(57)【要約】【課題】上ケースと下ケース内に収納した負極材の表面積を増加させることにより、負極材と非水電解液との化学反応面積を増大させて非水電解液と負極材の電気反応性を促進し、電池の内部抵抗を抑え、また、大電流を取り出すことが可能な扁平形電池を提供する。【解決手段】正極材１と側面の外表面に非水電解液との接触面積を増加させる凹凸部を設けた負極材２とこれらの間にセパレータ３を介在させて積層してなる電極体４を、開口部の周縁部に絶縁ガスケット５を具備した容器状の上ケース６と下ケース７内に非水電解液と共に収納し、上ケース６の開口部を下ケースの開口部を内側方向に折り曲げて封口した扁平形電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極材と負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を、開口部の周縁部に絶縁ガスケットを具備した容器状の上ケースと下ケース内に非水電解液と共に収納し、前記上ケースの開口部を封口した扁平形電池において、前記負極材の側面の外表面に前記非水電解液との接触面積を増加させる凹凸部を設けたことを特徴とする扁平形電池。
【請求項２】
前記負極材の側面の外表面に設けた前記凹凸部が不規則な配列で設けたことを特徴とする請求項１に記載の扁平形電池。
【請求項３】
前記負極材を前記上ケースの内底面に圧着したことを特徴とする請求項１に記載の扁平形電池。
【請求項４】
正極活物質からなる正極材とリチウムを保持しうる材料を活物質としてなる負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を開口部の周縁部に絶縁ガスケットを有した半殻状の上ケースに収納後、非水電解液を注入し、半殻状からなる下ケースの開口部を折り曲げて前記上ケースの開口部を封口する扁平形電池の製造方法において、柱状からなる負極母材を前記上ケースの内底面に載置し前記負極母材を押圧して、圧縮して成形した前記負極材の側面の外表面に凹凸部を形成することを特徴とする扁平形電池の製造方法。
【請求項５】
長い棒状からなる負極素材を所定長さで切断して柱状の前記負極母材を形成し、前記負極母材を押圧することを特徴とする請求項４に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項６】
長い棒状からなる負極素材に振動を与えながら所定長さに切断すること特徴とする請求項５に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項７】
長い棒状の負極素材を所定長さで切断し、柱状に成形した前記負極母材の一方の切断面を前記上ケースの内底面に載置し前記負極母材のもう一方の切断面を押圧して、圧縮して成形して前記負極材を形成することを特徴とする請求項４に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項８】
柱状からなる前記負極母材を押圧して前記上ケースの内底面に圧着することを特徴とする請求項４に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項９】
長い棒状からなる負極素材を所定長さで切断して柱状の前記負極母材を形成し、前記負極母材を押圧して圧延する際に、前記負極母材の側面に小さな亀裂を発生させ、前記亀裂から内部のリチウムを押し出して前記負極母材の側面に凹凸部を形成することを特徴とする請求項４に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項１０】
外形が円形をした長い棒状の負極素材を所定長さで切断し、円柱状に成形した前記負極母材の一方の切断面を前記上ケースの内底面に載置し、前記負極母材のもう一方の切断面を押圧して、前記負極母材を圧延してなる前記負極材の側面の外表面に凹凸部を形成することを特徴とした請求項４に記載の扁平形電池の製造方法。
【請求項１１】
正極活物質の正極材と活物質がリチウムからなる負極材との間にセパレータを介在させ積層した電極体を上ケースに収納し非水電解液を注入して、前記上ケースに下ケースを被せ前記下ケースの開口部をかしめ封口する扁平形電池の製造装置において、長い棒状からなる負極素材を供給する供給部と、前記負極素材を搬送する送出し部と、前記負極素材を
所定長さに切断する切断部と、切断した柱状の負極母材を保持して搬送する負極母材搬送盤と、前記上ケースに前記負極母材を載置する仮置き部と、前記負極母材を載置した前記上ケースを搬送する上ケース搬送盤と、前記負極母材を押圧して負極材を形成する圧延部から構成したことを特徴とする扁平形電池の製造装置。
【請求項１２】
