WO2013187479A1 - 扁平形電池 - Google Patents

Abstract

外装缶の底部の内面上に、正極材及び負極材のいずれか一方の部材を保持するための台座が配置された扁平形電池において、容易に製造可能で且つより確実に外装缶に対する台座の移動を抑制可能な構成を得る。扁平形電池（１）は、正極缶（１０）と、負極缶（２０）と、正極材（４１）及び負極材（４２）と、正極材（４１）及び負極材（４２）のいずれか一方の部材を保持しつつ正極缶（１０）の底部（１１）の内面上に配置される正極リング（４４）と、を備える。正極リング（４４）は、側壁部（４４ａ）と、負極缶（２０）の周壁部（２２）の開口端と重なるように外方に延びるフランジ部（４４ｂ）とを有する。フランジ部（４４ｂ）は、負極缶（２０）の周壁部（２２）の開口端と正極缶（１０）の底部（１１）の内面との間に挟み込まれる。

Description

扁平形電池

　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る封口缶との間に、正極材及び負極材を配置した扁平形電池が知られている。このような扁平形電池として、例えば特開２００８－１０３１０９号公報に開示されるように、正極ペレットを保持する正極リングが抵抗溶接もしくはレーザー溶接によって正極缶の内側に溶着された構成が知られている。これにより、正極リングが正極缶に対して移動するのを防止でき、正極缶と正極リングとを安定して接触させることができる。

　ところで、上述の特開２００８－１０３１０９号公報に開示されている構成のように、外装缶（正極缶）に対して、正極材（正極ペレット）を保持する台座（正極リング）が溶接されている構成の場合、扁平形電池を組み立てる際に、台座を外装缶に溶接する作業が必要になる。

　しかも、上述のように台座を外装缶に溶接する場合、溶接の条件等に応じて、台座と外装缶との溶接強度が大きく変化する。また、台座を外装缶に溶接した場合に、台座と外装缶との実際の溶接強度が十分であるかどうかを非破壊で確認するのは難しい。

　本発明の目的は、外装缶の底部の内面上に、正極材及び負極材のいずれか一方の部材を保持するための台座が配置された扁平形電池において、容易に製造可能で且つより確実に外装缶に対する台座の移動を抑制可能な構成を得ることにある。

　本発明の一実施形態に係る扁平形電池は、有底筒状の外装缶と、前記外装缶の開口を覆う有底筒状の封口缶と、前記外装缶と前記封口缶との間に形成される空間内に配置された正極材及び負極材と、前記外装缶に対して前記正極材及び前記負極材のいずれか一方の部材を固定するための台座と、を備える。前記外装缶は、底部と、筒軸方向に延びる筒状側壁部とを有する。前記封口缶は、前記外装缶の開口を覆った状態で前記外装缶の内方に位置付けられる周壁部を有する。前記台座は、前記一方の部材を保持する保持部と、前記筒軸方向から見て前記封口缶の周壁部の開口端と重なるように前記保持部から外方に延びるフランジ部とを有する。前記フランジ部は、前記封口缶の周壁部の開口端と前記外装缶の底部の内面との間に挟み込まれている（第１の構成）。

　以上の構成により、正極材及び負極材のいずれか一方の部材を保持する台座を、外装缶の底部に溶接することなく、外装缶及び封口缶に対して固定することができる。すなわち、台座のフランジ部は、外装缶の筒軸方向から見て、封口缶の周壁部の開口端と重なるように形成されているとともに、封口缶の周壁部の外周端と外装缶の底部の内面との間に挟み込まれるため、外装缶及び封口缶に対して固定される。

　これにより、外装缶と台座との溶接が不要になるため、容易に製造可能な構成によって、外装缶に対する台座の移動を抑制できる。

　前記第１の構成において、前記外装缶は、底部の内面が平坦であるのが好ましい（第２の構成）。このように、外装缶の底部の内面が平坦な構成では、台座が外装缶の底部の内面上を移動しやすい。これに対し、上述の第１の構成のように、台座のフランジ部を、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面とによって挟み込むことにより、台座の移動を抑制することができる。

　前記第１または第２の構成において、前記フランジ部は、前記筒軸方向から見て、前記封口缶の周壁部の開口端において前記筒軸方向に最も突出している部分と重なるような大きさに形成されているのが好ましい（第３の構成）。

　これにより、台座のフランジ部を、封口缶及び外装缶に対してより確実に固定できる。すなわち、台座のフランジ部は、外装缶の筒軸方向から見て、封口缶の周壁部の開口端において該封口缶の筒軸方向に最も突出している部分と重なっているため、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間に、より強固に挟み込まれる。

