CN110050358A - 圆筒形碱性电池用密封垫圈及圆筒形碱性电池 - Google Patents

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Abstract

一种组装到通过在有底圆筒状的电池罐(2)内容纳发电元件(3～5)而形成的碱性电池(1)中、以使电池罐的上部开口与负极端子板(7)之间绝缘的树脂制密封垫圈(10)，其包括：从圆盘状的隔壁部(13)的周缘向上方立设的外周部(14)；在隔壁部中心使棒状的负极集电体(6)立设的中空圆筒状的凸台部(11)；沿凸台部的外周形成为槽状，且薄于隔壁部其他部位的薄壁部(15)，其中，薄壁部的厚度被设定为，当组装到碱性电池中、且电池罐内达到预定压力时会发生破裂。当组装到碱性电池中时，在隔壁部上与负极凝胶相对的对面区域(16)中，与薄壁部接触且厚度为0.3mm以下的区域的投影面积，为与负极凝胶相对的区域的投影面积的25％以上。

Description

圆筒形碱性电池用密封垫圈及圆筒形碱性电池
技术领域
本发明涉及一种圆筒形碱性电池用密封垫圈及圆筒形碱性电池。
背景技术
图1示出了普通LR6型圆筒形碱性电池(以下也称为碱性电池1)的结构，在该图1中示出了以圆筒轴100的方向为上下(纵向)方向时的纵向剖视图。如图所示，碱性电池1由有底筒状的金属电池罐2、形成环状的正极混合物3、在该正极混合物3内侧设置的有底圆筒状的隔膜4，含有锌合金且填充于隔膜4内侧的负极凝胶5、由插入负极凝胶5中的棒状金属形成的负极集电体6、盘状的金属负极端子板7、由树脂制成的密封垫圈10等构成。在该结构中，正极混合物3、隔膜4和负极凝胶5在电解液存在下形成碱性电池1的发电元件。另外，在下文中，将以电池罐2的底部侧作为下方来限定上下方向。
电池罐2在兼作电池壳的同时，通过与正极混合物3直接接触，而被用作正极集电体。该电池罐2的底面上形成有正极端子8。盘状负极端子板7呈具有凸缘状边缘的盘状，其在以盘体倒扣底面向上的状态下，经由密封垫圈10敛缝于电池罐2的开口。并且，隔膜4的上端与密封垫圈10的下面抵接。由此，电池罐2内的负极凝胶5的容纳区域被封闭，可防止当碱性电池1倾斜时负极凝胶5流入到正极混合物3的容纳区域而发生内部短路。
插入到负极凝胶5中的棒状负极集电体6，通过将其上端焊接到盘状负极端子板7的下面7d而立设固定。而且，负极端子板7、负极集电体6和密封垫圈10，作为密封体而预先组合成一体。当组装碱性电池1时，密封体插入到容纳发电元件的电池罐2的开口端侧，并且该电池罐2的开口处理为向内部缩小。由此，密封垫圈10被夹持在电池罐2的开口边缘部与负极端子板7的凸缘状边缘之间，从而将电池罐2密封成密闭状态。
图2是示出碱性电池1的密封结构的图，其中以放大图示出了碱性电池1的上端侧的纵向截面。密封垫圈10为在表面具有凹凸的圆盘周围向上方立设的壁面(以下称外周部)14围绕而成的杯状，圆盘的中心为圆筒状的凸台部11，该凸台部11具有可供负极集电体6圧入的中空部(凸台孔)12。并且，从凸台部11的外周到圆盘的周缘的膜状部分(以下称隔壁部)13，密闭电池罐2中发电元件的容纳空间。
但是，在密封垫圈10的隔壁部13上，与负极凝胶5面对的区域16中，形成有与凸台部11呈同心圆的槽状薄壁部15。在图2所示的示例中，薄壁部15沿着凸台部11的外周而形成。并且，在电池罐2内的压力异常升高时，该薄壁部15会先于密封垫圈10的其他部位破裂，并最终使导致该内压的气体经由负极端子板7上设置的通气孔9排放到大气中，从而发挥防爆安全机构的功能。另外，下述非专利文献1中记载有碱性电池的结构和制造方法。而在下述非专利文献2，记载的则是市售碱性电池。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：FDK株式会社，“如何制作碱性电池”，[online]，[平成28年11月4日检索]，Internet<URLttp://www.fdk.co.jp/denchi_club/denchi_story/arukari.htm>