前記送出し部として、前記負極素材との接触箇所に高分子樹脂を用いて保持する固定チャックと送りチャックから構成したことを特徴とする請求項１１に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１３】
前記切断部として、前記負極素材を切断して前記負極母材に成形する切断刃と前記負極素材を押える当て板と当て板を介して前記負極素材を振動させる振動部とから構成したことを特徴とする請求項１１に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１４】
前記仮置き部として、前記負極母材を前記上ケースに載置する仮置きピンと前記上ケースを支える維持ピンから構成したことを特徴とする請求項１１に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１５】
前記圧延部として、前記上ケースの内底面に前記負極母材を圧延して前記負極材に成形する圧着ピンと前記上ケースを支えるパックアップピンから構成したとを特徴とする請求項１１に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１６】
前記切断刃に非粘着コーティングを施したことを特徴とする請求項１３に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１７】
前記当て板に非粘着コーティングを施したことを特徴とする請求項１３に記載の扁平形電池の製造装置。
【請求項１８】
前記当て板を介して前記負極素材に振動を与える前記振動部に超音波振動発生体を用いたことを特徴とする請求項１３に記載の扁平形電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形電池の高容量化と内部抵抗を低く抑えて大電流の取り出しを同時に実現できる扁平形電池とその製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、扁平形電池に代表されるコイン形電池は車載用や時計の主電源等として厳しい環境に耐えうる１０年間保証という長期間の信頼性のある電池としての需要が拡大する傾向にある。製品設計においては、長期にわたる容量確保のため負極材は電池の中にできるだけ多く収納し高容量化できるように規格化され、かつ、コイン形電池の製造工程においては、負極材の質量バラツキは電池容量バラツキを引き起こし、負極材と電解液の化学反応の非効率性やコイン形電池の内部抵抗不良は大電流の取り出しが不可能になり、漏液はコイン形電池の長期の信頼性が左右される大きな要因となるので厳しい品質管理を行なっている。
【０００３】
従来のコイン形電池は、図７に示すように開口部に絶縁ガスケット７５を取り付けた上ケース７６に、負極材７２と正極材７１とセパレータ７３との積層構造からなる電極体７４を収納し、非水電解液（図示せず）を注液した後、開口部に絶縁ガスケット７５を取り付けた上ケース７６に下ケース７７を被せ、下ケース７７の開口部をかしめ封口してコイン形電池７８が製造される。
【０００４】
この従来のコイン形電池７８の負極材７２の製造方法の中で切断方法について、図８（ａ）に示さすようリチウムからなる棒状体８１を一対の対向した切断刃８２と切断刃８３で挟み込むことで直方体形状に切り出し、それを図８（ｂ）に示される球面パンチ８４の凹形の球面部８５で上ケース７６の開口部から見て底面に置かれた棒状体８１から切断された直方体形状の切断体８６の角を丸め、図８（ｃ）のような成形体８８を作り、図８（ｄ）に示される角を丸められた切断体８６をパンチ８９にて再度圧延され、負極材７２を成形する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、物を切断する際に切削または切断の抵抗力を小さくする方法として、図９（ａ）は振動切削部の側面概要図であり、図９（ｂ）は同切削部の平面図に示すように切断工具９１に動作制御を行うために２つのアクチュエーターを具備し、第１のアクチュエーター９２と第２のアクチュエーター９３により切削工具９１に振動を与えて、図９（ｃ）に示すように被切削体９４が切削工具９１で切削しながら被切削体９４ａを切削または切断する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−５２８５０号公報
【特許文献２】特開平７−６８４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では高容量化を図るために、限られた空間にできる限り多くの電極体を上ケース内に収納し、さらに非水電解液との化学反応効率を良く必要があり、負極材と非水電解液との化学反応面積を増大させることが困難であった。
