JP2005050609A

JP2005050609A - 密閉形蓄電池

Info

Publication number: JP2005050609A
Application number: JP2003204526A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Kono; 勝也河野; Mikiaki Tadokoro; 幹朗田所; Takamasa Obara; 崇正小原; Akiyoshi Yoshinari; 章善吉成
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: CN1297032C; JP4243148B2; US20050026033A1; CN1581560A

Abstract

【課題】過電流や過熱によってＰＴＣ素子の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子が容易に膨張できるような組み付け構造の封口体とすることにより、短絡時の大電流発生を防止するとともにＰＴＣ素子による極度の温度上昇を防止して、安全性が向上した密閉形蓄電池を提供する。
【解決手段】本発明の封口体１０は、正極キャップ１２のフランジ部１２ａと底板１１の外周部１１ｃに形成された折り返し部１１ｄとの間でＰＴＣ素子リング１６が弾性的に固定されているので、温度上昇したＰＴＣ素子リング１６は容易に膨張することが可能となる。これにより、ＰＴＣ素子リング１６が所定の温度になると所定の抵抗値となって、大電流をトリップすることが可能となり、安全性が向上した密閉形蓄電池を提供することができるようになる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、リチウムイオン電池などの密閉形蓄電池に係り、特に、端子を兼ねるキャップ部と外装缶の開口部を封止する底板とで形成された弁室内に圧力弁を有する封口体を備えるとともに、過電流や過熱によって膨張して所定の温度以上になるとその抵抗値が急激に上昇する性質を有するＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が前記封口体の一部に固定された密閉形蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの密閉形蓄電池は、放電時の作動電圧が約１．２Ｖであることから、いわゆるＡＡサイズやＡＡＡサイズのものにおいては、マンガン乾電池やアルカリ一次電池（アルカリ乾電池）などの単３形や単４形の互換用として使用されることがある。ところが、電池が外部短絡や逆挿入などの誤使用を受けた場合、マンガン乾電池やアルカリ乾電池は出力特性が低いために、それほどの大電流は流れない。しかしながら、上述のような密閉形蓄電池は、大電流放電が可能なために短絡電流も大きく、発熱や大電流による焼損を発生するという問題点があった。
【０００３】
この種の発熱や大電流による焼損を防止するために、リチウムイオン電池においては温度が上昇すると抵抗値が増大して大電流を抑制するＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子や、あるいは大電流を遮断するブレーカーを内蔵させることが行われている。例えば、特許文献１においては、正極端子を兼ねる外装缶の底部にＰＴＣ素子を配置することが提案されている。ところが、ＰＴＣ素子を封口体以外の場所に配置すると、弁室内の温度監視精度が低いという問題を生じた。そこで、弁体を備えた封口体内にＰＴＣ素子を配置することが、例えば、特許文献２において提案されるようになった。
【０００４】
このようなＰＴＣ素子を内蔵する封口体は図３に示すような構造となっている。即ち、図３に示す封口体は、キャップ状に形成された正極キャップ３１と、皿状に形成された底板３４とから構成される。正極キャップ３１は、電池外部に向けて膨出する凸部３２と、この凸部３２の底辺部を構成する平板状のフランジ部３３とからなり、凸部３２の角部には複数のガス抜き孔３２ａが設けられている。一方、底板３４は、電池内部に向けて膨出する凹部３５と、この凹部３５の底辺部を構成する平板状のフランジ部３６とからなり、凹部３５の角部にはガス抜き孔３５ａが設けられている。
【０００５】
これらの正極キャップ３１と底板３４との内部には、電池内部のガス圧が上昇して所定の圧力以上になると変形する電力導出板３７が収容されている。この電力導出板３７は凹部３７ａとフランジ部３７ｂとからなり、アルミニウム箔から構成されている。凹部３７ａの最低部は底板３４の凹部３５の上表面に接触して配設されており、フランジ部３７ｂは正極キャップ３１のフランジ部３３と底板３４のフランジ部３６との間に狭持されている。なお、正極キャップ３１と底板３４とは絶縁ガスケット３９により液密に封口されている。
