JP5077913B2 - 扁平形電池 - Google Patents

Description

本発明は、ボタン型電池やコイン型電池などの扁平形電池に関する。

携帯用の小型電子機器などの外部機器の電源としては、扁平形の一次電池が多く使用されている。この扁平形電池は、正極材や負極材などを含む発電要素が電池容器内に収容されており、前記電池容器を構成する金属製の外装缶と封口蓋とが、外部機器の正負の端子に接触接続するための接続端子をそれぞれ兼ねている。

前記封口蓋は、ガスケットを介して外装缶の開口に嵌め込まれており、外装缶と封口蓋との間が前記ガスケットによって絶縁されている。かかる外装缶と封口蓋との間隔は小さいために、金属片などが外装缶と封口蓋とに同時に接触するおそれが高く、これによって外装缶と封口蓋とを短絡させるおそれがある。

特に、使用済みの扁平形電池を廃棄する場合には、前記短絡が起こり易いことになる。つまり、前記電池は、使用後に電器店や家電量販店などに配置した回収ボックスに集められて回収されるが、回収ボックス内では、電池が無造作に積み上げられた状態で収容される。このため、いずれか一の電池に対して、別の電池が、例えば斜めの姿勢で接することがあり、別の電池によって一の電池の外装缶と封口蓋とが短絡することがある。

また、前記電池は、多くの容量を残したままで使用済みとして廃棄されることがあるために、前記短絡が生じると大電流の放電が生じ、これに伴う電池の発熱や電池内でのガス発生によって電池の破裂などが発生するおそれがある。この対策としては、特許文献１・２に示すごとく、外装缶や封口蓋を絶縁性樹脂で被覆することが考えられる。

実開昭５８−５２８６４号公報（第２図） 特開平３−１１６６５２号公報（第１−３図） 特開２００２−９３３９５号公報（図１）

特許文献１の電池では、外装缶（正極ケース）の周側面の全体が絶縁性樹脂で被覆されるために、その分だけ電池の外径寸法が大きくなって規格から外れてしまう。これに伴って、外部機器に装着できなくなるおそれがある。この場合、絶縁性樹脂の厚さ分だけ電池自体の外径寸法を小さくすることも考えられるが、その分だけ電池容量が小さくなるところに問題がある。

また、特許文献３に示すごとく外部機器の正負の端子のうち、一方の端子は、外装缶の周側面に接触して接続されることが一般的である（特許文献３では正極端子）。このため、前述のごとく外装缶の周側面の全体が絶縁性樹脂で被覆されていると、外部機器と電池とが接続できなくなる。

特許文献２の電池でも、外装缶（正極缶）の周側面において周方向の少なくとも半分が絶縁被覆膜で覆われるために、その分だけ電池の外径寸法が大きくなって、外部機器に装着できなくなるおそれがある。

そこで本発明の目的は、電池の外形寸法を変更することなく、別の電池などとの接触で外装缶と封口蓋とが短絡することを防止できる扁平形電池を提供することにある。

本発明が対象とする扁平形電池は、図１に示すごとく、上向きに開口する外装缶３に封口蓋５をガスケット６を介して嵌め込むことで電池容器１を形成してあり、封口蓋５の上面５ａが露出した状態で外装缶３と封口蓋５との間がガスケット６によって絶縁されている。ここでの扁平形電池は、ボタン型電池やコイン型電池などの円形形状の電池の他に、四角形状などの多角形形状の電池なども含まれる。扁平形電池としては、外装缶３が正極かつ封口蓋５が負極となる場合と、外装缶３が負極かつ封口蓋５が正極となる場合とが含まれる。なお、コイン型電池としては、例えば電池の高さ寸法よりも径寸法の方が大きいものが該当する。