　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、前記フランジ部は、前記筒軸方向から見て、外周端が前記封口缶の周壁部の開口端よりも外方に位置するような大きさに形成されているのが好ましい（第４の構成）。

　こうすることで、台座のフランジ部を、封口缶及び外装缶に対してより確実に固定できる。すなわち、台座のフランジ部は、外装缶の筒軸方向から見て、外周端が封口缶の周壁部の開口端よりも外方に位置しているため、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間により強固に挟み込まれる。

　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、前記フランジ部は、外周端が前記外装缶の底部の内面の最外周よりも内側に位置するような大きさに形成されているのが好ましい（第５の構成）。

　これにより、封止性を損なうことなく、台座のフランジ部を、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間に挟み込むことができる。

　前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記フランジ部は、前記保持部を囲むように該保持部の外周全周に形成されているのが好ましい（第６の構成）。こうすることで、保持部の外周全周に形成されたフランジ部を、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間に挟み込むことができる。したがって、封口缶及び外装缶に対して台座をより確実に固定することができる。

　前記第１の構成において、前記フランジ部は、前記保持部の外周の少なくとも一部に、前記保持部を挟んで対向するように形成されているとともに、前記筒軸方向から見て、外周端の一部が前記外装缶の底部の内面の最外周に位置する場合、前記一部とは前記保持部を挟んで反対側の外周端が、前記封口缶の周壁部の開口端と重なるような大きさに形成されているのが好ましい（第７の構成）。

　こうすることで、台座が設計位置よりも外装缶の内方に配置された場合でも、該台座のフランジ部を、封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間により確実に挟み込むことができる。よって、封口缶及び外装缶に対して台座をより確実に固定することができる。

　前記第１から第７の構成のうちいずれか一つの構成において、前記封口缶の周壁部の開口端と前記外装缶の底部の内面との間には、シール部材が配置されていて、前記フランジ部は、前記シール部材と前記外装缶の底部の内面との間に挟み込まれるのが好ましい（第８の構成）。

　このような構成において、封口缶の周壁部に対して外装缶の周壁部の開口端部をかしめることにより、封口缶と外装缶との間をシール部材によってシールしつつ、台座のフランジ部を封口缶の周壁部の開口端と外装缶の底部の内面との間に挟み込むことができる。したがって、容易に製造可能な構成によって、シール部材によるシール性能を確保しつつ、台座を封口缶及び外装缶に対して固定することができる。

　前記第１から第８の構成のうちいずれか一つの構成において、扁平形電池は、前記一方の部材において前記台座によって覆われていない部分に配置され、当該部分を補強する補強部材をさらに備えるのが好ましい（第９の構成）。

　以上の構成により、正極材及び負極材のいずれか一方の部材を、台座及び補強部材によって補強することができる。すなわち、前記一方の部材は、台座によって覆われてない部分が補強部材によって補強されるため、台座のみによって補強される構成に比べて、前記一方の部材をより確実に補強することができる。

　したがって、大きな振動等が加わる装置の電源として扁平形電池を用いた場合でも、前記一方の部材が大きな損傷を受けるのを防止できる。よって、従来に比べて扁平形電池の耐振動性及び耐衝撃性を向上することができる。

　前記第９の構成において、前記一方の部材は、前記筒軸方向に延びる柱状に形成されていて、前記台座は、前記一方の部材の側面を覆うように配置されていて、前記補強部材は、前記一方の部材における前記筒軸方向の端面に配置されているのが好ましい（第１０の構成）。

　これにより、柱状の前記一方の部材における側面及び端面を、台座及び補強部材によってそれぞれ補強することができる。したがって、前記一方の部材の強度をより確実に向上することができる。

　前記第１０の構成において、前記補強部材は、前記筒軸方向と交差する方向に拡がるように、前記一方の部材内に配置されているのが好ましい（第１１の構成）。これにより、前記一方の部材の筒軸方向の強度をより確実に向上することができる。

　前記第１０または第１１の構成において、前記一方の部材は、前記外装缶上に前記端面が位置するように配置されているのが好ましい（第１２の構成）。このように、一方の部材における筒軸方向の両端面のうち補強部材が配置された一方の端面を、外装缶上に配置することで、一方の部材と外装缶とをより確実に接触させることができる。すなわち、一方の部材において外装缶上に位置する一方の端面に補強部材を設けることにより、該端面の剛性を向上できるとともに該端面の形状をより確実に保持できる。したがって、一方の部材における前記一方の端面と外装缶とをより確実に電気的に接触させることができる。