【０００７】
また、限られた空間では図７に示した絶縁ガスケット７５の内径寸法Ｙよりも負極材７２の最外径寸法Ｚが小さい範囲で負極材７２の外径寸法が最大となる寸法を狙う必要があり、その実現のためには、圧延後の負極材７２の外径寸法について制約条件があり、その外径寸法は切断精度に大きく関与し、図８（ａ）に示すリチウムからなる棒状体８１を切
断する際に切断刃８３にリチウムが付着し切断精度の向上が困難であり、特許文献１の切断時に特許文献２の切断方法を用い棒状体８１を切断する際、切削工具９１側にリチウムが付着し、切断した被切削体９４の体積が減少するため切断精度の向上が困難であった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、負極材の側面の外表面に凹凸部を設け、非水電解液との接触面積を増加させて電池の内部抵抗を抑え、大電流を取り出すことが可能な扁平形電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の扁平形電池では、正極材と負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を、開口部の周縁部に絶縁ガスケットを具備した容器状の上ケースと下ケース内に非水電解液と共に収納し、上ケースの開口部を封口した扁平形電池において、負極材の側面の外表面に非水電解液との接触面積を増加させる凹凸部を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負極材の側面の外表面に凹凸部を設けたことにより、非水電解液と負極材の接する面積を増加させることができ、負極材と非水電解液との化学反応面積を増大させることで非水電解液と負極材の電気反応性を促進し、電池の内部抵抗を抑え、また、大電流を取り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の発明においては、正極材と負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を、開口部の周縁部に絶縁ガスケットを具備した容器状の上ケースと下ケース内に非水電解液と共に収納し、上ケースの開口部を封口した扁平形電池において、負極材の側面の外表面に非水電解液との接触面積を増加させる凹凸部を設けたことにより、非水電解液と負極材の接する面積を増加させることができ、負極材と非水電解液との化学反応面積を増大させることで非水電解液と負極材の電気反応性を促進し、電池の内部抵抗を抑え、また、大電流を取り出すことが可能となる。
【００１２】
本発明の第２の発明においては、負極材の側面の外表面に設けた凹凸部が不規則な配列で設けたことにより、負極材の表面面積を増大させることが可能となり、化学反応を増大させ高容量な扁平形電池となる。
【００１３】
本発明の第３の発明においては、負極材を上ケースの内底面に圧着したことにより、上ケースとの密着性が増大でき、電気抵抗の削減が可能となる。
【００１４】
本発明の第４の発明においては、正極活物質からなる正極材とリチウムを保持しうる材料を活物質としてなる負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を開口部の周縁部に絶縁ガスケットを有した半殻状の上ケースに収納後、非水電解液を注入し、半殻状からなる下ケースの開口部を折り曲げて上ケースの開口部を封口する扁平形電池の製造方法において、柱状からなる負極母材を上ケースの内底面に載置し負極母材を押圧して、圧縮して成形した負極材の側面の外表面に凹凸部を形成することにより、限られた電池ケース内の空間に電極体の容積を増大することが可能となり、電池の内部抵抗を抑え、また、大電流を取り出すことができる扁平形電池の作製が可能となる。
【００１５】
本発明の第５の発明においては、長い棒状からなる負極素材を所定長さで切断して柱状の負極母材を形成し、負極母材を押圧することにより、負極母材の作製が容易となり、生産性の高い扁平形電池を作製することが可能となる。
【００１６】
本発明の第６の発明においては、長い棒状からなる負極素材に振動を与えながら所定長さに切断することにより、切断面のダレがなく、切断して成形した負極母材の変形を招くことなく、負極母材を成形することが可能となる。
【００１７】
本発明の第７の発明においては、長い棒状の負極素材を所定長さで切断し、柱状に成形した負極母材の一方の切断面を上ケースの内底面に載置し負極母材のもう一方の切断面を押圧して、圧縮して成形して負極材を形成することにより、負極材と上ケースの内底面との密着性が向上でき、電気抵抗の抑制できた扁平形電池の作製が可能となる。