非专利文献2：FDK株式会社，“碱性电池-高端类型”，[online]，[平成28年11月4日检索]，Internet<URL:http://www.fdk.co.jp/denchi/premium/index.html>
发明内容
发明要解决的课题
碱性电池1，作为防爆安全机构而在密封垫圈10的隔壁部13上形成有薄壁部15。然而，对作为一次电池的碱性电池1因充电等原因而在电池罐2中产生气体，且达到预定压力时，防爆安全机构虽然启动，但此时可能发生隔膜损坏、内部短路的情况。图3示出的是用于说明碱性电池1中防爆安全机构动作的示意图。图3也是放大碱性电池1的上端侧的纵向剖视图。图3具体示出的是相对于电池罐2的圆筒轴100、在纸面右侧发生内部短路时的状态。当防爆安全机构动作时，如粗箭头所示，气体从密封垫圈10上破裂的薄壁部15经由形成在负极端子板7上的通气孔9排出。然而，因为薄壁部15的破裂部位以细槽状开口，所以随着排出气体移动的负极凝胶5因隔壁部13而无处可去。于是，无处可去的负极凝胶5可能破坏隔膜4并流出至正极混合物3的容纳区域中，而负极凝胶5与正极混合物3直接接触，则会发生内部短路。
鉴于此，本发明的目的在于，提供一种圆筒形碱性电池用密封垫圈10、以及具有该密封垫圈10的圆筒形碱性电池1。本发明的圆筒形碱性电池1的密封垫圈10，能够在薄壁部15破裂时将负极凝胶5引导至隔壁部13的上面侧，以防止负极凝胶5流入正极混合物3的容纳区域，从而可防止因负极凝胶5与正极混合物3的接触而引起的内部短路。
解决手段
为了达成上述目的，本发明提供一种圆筒形碱性电池用密封垫圈，其组装到圆筒形碱性电池中，以使电池罐的开口与负极端子板之间绝缘，所述圆筒形碱性电池，通过在上下方向上具有圆筒轴且上方开口的有底圆筒状的电池罐内容纳环状的正极混合物、配置在该正极混合物内侧的有底圆筒状的隔膜以及配置在该隔膜内侧的负极凝胶作为发电元件，并在所述电池罐的开口处嵌装负极端子板而形成，所述圆筒形碱性电池用密封垫圈的特征在于，
以所述密封垫圈的上下各方向作为所述电池罐的上下各方向，
所述密封垫圈包括：凸台部，其由树脂材料制成，在上下方向上形成为中空圆筒状，以使棒状的负极集电体立设；圆盘状的隔壁部，其连接该凸台部的外周；外周部，其从该隔壁部的外周缘向上方立设；以及薄壁部，其在所述隔壁部上与所述凸台部呈同心圆地形成为槽状；其中，
所述薄壁部，当组装到所述碱性电池中时，其形成在与所述负极凝胶相对的对面区域中，并且薄于所述隔壁部其他的区域；
所述薄壁部的厚度被设定为，当组装到所述碱性电池中时，所述电池罐内达到预定压力时会发生破裂；
所述隔壁部上，在与所述负极凝胶面对的区域中，形成有与所述薄壁部接触且厚度为0.3mm以下的圆环状的破碎区域；
该破碎区域从上下方向观察时的投影面积，为与所述负极凝胶相对的整个区域的投影面积的25％以上。并且，优选地，该圆筒形碱性电池用密封垫圈，其特征在于，组装在尺寸为LR6型以下的圆筒形碱性电池中。
并且，在本发明的范围还提供一种圆筒形碱性电池，其通过在以下方为底部且上方开口的有底圆筒状的电池罐内容纳环状的正极混合物、配置在该正极混合物内侧的有底圆筒状的隔膜、以及配置在该隔膜内侧的负极凝胶作为发电元件，并在所述电池罐的开口处嵌装负极端子板而形成，该圆筒形碱性电池，其特征在于，所述负极端子板，通过上述任何一种碱性电池用密封垫圈进行嵌装。
发明效果
