JP6058951B2 - 扁平形電池 - Google Patents

Description

本発明は、コイン形電池等の扁平形電池に関する。

従来より、有底筒状の外装缶と、該外装缶の開口を覆うように配置され、外周側で該外装缶に接続される封口缶とを備えた扁平形電池は知られている。このような扁平形電池としては、例えば特許文献１、２に開示されるように、外装缶の底部の外周部分が中央部分よりも外装缶の開口側に位置するように、該底部を段状に形成したものが知られている。

一般に、高温環境下で電池を使用した場合、電池内も高温になるため、電池の構成要素の膨張や電解液の気化等によって、電池内部の圧力が高くなり、電池が変形しやすくなる。

前記特許文献１、２に開示されている構成の電池では、外装缶の底部の中央部分が変形するだけで、該外装缶の底部の外周側や周壁部はほとんど変形しない。これにより、外装缶の底部の外周側で電池内の空間の封止性が低下する。

特開２００８−２６２９０５号公報 国際公開ＷＯ０２／０１３２９０号パンフレット

ところで、前記特許文献１、２に開示されている構成の電池では、外装缶と封口缶との接続部分において、シール性等の観点から、外装缶の開口端部と封口缶の開口端部とが重なる領域が或る程度、必要になる。また、前記特許文献１、２に開示されているように、外装缶の底部を段状に形成する場合、外装缶の中央部分が外周部分よりも突出している分、電池の厚みが大きくなる。そのため、前記特許文献１、２のような構成では電池全体として小型化を図るのが難しくなる。

そこで、外装缶の底部を平面状にした構成の電池が考案されている。このような電池では、外装缶の底部が平面であるため、前記特許文献１、２のような外装缶の底部の段差がなくなり、電池全体として、小型化を図ることができる。

しかしながら、外装缶の底部を平面にした構成の電池を、例えば、高温環境下で使用した場合、電池の構成要素の膨張や電解液の気化等によって、外装缶の底部が筒軸方向に変形する。そうすると、外装缶の底部の変形に伴い、外装缶の底部の内面とガスケットとの間の圧縮力が低下する。その結果、外装缶と封口缶との接続が緩む可能性がある。

そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、外装缶の底部が平面である扁平形電池において、高温環境下で外装缶が変形した場合であっても、外装缶と封口缶との接続部分が緩むのを防止可能な構成を実現することにある。

本発明の一実施形態にかかる扁平形電池は、筒軸方向に延びる筒状の外装缶側壁部と該外装缶側壁部の一端側を覆う底部とを有する有底筒状の外装缶と、前記筒軸方向に延びる筒状の封口缶側壁部を有し、前記外装缶の開口を覆うように配置されるとともに、前記封口缶側壁部が前記外装缶側壁部に接続される封口缶と、前記外装缶と前記封口缶とによって形成される空間内に配置される電極材と、を備え、前記外装缶の底部の内面には、溝部が形成されていて、前記溝部は、前記筒軸方向から見て前記電極材よりも外側に形成されている（第１の構成）。

この構成により、高温環境下の扁平形電池は、外装缶の底部の内面に設けた溝部によって、外装缶の筒軸方向から見て、外装缶の底部の溝部よりも内側部分が変形する一方、外装缶の底部の溝部よりも外側の部分はあまり変形しない。すなわち、外装缶の底部の外周側はほとんど変形しない。このため、封口缶と外装缶との接続部分が緩むのを防止できる。また、溝部は、前記筒軸方向から見て電極材よりも外側に形成されているので、外装缶と電極材とを安定して接触させることができる。

前記第１の構成において、前記溝部は、前記筒軸方向から見て、前記封口缶側壁部よりも内側に形成されている（第２の構成）。

この構成により、扁平形電池の封止性が低下することを防止できる。すなわち、溝部を、外装缶の筒軸方向から見て封口缶側壁部よりも外側に形成した場合、外装缶の底部の溝部よりも内側が変形を生じると、封口缶の内側の空間と外側の空間とが繋がるため、封止性が大きく低下する。これに対し、上述の構成のように、溝部を、外装缶の筒軸方向から見て、封口缶側壁部よりも内側に形成した場合、外装缶の底部の変形は封口缶側壁部の内方で生じるため、封口缶と外装缶とによって形成される空間の封止性を確保することができる。

前記第１または第２の構成において、前記外装缶側壁部と前記封口缶側壁部との間に配置される側壁部と、前記封口缶側壁部と前記外装缶の底部との間に配置されるベース部とを有するガスケットをさらに備え、前記溝部は、前記筒軸方向から見て前記ガスケットの前記ベース部よりも内側に形成されている（第３の構成）。

この構成により、封口缶側壁部と外装缶の底部との間に挟まれるガスケットのベース部において、封口缶と外装缶とによって形成される空間の封止性が、溝部によって低下するのを防止できる。すなわち、溝部はガスケットのベース部よりも内側に位置するため、溝部によって前記空間と外部とが繋がるのを防止できる。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記溝部の深さは、前記外装缶の底部の厚みの半分以下である（第４の構成）。

