JP2007134125A - 筒形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】筒形電池において、正極合剤の膨潤を抑えることと、正極合剤２１への電解液吸液を円滑化させることとを共に確実に行わせることができ、これにより、内部短絡の防止と放電の安定性にすぐれるとともに、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させる。
【解決手段】有底円筒状の正極缶１１に装填された円筒状正極合剤２１の上端面を環状座板５１で押さえ付けるとともに、その環状座板５１は、正極合剤２１の上端面全体に覆い被さるとともに、正極合剤２１の上端面と環状座板５１との間に電解液を浸透させやすくする隙間ｄが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、円筒状の正極缶と正極合剤を用いた筒形電池に関し、とくに、ボビン形リチウム電池などの筒形非水電解液電池に適用して有効なものに関する。

たとえばボビン形リチウム電池は、図３の（ａ）にその断面図を示すように、有底円筒状の正極缶１１内に円筒状の正極合剤２１が装填され、この正極合剤２１の内側に電解液が注液されるとともに、セパレータ２２および負極活物質２３が装填されて発電要素が形成されている。

正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。その開口部は、負極端子板３１、封口板３２、およびガスケット４１などにより封口されている。負極端子板３１は金属製の封口板３２を介して、導電リード部３３を一体に有する負極集電体３４に電気接続されている。

ガスケット４１は正極缶１１開口部の内側面と負極端子板３１の外周部との間に介在するとともに、正極缶１１のくびれ（ビーディング）部１３と屈曲（カール）部１４の間に被圧状態で挟持されることにより、正極缶１１開口部を封口する。

正極合剤２１は二酸化マンガンを活物質とし、中空円筒状（コア状）に成形（コア成形）されたものが使用されている。この正極合剤２１の上端面には、環状座板６１が着座させられている。環状座板６１は、図４の（ａ）と（ｂ）にその上面図と断面図を示すように、合剤２１の上端面に重なる円形リング状であって、その合剤２１上端面の全面に当接して着座するように形成されている。

この環状座板６１は正極缶１１のくびれ部１３にて上方移動を係止されることにより、合剤２１上端面を下方へ押さえ付けている。これにより、正極合剤２１上端面が上方へ膨潤するのを阻止している。これは、内部短絡の防止や放電特性の安定化に有効である（特許文献１，２参照）。

上述した従来の筒形電池は、その構造上の必然により、次のような工程順で組み立てられる。まず、有底円筒状の正極缶１１内に円筒状の正極合剤２１を装填する。次に、その正極合剤２１の上端面に環状座板６１を載置した後、正極缶１１にくびれ部１３を形成する。この後、正極合剤２１の内側に電解液を注液する。そして、注液した電解液が正極合剤２１に浸透して正極缶１１内での液レベルが下がるのを待ってから、セパレータ２２や負極活物質２３などを装填し、正極缶１１開口部の封口を行う（たとえば特許文献３参照）。

しかし、上記の筒形電池では、正極合剤２１の上端面に被せられた環状座板６１が、その正極合剤２１への電解液の浸透を阻害し、注液した電解液が正極合剤２１に吸液されて液レベルが十分に低下するまでの待ち時間が長くなってしまうことが判明した。このため、電解液の注液を行った後、セパレータ２２や負極活物質２３などの装填と正極缶１１開口部の封口を行うまで工程時間が長くかかり、生産効率が低下してしまうという問題が生じる。

工程時間を短縮するためには、電解液が十分に吸液される前に上記装填を行わなければならないが、そうすると、電解液が溢れたりすることがある。つまり、上述した筒形電池の構造は、内部短絡の防止や放電の安定化に有効である反面、生産適性を悪くしてしまうという背反する問題があった。

上記問題は、環状座板６１が正極合剤２１の上端面からの電解液吸液を阻害することにより生じる。そこで、本発明者らは、上記問題を解決するため、図４に示すように、正極合剤２１上端面の一部を露呈させるようにした環状座板６２を用いることを検討した。

図４において、（ａ）は筒形電池の断面図、（ｂ）は環状座板６２の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。同図に示す筒形電池では、環状座板６２を多角形のリング状に形成することにより、その多角形の各辺ごとにそれぞれ電解液の透液窓部６２１が形成されている。その透液窓部６２１からの電解液吸液により、正極合剤２１への電解液吸液が円滑化され、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることが可能になる。
特開平８−２６４１６５ 特開２００１−２７３９１１ 開平５−１０１８３３

