JP2003045395A - 密閉型蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比べて封口体の部品点数を少なくする
ことができるとともに、低温過充電時の電解液リークの
発生を抑制することができる密閉型蓄電池を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 封口正極板３１は、一枚の板状部材から
なり、その中央に電池外部に膨出した正極端子３１０を
備える。正極端子３１０の周壁には、その一部が正極端
子内部に突出した弁座３１２が設けられており、この弁
座３１２が弁板３２とスプリング３３とからなる弁体を
支持している。弁板３２の下方には、電池内部に反応ガ
スが発生した時にその圧力上昇を緩和する圧力緩和空間
３１３が形成されており、これによって電池内部の圧力
上昇が抑制され、電解液リークの発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル機器な
どに用いられる密閉型蓄電池に関し、特に、その電極端
子に用いられる、電池内部で発生する反応ガスを外部に
放出する弁を備えた封口体を改良する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ニッケル−カドミウム蓄電池やニ
ッケル−水素蓄電池といったアルカリ蓄電池は、ポータ
ブル機器をはじめとして様々な機器に用いられている。
こうしたアルカリ蓄電池の中で、密閉構造をとる密閉型
蓄電池は、充電時に発生する反応ガスが電池内で消費さ
れるので、ガス発生、漏液などの欠点が少ない点で優れ
ている。

【０００３】この密閉型蓄電池は、低温過充電時におい
て、電解液の電気分解および電解液の気化に伴なって反
応ガスが過剰に発生しやすいという問題があり、反応ガ
ス発生に伴なって電池内部の圧力が上昇する。この圧力
が高くなりすぎるのを防止するため、密閉型蓄電池の封
口体には、所定圧力以上になると電池内部と外部とを連
通するように開放して、電池内部の圧力を低下させる弁
が備えられている。

【０００４】図７は、弁を備える封口体３００の要部断
面図である。同図を参照しながら従来の封口体３００の
構成について説明する。封口体３００は、封口板３０
１、正極キャップ３０２、弁板３０３、およびスプリン
グ３０４を備える。封口板３０１の中央部には、正極キ
ャップ３０２がかしめや溶接により被装されている。こ
の正極キャップ３０２には、その内部に弁板３０３、お
よびスプリング３０４からなる弁体が形成されていると
ともに、反応ガスを排出するガス抜き孔３０５を備えて
いる。上記弁体は、封口板３０１の中央に開口された孔
を塞ぐための弁板３０３が、スプリング３０４により押
圧された構造をしており、電池内部の圧力が高まったと
きには、内部の反応ガス（矢印Ａ）が弁板３０３を押し
上げ、ガス抜き孔３０５から大気中に反応ガスを放出
（矢印Ｂ）するようになっている。

【０００５】他方、図８に示すように、弁体として、弁
板３０３およびスプリング３０４の代わりに、ゴム弾性
体３１４を用いる技術もある。これによっても、電池内
部の反応ガス圧力が高まったときには、内部の反応ガス
がゴム弾性体３１４を押し上げ、ガス抜き孔３０５から
大気中に反応ガスを放出するようになっている。このよ
うな技術によれば、密閉型蓄電池の内部における反応ガ
スの圧力が高まったとしても、スプリングやゴムの弾性
力に応じて反応ガスを大気中に放出することができるの
で、その圧力を一定以下に保持することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、スプリングやゴムなどの弾性体を封
口板と正極キャップとによって挟み込む構成であるた
め、封口体を構成する部品点数が多く、これを製造する
際の工程数も多くなりがちである。また、反応ガスを大
気中に放出する際には、それに伴なって電解液がリーク
することもある。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、部品点数を従
来に比べて少なくすることによって製造工程数を少なく
することができるとともに、電解液のリーク発生を抑制
することができる密閉型蓄電池を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る密閉型蓄電池は、電極素体と、前記電
極素体を収納する筒形有底部材と、前記筒型有底部材の
開口部を封口する封口板とを備え、前記封口板には、そ
の一部を電池外方へ膨出して電極端子が形成されている
とともに、当該電極端子の周壁に形成されたガス抜き孔
よりも電極素体に近い側の電極端子内壁に弁座が形成さ
れ、かつ、当該弁座に対して弾性付勢された状態で電極
端子内空間に弁体が設けられていることを特徴とする。