【００１８】
本発明の第８の発明においては、柱状からなる負極母材を押圧して上ケースの内底面に圧着することにより、負極材の位置が固定でき、搬送時の扱いが容易となり、生産性の向上が可能となる。
【００１９】
本発明の第９の発明においては、長い棒状からなる負極素材を所定長さで切断して柱状の負極母材を形成し、負極母材を押圧して圧延する際に、負極母材の側面に小さな亀裂を発生させ、亀裂から内部のリチウムを押し出して負極母材の側面に凹凸部を形成することにより、負極材の側面の外表面に容易に凹凸部を形成することが可能となり、非水電解液との接触面積を増大させた扁平形電池の作製が可能となる。
【００２０】
本発明の第１０の発明においては、外形が円形をした長い棒状の負極素材を所定長さで切断し、円柱状に成形した負極母材の一方の切断面を上ケースの内底面に載置し、負極母材のもう一方の切断面を押圧して、負極母材を圧延してなる負極材の側面の外表面に凹凸部を形成することにより、負極材の外径寸法の形成する精度が向上でき、上ケースと電極体との空間を有効活用ができ、電池の内部抵抗を削減した高容量な扁平形電池の作製が可能となる。
【００２１】
本発明の第１１の発明においては、正極活物質の正極材と活物質がリチウムからなる負極材との間にセパレータを介在させ積層した電極体を上ケースに収納し非水電解液を注入して、上ケースに下ケースを被せ下ケースの開口部をかしめ封口する扁平形電池の製造装置において、長い棒状からなる負極素材を供給する供給部と、負極素材を搬送する送出し部と、負極素材を所定長さに切断する切断部と、切断した柱状の負極母材を保持して搬送する負極母材搬送盤と、上ケースに負極母材を載置する仮置き部と、負極母材を載置した上ケースを搬送する上ケース搬送盤と、負極母材を押圧して負極材を形成する圧延部から構成したにより、負極材と非水電解液との化学反応面積を増大させた高容量で、電池の内部抵抗の削減した扁平形電池を作製できる。
【００２２】
本発明の第１２の発明においては、送出し部として、負極素材との接触箇所に高分子樹脂を用いて保持する固定チャックと送りチャックから構成したことにより、負極素材がチャックに付着することがなく、負極素材の高精度な送り量の確保が可能となる。
【００２３】
本発明の第１３の発明においては、切断部として、負極素材を切断して負極母材に成形する切断刃と負極素材を押える当て板と当て板を介して負極素材を振動させる振動部とから構成したことにより、切断刃に負極素材が付着することなく、切断面がダレることを抑制でき正確な所定長さに負極母材を切断することが可能となる。
【００２４】
本発明の第１４の発明においては、仮置き部として、負極母材を上ケースに載置する仮置きピンと上ケースを支える維持ピンから構成したことにより、上ケースの中央に負極母材を載置することが可能となり、上ケース内の空間を有効活用することができる。
【００２５】
本発明の第１５の発明においては、圧延部として、上ケースの内底面に負極母材を圧延
して負極材に成形する圧着ピンと上ケースを支えるパックアップピンから構成したとにより、負極材の側面の外表面に凹凸部を成形することが可能となり、さらに上ケースの内底面に負極材を強固に固定することができる。
【００２６】
本発明の第１６の発明においては、切断刃に非粘着コーティングを施したことにより、切断時に負極素材の付着防止が可能となる。
【００２７】
本発明の第１７の発明においては、当て板に非粘着コーティングを施したことにより、負極素材が当て板に付着するのを抑制できる。
【００２８】
本発明の第１８の発明においては、当て板を介して負極素材に振動を与える振動部に超音波振動発生体を用いたことにより、切断面に変形がなく正確な所定長さに切断でき、切断刃に負極素材が堆積することがない正確な体積の負極母材を成形することが可能となる。
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態に関わる扁平形電池について図を参照しながら詳細に説明する。扁平形電池にはコイン形一次電池やコイン形二次電池等があるが、ここでは扁平形電池に代表される一つであるコイン形のリチウム一次電池（以下、コイン形電池と称する）の全体構成を示した断面図である図１を用いて説明する。
【００３０】
コイン形電池８は、ペレット状の正極材１と側面の外表面に凹凸部を設けた負極材２とこれらの間に介在させたセパレータ３とからなる電極体４とが、正極材１と負極材２の間でリチウムイオンを移動させる非水電解液（図示せず）とを共に上ケース６と下ケース７内に収納され、下ケース７の開口部をかしめて上ケース６の開口部の周縁部に具備した絶縁ガスケット５を圧縮して密封された構造になっている。また、上ケース６の開口部の外周面と絶縁ガスケット５の内周面および下ケース７の開口部の内周面と絶縁ガスケット５の外周面の所定の位置に成膜されているシール膜（図示せず）を備えて、より高い気密性を発揮している。