根据本发明提供的圆筒形碱性电池用密封垫圈，在其组装于电池罐内的状态下薄壁部破裂而电池内气体排出时，能够防止负极凝胶流出到正极混合物的容纳区域中。并且，在具有该密封垫圈的本发明的碱性电池中，难以发生因负极凝胶与正极混合物接触而引起的内部短路。
附图说明
图1是碱性电池结构的示意图。
图2是碱性电池密封结构的示意图。
图3是用于说明碱性电池中的防爆安全机构的示意图。
图4是用于说明碱性电池用密封垫圈结构的示意图。
图5是显示密封垫圈破裂状态的示意图。
具体实施方式
相关申请的相互引用
本申请要求于2016年12月19日提交的日本国专利申请：特愿2016—245146的优先权，并引用其公开的内容。
＝＝＝传统的防爆安全机构＝＝＝
如上所述，碱性电池1的密封垫圈10，在组装于电池罐2的状态下，当电池罐2内部上升至预定压力时，槽状薄壁部15因该压力而破裂，由于薄壁部15以细槽状开口，虽然能够释放引起内压升高的气体，但欲与气体一起流出的负极凝胶5会被隔壁部13阻挡住。
因此，本发明人考虑到如果在使薄壁部15先行破裂的同时，以该破裂处为起点，使隔壁部13的薄壁部15以外的部位也发生破裂，从而使得隔壁部13不以线状、而是以面状开口，那么就能够将负极凝胶5引导至密封垫圈10的隔壁部13的上方。进一步地，本发明人对电池罐2内的内压上升时使薄壁部15先行破裂、并同时使隔壁部13以平面状开口的结构进行了反复研究，从而完成了本发明。
＝＝＝实施例＝＝
下面将参考附图，对本发明的实施例进行说明。另外，在以下说明所使用的附图中，对相同或类似的部分，有时会使用同一附图标记而不再重复说明。根据说明书附图的不同，说明中有时会省略不需要的附图标记。
本发明实施例中的碱性电池1的密封垫圈10(下文中也称为密封垫圈10)的形状和基本结构，与图1、图2所示碱性电池1中所使用的密封垫圈10相同。但是，在构成密封垫圈10的隔壁部13上，与负极凝胶5相对的对面区域16的厚度被最优化，即使电池罐2内的压力突然增加，也不会阻塞破裂的薄壁部15，而是能够使隔壁部13以平面状开口(下文中也称为破碎)，从而将负极凝胶5确实引导至隔壁部13的上方。
图4中示出了用于说明本发明实施例由密封垫圈10提供的防爆安全机构的动作示意图。图4也是碱性电池1的上端侧被放大的纵向剖视图，本实施例的密封垫圈10，当组装到碱性电池1中时，隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16的一部分或全部，被形成为预定厚度。由此，当电池罐2内部的压力上升而薄壁部15破裂时，具有预定厚度的区域(下文中也称为破碎区域)以薄壁部15的破裂部位为起点裂开，隔壁部13的一部分被破开，或者隔壁部13的一部分破碎成孔，呈现以面状开口的破碎状态。
<破碎区域的厚度>
首先，为了求出隔壁部13切实会破碎的厚度，需制备隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16的厚度不相同的、多种LR6型碱性电池用密封垫圈10，并使用上述对面区域16的厚度不相同的各种密封垫圈10，制成作为样品的LR6型碱性电池1。即，以上述对面区域16的整个区域作为破碎区域。并且使用相同密封垫圈10的样品要分别制成20个。然后，用150mA电流对各样品充电，并进行使薄壁部15破裂的防爆安全试验。接着，检查是否存在内部短路。之后将试验后的样品拆开，通过目视检查密封垫圈10的破裂状态。
另外，各样品所使用的密封垫圈10中，隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16，除了薄壁部15之外的所有区域厚度相同。根据破裂所需的动作压力，薄壁部15可设定为0.15～0.20mm的预定厚度，在此，一律设定为0.15mm。当然，薄壁部15的厚度并不限于该厚度。薄壁部15，只要薄于隔壁部13的其他部分，且设置成比隔壁部13上的其他部位先行破裂即可。