　前記第９から第１２の構成のうちいずれか一つの構成において、前記補強部材は、網状の部材であるのが好ましい（第１３の構成）。これにより、例えば粉末状の材料を固めて前記一方の部材を形成する場合に、網状の補強部材の目の中に粉末状の材料が入り込む。したがって、補強部材と前記一方の部材とをより強固に一体化させることができる。

　本発明の一実施形態に係る扁平形電池では、正極材及び負極材の一方を保持する台座は、外装缶の筒軸方向から見て、封口缶の周壁部の開口端と重なるように設けられたフランジ部を有する。これにより、容易に製造可能で且つより確実に外装缶に対する台座の移動を抑制可能な構成が得られる。

図１は、実施形態１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、正極リングと負極缶の周壁部の開口端との位置関係を示す正極リングの上面図である。 図３は、正極缶内で正極リングが設計位置と異なる位置に配置された場合の図２相当図である。 図４は、実施形態２に係る扁平形電池の概略構成を示す部分拡大断面図である。 図５は、実施形態３に係る扁平形電池の概略構成を示す図１相当図である。 図６は、正極材及び正極リングからなる成形体の密度と破壊荷重との関係を示すグラフである。

　以下、図面を参照し、本発明の実施の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。

　［実施形態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とを備える。扁平形電池１は、正極缶１０と負極缶２０とを組み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る。なお、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（筒状側壁部）とを備える。周壁部１２は、縦断面視で、底部１１に対して垂直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。図１における符号Ｐは、正極缶１０の筒軸である。周壁部１２は、正極缶１０の筒軸方向に延びている。

　正極缶１０の底部１１は、その内面が平坦になるように平板状に形成されている。すなわち、本実施形態の正極缶１０は、外周側に段差が形成されていない、平坦な底部１１を有する。

　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とを備える。この周壁部２２も、正極缶１０と同様、縦断面視で、平面部２１に対して垂直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を有する。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、それらの外周側で接続されている。

　ガスケット３０（シール部材）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。また、ガスケット３０は、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１との間に挟み込まれるように配置される。具体的には、ガスケット３０は、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と、該ベース部３１の内周縁から該外筒壁３２と同じ方向に伸びる内筒壁３３とを備える。本実施形態では、ガスケット３０は、ベース部３１、外筒壁３２及び内筒壁３３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上に配置されている。そして、ガスケット３０のベース部３１及び正極リング４４のフランジ部４４ｂは、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こまれている。

　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３３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する。

　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。

　正極材４１は、例えば、正極リング４４内に正極合剤からなる柱状のブロック部材を配置した状態で、該ブロック部材を押し潰すことにより、正極リング４４内に配置される。なお、正極リング４４内での正極材４１の成形方法は、上述の限りではなく、粉状の正極合剤を正極リング４４内に充填して加圧成形した後、成形された部材を加熱することによって形成するなど、どのような方法でもよい。

　すなわち、正極材４１には、該正極材４１を保持するように、該正極材４１の側面の一部を覆う正極リング４４（台座）が装着されている。正極リング４４の詳しい構成は後述する。

　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。

　（正極リングの構成）
　正極リング４４の詳細な構成を、図１及び図２を用いて以下で説明する。

　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状の側壁部４４ａ（保持部）と、該側壁部４４ａの一端側から外方に向かって延びる円環状のフランジ部４４ｂとを有する。本実施形態では、側壁部４４ａ及びフランジ部４４ｂは一体形成されている。すなわち、正極リング４４は、概略ハット状に形成されている。

　側壁部４４ａは、円柱状の正極材４１を内部で保持可能なように、正極材４１の外径と同等かそれよりも小さい内径を有する。すなわち、円柱状の正極材４１は、側壁部４４ａの内面によって保持される。

　フランジ部４４ｂは、円筒状の側壁部４４ａの一方の端部から該側壁部４４ａの全周に亘って外方に延びている。すなわち、図２に示すように、フランジ部４４ｂは、円環状に形成されている。図１及び図２に示すように、フランジ部４４ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端（周壁部２２の開口端）よりも外方に位置するような大きさを有する。本実施形態の場合、フランジ部４４ｂは、正極缶１０の底部１１の内面と同等の外径、もしくは、負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端の外径と正極缶１０の底部１１における内面の直径との間の外径を有する。