この構成により、外装缶の溝部よりも内側の変形を許容しつつ、外装缶が溝部で裂けるのを抑制することができる。

前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記外装缶および前記封口缶は、それぞれ、有底円筒状であり、前記溝部は、前記筒軸方向から見て円環状に形成されている（第５の構成）。

この構成により、溝部よりも内側を全体的に変形させることができるとともに、外装缶の溝部よりも外側の変形を抑制することができる。その結果、外装缶が高温環境下で変形した場合であっても、封口缶と外装缶との接続部分が緩むのをより確実に防止できる。

前記第５の構成において、前記外装缶の底部の中心から前記底部の半径の０．７５倍以上の位置に形成されている（第６の構成）。

この構成により、外装缶が高温環境下で変形した場合の封止性の低下を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、外装缶の底部が平面状の扁平形電池において、高温環境下で外装缶が変形した場合であっても、該外装缶と封口缶との接続部分が緩むのを防止可能な構成を実現することができる。

図１は、第１実施形態に係る扁平形電池の概略構成を示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係る扁平形電池の概略構成を拡大して示す拡大断面図である。 図３は、溝部の位置に対する中央部のたわみ量および封止部のたわみ量の関係を示すグラフである。 図４は、溝部の位置に対する中央部のたわみ量および封止部のたわみ量の関係を示すグラフである。 図５は、溝部の位置に対する中央部のたわみ量および封止部のたわみ量の関係を示すグラフである。 図６は、溝部の位置に対する中央部のたわみ量および封止部のたわみ量の関係を示すグラフである。 図７は、扁平形電池の内圧が高い場合において、（ａ）溝部を扁平形電池の内側に設けた場合の正極缶の底部の変形と、（ｂ）溝部を扁平形電池１の外側に設けた場合の正極缶の底部の変形との相違について説明するための図である。 図８は、扁平形電池の内圧が高い場合において、（ａ）溝部を扁平形電池の内側に設けた場合の正極缶の底部に生じる応力分布と、（ｂ）溝部を扁平形電池の外側に設けた場合の正極缶の底部に生じる応力分布との相違について説明するための図である。 図９は、扁平形電池に設けられた溝部の幅に対する中央部のたわみ量および封止部のたわみ量の関係を示すグラフである。 図１０は、第１実施形態に係る扁平形電池の製造方法を説明するための図である。 図１１は、第１実施形態に係る扁平形電池の製造方法を説明するための図である。 図１２は、第１実施形態に係る扁平形電池の製造方法を説明するための図である。 図１３は、他の実施形態に係る溝部１１１ａの断面形状を示す拡大断面図である。 図１４は、他の実施形態に係る溝部１１２ａの断面形状を示す拡大断面図である。 図１５は、他の実施形態に係る溝部１１３ａの断面形状を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態について、説明する。

＜１：全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態である扁平形電池1の概略構成を示す断面図である。この扁平形電池１は、有底円筒状の正極缶１０（外装缶）と、該正極缶１０の開口を覆う負極缶２０（封口缶）と、正極缶１０の外周側と負極缶２０の外周側との間に配置されるガスケット３０と、正極缶１０及び負極缶２０の間に形成される空間内に収納される発電要素４０とを備えている。扁平形電池１は、正極缶１０と負極缶２０とを合わせることによって、全体が扁平なコイン状に形成されている。扁平形電池１の正極缶１０及び負極缶２０の間に形成される空間内には、発電要素４０以外に、非水電解液（図示省略）も封入されている。

正極缶１０は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。正極缶１０は、円形状の底部１１と、その外周に該底部１１と連続して形成される円筒状の周壁部１２（外装缶側壁部）とを備えている。正極缶１０の底部１１の内面には、後述する溝部１１ａが設けられている。周壁部１２は、縦断面視で、底部１１に対して筒軸方向に延びるように設けられている。正極缶１０は、後述するように、負極缶２０との間にガスケット３０を挟んだ状態で、周壁部１２の開口端側が内側に折り曲げられて、該負極缶２０の外周部に対してかしめられている。

負極缶２０も、正極缶１０と同様、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。負極缶２０は、円形状の平面部２１と、その外周に該平面部２１と連続して形成される円筒状の周壁部２２（封口缶側壁部）とを備えている。この周壁部２２は、縦断面視で、平面部２１に対して筒軸方向に延びるように設けられている。周壁部２２は、該周壁部２２の基端部２２ａに対して径が段状に大きくなる拡径部２２ｂを有している。すなわち、周壁部２２には、基端部２２ａと拡径部２２ｂとの間に段部２２ｃが形成されている。図１に示すように、この段部２２ｃに対して、正極缶１０の周壁部１２の開口端側が折り曲げられてかしめられている。これにより、正極缶１０と負極缶２０とが、それらの周壁部１２、２２で接続されている。

