JP2005276579A

JP2005276579A - 扁平角型電池

Info

Publication number: JP2005276579A
Application number: JP2004086778A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yoshikawa; 博和吉川; Hideto Itano; 秀人板野; Tetsuo Kawai; 徹夫川合
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】扁平角型電池に関して、電池内容積を良好に担保しながら、かしめ加工時においてコーナー部分にシワができることを確実に阻止する。
【解決手段】正極缶５は、フェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材を素材とするものとする。正極缶５の底面壁のコーナー部分１９の半径寸法Ｒは、内方に向けてかしめ加工される周側壁の開口上端部分の板厚寸法ｔに対して、Ｒ／ｔ＝８〜２０の関係を満たすものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電要素を収容する電池缶が、四角形状の底面壁の外周から周側壁を上向きに曲げた扁平角皿状の正極缶と、四角形状の上面壁の外周から周側壁を下向きに曲げた扁平角皿状の負極缶とを含み、前記正極缶の前記周側壁の開口上端部分が内方に向けて封口ガスケットを介してかしめ加工された扁平角型電池に関する。

本発明のように、正極缶の底面壁のコーナー部がアール状となっている扁平角型電池の分野において、コーナー部の半径寸法（Ｒ）（図１参照）を、周側壁の開口上端部分の板厚寸法（ｔ）（図３参照）との関係で規定すること自体は、特許文献１に公知である。そこでは、Ｒ／ｔ＝２〜２０の関係式を満たすように、コーナー部の半径寸法（Ｒ）を設定しており（請求項５）、これによれば「金属プレスによる加工に無理がなく、小さいコーナー部半径で角形に形成することができる」とある（段落番号００１５）。なお、特許文献１においては、正極缶はステンレス板を用いている（段落番号００２２）。

特開２００２−１２４２１９号公報（請求項５、図３、段落番号００１５、段落番号００２２）

上記特許文献の問題は、コーナー部分の半径寸法（Ｒ）を上記範囲とした場合でも、かしめ加工時に直線部分とコーナー部分との加圧力が不均一となり、その結果、図４に示すように、正極缶５のコーナー部分１９にシワ３０ができやすいことにある。このようにコーナー部分１９にシワ３０ができると、電池全体の外観上の体裁が著しく損なわれるほか、封口性が低下して液漏れを生じる。コーナー部分の半径寸法（Ｒ）が大きくとれば、シワ３０の発生を良好に防ぐことができるものの、その場合にはデッドスペースが大きくなって電池内容積の低下を招く。

本発明の目的は、扁平角型電池に関して、電池内容積を良好に担保しながら、かしめ加工時において直線部分とコーナー部分との加圧力が不均一となることに起因してコーナー部分にシワができることを阻止し、以て封口性の低下による耐漏液性の低下と、外観体裁が損なわれることとを確実に防ぐことにある。

本発明は、図２に示すように、正極材１０、負極材１１などの発電要素を収容する電池缶１が、四角形状の底面壁２の外周から周側壁３を上向きに曲げた扁平角皿状の正極缶５と、四角形状の上面壁６の外周から周側壁７を下向きに曲げた扁平角皿状の負極缶９とを含み、図３に示すように、前記正極缶５の前記周側壁３の開口上端部分３ａが内方に向けて封口ガスケット１７を介してかしめ加工された扁平角型電池である。

そのうえで、前記正極缶５は、フェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材を素材とするものとする。そして、図１に示すごとく、前記正極缶５の前記底面壁２のコーナー部分１９がアール状とされており、その半径寸法（Ｒ）が、内方に向けてかしめ加工される前記周側壁３の開口上端部分３ａの板厚寸法（ｔ）と、Ｒ／ｔ＝８〜２０の関係に設定されていることを特徴とする。

前記ステンレス鋼は、そのビッカーズ硬度が１３０〜３００の範囲にあるものであることが好ましい。当該ビッカーズ硬度を満足するフェライト系のステンレス鋼の具体例としては、ＳＵＳ４３０やＳＵＳ４４４などを挙げることができる。

扁平角型電池の内容積は、正極缶５の底面壁２のコーナー部分１９を直角（Ｒ＝０）としたときに最大となるため、かしめ加工の容易化を図るためにコーナー部分１９をアール状とした場合にも、その半径寸法（Ｒ）を可及的に小さくすることが、大きな内容積を担保するうえで好ましいことではある。しかし、半径寸法（Ｒ）が小さすぎると、かしめ加工によりコーナー部１９に圧縮応力が働いた際に、図４に示すようなシワ３０が発生するおそれがある。このようにシワ３０ができる半径寸法（Ｒ）の下限値は、内方に向けてかしめ加工される周側壁３の開口上端部分３ａの板厚寸法（ｔ）はもとより、正極缶５の材質（ステンレス鋼の種別）によっても大きく左右されるものである。

