JPH1140123A - 密閉型アルカリ二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誤使用等に火中への投入等により高温状態に
曝されても内部ガスの排出が円滑になされる密閉型アル
カリ二次電池を提供する。 【解決手段】 外装缶と、前記外装缶内に収納され、正
極、セパレータおよび負極からなる電極群と、前記外装
缶内に収容された電解液と、前記外装缶の上端開口部に
絶縁ガスケットにより気密にカシメ固定された封口板
と、前記封口板の上に配置された皿状端子キャップと、
前記封口板の中央付近に開口されたガス抜き穴、前記皿
状端子キャップに開口された通気口、および前記封口板
と前記キャップの間に前記ガス抜き穴を覆うように圧縮
された状態で配置されたゴム製弁体を有する安全弁機構
とを具備し、前記安全弁機構は、５００℃以下の温度雰
囲気で溶融されないゴム製弁体を有し、かつ１５０℃以
上での弁作動が１５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明、安全弁機構を備えた
密閉型アルカリ二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の携帯用電子機器に使用され
る電池としては、ニッケルカドミウム二次電池等に代表
される密閉型アルカリ二次電池が知られている。ところ
で、前記二次電池において、誤使用による異常電流充電
や逆充電、使用後の電池の火中への廃棄等により高温状
態に曝されると、電池内部に異常にガスが発生する。異
常なガス発生は、電池内部の圧力を上昇させるため、電
池を密閉する封口板が吹き飛ぶ等の事故を招く恐れがあ
る。

【０００３】このようなことから、従来より外装缶内部
のガス発生による圧力上昇に応動して外装缶内部のガス
を排出させる復帰型安全弁機構を有する密閉型アルカリ
二次電池が開発されている。この二次電池は、外装缶
と、この外装缶内に収納され、正極、セパレータおよび
負極からなる電極群と、前記外装缶内に収容された電解
液と、前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットにより
気密にカシメ固定され、中央付近にガス抜き穴が開口さ
れた封口板と、このガス抜き穴を含む前記封口板の上に
配置され、通気口を有する皿状端子キャップと、前記封
口板と前記キャップの間に前記ガス抜き穴を覆うように
圧縮された状態で配置されたＥＰＤＭ（エチレンとプロ
ピレンと非共役ジエン化合物との三元共重合体）を主成
分とするゴムからなる弁体とを具備した構造を有する。
なお、前記封口板のガス抜き穴、前記端子キャップの通
気口および前記ゴム製弁体により安全弁機構を構成して
いる。安全弁機構は２５℃の雰囲気において１０〜３０
ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲で作動するように設計されてい
る。

【０００４】このような密閉型アルカリ二次電池は、前
述したように高温に曝されることにより前記外装缶内部
にガスが発生して内圧が異常に上昇すると、ガス圧力が
前記封口板のガス抜き穴を通して前記封口板と前記皿状
端子キャップの間に配置された前記ゴム製弁体を前記キ
ャップ側に押し上げ、前記ガス抜き穴を開く。前記封口
板のガス抜き穴が開くと、前記外装缶内部のガスは前記
ガス抜き穴を通して前記封口板と前記キャップとで囲繞
された空間に流出し、さらに前記キャップの通気口を通
して外部に排出される。その結果、密閉型アルカリ二次
電池の損傷、破裂を防ぐことが可能になる。

【０００５】しかしながら、前述した従来の密閉型アル
カリ二次電池は次のような問題があった。前記ＥＰＤＭ
を主成分とするゴムからなる弁体を有する安全弁機構
は、高温時におけるポリマーの熱膨張および硬度上昇に
よって、高温状態の弁作動圧の上昇を伴なうため、アビ
ューズ過充電時に温度が上昇すると、弁作動圧も上昇
し、内部ガスの排出が困難になり、内部燃焼および発火
に至る恐れがある。