【０００６】
フランジ部３７ｂの上部には、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子３８が配設され、電池内に過電流が流れて異常な発熱現象を生じると、このＰＴＣ素子３８の抵抗値が増大して過電流を減少させる。そして、電池内部のガス圧が上昇して所定の圧力以上になると電力導出板３７の凹部３７ａは変形するため、電力導出板３７と底板３４の凹部３５との接触が遮断されて過電流あるいは短絡電流が遮断されるようになる。
【０００７】
ところで、ＰＴＣ素子を内蔵しない封口体を用いたアルカリ二次電池においては、図４に示すように、封口体４０の外周部（絶縁ガスケット４６を介して外装缶４７にかしめられる部分）の厚みを薄くして、極力電池内容積を増大させて放電容量を大きくするようになされている。即ち、図４に示す封口体４０においては、キャップ状に形成された正極キャップ４１と、皿状に形成された底板４２とから構成され、これらが溶接により一体化されている。
【０００８】
底板４２の中心部には排気口４２ａが形成されているとともに、底板４２の外周部にフランジ部４２ｂが形成されている。これらの正極キャップ４１と底板４２で形成される空間部には弁板４３とスプリング４５からなる圧力弁が配置されている。なお、弁板４３とスプリング４５との間にはニッケルメッキ鋼板４４が配置されている。そして、底板４２のフランジ部４２ｂは絶縁ガスケット４６により狭持され、この絶縁ガスケット４６は外装缶４７の上部に形成された絞り部４７ａの上に配置され、外装缶４７の上部４７ｂをかしめることにより液密に封口されている。
【特許文献１】
特開平２−２０７４５号公報
【特許文献２】
特許第３１４３１７６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すように、封口体３０にＰＴＣ素子３８を内蔵させた場合、底板３４のフランジ部３６と絶縁ガスケット３９とＰＴＣ素子３８と正極キャップ３１のフランジ部３３と底板３４のかしめ部３６ａが積層される構造となる。このため、封口体３０の外周部（絶縁ガスケットを介して外装缶にかしめられる部分）の厚みが厚くなる。この結果、電極群が収容される容積が減少するため、ＰＴＣ素子を内蔵させた封口体を用いた場合には、電池容量を犠牲にしなければならないという問題を生じた。
【００１０】
また、アルカリ二次電池ではリチウム系電池とは異なり、非破壊の復帰式ガス排出弁を設けているため、封口体の内部にＰＴＣ素子などの機能部品を配置すると、日常使用で微小排出されるアルカリミストによってＰＴＣ素子が劣化する恐れがあり、ＰＴＣ素子の一体化は困難であった。
【００１１】
そこで、本発明者等は、先に、特願２００３−６１１６４号にて、外装缶内の容積を減少させることなく、アルカリ二次電池に適した形で封口体にＰＴＣ素子を備えるようにして、短絡時の大電流発生を防止して、安全性が向上した密閉形蓄電池を提案した。この特願２００３−６１１６４号においては、図５に示すように、正極キャップ５２のフランジ部５２ａの上面にＰＴＣ素子５６が配置されているので、ＰＴＣ素子５６を弁室５２の外部に隔離することが可能となる。これにより、ＰＴＣ素子５６に電解液が付着することが防止できるようになるので、ＰＴＣ素子５６の劣化が未然に防止できるようになる。また、弁室５２に隣接してＰＴＣ素子５６が配置されることとなるので、弁室５２内の温度監視を精度良く行えるようになる。
【００１２】
そして、底板５１の外周部に形成されたかしめ部５１ｅにより正極キャップ５２のフランジ部５２ａの上面にＰＴＣ素子５６をかしめ付けるようにしているので、ＰＴＣ素子５６を底板５１の最外周部に配置する必要がなくなる。この結果、この封口体５０を外装缶５８の開口部に装着した際のかしめ部の厚みを薄くすることが可能となる。これにより、外装缶５８内の容積を減少させることはなく、ＰＴＣ素子５６を備えた封口体５０を装着することが可能となって、短絡時の大電流発生を防止して、安全性が向上した密閉形蓄電池を提供することができるようになる。
【００１３】
