JP5114004B2 - 筒形電池 - Google Patents

Description

本発明は、正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池に関する。

たとえばＬＲ型の筒形アルカリ電池は、図４に示すように、インサイドアウト型の構造を有し、有底筒状の金属製正極缶１１内に発電要素２０収容するとともに、その正極缶１１の開口部が負極端子板３３とガスケット３５１を用いて封口されている。

発電要素２０は、正極缶１１内に圧入嵌合された筒状の正極合剤２１、この正極合剤２１の内側に装填されたセパレータ２２、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極合剤２３により形成されている。正極缶１１は正極集電体を兼ねる。また、負極端子板３３の内側（電池内部側）には、負極合剤２３中に貫入する棒状の負極集電子３１の基端が溶接等により接続されている。

この種のアルカリ電池では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、電池内圧が異常上昇した場合に備えて、電池の破裂を防止するための防爆弁機能が設けられる。この防爆弁機能は、ガスケットに形成することができる。すなわち、ガスケットの一部に破断しやすい薄肉部分を設け、電池内圧が維持用上昇したときにその薄肉部分を先行破断させることにより、電池が破裂する前に電池内部のガスを逃がすようにする。

しかし、このガスケットに形成した防爆弁機能のガス抜き動作は不可逆的であって、いったん作動したら元の状態には復帰できない。つまり、防爆がガスケットの封口を破壊することによって行われるため、いったん防爆作動した電池は再使用ができない。

そこで、図４に示すように、正極端子部側に繰り返し使用可能な防爆弁機能を設けることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。同図に示す筒形アルカリ電池１０１は、正極缶１１の外底面に正極端子板５５が溶接接合されている。正極端子板５５は、正極缶１１の外底面のほぼ全体に覆い被さるように形成され、その中央部に凸状の正極端子部１３が一体にプレス形成されている。

正極缶１１の底部中央部には弁口１１１が形成され、この弁口１１１の周辺にゴム状弾性弁体６１を着座させるための弁座部１１２が形成されている。ゴム状の弾性弁体６１は弁口１１１を外側から塞ぐ状態で上記弁座部１１２に着座する。正極端子板５５は、その弾性弁体６１を弁座部１１２に押し付けた状態で正極缶１１の外底面に溶接接合されている。正極端子部１３の側部にはガス抜き孔５１１が設けられている。

上述した筒形アルカリ電池１０１では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、このガス発生によって電池内圧が上昇すると、その電池内圧により弾性弁体６１が弾性変形（弾性収縮を含む）させられて、弁体６１と弁座部１１２との間にガス抜きの通路（隙間）が形成される。これにより、電池内部で高圧になったガスがガス抜き孔５１１を介して外部へ逃がされ、電池の破裂が防止される。

この後、電池内圧が安全範囲まで下がると、弾性弁体６１は弾性復元して弁口１１１を塞ぐ元の状態に復帰する。このように防爆弁機能が可逆的に動作することにより、電池は防爆弁機能が作動した後も、その作動原因が解消させれば、繰り返し使用することが可能である。
特開２００１−７６７０１

上述した従来の筒形アルカリ電池１０１は、図４に示したように、正極缶１１の外底面と、この外底面のほぼ全体に覆い被さる正極端子板５５との間に防爆弁機能が形成されている。正極端子板５５は、弾性弁体６１を正極缶１１の外底面に押し付けた状態で、その正極缶１１の外底面に溶接により接合されているが、その溶接部分が外れやすいという不具合があった。

この不具合について、本発明者は次のような問題をあきらかにした。すなわち、正極缶１１の外底面は必ずしも機械的に安定な面ではなく、たとえば電池の落下等による機械的衝撃あるいはその他の原因による何がしかの荷重を受けた場合に、その外底面にも若干の弾性変形（たわみ）が一時的に生じる。この変形ストレスが溶接部分に直接加わることにより、溶接部分が疲労して剥離に至りやすいことが判明した。

