JP2005302477A

JP2005302477A - 円筒形電池

Info

Publication number: JP2005302477A
Application number: JP2004115549A
Authority: JP
Inventors: Naganori Kashiwazaki; 永記柏▲崎▼
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】ゲル状負極による内部短絡を起さない信頼性の高い高性能の円筒形電池を提供する。
【解決手段】正極合剤とゲル状負極との間に有底円筒状セパレータを有し、かつ前記有底円筒状セパレータの開口部に接するように絶縁ガスケットを有し、当該開口部に安全弁を備えた封口体を挿入してカシメ封口してなる円筒形電池において、前記有底円筒状セパレータの開口部を内周方向に収縮させて当該開口部の硬度を高くしているので、ゲル状負極が有底円筒状セパレータの開口部から溢れて電池内部短絡を起こすことを防止すると共に、テーパがない平面の絶縁ガスケットを使用できるため、電池寿命を損なうことのない信頼性の高い高性能の円筒形電池を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒形電池に係わり、詳しくは有底円筒状セパレータの開口部の硬度を硬くしてゲル状負極の流出による内部短絡を阻止した円筒形電池に関する。

従来の円筒形電池に用いられる有底円筒状セパレータは、その開口部に接する絶縁ガスケットにテーパを設け、この絶縁ガスケットを装着することにより有底円筒状セパレータが内周方向に収縮しないように設計された例があるが、このような場合、特許文献１に示すように絶縁ガスケットのテーパ角が小さいと、例えば３０度の場合は有底円筒状セパレータの開口部が必ずしも内側方向に折曲がらないため、セパレータ内のゲル状負極がセパレータ外に溢れて電池内部短絡を起す危険性があった。また、特許文献２に示すように絶縁ガスケットのテーパ角が大きいと、例えば７０度の場合は、絶縁ガスケットが占有する電池内体積が増加するため、正極合剤及びゲル状負極の絶対量が少なくなり、電池寿命を短くする要因となっていた。また、特許文献３に示すように絶縁ガスケットにテーパがない平面の場合は、有底円筒状セパレータの開口部が外周方向に広がり、セパレータ内のゲル状負極がセパレータ外に溢れて電池内部短絡を起すおそれがあった。
実開平６−３３３５９８号公報特開平５−１３５７７９号公報特開平７−３２６３６９号公報

本発明は上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、ゲル状負極が有底円筒状セパレータの開口部から溢れて電池内部短絡を起すことを防止すると共に、電池寿命を損なうことのない信頼性の高い高性能の円筒形電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、正極合剤とゲル状負極との間に有底円筒状セパレータを有し、かつ前記有底円筒状セパレータの開口部に接するように絶縁ガスケットを有し、当該開口部に安全弁を備えた封口体を挿入してカシメ封口してなる円筒形電池において、前記絶縁ガスケットを当該電池に装着するより先に前記有底円筒状セパレータの開口部を内周方向に収縮させて当該開口部の硬度を高くしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記有底円筒状セパレータの開口部の内径が、当該有底円筒状セパレータの外径の９０％以下であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記有底円筒状セパレータの開口部が、Ｒ形状になっていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記有底円筒状セパレータの開口部の内径が、テーパ形状であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記有底円筒状セパレータの開口部が、テーパ形状でかつテーパ角度が２０度から５０度の範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、有底円筒状のセパレータの開口部を内周方向に収縮させて該開口部周辺端部の硬度が硬くなっているので、電池の衝撃強度が向上し、セパレータの開口部からゲル状負極が溢れて内部ショートすることを防止し、異常時のガス発生により電池内圧が上昇した場合、常に安全弁が正常に作動して、電池の破裂を未然に防止する。したがって、信頼性が高くかつ高性能の円筒形電池を提供できる。

（実施例１）
図１は本発明の実施例に係るＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池の断面図、図２は図１に用いる正極容器とセパレータの断面図である。

図１において、１は正極端子を兼ねる有底円筒形の正極容器であり、この正極容器１内には円筒状に加工成形した正極合剤２が充填されている。正極合剤２は、二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末を混合し、これを正極容器１内に収納し、所定の圧力で中空円筒状に加圧成形したものである。また、正極合剤２の中空部には、ビニロン及びポリビニルアルコール繊維などの不織布からなる有底円筒状のセパレータ３を介してゲル状負極４が充填されている。ゲル状負極４内には真鍮製の負極集電棒５が、その上端部をゲル状負極４より突出するように装着されている。負極集電棒５の突出部外周面及び正極容器１の上部内周面には二重環状のナイロン樹脂からなる絶縁ガスケット６が配設されている。また、絶縁ガスケット６の二重環状部の間にはリング状の金属板７が配設され、かつ金属板７には負極端子を兼ねる帽子形の金属封口板８が負極集電棒５の頭部に当接するように配設されている。そして、正極容器１の開口縁を内方に屈曲させることによりガスケット６及び金属封口板８で正極容器１内を密封口している。