しかしながら、上述のような封口体に使用されるＰＴＣ素子においては、過電流や過熱によってＰＴＣ素子が温度上昇すると、ポリマーの熱膨張によりポリマー内に分散されたカーボンによる導電経路が切断されて、その抵抗値が急激に上昇する性質を有している。このため、上述のように、底板５１の外周部に形成されたかしめ部５１ｅにより正極キャップ５２のフランジ部５２ａの上面にＰＴＣ素子５６をかしめ付けるようにすると、ＰＴＣ素子５６が容易に膨張できなくなる。これにより、ＰＴＣ素子５６が所定の温度になっても、所定の抵抗値に上昇できなくなって、大電流をトリップできないという問題を生じた。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、過電流や過熱によってＰＴＣ素子の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子が容易に膨張できるような組み付け構造の封口体とすることにより、短絡時の大電流発生を防止するとともにＰＴＣ素子による極度の温度上昇を防止して、安全性が向上した密閉形蓄電池を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の密閉形蓄電池は、端子を兼ねるキャップ部と外装缶の開口部を封止する底板とで形成された弁室内に圧力弁を有する封口体を備えるとともに、過電流や過熱によって膨張して所定の温度以上になるとその抵抗値が急激に上昇する性質を有するＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が封口体の一部に固定されている。そして、ＰＴＣ素子はキャップ部に形成されたフランジ部と底板の外周部に形成された折り返し部との間で弾性的に固定されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、キャップ部に形成されたフランジ部と底板の外周部に形成された折り返し部との間でＰＴＣ素子が弾性的に固定されていると、温度上昇したＰＴＣ素子は容易に膨張することが可能となる。これにより、ＰＴＣ素子が所定の温度になると所定の抵抗値となって、大電流をトリップすることが可能となる。そして、底板の外周部に形成された折り返し部にバネ性を付与せしめてかしめることにより、キャップ部に形成されたフランジ部とこの折り返し部との間でＰＴＣ素子を弾性的に固定することができるようになる。
【００１７】
この場合、底板とキャップ部に形成されたフランジ部との間に立ち上がり部を備えた絶縁リングが配設されていて、この立ち上がり部はフランジ部の外周端部に沿って立ち上がっているとともに、この立ち上がり部の先端部はＰＴＣ素子の上面まで延出していると、絶縁リングの延出部が緩衝材の作用をするため、封口体の組み付け時のかしめの圧力によりＰＴＣ素子が損傷することが未然に防止できるようになる。
【００１８】
さらに、底板と正極キャップのフランジ部との間に配置される絶縁リングの厚みを、ＰＴＣ素子の厚みに対して５０％以上となるようにすると、この絶縁リングの厚みによりＰＴＣ素子の厚み方向の膨張を吸収できるようになる。これにより、ＰＴＣ素子の厚み方向の膨張を妨げることが防止できるようになる。また、キャップ部に形成されたフランジ部にＰＴＣ素子に向けて突出するリング状の突起部（微小突起部）を備えるとともにこの突起部によりＰＴＣ素子を固定（固定保持）するようにすると、この上にＰＴＣ素子が配置された際に、ＰＴＣ素子はフランジ部に対して半宙吊り状（線接触）になり、厚み方向への自由度が発生する。これにより、ＰＴＣ素子は水平方向にも膨張することが可能となる。
【００１９】
なお、ＰＴＣ素子を単独で用いて短絡電流に相当する電流が流れた場合に、発熱して素子温度が８０℃を超さないように設定されたＰＴＣ素子を用いるようにすると、このような封口体を用いた電池に短絡が生じても、電池温度が８０℃を超さないように設定することが可能となる。このことから、ＰＴＣ素子のトリップ温度を８０℃以下に設定するのが望ましい。更に、ＰＴＣ素子を単独で用いて短絡電流に相当する電流が流れた場合に、発熱して素子温度が７０℃を超さないように設定されたＰＴＣ素子を用いるようにすると、電池温度が７０℃を超さないように設定することが可能となる。このことから、ＰＴＣ素子のトリップ温度を７０℃以下に設定するのがより望ましい。また、ＰＴＣ素子の内周端面にオレフィン系樹脂の保護膜が形成されていると、このＰＴＣ素子の内周端面に電解液が付着しても、電解液によるＰＴＣ素子の劣化を防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用した場合の実施の形態を図１および図２に基づいて説明するが、本発明は以下の実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明の封口体を外装缶の開口部に装着した状態の要部を模式的に示す断面図である。図２は図１の封口体の部品を模式的に示す断面図である。
【００２１】
１．封口体
