JP3662615B2

JP3662615B2 - 角形電池

Info

Publication number: JP3662615B2
Application number: JP31814594A
Authority: JP
Inventors: 秀明北爪; 英明小澤
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JPH08180845A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は有底矩形筒状の容器内の折曲部と段部とにより囲まれた位置に封口部材が絶縁ガスケットを介してかしめ固定された構造を有する角形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器の小型軽量化にともない、体積効率の高い角形電池の開発が行われている。前記角形電池としては、角形ニッケルカドミウム二次電池や角形ニッケル水素二次電池などの角形アルカリ二次電池が知られている。アルカリ二次電池を充電すると、充電末期に正極から酸素ガスが発生する。発生した酸素ガスは負極で再結合吸収されるため、電池内圧が所望の値に保たれる。しかしながら、前記二次電池を急速充電すると、前記正極から発生する酸素ガスにより電池内圧が上昇する。電池内圧が過度に上昇すると前記二次電池が破裂する恐れがあるため、前記二次電池には防爆機能が設けられている。
【０００３】
防爆機能を有する二次電池は次のような方法により製造される。上部に矩形枠状の開口部と前記開口部の下方に形成された内方に突出した形状の段部とを有する有底矩形筒状の容器を用意する。前記容器内に正極と負極との間にセパレータを介して作製された電極群を収納した後、アルカリ電解液を収容する。底部に矩形穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケット内に封口部材を収納する。この絶縁ガスケットを前記容器内の段部に載置し、前記開口部を縮径する。ひきつづき、前記開口部の上端を内方に折り曲げて折曲部を形成し、前記封口部材を前記折曲部と段部とにより囲まれた空間にかしめ固定することにより前記二次電池を製造する。前記封口部材は、ガス抜き孔を有する封口板と、前記封口板にそのガス抜き孔を囲むように載置され、ガス通過孔を有する帽子形の端子キャップと、前記封口板と前記端子キャップとの間に前記ガス抜き孔を覆うように配置された合成ゴム製の弾性弁体とから構成される。
【０００４】
このような構成の二次電池においてガスが発生し、所望の値のガス圧力が前記封口板のガス抜き孔を通して前記弾性弁体に加わると、前記弁体は変形して持ち上げられるため、前記封口板と前記弁体との間に隙間が生じる。その結果、前記ガスは前記隙間，前記端子キャップのガス通過孔を通して外部へ逃散するため、破裂が防止される。
【０００５】
ところで、前記二次電池において、例えば急速充電により前記容器内にガスが発生してガス圧力が上昇すると、前記ガス圧力により前記容器の前記開口部の長手方向側の面が外方へ湾曲するという問題点があった。その結果、前記開口部の長手方向側内面と絶縁ガスケットとの間に隙間が生じ、防爆機構が作動する前に前記電池の気密性が低下するという問題点があった。
【０００６】
このため、前記容器の硬度を高めたり、あるいは前記容器の開口部の厚さを厚くすることにより前記容器の開口部の強度を高めることが行われている。しかしながら、前記容器の開口部の強度を高めると、前記開口部の加工性が劣るという問題点があった。従って、前記容器を備えた二次電池は、前記開口部の上端を内方に折り曲げる工程において前記容器が過度に押圧されるため、前記容器の下部に歪みや凹み等の変形が生じ、前記容器内に前記封口部材を気密に取付けることが困難になるという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、長手方向側の面の強度が向上され、かつ加工性が優れた開口部を有する容器を備えた角形電池を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上部に矩形枠状の開口部と前記開口部の下方に形成された内方に突出した形状の段部とを有する有底矩形筒状の容器と、前記容器内に収納され、正極と負極との間にセパレータを介して作製された電極群と、前記容器内に収容された電解液と、前記容器内の段部に載置されて前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前記段部と折曲部とにより囲まれた空間に圧縮状態で配置された底部に矩形穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケットと、前記絶縁ガスケット内に配置され、前記ガスケットの圧縮下においてかしめ固定される封口板とを具備した角形電池において、前記容器は、前記開口部の長手方向側の面の厚さをＬ₁ とし、前記開口部の長手方向と直交する面の厚さをＬ₂ とした時に次式
Ｌ₁ ＞Ｌ₂ （１）