【００３１】
正極材１は、ここでは、二酸化マンガン等の化合物を用いるがこれに限定されるものではなく、例えばリチウム複合酸化物、金属硫化物、金属酸化物、金属セレン化合物等の何れか一種以上を混合して用いることも可能である。また、負極材２はリチウムからなり、側面の外表面に凹凸部が成形されている。
【００３２】
次に、セパレータ３は正極材１と負極材２との間を遮断し、両極材の接触による短絡を防止しつつ非水電解液中のリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ３は、繊維樹脂状により形成された不織布であり、空孔率が１０％〜５０％、厚みが４０μｍ〜２００μｍのものを用いるのが好ましい。ここでは、ポリプロピレレンを用いるが、これに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタート、ポリイミド、ポリアミド等が上げられ、何れか一種以上を用いることも可能である。
【００３３】
非水電解液には、ＤＭＥ、ＥＭＣ、６フッ化リン酸リチウム、ペンタグライム、テトラグライム等が上げられ、これらのうちの何れか一種以上を用いる。
【００３４】
また、下ケース７は、導電性金属からなる円形半殻形状の容器からなり、正極材１と接触することでコイン形電池８の外部正極端子となる。具体的には、下ケース７にはステンレスからなる金属製の容器を用いるが、これに限定されるものではなく、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケル等の金属を複数積層させた状態の金属製の容器等を用いることも可能である。
【００３５】
上ケース６は、電極体４を収納する導電性金属からなる円形半殻形状の容器であり、負極材２と接することでコイン形電池８の外部負極端子となる。上ケース６にはステンレスとニッケルの金属を複数積層させた状態の金属製の容器を用いることも可能である。
【００３６】
また、絶縁ガスケット５は、円環状に形成されており、下ケース７と上ケース６とを封口した際に下ケース７と上ケース６との間に生じる隙間に嵌め込まれるように取り付けられることで隙間を封止する。この絶縁ガスケット５は、ポリプロピレン樹脂を用いるが、これに限定されることはなく、フェニレンサルファイト樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリチレンテレフタート樹脂、ポリアリレート樹脂等も用いることができ、何れか一種又は複数種を混合して用いてもよい。
【００３７】
下ケース７の内周側面や絶縁ガスケット５の内周側面には、シール膜としてシール剤（図示せず）が塗布されており、下ケース７や上ケース６と絶縁ガスケット５との間に生じる微小な隙間に入りこむことにより、コイン形電池８の内部空間の密閉性をより高めている。シール剤には具体的には、アスファルト系の樹脂を用い、シール剤を調製する溶媒には、アスファルト系の樹脂を溶解させるもので、具体的にはトルエン等を用いる。
【００３８】
以下、本発明の一実施の形態に関わる負極材２の側面の外表面に凸凹部を設けた扁平形電池８の製造方法および製造装置について図を参照しながら詳細に説明する。本発明の一実施の形態に関わる製造工程のフローチャートを図２に示した。リチウムの長い棒状の負極素材２２を所定長さに切断して柱状の負極母材２３に成形し、絶縁ガスケット５を具備した上ケース６内の内底面に負極母材２３を仮置きする。その後押圧して圧延され負極材２を成形する。さらに、負極材２の上に重ねあわせるようにセパレータ３を挿入し、非水電解液を注入し、次に正極材１を積層して下ケース７の開口部の内側を上ケース６に被せ、下ケース７の開口部をかしめて扁平形電池８を作製する。
【００３９】
ここで、負極素材２２を切断し負極母材２３を成形した後、圧延して負極材２に成形する負極材加工工程について詳細に説明する。以下に示される一実施の形態については、本発明を詳細説明するためにあげた製造装置の負極材２の負極材加工工程を示すものであって、本発明は扁平形電池８の製造装置を特定するものではない。
【００４０】