本発明の封口体１０は、図１および図２に示すように、外装缶１８の開口部を封止する底板１１と、正極端子になるとともにその内部に圧力弁を収容する空間部（弁室）を形成する正極キャップ１２と、絶縁リング１３と、上面にニッケルメッキ鋼板１４ａを備えた弾性弁１４と、スプリング１５と、正極キャップ１２のフランジ部１２ａの上に配置されたＰＴＣ素子リング１６とで構成され、この封口体１０の外周部に絶縁ガスケット１７が装着されて、外装缶１８の開口部を封止するようになされている。
【００２２】
底板１１はニッケルメッキ鋼板により皿状に形成されており、皿状の中心部には排気口１１ａが形成されているとともに、この排気口１１ａの周辺には、弾性弁１４を所定の位置に配置するための４つの位置決め用の突起１１ｂが形成されている。また、底板１１の皿状の端部より外周部１１ｃ（図２参照）はＤＩ加工が施されていて、底板１１の皿状部の厚みの半分の厚みになるように薄肉化されている。そして、ＤＩ加工が施されて薄肉化された部分の約１／３位のところで折り返されて折り返し部１１ｄが形成され、さらに、この折り返し部１１ｄの内周側に、後述するＰＴＣ素子リング１６を正極キャップ１２のフランジ部１２ａの上面に弾性的にかしめ付ける断面形状が略くの字状の屈曲部１１ｆを備えたかしめ部１１ｅが形成されている。これにより、略くの字状の屈曲部１１ｆによりバネ性が付与されて、ＰＴＣ素子リング１６はフランジ部１２ａとかしめ部１１ｅとの間で弾性的に固定されることとなり、ＰＴＣ素子リング１６は上下方向に膨張することが可能となる。
【００２３】
正極キャップ１２はニッケルメッキ鋼板により形成されており、中央部がキャップ状に膨出していて、その底辺部となる外周部にフランジ部１２ａが形成されている。このフランジ部１２ａにはプレス加工によりリング状突起部（例えば、高さが３／１００〜８／１００ｍｍのもの）１２ｂが形成されており、この上にＰＴＣ素子リング１６が配置された際に、ＰＴＣ素子リング１６はフランジ部１２ａに対して半宙吊り状に固定保持されるようになされている。これにより、ＰＴＣ素子リング１６は水平方向にも膨張することが可能となる。なお、正極キャップ１２のフランジ部１２ａの直径は底板１１の皿状の端部よりは若干短くなるように形成されている。また、正極キャップ１２の側壁には、図示しない排気口が形成されている。
【００２４】
絶縁リング１３はポリプロピレン（ＰＰ）またはナイロンによりリング状に形成されていて、底板１１の皿状の端部間に配置される直径を有し、かつ底板１１に形成された４つの位置決め用の突起１１ｂで形成される円形よりは若干大きい直径の開口が形成されている。また、絶縁リング１３の端部周縁には立ち上がり部１３ａが形成されており、この立ち上がり部１３ａの高さは、正極キャップ１２のフランジ部１２ａの厚みとＰＴＣ素子リング１６の厚みとの和よりも若干大きく形成されていて、立ち上がり部１３ａの先端部の一部がＰＴＣ素子リング１６の上面の一部を被覆するようになされている。
【００２５】
これにより、底板１１のかしめ部１１ｅを略くの字状に屈曲させて、この内周側に配置されたＰＴＣ素子リング１６の上面を正極キャップ１２のフランジ部１２ａ側にかしめ付けた際に、ＰＴＣ素子リング１６の角部は立ち上がり部１３ａの先端部に保護されることとなるので、この角部が破損することが未然に防止できるようになる。この場合、底板１１と正極キャップ１２のフランジ部１２ａとの間に配置される絶縁リング１３の厚みを、ＰＴＣ素子リング１６の厚みに対して５０％以上となるようにすると、この絶縁リング１３の厚みによりＰＴＣ素子リング１６の膨張を吸収できるようになるので、ＰＴＣ素子リング１６の厚み方向の膨張の妨げをさらに防止できるようになる。
【００２６】
そして、このような絶縁リング１３が配設されることにより、この絶縁リング１３上に正極キャップ１２の外周部に形成されたフランジ部１２ａが配置されても、このフランジ部１２と底板１１に形成された折り返し部１１ｄが接触することが防止できるようになる。この結果、後に、正極キャップ１２のフランジ部１２の上にＰＴＣ素子リング１６が配置されると、底板１１に形成された折り返し部１１ｄ、かしめ部１１ｅ、ＰＴＣ素子リング１６およびフランジ部１２ａを通して正極キャップ１２に放電電流が流れるようになる。
【００２７】
弾性弁１４はエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）により形成されており、この弾性弁１４が底板１１の皿状の中心部に形成された排気口１１ａを塞ぐように配置されている。この弾性弁１４の上面には、ニッケルメッキ鋼板１４ａが配置され、このニッケルメッキ鋼板１４ａに加圧力を付与するためのスプリング１５がニッケルメッキ鋼板１４ａの上に配置されている。これにより、電池内が所定の圧力以上に加圧されると、スプリング１５の押圧力に抗して弾性弁１４が押し上げられ、正極キャップ１２の排気口（図示せず）よりガスが排出されて電池内の圧力が低下するようになされている。
