JP2003187776A

JP2003187776A - 電池

Info

Publication number: JP2003187776A
Application number: JP2001383133A
Authority: JP
Inventors: Migaku Kojima; 磨小島; Takashi Kakiuchi; 尚垣内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】セパレータの溶融物等のある程度の大きさを
持った内容物でも円滑に排出できる、電極端子に最適な
形状のガス排出孔を備えた電池を提供する。【解決手段】正極板および負極板とこれらの間に挟持
されたセパレータとを含む電極体と、前記電極体を電解
質とともに収納する外装缶と、前記外装缶の開口部を封
口する封口板とを備え、封口板に、安全弁機構を備えた
電極端子を形成し、電極端子の外表面にガス排出孔を設
けた電池において、前記ガス排出孔は、電極端子の高さ
方向の長さＨ１と幅方向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１が、
０．５〜２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】本発明は、電池に係、特に異
常状態において発生したガスを排出し、電池内圧の上昇
を防止するようにした電池の安全構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、
ニッケル−水素化物蓄電池あるいはリチウム蓄電池など
の密閉型蓄電池は、過充電あるいは過放電すると電池内
部において多量のガスが発生する。そのため、この種の
密閉型蓄電池においては、ガスの発生により電池の内圧
が異常に上昇したとき、そのガスを電池外に放出するた
めのガス排出弁（安全弁）を具備している。このガス排
出弁としては、電池内が所定の圧力になった場合にガス
を電池外に排出し、その後にガス圧が低下すると密閉状
態となる復帰式が一般的である。この復帰式のガス排出
弁としては、ガス排出孔の上面に配置された弾性弁体を
スプリングでおさえる方式とガス排出孔をゴム製の弾性
弁でおさえる方式とがある。そして、正極（正極）キャ
ップの底部に設けられたガス排出孔を通して電池外に排
出されるような構造になっている。

【０００３】従来、密閉型アルカリ蓄電池のガス排出孔
は、電極キャツプの側面とフランジ部とのコーナー部に
縦に細長い長円状に形成されているが、正極（正極）キ
ャップにガス排出孔をあける際、加工前に円形の孔をあ
けるため、図１に示すようにキャップ加工後には楕円と
なり、端子側面部分は孔が極端に小さくなっていた。そ
のため、ガスの排出能力が低く、過充電などにより電池
が発熱するなどの異常時に、熱により溶融したセパレー
タ等、ある程度大きさのある内溶物を十分に排出するの
は困難であった。

【０００４】その対策として前記円形の孔の数を増やす
などの手法がとられている。例えば、特開平７−１８３
０１９号公報では、電池の外装缶に装着された封口体に
設けられ安全弁を内蔵し、側面にガス抜き孔を有する正
極キャップとを備えた角形密閉電池において、正極キャ
ップのガス抜き孔の開口面積を、ガス抜き孔が形成され
ている側面の面積に対して２０％乃至３０％とした角形
密閉電池が記載されているが、上記した異常時の対策と
しては十分ではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、内圧の上
昇を防止するための対策として前記円形の孔の数を増や
すなどの手法がとられているが、孔が多くなればなるほ
ど電極端子の強度が低下する上、単純に孔数を増やして
も排出能力はそれほど向上しないという問題があった。

【０００６】また、加工前、孔径を単に拡大するだけで
は加工後に楕円となり、ガス排出孔の孔径を拡大した効
果が十分に得られないという問題があった。本発明は、
前記実情に鑑みてなされたもので、過充電及び過放電な
どにより電池温度が異常に上昇し、電池内部ガス圧が急
激に上昇した場合においても、電池内部のガスを効率良
く電池外部に放出することの出来る電池を提供すること
を目的とする。