また、正極端子板５５が正極缶１１の外底面のほぼ全体に覆い被さった状態で溶接加工を行った場合、正極缶１１の外底面を加工の位置決め基準とすることができないため、加工が不安定になってしまう。この結果、生産性が悪くなるとともに、正極端子板５５を含めた電池１０１の総高寸法にバラツキが生じやすくなる。また、加工が不安定になることにともない、溶接のバラツキも大きくなり、このことも溶接剥がれを生じやすくする原因となっていた。

上記のように、正極端子部に防爆弁機能を備えた従来の筒形アルカリ電池では、加工条件が不安定であるために、生産性が悪く、溶接部分が外れやすいとともに、寸法バラツキが大きく、信頼性に劣るという問題があった。

本発明は以上のような問題を解決するものであって、その目的は、正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。

（１）上方に開口部を有する有底筒状の金属製正極缶内に発電要素が収容されているとともに、前記開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口された筒形アルカリ電池であって、
前記正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、
前記正極端子部には、内外を連絡するガス抜き孔が設けられているともに、当該正極端子部の内部空間には、電池の内圧上昇時に作動して、前記ガス抜き孔を介して当該内圧を開放する防爆弁機構が設置され、
前記正極缶の外底面の外周領域は、前記防爆弁機能が設置された中央面部の外側に位置するとともに、当該中央面部よりも下方に突出した平坦面を有する肩面部として露出し、
前記防爆弁機構は、前記中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されているとともに、前記中央面部の中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、前記弁口を外側から塞ぐ状態で前記弁座部に着座するゴム状弾性弁体とから構成され、
前記正極端子部の内側底面によって、前記弁体の下面が上方へ押え付けられるとともに、前記正極端子部の内部空間における前記弁体の外側空間部が前記前記ガス抜き孔を介して外気と連通していることで、前記正極缶の内圧上昇時に前記弁体が弾性変形させられて前記弁口からのガス抜き経路が形成され、
前記正極缶は、底面中央に開口部を有し、
前記中央面部を覆うように前記正極缶の外底面と溶接接合される中間補強板と、前記中央面部を覆うように当該中間補強板の下面と溶接接合された正極端子板とを備え、
前記正極端子部は、前記正極端子板の中央が下方に突出されてなる、
ことを特徴とする筒形アルカリ電池。

（２）上方に開口部を有する有底筒状の金属製正極缶内に発電要素が収容されているとともに、前記開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口された筒形アルカリ電池であって、
前記正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、
前記正極端子部には、内外を連絡するガス抜き孔が設けられているともに、当該正極端子部の内部空間には、電池の内圧上昇時に作動して、前記ガス抜き孔を介して当該内圧を開放する防爆弁機構が設置され、
前記正極缶の外底面の外周領域は、前記防爆弁機能が設置された中央面部の外側に位置するとともに、当該中央面部よりも下方に突出した平坦面を有する肩面部として露出し、
前記防爆弁機構は、前記中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されているとともに、前記中央面部の中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、前記弁口を外側から塞ぐ状態で前記弁座部に着座するゴム状弾性弁体とから構成され、
前記正極端子部の内側底面によって、前記弁体の下面が上方へ押え付けられるとともに、前記正極端子部の内部空間における前記弁体の外側空間部が前記前記ガス抜き孔を介して外気と連通していることで、前記正極缶の内圧上昇時に前記弁体が弾性変形させられて前記弁口からのガス抜き経路が形成され、
前記正極端子部は、前記正極缶の底部中央面に一体形成されてなり、
前記弁口と前記弁座部が形成された仕切板が、前記正極缶の内底面に溶接接合されているとともに、前記正極端子部と前記仕切板との間に前記弁体が挟み込まれている、
ことを特徴とする筒形アルカリ電池。

（３）上記手段（１）または（２）において、正極缶の開口部を封止するガスケットを、負極端子板の内側に空間仕切りを形成しない環状に形成することにより、負極端子板の内側面を電池内部に直接露呈させるとともに、負極端子板とこの負極端子板に接続された負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。