【００２８】
ＰＴＣ素子リング１６は、過電流や過熱によって素子が膨張して、所定の温度以上になるとその抵抗値が急激に上昇する性質を有する導電性ポリマー材料からなるＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子で、「ポリスイッチ」（レイケム社製）という商品名で市販されている素子である。この場合、ＰＴＣ素子を単独で用いて、１０Ａの電流が流れた場合に、発熱して素子温度が１００℃になる素子Ｐ１（中耐圧一般品）と、素子温度が７０℃になる素子Ｐ２（低温作動仕様）とを用いた。
【００２９】
なお、このＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６の内周壁面にはオレフィン系樹脂皮膜１６ａが形成されていて、この樹脂皮膜１６ａによりアルカリミストなどの付着による劣化を防止するようにしている。そして、このＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６の中心部には、正極キャップ１２の膨出部の直径よりも若干径が大きい開口が形成されており、正極キャップ１２のフランジ部１２ａの上面に配置されている。これにより、底板１１に形成された折り返し部１１ｄ、かしめ部１１ｅ、ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６およびフランジ部１２ａを通して正極キャップ１２に放電電流が流れるようになる。
【００３０】
２．封口体の組み付け
ついで、上述のように構成される封口体１０の組み付け法を以下に説明する。まず、皿状の中心部に排気口１１ａが形成されて、この排気口１１ａの周辺に４つの位置決め用の突起１１ｂが形成された底板１１を用意する。ついで、この底板１１の皿状の端部より外周部１１ｃ側にＤＩ加工を施して、底板１１の皿状部の厚みの半分の厚みになるように薄肉化する。その後、この封口体が所定の直径になるようにＤＩ加工部をＬ字状に折り曲げて折り曲げ部１１ｃ（図２の点線を参照）を形成した。
【００３１】
ついで、底板１１の皿状部内に端部周縁に立ち上がり部１３ａが形成された絶縁リング１３を配置した後、底板１１の皿状の中心部に形成された排気口１１ａを塞ぐように弾性弁１４を配置した。ついで、弾性弁１４の上面に配置されたニッケルメッキ鋼板１４ａの上にスプリング１５を配置した後、絶縁リング１３の上に正極キャップ１２のフランジ部１２ａを配置した。ついで、このフランジ部１２ａの上にＰＴＣ素子リング１６を配置し、底板１１の折り曲げ部１１ｃを内側に折り重ねて折り返し部１１ｄを形成した。
【００３２】
この後、折り曲げ部１１ｃの先端部を正極キャップ１２のフランジ部１２ａ側に略くの字状に屈曲させて、略くの字状の屈曲部１１ｆを形成するようにして、ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６を正極キャップ１２のフランジ部１２ａの上面に弾性的にかしめ付けた。この際、ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６の角部は絶縁リング１３の立ち上がり部１３ａの先端部に保護されることとなるので、この角部が破損することが未然に防止できるようになる。これにより、弾性弁１４はスプリング１５により加圧力が付与されて、排気口１１ａが弾性弁１４により塞がれ、封口体１０が形成されることとなる。
【００３３】
３．ニッケル−水素蓄電池の作製
ついで、上述のように作製された封口体１０を用いて、ニッケル−水素蓄電池を作製する例を以下に説明する。まず、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする活物質をニッケル焼結多孔体内に充填してニッケル正極板を作製した。一方、発泡ニッケルからなる極板芯体の表面に水素吸蔵合金からなるペースト状負極活物質を充填し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延して水素吸蔵合金負極板を作製した。
【００３４】
これらのニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板との間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製した。この渦巻状電極群の上端面には、ニッケル正極板の極板芯体の端部が露出し、また、下端面には水素吸蔵合金負極板の極板芯体の端部が露出している。そして、この渦巻状電極群の上端面に露出する芯体と正極集電体とを溶接するとともに、下端面に露出する芯体と負極集電体を溶接した。なお、正極集電体の端部から延出して正極リードが設けられており、この正極リードの端部は絶縁ガスケットを嵌着させた後、封口体の下端面に溶接される。
【００３５】
ついで、渦巻状電極群を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）１８内に収納した後、負極集電体を外装缶１８の内底面にスポット溶接した。この後、外装缶１８の上部外周面に溝入れ加工１８ａを施した後、正極集電体から延出した正極リードを垂直に折り曲げた後、この正極リードの端部を封口体１０の底板１１に抵抗溶接した。ついで、外装缶１８内に３０質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるアルカリ電解液を注入した。
【００３６】
ついで、封口体１０のフランジ部となる底板１１の折り返し部１１ｄにポリプロピレン（ＰＰ）製の絶縁ガスケット１７を装着した後、正極リードを折り曲げて封口体１０を外装缶の開口部に配置した。この後、外装缶１８の開口端縁１８ｂを内方にカシメ付けて開口部を密封して封口した。これにより、公称容量１．７Ａｈのニッケル−水素蓄電池Ａ１，Ａ２を作製した。なお、ＰＴＣ素子リング１６として素子Ｐ１を用いて作製した封口体１０を備えたニッケル−水素蓄電池を電池Ａ１とし、ＰＴＣ素子リング１６として素子Ｐ２を用いて作製した封口体１０を備えたニッケル−水素蓄電池を電池Ａ２とした。
【００３７】
４．短絡試験
一方、上述と同様なＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６を用いて、図５に示すような構造なるように組み付けた封口体５０を用いて、ニッケル−水素蓄電池（公称容量１．７Ａｈ）Ｘ１（素子Ｐ１を用いた），Ｘ２（素子Ｐ２を用いた）を作製した。そして、上述のようにして作製したニッケル−水素蓄電池Ａ１，Ａ２と、これらのニッケル−水素蓄電池Ｘ１，Ｘ２とをそれぞれ３個ずつ用いて短絡試験を行った。この短絡試験において、正極と負極を導電線で接続して、これらの各電池Ａ１，Ａ２およびＸ１，Ｘ２を外部短絡させて、各ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６を作動させた。
【００３８】
そして、これらの各ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６による電流遮断時の各ＰＴＣ素子リング（Ｐ１，Ｐ２）１６の自己発熱による各電池Ａ１，Ａ２およびＸ１，Ｘ２の正極キャップ１２（５２）の温度（Ｔｐ温度）（℃）と、電池本体の温度（Ｔｃ温度）（℃）とを測定したところ、下記の表１に示すような結果が得られた。
【００３９】
【表１】

【００４０】
上記表１の結果から明らかなように、中耐圧一般品素子Ｐ１（１０Ａ作動時に素子温度が１００℃になる）からなるＰＴＣ素子リング１６を用いた場合、電池Ａ１においては、正極キャップ１２の温度（Ｔｐ温度）は８２，７７，７９（℃）（平均では７９．３℃となる）で、電池本体の温度（Ｔｃ温度）は６１，５４，５８（℃）（平均では５７．７℃となる）であって、発熱が中であるのに対して、電池Ｘ１においては、正極キャップ５２の温度（Ｔｐ温度）は１１８，１３５，１２９（℃）（平均では１２７．３℃となる）で、電池本体の温度（Ｔｃ温度）は８６，９５，９２（℃）（平均では９１．０℃となる）であって、発熱が大であることが分かる。
【００４１】
一方、低温作動仕様の素子Ｐ２（１０Ａ作動時に素子温度が７０℃になる）からなるＰＴＣ素子リング１６を用いた場合、電池Ａ２においては、正極キャップ１２の温度（Ｔｐ温度）は６６，６３，６４（℃）（平均では６４．３℃となる）で、電池本体の温度（Ｔｃ温度）は４９，５２，５１（℃）（平均では５０．７℃となる）であって、発熱が小であるのに対して、電池Ｘ２においては、正極キャップ５２の温度（Ｔｐ温度）は７０，９１，９５（℃）（平均では８５．３℃となる）で、電池本体の温度（Ｔｃ温度）は５３，６９，７４（℃）（平均では６５．３℃となる）であって、発熱が中で、特性が不安定になることが分かる。
【００４２】
これは、低温作動仕様の素子Ｐ２を用いることで、より簡単に発熱量を低下させることが可能であることを示している。しかしながら、低温作動仕様の素子Ｐ２は樹脂（一般的にはＥＢＡ樹脂が用いられている）が柔らかいために、図５に示すようなかしめ構造の封口体５０に組み付けると、ＰＴＣ素子リング（Ｐ２）１６が軟化して潰れて、所定の特性が発揮できなかったためと考えられる。一方、低温作動仕様の素子Ｐ２を用いても、図１に示すようなかしめ構造の封口体１０に組み付けると、温度上昇によりＰＴＣ素子リング（Ｐ２）１６が容易に膨張できるので、温度上昇により軟化して潰れることはない。