【０００７】本発明の目的は、セパレータの溶融物等の
ある程度の大きさを持った内容物でも円滑に排出でき
る、最適な形状のガス排出孔を備えた電池用の電極端子
を提供することにある。又、本発明の目的は、急激に電
池内圧が高まった場合であっても、確実に電池内のガス
を排出することのできる安全弁機構を備え、安全性に優
れた電池を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の電池で
は、正極板および負極板とこれらの間に挟持されたセパ
レータとを含む電極体と、前記電極体を電解質とともに
収納する外装缶と、前記外装缶の開口部を封口する封口
板とを備え、封口板に、安全弁機構を備えた電極端子を
形成し、電極端子の外表面にガス排出孔を設けた電池に
おいて、前記ガス排出孔は、電極端子の高さ方向の長さ
Ｈ１と幅方向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１が、０．５〜２で
あることを特徴とする。

【０００９】かかる構成によれば、ガス排出孔の形状
を、電極端子の高さ方向の長さＨ１と幅方向の長さＷの
比率Ｗ／Ｈ１が、０．５〜２となるように、縦横差が極
端に大きくならないように、あらかじめ形成時の孔の縦
横比を調整しておくことにより、凸部の形成や嵌め工程
などにおいてガス排出孔が変形しても、より縦横比が正
方形に近いようにしているため、効率よくガスの排出を
行うことができる。

【００１０】望ましくは、前記ガス排出孔は１個当たり
のガス排出有効面積が０．３ｍｍ²以上であることを特
徴とする。かかる構成によれば、ガス排出孔は１個当た
りのガス排出有効面積が０．３ｍｍ²以上となるように
しているため、内部のスプリングや弾性体によって孔が
遮断されてもなおガスの排出孔は確保されることにな
り、より安全性を高めることが可能となる。

【００１１】望ましくは、前記電極端子は、鍔部とこの
鍔部から外方に突出せしめられた凸部とからなり、前記
ガス排出孔の端部は少なくともこの鍔部と凸部との境界
線にかかるように形成されていることを特徴とする。ガ
ス排出孔が鍔部と凸部との境界線にかかるように形成し
ているため、この電極端子の成型が容易であり、凸部の
形成が制御性よくなされ、加工性が向上する。

【００１２】望ましくは、前記ガス排出孔は前記境界線
に沿って等間隔で２個以上形成されていることを特徴と
する。かかる構成によれば、複数個のガス排出孔を形成
することにより、強度低下を最小限に抑え、ガスの排出
を効率的に行うことができるとともに、加工性も向上す
る。

【００１３】望ましくは、前記ガス排出孔は、有効面積
の形状が略四角形または円形であることを特徴とする。
かかる構成によれば、極めて効率的にガスの排出を行う
ことが可能となる。

【００１４】望ましくは、前記ガス排出孔は、前記鍔部
から前記凸部にかかるように形成されていることを特徴
とする。かかる構成によればガス排出孔の部分で強度が
小さくなるため、加工性が更に向上する。

【００１５】このようにして、電池内部でガスが異常に
発生した場合にガスを一気に排出させることが可能とな
り、電池を長期間使用し続けても、安全弁機構がいつで
も正常に作動できる状態に保っておくことができ、万一
過充電等によって内部圧力が上昇しても安全弁が正常に
作動して、外装缶の破裂等の危険を未然に防ぐことがで
きる。

【００１６】又、過充電及び過放電などにより電池温度
が異常に上昇し、電池内部ガス圧が急激に上昇した場合
においても、電池内部のガスを効率良く電池外部に放出
することである。

【００１７】更に、最適な形状のガス排出孔を備えたこ
とによって、セパレータの溶融物等のある程度の大きさ
を持った内容物でも円滑に排出可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。本発明の密閉型蓄電池は、図
１に要部拡大図を示すように、正極端子を構成する正極
キャップ１に設けられるガス排出孔１４を、ガス排出有
効面積が０．３ｍｍ²以上であって、且つ、有効面積の
形状が長円形で、電極端子の高さ方向の長さＨ１と幅方
向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１が、０．５以上２以下となる
ようにしたことを特徴とする。なおこのガス排出孔１４
は正極キャップの凸部側面に形成された側面部分１４ａ
と、鍔部に形成された鍔部分１４ｂとで構成されてい
る。

