形成した場合は、封口以前に溝から内方に所定角度に予備縮口しておくことにより、封口時の曲げ加工に要する加圧を少なくすることができ、加圧による電池側周面の変形が抑制される。
【００１５】
また、電池ケース及び封口ケースのコーナ部のアール半径Ｒは、電池ケース及び封口ケースそれぞれの板厚ｔと、２ｔ＜Ｒ＜２０ｔの関係に形成すると、金属プレスによる加工に無理がなく、小さいコーナ部半径で角形に形成することができる。
【００１６】
また、封口ケースの段差部の段幅は、封口ケース板厚の０．５〜５倍に形成するのと、封口側周面の強度が増し、封口時にガスケットを段差部上に圧縮変形させて封口するのに好適なものとなる。
【００１７】
また、正極側となる電池ケースまたは封口ケースの内面に、アルミニウムまたはそれを主体とする合金が０．００５ｍｍ以上の厚さに設けることにより、母材金属の溶解を防止することができる。
【００１８】
また、負極側となる電池ケースまたは封口ケースの内面に、銅またはそれを主体とする合金が０．００５ｍｍ以上の厚さに設けることにより、母材金属の溶解を防止することができる。
【００１９】
また、発電要素を構成する極板は、電池ケース及び封口ケースの形状寸法に対応する多角形の板状に形成された正極ペレットと負極ペレットとをセパレータを介して積層した形態、あるいは帯状に形成された正極極板と負極極板とをセパレータを介して偏平形状に巻回した形態を適用することができ、電池容量の設定に応じて任意に選択することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施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。
【００２１】
本実施形態に係る偏平角形電池１は、図１に示すように、正方形のコーナ部に小さいアールを形成したほぼ角形の偏平形電池に構成されたもので、外装体となる電池ケース２及び封口ケース３内に収容する発電要素によって一次電池にも、二次電池にも適用することができる。ここでは、巻回構造の極板群を収容した対角寸法３０ｍｍの角丸正方形に形成した偏平角形リチウムイオン二次電池に構成した具体例を示す。
【００２２】
前記電池ケース２は、図３に示すように、厚さ０．２ｍｍのステンレス板を金属プレス成形して四角形の半殻体に形成される。その電池底面２１は電池コーナ部２３に所定のアール半径Ｒで角丸を設けた四角形で、その周囲から電池角部２４を設けて電池側周面２２が立ち上がるように形成される。前記電池コーナ部２３のアール半径Ｒは、電池ケース２の材厚ｔとの関係が、２ｔ＜Ｒ＜２０ｔとなるように形成される。
【００２３】
また、前記封口ケース３は、図４に示すように、厚さ０．２ｍｍのステンレス板を金属プレス成形により四角形の半殻体に形成される。その封口底面３１は封口コーナ部３３にアールを設けた四角形で、その周囲から封口角部３４を設けて立ち上がる封口側周面３２には所定高さ位置に段差部３５が形成される。前記段差部３５の段幅は、封口ケース３の材厚の０．５〜５倍になるように形成するのが望ましい。また、封口コーナ部３３のアール半径Ｒは、電池ケース２と同様に、封口ケース３の材厚ｔとの関係が、２ｔ＜Ｒ＜２０ｔとなるように形成される。また、封口ケース３の封口底面３１から封口側周面３２が立ち上がる封口角部３４には、内角方向の凹部を形成した複数のＶ形ノッチ（凹部）３６が所定間隔で形成されている。
【００２４】
また、極板群５は、正極集電体に正極材料を塗着した正極極板と、負極集電体に負極材料を塗着した負極極板とを、それぞれ帯状に裁断し、この正極極板と負極極板とを、図２に示すようにセパレータを介して偏平に巻回し、両平面に位置させた正極極板の正極集電体、負極極板の負極集電体を露出させた状態に形成される。
【００２５】
上記構成になる封口ケース３の封口側周面３２の開口端側に樹脂製のガスケット４を装着し、封口ケース３内に極板群５を収容し、封口ケース３の内面に負極のリードを接続した後、これに電解液を所定量滴下し、含浸時間を経過させた後、電池ケース２の内面に正極のリードを接続し、この電池ケース２を封口ケース３に被せて封口することにより、図１、図２に示す状態に偏平角形電池１が形成される。封口は封口金型を用いた加圧プレスにより、電池ケース２の電池側周面２２の開口端側を封口ケース側に折り曲げ、封口側周面３２の段差部３５上にガスケット４を圧縮することによりなされる。
【００２６】
本実施形態に示すような角形の電池を封口するとき、封口ケース３の封口側周面３２の封口コーナ部３３とそれをつなぐ直線部との間には変形応力に差があるため、封口加圧を受けたとき、封口側周面３２の直線部は内側に向かって座屈変形しやすくなる。そのため直線部での封口が充分になされず、漏液が発生しやすい状態となる。この状態は、薄い材厚の金属板で角形の電池を形成した場合に共通する課題であって、漏液を防止できる封口を実現するためには、図１０、図１１に示したように、二重巻締めによる封口を実施する必要があった。
【００２７】
本実施形態の構成では、前述したように封口ケース３の直線部に複数のＶ形ノッチ３６が形成されているため、直線部の剛性が大きくなって変形が抑制され、封口コーナ部３３とそれをつなぐ直線部との間の変形に対する強度の差が小さくなり、角形であっても封口が確実になされて漏液を防止することができる。
【００２８】
封口ケース３の封口側周面３２の変形強度を増加させる構造は、図５に示すように、直線部に封口角部３４の内角方向に向けた凹部３８を複数箇所に形成することによっても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