図３に示されるように本発明の製造装置は、長い棒状の負極素材２２を供給する供給部３１と、所定長さで負極素材２２を送出す送出し部３３を備え、送出し部３３には送りチャック３４と固定チャック３５と送りチャック３４を駆動する送出し駆動部３６から構成されている。また、所定長さで送られた負極素材２２を所定長さで切断する切断部３７を備え、切断部３７には切断刃３８とその切断刃３８を移動する切断刃駆動部４１と、さらに切断時に負極素材２２を押える当て板３９と当て板４９を介して負極素材２２に振動を与える振動部として超音波振動体４０を備え、超音波振動体４０と超音波振動体４０に接続した当て板３９を共に移動させる移送部４２から構成されている。なお、振動部には高速で作動するシリンダやサーボモータを使用しても構わない。
【００４１】
さらに、駆動部４６に接続された負極母材搬送盤４３には搬送チャック４４が備わり、負極素材２２を切断して成形した負極母材２３を仮置き部４７まで保持して搬送する。また、仮置き部４７には仮置きピン４９と上ケース６を支える維持ピン４８を備え、上ケース６に仮留めされた負極母材２３を圧延部５０まで搬送する駆動部５５に接続された上ケース搬送盤５４と圧延部５０には圧着ピン５２とバックアップピン５１から扁平形製造装置は構成されている。
【００４２】
まず、負極素材２２は供給部３１より送出し部３３に供給される。送出し部３３では、図４に示すように送出し駆動部３６に接続された２個の送りチャック３４が備わり、送り
チャック３４の先端部には高分子樹脂からなる爪部３４ａを備え、負極素材２２と接触する爪部３４ａが高分子樹脂であるため、接触しても爪部３４ａにリチウムからなる負極素材２２が付着することがない。爪部３４ａに付着がないため負極素材２２の欠けや体積の減少を抑制することができる上、負極素材２２の付着による送出し部３３の稼動不良や負極素材２２の変形を抑制できる。
【００４３】
送りチャック３４に保持した負極素材２２は、送出し駆動部３６が送りチャック３４を移動させて所定長さ送出される。その際、高分子樹脂からなる爪部３５ａを先端に備えた固定チャック３５は、爪部３５ａを開状態にして負極素材２２を保持していない。次に送りチャック３４は、所定長さ送出した負極素材２２の保持を終了させるため開状態となる。送りチャック３４が開状態になる前に固定チャック３５を閉状態にし、負極素材２２を移動しないようにして送りチャック３４は開状態になり、負極素材２２を所定長さ送出す。なお、開状態になった送りチャック３４は送出し駆動部３６により元の待機位置に戻る。
【００４４】
次に所定長さ送出された負極素材２２は、図３に示すように負極素材２２の切断箇所に当て板３９が接触する位置まで、当て板３９が先端に接続した超音波振動体４０を移送部４２で移動させる。さらに切断刃３８を切断刃駆動部４１により負極素材２２を切断する方向に前進させる。その際、図５に示すように切断刃３８が負極素材２２に接触する前の時点より、当て板３９を介して超音波振動体４０で負極素材２２を振動させ、負極素材２２を切断して円柱状の負極母材２３を成形する。なお、切断が終了するまで負極素材２２は振動している。
【００４５】
切断刃３８や当て板３９の負極素材２２との接触面には、非粘着コーティングが施され、リチウムである負極素材２２の付着を防止している。切断刃３８や当て板３９に負極素材２２が付着しないことで、成形した負極母材２３の体積が減少することなく確保される。さらに、負極素材２２に振動を与えることで切断面がダレることがない切断が可能となり、変形がない負極母材２３を成形することができる。
【００４６】
また、図３に示すように切断して成形した負極母材２３は、負極母材搬送盤４３に備わった搬送チャック４４で保持され駆動部４６が作動し、仮置き部４７まで搬送される。なお、搬送チャック４４も同様にリチウムと接触する箇所は高分子樹脂を用いたり、または非粘着コーティングが施されている。
【００４７】
仮置き部４７に搬送した負極母材２３は仮置きピン４９で押され、上ケース搬送盤５４に保持された上ケース６の内底面の中央に載置され仮留めされる。負極母材２３の切断面は付着しやすい性質を持っており、上ケース６の内底面に接触して圧力を掛けることで強固に固定される。負極母材２３に仮置きピン４９で圧力を掛ける際には、その反力を維持ピン４８で上ケース６の外底面より支え、上ケース６を変形させることなく負極母材２３に圧力を掛ける。なお、仮置きピン４９も同様にリチウムと接触する箇所は高分子樹脂を用いたり、または非粘着コーティングが施されている。
【００４８】
負極母材２３が仮留めされた上ケース６は、駆動部５５が作動し上ケース搬送盤５４で圧延部５０まで搬送される。負極母材２３は強固に上ケース６に固定されているため、位置ズレがなく搬送が可能となり、さらに速い速度で搬送することができ生産性の向上も可能となる。
【００４９】
次に圧延部５０に搬送した負極母材２３は、圧着ピン５２で押圧され上ケース６の内底面に圧着される。押圧する際の反力は、上ケース６の外底面よりバックアップピン５１をあてがい、上ケース６を変形させることなく負極母材２３に押圧を掛け、上ケース６の内