【０００６】また、フレーム試験時により密閉型アルカ
リ二次電池を燃焼させると、安全弁機構が５００℃に加
熱されて弁体が溶融して皿状端子キャップの排気口が閉
塞し、缶が亀裂または破裂する恐れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、誤使
用等による温度上昇時において、ゴム製弁体を有する安
全弁機構を円滑に作動させて内部のガスを排出すること
が可能で、かつ火中への投入等により高温状態に曝され
てもガス抜き穴の閉塞を起こさず内部ガスの排出が円滑
になされる密閉型アルカリ二次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】本発明に係わる密閉型ア
ルカリ二次電池は、外装缶；前記外装缶内に収納され、
正極、セパレータおよび負極からなる電極群；前記外装
缶内に収容された電解液；前記外装缶の上端開口部に絶
縁ガスケットにより気密にカシメ固定された封口板；前
記封口板の上に配置された皿状端子キャップ；前記封口
板の中央付近に開口されたガス抜き穴、前記皿状端子キ
ャップに開口された通気口、および前記封口板と前記キ
ャップの間に前記ガス抜き穴を覆うように圧縮された状
態で配置されたゴム製弁体を有する安全弁機構；を具備
し、前記安全弁機構は、５００℃以下の温度雰囲気で溶
融されないゴム製弁体を有し、かつ１５０℃以上での弁
作動が１５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる密閉型アル
カリ電池を図１を参照して詳細に説明する。例えば負極
端子を兼ねる有底円筒形の外装缶１内には、電極群２が
収納されている。前記電極群２は、正極３、セパレータ
４および負極５の積層物を渦巻状に巻回した構成になっ
ている。中央付近に開口部６を有する絶縁板７は前記電
極群２の上に配置されている。

【００１０】中央付近にガス抜き穴８を有する封口板９
は、前記外装缶１の上端開口部に絶縁ガスケット１０を
介してカシメ固定されている。側壁部に通気口１１が開
口された正極端子を兼ねる皿状端子キャップ１２は、前
記封口板９上に前記ガス抜き穴８を包囲するように例え
ば溶接により固定されている。ゴム製弁体１３は、前記
封口板９と前記端子キャップ１２で囲繞される空間１４
に前記ガス抜き穴８を閉塞するように圧縮された状態で
挿入されている。正極リード１５は、一端が前記電極群
２の正極３に他端が前記封口板９の下面にそれぞれ接続
されている。なお、前記封口板９のガス抜き穴８、前記
端子キャップ１２の通気口１１および前記ゴム製弁体１
３により安全弁機構を構成している。この安全弁機構
は、前記ゴム製弁体が５００℃以下の温度雰囲気で溶融
されず、かつ１５０℃以上での弁作動が１５ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以下である。前記安全弁機構は、前記封口板９と前
記端子キャップ１２で囲繞される空間１４に前記ガス抜
き穴８を閉塞するように配置され、かつ５００℃以下の
温度で溶融しない性質のゴムからなる弁体１３を使用す
ることにより実現される。特に、前記安全弁機構は１０
０℃近傍の弁作動圧が１５ｋｇｆ／ｃｍ2 以上であるこ
とが好ましい。

【００１１】以上説明した本発明に係わる密閉型アルカ
リ電池は、外装缶１の上端開口部に中央付近にガス抜き
穴８を有する封口板９を絶縁ガスケット１０を介してカ
シメ固定し、この封口板９に通気口１１が開口された正
極端子を兼ねる皿状端子キャップ１２を前記ガス抜き穴
８を包囲するように固定し、さらに前記封口板９と前記
端子キャップ１２とで囲繞された空間にゴム製弁体１３
を前記ガス抜き穴８を閉塞するように圧縮された状態で
挿入した構造であって、前記封口板９のガス抜き穴８、
前記端子キャップ１２の通気口１１および前記ゴム製弁
体１３によりなる安全弁機構は前記ゴム製弁体が５００
℃以下の温度雰囲気で溶融されず、かつ１５０℃以上で
の弁作動が１５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下である。