本発明の扁平形電池の封口蓋５は、その上面５ａの周縁から外装缶３の内部へ向けて下向きに延びる肩部５ｂを有しており、図１および図２に示すごとく、封口蓋５の上面５ａの周縁部から、肩部５ｂを含む封口蓋５の上部周面にかけて、絶縁性を有する被覆部１１が周回状に形成してあることを特徴とする。ここでの被覆部１１の素材は、紫外線硬化型、熱硬化型あるいは常温硬化型の樹脂などが該当する。被覆部１１は、封口蓋５に対して塗布、印刷、吹き付けあるいは貼り付けなどの手法によって配される。被覆部１１の素材が、前記紫外線硬化型の樹脂の場合には、硬化前の樹脂を封口蓋５に塗布などしたのちに紫外線が照射されて硬化される。被覆部１１の素材が、前記熱硬化型の樹脂の場合には、硬化前の樹脂を封口蓋５に塗布などしたのちに加熱されて硬化される。被覆部１１は、硬質であってもよいが、柔軟性を有するものであってもよい。

被覆部１１は、封口蓋５の肩部５ｂよりもさらに下側まで形成する。

さらに詳しく説明すると、被覆部１１は、図２に示すごとく、封口蓋５の上面５ａにおいて、前記外部機器の端子１６が接触する領域５ｃ以外の領域５ｄに形成されている。

被覆部１１が、錆びなどを発生させ難い素材で形成される場合には、コストの点から封口蓋５を鉄または鉄を主成分とする鉄鋼を用いて形成することが好ましい。封口蓋５は、全体を鉄または鉄鋼のみで形成してもよいが、クラッド鋼板などのように鉄または鉄鋼と、その他の種類の金属とを層状に重ね合わせたものであってもよい。この場合、最も外側の層が鉄または鉄鋼であってもよい。

被覆部１１の素材が、紫外線硬化型の樹脂の場合には、前記鉄や鉄鋼では硬化前の樹脂を塗布などしたことに起因する錆びなどが発生し易いために、封口蓋５は、少なくとも被覆部１１に接する領域５ｄをステンレス鋼で形成することが好ましい。封口蓋５は、全体をステンレス鋼のみで形成してもよいが、ステンレス鋼とその他の種類の金属とを層状に重ね合わせたものであってもよい。この場合には、最も外側の層がステンレス鋼で形成されることになる。また、封口蓋５のうち、被覆部１１に接する領域５ｄ以外の部分は、前記鉄鋼などで形成してもよい。

電池容器１の内部に、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極材を含む発電要素２が収容されていてもよい。

本発明によれば、別の電池や金属片などの金属体１２が誤って接触した場合などにおいても、被覆部１１によって、ガスケット６を挟んで隣接する外装缶３と封口蓋５とが短絡することが抑制される。しかも、被覆部１１は、封口蓋５の上面５ａの周縁付近のみに形成され、外装缶３の周側面３ａなどには形成されないので、被覆部１１を配したことによる電池の外形寸法の増加を抑えることができる。したがって、収容可能な電池の寸法が予め決まっている外部機器の電池収容部１５に装着するために、電池容器１を小さくしなくても済み、その分だけ電池容量の減少を防止できる。

被覆部１１が形成される領域５ｄが少ないので、被覆部１１の素材の使用量を低減できて、電池製造に要するコストを抑えることができる。しかも、前記被覆部１１が形成される領域が少ない分だけ、電池に対する前記素材の均一な塗布や硬化が可能になる。

被覆部１１を封口蓋５の上面５ａの周縁部５ｄから肩部５ｂにかけて形成すると、図１に示すごとく、金属体１２が、封口蓋５の上面５ａの縁側から外装缶３側へ向けて下り傾斜状の姿勢で接触しようとしても、被覆部１１が金属体１２に臨む封口蓋５の肩部５ｂまでも被覆しているので、封口蓋５と外装缶３との間の短絡を確実に阻止できる。

外部機器の正負の端子１６・１７は、一般に、封口蓋５の上面５ａの中央部５ｃと、外装缶３の周側面３ａとにそれぞれ接触する。これに応じて、前記端子１６が接触する領域である封口蓋５の上面５ａの中央部５ｃ以外の領域５ｄに被覆部１１を形成したので、外部機器の端子１６と封口蓋５との確実な接触を確保することができる。