また、電池ケース２においても、封口時に電池側周面２２の開口端側を内側に折り曲げるとき、電池コーナ部２３と電池直線部２６との変形応力に差があるため、電池直線部２６が外部に膨らむ作用が生じやすく、封口が充分になされない場合がある。そこで、本実施形態の構成では、電池側周面２２の開口端側を内側にカシメることを容易にして、封口工程における電池側周面２２の変形を防止する電池ケース２ａを構成することができる。
【００３０】
図６（ａ）において、電池ケース２ａには、電池側周面２２の折り曲げ高さ位置の内側に、断面形状がＶの字状のＶ溝２５が形成される。このＶ溝２５は、材厚が０．２ｍｍのとき、０．０５ｍｍの深さに形成するのが好適で、４面の直線部または電池コーナ部２３も含めて全周にわたって形成される。このＶ溝２５が形成されていることにより、封口時に電池側周面２２の開口端側２２ａがＶ溝２５から内側に容易に折り曲げられ、電池側周面２２に無理な曲げ応力が加わらず、特に電池側周面２２の直線部が外側に膨らむことが抑制される。
【００３１】
また、図６（ｂ）に示すように、Ｖ溝２５を形成した後、電池側周面２２のＶ溝２５の形成位置より上の開口端側２２ａを内側に所定角度に折り曲げるプリカールを実施すると、封口をより容易に確実に行なうことができる。このプリカールは、金型を用いて電池ケース２ａの開口端が所定量だけ縮口されるようにするもので、ガスケット４を装着した封口ケース３に無理なく電池ケース２ａを被せることができる開口径になるように縮口される。このプリカールが電池ケース２ａに施されていることにより、封口するために電池側周面２２の開口端側２２ａを容易に折り曲げることができ、電池側周面２２に無理な変形応力が加わらず、確実な封口が実施される。
【００３２】
また、図７に示すように、Ｖ溝２５を形成した電池ケース２ａの開口径を拡大させる拡口加工して、電池側周面２２を電池底面２１の垂直線から角度θだけ傾斜させた後、電池側周面２２の開口端側２２ａを内側に所定角度に折り曲げるプリカール処理することにより、ガスケット４を装着した封口ケース３に電池ケース２を無理なく被せることができ、プリカールにより封口するために電池側周面２２の開口端側２２ａを容易に折り曲げることができ、電池側周面２２に無理な変形応力が加わらず、確実な封口が実施される。
【００３３】
上記構成において、偏平角形電池１の正極側とする電池ケース２の内面に、保護層としてニッケルあるいはアルミニウムの単体またはその合金を０．００５ｍｍ以上の厚さに形成することにより、母材金属（ここではステンレス鋼）が電位差によって溶解することが防止できる。前記保護層の形成は、クラッド、メッキ、蒸着等の手段により実施することができる。また、偏平角形電池１の負極側とする封口ケース３の内面に、保護層として銅またはその合金を０．００５ｍｍ以上の厚さに形成することにより、母材金属（ここではステンレス鋼）が電位差によって溶解することが防止できる。尚、本実施形態では電池ケース２を正極、封口ケース３を負極としているが、この逆に正極、負極を設定する場合もある。
【００３４】
また、本実施形態では、極板群５に巻回構造を適用して電池容量の増加を図った例を示しているが、封口ケース３の形状に対応する角丸の正方形に成形した正極ペレットと負極ペレットとをセパレータを介して対向配置した電極構造を適用することもできる。
【００３５】
また、本実施形態では、偏平角形電池１の平面形状を角丸の正方形としているが、長辺と短辺との長さの差が大きくならない程度の長方形に形成することもできる。また、四角形以上の多角形に形成することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、偏平形電池を角形に形成したときに直線部分で封口が充分になされない問題点を解決することができる。また、角形に形成することにより巻回構造の極板を封入することが容易になるので、電池容量の増大化を図ることができ、携帯機器などのように小型で大容量化が要求される場合の電池電源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る偏平角形電池の平面図。
【図２】実施形態に係る偏平角形電池の構成を示す断面図。
【図３】実施形態に係る電池ケースの構成を示す斜視図。
【図４】実施形態に係る封口ケースの構成を示す斜視図。
【図５】実施形態に係る偏平角形電池の別態様を示す斜視図。
【図６】実施形態に係る電池ケースの変形を防止する（ａ）はＶ溝の形成状態、（ｂ）はプリカールを施した状態を示す断面図。
【図７】電池ケースの変形防止構造の別態様を示す断面図。
【図８】従来の円形の偏平電池の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図９】同上の断面図。
【図１０】従来の偏平角形電池の構成を示す平面図。
【図１１】同上の断面図。
【符号の説明】
１  偏平角形電池
２  電池ケース
３  封口ケース
４  ガスケット
５  極板群
２１  電池底面
２２  電池側周面
２３  電池コーナ部
２５  Ｖ溝
３１  封口底面
３２  封口側周面
３３  封口コーナ部
３５  段差部
３６  Ｖ形ノッチ（凹部）
３８  凹部
【図１】
0004020580.tif 000002
【図２】
0004020580.tif 000003
【図３】
0004020580.tif 000004
【図４】
0004020580.tif 000005
【図５】
0004020580.tif 000006
【図６】
0004020580.tif 000007
【図７】
0004020580.tif 000008
【図８】
0004020580.tif 000009
【図９】
0004020580.tif 000010
【図１０】
0004020580.tif 000011
【図１１】
0004020580.tif 000012