を満たす構造を有することを特徴とするものである。
【０００９】
前記容器は、前記段部より下方に位置する側面の厚さをＬ₀ とした時に次に示す式
Ｌ₁ ＞Ｌ₀ ≧Ｌ₂ （２）
か、または
Ｌ₁ ＝Ｌ₀ ＞Ｌ₂ （３）
を満たす構造を有することが好ましい。前記（２）式か、または前記（３）式を満たす構造を有する容器は、前記段部より下方に位置する部分の強度が高く、かつ所望の体積を有する電極群を収納することができるため、好適である。
【００１０】
前記容器が前記（２）式または前記（３）式を満し、前記厚さＬ₀ を１とした時に、前記厚さＬ₁ を１〜１．１にし、かつ前記厚さＬ₂ を０．８５〜１にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記厚さＬ₁ を１未満にすると、前記電池内にガスが発生して内圧が上昇した際に前記容器の開口部が外側に湾曲しやすくなる恐れがあるため、所望の封口強度が得られなくなる恐れがある。一方、前記厚さＬ₁ が１．１を越えると、前記開口部のコーナ部の加工性が低下する恐れがあるため、前記容器に歪みや凹み等の変形が生じる恐れがある。また、前記厚さＬ₂ を０．８５未満にすると、前記開口部の強度が低下する恐れがあるため、前記開口部の上端を折り曲げる工程において前記容器の短辺側に凹みや歪み等の変形が生じる恐れがある。一方、前記厚さＬ₂ が１を越えると、前記開口部のコーナ部の加工性が低下する恐れがあるため、前記容器に歪みや凹み等の変形が生じる恐れがある。
【００１１】
【作用】
本発明の角形電池によれば、前述した（１）式を満たす構造を有する容器を備えることによって、前記容器の開口部の加工性を良好にすることができ、かつ前記容器の開口部の長手方向側の面の強度を向上することができる。その結果、前記容器の底部に歪みや凹み等の変形を生じさせることなく前記容器の開口部の上端を内方に折り曲げて折曲部を形成することができるため、前記容器内の折曲部と段部とにより囲まれた空間に封口板を絶縁ガスケットを介してかしめ固定することができる。従って、前記容器内のガス圧力が上昇した際に前記容器の開口部の長手方向側の面が外方に湾曲するのを抑制することができるため、前記電池の気密性を向上することができ、前記電池の信頼性を向上することが可能になる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、負極端子を兼ねる鋼製の容器１は有底矩形筒状で、上部に矩形枠状の開口部２を有する。前記容器１の前記開口部２の上端は内方に折り曲げられて折曲部３が形成されている。前記容器１の開口部２の下方には、内方に突出した形状の段部４が形成されている。前記容器１の段部４より下方に位置する部分の厚さ（Ｌ₀ ）は例えば０．４０ｍｍで、前記開口部２の長手方向側の面の厚さ（Ｌ₁ ）は例えば０．４３ｍｍである。図２に示すように前記容器１の前記開口部２の長手方向側と直交する面の厚さ（Ｌ₂ ）は、例えば０．３７ｍｍである。従って、前記容器は前記（２）式を満たす構造を有する。前記胴部の厚さＬ₀ を１とすると、前記厚さＬ₁ は１．０７５で、前記厚さＬ₂ は０．９２５である。また、前記容器１の開口部２のビッカース硬度は例えば１００Ｈｖで、段部４より下方に位置する部分のビッカース硬度は例えば１６０Ｈｖである。電極群５は、水素吸蔵合金負極６と袋状のポリアミド繊維製不織布からなるセパレータ７で包まれたニッケル正極８とを交互に重ね合わせて形成されている。前記電極群５は、前記容器１の内周面と前記負極６が接触するように前記容器１内に収納されている。７規定のＫＯＨ及び１規定のＬｉＯＨからなるアルカリ電解液は前記容器１内に収容されている。合成樹脂製の絶縁ガスケット９は、底部に矩形の穴９ａが開口された有底矩形筒状である。前記絶縁ガスケット９は、前記容器１内の前記折曲部３と前記段部４とにより囲まれた位置に圧縮状態で配置されている。防爆機能及び正極端子を兼ねる封口部材１０は、前記絶縁ガスケット９内に配置され、前記絶縁ガスケット９の反発弾性力によりかしめ固定されている。前記封口部材１０は、中央にガス抜き孔１１を有する矩形状の封口板１２と、例えば合成ゴムからなる弾性弁体１３と、ガス通過孔（図示しない）を有する帽子形の端子キャップ１４とから構成されている。前記弾性弁体１３は前記封口板１２にそのガス抜き孔１１を覆うように載置されている。前記端子キャップ１４は前記弾性弁体１３を包囲するように配置され、溶接により前記封口板１２に固定されている。正極リード１５は、一端が前記正極８に接続され、他端が前記封口板１２の下面と接続されている。
【００１３】
このような構成の角形ニッケル水素二次電池によれば、開口部２の長手方向側の面の厚さＬ₁ と、長手方向と直交する面の厚さＬ₂ とが前記（１）式を満たす構造を有する容器１を備えることによって、開口部２の長手方向側の面の強度を向上することができ、かつ前記容器１の開口部２の加工性を良好にすることができる。その結果、前記容器１の底部に歪みや凹み等の変形を生じさせることなく前記容器１の開口部２の上端を内方に折り曲げて折曲部３を形成することができるため、前記容器１内の折曲部３と段部４とにより囲まれた空間に封口部材１０を絶縁ガスケット９を介してかしめ固定することができる。従って、前記二次電池が急速充電されて前記容器１内のガス圧力が上昇した際に前記容器１の開口部２の長手方向側の面が外方に湾曲するのを抑制することができるため、前記電池の気密性を向上することができ、前記電池の信頼性を向上することが可能になる。
