JP2006099974A - 電池の封口体、密閉式二次電池及び密閉式二次電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電時に発生したガス等が外部に放出されるのを抑制しながら、密閉式二次電池を適切に充電できるようにする。
【解決手段】 電池容器10の開口部を封口体20で封口させた密閉式二次電池において、電池容器の開口部を封口させる封口板21にガス抜き孔21aを形成すると共に、このガス抜孔を覆うにして封口板にキャップ体22を取り付け、封口板とキャップ体との空間部内に、ガス抜き孔の周囲を囲うようにしてリング状の気密弾性体からなる封止体23を設け、この封止体の開口部を閉塞させるようにして弁部材24を配し、この弁部材を付勢部材25により封止体に押し付けるようにすると共に、キャップ体に位置検出用ピンを弁部材に導くピン導入口22aを設けた封口体を用いた。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電池の封口体、密閉式二次電池及び密閉式二次電池の充電方法に係り、特に、電池容器の開口部を封口体によって封口させた密閉式二次電池において、充電時に発生したガスが外部に放出されるのを抑制しながら、適切に充電できるようにした点に特徴を有するものである。

一般に密閉式二次電池としては、電池容器内に正極と負極と電解液等を収容させ、この電池容器の開口部を封口体によって封口させたものが広く使用されている。

そして、このような密閉式二次電池を充電させる場合において、この密閉式二次電池を極めて急速に充電させたり、密閉式二次電池が特に過剰に充電されたりすると、電池容器内に収容された電解液が分解する等によりガスが発生し、このガスによって電池容器内の内圧が通常よりも高い値まで上昇するおそれがあった。

このため、上記のような密閉式二次電池においては、上記の封口体として、電池容器内の内圧が所定の圧力に達した場合に、電池容器内からガスを排出させるガス排出機構を備えたものが一般に用いられている。

ここで、このような封口体としては、電池容器の開口部を封口させる封口板にガス抜き孔を形成し、ガス排気口が設けられたキャップ体を上記のガス抜孔を覆うようにして封口板に取り付け、キャップ体と封口板との間に形成された空間部内に上記のガス抜孔を閉塞するようにしてゴム状弾性体からなる弁体を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、このような封口体においては、電池容器内の内圧が所定の圧力に達した場合、その圧力で上記の弁体が押し上げられて封口板に設けられたガス抜き孔が開き、電池容器内のガス等が上記のガス抜孔を通してキャップ体に設けられたガス排気口から外部に排出されるようになっている。

また、その他の封口体としては、図１に示すように、電池容器１の開口部を封口させる封口板２にガス抜き孔２ａを形成し、ガス排気口３ａが設けられたキャップ体３を上記のガス抜孔２ａを覆うようにして封口板２に取り付け、キャップ体３と封口板２との間に形成された空間部内にスプリング等からなる付勢部材４を設け、この付勢部材４により弁部材５を封口板２に押し付けるようにして、上記のガス抜孔２ａを弁部材５により閉塞させるようにしたものが広く知られている（例えば、特許文献２参照。）。

そして、このような封口体においては、電池容器１内の内圧が所定の圧力に達した場合、その圧力で上記の弁部材５が付勢部材４に抗して押し上げられて、封口板２におけるガス抜き孔２ａが開き、電池容器１内のガス等が上記のガス抜孔２ａを通してキャップ体３に設けられたガス排気口３ａから外部に排出されるようになっている。

しかし、上記のような各封口体を用いた密閉式二次電池においては、上記のように電池容器内の内圧が所定の圧力に達した場合、電池容器内のガス等がそのまま外部に排出されるため、これにより電池容器内における電解液が減少し、特に、アルカリ電解液等の水溶液系の電解液を用いた密閉式二次電池の場合、電解液の減少によってサイクル寿命等の様々な電池特性が大きく低下するという問題があった。