【０００９】これによれば、従来に比べて封口体の部品
点数を少なくすることができるのでコスト的に優れる。
また、部品点数が少なくなることからその製造工程数も
少なくすることができる。また、弁体を電極端子内部に
支持するために、前記弁座は、電極端子の周壁内寸が前
記弁体の外寸よりも小さく加工されることによって形成
されているようにすればよい。

【００１０】具体的には、弁座が、電極端子の周壁の一
部が電極端子の内部方向に突出したものとすれば、弁座
と弁体の接触部分においてシールすることができる。さ
らに、前記電極端子の弁座を、電極端子の周壁内寸が、
先端側から根元側にかけて小さくなるように加工される
ことによって形成されているようにしても、弁座と弁体
の接触部分においてシールすることができる。

【００１１】また、前記電極端子は、その内部に、前記
電極素体から発生する反応ガスによって生じる電池内部
の圧力上昇を緩和する圧力緩和空間を有することを特徴
とする。これによれば、たとえ低温過充電時などにおい
て反応ガスが過剰に発生したとしても、電池内部におけ
る反応ガスの圧力上昇が緩和されるので、ガス放出に伴
なう電解液のリーク発生が抑制される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る密閉型蓄電池
の一例として、円筒形アルカリ蓄電池に本発明を適用し
た場合の実施の形態について図面を参照しながら説明す
る。 ＜円筒形アルカリ蓄電池の全体構成＞図１は、本実施の
形態に係る円筒形アルカリ蓄電池の構成を示す要部分解
斜視図である。

【００１３】同図に示すように円筒形アルカリ蓄電池
は、渦巻電極体１、外装缶２、封口体３などを備え、渦
巻電極体１が収容された外装缶２と、封口体３とがガス
ケット４１を介してかしめによって封止されている。渦
巻電極体１は、正極板１０、負極板２０、セパレータ３
０を備え、正極板１０と負極板２０とをセパレータ３０
を介して巻回したものである。

【００１４】正極板１０は、例えば、水酸化ニッケルを
活物質として含む電極であり、負極板２０は、例えば、
水酸化カドミウムや水素吸蔵合金を活物質として含む電
極である。セパレータ３０は、例えば、ポリアミドなど
からなる不織布であり、フィルムなども用いることがで
きる。

【００１５】渦巻電極体１は、正極板１０と負極板２０
とがセパレータ３０を介して渦巻状に巻回された後、ア
ルカリ電解液が含浸されて電極素体となり外装缶２に収
容される。外装缶２は、有底円筒形の形状をしており、
その開口部はガスケット４１を介して封口体３により封
口されている。ガスケット４１は、外装缶２と封口体３
とを絶縁した状態に保持する。

【００１６】封口体３は、封口正極板３１、弁板３２、
およびスプリング３３を備え、封口正極板３１に形成さ
れた正極端子３１０内部に弁板３２、スプリング３３か
らなる弁体が設けられている。ここで、スプリング３３
は、弁座３１２（図２）に対して弁板３２を弾性付勢し
ており、電池内部の圧力が高まったときには弁板３２が
開いて、正極端子３１０の周壁に設けられたガス抜き孔
３１１を通して反応ガスを大気中に排出するようになっ
ている。

【００１７】＜封口体３の構成＞次に本発明に特徴的な
封口体３の構成について説明する。図２は、封口体３の
要部断面図である。封口正極板３１は、一の円板状部材
に対してプレス加工を施して、その中央部に電池外方へ
膨出した中空の正極端子３１０を形成したものである。

【００１８】正極端子３１０の周壁には、反応ガスを外
部に排出するためのガス抜き孔３１１が形成されるとと
もに、ガス抜き穴３１１よりも渦巻電極体１（図１）に
近い側に、電池内部方向に突出した弁座３１２が円周状
に形成されている。ここで、弁座３１２は、その内径が
弁板３１２の外径よりも小さくなるように突出してお
り、これにより弁板３２を載架している。

【００１９】この弁板３２は、スプリング３３により弾
性付勢された状態となっており、これによって、弁板３
２の全外周部分と弁座３１２とが密着し、密閉型蓄電池
内部は気密状態に保持される。上述したように、封口正
極板３１を、二つ以上の部品を溶接やかしめによって接
合することなく形成された一の部材から構成することに
よって、従来のように、封口部材を正極キャップと封口
板の２つの部材から構成する場合と比べて封口体の部品
点数を減らすことができる。