底面に圧延されて負極材２として成形される。なお、圧着ピン５２も同様にリチウムと接触する箇所は高分子樹脂を用いたり、または非粘着コーティングが施されている。
【００５０】
さらにその動作内容を図６で説明する。図６（ａ）に示すように上ケース６の中央に負極母材２３が位置決めされ、図６（ｂ）では仮置きピン４９で負極母材２３に押圧を掛け、上ケース６の内底面に負極母材２３が仮留めされる。負極母材２３の切断面の付着しやすい性質をうまく利用し、上ケース６の内底面に負極母材２３を強固に仮留めしている。さらに図６（ｃ）に示すように圧着ピン５２で押圧を掛け、圧延して負極材２を成形した。圧着ピン５２で負極材２を成形する際、負極母材２３の側面では外表面に小さな亀裂が生じ、その亀裂から負極母材２３の内部のリチウムが押し出されて、その結果円柱形状の外形は大きくなり、かつ負極材２の側面の外表面の状態は小さな凹凸部が成形されて負極材２の形状となる。
【実施例１】
【００５１】
図３に示されるように、直径１０ｍｍのリチウムからなる負極素材２２が供給部３１より供給し、送出部３３では送りチャック３４によりフープの曲がり癖を伸ばして、一直線状にし、負極素材２２が１０ｍｍの所定長さで送出した。次に、切断部３７で負極素材２２の切断する箇所に非粘着コーティングを施した当て板３９を接触させた。なお、非粘着コーティングとして、シリコン系の非粘着コーティングを施した。
【００５２】
さらに、超音波振動体４０より周波数２０ｋＨｚの振動を、当て板３９を介して切断が完了するまで負極素材２２に与え続け、負極素材２２自体が振動している状態にし、非粘着コーティングを施した切断刃３８を当て板３９に接するまで前進させ、負極素材２２を切断面にダレがない状態で完全に切断した。なお、切断刃３８の非粘着コーティングとしては、シリコン系の非粘着コーティングを施した。
【００５３】
切断して切断質量が３００ｍｇの負極母材２３を成形後、負極母材２３の円柱形状を保ちながら負極母材搬送盤４３の搬送チャック４４で保持し、仮置き部４７まで搬送した。上ケース６の中央に位置決めした負極母材２３に仮置きピン４９を押し付けて、上ケース６の内底面に負極母材２３を仮留めし、上ケース搬送盤５４で上ケース６と共に圧延部５０まで搬送した。
【００５４】
圧延部５０では、負極母材２３に圧着ピン５２を押し付けて圧延し、側面の外表面に凹凸部を設けた負極材２を成形した。この時の上ケース５６と圧延した負極材２の総厚みは、２．０ｍｍであった。上ケース６に具備した絶縁体ガスケット５の内径寸法より負極材２の最外径寸法は小さく、限られた有効空間を利用すべく、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍのクリアランスを保ち、負極材２の側面の外表面に微少な凸凹部を設けるように製作した。このようにして製作した側面が微少な凸凹部を設けた負極材２を用いた扁平形電池８を実施例１とした。
【００５５】
（比較例１）
本発明の実施例１と比較するために、従来技術で提案された方法である図８（ａ）〜（ｄ）に示したように棒状体８１を切断刃８２と切断刃８３にて切断し、切断体８６を切り出し、内面を球体８５のように形作った成形ピン８４で、切断体８６の直方体の角を丸め、半球体８８に成形し、さらに圧延ピン８９にて決められた厚みまで圧延することで得られる側面に微少な凸凹形状の無い負極材７２を用いて、図７に示す扁平形電池７８を製作し比較例１とした。
【００５６】
本発明による実施例１の扁平形電池８と比較例１の扁平形電池７８の電池特性を比較するために電池内部抵抗値を電池完成直後、湿度・温度の条件を変えての保存時に測定し、
まとめたものを表１に示す。
【００５７】
【表１】
2009218136.tif 000003
【００５８】
（表１）に示されるように電池組立後の初期特性評価を実施し比較すると、実施例１と比較して、比較例１は電池内部抵抗値について５％低い評価結果になっていることが確認できた。また、ユーザーの使用条件の幅広さを考慮して実施された扁平電池の長期保存特性においては、保存温度６０℃かつ保存湿度３０％、および保存温度６０℃かつ保存湿度９０％の多湿条件でも４００日経過後の内部抵抗値は実施例１と比較して、比較例１の方が５％低い評価結果が得られた。また、保存高温８５℃かつ保存湿度２０％、および保存温度８５℃かつ保存湿度９０％の多湿条件では４００日経過後も内部抵抗値は実施例１と比較して、比較例１の方が１９％も低い評価結果が得られた。実施例１では負極材の側面の外表面に設けた凹凸部が、負極材の化学反応面積を増大させ、比較例１より内部抵抗値を下げたものである。
【００５９】
