CN1324755C - 密闭型蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种密闭型蓄电池，本发明的封口体(10)由密封外壳(18)开口部的底板(11)、在作为正极端子的同时在其内部形成收容压力阀的空间部的正极帽(12)、绝缘环(13)、在上面具有钢板(14a)的弹性阀(14)、弹簧(15)、被设置在正极帽(12)的法兰盘(12a)上的PTC元件环(16)构成。并且，在该封口体(10)的外周部上安装绝缘垫(17)，密封外壳(18)的开口部。根据本发明，在不使外壳内的容积减少的条件下将PTC元件设置在封口体内，防止短路时的大电流，提高安全性。

Description

密闭型蓄电池
技术领域
本发明涉及一种密闭型蓄电池，其包括正极和负极夹持着隔膜卷绕而成的电极群，在收容该电极群的同时兼作一方电极端子的具有开口部的外壳，通过绝缘垫密封所述外壳的开口部的、兼作另一方电极端子的同时内藏压力阀的封口体，特别涉及一种在封口体内包括PTC元件的密闭型蓄电池。
背景技术
一般来说，镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等密闭型蓄电池在放电时的工作电压大约是1.2V，所以所谓的AA尺寸和AAA尺寸的电池，有时与锰干电池和碱性一次电池(碱性干电池)等的单3形和单4形互换使用。但是，电池在遇到外部短路或逆插入等误使用时，锰干电池和碱性干电池的输出特性低，所以不会有很大的流过。但是，上述那样的封闭型蓄电池由于能够大电流放电，所以短路电流变大，存在因发热和大电流产生烧损的问题。
为了防止因这种发热和大电流引起的烧损，在锂离子蓄电池中使用一旦温度上升则电阻值增大而遏制大电流的PTC(正温度系数)元件、或者是内藏遮断大电流的断路器。例如在专利文献1(特开平2-20745号公报)中，提出将PTC元件设置在兼作正极端子的外壳的底部的方案。然而，如果将PTC元件设置在封口体以外的场所，则产生阀室内温度监视精度降低的问题。所以，将PTC元件设置在具有阀体的封口体内的方案例如在专利文献2(特许3143176号公报)中被提出。
内藏这样的PTC元件的封口体具有图3所示结构。也就是，图3所示的封口体由帽状形成的不锈钢制的正极帽31、皿状形成的不锈钢制的底板34构成。正极帽31由向电池外部突出的凸部32、和构成该凸部32的底边部的平板状法兰盘部33组成，在凸部32的角部设置有多个排气孔32a。另一方面，底板34由向电池内部突出的凹部35、和构成该凹部35的底边部的平板状法兰盘部36组成，在凹部35的角部设置有多个排气孔35a。
在该正极帽31和底板34的内部，收容有一旦电池内部的气体压力升高到规定压力以上就发生变形的电力导出板37。电力导出板37由凹部37a和法兰盘部37b组成，由铝箔制成。凹部37a的最低部被设置得与底板34的凹部35的上表面接触，法兰盘部37b被夹持在正极帽31的法兰盘部33和底板34的法兰盘部36之间。而且，正极帽31和底板34利用聚丙烯(PP)制的封口体用绝缘垫39被液密地封口。
PTC元件(正温度系数)38被设置在法兰盘部37b的上部，一旦电池内过电流流动而产生异常发热现象，该PTC元件38的电阻值增大，使过电流减少。而且，当电池内部的气压升高，超过规定压力时，由于电力导出板37的凹部37a变形，电力导出板37和底板34的凹部35之间的接触被切断，从而切断过电流或短路电流。
专利文献1
特开平2-20745号公报
专利文献2
特许3143176号公报
然而，在使用没有内藏PTC元件的封口体的碱性二次电池中，如图4所示，使封口体40的外周部(通过绝缘垫46被铆接在外壳47上的部分)的厚度变薄，而使电池内容积极力增大、使放电容量增大。也就是，图4所示的封口体40由帽状形成的镀镍钢板制的正极帽41、和皿状形成的镀镍钢板制的底板42构成，正极帽41和底板42通过焊接被连接在一起。