　このように、正極リング４４のフランジ部４４ｂを、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端よりも外方に位置するような大きさにすることで、フランジ部４４ｂを負極缶２０の周壁部２２と正極缶１０の底部１１との間に挟み込むことができる。これにより、正極缶１０及び負極缶２０に対する正極リング４４の移動を抑制することができる。また、フランジ部４４ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が正極缶１０の底部１１の内面の最外周よりも内側に位置する。これにより、フランジ部４４ｂと底部１１との接触以外にも、ガスケット３０と正極缶１０の底部１１との接触を確保することができる。よって、封止性能が損なわれるのを防止できる。

　フランジ部４４ｂは、図３に示すように、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端の一部が正極缶１０の底部１１の内面の最外周に位置している場合に、側壁部４４ａを挟んで反対側の部分が負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端と重なるような大きさであるのがより好ましい。これにより、正極缶１０の底部１１上で正極リング４４が設計位置と異なる位置に配置された場合でも、該正極リング４４を負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端と正極缶１０の底部１１の内面との間に挟み込むことができる。したがって、正極リング４４を正極缶１０及び負極缶２０に対してより確実に固定することができる。

　本実施形態の場合、図１に示すように、正極リング４４のフランジ部４４ｂは、ガスケット３０のベース部３１と正極缶１０の底部１１との間に配置されている。すなわち、フランジ部４４ｂは、ガスケット３０を介して、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１の内面との間に挟み込まれている。

　（扁平形電池の製造方法）
　次に、上述のような構成を有する扁平形電池１の製造方法について説明する。

　まず、有底円筒状の正極缶１０及び負極缶２０をそれぞれ形成する。正極缶１０の内方に、円筒状の正極材４１を保持した正極リング４４を配置するとともに、該正極材４１上に、セパレータ４３及び負極材４２の順に積層する。一方、負極缶２０の周壁部２２に、ガスケット３０を装着する。

　ガスケット３０が装着された負極缶２０を、正極リング４４、セパレータ４３及び負極材４２が収納された正極缶１０に対し、その開口を覆うように配置する。負極缶２０は、周壁部２２が正極缶１０の内方に位置付けられるように、該正極缶１０に対して組み合わされる。正極缶１０と負極缶２０とを組み合わせた状態で、正極缶１０の周壁部１２の開口端側を、負極缶２０の周壁部２２に対してかしめる。

　これにより、図１に示すような扁平形電池１が得られる。

　（実施形態１の効果）
　この実施形態では、正極リング４４は、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１の内面との間に挟み込まれるフランジ部４４ｂを有する。これにより、正極リング４４を、正極缶１０に対して溶接することなく、正極缶１０及び負極缶２０に対して固定することができる。よって、容易に製造可能な構成によって、正極缶１０に対する正極リング４４の移動を抑制することができる。

　このように、正極缶１０に対する正極リング４４の移動を抑制することにより、正極材４１と負極材４２との間に位置するセパレータ４３が損傷を受けたり、正極材４１と正極缶１０との電気的な接触が不安定になったりするのを防止できる。

　また、本実施形態では、正極リング４４のフランジ部４４ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端（周壁部２２の開口端）よりも外方に位置している。これにより、正極リング４４のフランジ部４４ｂを、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１の内面との間でより確実に挟み込むことができる。したがって、正極リング４４を、正極缶１０及び負極缶２０に対してより確実に固定することができる。

　さらに、正極リング４４のフランジ部４４ｂは、側壁部４４ａの外周全周に形成されている。これにより、フランジ部４４ｂのより広い範囲を、負極缶２０の周壁部２２の開口端と正極缶１０の底部１１の内面との間に挟み込むことができる。したがって、正極缶１０に対する正極リング４４の移動をより確実に抑制することができる。

　［実施形態２］
　図４に、実施形態２に係る扁平形電池１００の構成の一部を拡大して示す。この実施形態では、負極缶５０の周壁部５１の開口端の形状が実施形態１とは異なるとともに、正極リング６０のフランジ部６０ｂの長さも実施形態１とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成を有する部分には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

　図４に示すように、負極缶５０の周壁部５１は、拡径部５１ｂの開口端（周壁部５１の開口端）における周壁部５１の厚み方向中央部分が正極缶１０の筒軸方向に突出している。すなわち、負極缶５０の拡径部５１ｂの開口端の端面は、拡径部５１ｂの厚み方向の断面で見て、円弧状に形成されている。

　なお、負極缶５０の拡径部５１ｂの開口端の端面は、全周に亘って、拡径部５１ｂの厚み方向の断面で見て、円弧状に形成されていてもよいし、部分的に円弧状に形成されていてもよい。また、拡径部５１ｂの開口端の端面の形状は、拡径部５１ｂの厚み方向の断面で見て円弧状に限らず、他の形状であってもよい。