正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は、本発明の第１実施形態による筒形アルカリ電池１０を示す一部拡大断面図である。同図に示す筒形アルカリ電池１０はＬＲ型のアルカリ乾電池として構成されたものであって、有底筒状の金属製正極缶１１内に発電要素２０収容するとともに、その正極缶１１の開口部が負極端子板３３とガスケット３５を用いて封口されている。

発電要素２０は、正極缶１１内に圧入嵌合された筒状の正極合剤２１、この正極合剤２１の内側に装填されたセパレータ２２、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極合剤２３により形成されている。正極缶１１は正極集電体を兼ねる。上記正極缶は耐食性や接触抵抗がすぐれたものとするため、Ｎｉめっき鋼板やその焼純材を使用する。また、弁口１１１の作成段階で表れる鋼板の端面を正極缶成形後にコーティング（例えば、Ｎｉめっき等）することが望ましい。また、負極端子板３３の内側（電池内部側）には、負極合剤２３中に貫入する棒状の負極集電子３１の基端が溶接により接続されている。

正極合剤２１は、二酸化マンガンおよび／または水酸化ニッケル等の正極活物質に黒鉛等の導電助剤を添加したものを所定の固体形状に加圧成形したものが使用されている。負極合剤２３はゲル状亜鉛が使用されている。

カスケット３５は、カシメ加工された正極缶１１の開口部と負極端子板３３の周縁部との間に介在する環状のパッキング部だけであって、負極端子板の内側に空間仕切りを形成する隔壁部やボス部は有していない。これにより、同図に示すように、正極缶１１内に収容する発電物質の増量を可能にしている。つまり、正極缶１１の容積利用効率が高められて、その分、電池容量の増大が可能になっている。

この場合、負極端子板３３の内側面および負極集電子３１の溶接部に電解液が直接接触することにより、局部電池の形成による腐食やガス発生が懸念されるが、負極端子板３３とこの負極端子板３３に接続された負極集電子３１の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成することで、その懸念は解消される。

負極端子板３３の内側面を同種の金属で形成するためには、負極端子板３３と負極集電子３１を同種の金属材料で形成するか、あるいは表面に同種の金属をメッキすればよい。

ガスケット３５は、負極端子板３３の内側に空間仕切りを形成しなくても良いので、その構造を大幅に簡略化して低コスト化をはかることができる。負極端子板３３にはガス抜き孔を設ける必要がなくなる。負極集電子３１は、ガスケットのボス部で先端側と基端側とを気密隔離する必要がなくなるので、形状の自由度が高まる。したがって、負極集電子３１を細径化することによって負極合剤を増量させることも可能になる。また、反対に負極集電し３１の表面積を広げることで集電効率を高くすることも容易であるため、電池の使用用途に合わせて設計が可能となる。

正極缶１１の外底面には正極端子板５１が溶接接合されている。この正極端子板５１は、正極缶１１の外底面の中央面だけに覆い被さるように形成され、その中央部に凸状の正極端子部１３が一体にプレス形成されている。

正極缶１１の底部中央部には弁口１１１が形成され、この弁口１１１の周辺にゴム状弾性弁体６１を着座させるための弁座部１１２が形成されている。ゴム状の弾性弁体６１は弁口１１１を外側から塞ぐ状態で上記弁座部１１２に着座する。正極端子板５１は、その弾性弁体６１を弁座部１１２に押し付けた状態で正極缶１１の外底面中央に溶接接合されている。正極端子部１３の側部にはガス抜き孔５１１が設けられている。

上述した筒形アルカリ電池１０では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、このガス発生によって電池内圧が上昇すると、その電池内圧により弾性弁体６１が弾性変形（弾性収縮を含む）させられて、弁体６１と弁座部１１２との間にガス抜きの通路（隙間）が形成される。これにより、電池内部で高圧になったガスがガス抜き孔５１１を介して外部へ逃がされ、電池の破裂が防止される。

この後、電池内圧が安全範囲まで下がると、弾性弁体６１は弾性復元して弁口１１１を塞ぐ元の状態に復帰する。このように防爆弁機能が可逆的に動作することにより、電池は防爆弁機能が作動した後も、その作動原因が解消させれば、繰り返し使用することが可能である。