另外，各样品所使用的密封垫圈10，其除了隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16的厚度之外，具有与市售产品(例如，上述非专利文献2中介绍的碱性干电池1)相同的组成或结构。具体说来，密封垫圈10是由尼龙6-12制成的模制品，并且图4中的隔膜4的内径即密封垫圈10上与负极凝胶5相对的对面区域16为
防爆安全试验的结果如下表1所示。
[表1]
如表1所示，在隔壁部13上，与负极凝胶5相对的对面区域16的厚度为0.3mm以下的样品1～3中，各样品所有的20个个体均没有发生内部短路。另外，在隔壁部13的破裂状态下，可以确定出现了与薄壁部15的破裂部位连续的裂缝或缺失并发生破碎。然而，在上述对面区域16的厚度为0.35mm和0.4mm的样品4和5中，各自20个样品中，10％和30％的个体内发生了内部短路。并且，当检查样品4和5中的密封垫圈10的破裂状态时，仅能够确定薄壁部15的破裂，而不能确定隔壁部13的破碎。
图5示出了在防爆安全试验后样品中密封垫圈10的破裂状态。在这里，示出的是从下方观察由负极端子板7、负极集电体6和密封垫圈10构成的密封体时的示意图，并且实现示出的是样品3中密封垫圈10的破裂状态。如图5所示，在组装于所有个体都没有发生内部短路的样品3内的密封垫圈10中，隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16缺失较大。在该示例中，负极凝胶5对面区域16的几乎整个区域发生了破碎。并且，系以环绕凸台部11的外周的形态呈C字状脱落，而圆环只剩下了一部分，负极端子板7的下表面7d从该C字状的开口20显露出来。并且还能够得知，负极凝胶5从该开口20被引导至隔壁部13的上表面。另外在图5中，破碎区域的破裂面21由阴影线表示。
另一方面，在发生内部短路的单体封口垫圈10中，隔壁部13没有破碎，且隔壁部13上附着有负极凝胶5。即，可以确定：在发生内部短路的样品中，隔壁部13不破碎，而只有薄壁部15发生线状破裂，负极凝胶5不能通过薄壁部15的破裂部位，而是使隔膜4破裂并流出至正极混合物3侧。如上所述，为了在碱性电池1的防爆安全机构动作时，使密封垫圈10的隔壁部13破碎，需要将隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16设定为0.3mm以下的厚度。
<破碎区域的占有率>
其次，使用不以上述对面区域16的整个区域作为厚度0.3mm以下的破碎区域、而仅以一部分区域作为破碎区域的密封垫圈10来制作LR6型碱性电池1。并对该碱性电池1进行防爆安全试验。具体来说，在图4中，相对于从薄壁部外周起到隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域16的外周、即到隔膜4的内面位置的距离d1，将从薄壁部外周起相距外侧为距离d2(≤d1)的区域的厚度设定为0.3mm，制作距离d2不相同的各种密封垫圈10。即，制作出的多种密封垫圈10，相对于从上下方向观察对面区域16的整个区域时的投影面积，厚度为0.3mm的破碎区域的投影面积的比率(以下称为占有率)不相同。然后，使用破碎区域占有率不相同的各种密封垫圈10，制备LR6型碱性电池1作为样品，并对各样品进行上述防爆安全试验。另外在此，各样品也需要准备20个个体样品。下表2显示的是破碎区域占有率和防爆安全试验的结果。
[表2]