在底板42的中心部形成有排气口42a，同时，在底板42的外周部形成有法兰盘部42b。由阀板43和弹簧45组成的压力阀被设置在由这些正极帽41和底板42所形成的空间部内。另外，镀镍钢板44被设置在阀板43和弹簧45之间。并且，底板42的法兰盘部42b由聚丙烯(PP)制的绝缘垫46夹持，该绝缘垫46被设置在形成在外壳47上部的挤压部47a上，通过铆接外壳47的上部47b，被液密地封口。
但是，如图3所示，在将PTC元件内藏在封口体内时，成为底板34的法兰盘部36、绝缘垫39、PTC元件38、正极帽31的法兰盘部33以及底板34的铆接部36a被层叠的结构。因而封口体的外周部(利用绝缘垫被铆接在外壳上的部分)的厚度变厚。其结果，用于收容电极群的容积减少，在使用内藏PTC元件的封口体时，产生不得不牺牲电池容量的问题。
而且与锂系电池不同，在碱性二次电池中，由于设置了非破坏的复位气体排出阀，所以一旦将PTC元件等功能元件设置在封口体内部，在日常使用时，由微量排出的碱雾恐怕会使PTC元件劣化，而且PTC元件的一体化也很困难。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种不使外壳内的容积减少并且以适合于碱性二次电池的形状将PTC元件设置在封口体内，从而防止发生短路时的大电流，提高安全性的密闭型蓄电池。
为了实现上述目的，在本发明的密闭型蓄电池中所使用的封口体包括收容压力阀的阀室、形成有法兰盘的帽部、封闭外壳开口部的底板。并且，其特征在于，将环形PTC元件设置在帽部的法兰盘上面(帽部安装时成为阀室的外侧的面)，同时，利用形成在底板外周部上的折返部，将该PTC元件固定在所述帽部的法兰盘上面，最好被铆接。
像这样，一旦将环形PTC元件设置在帽部的法兰盘上面，PTC元件就可以被隔离在阀室外部。由此，能够防止电解液附着在PTC元件上，因而可以预先防止PTC元件的劣化。此外，由于PTC元件被设置得与阀室邻接，因而可以精度良好地监视阀室内的温度。
此外，如果利用形成在底板外周部上的折返部将PTC元件铆接在所述帽部的法兰盘上面，则由于没有必要将PTC元件设置在底板的最外周部，因而将该封口体安装在外壳的开口部上时，铆接部的厚度可以变薄。由此，可以提供一种外壳内的容积不会减少、且可以安装具有PTC元件的封口体，从而防止短路时产生大电流，提高安全性的蓄电池。
此外，如果在折返部的最外周上形成法兰盘部，该法兰盘部被绝缘垫所夹持，则可以使封口体外周部的厚度进一步变薄。此外，如果对折返部实施变薄加工，则可以使被绝缘垫所夹持的法兰盘部的厚度进一步变薄。此时，PTC元件最好具有常温下3A以下、60℃下1A以下的遮断电流特性。此外，上述PTC元件最好具有承受在15伏外加电压下以5A电流充放电1000次以上的耐压特性。而且，最好上述PTC元件在遮断电流后，流动的微小泄漏电流是0.5A以下。
为了在短路时电池和其短路路径不会到达异常发热的水平，遮断电流需要被设定为3A以下。对于通常所使用的充电器，耐压特性就是能够承受在15伏外加电压下以5A电流反复实施充放电1000次以上的特性，所以要求具有这样的耐压特性。对于遮断电流后流动的微小泄漏电流而言，即使由PTC元件的作用而可以遮断大电流，但为了使遮断电流后流动的微小泄漏电流对电池和其短路路经不造成很大的负荷，遮断电流后流动的微小泄漏电流需要被设定为0.5A。此外，如果在上述PTC元件的内周端面上形成烯烃类树脂的保护膜，则即使电解液附着在该PTC元件的内周端面上，也可以防止因电解液引起的PTC元件的劣化。
附图说明