【００２０】すなわち、従来の封口体においては、正極
キャップ、封口板、弁板、スプリングの４点が必要とな
っていたが、本実施の形態における封口体３において
は、封口正極板３１、弁板３２、スプリング３３の３点
のみと、従来に比べて少ない部品で構成することができ
る。そのため、コスト的にも従来に比べて有利である。
また、弁座３１２が正極端子３１０内部の周壁に形成さ
れるため、正極端子３１０内部における弁体（弁板３２
およびスプリング３３）の下方に圧力緩和空間３１３が
形成される。

【００２１】この圧力緩和空間３１３が形成されること
によって、電池内部においては、電極素体を除く空間の
体積が従来に比べて増加するので（約３０％）、反応ガ
スの圧力上昇を緩和することができる。これは、気体の
状態方程式から推測できるように、反応ガスの発生量が
同じであれば、空間体積の大きい方が圧力上昇が少なく
なるためである。そのため、低温過充電時など、過剰に
反応ガスが発生する場合においても、ガス抜き孔３１１
からの反応ガスの排出、およびそれに伴なって発生する
電解液リークを従来に比べて抑制することができる。

【００２２】他方、封口体３の部品点数が従来に比べて
減らすことができるので、電池の製造工程における工程
数も減らすことができる。従来の封口体の製造工程にお
いては、以下の５工程を必要としている。 封口板加工工程：金属板にプレス加工を行うことに
より封口板形状に加工する。

【００２３】 正極キャップ加工工程：金属板をプレ
ス加工などにより正極キャップ形状に加工する。 スプリング加工工程：鋼線等をスプリングに加工す
る。 弁板加工工程：金属板をプレス加工などにより、弁
板形状に加工する。 組み立て・溶接加工工程：封口板と正極キャップと
の間にスプリング、弁板を介挿して封口板と正極キャッ
プの接触面を溶接もしくはかしめにより固定する。

【００２４】一方、本実施の形態においては、封口体３
を以下に示すように４工程で製造することができる。 封口正極板加工工程：金属板をプレス加工などによ
り正極端子３１０、ガス抜き孔３１１を有する封口正極
板３１の形状（ここでは、まだ弁座３１２を形成しな
い）に加工する。

【００２５】 スプリング加工工程：鋼線等をスプリ
ング３３に加工する。 弁板加工工程：金属板を弁板３２の形状に切断加工
する。 組み立て・弁座形成加工工程：封口正極板３１の正
極端子３１０内部にスプリング３３、弁板３２を順に挿
入して、弁板３２を正極端子３１０の突出方向に押し付
けた状態に保持し、正極端子３１０の側面周縁を押圧す
るシーム加工を施し弁座３１２形成する。これにより、
封口体３が形成される。

【００２６】このように、従来の封口板と正極キャップ
の代わりに、一つの部材から構成された封口正極板３１
を用いているので、部品点数を少なくできるとともに、
上記従来の封口板加工工程、正極キャップ加工工程
の２つの製造工程を、封口正極板加工工程１つに減らす
ことができる。そのため、コスト的にも優れる。さら
に、上述したような構成によって、電池内部の電極素体
を除く空間の体積を従来に比べて増加させることができ
るので、低温過充電時など、反応ガスが過剰に発生しや
すい場合においても電池内の圧力上昇が抑えられ、電解
液のリーク発生を抑制することができる。

【００２７】（変形例） （１）上記実施の形態においては、弁体を弁板とスプリ
ングから構成していたが、弁体をゴムなどの弾性体から
構成してもよい。図３は、本変形例における封口体４の
要部断面図である。なお、図２と同じ番号を付したもの
については、同じ構成要素であるので詳細な説明を省略
する。

【００２８】同図に示すように、ゴムなどからなる弾性
体３２０が、正極端子３１０内部先端側に装填されてお
り、その底面の周縁部が弁座３１２により支持されてい
る。ここで、弾性体３２０は、その底面の周縁部が全周
にわたって弁座３１２と密着するように弾性付勢された
状態となっており、上記実施の形態における弁板３２と
スプリング３３の役割を果たすように構成されている。
そのため、上記実施の形態よりもさらに、封口体を構成
する部品数を減らすことができる。