さらに、実施例１と比較例１について、リチウムからなる負極母材２３の形状の観察と切断時の負極母材２３の質量、さらにそのバラツキに関する比較をまとめたものを（表２）に示す。
【００６０】
【表２】
2009218136.tif 000004
【００６１】
（表２）に示すように、比較例１では切断時の質量が実施例１よりも６％も減少しており、非粘着コーティングを施した切断刃３８を用いた効果として、負極素材２２の切断刃３８への付着および当て板３９への付着が無くなり、負極母材２３の質量バラツキは低く抑えることが可能であった。
【００６２】
また、切断時に負極素材２２を振動させて切断を行ったため、成形した負極母材２３の変形がなく上ケース６の中央に精度良く載置でき、圧延後の負極材２が絶縁ガスケット５へ接触したり、絶縁ガスケット５へ乗り上げて規格外の扁平形電池になることを抑制した。さらに、負極材２の体積の減少を抑制することで高容量化が可能となり、実施例１では円柱形状に切断された負極母材２３を円柱形状より円板形状に圧延することにより、最終負極材２の形状に成形しやすくなっている。
【００６３】
本発明による扁平形電池８では、負極材２の側面の外表面に微少な凸凹部を成形することにより、非水電解液と負極材２の接する面積を大きくとることができ、非水電解液と負極材２の電気反応性を促進し、電池の内部抵抗を抑え、また、大電流を取り出すことが可能となる扁平形電池を実現し、同時に高容量化と容量バラツキの低減を実現できたことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、底部が円形状で側面が円筒状である上ケースの開口部の端部の全周にわたって絶縁ガスケットを具備した上ケースと底部が円形状で側面が円筒状である下ケースの中に、フッ素系化学物質または二酸化マンガン系化学物質からなる正極材と金属リチウムを活物質としてなる側面の外表面に凹凸部を成形した負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体と非水電解液を上ケースと下ケースを組み合わせて構成される空間に収納した扁平形電池となることにより、大電流を取り出すことが可能となり、それと同時に高容量化と容量バラツキの低く抑えたことで、厳しい環境に耐えうる１０年間保証という長期間の信頼性のある電池として車載用や時計の主電源等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態における扁平形電池の断面図
【図２】本発明の一実施の形態における扁平形電池の製造工程のフローチャート
【図３】本発明の一実施の形態における製造装置の模式図
【図４】本発明の一実施の形態における製造装置の送出し部の詳細摸式図
【図５】同製造装置の切断部の詳細摸式図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態における負極母材と上ケースの模式図、（ｂ）同負極母材の仮置き状態図、（ｃ）同負極材の成形状態図
【図７】従来技術における扁平形電池の断面図
【図８】（ａ）従来技術における棒状体の切断時の斜視図、（ｂ）同凹形パンチと切断体の状態図、（ｃ）同成形体の断面図、（ｄ）同パンチと負極材の状態図
【図９】（ａ）従来技術における振動切削部の側面摸式図、（ｂ）同振動切削部の平面摸式図、（ｃ）同振動切削部の切断時の拡大状態図
【符号の説明】
【００６６】
１  正極材
２  負極材
３  セパレータ
４  電極体
５  絶縁ガスケット
６  上ケース
７  下ケース
８  扁平形電池
２２  負極素材
２３  負極母材
３１  供給部
３３  送出し部
３４  送りチャック
３４ａ  爪部
３５  固定チャック
３５ａ  爪部
３６  送出し駆動部
３７  切断部
３８  切断刃
３９  当て板
４０  超音波振動体
４１  切断刃駆動部
４２  移送部
４３  負極母材搬送盤
４４  搬送チャック
４６  駆動部
４７  仮置き部
４８  維持ピン
４９  仮置きピン
５０  圧延部
５１  バックアップピン
５２  圧着ピン
５３  負極材
５４  上ケース搬送盤
５５  駆動部
【図１】
2009218136.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009218136.tif 000009
【図６】
2009218136.tif 000010
【図７】
2009218136.tif 000011
【図８】
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【図９】
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