图1是一个表示将本发明的封口体安装在外壳的开口部的状态下的主要部分剖面图；
图2是表示图1所示封口体的部件的剖面图；
图3是表示以往例的包括PCT元件的封口体的剖面图；
图4是表示以往例的不包括PCT元件的封口体的剖面图。
图中：10-封口体，11-底板，11a-排气口，11b-突起，11c-DI加工部(厚度变薄部)11d-折返部，11e-铆接部，12-正极帽，12a-法兰盘，13a-绝缘环，13a-竖立部，14-弹性阀，14a-镀镍钢板，15-弹簧，16-PTC元件环，17-绝缘垫，18-外壳。
具体实施方式
下面基于图1和2，对将本发明适用于镍-氢蓄电池时的实施形态进行说明。并且，图1是表示在外壳的开口部安装了本发明封口体的状态的关键部分的剖面图。图2是表示图1的封口体部件的剖面图。
1.封口体
如图1和2所示，本发明的封口体10由封闭外壳18的开口部的底板11、在成为正极端子的同时在其内部形成用于收容压力阀的空间部(阀室)的正极帽12、绝缘环13、在上面具有镀镍钢板14a的弹性阀14、弹簧15、被设置在正极帽12的法兰盘12a上的PTC元件环16构成，绝缘垫17采用密封外壳18的开口部的方式被安装在该开口部10的外周部上。
底板11由镀镍钢板形成为皿状，在皿状的中心部形成排气口11a，同时，在该排气口11a的周围上，形成用于将弹性阀14设置在规定位置上的4个位置确定用突起11b。此外，从底板11的皿状端部对外周部11c实施DI加工，将其变薄，使之厚度为底板11的皿状部厚度的一半。而且，从实施DI加工而变薄部分的大约1/3位置折返，形成折返部11d，此外，在折返部11d的内周侧上形成用于将下面所述PCT元件环16铆接在正极帽12的法兰盘12a上面的铆接部11e。
正极帽12由镀镍钢板形成，其中央部盖状突出，法兰盘12a形成在成为其底边部的外周部上。而且，正极帽12的法兰盘12a的直径形成得比底板11的皿状端部稍小。此外，在正极帽12的侧壁上形成有未图示的排气口。
绝缘环13由聚丙烯(PP)环状形成，具有可被配置在底板11的皿状端部之间的直径，而且还形成有开口，所述开口直径稍大于形成在底板11上的4个位置确定用突起11b所形成的圆形直径。而且在绝缘环13的端部周缘上形成有竖立部13a。由此，将在正极帽12的外周部上形成的法兰盘12a设置在绝缘环13上，也可防止该法兰盘部12和被形成在底板11上的折返部11d接触。其结果，如果将PTC元件环16设置在正极帽12的法兰盘部12上，则通过被形成在底板11上的折返部11d、铆接部11e、PTC元件环16和法兰盘12a，放电电流流过正极帽12。
弹性阀14由乙丙橡胶(EPDM)形成，该弹性阀14被配置成堵住在底板11的皿状中心部形成的排气口11a。在该弹性阀14的上面设置有镀镍钢板14a，用于向此镀镍钢板14a施加压力的弹簧15被设置在镀镍钢板14a上。由此，一旦电池内被加压至规定压力以上的压力，反抗弹簧15的挤压压力，弹性阀14上浮，从正极帽12的排气口(图中未示)排出气体，使电池内压力下降。
PTC元件环16是由具有正温度特性的导电性聚合物材料组成的PTC(Positive Temperature Coefficient)元件，是随温度的上升电阻值增大的、以“polyswitch”(レイケム公司制造)的商标名在市场上出售的元件，具有在常温下为3A以下、在60℃下为1A以下的遮断电流特性，并具有承受在15伏的外加电压下以5A电流充放电1000次以上的耐压特性，此外遮断电流后流动的微小泄漏电流是0.5A以下。而且，该PTC元件环16的内周壁面上覆盖着烯烃类树脂薄膜，以防止因附着碱性烟雾而引起劣化。