そして、上記のように電池容器内のガス等が外部に排出されて、電解液が減少するのを抑制するため、このような密閉式二次電池を充電させるにあたり、電池容器の開口部を封口させた封口体を通して圧力検出器を電池容器内に挿入し、この圧力検出器により電池容器内の圧力を検知しながら充電させ、電池容器内の圧力が所定値に達した場合に充電を停止させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかし、このように封口体を通して圧力検出器を電池容器内に挿入し、この圧力検出器により電池容器内の圧力を検知しながら充電させるためには、装置が複雑化してコストが高くつくと共に、圧力検出器を挿入させた部分を適切にシールする必要がある等の様々な面倒があった。特に、例えば単一サイズ（Ｄサイズ）以下程度の容量しかない小型の密閉式二次電池の場合、複雑な機構を電池の規定形状内に収納させるために、電池内の発電要素の占有体積を大きく減らす必要が生じるため、電池容量を大幅に減少させるか、もしくは電池の外部形状を変更させなければならないという欠点が生じる。
特開平１−２００５５１号公報 実開平６−４５２５１号公報 特開平５−３６４４２号公報

この発明は、電池容器の開口部を封口させる封口体及び封口体により電池容器の開口部を封口させた密閉式二次電池における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものであり、特に、上記のような密閉式二次電池を充電させる場合において、電池容器内において発生したガス等が外部に放出されるのを抑制しながら、適切に充電できるようにすることを課題とするものである。

この発明においては、上記のような課題を解決するため、電池容器の開口部を封口させる電池の封口体において、電池容器の開口部を封口させる封口板にガス抜き孔を形成すると共に、上記のガス抜孔を覆うにして封口板にキャップ体を取り付け、上記の封口板とキャップ体との空間部内に、ガス抜き孔の周囲を囲うようにしてリング状の気密弾性体からなる封止体を設け、この封止体の開口部を閉塞させるようにして弁部材を配し、この弁部材を付勢部材により上記の封止体に押し付けるようにすると共に、上記のキャップ体に位置検出用ピンを上記の弁部材に導くピン導入口を設けるようにしたのである。また、上記の封口体においては、上記のキャップ体にガスを外部に排出するガス排出口を設けることが好ましい。

また、この発明における密閉式二次電池においては、正極と負極と電解液とを電池容器内に収容させ、この電池容器の開口部を上記の封口体により封口させるようにしたのである。なお、上記のような封口体により電池容器の開口部を封口させる密閉式二次電池においては、電池内部の圧力上昇を検出しながら充電することができ、極めて急速に充電させたリ、特に過剰に充電させた場合であっても、電池内部の圧力が異常に上昇するのを抑制しながら充電を制御することが可能になる。さらに、例えば単一サイズ（Ｄサイズ）以下程度の容量しかない小型の密閉式二次電池の場合、電池の外部形状を変更させることなく、このような機構を付加することが容易にでき、従来と形式的に互換性を有する密閉式二次電池を安価に提供することができる。特に、アルカリ電解液等の水溶液系の電解液を用いた密閉式二次電池の場合には、電解液が分解されて発生するガスが電池外部に放出されるのを抑制しつつ充電を制御することが可能になって、電池内部で発生したガスが電解液に戻り、電解液の減少に伴う電池特性の低下が効果的に抑制されて、サイクル寿命が向上されるようになるという利点がある。

また、この発明における密閉式二次電池の充電方法においては、上記のような密閉式二次電池を充電させるにあたり、上記のキャップ体に設けられたピン導入口を通して位置検出用ピンを上記の弁部材に導き、この位置検出用ピンにより弁部材の変位を検知しながら、上記の密閉式二次電池の充電を制御するようにしたのである。

ここで、上記のように位置検出用ピンにより弁部材の変位を検知しながら、上記の密閉式二次電池の充電を制御するにあたっては、封止体の開口部を閉塞するようにして付勢部材により封止体に押し付けられていた弁部材が、封止体から離れる前に充電を停止させることが好ましい。

この発明においては、電池容器の開口部を封口させる電池の封口体として上記のような封口体を用い、密閉式二次電池における電池容器の開口部をこの封口体により封口させるようにしたため、上記のようにキャップ体に設けられたピン導入口を通して位置検出用ピンを上記の弁部材に導き、この位置検出用ピンにより弁部材の変位を検知しながら、上記の密閉式二次電池の充電を制御することができるようになる。