【００４３】
このことは、中耐圧一般品素子Ｐ１（１０Ａ作動時に素子温度が１００℃になる）からなるＰＴＣ素子リング１６を用いた場合であっても、あるいは低温作動仕様の素子Ｐ２（１０Ａ作動時に素子温度が７０℃になる）からなるＰＴＣ素子リング１６を用いた場合であっても、図１に示すようなかしめ構造の封口体１０に組み付けることにより、温度上昇によりＰＴＣ素子リング（Ｐ２）１６が容易に膨張できて、その特性を十分に発揮することができるようになるということができる。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、本発明においては、正極キャップ１２のフランジ部１２ａと底板１１の外周部１１ｃに形成された折り返し部１１ｄとの間でＰＴＣ素子リング１６が弾性的に固定されているので、温度上昇したＰＴＣ素子リング１６は容易に膨張することが可能となる。これにより、ＰＴＣ素子リング１６が所定の温度になると所定の抵抗値となって、大電流をトリップすることが可能となり、安全性が向上した密閉形蓄電池を提供することができるようになる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池、リチウムイオン電池等の他の密閉形の蓄電池にも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の封口体を外装缶の開口部に装着した状態の要部を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の封口体の部品を模式的に示す断面図である。
【図３】従来例のＰＴＣ素子を備えた封口体を模式的に示す断面図である。
【図４】従来例のＰＴＣ素子を備えない封口体を模式的に示す断面図である。
【図５】従来例のＰＴＣ素子を備えた他の封口体を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０…封口体、１１…底板、１１ａ…排気口、１１ｂ…突起、１１ｃ…ＤＩ加工部（薄肉部）、１１ｄ…折り返し部、１１ｅ…かしめ部、１１ｆ…略くの字状の屈曲部、１２…正極キャップ、１２ａ…フランジ部、１２ｂ…リング状突起部、１３…絶縁リング、１３ａ…立ち上がり部、１４弾性弁、１４ａ…ニッケルメッキ鋼板、１５…スプリング、１６…ＰＴＣ素子リング、１６ａ…樹脂被膜、１７…絶縁ガスケット、１８…外装缶

Claims

端子を兼ねるキャップ部と外装缶の開口部を封止する底板とで形成された弁室内に圧力弁を有する封口体を備えるとともに、過電流や過熱によって膨張して所定の温度以上になるとその抵抗値が急激に上昇する性質を有するＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が前記封口体の一部に固定された密閉形蓄電池であって、
前記ＰＴＣ素子は前記キャップ部に形成されたフランジ部と前記底板の外周部に形成された折り返し部との間で弾性的に固定されていることを特徴とする密閉形蓄電池。
前記折り返し部にバネ性を付与せしめてかしめることにより前記ＰＴＣ素子を前記フランジ部と前記折り返し部との間で弾性的に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉形蓄電池。
前記底板と前記フランジ部との間に立ち上がり部を備えた絶縁リングが配設されていて、該立ち上がり部は前記フランジ部の外周端部に沿って立ち上がっているとともに、当該立ち上がり部の先端部は前記ＰＴＣ素子の上面に延出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉形蓄電池。
前記底板と前記フランジ部との間に配設される前記絶縁リングの厚みは前記ＰＴＣ素子の厚みの５０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の密閉形蓄電池。
前記フランジ部に前記ＰＴＣ素子に向けて突出するリング状の突起部を備えるとともに、該突起部により前記ＰＴＣ素子は固定されるようになされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の密閉形蓄電池。
前記ＰＴＣ素子のトリップ温度は８０℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の密閉形蓄電池。