JP2006019093A

JP2006019093A - 集合電池

Info

Publication number: JP2006019093A
Application number: JP2004194394A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mushiga; 貴司虫賀; Susumu Kato; 丞加藤; Kenji Yamamoto; 賢爾山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20060003222A1

Abstract

【課題】内部短絡時の電池温度の上昇による端子板の軟化を防止することにより、素電池の封口部に設けられたガスケットが外れない高信頼性の集合電池を提供する。
【解決手段】集合電池１が、複数の素電池２ｂを収納する外装缶１４、および前記外装缶１４の上部開口部を封口する、正・負極端子４、５を有する端子板３を具備し、端子板３の荷重たわみ温度が１００〜１７０℃である。このため、内部短絡時においても、素電池のガスケットが外れない高信頼性の集合電池が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集合電池に関し、さらに詳しくはその端子板に関する。

従来より、封口部を上向きまたは下向きにして配した複数の素電池、および素電池群の上下部に配される端子板およびスペーサにより構成される集合電池では、素電池の内圧が上昇して、素電池の封口部を外側に押し上げる力が大きくなっても、端子板およびスペーサが素電池を挟んでいるため、素電池の封口部におけるガスケットが外れて、電池内容物が外部に吐出するのを防止している。

ところで、集合電池の安全性をさらに確保するために、端子板およびスペーサと、素電池の開口部との間に補助スペーサを設ける方法が提案されている（例えば、特許文献１）。これにより、端子板の素電池の封口部に対応する部分の強度を大きくしている。

しかし、素電池内や素電池間で内部短絡が発生して電池温度が上昇すると端子板が軟化する場合がある。このとき、素電池の内圧が上昇すると、端子板が素電池の封口部を抑えられなくなり、封口部からガスケットが外れてしまい、電池の内容物が外部に吐出してしまう可能性がある。
特開２００２−１５７１７号公報

そこで、本発明は、内部短絡等で電池が高温となった場合でも、端子板の軟化を防止することにより、素電池の封口部に設けられたガスケットが外れない、高信頼性の集合電池を提供することを目的とする。

本発明の集合電池は、複数の素電池を収納する外装缶、および前記外装缶の上部開口部を封口する、正・負極端子を有する端子板を具備し、前記端子板の荷重たわみ温度が１００〜１７０℃である。
前記端子板が、樹脂および核剤からなり、前記樹脂が、ポリプロピレン、ポリカーボネート、およびエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種であり、前記核剤が、ガラス繊維、炭酸カルシウム、タルク、およびポリエチレンからなる群より選択される少なくとも１種であるのが好ましい。

前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤がポリエチレンであるのが好ましい。
前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤がタルクであるのが好ましい。
前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤が炭酸カルシウムであるのが好ましい。

本発明によれば、内部短絡等で電池が高温となった場合でも、端子板は軟化しない。これにより、素電池の内圧が上昇しても、素電池の封口部に設けられたガスケットが外れ、素電池の内容物が吐出することがないため、高信頼性の集合電池が得られる。

本発明は、複数の素電池を収納する外装缶、および前記外装缶の上部開口部を封口する、正・負極端子を有する端子板を具備する集合電池に関する。そして、端子板の荷重たわみ温度が１００〜１７０℃である点に特徴を有する。
本発明者らは、電池の高温時においても軟化しない端子板の材料について種々の検討を行った。その結果、荷重たわみ温度が１００℃以上の材料を用いた場合に、端子板が変形しにくくなることを見出した。すなわち、内部短絡の発生により電池温度が上昇しても、端子板は軟化しないため、素電池の封口部からガスケットが飛び出して、電池の内容物が吐出することがない。荷重たわみ温度は上記の範囲内で高いほうが好ましい。

端子板の荷重たわみ温度が１００℃未満の場合、電池温度が上昇すると、端子板が軟化しやすい。端子板の荷重たわみ温度が１７０℃を超えると、端子板の加工時にバリが発生したり、端子板が割れてしまう場合がある。
荷重たわみ温度は、例えば、ＪＩＳＫ７１９１に従って測定することができる。荷重たわみ温度とは、部材のたわみが温度の上昇にともない標準たわみに達した時の温度をいう。

前記端子板には、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等の樹脂が用いられる。
また、前記端子板は、耐熱性を向上させるために、さらに核剤を含むのが好ましい。
前記核剤は、ガラス繊維、炭酸カルシウム、タルク、チタン酸カリウムなどの無機材料、またはポリエチレン、安息香酸金属塩、リン酸エステル金属塩などの有機材料を含むのが好ましい。これらの核剤は、単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。

これらのなかでも、端子板の加工性が向上する点で、核剤はポリエチレンであるのがより好ましい。容易に入手でき、荷重たわみ温度を上昇させる効果が最も大きい点で、核剤はタルクであるのがより好ましい。タルクに次いで荷重たわみ温度を上昇させる効果が大きい点で、核剤は炭酸カルシウムであるのがより好ましい。
端子板中の核剤の含有量は１５〜４０重量％であるのが好ましい。核剤の含有量が１５重量％未満の場合、核剤の効果が十分に得られない。一方、核剤の含有量が４０重量％を超えると、端子板が硬く脆くなり、加工時に割れやすくなる。

集合電池の一例としてアルカリ乾電池６ＬＲ６１の概略縦断面図を図１に、分解斜視図を図２にそれぞれ示す。
アルカリ乾電池６ＬＲ６１を構成する素電池群は、封口部を上向きにした３個の素電池からなる第一の素電池列２ａと封口部を下向きにした３個の素電池からなる第二の素電池列２ｂとが直列に接続される。