ガスケット３０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分としており、ＰＰＳにオレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物からなる。ガスケット３０は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間に挟みこまれるように配置される。具体的には、ガスケット３０は、図１に示すように、リング状のベース部３１と、該ベース部３１の外周縁から突出する外筒壁３２（側壁部）と、該ベース部３１の内周縁から外筒壁３２と同じ方向で且つベース部３１の内周に向かって斜めに延びる連結部３３と、該連結部３３からから該外筒壁３２と同じ方向に伸びる内筒壁３４とを備えている。本実施形態では、ガスケット３０は、ベース部３１、外筒壁３２、連結部３３及び内筒壁３４が一体で形成されている。

ガスケット３０は、図１に示すように、ベース部３１が、後述する正極リング４４のフランジ部４４ｂとともに、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１の外周部分との間に挟み込まれている。

また、ガスケット３０は、負極缶２０の拡径部２２ｂを覆うように配置されている。すなわち、ガスケット３０は、負極缶２０の拡径部２２ｂが、ガスケット３０の外筒壁３２と内筒壁３４との間に位置づけられるように、負極缶２０の拡径部２２ｂに配置される。

これにより、ガスケット３０の外筒壁３２は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間に挟みこまれる。ガスケット３０のベース部３１及び外筒壁３２は、正極缶１０と負極缶２０との間に挟みこまれた状態で、該正極缶１０と負極缶２０との隙間をシールできるような厚みを有している。

このように、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間にガスケット３０を配置することにより、該正極缶１０と負極缶２０とをそれらの外周側で絶縁することができる。また、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間にガスケット３０を挟みこんだ状態で、該正極缶１０の周壁部１２を折り曲げて負極缶２０の周壁部２２にかしめることにより、該ガスケット３０によって正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間を封止することができる。すなわち、ガスケット３０は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の段部２２ｃとの間に挟みこまれる外筒壁３２、及び、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１との間に挟みこまれるベース部３１が、それぞれ、シールとして機能する。

また、ガスケット３０のベース部３１と正極缶１０の底部１１との間に、後述する正極リング４４のフランジ部４４ｂを配置することで、該フランジ部４４ｂをガスケット３０のベース部３１と正極缶１０の底部１１とによって挟み込むことができる。これにより、正極リング４４のフランジ部４４ｂを、正極缶１０の底部１１に溶接することなく、該正極缶１０に対して固定することができる。

発電要素４０は、正極活物質等を円盤状に成形した正極材（電極材）４１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状に形成した負極材４２と、不織布製のセパレータ４３とを備えている。図１に示すように、正極缶１０の内方には正極材４１が位置付けられている一方、負極缶２０の内方には負極材４２が位置付けられている。正極材４１と負極材４２との間にはセパレータ４３が配置されている。

正極材４１は、正極活物質として二酸化マンガンを含有している。この正極材４１は、次のようにして形成される。まず、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及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する。所定の金型内に正極リング４４をセットした後に、前記正極合剤を金型内に充填して加圧成形し、成形された部材を加熱して円盤状に形成する。これにより、正極材４１が得られる。

正極材４１には、該正極材４１を保持するように、該正極材４１の底面及び側面のそれぞれ一部を覆う正極リング４４が装着されている。この正極リング４４は、所定の剛性及び導電性を有するステンレス鋼等によって構成されている。正極リング４４は、正極材４１の側面に接する円筒部４４ａと、円筒部４４ａの一端側から該円筒部４４ａの外方に向かって延びてガスケット３０のベース部３１の底面に接する円環状のフランジ部４４ｂとが一体形成されたものである。このような構成の正極リング４４によって、該正極リング４４内の正極材４１の径方向への変形を規制することができる。

セパレータ４３は、ポリブチレンテレフタート製の繊維を素材とする不織布を用いて構成される。このセパレータ４３は、扁平形電池１内で非水電解液によって含浸されている。なお、セパレータ４３の厚みは、例えば、約０．３〜０．４ｍｍ程度である。

非水電解液は、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液にＬｉＣｌＯ_４を溶解した溶液である。

（１．１：溝部の構成）
正極缶１０の底部１１に設けられた溝部１１ａについて図１及び図２を用いて以下で詳細に説明する。

正極缶１０の底部１１の内面には、該正極缶１０の筒軸方向から見て、略円形状の溝部１１ａが形成されている。図１及び図２に示すように、溝部１１ａの断面形状は、略矩形状である。

また、溝部１１ａは、正極缶１０の筒軸方向から見て、ガスケット３０のベース部３１よりも内側であって、かつ、正極材４１よりも外側の領域に形成されている。このように、溝部１１ａを正極缶１０の筒軸方向から見てガスケット３０のベース部３１よりも内側に形成することで、正極缶１０の底部１１の中央部分のみが変形を生じる一方、ガスケット３０のベース部３１が位置づけられる正極缶１０の底部１１の外周側はほとんど変形を生じない。これにより、高温環境下で正極缶１０が変形した場合であっても、正極缶１０と負極缶２０との接続部分が緩むのを防止できる。よって、正極缶１０が膨らんだ場合の封止性の低下を効果的に抑制できる。また、溝部１１ａが正極材４１よりも外側の領域に形成されることで、正極缶１０と正極材４１とを安定して接触させることができる。したがって、溝部１１ａは、正極缶１０の筒軸方向から見てガスケット３０のベース部３１よりも内側であって、かつ、正極材４１よりも外側の領域に、形成されることが好ましい。