　正極リング６０のフランジ部６０ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周側が、負極缶５０の拡径部５１ｂの開口端において負極缶２０の筒軸方向外方に最も突出している部分（図４のＱ）よりも外方に位置するような大きさを有する。

　これにより、正極リング６０のフランジ部６０ｂが、負極缶５０の周壁部５１と正極缶１０の底部１１との間隔が最も小さくなる部分に位置付けられる。よって、正極リング６０のフランジ部６０ｂを、負極缶５０の周壁部５１と正極缶１０の底部１１との間により確実に挟み込むことができる。

　なお、正極リング６０のフランジ部６０ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶５０の拡径部５１ｂの開口端よりも外方に位置するような大きさであってもよい。また、正極リング６０のフランジ部６０ｂは、その外径が正極缶１０の底部１１の内面と同等の外径であってもよい。

　図４において、符号５１ａは、負極缶５０の周壁部５１の基端部であり、符号６０ａは、正極リング６０の側壁部である。

　（実施形態２の効果）
　この実施形態では、正極材４１を保持する正極リング６０のフランジ部６０ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶５０の拡径部５１ｂの開口端において負極缶２０の筒軸方向外方に最も突出している部分よりも外方に位置するような大きさを有する。これにより、正極リング６０のフランジ部６０ｂを、負極缶５０の周壁部５１と正極缶１０の底部１１との間により確実に挟み込むことができる。よって、正極リング６０のフランジ部６０ｂを、負極缶５０及び正極缶１０に対してより確実に固定することができる。

　［実施形態３］
　図５に、実施形態３に係る扁平形電池２００の概略構成を断面で示す。この実施形態の構成は、正極材７１の内部に、補強部材としての網部材８１が配置されている点で実施形態１の構成とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成を有する部分には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

　図５に示すように、正極材７１の内部には、正極缶１０の筒軸方向の一方の端部に補強部材としての網部材８１が配置されている。すなわち、網部材８１は、粉末状の正極合剤と一体化するように、正極リング４４内に粉末状の正極合剤とともに配置された状態で加圧される。本実施形態では、網部材８１を補強部材として用いているが、この限りではなく、板状の部材等、正極材７１を補強可能な他の部材を補強部材として用いてもよい。

　正極材７１は、実施形態１の正極材４１と同様、正極活物質として二酸化マンガンを含有しており、正極リング４４によって保持されている。すなわち、略円柱状の正極材７１の側面は、正極リング４４によって覆われている。

　正極材７１は、後述するように、粉末状の正極合剤を加圧成形した後、焼成することにより得られる。すなわち、略円柱状の正極材７１は、次のように形成される。

　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。

　前記正極合剤からなる粉末を正極リング４４内に充填した状態で加圧成形した後、成形された部材を加熱することにより、正極材７１が正極リング４４内に円柱状に形成される。なお、上述の限りではなく、正極リング４４内に正極材７１をペレット状に成形可能な方法であれば、どのような方法でもよい。

　上述のように、正極材７１は、粉末状の正極合剤を加圧成形した後、焼成することにより得られるため、脆くて壊れやすい。そのため、正極材７１を上述のように正極リング４４内に形成することで、該正極リング４４によって正極材７１の側面を補強することができる。また、上述のように正極材７１の内部に網部材８１を配置することにより、該網部材８１によっても正極材７１を補強することができる。正極材７１の補強構造については後述する。

　（正極材の補強構造）
　次に、正極材７１の補強構造について図５を用いて説明する。

　図５に示すように、略円柱状の正極材７１は、側面を正極リング４４によって覆われている。これにより、正極材７１の側面を、正極リング４４によって補強することができる。したがって、正極材７１の側面が、扁平形電池２００に入力された振動や衝撃等によって、損傷を受けるのを防止できる。

　また、図５に示すように、正極材７１における正極缶１０の筒軸方向の一方の端部には、網部材８１が配置されている。網部材８１は、正極材７１の前記筒軸方向の両端部のうち、正極缶１０の底部１１上に位置する一方の端部に配置されている。網部材８１は、筒軸Ｐに対して交差する方向に拡がるように、すなわち、略円柱状の正極材７１の端面に略平行になるように、正極材７１内に配置されている。なお、網部材８１は、正極材７１の内部に、粉末状の正極合剤と一体化するように埋設されている。すなわち、正極材７１内に網部材８１を配置することで、正極材７１を成形する際に、網部材８１の網目内に粉末状の正極合剤が入り込んで、網部材８１と正極合剤とが容易に一体化される。