しかしながら、図４に示した筒形電池では、合剤２１への電解液吸液が円滑化される反面、正極合剤２１上端面が上方へ膨潤するのを抑制する効果が不十分であって、内部短絡の防止や放電特性の安定化を確実にはかることができない、という問題点のあることが本発明者等によりあきらかにされた。

本発明は以上のような技術背景を鑑みてなされたもので、正極合剤の膨潤を抑えることと、正極合剤２１への電解液吸液を円滑化させることとを共に確実に行わせることができ、これにより、内部短絡の防止と放電の安定性にすぐれるとともに、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる筒形電池を提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本発明は次の手段を提供する。

（１）円筒状のコアに成型された正極合剤が有底円筒状の正極缶内に装填され、その正極合剤の内側には電解液が注液されるとともにセパレータおよび負極活物質が装填され、正極缶の開口部はガスケットを用いて封口され、正極合剤の上端面は正極缶内にて上方移動を係止された状態で正極合剤の膨潤を抑える環状座板が被せられた筒形電池において、上記環状座板は正極合剤の上端面全体に覆い被さるとともに、正極合剤の上端面と環状座板との間に電解液を浸透させやすくする隙間が形成されていることを特徴とする筒形電池。

（２）上記手段（１）において、上記隙間は正極缶の内方に向けてデーパー状に開くように形成されていることを特徴とする筒形電池。

（３）上記手段（１）または（２）において、上記正極缶はその開口部の内側にて挟持されたガスケットにより封口され、上記環状座板は上記ガスケットを挟持するために上記正極缶に形成されたくびれ部にて上記正極缶内での移動を係止させられていることを特徴とする筒形電池。

正極合剤の膨潤を抑えることと、正極合剤２１への電解液吸液を円滑化させることとを共に確実に行わせることができる。これにより、内部短絡の防止と放電の安定性にすぐれるとともに、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は、本発明の技術が適用された筒形電池の第１実施形態を示す。同図において、（ａ）は本発明に係る筒形電池の断面図、（ｂ）は（ａ）の電池に使用されている環状座板５１の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。

同図に示す筒形電池はボビン形リチウム電池であって、有底筒状の正極缶１１、円筒状（コア状）に成形された正極合剤２１、セパレータ２２、負極活物質２３、負極端子板３１、導電性封口板３２、導電リード部３３を一体に有する網状の負極集電体３４、環状座板５１などにより構成されている。

正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。その開口部は、負極端子板３１、封口板３２、およびガスケット４１などにより封口されている。負極端子板３１は、金属製の封口板３２を介して負極集電体３４に電気接続されている。

正極合剤２１は正極活物質として二酸化マンガンを使用したものであって、正極缶１１内に圧入状態で装填されている。この正極缶２１の内側に電解液が注液されるとともに、セパレータ２２および負極活物質２３が装填されて発電要素が形成されている。電解液には非水電解液が使用され、負極活物質には金属リチウムが使用されている。

正極缶１１の開口部は、負極端子板３１、封口板３２、ガスケット４１により封口されている。ガスケット４１は電気絶縁性の樹脂成形品であって、たとえばポリプロピレンで構成されている。このガスケット４１は、正極缶１１開口部の内側面と負極端子板３１の外周部との間に介在するとともに、正極缶１１のくびれ（ビーディング）部１３と屈曲（カール）部１４の間に被圧状態で挟持されることにより、正極缶１１開口部を気密シールする。

環状座板５１は、正極缶１１内に装填された正極合剤２１の上端面に載置されている。同図に示す実施形態の場合、環状座板５１は、扁平な円形リング部５１ａと、このリング部５１ａの外周縁から立ち上がって上記正極缶１１のくびれ部１３に当接する環状枠部５１ｂが一体形成されて、Ｌ字状の断面をなしている。その環状枠部５１ｂの上端がくびれ部１３に当接することで、環状座板５１が正極缶１１内での移動を係止させられている。