【００１２】このような構造の電池において、誤使用に
よる異常電流充電や逆充電等により温度が上昇すると、
外装缶１内部に異常にガスが発生し、同時に前記外装缶
１内のセパレータ４が溶融して前記ガスと共に噴出す
る。前記外装缶１内部の圧力が上昇すると、ガス圧力が
前記封口板９のガス抜き穴８を通して前記封口板９と前
記皿状端子キャップ１２の間に配置された前記ゴム製弁
体１３を前記キャップ１２側に押し上げるため、前記ガ
ス抜き穴８を開く。前記封口板９のガス抜き穴８が開く
と、前記外装缶１内部のガスは前記ガス抜き穴８を通し
て前記封口板８と前記キャップ１２とで囲繞された空間
１４に流出し、さらに前記キャップ１２の通気口１１を
通して外部に排出される。このような作用を有する安全
弁機構において、高温時の作動圧を低下させる（１５０
℃以上での弁作動が１５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下）ことによ
り、内部ガスを外部に円滑に排出することができる。そ
の結果、電池の温度上昇が抑制され、内部燃焼および発
火を防止することができる。

【００１３】また、使用後の電池の火中への廃棄等によ
り高温状態に曝されても、前記安全弁機構の高温時の作
動圧を低下させるとともに、５００℃以下の温度雰囲気
で溶融されないゴム製弁体を用いることによって、前記
皿状端子キャップ１２の通気口１１が溶融したゴム製弁
体１３で閉塞されるのを防止できる。

【００１４】したがって、極めて安全性の高い密閉型ア
ルカリ電池を実現できる。なお、前述した密閉型アルカ
リ電池では端子キャップを封口板に溶接により固定した
が、例えば絶縁ガスケットに前記封口板と共に気密にカ
シメ固定してもよい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図１を参照
して詳細に説明する。 （実施例１、２） ＜ペースト式負極の作製＞市販のランタン富化したミッ
シュメタルＬｍおよびＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌを用いて
高周波炉によって、ＬｍＮｉ_4.0 Ｃｏ_0.4 Ｍｎ_0.3 Ａｌ
_0.3 の組成からなる水素吸蔵合金を作製した。前記水素
吸蔵合金を機械粉砕し、これを２００メッシュの篩を通
過させた。得られた水素吸蔵合金粉末１００ｇに高分子
結着剤としてポリアクリル酸ナトリウム０．５ｇ、カル
ボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．０５ｇ、ポリテ
トラフルオロエチレンのディスパージョン（比重１．
５，固形分６０ｗｔ％）１．６ミリリットル（ｍＬ）
と、アセチレンブラックと、水６０ｍＬとを添加して混
練することによってペーストを調製した。このペースト
を導電性基板としてのパンチドメタルに塗布、乾燥し、
さらにプレスし、裁断することによってペースト式負極
を作製した。

【００１６】＜ペースト式正極の作製＞水酸化ニッケル
粉末９０重量部および一酸化コバルト粉末１０重量部か
らなる混合粉体に、前記水酸化ニッケル粉末に対してカ
ルボキシメチルセルロース０．３重量部、ポリテトラフ
ルオロエチレンのディスパージョン（比重１．５，固形
分６０重量％）を固形分換算で０．５重量部添加し、こ
れらに純水を４５重量部添加して混練することによりペ
ーストを調製した。つづいて、このペーストをニッケル
メッキ繊維基板内に充填した後、更にその両表面に前記
ペーストを塗布し、乾燥し、ローラプレスを行って圧延
することによりペースト式正極を作製した。