封口蓋５を鉄または鉄鋼を用いて形成すると、封口蓋５の材料コストを低減でき、その分だけ電池の製造に要するコストを低減できる。

被覆部１１の素材として紫外線硬化型の樹脂を用いると、紫外線の照射で短時間に樹脂を硬化できるために製造能率を向上させることができ、かつ前記紫外線の照射では電池が加熱され難いので、過度の加熱による電池性能の低下を抑制できる。そのうえで、封口蓋５にステンレス鋼を用いることで、硬化前の樹脂によって封口蓋５に錆びなどが発生することを確実に防止できて、硬化させたのちの被覆部１１が電池から剥がれ落ちることなどを確実に防止できる。

かかる発明を、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極材を含む発電要素２が収容されている扁平形電池に適用すると、この扁平形電池は、外部機器での使用後も２Ｖ以上の電圧を有していて短絡時の熱発生量が大きいが、本発明の被覆部１１によって短絡を防止することで、前記短絡による熱発生を的確に抑制できる。

図面は、本発明が対象とする扁平形電池としての一次電池の実施例を示している。電池容器１は、図１に示すごとく、上向きに開口する浅皿形状の正極缶（外装缶）３と、下向きに開口する浅皿形状の負極缶（封口蓋）５とからなっており、全体が扁平なコイン形状に形成される。前記扁平形電池の公称電圧は３Ｖである。電池容器１の内部には、発電要素２が収容されており、正極缶３と負極缶５との周縁間には、円環状のガスケット６が配されている。

そして、正極缶３の内部に発電要素２を収容した状態で、負極缶５がガスケット６を介して正極缶３の開口内縁側に嵌め込まれて、かしめ固定されることで（図１の状態）、ガスケット６によって正極缶３と負極缶５との間が封止（密封）された電池容器１が形成される。ガスケット６は、正極缶３と負極缶５との間を絶縁する。前記扁平形電池は、外径寸法が２０mm、全厚寸法が3.２mmである。

発電要素２は、正極活物質としての二酸化マンガンなどを含有する円盤形状の正極材７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形状に形成した負極材９と、不織布製のセパレータ１０と、ＬｉＣｌＯ₄ などを含有する非水電解質とを含み、正極材７の上側にセパレータ１０を介して負極材９が配される。ガスケット６は、ポリアミド系樹脂やポリプロピレン樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などを素材とする射出成形品からなる。

正極缶３および負極缶５は、ステンレス鋼などの鉄合金や、鉄や、鉄を主成分とする鉄鋼などからなる。図１および図２に示すごとく、負極缶５の上面５ａの周縁に沿って、絶縁性を有する絶縁被覆部１１が周回状に被覆形成されている。つまり、絶縁被覆部１１は、負極缶５の上面５ａにおいて、その中央部５ｃ以外の領域５ｄに形成してある。絶縁被覆部１１は、例えば、紫外線硬化型、熱硬化型あるいは常温硬化型などの絶縁性樹脂を素材として形成される。

絶縁被覆部１１は、厚さ寸法が0.０１〜0.５mmの範囲内になるよう形成される。絶縁被覆部１１の厚さ寸法が0.５mmよりも大きい場合には、その分だけ扁平形電池の全厚寸法が大きくなり過ぎて、規格品の扁平形電池を使用する電子機器に設けた電池収容部１５（図３参照）に装着することが困難になるために好ましくない。

負極缶５は、図１に示すごとく、その上面５ａの周縁から正極缶３の内部へ向けて下向きに延びる肩部５ｂを有しており、絶縁被覆部１１は、負極缶５の上面５ａの周縁部５ｄから肩部５ｂにかけて形成されている。これにより、例えば、別の電池などの金属体１２が、電池容器１の上部周縁に対して斜めの姿勢で当接しようとしても、負極缶５の上面５ａの周縁部５ｄおよび肩部５ｂが絶縁被覆部１１で被覆されているために、金属体１２が正極缶３の上端部と同時に負極缶５の上面５ａの周縁部５ｄや肩部５ｂに接触することが防止される（図１の二点鎖線図参照）。