特に、溝部１１ａの位置は、正極缶１０の底部１１の中心から該底部１１の半径の０．７５倍以上の位置が好ましい。この位置を、図１を用いて以下で説明する。

図１に示すように、断面視において、正極缶１０の底部１１の中心を通る筒軸を「Ｐ」（中心軸Ｐ、中心点Ｐ）とし、ガスケット３０のベース部３１の内周縁の位置を「Ｙ」とし、正極缶１０の底部１１の外周縁の位置を「Ｚ」とする。ＰＺ間の距離をＲとし、中心軸Ｐから（０．７５Ｒ）の距離の位置を「Ｘ」とすると、溝部１１ａは、位置Ｘと位置Ｙとの間の領域に形成されるのが好ましい。図１の場合、溝部１１ａは、位置Ｙの近傍領域に形成されている。

溝部１１ａの幅は、例えば、正極缶１０の底部１１の直径が２０ｍｍの場合、０．１〜０．２ｍｍである。

溝部１１ａの深さは、正極缶１０の厚みの半分以下が好ましい。溝部１１ａの深さが正極缶１０の厚みの半分よりも大きくなると、正極缶１０の膨れにより溝部１１ａの残肉部分が裂ける可能性がある。

（１．１．１：溝部の位置）
次に、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から底部１１の半径の０．７５倍以上の位置に形成することが好ましい点について、図３〜図６を用いて、説明する。なお、図３〜図６において、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた場合を内面溝といい、正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合を外面溝という。

図３は、正極缶１０の底部１１の直径が２０ｍｍであり、正極缶１０の底部１１の厚みが０．２ｍｍであり、溝部１１ａの溝幅が０．２ｍｍである扁平形電池１において、扁平形電池１の内圧を１ＭＰａとした場合（以下、「条件１」という。）の溝部１１ａの位置と封止部および中央部のたわみ量との関係を示すグラフである。

図３において、破線の折れ線ＫＳ１で示すグラフ（菱形でプロットしたグラフ）は、溝部１１ａの位置と封止部のたわみ量との関係を示している。なお、「封止部のたわみ量」とは、図１のＹ点における正極缶１０の筒軸方向の変形量である。つまり、「封止部のたわみ量」とは、変形のない状態の正極缶１０のＹ点の位置と、正極缶１０が変形した状態の正極缶のＹ点の位置との変位量である。また、「溝部１１ａの位置」は、正極缶１０の中心点（図１のＰ点）から溝部１１ａの溝幅方向の中央までの距離である。

図３において、実線の折れ線ＫＣ１で示すグラフ（正方形でプロットしたグラフ）は、溝部１１ａの位置と中央部のたわみ量との関係を示している。なお、「中央部のたわみ量」とは、図１のＰ点（中心軸Ｐの位置）における正極缶１０の筒軸方向の変形量である。つまり、「中心部のたわみ量」とは、変形のない状態の正極缶１０のＰ点の位置と、正極缶１０が変形した状態の正極缶のＰ点の位置との変位量である。

なお、図３において、黒三角形で示した点（データ）は、正極缶１０に溝部を設けない場合の封止部のたわみ量を示している。また、図３において、バツ印で示した点（データ）は、正極缶１０に溝部を設けない場合の中央部のたわみ量を示している。

図３のグラフから分かるように、正極缶１０の底部１１に、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ以上離れた位置に設けた場合、溝部１１ａを設けない場合（図３の黒三角形）に比べて、中央部のたわみ量は大きくなる。また、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ以上離れた位置に設けた場合には、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ未満の距離の位置に設けた場合に比べて、封止部のたわみ量は小さくなる。つまり、条件１の場合、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から該底部１１の半径の７５％以上離れた位置に設けることで、封止部の変形を抑制することができる。

次に、条件１における正極缶１０の底部１１の厚みを変更した場合の溝部１１ａの位置と封止部および中央部のたわみ量との関係について、説明する。

図４は、正極缶１０の底部１１の厚みを０．３ｍｍにした場合の溝部１１ａの位置と封止部および中央部のたわみ量との関係を示すグラフである。正極缶１０の底部１１の厚み以外の条件については、条件１と同じである（以下、この条件を「条件２」という。）。

図４において、破線の折れ線ＫＳ２で示すグラフ（菱形でプロットしたグラフ）は、条件２における溝部１１ａの位置と封止部のたわみ量との関係を示している。なお、「封止部のたわみ量」および「溝部１１ａの位置」については、上記図３と同様の定義である。また、図４において、黒三角形で示した点（データ）およびバツ印で示した点（データ）も、上記図３で説明したものと同様である。また、図４において、実線の折れ線ＫＣ２で示すグラフ（正方形でプロットしたグラフ）は、条件２における溝部１１ａの位置と中央部のたわみ量との関係を示している。