而且，在该PTC元件环16的中心部形成有直径比正极帽12的突出部的直径稍大的开口，PTC元件环16被设置在正极帽12的法兰盘12a的上面。由此，通过形成在底板11上的折返部11d、铆接部11e、PTC元件环16和法兰盘12a，放电电流流向正极帽12。该PTC元件环16的工作范围被设定为在常温(25℃)3A以下，在高温(60℃)1A。
2.封口体的装配
下面说明具有上述结构的封口体10的组装方法。首先，准备在皿状中心部形成了排气口11a且在该排气口11a的周围形成4个位置确定用突起11b的底板11。然后，从该底板11的皿状端部对外周部11c侧实施DI加工，使之变薄，使其厚度变得底板11的皿状部的一半厚度。之后，L字状地折弯DI加工部，使该封口体成为规定直径，形成折弯部11c(参考图2中的虚线)。
然后，将形成有竖立部13a的绝缘环13配置在底板11的皿状部内的端部周缘后，配置弹性阀14，使其堵住形成在底板11的皿状中心部的排气口11a。然后，将弹簧15配置在被设置在弹性阀14上面的镀镍钢板14a上后，将正极帽12的法兰盘12a设置在绝缘环13上。随后，将PTC元件环16设置在该法兰盘12a上，将底板11的折弯部11c向内侧折叠，形成折返部11d。
然后，通过将折弯部11c的前端向正极帽12的法兰盘12a侧铆接，形成铆接部11e，将PTC元件环16固定在正极帽12的法兰盘12a的上面。由此，由弹簧15向弹性阀14施加压力，利用弹性阀14堵住排气口11a，形成封口体10。
3.镍氢蓄电池的制造
下面对使用按上述那样制造的封口体10制作镍氢蓄电池的示例进行说明。首先，在由冲压板材组成的极板芯体的表面上形成镍烧结多孔体，然后由化学浸渍法，将以氢氧化镍为主体的活性物质填充在镍烧结多孔体内，制作镍正极板。另外，将由氢吸藏合金组成的膏状负极活性物质填充到由发泡镍组成的极板芯体的表面上，使之干燥后，压延至规定的厚度，制作了氢吸藏合金负极板。
在这些镍正极板和氢吸藏合金负极板之间设置隔膜，然后螺旋状地卷绕，制作螺旋状电极群。在该螺旋状电极群的上端面，露出镍正极板的极板芯体的端部，而且，在下端面上露出氢吸藏合金负极板的极板芯体的端部。并且，焊接在该螺旋状电极群的上端面露出的芯体和正极集电体的同时，焊接在下端面露出的芯体和负极集电体。而且，从正极集电体的端部向外延伸，设置正极引线。在所述正极引线的端部嵌着绝缘垫后，焊接到封口体的下端面上。
然后，将螺旋状电极群收容于在铁上镀镍的有底筒状外壳(底面的外面成为负极外部端子)18内后，将负极集电体点焊在外壳18的内底面上。此后，在外壳18的上部外周面上加工沟槽18a，从正极集电体延伸出来的正极引线被垂直地折弯后，将该正极引线的端部电阻焊接在封口体10的底板11上。此后，向外壳18内注入由30质量％的氢氧化钾(KOH)水溶液组成的碱性电解液。
然后，将聚丙烯(PP)制的绝缘垫17安装在作为封口体10的法兰盘部的底板11的折返部11d后，将正极引线折弯，将封口体10配置在外壳的开口部。此后，将外壳18的开口端缘18b向内侧铆接，密封开口部而进行封口。因由此，制造出公称容量1.7Ah的镍氢蓄电池。
4.短路试验
使用按上述那样被制作的两种镍氢蓄电池以及如图4所示没有配置PTC元件的两种以往镍氢蓄电池(公称容量1.7Ah)进行短路试验。在所述短路试验中，利用导线连接正极和负极，使各电池外部短路，测量短路的最大电流和电池最高温度，获得下述表1中的结果。
                             表1
  电池种类       最大电流(A)      最高温度(℃)   电池状态
  No1   No2   No1   No2
  本发明   6.5   6.8   68   70   发热小
  以往例   22.0   26.5   141   165   发热大