【００１９】すなわちこの円筒型蓄電池は、図２に安全
装置の断面拡大図、図3に全体説明図を示すように、外
装缶７の中には、正極板１１と負極板１２とアルカリ電
解液とによって構成される電池の発電要素が収納され
る。外装缶７の開口部分は封口板６と正極キャップ１と
によって密閉されている。封口板６は外装缶７の端部を
かしめることによって固定され、正極キャップ１は封口
板６にスポット溶接されて固定されている。正極キャッ
プ１は皿状になっており、凸部５の内部空間に安全弁機
構が収納される。安全弁機構は弁板３と押さえ板２とス
プリング４とによって構成されている。また、正極キャ
ップ１の凸部５が立ち上がる部分には前述したガス排出
孔１４が形成されており、安全弁機構と連通している。

【００２０】外装缶７は図３に示した円筒型蓄電池全体
の断面図から分かるように、外装缶７は負極板１２と接
触しており、缶底及び缶の側面部分が全て負極端子を兼
用している。一方、正極キャップ１は正極板１１と電気
接続されて正極端子となっている。外装缶７の内部は前
記スプリング４が弁板３を押さえることによって完全密
閉に保たれているが、過充電等によって内部圧力が上昇
すると、弁板３が開いてガス排出孔１４からガスが排出
される。

【００２１】更に、正極キャップ１の凸部５を除く鍔部
分と、封口板６の周縁には樹脂が塗布され、密封されて
いる。前記樹脂の材質はアクリル樹脂やシリコン樹脂等
であり、硬化した後でも比較的軟らかい低粘度のものが
選ばれている。

【００２２】本発明の安全弁機構を構成する正極キャッ
プにあけられたガス排出孔は、１個当たりのガス排出有
効面積が０．３ｍｍ²以上で、その形状は略四角形また
は長円形で、電極端子の高さ方向の長さＨ１と幅方向の
長さＷの比率Ｗ／Ｈ１が、０．５〜２、好ましくは
（０．８〜１．２５）である。

【００２３】本発明のもう一方の形態は図４に示すよう
に、有効面積が０．３ｍｍ²以上で、その形状は略四角
形または長円形を正極端子（正極キャップ）の側面部と
フランジ部とに連続するコーナー部で屈曲させた形状で
あって、正極端子の幅方向の長さＷと、幅方向に対向す
る二辺間の距離Ｈ２の比率Ｗ／Ｈ２が、０．５〜２．０
である。

【００２４】又、１つあたりのガス排出孔１４の端子側
面部分１４ａの面積が、端子側面１４ｂの面積の１．４
％以上３．０％以下、好ましくは１．５％以上２．５％
以下である。

【００２５】なお、電極端子の形状としては、前記実施
形態の他、凸部が角柱であってもよいし、また鍔部は凸
部の周縁全体に形成されていなくてもよく２方でもよ
い。また、本発明の蓄電池は、ニッケル−カドミウム蓄
電池でもよいし、ニッケル−水素蓄電池でもよく、リチ
ウム蓄電池であってもよい。又、一次電池であってもよ
いし、二次電池であってもよい。本発明において好まし
いのはニッケル−カドミウム蓄電池またはニッケル−水
素蓄電池である。

【００２６】以下、本発明のガス排出孔を適用したニッ
ケル−カドミウム蓄電池を例にとって、蓄電池の作成に
ついて説明する。

【００２７】１．電極体の作製ニッケル−カドミウム蓄電池は、ニッケル正極板１１と
カドミウム負極板１２とを備えている。ニッケル正極板
は、パンチングメタルからなる極板芯体の表面にニッケ
ル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニ
ッケルを主体とする活物質をニッケル焼結多孔体内に含
浸させて作製されている。一方、カドミウム負極板１２
は、同様にして形成したニッケル焼結多孔体に、化学含
浸法により水酸化カドミウムを主体とする活物質を含浸
させて作製されている。