素電池は、アルカリ乾電池であり、有底円筒形の鋼製電池ケースに発電要素が収容され、電池ケースの開口部は、負極集電子を有するナイロン製ガスケットおよび負極端子板により封口されている。素電池は、上下の端子部を除いて熱収縮性樹脂チューブにより被覆されている。上記素電池群は、外装缶１４内に収容される。

素電池群の上部には、各素電池の頂部の端子部に対応する部分に透孔を有し、それらの透孔の下側部分に第１の素電池列２ａの素電池と第２の素電池列２ｂの素電池とを直列に接続するための２個のリード片９を貼り付けた絶縁紙７からなる上部連絡板が配置される。２個のリード片９は絶縁紙７の透孔の部分で素電池の端子部にスポット溶接される。

前記の素電池群の下部には、各素電池の底部の端子部に対応する部分に透孔を有し、それらの透孔の上側部分に第一の素電池列２ａの素電池と第二の素電池列２ｂの素電池とを直列に接続するための３個のリード片１０を貼り付けた絶縁紙８からなる下部連絡板が配置される。３個のリード片１０は絶縁紙８の透孔の部分で素電池の端子部にスポット溶接される。絶縁紙８からなる下部連絡板の下部には、スペーサ６が配される。

外装缶１４の上部を封口する、正の出力端子４および負の出力端子５を設けた合成樹脂製の端子板３は、上述した本発明の端子板である。この端子板３は、その下面に絶縁紙１１、正極リード片１２および図示しない負極リード片をリベットにより取り付ける。端子とリード片はそれぞれリベットにより連結される。

端子板３の正の出力端子４に連結されたリード片１２の端部は、絶縁紙１１の対応する透孔部において、第二の素電池列２ｂの図２右端の素電池の正極端子に接続される。また、負の出力端子５に連結されたリード片は、同様に絶縁紙１１の対応する透孔部において、第一の素電池列２ａの図２左端の素電池の負極端子に接続される。このようにして６個の素電池は、直列に接続され、正の出力端子４および負の出力端子５から出力を取り出すことができる。

素電池が外径の小さいアルカリ乾電池（ＬＲ６１）の場合、ガスケットに信頼性の高い防爆機構を設けることが困難である。このような素電池では、この素電池内でガスや水蒸気が発生して内圧が高まると、素電池の破裂を防ぐために、ナイロン製ガスケットが鉄製ケースから少し外れることにより、内圧を下げる構成となっている。そして、ガスケットが飛び出して素電池から完全に外れることがないように、素電池の上下部が端子板、およびスペーサで抑えられているため、電池の内容物が吐出することなく、ガスのみを外部に逃がすことができる。

さらに、端子板３に本発明の端子板を用いることにより、内部短絡により電池温度が上昇しても、端子板が軟化しない。このため、内部短絡時においても、素電池のガスケットが外れない高信頼性の集合電池が得られる。

《実施例１〜６および比較例１》
表１に示すように、樹脂に核剤を添加したものを所定の形状に成形して、端子板を得た。なお、端子板中の核剤の含有量は３０重量％とした。また、端子板は同一形状とし、その厚みは１．０ｍｍとした。

上記で得られた端子板を用いて、それぞれ上記の図１および２と同様の集合電池を作製した。
［評価］
（１）端子板の荷重たわみ温度の測定
各端子板の荷重たわみ温度をＪＩＳＫ７１９１に従って測定した。なお、測定は５回ずつ行い、その平均値を端子板の荷重たわみ温度とした。

（２）短絡試験
各電池を１０個ずつ準備した。室温環境下で集合電池２個を正・負極端子同士を接続して短絡させた。このとき、電池温度が上昇し、電池の表面温度および端子板の温度は１０２℃であった。そして、素電池のガスケットが外れて内容物が吐出した電池の数を調べた。これらの結果を表１に示す。

比較例１では、ガスケットが外れて、内容物が吐出した電池がみられた。これに対して、実施例１〜６では、いずれの電池もガスケットが外れることによる内容物の吐出はみられず、高信頼性の電池が得られた。特に端子板の荷重たわみ温度が１３０℃以上で、より高いほど電池の信頼性が向上した。

本発明の高信頼性を有する集合電池は、電子機器の電源等に適用することができる。

本発明の集合電池の構成を示す概略縦断面図である。同電池の主要部の分解斜視図である。

符号の説明

１集合電池
２ａ、２ｂ素電池
３端子板
４正の出力端子
５負の出力端子
６スペーサ
７、８、１１絶縁紙
９、１０リード片
１２正極リード片
１３底板
１４外装缶

Claims

複数の素電池を収納する外装缶、および前記外装缶の上部開口部を封口する、正・負極端子を有する端子板を具備し、前記端子板の荷重たわみ温度が１００〜１７０℃である集合電池。
前記端子板が、樹脂および核剤からなり、前記樹脂が、ポリプロピレン、ポリカーボネート、およびエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種であり、前記核剤が、ガラス繊維、炭酸カルシウム、タルク、およびポリエチレンからなる群より選択される少なくとも１種である請求項１記載の集合電池。
前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤がポリエチレンである請求項２記載の集合電池。
前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤がタルクである請求項２記載の集合電池。
前記樹脂がポリプロピレンであり、前記核剤が炭酸カルシウムである請求項２記載の集合電池。