図４のグラフから分かるように、正極缶１０の底部１１に、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ以上離れた位置に設けた場合、溝部１１ａを設けない場合（図４の黒三角形）に比べて、中央部のたわみ量は大きくなる。また、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ以上離れた位置に設けた場合には、溝部１１ａを中心点Ｐから７．５ｍｍ未満の距離の位置に設けた場合に比べて、封止部のたわみ量は小さくなる。条件２の場合、すなわち、正極缶１０の底部１１の厚みを変更した場合でも、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から該底部１１の半径の７５％以上離れた位置に設けることで、封止部の変形を抑制することができる。

次に、条件２における正極缶１０の外径を変更した場合の溝部１１ａの位置と封止部および中央部のたわみ量との関係について、説明する。

図５は、正極缶１０の直径を２４ｍｍにした場合の溝部１１ａの位置と封止部および中央部のたわみ量との関係を示すグラフである。正極缶１０の直径以外の条件については、条件２と同じである（以下、この条件を「条件３」という。）。

図５において、破線の折れ線ＫＳ３で示すグラフ（菱形でプロットしたグラフ）は、条件３における溝部１１ａの位置と封止部のたわみ量との関係を示している。なお、「封止部のたわみ量」および「溝部１１ａの位置」については、上記図３と同様の定義である。また、図５において、三角形で示した点（データ）およびバツ印で示した点（データ）についても、上記図３で説明したものと同様である。また、図５において、実線の折れ線ＫＣ３で示すグラフ（正方形でプロットしたグラフ）は、条件３における溝部１１ａの位置と中央部のたわみ量との関係を示している。

なお、図５において、横軸に括弧で示した数値は、正極缶１０の半径に対する比率である。

図５のグラフから分かるように、正極缶１０の底部１１に、溝部１１ａを中心点Ｐから９ｍｍ以上離れた位置（正極缶１０の底部１１の中心から底部１１の半径の７５％離れた位置）に設けた場合、溝部１１ａを設けない場合に比べて、中央部のたわみ量は大きくなる。また、溝部１１ａを中心点Ｐから９ｍｍ以上離れた位置に設けた場合には、溝部１１ａを中心点Ｐから９ｍｍ未満の位置に設けた場合に比べて、封止部のたわみ量は小さくなる。条件３の場合、すなわち、正極缶１０の外径を変更した場合でも、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から該底部１１の半径の７５％以上離れた位置に設けることで、封止部の変形を抑制することができる。

ここで、参考のため、正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合における溝部の位置と封止部および中央部のたわみ量との関係について、図６を用いて説明する。さらに、封止部のたわみ量について、（１）正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合、（２）正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた場合、および、（３）正極缶の底部の外周側に段差を設けた構造の正極缶（以下、「段付正極缶」という。）を用いた場合について、比較する。図６において、破線の折れ線ＫＳ４で示すグラフ（菱形でプロットしたグラフ）は、正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合における溝部の位置と封止部のたわみ量との関係を示している。なお、「封止部のたわみ量」および「溝部１１ａの位置」については、上記図３と同様の定義である。また、図６において、実線の折れ線ＫＣ４で示すグラフ（正方形でプロットしたグラフ）は、正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合における溝部の位置と中央部のたわみ量との関係を示している。

図６は、溝部が正極缶１０の底部１１の外面に設けられた扁平形電池において、上記条件１と同一条件における溝部の位置と封止部および中央部のたわみ量との関係を示すグラフである。

また、図６の点ＰＳ１は、正極缶１０の底部１１の内面に、底部１１の中心から８．７５ｍｍの位置に溝部１１ａを設けた場合の封止部のたわみ量を示す。

また、図６の点ＰＳ５は、正極缶１０の底部１１の外面に底部１１の中心から８．７５ｍｍの位置に溝部１１ａを設けた場合の封止部のたわみ量を示す点である。

また、図６の点ＰＳ６は、段付正極缶の内圧を１ＭＰａとした場合の該段付正極缶の封止部のたわみ量を示す点である。なお、段付正極缶は、底部の外径が約２０ｍｍであり、底部に段差を形成するように突出した突出部分の外径が約１７ｍｍである。また、段付正極缶の突出量（段差）は、約０．４ｍｍである。つまり、段付正極缶の底部の突出部分は、該底部の外周側に対して、約０．４ｍｍ突出している。

また、図６において、三角形で示した点（データ）およびバツ印で示した点（データ）は、上記図３で説明したものと同様である。

図６のグラフから、点ＰＳ１（正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた場合）における封止部のたわみ量が点ＰＳ５（正極缶１０の底部１１の外面に溝部を設けた場合）に比べてかなり小さいことが分かる。つまり、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた場合、正極缶１０の外面に溝部を設けた場合に比べて封止部のたわみ量を小さくできる。さらに、図６から、点ＰＳ１（内面溝の場合）における封止部のたわみ量は、点ＰＳ６（段付缶の場合）における封止部のたわみ量と同等であることが分かる。