【００１７】次いで、前記負極と前記正極との間にポリ
プロピレン繊維製不織布を介装し、渦巻状に捲回して電
極群を作製した。このような電極群をニッケルメッキが
施された鉄からなる外装缶内に収納した後、ＫＯＨを主
成分とする電解液を前記外装缶に注入した。つづいて、
正極リードの一端を前記電極群の正極に接続し、かつ他
端を中央付近にガス抜き穴を有するニッケルメッキが施
された鉄からなる封口板の下面に接続した後、前記封口
板を前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介して
カシメ固定した。前述した特性を有する合成ゴムからな
る弁体を前記封口板上に前記ガス抜き穴を閉塞するよう
に配置した。この後、側壁部に通気口が対称的に開口さ
れたニッケルメッキが施された鉄からなる正極端子を兼
ねる皿状端子キャップを前記封口板上に前記ゴム製弁体
を下記表１に示す圧縮率でそれぞれ配置し、溶接により
前記封口板に固定することにより前述した図１に示す構
造を有する２種の単３型の密閉型円筒状ニッケル水素二
次電池を組み立てた。これら二次電池の１００℃の弁作
動圧および１５０℃の弁作動圧を下記表１に併記する。

【００１８】（比較例１〜３）ＥＰＤＭを主成分とする
ゴムからなる弁体を用い、かつ皿状端子キャップと封口
板の間に前記ゴム製弁体を配置した以外、実施例１，２
と同様な方法により３種の単３型の密閉型円筒状ニッケ
ル水素二次電池を組み立てた。これら二次電池の１００
℃の弁作動圧および１５０℃の弁作動圧を下記表１に併
記する。得られた実施例１，２および比較例１〜３のニ
ッケル水素二次電池をそれぞれ５本用意し、これらを１
０Ａ過充電試験を行って燃焼を生じた電池の本数を調べ
た。その結果を同表１に併記する。

【００１９】また、実施例１，２および比較例１〜３の
ニッケル水素二次電池をそれぞれ５０本についてフレー
ム試験を行い、破裂した電池の本数および弁体の溶融状
態を調べた。その結果を同表１に併記する。

【００２０】

【表１】

【００２１】前記表１から明らかなように実施例１，２
の二次電池は、比較例１〜３の二次電池に比べて極めて
安全性が高いことがわかる。なお、前記実施例では円筒
形のニッケル水素二次電池に適用した例を説明したが正
極、セパレータおよび負極を積層して電極群を構成する
角形の形状のニッケル水素二次電池にも同様に適用する
ことができる。また、前記実施例では密閉型ニッケル水
素二次電池を例示したが、リチウムイオン二次電池、ニ
ッケルカドミウム二次電池にも同様に適用できる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば誤
使用等による温度上昇時において、ゴム製弁体を有する
安全弁機構を円滑に作動させて内部のガスを排出するこ
とが可能で、かつ火中への投入等により高温状態に曝さ
れてもガス抜き穴の閉塞を起こすことなく内部ガスの排
出が円滑になされる極めて安全性の高い密閉型アルカリ
二次電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる円筒形の密閉型アルカリ電池を
示す要部断面図。

【符号の説明】

１…外装缶、 ２…電極群、 ３…正極、 ５…負極、 ８…ガス抜き穴、 ９…封口板、 １０…絶縁ガスケット、 １１…通気口、 １２…端子キャップ、 １３…ゴム製弁体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外装缶；前記外装缶内に収納され、正
   極、セパレータおよび負極からなる電極群；前記外装缶
   内に収容された電解液；前記外装缶の上端開口部に絶縁
   ガスケットにより気密にカシメ固定された封口板；前記
   封口板の上に配置された皿状端子キャップ；前記封口板
   の中央付近に開口されたガス抜き穴、前記皿状端子キャ
   ップに開口された通気口、および前記封口板と前記キャ
   ップの間に前記ガス抜き穴を覆うように圧縮された状態
   で配置されたゴム製弁体を有する安全弁機構；を具備
   し、 前記安全弁機構は、５００℃以下の温度雰囲気で溶融さ
   れないゴム製弁体を有し、かつ１５０℃以上での弁作動
   が１５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする密閉
   型アルカリ二次電池。