そこで、本発明者等は、種々のステンレス鋼を用いて正極缶５を作製するとともに、そのコーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を適宜に変化させた結果、フェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材を正極缶５の素材として選択するとともに、当該材質において、かしめ加工時にシワ３０が生じない半径寸法（Ｒ）の最小値は、周側壁３の開口上端部分３ａの板厚寸法（ｔ）に対してＲ／ｔ＝８を満たすものであることを見出した。すなわち、コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）が、Ｒ／ｔ＝８以上であれば、かしめ加工時においてコーナー部分１９にシワ３０ができることがなく、耐漏液性に優れた扁平角型電池を得ることができる。また、シワ３０が生じないため、外観上の体裁が低下する不具合も一切ない。加えて、Ｒ／ｔ＝２０以下であれば、概ね良好な電池内容積を確保できる。

一例を挙げると、板厚寸法（ｔ）が0.２５mmのＳＵＳ４３０ステンレス鋼を用いて、コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を２mm以上に設定して、電池缶１を形成した場合には（Ｒ／ｔ＝８）、コーナー部分１９にシワ３０は一切見られなかった。また、縦・横寸法が２４mm×２４mmで、厚み寸法が３mmの正方形状の扁平角型電池では、半径寸法（Ｒ）が５mm以下であれば（Ｒ／ｔ＝２０）、９７％以上の電池内容積比率を得ることができる。ここで電池内容積比率とは、正極缶５の底面壁２のコーナー部分１９を直角（Ｒ＝０）としたときの電池内容積に対する割合を意味する。

材料の機械的性質には、引張り強さ、伸びおよび硬度などがあり、それらの関係は、材料硬度が低ければ引張り強さは小さくなり、伸びは大きくなる。逆に硬度が高くなるほど引張り強さは向上するが、伸びは低下する。そのため、本発明者等は扁平角型電池の正極缶５の材料として適した硬度は、ビッカーズ硬度１３０以上、３００以下の範囲とする。これは１３０を下回るとかしめが不十分となり、耐漏液性が不良となること、３００を超えると、シワができやすくなり、耐漏液性の低下と外観体裁の不良を招くことによる。

図１ないし図３は、本発明の実施形態に係る扁平角型電池を示す。発電要素を収容する電池缶１は、正方形の底面壁２の外周から周側壁３を上方へ向けて垂直に曲げた金属製の正極缶５と、正方形の上面壁６の外周から周側壁７を下方へ向けた金属製の負極缶９とを含む。正極缶５は、ＳＵＳ４３０に代表されるフェライト系ステンレス鋼、あるいは当該フェライト系ステンレス鋼を母材としたアルミクラッド材を素材とするものである。ＳＵＳ４３０のビッカーズ硬度は、１７０程度である。

発電要素として、正極缶５には、活物質である二酸化マンガンをプレス成形した正極材１０が収納され、負極缶９には、金属リチウムからなる負極材１１が収納されている。正極材１０と負極材１１との間には、ポリプロピレン製不織布からなるセパレータ１２が介在する。電解液は、溶媒としてのプロピレンカーボネート（ＰＣ）／1.２−ジトメキシエタン（ＤＭＥ）＝１／１（体積比）に、溶質として0.５Ｍ過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌ₄ ）を溶解させたものを用いた。

電池組み立て前のブランク状態における正極缶５は、図２に示すごとく上面が開口する角皿状を呈している。一方、ブランク状態における負極缶９は、図２に示すごとく下面が開口する角皿状を呈している。

負極缶９の周側壁７は、図３に示すごとく、上下の中間に外側へ張り出す段部１３を有し、該段部１３より下方の下端部１５が垂直状に形成されており、下端部１５の外側に下端部１５の下端全周からばね片１６が上向きに折り返し形成されている。

電池の組み立てに際しては、図２に示すごとく、負極缶９の周側壁７に封口ガスケット１７を装着して、正極缶５に負極缶９を嵌合し、正極缶５の周側壁３の開口上端部３ａを内方に向けてかしめ加工する。これで正極缶５の周側壁３と、負極缶９の周側壁７の段部１３、下端部１５およびばね片１６との間において封口ガスケット１７が圧縮状態に加工されて介在する。封口ガスケット１７は、ポリプロピレン樹脂やポリフェニリンサルファイド樹脂などの絶縁材を素材にして、射出成形によって成形されている。

よって得られた電池缶１は、底面壁２の一辺が２４mmの正方形で、電池厚みは３mmとした。また、四隅のコーナー部分１９に係る円弧の半径寸法（Ｒ）は、周側壁３の板厚寸法（ｔ）に対して、Ｒ／ｔ＝８〜２０となるものとした。具体的には、周側壁３を含む板厚寸法（ｔ）が0.２５mmの場合には、Ｒ値の好適な範囲は２〜５mmとした。このように半径寸法Ｒを規定したのは、当該数値範囲内であれば、電池内容積の低減を最小限に抑えることができること、何よりも正極缶５の素材としてＳＵＳ４３０に代表されるフェライト系ステンレス鋼、あるいは当該フェライト系ステンレス鋼を母材としたアルミクラッド材を選択したことと相俟って、コーナー部分１９にシワ３０（図４参照）ができることを阻止して、液漏れの発生と外観体裁の低下を確実に防ぐことが可能となることによる。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０（ビッカーズ硬度１７０）のステンレス板を用いて、図１ないし図３に示すような正極缶５を作製した。周側壁３の開口上端部分３ａの板厚寸法（ｔ）を含む、ステンレス板の板厚寸法は0.２５mmとした。電池缶１は２４mm×２４mmの略正方形状の扁平角型とし、四隅のコーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）は３mmとした。電池缶１の厚み寸法は３mmとした。このときのＲ／ｔ値は１２である。