ここで、上記筒形アルカリ電池１０では、正極缶１１の外底面に溶接された正極端子板５１は、正極缶１１の外底面の中央面だけに覆い被さるように形成されているが、これにより、その正極端子板５１の外側では、正極缶１１底部の平坦な肩面部１５が露出させられている。

この肩面部１５は、たとえば電池の落下等による機械的衝撃あるいはその他の原因による何がしかの荷重を受けることにより生じるストレスが、正極端子板５１の溶接部分に直接加わることを緩衝する。これにより、溶接部分を外れにくくすることができる。

これとともに、溶接加工は、肩面部１５を位置決め基準にして安定に行うことができるようになる。これにより、生産性が良くなるとともに、正極端子板５１を含めた電池１０の総高寸法のバラツキを小さくすることができる。加工の安定化にともない、溶接のバラツキも小さくなって、溶接剥がれは一層生じにくくなる。これにより、信頼性を大幅に向上させることができる。

ゴム状弾性弁体６１の材料としては、たとえば、合成ゴムであるエチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）が耐熱性や耐化学薬品性にすぐれていて好適に使用できる。また、合成ゴムに分類されていない材料、たとえば樹脂の独立気泡発泡体なども使用可能である。弁体６１の形状として、実施形態では円柱状を使用しているが、ハット状、矩形状等も使用可能である。

防爆弁機能が非作動状態にある定常時での密閉機能をより完全にするために、弁体６１と正極端子板５１の間にシール剤（たとえばピッチ系シール剤）を塗布することも望ましい。

弁体６１には、弁座部１１２に着座する側の面に気体透過フィルム（クレーズ材料等）等を接着したり、あるいは物理的に挟み込んだりすることにより、定常時に気体だけ選択的に逃がして電池内の圧力上昇を緩和させることができる。この場合、防爆弁機能は電池内圧の急激な上昇に対してだけ作動するようになるため、作動頻度が少なくなる。これにより、防爆弁機能の作動にともなう電解液の漏出頻度を少なくすることができる。

図２は、本発明の第２実施形態による筒形アルカリ電池１０の要部を示す拡大断面図である。上述した実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す実施形態では、正極缶１１の外底面と、正極端子部１３が形成された正極端子板５１との間に中間補強板５２を介在させるとともに、この中間補強板５２に弁口５２１および弁座部５２２を形成してある。

正極缶１１には、中間補強板５２の弁口５２１よりも一回り大きな開口部１１３が形成されていて、この開口部１１３の内側に弁口５２１が重なるようになっている。

この実施形態では、電池内圧が急上昇したときに正極缶１１の底部が変形して弁体６１に食い込むことを確実に防止することができ、これにより、防爆弁機能の作動を円滑にして、その信頼性を大幅に高めることができる。

図３は、本発明の第３実施形態による筒形アルカリ電池１０の要部を示す拡大断面図である。上述した実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す実施形態では、弁口５３１と弁座部５３２が形成された仕切板５３を正極缶１１の内底面に溶接接合するとともに、正極缶１１の底部中央面に一体形成された凸状正極端子部１３と上記仕切板５３の間にゴム状弾性弁体６１を挟み込んだことを特徴とする。

この実施形態では。正極端子部１３がプレス加工により正極缶１１と一体に形成されているため、正極端子部１３が溶接剥がれによって外れるということがない、という利点がある。また、正極缶１１の外底面全体を加工時の位置決め基準とすることができるため、加工の安定性も良好である。さらに、正極缶１１の外底面に正極端子部１３が一体に形成されていることにより、電池の外観等も良好にできるといった利点が得られる。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、弁口は複数の開口穴によって形成してもよい。また、図示の実施例では弁座部を平坦な弁座部として示しているが、防爆弁機能が非作動状態にある定常時での密閉機能を保てる構造であれば、弁座部を弾性弁体に向けて湾曲したり屈曲していてもよい。