【００２８】これらのニッケル正極板１１とカドミウム
負極板１２との間にセパレータ１０を介在させて渦巻状
に巻回して渦巻状電極群を作製する。この渦巻状電極群
の上端面には、ニッケル正極板の極板芯体であるパンチ
ングメタルの端部が露出し、また、下端面にはカドミウ
ム負極板１２の極板芯体であるパンチングメタルの端部
が露出している。そして、この渦巻状電極群の上端面に
露出する正極芯体に多数の開口を有する円板状の集電体
本体部を溶接するとともに、下端面に露出する負極芯体
に多数の開口を有する円板状の負極集電体８を溶接し
て、渦巻状電極体を作製する。（図５参照）

【００２９】２．ニッケル−カドミウム蓄電池の作製。次に、電極体を外装缶に挿入して負極集電体８を外装缶
７の底面に接続するとともに、正極集電体９と封口板６
とを接続した状態を示す断面概念図が図５に拡大図に示
されている。そして、外装缶の開口部に封口体を封口
し、その後封口部をプレスする。

【００３０】ついで、外装缶内に３０質量％の水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液からなる電解液を注入した後、
この外装缶の開口部の上部に、周縁に絶縁ガスケット５
を嵌着させた封口体を配置する。この場合、封口体の底
面が集電体の溶接面と接触するように配置する。なお、
封口体は、底面に円形状の下方突出部を形成してなる蓋
体と、正極キャップ（正極（外部）端子）と、これら蓋
体および正極キャップ間に介在されるスプリングと弁板
からなる弁体を備えており、蓋体の中央にはガス抜き孔
が形成される。

【００３１】ついで、外装缶の開口端縁を内方にかしめ
て電池を封口することにより半完成の電池とする。この
後、この半完成の電池を一対の割型内に配置するととも
に、封口体の上部にプレス機に連結されたパンチを配置
する。ついで、プレス機を駆動してパンチを下降させ
て、封口体の封口部（外装缶の開口端縁）をパンチより
加圧して、封口体を外装缶内に押し込んで円筒形ニッケ
ル−カドミウム蓄電池を作製する。なお前記実施の形態
では、ガス排出孔を有する電極端子として正極キャップ
を用いたが、逆に負極端子である場合にも有効であるこ
とはいうまでもない。

【００３２】電極活物質の集電体としては、構成された
電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば
何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス
鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの
他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、
ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極に
は、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、
アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼
の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理
させたもの）、Ａｌ−Ｃｄ合金などが用いられる。これ
らの材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、
フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされ
たもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体な
どが用いられる。厚みは、特に限定されないが、１〜５
００μｍのものが用いられる。

【００３３】電極のセパレ−タ−としては、大きなイオ
ン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の多孔
性薄膜が用いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプ
ロピレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊
維あるいはポリエチレンなどからつくられた多孔性シー
トや不織布が用いられる。セパレーターの孔径は、一般
に電池用として用いられる範囲が用いられる。例えば、
０．０１〜１０μｍが用いられる。セパレターの厚み
は、一般に電池用の範囲で用いられる。例えば、５〜３
００μｍが好ましい。