（実施例２）
コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を２mmとしたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係る扁平角型電池を作製した。このときのＲ／ｔ値は８である。

（実施例３）
コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を４mmとしたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３に係る扁平角型電池を作製した。このときのＲ／ｔ値は１６である。

（実施例４）
ＳＵＳ４３０を母材としてなるクラッド材で、正極缶５を作製したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例４に係る扁平角型電池を作製した。このクラッド材は、ＳＵＳ４３０の厚み寸法が２８５μｍで、アルミの厚み寸法が１５μｍであり、全体として0.３mmの板厚寸法を有するものであった。なお、このときのＲ／ｔ値は１０である。

（比較例１）
コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を1.５mmとしたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１に係る扁平角型電池を作製した。このときのＲ／ｔ値は６である。

（比較例２）
コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ）を６mmとしたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３に係る扁平角型電池を作製した。このときのＲ／ｔ値は２４である。

以上のような実施例１乃至４、および比較例１、２に係る扁平角型電池に対して、電池内容比率を求めた。ここで電池内容比率とは、コーナー部分１９を直角（Ｒ＝０）とした場合の電池内容積を１として、それに対する割合を意味する。また、かしめ加工後のコーナー部１９におけるシワの発生状況と、耐漏液性試験を行った。耐漏液性試験は、６０℃、９０％ＲＨ貯蔵８０日後の結果を示す。その結果を表１に示す。

扁平角型電池の内容積は、コーナー部分１９が直角の場合、すなわち完全な正方形の場合が最大であるが、正極缶５をかしめて封口するには、コーナー部分１９を円弧状（Ｒ状）とすることが必要となる。本発明者等は、内容積比率は0.９７以上であれば製品として許容できる範囲であると考えており、当該観点からすると、比較例２のごとく、コーナー部分１９の半径寸法（Ｒ値）が６mmの形態（Ｒ／ｔ＝２４）は、内容積が小さすぎ、実用上問題がある。これに対して、実施例１乃至４の形態では、いずれも内容積比率は0.９７以上であり、その点で扁平角型電池として好適である。

一方、比較例１より、Ｒ／ｔ値が６となると、半径寸法は小さいため内容積比率は良好な値を示すものの、コーナー部分１９にシワが発生したり、液漏れを生じたりすることがわかる。これに対して実施例１乃至４のように、正極缶５の材質をフェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材としたうえで、Ｒ／ｔ値を８〜２０程度としてあると、コーナー部分１９にシワが発生することがなく、従って電池の外観体裁を良好に保つことができ、しかも液漏れがなく、動作上の不具合もないことがわかる。以上より、正極缶５の材質をフェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材とするとともに、Ｒ／ｔ値を８〜２０としてあると、電池内容積を良好に確保できるとともに、外観上の体裁と耐漏液性に優れた扁平角型電池が得らえることが確認できた。

上記実施例においては、フェライト系のステンレス鋼としてＳＵＳ４３０を用いたが、例えばＳＵＳ４４４などであってもよい。

本発明に係る扁平角型電池の平面図である。分解状態での縦断面図である。要部の縦断面図である。従来の扁平角型電池の問題点を示す図である。

符号の説明

１電池缶
２正極缶の底面壁
３正極缶の周側壁
３ａ周側壁の開口上端部分
５正極缶
６負極缶の上面壁
７負極缶の周側壁
９負極缶
１７封口ガスケット
１９コーナー部分
Ｒコーナー部分の半径寸法
ｔ周側壁の開口上端部分の板厚寸法

Claims

発電要素を収容する電池缶が、四角形状の底面壁の外周から周側壁を上向きに曲げた扁平角皿状の正極缶と、四角形状の上面壁の外周から周側壁を下向きに曲げた扁平角皿状の負極缶とを含み、前記正極缶の前記周側壁の開口上端部分が内方に向けて封口ガスケットを介してかしめ加工された扁平角型電池であって、
前記正極缶は、フェライト系のステンレス鋼、又はこれを母材としてなるクラッド材を素材とするものであり、
前記正極缶の前記底面壁のコーナー部分はアール状とされており、その半径寸法（Ｒ）が、内方に向けてかしめ加工される前記周側壁の開口上端部分の板厚寸法（ｔ）と、Ｒ／ｔ＝８〜２０の関係に設定されていることを特徴とする扁平角型電池。
前記ステンレス鋼は、そのビッカーズ硬度が１３０〜３００の範囲にあるものである請求項１記載の扁平角型電池。