【００１４】
本発明に係わる角形電池の優れた特性は以下に示す実験により確認された。
実施例２
開口部の長手方向側の面の厚さＬ₁ が０．４３ｍｍで、長手方向と直交する面の厚さＬ₂ が０．４０ｍｍで，段部より下方に位置する部分の厚さＬ₀ が０．４０ｍｍで、前記（２）式を満たす容器を用いた以外は実施例１と同様な構成の角形ニッケル水素二次電池を製造した。なお、前記胴部の厚さＬ₀ を１とすると、前記厚さＬ₁ は１．０７５で、前記厚さＬ₂ は１である。
実施例３
開口部の長手方向側の面の厚さＬ₁ が０．４３ｍｍで、長手方向と直交する面の厚さＬ₂ が０．４０ｍｍで，段部より下方に位置する部分の厚さＬ₀ が０．４３ｍｍで、前記（３）式を満たす容器を用いた以外は実施例１と同様な構成の角形ニッケル水素二次電池を製造した。なお、前記胴部の厚さＬ₀ を１とすると、前記厚さＬ₁ は１で、前記厚さＬ₂ は約０．９３０である。
比較例１
開口部の面の厚さＬ₁ ，Ｌ₂ が０．４３ｍｍで、段部より下方に位置する部分の厚さＬ₀ が０．４０ｍｍである構造を有し、かつ開口部のビッカース硬度が１００Ｈｖで、段部より下方に位置する部分のビッカース硬度が１６０Ｈｖである容器を用いた以外は実施例１と同様な構成の角形ニッケル水素二次電池を製造した。
比較例２
厚さが０．４０ｍｍで、かつ開口部のビッカース硬度が１００Ｈｖで、段部より下方に位置する部分のビッカース硬度が１６０Ｈｖである容器を用いた以外は実施例１と同様な構成の角形ニッケル水素二次電池を製造した。
【００１５】
実施例１〜３及び比較例１〜２の二次電池の容器の下部側面に孔を設け、この孔から前記容器内にガスを送りこみ、開口部と段部との間に位置する長手方向側内面と絶縁ガスケットとの間からガス漏れが生じた時の前記容器内の圧力を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１から明らかなように、前記（１）式を満たす構造を有する容器を備えた実施例１〜３の二次電池は、容器に変形がなく、ガス漏れが生じたときの電池内の圧力、つまり耐ガスリーク圧が高いことがわかる。これに対し、開口部の面の厚さが段部より下方に位置する部分に比べて厚い構造を有する容器を備えた比較例１の二次電池は、前記容器の底部に凹みが生じ、耐ガスリーク圧が低いことがわかる。厚さが全て等しい構造を有する容器を備えた比較例２の二次電池は、容器に変形がないものの耐ガスリーク圧が低いことがわかる。
【００１８】
なお、前記実施例では、角形ニッケル水素二次電池に適用した例を説明したが、角形ニッケルカドミウム二次電池にも同様に適用することができる。
前記実施例では、角形アルカリ二次電池に適用した例を説明したが、角形リチウムイオン二次電池、角形リチウム電池にも同様に適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の角形電池によれば、加工性が優れ、長手方向側の面の強度が向上された開口部を有する容器を備え、前記容器内のガス圧力が上昇した際に前記開口部の長手方向側の面が外方に湾曲するのを抑制することができ、前記電池の気密性を向上することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角形電池を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…容器、２…開口部、３…折曲部、４…段部、５…電極群、９…絶縁ガスケット、１０…防爆機能及び端子を兼ねる封口部材、１２…封口板。

Claims

上部に矩形枠状の開口部と前記開口部の下方に形成された内方に突出した形状の段部とを有する有底矩形筒状の容器と、前記容器内に収納され、正極と負極との間にセパレータを介して作製された電極群と、前記容器内に収容された電解液と、前記容器内の段部に載置されて前記開口部の上端を内方に折り曲げることにより前記段部と折曲部とにより囲まれた空間に圧縮状態で配置された底部に矩形穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケットと、前記絶縁ガスケット内に配置され、前記ガスケットの圧縮下においてかしめ固定される封口板とを具備した角形電池において、
前記容器は、下記（２）式または（３）式を満足することを特徴とする角形電池。
Ｌ₁＞Ｌ₀≧Ｌ₂ （２）
Ｌ₁＝Ｌ₀＞Ｌ₂ （３）
Ｌ₀は前記容器の前記段部より下方に位置する側面の厚さで、Ｌ₁は前記容器の前記開口部の長手方向側の面の厚さで、Ｌ₂は前記容器の前記開口部の長手方向と直交する面の厚さで、前記Ｌ ₀ を１とした際に前記Ｌ ₁ は１以上かつ１．１以下で、前記Ｌ ₂ は０．８５以上かつ１以下である。