【００３４】本発明の蓄電池の用途には、特に限定され
ないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラーノー
トパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノ
ート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレー
ヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、
ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、
携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービ
ー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルＣ
Ｄ、ミニディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動
車電話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、
メモリーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックア
ップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民
生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、
玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロ
ン、時計、ストロボ、カメラ、医療機器などがあげられ
る。又、太陽電池と組み合わせて用いることもできる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に実施例に基づいて本発明を
より詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によっ
て限定されるものではない。実施例１発明の実施の形態で記載した蓄電池の製造方法に従っ
て、１３００ｍＡｈ−Ａサイズの密閉型アルカリ蓄電池
を作成した。その際、総有効面積を０．１００ｍｍ²〜
０．４００ｍｍ²とし、電極端子の高さ方向の長さＨ１
（Ｈ２）と幅方向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１（Ｈ２）を
（１．０）とした。次いで、充電レート２０Ａにて過充
電試験を実施し、その時の封口体突出数（Ｎ数３００セ
ル）を表１に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】実施例２総有効面積を０．３００ｍｍ²とし、電極端子の高さ方
向の長さＨ１（Ｈ２）と幅方向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１
（Ｈ２）を０．１〜３．０の範囲とした以外は実施例１
と同じ１３００ｍＡｈ−Ａサイズの密閉型アルカリ蓄電
池を作成した。次いで、充電レート２０Ａにて過充電試
験を実施し、その時の封口体突出数（Ｎ数３００セル）
を表２に示した。

【００３８】

【表２】

【００３９】表１および表２の過充電試験の結果から分
かるように、１個当たりのガス排出有効面積を０．３ｍ
ｍ²以上とし、且つ、有効面積の形状を略四角形または
長円形を前記コーナー部で屈曲させた形状で、電極端子
の幅方向の長さＷと、幅方向に対向する二辺間の高さあ
るいは距離Ｈの比率Ｗ／Ｈを０．５以上２以下とする
と、封口体突出数を０％にすることが出来る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電池
によれば、電極端子を構成する電極キャップに最適な形
状のガス排出孔を設けることにより、セパレータの溶融
物等のある程度大きさを持った内容物でも円滑に排出す
ることが可能となり、電池内部でガスが異常に発生した
場合に当該ガスを一気に排出させることが可能となり、
長期間にわたる電池の使用に際しても、安全弁機構がい
つでも正常に作動できる状態に保っておくことができ、
万一過充電等によって内部圧力が上昇しても安全弁が正
常に作動して、外装缶の破裂等の危険を未然に防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電極端子にあけられたガス排出孔を示す図で
ある。

【図２】本発明のガス排出孔を備えた安全装置の概略
を表す断面図である。

【図３】本発明の実施例で使用した蓄電池の概略を表
す断面図である。

【図４】本発明の実施形態の電極端子のガス排出孔を
示す図図である。

【符号の説明】

１正極キャップ２押さえ板３弁板４スプリング５ガスケット６封口板７外装缶（負極）８負極集電体９正極集電体１０セパレータ１１正極板１２負極板１３電気溶接１４ガス排出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H012 AA01 BB02 BB11 CC00 DD01 GG07 JJ10 5H028 AA07 CC07 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板および負極板とこれらの間に挟持
されたセパレータとを含む電極体と、前記電極体を電解
質とともに収納する外装缶と、前記外装缶の開口部を封
口する封口板とを備え、封口板に、安全弁機構を備えた
電極端子を形成し、電極端子の外表面にガス排出孔を設
けた電池において、前記ガス排出孔は、電極端子の高さ方向の長さＨ１と幅
方向の長さＷの比率Ｗ／Ｈ１が、０．５〜２であること
を特徴とする電池。
【請求項２】前記ガス排出孔は１個当たりのガス排出有
効面積が０．３ｍｍ²以上であることを特徴とする請求
項１に記載の電池。
【請求項３】前記電極端子は、鍔部とこの鍔部から外方
に突出せしめられた凸部とからなり、前記ガス排出孔の
端部は少なくともこの鍔部と凸部との境界線にかかるよ
うに形成されていることを特徴とする請求項１または２
のいずれかに記載の電池。
【請求項４】前記ガス排出孔は前記境界線に沿って等間
隔で２個以上形成されていることを特徴とする請求項３
に記載の電池。
【請求項５】前記ガス排出孔は、有効面積の形状が略四
角形または円形であることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の電池。
【請求項６】前記ガス排出孔は、前記鍔部から前記凸部
にかかるように形成されていることを特徴とする請求項
１乃至５のいずれかに記載の電池。