つまり、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けることで、封止部のたわみ量を、正極缶１０の外面に溝部を設ける場合に比べて小さくして、段付缶と同等のレベルにまで抑制できる。

以上の通り、図３〜図６から分かるように、扁平形電池１の正極缶１０の底部１１の内面において、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から底部１１の半径の０．７５倍以上の位置に形成することで、封止部のたわみ量は抑制されるが、中央部のたわみ量は、大きくなる。

次に、図７および図８を用いて、溝部を正極缶１０の底部１１の内面に設ける場合と、溝部を正極缶１０の底部１１の外面に設ける場合とにおける正極缶１０の底部１１の変形の違いについて、説明する。

図７は、扁平形電池１の内圧を高くした場合（例えば、扁平形電池１の内圧を１ＭＰａにした場合）において、正極缶１０の底部１１の一部（図１の位置Ｐ〜位置Ｚまでの領域）の変形状態を示した図である。具体的には、図７（ａ）は、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた構成の正極缶１０の底部１１の一部（図１の位置Ｐ〜位置Ｚまでの領域）の変形状態を、図７（ｂ）は、正極缶１０の底部１１の外面に溝部１１ｂを設けた構成の正極缶１０の底部１１の一部（図１の位置Ｐ〜位置Ｚまでの領域）の変形状態を、それぞれ示している。

また、図８（ａ）、（ｂ）に、扁平形電池１の内圧を高くした場合（例えば、扁平形電池１の内圧を１ＭＰａにした場合）に、正極缶１０の底部１１において応力が高い部分（破線）を示す。

なお、図７および図８における２点鎖線は、変形前の底部１１の内面および外面の位置を示す。

図７（ａ）、（ｂ）から分かるように、図７（ａ）の場合の中心部のたわみ量Ｃ１は、図７（ｂ）の場合の中心部のたわみ量Ｃ２とほぼ同等であるが、図７（ａ）の場合の封止部のたわみ量Ｓ１は、図７（ｂ）の場合の封止部のたわみ量Ｓ２に比べて、かなり小さい。つまり、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けた場合には、扁平形電池１の底部１１の外側に溝部１１ｂを設けた場合に比べて、封止部のたわみ量をかなり小さくすることができる。

このような変形の違いは、以下の理由によるものと考えられる。正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａが形成されている場合、扁平形電池１の内圧が高くなると、正極缶１０の底部１１は、溝部１１ａの開口部が開く方向に変形を生じやすい。そのため、正極缶１０の底部１１において、溝部１１ａよりも外側の部分の変形量は抑制される。一方、底部１１において、溝部１１ａよりも内側の部分の変形量は大きくなる。このことは、図８（ａ）に示すように、扁平形電池１の内圧を高くした場合、溝部１１ａの内側の領域ＡＲ１に、応力が高い領域が存在することからも裏付けされる。

一方、正極缶１０の底部１１の外面に溝部１１ｂが形成されている場合、扁平形電池１の内圧が高くなると、正極缶１０の底部１１は、溝部１１ｂの開口部が閉じる方向に変形を生じやすい。そのため、底部１１の内面の溝部１１ｂの残肉部分の領域全体が変形する。その結果、底部１１において、溝部１１ｂよりも外側の部分の変形量を抑制することができない。このことは、図８（ｂ）に示すように、扁平形電池１の内圧を高くした場合、正極缶１０の底部１１において溝部１１ａよりも内面側の領域ＡＲ２に、応力が高い領域が存在することからも明らかである。

（１．１．２：溝部の幅）
図９を用いて、溝部１１ａの幅と、中央部のたわみ量および封止部のたわみ量との関係について、説明する。

図９は、正極缶１０の底部１１の直径が２０ｍｍであり、正極缶１０の底部１１の厚みが０．２ｍｍであり、溝部１１ａの位置が正極缶１０の中心から８．７ｍｍの位置である扁平形電池１において、扁平形電池１の内圧を１ＭＰａとした場合（以下、「条件５」という。）の溝部１１ａの幅と封止部および中央部のたわみ量との関係を示すグラフである。なお、「封止部のたわみ量」および「中央部のたわみ量」については、上記図３と同様の定義である。

図９において、折れ線ＫＣ５で示すグラフ（正方形でプロットしたグラフ）は、条件５における溝部１１ａの幅（溝幅）と中央部のたわみ量との関係を示している。

図９から分かるように、溝部１１ａの溝幅が大きくなる程、封止部のたわみ量が小さくなり、かつ、中央部のたわみ量が大きくなる傾向にある。

以上のような構成の溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の底部１１の内面に設けることで、高温環境下での扁平形電池１の使用によって、扁平形電池１の内圧が高くなった場合でも、中央部のたわみ量は大きくなるが、封止部の変形量を抑制できる。これにより、溝部１１ａよりも外側の領域（封止部）は大きく変形しないため、正極缶１０の周壁部１２における負極缶２０の段部２２ｃとの接続部分が変形するのを効果的に防止することができる。したがって、上述の構成により、高温環境下で扁平形電池１を使用した場合に、正極缶１０と負極缶２０との接続部分が緩むのを効果的に防止することができる。