【００２９】（２）また、弾性体３２０を固定する他の
方法として、図４に示すように、封口体５において、封
口正極板５１の正極端子５１０における先端側の厚みを
根元側のところよりも薄くして、内周壁の先端側と根元
側との境界に段差を設けることによって弁座５１２を設
け、その弁座５１２が弾性体３２０の底面周縁を支持す
る方法が挙げられる。このようにしても、電池内の圧力
が高まったときには、反応ガスは、弾性体３２０を押し
上げ、封口正極板５１のガス抜き孔５１１から外部に排
出される。

【００３０】ここで、弁座５１２を形成する方法として
は、上記実施の形態で説明した、封口正極板加工工程に
おけるプレス加工を利用することができる。通常、この
プレス加工は、３〜４回のプレスを経て行われるため、
最初のプレスにおいて正極端子５１０の先端となる部分
の厚みを薄くするようにし、次後のプレスにおいて正極
端子５１０を盛り上がるように加工していく。そして、
最後の組み立て加工時において、弾性体３２１を正極端
子５１０内部の先端に押し当てた状態を維持しながら、
弁座５１２が弾性体３２１の底面を支持できるように正
極端子５１０の側面を押圧して成形すれば良い。

【００３１】（３）さらに、図５に示すように、封口体
６において、封口正極板６１の正極端子６１０側面の一
部をその内側方向に折り曲げて弁座となる爪６１２を形
成し、これが弾性体３２０を支持する構成としても良
い。ただし、爪６１２を折り曲げることにより形成され
るガス抜き孔６１１は、弁を機能させるために、弾性体
３２０の底面よりも正極端子６１０の先端側に設ける必
要がある。この場合、弾性体３２０は、ガス抜き孔６１
１周辺の正極端子６１０周壁に弾性付勢され、弾性体３
２０と正極端子６１０周壁が密着し、これによって密閉
型蓄電池内部を気密状態に保持するようになっている。

【００３２】この封口体６の形成方法としては、正極端
子６１０内部の先端方向に弾性体３２１を押し付けた状
態を維持しながら、正極端子６１０の側面の一部を切断
して折り曲げ、爪６１２を形成すればよい。 （４）また、図６に示すように、封口体７において、封
口正極板７１の正極端子７１０の径が先端側に行くほど
大きくなるようにしても弾性体３２１を保持することが
できる。ここで、正極端子７１０は、その内径が弾性体
３２１の外径よりも小さくなる内周壁において弾性体３
２１の底面周縁が支持されるので、この部分が弁座７１
２となる。この弁座７１２においては、弾性体３２１と
封口正極板７１とが接するとともに、ガス抜き孔７１１
がその接触面よりも正極端子７１０先端側に設けられる
ようにすればよい。

【００３３】この封口体７の製造方法は、まず、上記実
施の形態で説明した、封口正極板加工工程におけるプレ
ス加工において、正極端子７１０内部の径が全て均等、
もしくは先端側が狭く、根元側が広くなるように加工し
ておく。そして、最後の組み立て加工時において、弾性
体３２２を正極端子７１０内部の先端に押し当てた状態
を維持しながら、正極端子７１０の内側面が弾性体３２
２の底面を支持できるように正極端子７１０の根元部分
の径を絞って成形すれば良い。

【００３４】（５）上記実施の形態および変形例におい
ては、弁体をスプリングと弁板、もしくはゴム状弾性体
としたが、これに限られるものではなく、スプリングの
代わりに板ばねやゴム状弾性体を用いたり、ゴム状弾性
体の代わりにスプリングと弁板を用いたりすることがで
きる。また、円筒型蓄電池以外にも角型蓄電池などにも
本発明を適用する事ができる。さらに、アルカリ蓄電池
以外であっても、電池内部の反応ガスが外部に放出する
タイプのものであれば、本発明を適用することができ
る。また、上記実施の形態および変形例においては、封
口体を正極端子側に設けていたが、これに限定されるも
のではなく、封口体を負極端子側に設けるようにしても
よい。

【００３５】（実験）本発明に係る密閉型蓄電池の電解
液リーク特性の評価をするために、１３００ｍＡｈのニ
ッケル−カドミウム密閉型蓄電池（ＳＣサイズ）におい
て、封口体の形状のみが異なる実施例サンプルおよび比
較例サンプルを作製し、低温過充電時のリーク率の評価
実験を行った。