図１では、正極缶３の上端部が負極缶５の上面５ａよりも低くなっているが、正極缶３の上端部と負極缶５の上面５ａとがほぼ等しい高さであってもよい。この場合でも、金属体１２が、正極缶３の上端部と負極缶５の上面５ａや肩部５ｂとを同時に接触することが絶縁被覆部１１によって防止される。絶縁被覆部１１は、少なくとも負極缶５の上面５ａの周縁部５ｄを被覆すればよいが、負極缶５の肩部５ｂよりもさらに下側まで被覆してもよい。

絶縁被覆部１１で囲まれた負極缶５の上面５ａの中央部５ｃは露出しており、図３に示すごとく、電子機器の電池収容部１５に扁平形電池を収容したときには、電池収容部１５に配した負極端子１６の先端部が、負極缶５の上面５ａの中央部５ｃに接触して接続される（図２参照）。電池収容部１５に配した正極端子１７の先端部は、正極缶３の周側面３ａに接触して接続される。

絶縁被覆部１１を形成する絶縁性樹脂として紫外線硬化型の樹脂を用いた場合には、紫外線の照射で短時間に樹脂が硬化するために製造能率がよいが、硬化前の液体状態で一般的に弱酸性であるため、硬化前の液体状のまま負極缶５に長期間滞在していると、負極缶５を腐食させて表面に錆びを発生させることがある。この場合、電池の見栄えを損なううえ、錆びの発生量が大きい場合には、硬化させたのちの絶縁被覆部１１が剥がれ落ちるおそれがある。

このため、前記絶縁性樹脂として紫外線硬化型の樹脂を用いる場合には、負極缶５にはステンレス鋼を用いることが好ましい。前記絶縁性樹脂として常温硬化型や熱硬化型の樹脂を用いる場合には、前述の錆びの発生がほとんどないために、ステンレス鋼よりも安価な鉄や鉄を主成分とする鉄鋼を用いることが好ましい。

なお、負極缶５は、クラッド鋼板などのように複数種類の金属を層状に重ね合わせたものであってもよい。この場合、前記絶縁性樹脂として紫外線硬化型の樹脂を用いる場合には、最も外側の金属層が前述のステンレス鋼となることが好ましく、前記絶縁性樹脂として常温硬化型や熱硬化型の樹脂を用いる場合には、最も外側の金属層が前述の鉄や鉄鋼となることが好ましい。

本発明にかかる扁平形電池の縦断面図 本発明の扁平形電池の平面図 扁平形電池を電子機器などの電池収容部に収容した状態を示す縦断面図

符号の説明

１ 電池容器
２ 発電要素
３ 正極缶
５ 負極缶
５ａ 上面
５ｂ 肩部
５ｃ 中央部
５ｄ 周縁部
６ ガスケット
９ 負極材
１１ 絶縁被覆部
１６ 負極端子

Claims (2)

1. 上向きに開口する外装缶に封口蓋をガスケットを介して嵌め込むことで電池容器を形成してあり、前記封口蓋の上面が露出した状態で前記外装缶と前記封口蓋との間が前記ガスケットによって絶縁されている扁平形電池において、
   前記封口蓋は、その上面の周縁から前記外装缶の内部へ向けて下向きに延びる肩部を有しており、
   前記封口蓋の上面の周縁部から、前記肩部を含む前記封口蓋の上部周面にかけて、絶縁性を有する被覆部が周回状に形成してあることを特徴とする扁平形電池。
2. 前記被覆部が、前記封口蓋の肩部よりもさらに下側まで形成してある請求項１に記載の扁平形電池。

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