　上述のように、網部材８１を、正極材７１の前記筒軸方向の一方の端部に配置することで、正極材７１において正極リング４４によって覆われていない部分、すなわち正極材７１における前記筒軸方向の一方の端部の強度を向上することができる。また、網部材８１を正極材７１の内部に配置して正極合剤と一体化することにより、正極材７１をより確実に補強することができる。さらに、網部材８１は、正極材７１の端面に対して略平行に配置されるため、正極材７１の前記筒軸方向の強度を向上することができる。

　また、網部材８１を、正極材７１の前記筒軸方向の両端部のうち、正極缶１０の底部１１上に位置する一方の端部に配置することで、正極材７１と正極缶１０の底部１１とをより確実に接触させることができる。すなわち、正極材７１の一方の端部に網部材８１を配置することにより、該一方の端部の剛性を向上できるとともに、該一方の端部の形状をより確実に保持することができる。

　網部材８１は、ステンレス鋼材からなる略円形状の部材である。網部材８１は、正極材７１の外径よりも小さい外径を有する。すなわち、網部材８１の外径は、正極リング４４の側壁部４４ａの内径よりも小さい。これにより、網部材８１は、正極リング４４の側壁部４４ａの内方に位置付けられる。

　正極リング４４の側壁部４４ａの内方に網部材８１を配置することにより、正極材７１の強度をより向上することができる。すなわち、側壁部４４ａによって正極材７１の側面を補強しつつ、網部材８１によって正極材７１の前記筒軸方向の強度を向上することができる。

　次に、正極リング４４及び網部材８１による正極材７１の補強の効果について説明する。

　正極材７１の強度を計測するために、正極材７１を正極リング４４によって保持した状態で、正極材７１を丸棒によって押圧した際の荷重の最大値を測定した。具体的には、正極材７１を、載置台に形成された穴部の上方に位置付けるように該穴部の周縁部上に配置した状態で、穴部よりも小さい外径を有する丸棒によって正極材７１を下方に押圧した。そして、正極材７１が破損する際に正極材７１に生じる応力の最大値（最大応力）を測定した。なお、正極材７１の外径は１５ｍｍであり、穴部の外径は１６ｍｍ、丸棒の外径は９．８ｍｍであった。また、正極材７１の厚みは１．７５ｍｍであった。正極材７１は、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調整された正極合剤を、正極リング４４内に加圧成形した後、２５０度で１２時間焼成することにより得た。

　実験に用いた正極材７１は、正極合剤のみからなる正極材（網部材なし）、一方の端部に網部材８１が配置された正極材（網部材あり）と、両端部に網部材８１が配置された正極材（両端部に網部材あり）の３種類を用意した。なお、正極材７１内に配置された網部材８１は、正極材４１（成形体）の外径に対して約９６％の外径を有する。

　上述の条件で実験を行った結果、網部材なしの場合には正極材７１が破損する際に生じる最大応力は約１３０ｋＰａであり、網部材ありの場合には正極材７１が破損する際に生じる最大応力は約２４０ｋＰａであった。これにより、網部材ありの場合の正極材７１は、網部材なしの場合の正極材７１に比べて、約２倍の強度を有することが分かった。また、両端部に網部材ありの場合に、正極材７１が破損する際に生じる最大応力は約３００ｋＰａであった。これにより、正極材７１の両端部に網部材を配置することで、正極材７１の強度をさらに向上できることが分かった。

　また、正極材７１の密度を変化させた場合の破壊荷重（正極材７１が破壊される際に正極材７１に作用している荷重）も、上述の最大応力と同様に、丸棒を用いて測定した。なお、正極材７１は、内部に網部材８１が配置された正極材（網部材あり）と、正極合剤のみからなる正極材（網部材なし）とを用意した。また、網部材ありの正極材７１は、網部材８１の外径を変えることにより、正極材７１の密度を変化させた。

　正極材７１（成形体）の密度を変化させた場合の破壊荷重の変化を図６に示す。この図６から、成形体の密度が大きくなるほど、破壊荷重が大きくなることが分かる。また、網部材ありの場合には、網部材なしの場合に比べて破壊荷重が大きい。この傾向は、成形体の密度が大きくなるほど、すなわち、網部材８１の外径が大きくなるほど顕著になる。よって、網部材８１の外径は、正極材７１内に配置可能な範囲で、できるだけ大きい方が好ましい。なお、図６において、網部材ありの場合と網部材なしの場合とで破壊荷重が同等の部分は、丸棒の外径よりも網部材の外径が小さい場合の計測結果である。