【００３６】実施例サンプル１，２としては、それぞ
れ、図２、図３を用いて説明した封口体を備えた密閉型
蓄電池を作製した。比較例サンプル１，２としては、従
来の技術においてそれぞれ図７，８を用いて説明した封
口体を有する密閉型蓄電池を作製した。上記実施例サン
プル１，２、比較例サンプル１，２をそれぞれ１０個ず
つ作製し、各サンプルについて、温度０℃、０．２Ｉｔ
の定電流状態で１週間、低温過充電を行い、その間に電
解液のリーク発生が起こった電池の数をカウントするこ
とにより、各サンプルのリーク率を算出した。また、密
閉型蓄電池内での電極素体を除く空間の体積について、
従来（比較例サンプル１）を１００とした場合の比につ
いても計測した。

【００３７】その結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】この結果から分かるように、従来の封口体
を有する比較例サンプル１，２は、低温過充電を行った
場合に３０および４０％の割合で電解液がリークしてい
たが、本実施の形態に係る密閉型蓄電池によれば、低温
過充電時においても電解液のリークは発生していない。
これは、実施例サンプル１，２の電池内部における空間
体積が比較例サンプル１，２に比べて３０％増加したこ
とにより、低温過充電時に反応ガスが発生したとしても
圧力上昇が緩和され、ガス放出が起こりにくくなったた
めであると考えられる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
密閉型蓄電池は、電極素体と、前記電極素体を収納する
筒形有底部材と、前記筒型有底部材の開口部を封口する
封口板とを備え、前記封口板には、その一部を電池外方
へ膨出して電極端子が形成されているとともに、当該電
極端子の周壁に形成されたガス抜き孔よりも電極素体に
近い側の電極端子内壁に弁座が形成され、かつ、当該弁
座に対して弾性付勢された状態で電極端子内空間に弁体
が設けられていることを特徴としているので、従来に比
べて封口体の部品点数を少なくすることができ、コスト
的に優れる。さらに、封口体を構成する部品点数が少な
くなることから、その製造工程数も少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るアルカリ蓄電池の分
解斜視図である。

【図２】アルカリ蓄電池の封口体の要部断面図である。

【図３】変形例におけるアルカリ蓄電池の封口体の要部
断面図である。

【図４】変形例におけるアルカリ蓄電池の封口体の要部
断面図である。

【図５】変形例におけるアルカリ蓄電池の封口体の要部
断面図である。

【図６】変形例におけるアルカリ蓄電池の封口体の要部
断面図である。

【図７】従来のアルカリ蓄電池の封口体の要部断面図で
ある。

【図８】従来のアルカリ蓄電池の封口体の要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 渦巻電極体 ２ 外装缶 ３ 封口体 １０ 正極板 ２０ 負極板 ３０ セパレータ ３１ 封口正極板 ３２ 弁板 ３３ スプリング ４１ ガスケット ３１０ 正極端子 ３１１ ガス抜き孔 ３１２ 弁座 ３１３ 圧力緩和空間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極素体と、 前記電極素体を収納する筒形有底部材と、 前記筒型有底部材の開口部を封口する封口板とを備え、 前記封口板には、その一部を電池外方へ膨出して電極端
   子が形成されているとともに、当該電極端子の周壁に形
   成されたガス抜き孔よりも電極素体に近い側の電極端子
   内壁に弁座が形成され、かつ、当該弁座に対して弾性付
   勢された状態で電極端子内空間に弁体が設けられている
   ことを特徴とする密閉型蓄電池。
2. 【請求項２】 前記弁座は、電極端子の周壁内寸が前記
   弁体の外寸よりも小さく加工されることによって形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型蓄電
   池。
3. 【請求項３】 前記弁座は、電極端子の周壁の一部が電
   極端子の内部方向に突出したものであることを特徴とす
   る請求項２に記載の密閉型電池。
4. 【請求項４】 前記弁座は、電極端子の周壁内寸が、先
   端側から根元側にかけて小さくなるように加工されるこ
   とによって形成されていることを特徴とする請求項２に
   記載の密閉型蓄電池。
5. 【請求項５】 前記電極端子は、その内部に、前記電極
   素体から発生する反応ガスによって生じる電池内部の圧
   力上昇を緩和する圧力緩和空間を有することを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型蓄電池。