このため、電池容器の開口部を封口させた封口体を通して圧力検出器を電池容器内に挿入し、この圧力検出器により電池容器内の圧力を検知しながら充電させる従来の場合に比べ、装置が簡単になってコストが低減されると共に、圧力検出器を挿入させた部分をシールするという面倒もなく、密閉式二次電池の充電を制御することが簡単に行えるようになる。

また、位置検出用ピンにより弁部材の変位を検知しながら、上記の密閉式二次電池の充電を制御するにあたり、上記のように封止体の開口部を閉塞するようにして付勢部材により封止体に押し付けられていた弁部材が、封止体から離れる前に充電を停止させるようにすると、封止体の開口部が弁部材により閉塞された状態で維持され、電池容器内におけるガス等が外部に放出されるのが防止されて、電池容器内における電解液の量が減少するのが抑制されるようになり、特に、水溶液系の電解液を用いた密閉式二次電池において、その電池特性が大きく低下するのが防止されるようになる。

また、上記の封口体において、キャップ体にガスを外部に排出するガス排出口を設けておくと、電池容器内の内圧がさらに上昇し、付勢部材により封止体の開口部を閉塞させるように押し付けられていた弁部材が大きく移動して、この弁部材が封止体から離れた場合、弁部材と封止体との間を通してキャップ体内に流出したガス等が上記のガス排出口を通して外部に排出されるようになり、電池容器内の内圧が異常に上昇するのが防止される。

以下、この発明の実施形態に係る電池の封口体、密閉式二次電池及び密閉式二次電池の充電方法を添付図面に基づいて具体的に説明する。但し、この発明における電池の封口体、密閉式二次電池及び密閉式二次電池の充電方法は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における密閉式二次電池においては、図２に示すように、電池容器１０内に、正極１１と負極１２との間にセパレータ１３を介在させてスパイラル状に巻いたものを収容させると共に、この電池容器１０内にアルカリ電解液等の水溶液系の電解液（図示せず）を注液させるようにしている。

そして、この電池容器１０の開口部の口縁に絶縁パッキン１４を配し、この絶縁パッキン１４を介して電池容器１０の開口部を封口体２０により封口し、正極１１を正極リード１１ａを介し封口体２０に接続させると共に、負極１２を負極リード１２ａを介して電池容器１０に接続させている。

ここで、この実施形態における密閉式二次電池においては、上記の封口体２０として、上記の絶縁パッキン１４に保持されて電池容器１０の開口部を閉塞させる封口板２１の中央部にガス抜き孔２１ａを形成すると共に、上記のガス抜孔２１ａを覆うようにしてキャップ体２２を封口板２１に取り付け、このキャップ体２２と封口板２１との間に空間部を形成するようにしている。

また、このようにキャップ体２２を封口板２１に取り付けるにあたり、上記の空間部内において、上記のガス抜き孔２１ａの周囲を囲うようにして、リング状の気密弾性体からなる封止体２３を封口板２１の上に取り付け、この封止体２３の開口部を閉塞させるようにして板状の弁部材２４を封止体２３の上に配すると共に、この弁部材２４と上記のキャップ体２２との間にリング状の気密弾性体からなる付勢部材２５を設けている。そして、上記の封止体２３を変形させるようにして、この付勢部材２５により弁部材２４を封止体２３に押し付け、封止体２３の開口部を弁部材２４によって強く閉塞させるようにしている。

また、この実施形態においては、上記のキャップ体２２の上面に位置検出用ピン３１を上記の弁部材２４に導くためのピン導入口２２ａを設ける一方、このキャップ体２２の側壁側の部分にガスを外部に排出するガス排出口２２ｂを設けている。

ここで、上記のリング状の気密弾性体からなる封止体２３としては、一般に用いられているゴム製のＯリングを使用することができ、特に、使用する電解液に対して耐久性を有すると共に、弾力性及び気密性に優れた材料で構成されたものを用いることが好ましく、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等で構成されたものを用いることが好ましい。