　（扁平形電池の製造方法）
　次に、上述のような構成を有する扁平形電池２００の製造方法について説明する。

　まず、有底円筒状の正極缶１０及び負極缶２０をそれぞれプレス成形によって形成する。また、正極材７１及び負極材４２をそれぞれ形成する。正極材７１は、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得られる粉末状の正極合剤を、プレス成形によって得られた正極リング４４内に充填して加圧成形した後、焼成することにより得られる。なお、正極リング４４内に粉末状の正極合剤を充填する際、途中で網部材８１を正極リング４４内に配置し、その上に粉末状の正極合剤をさらに充填する。これにより、正極リング４４が正極材７１の内部に埋設される。なお、負極材４２は、金属リチウムまたはリチウム合金を円盤状に形成することによって得られる。

　正極缶１０の内方に、略円柱状の正極材７１を保持した正極リング４４を配置するとともに、該正極材７１上に、セパレータ４３及び負極材４２の順に積層する。一方、負極缶２０の周壁部２２に、ガスケット３０を装着する。

　ガスケット３０が装着された負極缶２０を、正極リング４４、セパレータ４３及び負極材４２が収納された正極缶１０に対し、その開口を覆うように配置する。負極缶２０は、周壁部２２が正極缶１０の内方に位置付けられるように、該正極缶１０に対して組み合わされる。正極缶１０と負極缶２０とを組み合わせた状態で、正極缶１０の周壁部１２の開口端側を、負極缶２０の周壁部２２に対してかしめる。

　これにより、図５に示すような扁平形電池２００が得られる。

　（実施形態３の効果）
　以上の構成では、略円柱状の正極材７１は、その側面を正極リング４４によって保持されている。これにより、正極材７１の側面の強度を向上することができる。また、正極材７１には、正極缶１０の筒軸方向の端部に網部材８１が配置されている。これにより、正極材７１の前記筒軸方向の強度を向上することができる。したがって、正極リング４４及び網部材８１によって、正極材７１の耐振動性及び耐衝撃性を向上することができる。よって、振動等によって正極材７１の一部が欠落して内部短絡を生じるのをより確実に防止できる。

　網部材８１は、正極材７１の前記筒軸方向の両端部のうち、正極缶１０の底部１１上に位置する一方の端部に配置されている。これにより、正極材７１の一方の端部の強度を向上できるとともに、該一方の端部の変形を抑制できる。したがって、正極材７１と正極缶１０の底部１１とをより確実に接触させることができる。

　また、正極材７１内に網部材８１を埋設することにより、正極材７１を成形する際に、網部材８１の網目の中に粉末状の正極合剤が入りこんで、網部材８１と正極合剤とがより強固に一体化される。これにより、正極材７１の強度をより確実に向上することができる。

　（その他の実施形態）
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の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の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。

　前記実施形態１では、正極リング４４のフランジ部４４ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶２０の拡径部２２ｂの開口端よりも外方に位置するような大きさである。しかしながら、正極リング４４のフランジ部４４ｂは、正極缶１０の筒軸方向から見て、外周端が負極缶２０の拡径部２２ｂの内周面よりも外方に位置するような大きさであってもよい。

　前記各実施形態では、正極リング４４，６０のフランジ部４４ｂ，６０ｂが、側壁部４４ａ，６０ａの外周全周に亘って円環状に形成されている。しかしながら、フランジ部を側壁部４４ａ，６０ａの一部のみに設けてもよい。ただし、図３の関係を有する場合には、側壁部４４ａを挟んで対向する部分にフランジ部を設ける必要がある。また、フランジ部の形状は、円環状以外の形状であってもよい。同様に、側壁部４４ａ，６０ａの形状も円筒状以外の形状であってもよい。

　前記各実施形態では、負極缶２０，５０の周壁部２２，５１は、開口側の端面が正極缶１０の底部１１側に位置するように、概略円筒状に形成されている。しかしながら、負極缶の周壁部の開口側を折り曲げて、その折曲部分と正極缶１０の底部１１との間でガスケット３０を挟み込んでもよい。

　前記各実施形態では、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。この場合には、正極材と負極材の配置も逆になるため、負極材を保持する負極リングが外装缶である負極缶に固定される。