円形リング部５１ａは、正極合剤２１の上端面全体に覆い被さるとともに、正極合剤２１の上端面と環状座板５１との間に電解液を浸透させやすくする隙間ｄが形成されている。この隙間ｄは、同図の（ｃ）の部分拡大図で示すように、正極缶１１の内方に向けてデーパー状に開くように形成されている。このため、円形リング部５１ａはその内側部が外周側よりも上方へ浮き上がるように形成されている。

上記構成においては、円形リング部５１ａが正極合剤２１の上端面全体に覆い被さった状態で環状座板５１が係止されることにより、正極合剤２１の上方への膨潤を確実に抑えことができる。これとともに、正極合剤２１の上端面と環状座板５１との間に電解液を浸透させやすくする隙間ｄが形成されていることにより、正極合剤２１への電解液吸液を確実に円滑化させることができる。

これにより、内部短絡の防止と放電の安定性にすぐれるとともに、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。

図２は、本発明の第２実施形態の要部を示す。同図に示すように、環状座板５１は断面が略矩形の部材であってもよい。この場合も、正極缶１１の内方に向けてデーパー状に開く隙間ｄを形成することにより、正極合剤の膨潤を抑えることと、正極合剤２１への電解液吸液を円滑化させることとを共に確実に行わせることができる。

本発明例の試験電池として図１に示した第１実施形態の筒形電池を作製した。また、従来例１の試験電池として図３に示した筒形電池、従来例２の試験電池として図４に示した筒形電池をそれぞれ作製した。各試験電池タイプはいずれもＣＲ８Ｌ・ＨＣである。

各試験電池について、電解液３．０ｇを注液した後、封口時の液漏れ試験を行った。その結果を表１に示す。

また、各試験電池について、２０℃の温度環境下で５１０Ωの放電試験（終止電圧＝２Ｖ）を行った。その結果を表２に示す。

上記表に示した試験結果からもあきらかなように、本発明例の試験電池は、封口時の液漏れ発生率と放電性能の両者にて、従来例１，２のいずれよりも有意にすぐれた結果を得ることができた。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明は、リチウム電池以外の筒形電池にも適用可能である。

筒形電池において、正極合剤の膨潤を抑えることと、正極合剤２１への電解液吸液を円滑化させることとを共に確実に行わせることができ、これにより、内部短絡の防止と放電の安定性にすぐれるとともに、電解液の注液から封口までの工程時間を短縮して生産適性を向上させることができる。

本発明による筒形電池の第１実施形態を示す断面図および部分拡大図である。 本発明の第２実施形態の要部となる環状座板を示す一部破断面図および部分拡大図である。 従来の筒形電池の第１構成例を示す断面図および部分拡大図である。 従来の筒形電池の第２構成例を示す断面図および部分拡大図である。

符号の説明

１１ 正極缶
１２ 正極端子部
１３ くびれ（ビーディング）部
１４ 屈曲（カール）部
２１ 正極合剤
２２ セパレータ
２３ 負極活物質
３１ 負極端子板
３２ 封口板
３３ 導電リード部（負極集電体の一部）
３４ 負極集電体
４１ ガスケット
５１ 環状座板（本発明）
５１ａ 円形リング部
５１ｂ 環状枠部
ｄ 隙間
６１，６２ 環状座板（従来）
６２１ 透液窓部

Claims (3)

1. 円筒状のコアに成型された正極合剤が有底円筒状の正極缶内に装填され、その正極合剤の内側には電解液が注液されるとともにセパレータおよび負極活物質が装填され、正極缶の開口部はガスケットを用いて封口され、正極合剤の上端面は正極缶内にて上方移動を係止された状態で正極合剤の膨潤を抑える環状座板が被せられた筒形電池において、上記環状座板は正極合剤の上端面全体に覆い被さるとともに、正極合剤の上端面と環状座板との間に電解液を浸透させやすくする隙間が形成されていることを特徴とする筒形電池。
2. 請求項１において、上記隙間は正極缶の内方に向けてデーパー状に開くように形成されていることを特徴とする筒形電池。
3. 請求項１または２において、上記正極缶はその開口部の内側にて挟持されたガスケットにより封口され、上記環状座板は上記ガスケットを挟持するために上記正極缶に形成されたくびれ部にて上記正極缶内での移動を係止させられていることを特徴とする筒形電池。
   
   

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