由表1可以获知，本发明电池的最大电流小，发热也小。与此相反，以往例电池的最大电流大，发热也大。也就是在本发明的电池中，PTC元件环16被设置在正极帽12的法兰盘12a上面。由此，一旦用导线连接正极和负极，短路电流按照正极帽12→PTC元件环16→底板11的铆接部11e→折返部11d→底板11的皿状部→电极群的正极→负极→外壳18的顺序流动。其结果，PTC元件环16的电阻值增加，短路电流被抑制，发热也变小。
发明效果
如上所述，在本发明中，由于PTC元件16被设置在正极帽12的法兰盘12a上面，所以能够把PTC元件16隔离在阀室12的外部。由此，由于可以防止电解液附着在PTC元件16上，从而能够防止PTC元件16的劣化。此外，由于与阀室12邻接地设置PTC元件16，所以可精度良好地监视阀室12内的温度。
而且，由于利用形成在底板11外周部上的铆接部11e，将PTC元件环16铆合在正极帽12的法兰盘12a上面，因而没有必要将PTC元件环16设置在底板11的最外周部。其结果，能够在将封口体10安装在外壳18的开口部上时使铆接部的厚度变薄。由此，可以提供一种不使外壳18内的体积减少，且能够安装具有PTC元件16的封口体10，从而防止发生短路时的大电流，提高安全性的密闭型蓄电池。
此外，在上述实施形态中，虽然使用镍氢蓄电池对本发明进行说明，但本发明并不局限于镍氢蓄电池，很明显本发明也适用于镍镉蓄电池、锂离子电池等其它密闭型蓄电池中。

Claims (10)

1.一种密闭型碱性蓄电池，其包括正极和负极夹持着隔膜卷绕而成的电极群、收容该电极群的同时兼作一方电极端子的具有开口部的外壳、通过绝缘垫密封所述外壳的开口部的兼作另一方电极端子的同时内藏压力阀的封口体，其特征在于：
上述封口体包括收容上述压力阀的阀室、形成有法兰盘的帽部、封闭上述开口部的底板，
将环形PTC元件设置在上述帽部的法兰盘上面，同时由形成在上述底板外周部的折返部固定上述PTC元件。
2.如权利要求1所述密闭型碱性蓄电池，其特征在于：由形成在上述底板外周部的折返部，上述PTC元件被铆接在上述帽部的法兰盘的上面。
3.如权利要求1所述密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述底板的法兰盘部形成在上述折返部的最外周上，该法兰盘部被上述绝缘垫所夹持。
4.如权利要求2所述密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述底板的法兰盘部形成在上述折返部的最外周上，该法兰盘部被上述绝缘垫所夹持。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述折返部被实施了变薄加工。
6.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述PTC元件具有在常温3A以下、在60℃1A以下的遮断电流特性。
7.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述PTC元件具有承受在15伏外加电压下以5A电流充放电1000次以上的耐压特性。
8.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述PTC元件在遮断电流后，流动的微小泄漏电流是0.5A以下。
9.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：在上述PTC元件的内周端面上形成有烯烃类树脂的保护膜。
10.如权利要求1～4中的任意一项所述的密闭型碱性蓄电池，其特征在于：上述外壳和上述封口体被形成为与单3形电池或单4形电池相同的形状。
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