　前記各実施形態では、正極材４１，７１は略円柱状である。しかしながら、正極材４１，７１は、柱状であれば、四角柱など、他の形状であってもよい。

　前記実施形態３では、網部材８１は、正極材７１の前記筒軸方向の端部に配置されている。しかしながら、正極リング４４によって覆われていない部分であれば、網部材８１を、正極材７１の内部または表面のどこに配置してもよい。例えば、網部材８１を、正極材７１内の前記筒軸方向の中央部分に配置してもよい。また、網部材８１の一部は、正極材７１のうち正極リング４４によって覆われている部分に配置されていてもよい。さらに、前記実施形態では、網部材８１は、正極材７１内に、前記筒軸方向と交差するように配置されているが、正極材７１を補強可能な配置であれば、網部材８１をどのように配置してもよい。

　前記実施形態３では、正極材７１の前記筒軸方向の両端部のうち、網部材８１が位置する一方の端部が、正極缶１０の底部１１上に位置している。しかしながら、正極材７１の前記筒軸方向の両端部のうち、網部材８１が位置しない他方の端部が、正極缶１０の底部１１上に位置するように、正極材７１が配置されていてもよい。

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

Claims (13)

1. 　有底筒状の外装缶と、
   　前記外装缶の開口を覆う有底筒状の封口缶と、
   　前記外装缶と前記封口缶との間に形成される空間内に配置された正極材及び負極材と、
   　前記外装缶に対して前記正極材及び前記負極材のいずれか一方の部材を固定するための台座と、を備え、
   　前記外装缶は、底部と、筒軸方向に延びる筒状側壁部とを有し、
   　前記封口缶は、前記外装缶の開口を覆った状態で前記外装缶の内方に位置付けられる周壁部を有し、
   　前記台座は、前記一方の部材を保持する保持部と、前記筒軸方向から見て前記封口缶の周壁部の開口端と重なるように前記保持部から外方に延びるフランジ部とを有し、
   　前記フランジ部は、前記封口缶の周壁部の開口端と前記外装缶の底部の内面との間に挟み込まれている、扁平形電池。
2. 　請求項１に記載の扁平形電池において、
   　前記外装缶は、底部の内面が平坦である、扁平形電池。
3. 　請求項１または２に記載の扁平形電池において、
   　前記フランジ部は、前記筒軸方向から見て、前記封口缶の周壁部の開口端において前記筒軸方向に最も突出している部分と重なるような大きさに形成されている、扁平形電池。
4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   　前記フランジ部は、前記筒軸方向から見て、外周端が前記封口缶の周壁部の開口端よりも外方に位置するような大きさに形成されている、扁平形電池。
5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   　前記フランジ部は、外周端が前記外装缶の底部の内面の最外周よりも内側に位置するような大きさに形成されている、扁平形電池。
6. 　請求項１から５のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   　前記フランジ部は、前記保持部を囲むように該保持部の外周全周に形成されている、扁平形電池。
7. 　請求項１に記載の扁平形電池において、
   　前記フランジ部は、前記保持部の外周の少なくとも一部に、前記保持部を挟んで対向するように形成されているとともに、前記筒軸方向から見て、外周端の一部が前記外装缶の底部の内面の最外周に位置する場合、前記一部とは前記保持部を挟んで反対側の外周端が、前記封口缶の周壁部の開口端と重なるような大きさに形成されている、扁平形電池。
8. 　請求項１から７のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   　前記封口缶の周壁部の開口端と前記外装缶の底部の内面との間には、シール部材が配置されていて、
   　前記フランジ部は、前記シール部材と前記外装缶の底部の内面との間に挟み込まれている、扁平形電池。
9. 　請求項１から８のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
   　前記一方の部材において前記台座によって覆われていない部分に配置され、当該部分を補強する補強部材をさらに備える、扁平形電池。
10. 　請求項９に記載の扁平形電池において、
    　前記一方の部材は、前記筒軸方向に延びる柱状に形成されていて、
    　前記台座は、前記一方の部材の側面を覆うように配置されていて、
    　前記補強部材は、前記一方の部材における前記筒軸方向の端面に配置されている、扁平形電池。
11. 　請求項１０に記載の扁平形電池において、
    　前記補強部材は、前記筒軸方向と交差する方向に拡がるように、前記一方の部材内に配置されている、扁平形電池。
12. 　請求項１０または１１に記載の扁平形電池において、
    　前記一方の部材は、前記外装缶上に前記端面が位置するように配置されている、扁平形電池。
13. 　請求項９から１２のいずれか一つに記載の扁平形電池において、
    　前記補強部材は、網状の部材である、扁平形電池。

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