セパレータ３は図２に示すように、正極容器１内に配設されており、その開口部を内周方向に収縮するようにして開口部周辺端部にＲ形状の端部９を形成している。Ｒは１ｍｍとし、セパレータの内径がセパレータの外径に対して９０％になるようにした。絶縁ガスケット６はテーパのない形状とした。

（実施例２）
セパレータ３の開口部を内周方向に収縮するようにＲ形状にした。Ｒは２ｍｍとし、セパレータの内径がセパレータの外径に対して７０％になるようにした。絶縁ガスケット６はテーパのない形状とした。

（実施例３）
セパレータ３の開口部を内周方向に収縮するようにテーパ形状にした。テーパ角度は２０度とし、セパレータの内径がセパレータの外径に対して７０％になるようにした。絶縁ガスケット６はテーパのない形状とした。

（実施例４）
セパレータ３の開口部を内周方向に収縮するようにテーパ形状にした。テーパ角度は５０度とし、セパレータの内径がセパレータの外径に対して７０％になるようにした。絶縁ガスケット６はテーパのない形状とした。

（比較例１）
開口部を収縮させていないセパレータを用いた。絶縁ガスケット６はテーパのない形状とした。

上記実施例１乃至実施例４及び比較例１の電池を作製し、落下試験を行った。試験は金属封口板を下にして２ｍの高さからフラットコンクリート上に垂直落下させ、試験前後の電池電圧を確認した。その落下試験の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜４においては、２ｍの高さから３０回落下させても電圧低下は起こらなかった。これに対して比較例１では、１０回落下くらいから電圧低下の傾向が見られ、２０回降下後では電池が使用できないくらいまで電圧が低下した。比較例１の試験後の電池を分解調査したところ、セパレータの開口部からゲル状負極が溢れだし正極合剤に達していた。特にセパレータ開口部が外側に向いている箇所からゲル状負極が溢れてショートしていた。これに対して実施例１，２，３，４にはゲル状負極の溢れは見られなかった。

（比較例２）
開口部を収縮させていないセパレータと、テーパ角度７０度の絶縁ガスケットを用いた。

（比較例３）
開口部を収縮させていないセパレータと、テーパ角度３０度の絶縁ガスケットを用いた。

上記実施例１及び比較例２，３の電池を作製し、落下試験と放電試験を行った。落下試験は金属封口板を下にして２ｍの高さからフラットコンクリート上に垂直落下させ、試験前後の電池電圧を確認した。放電試験は２０℃の条件下で７５Ω連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまでの放電時間を測定した。

表２に落下試験と放電試験の結果を示した。なお、放電試験の結果は、実施例１を１００とした時の放電時間の相対値を比較例２，３に示した。

比較例２は落下試験においては３０回落下後も電圧低下しないものの、７５Ω連続放電においては実施例１と比較すると放電容量が劣る。これは絶縁ガスケットに７０度のテーパがついているため、絶縁ガスケット装着によりセパレータ開口部が収縮することで、落下試験においてもゲル状負極が溢れない。しかし、絶縁ガスケットが電池内の容積を多く占有するため、反応活物質を減少せざるを得ないため７５Ω連続放電の特性が著しく低下させている。また、比較例３においても７５Ω連続放電は実施例１と同等の性質を示すものの、落下試験においては電圧低下する。これは絶縁ガスケットにテーパがついているものの、絶縁ガスケット装着時にセパレータの開口部を収縮させるには不十分なテーパ角度であり、セパレータ開口部が外側に向いているためである。これに対し、実施例１では落下試験においても７５Ω連続放電においても優れた特性を示すことが分かる。

また、本発明は、有底円筒型セパレータ及びゲル状負極を用いていれば、アルカリ電池に限らず、他の電池系においても適用できるのは言うまでもない。

本発明の一実施例である円筒形電池の断面図。図１で用いる金属容器とセパレータの断面図。

符号の説明

１…正極容器、２…正極合剤、３…セパレータ、４…ゲル状負極、５…負極集電棒、６…絶縁ガスケット、７…金属板、８…金属封口板、９…セパレータ開口端部。

Claims

正極合剤とゲル状負極との間に有底円筒状セパレータを有し、かつ前記有底円筒状セパレータの開口部に接するように絶縁ガスケットを有し、当該開口部に安全弁を備えた封口体を挿入してカシメ封口してなる円筒形電池において、前記絶縁ガスケットを当該電池に装着するより先に前記有底円筒状セパレータの開口部を内周方向に収縮させて当該開口部の硬度を高くしたことを特徴とする円筒形電池。
前記有底円筒状セパレータの開口部の内径が、当該有底円筒状セパレータの外径の９０％以下であることを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。
前記有底円筒状セパレータの開口部が、Ｒ形状になっていることを特徴とする請求項２記載の円筒形電池。
前記有底円筒状セパレータの開口部の内径が、テーパ形状であることを特徴とする請求項２記載の円筒形電池。
前記有底円筒状セパレータの開口部が、テーパ形状でかつテーパ角度が２０度から５０度の範囲であることを特徴とする請求項２記載の円筒形電池。