＜２：扁平形電池の製造方法＞
次に、扁平形電池１の製造方法を、図１０から図１２を用いて説明する。なお、扁平形電池１を組み立てる際は、図１０から図１２に示すように、図１の状態とは上下逆の状態で組み立て作業を行う。

ステップ１では、正極缶１０の底部１１の内面に、底部１１の中心から該底部１１の半径の７５％以上離れた位置（図１の位置Ｘより外側の領域）であって、かつ、ガスケット３０のベース部３１（正極缶１０側の接触面）よりも内側の領域（図１の位置Ｙより内側の領域）に、溝部１１ａを形成する。なお、負極缶の底部１１が円形である場合、溝部１１ａは、円環状に形成することが好ましい。また、溝部１１ａは、楕円状に形成する、あるいは、円環状または楕円状に破線になるように形成してもよい。

なお、溝部１１ａを形成するタイミングは、例えば、周壁部１２を形成した後であってもよいし、また、周壁部１２を形成する前であってもよい。

ステップ２では、図１０に示すように、負極缶２０を平面部２１が底面になるように配置し、該負極缶２０の周壁部２２の開口端部にガスケット３０を装着する。

ステップ３では、負極缶２０の内面に負極材４２を導電性接着剤等で固定した後、該負極材４２の上にセパレータ４３及び正極材４１を重ねて配置する（図１１参照）。

ステップ４では、負極缶２０内に非水電解液を注入し、該負極缶２０に対して正極缶１０を被せる（図１２参照）。このとき、負極缶２０の周壁部２２と正極缶１０の周壁部１２との間にガスケット３０を挟みこんだ状態で、該周壁部１２の開口端側を、負極缶２０の段部２２ｃを覆うように正極缶１０の内側に折り曲げてかしめる。これにより、ガスケット３０は、正極缶１０の周壁部１２と負極缶２０の周壁部２２との間に挟みこまれた状態となる。

すなわち、上述のような製造方法によって、ガスケット３０は、外筒壁３２が負極缶２０の段部２２ｃと正極缶１０の周壁部１２の開口端側との間に挟みこまれる。また、ベース部３１も負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１との間に挟みこまれる。

以上により、図１に示すような構成の扁平形電池１が得られる。

なお、ステップ１は、ステップ４において正極缶１０を負極缶２０に被せる作業よりも前であれば、どのタイミングで実行してもよい。

≪第１実施形態の効果≫
以上の構成を有する扁平形電池１では、正極缶１０の底部１１の内面に溝部１１ａを設けることにより、高温環境下で、該底部１１の溝部１１ａよりも内側が大きく変形する一方、該底部１１の溝部１１ａよりも外側はほとんど変形を生じない。これにより、負極缶２０の周壁部２２の段部２２ｃにかしめられる正極缶１０の周壁部１２もほとんど変形を生じない。このため、扁平形電池１では、正極缶１０と負極缶２０とのかしめ部分が緩むのを防止できる。よって、上述の構成により、高温環境下でも扁平形電池１内の非水電解液が漏れないような構成を実現できる。

しかも、上述の構成により、従来構成のように正極缶の底部を段状に形成する必要がなくなるため、その分、扁平形電池１の高さ（厚み）を小さくすることができる。

また、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の内面に、正極缶１０の筒軸方向から見てガスケット３０のベース部３１よりも内側であって、かつ、正極材４１よりも外側の領域に形成する。これにより、正極缶１０が膨らんだ場合の封止性能の低下を効果的に抑制できる。また、溝部１１ａを正極材４１よりも外側の領域に形成することで、正極缶１０と正極材４１とを安定して電気的に接触させることができる。なお、正極リングのフランジ部４４ｂをガスケット３０のベース部３１と正極缶１０の底部１１との間に挟み込むことによって、正極缶１０と正極材４１とをより安定して電気的に接触させることができる

さらに、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の中心から底部１１の半径の０．７５倍以上の位置に形成することで、正極缶１０が膨らんだ場合の封止性の低下を効果的に抑制できる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の内面において、ガスケット３０のベース部３１よりも内側であって、かつ、正極材４１よりも外側の領域に形成している。しかしながら、溝部１１ａを、正極材４１よりも外側の位置であればどこに設けてもよい。なお、溝部１１ａを、正極缶１０の筒軸方向から見て、負極缶２０の拡径部２２ｂよりも内側、すなわち負極缶２０の周壁部２２よりも内側に形成するのが好ましい。これにより、負極缶２０と正極缶１０との間で封止性が低下するのを防止できる。すなわち、溝部が負極缶２０の拡径部２２ｂよりも外側に位置していると、正極缶１０の底部１１が溝部よりも内側で変形した際に、該正極缶１０と負極缶２０の拡径部２２ｂとの間に隙間が生じる。これに対し、上述のように、溝部１１ａを、負極缶２０の拡径部２２ｂよりも内側に形成することで、正極缶１０の底部１１の変形によって該正極缶１０と負極缶２０との封止性が影響を受けることを防止できる。