如表2所示，在破碎区域占有率为25％以上的样品9～11中，在所有的20个个体中都没有发生内部短路。然而，在占有率为20％以下的样品6～8中，存在发生内部短路的个体。并且，在占有率为10％及15％的样品6和7中，占有率较大的样品7的内部短路发生率较高。这表明当占有率为15％以下时，破碎状态不稳定，较难防止内部短路。并且，根据表1和表2中所示的防爆安全试验结果可以得知，当密封垫圈10的隔壁部13上，负极凝胶5对面区域16的、厚度为0.3mm以下的破碎区域的占有率为25％以上时，能够切实防止内部短路。
＝＝＝其他实施例＝＝
在上述实施例的密封垫圈10中，薄壁部15沿凸台部11的外周而形成，但薄壁部15也可以形成为，当组装到碱性电池1中时在与负极凝胶5相对的对面区域中与凸台部11呈同心圆。并且，破碎区域也可以与薄壁部15接触地形成为圆环状。例如，可以沿凸台部11的外周设置圆环状的破碎区域，而沿着该破碎区域的外周设置薄壁部15。在隔壁部13与负极凝胶5相对的对面区域中，还可以相对于薄壁部15在外周侧和内周侧上形成两个破碎区域。即，破碎区域可以由薄壁部15分割为内周侧和外周侧两个圆环区域。
另外，上述实施方式是为了便于理解本发明，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
例如，上述实施例中密封垫圈10的构造和结构并不限于LR6型碱性电池1，其也可以应用于其他类型的碱性电池1中，只要该碱性电池是圆筒形的即可。在隔壁部13上与负极凝胶5相对的对面区域中，可以形成在预定压力下破裂的薄壁部15，和与该薄壁部15接触的圆环状破碎区域。
附图标记说明
1碱性电池，2电池罐，3正极混合物，4隔膜，5负极凝胶，6负极集电体，7负极端子板，7d下表面，8正极端子，9通气孔，10密封垫圈，11凸台部，12凸台孔，13隔壁部，14外周部，15薄壁部，16隔壁部上与负极凝胶相对的对面区域，20开口，21破裂面，100圆筒轴。

Claims (3)

1.一种圆筒形碱性电池用密封垫圈，其组装到圆筒形碱性电池中，以使电池罐的开口与负极端子板之间绝缘，所述圆筒形碱性电池，通过在上下方向上具有圆筒轴且上方开口的有底圆筒状的电池罐内容纳环状的正极混合物、配置在该正极混合物内侧的有底圆筒状的隔膜以及配置在该隔膜内侧的负极凝胶作为发电元件，并在所述电池罐的开口处嵌装负极端子板而形成，所述圆筒形碱性电池用密封垫圈的特征在于，
以所述密封垫圈的上下各方向作为所述电池罐的上下各方向，
所述密封垫圈包括：凸台部，其由树脂材料制成，在上下方向上形成为中空圆筒状，以使棒状的负极集电体立设；圆盘状的隔壁部，其连接该凸台部的外周；外周部，其从该隔壁部的外周缘向上方立设；以及薄壁部，其在所述隔壁部上与所述凸台部呈同心圆地形成为槽状；其中，
当所述薄壁部组装在所述碱性电池中时，其形成在与所述负极凝胶相对的对面区域中，并且薄于所述隔壁部的其他区域，
所述薄壁部的厚度设定为，当组装到所述碱性电池中时，所述电池罐内达到预定压力时会发生破裂；
所述隔壁部上，在与所述负极凝胶相对的对面区域中，形成有与所述薄壁部接触且厚度为0.3mm以下的圆环状的破碎区域，
该破碎区域，从上下方向观察时的投影面积，为与所述负极凝胶相对的整个区域的投影面积的25％以上。
2.根据权利要求1所述的圆筒形碱性电池用密封垫圈，其特征在于，组装在尺寸为LR6型以下的圆筒形碱性电池中。
3.一种圆筒形碱性电池，其通过在以下方为底部且上方开口的有底圆筒状的电池罐内容纳环状的正极混合物、配置在该正极混合物内侧的有底圆筒状的隔膜以及配置在该隔膜内侧的负极凝胶作为发电元件，并在所述电池罐的开口处嵌装负极端子板而形成，其特征在于，所述负极端子板，通过权利要求1或2所述的碱性电池用密封垫圈进行嵌装。
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