正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することができる。

本発明の第１実施形態による筒形アルカリ電池の概要を示す一部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による筒形アルカリ電池の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第３実施形態による筒形アルカリ電池の要部を示す拡大断面図である。 従来の筒形アルカリ電池の概要を示す一部拡大断面図である。

符号の説明

１０ 筒形アルカリ電池
１１ 正極缶 １１１ 弁口
１１２ 弁座部 １１３ 開口部
１３ 正極端子部 １５ 肩面部
２０ 発電要素 ２１ 正極合剤
２２ セパレータ ２３ ゲル状負極合剤
３１ 負極集電子 ３３ 負極端子板
３５ ガスケット ５１ 正極端子板
５１１ ガス抜き孔 ５２ 中間補強板
５２１ 弁口 ５２２ 弁座部
５３ 仕切板 ５３１ 弁口
５３２ 弁座部 ６１ 弾性弁体

Claims (3)

1. 上方に開口部を有する有底筒状の金属製正極缶内に発電要素が収容されているとともに、前記開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口された筒形アルカリ電池であって、
   前記正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、
   前記正極端子部には、内外を連絡するガス抜き孔が設けられているともに、当該正極端子部の内部空間には、電池の内圧上昇時に作動して、前記ガス抜き孔を介して当該内圧を開放する防爆弁機構が設置され、
   前記正極缶の外底面の外周領域は、前記防爆弁機能が設置された中央面部の外側に位置するとともに、当該中央面部よりも下方に突出した平坦面を有する肩面部として露出し、
   前記防爆弁機構は、前記中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されているとともに、前記中央面部の中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、前記弁口を外側から塞ぐ状態で前記弁座部に着座するゴム状弾性弁体とから構成され、
   前記正極端子部の内側底面によって、前記弁体の下面が上方へ押え付けられるとともに、前記正極端子部の内部空間における前記弁体の外側空間部が前記前記ガス抜き孔を介して外気と連通していることで、前記正極缶の内圧上昇時に前記弁体が弾性変形させられて前記弁口からのガス抜き経路が形成され、
   前記正極缶は、底面中央に開口部を有し、
   前記中央面部を覆うように前記正極缶の外底面と溶接接合される中間補強板と、前記中央面部を覆うように当該中間補強板の下面と溶接接合された正極端子板とを備え、
   前記正極端子部は、前記正極端子板の中央が下方に突出されてなる、
   ことを特徴とする筒形アルカリ電池。
2. 上方に開口部を有する有底筒状の金属製正極缶内に発電要素が収容されているとともに、前記開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口された筒形アルカリ電池であって、
   前記正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、
   前記正極端子部には、内外を連絡するガス抜き孔が設けられているともに、当該正極端子部の内部空間には、電池の内圧上昇時に作動して、前記ガス抜き孔を介して当該内圧を開放する防爆弁機構が設置され、
   前記正極缶の外底面の外周領域は、前記防爆弁機能が設置された中央面部の外側に位置するとともに、当該中央面部よりも下方に突出した平坦面を有する肩面部として露出し、
   前記防爆弁機構は、前記中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されているとともに、前記中央面部の中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、前記弁口を外側から塞ぐ状態で前記弁座部に着座するゴム状弾性弁体とから構成され、
   前記正極端子部の内側底面によって、前記弁体の下面が上方へ押え付けられるとともに、前記正極端子部の内部空間における前記弁体の外側空間部が前記前記ガス抜き孔を介して外気と連通していることで、前記正極缶の内圧上昇時に前記弁体が弾性変形させられて前記弁口からのガス抜き経路が形成され、
   前記正極端子部は、前記正極缶の底部中央面に一体形成されてなり、
   前記弁口と前記弁座部が形成された仕切板が、前記正極缶の内底面に溶接接合されているとともに、前記正極端子部と前記仕切板との間に前記弁体が挟み込まれている、
   ことを特徴とする筒形アルカリ電池。
3. 請求項１または２において、正極缶の開口部を封止するガスケットを、負極端子板の内側に空間仕切りを形成しない環状に形成することにより、負極端子板の内側面を電池内部に直接露呈させるとともに、負極端子板とこの負極端子板に接続された負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。

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