上記実施形態では、溝部１１ａを、正極缶１０の底部１１の内面に、正極缶１０の筒軸方向から見て略円形状に形成しているが、この限りではなく、溝部を略円形状以外の形状に形成してもよい。

上記実施形態では、正極材４１を正極リング４４によって保持している。しかしながら、正極リング４４を設けずに、正極材４１を正極缶１０内に直接、配置してもよい。

上記各実施形態では、ガスケット３０を、正極缶１０及び負極缶２０とは別部材として形成している。しかしながら、ガスケット３０を負極缶２０にモールド成形してもよい。

上記実施形態では、正極材４１の正極活物質として二酸化マンガンを含有した材料を用いていて、負極材４２の負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いている。しかしながら、正極活物質または負極活物質として機能する材料であれば、これ以外のものを正極材４１及び負極材４２として用いてもよい。

上記実施形態では、正極缶１０を外装缶としていて、負極缶２０を封口缶としているが、逆に正極缶が封口缶で、負極缶が外装缶であってもよい。

上記実施形態では、正極缶１０の底部１１の内面に形成する溝部１１ａの断面が略矩形状である場合について説明した。しかしながら、溝部１１ａの断面の形状は、これに限定されることはない。例えば、図１３に示すように、半円と矩形とを組み合わせたような断面を有する溝部１１１ａを、底部１１に形成してもよい。また、図１４や図１５に示すように、三角形状の断面を有する溝部１１２ａや矩形状の断面を有する溝部１１３ａを、正極缶１０の底部１１に形成してもよい。なお、溝部の断面形状としては、応力集中を考慮すると、図１４に示す三角形状の断面よりも図１５に示す矩形状の断面の方が好ましい。また、これらの溝部１１１ａ〜１１３ａの深さｔ１も、上記実施形態と同様、正極缶１０の厚みの半分以下であることが好ましい。また、溝部１１１ａ〜１１３ａも、上記実施形態と同様、正極缶１０の底部１１の内面において、正極缶１０の筒軸方向から見てガスケット３０のベース部３１よりも内側であって、かつ、正極材４１よりも外側の領域に形成されることが好ましい。

また、上記実施形態における扁平形電池の製造方法の実行順序は、必ずしも、上記実施形態の記載に制限されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、実行順序を入れ替えることができるものである。

本発明による扁平形電池は、高温環境下で使用される機器の電池として利用可能である。

１：扁平形電池、１０：正極缶（外装缶）、１１：底部、１１ａ、１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ：溝部、１２：周壁部（外装缶側壁部）、２０：負極缶（封口缶）、２１：平面部、２２：周壁部（封口缶側壁部）、３０：ガスケット、３１：ベース部、３２：外筒壁、４０：発電要素、４１：正極材（電極材）、Ｐ：筒軸

Claims (5)

1. 筒軸方向に延びる筒状の外装缶側壁部と該外装缶側壁部の一端側を覆う底部とを有する有底筒状の外装缶と、
   前記筒軸方向に延びる筒状の封口缶側壁部を有し、前記外装缶の開口を覆うように配置されるとともに、前記封口缶側壁部が前記外装缶側壁部に接続される封口缶と、
   前記外装缶と前記封口缶とによって形成される空間内に配置される電極材と、
   を備え、
   前記外装缶側壁部は、前記筒軸方向から見て、前記封口缶側壁部よりも外側に配置されており、
   前記外装缶の底部の内面には、溝部が形成されていて、
   前記溝部は、前記筒軸方向から見て、前記電極材よりも外側であり、かつ、前記封口缶側壁部よりも内側に形成されている、
   扁平形電池。
2. 前記外装缶側壁部と前記封口缶側壁部との間に配置される側壁部と、前記封口缶側壁部と前記外装缶の底部との間に配置されるベース部とを有するガスケットをさらに備え、
   前記溝部は、前記筒軸方向から見て前記ガスケットのベース部よりも内側に形成されている、
   請求項１に記載の扁平形電池。
3. 前記溝部の深さは、前記外装缶の底部の厚みの半分以下である、
   請求項１又は２に記載の扁平形電池。
4. 前記外装缶および前記封口缶は、それぞれ、有底円筒状であり、
   前記溝部は、前記筒軸方向から見て円環状に形成されている、
   請求項１から３のいずれか一つに記載の扁平形電池。
5. 前記溝部は、前記外装缶の底部の中心から前記底部の半径の０．７５倍以上の位置に形成されている、
   請求項４に記載の扁平形電池。

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