また、この実施形態においては、弁部材２４を封止体２３に押し付ける付勢部材２５においても、上記の封止体２３と同様のリング状の気密弾性体を用いるようにしたが、付勢部材２５は必ずしも上記のようなリング状の気密弾性体である必要はなく、コイルバネ等を用いることもできる。

なお、付勢部材２５に封止体２３と同様のリング状の気密弾性体を用いると、この付勢部材２５がキャップ体２２に設けたピン導入口２２ａとガス排出口２２ｂとを隔離させる隔離部材として作用し、後述するように、電池容器１０内の内圧が大きく上昇し、付勢部材２５により封止体２３に押し付けられていた弁部材２４が大きく移動して封止体２３から離れ、電池容器２０内からガス抜き孔２１ａを通して導かれたガス等がこの弁部材２４と封止体２３との間を通ってキャップ体２２内に流出しても、このガス等が上記の付勢部材２５により抑止されて、上記のピン導入口２２ａに導かれなくなる。

ここで、上記のような密閉式二次電池を充電させるにあたっては、図３（Ａ）に示すように、上記のキャップ体２２の上に充電器（図示せず）における充電用端子３２を接触させると共に、位置検出用ピン３１をキャップ体２２の上面に設けたピン導入口２２ａからキャップ体２２内に導入させ、この位置検出用ピン３１を、上記のリング状の気密弾性体からなる付勢部材２５を通して上記の弁部材２４に接触させ、この状態で上記の充電器により密閉式二次電池を充電させるようにする。

そして、このように密閉式二次電池を充電させると、電池容器１０内において次第にガスが発生し、これにより電池容器１０内の圧力が上昇して上記の弁部材２４が上方に押され、上記の付勢部材２５の押し付け力に抗して、図３（Ｂ）に示すように、上記のように変形していた封止体２３が徐々に復元すると共に弁部材２４が徐々に上方に移動するようになり、この弁部材２４の変位を上記の位置検出用ピン３１により検知し、この弁部材２４が封止体２３から離れる前の段階で充電を停止させるようにする。

このようにして密閉式二次電池を充電させると、電池容器１０内において発生したガス等が弁部材２４と封止体２３との間を通して流出するということがなく、電池容器１０内における電解液が減少するのが防止され、特に、上記のような水溶液系の電解液を用いた密閉式二次電池において、その電池特性が大きく低下するのが抑制される。

また、この密閉式二次電池を誤ってさらに充電させた場合などにおいて、電池容器１０内の内圧がさらに上昇すると、図４に示すように、この圧力により上記の弁部材２４がさらに押されて上方に移動し、この弁部材２４が封止体２３から離れるようになる。そして、このように弁部材２４が封止体２３から離れると、電池容器１０内からガス抜き孔２１ａを通して導かれたガス等がこの弁部材２４と封止体２３との間を通ってキャップ体２０内に流出し、このガス等が上記のガス排出口２２ｂを通して外部に排出されるようになり、電池容器１０内の内圧が異常に上昇するのが防止される。

そして、この実施形態においては、上記のように弁部材２４を封止体２３に押し付ける付勢部材２５に、上記の封止体２３と同様のリング状の気密弾性体を用いるようにしたため、キャップ体２０内に流出したガスが位置検出用ピン３１を導入させたピン導入口２２ａに導かれるのが防止され、位置検出用ピン３１にガス等が接触して劣化するのも防止されるようになる。

従来の密閉式二次電池において、電池容器の開口部に封口体を取り付けた状態を示した概略断面図である。 この発明の一実施形態に係る密閉式二次電池において、電池容器の開口部に封口体を取り付けた状態を示した概略断面図である。 同実施形態に係る密閉式二次電池を充電させる場合において、封口体に設けられた弁部材が移動する状態を示した概略断面図である。 同実施形態に係る密閉式二次電池において、電池容器内の内圧が上昇して、封口体における弁部材が封止体から離れた状態を示した概略断面図である。

符号の説明

１０ 電池容器
１１ 正極
１１ａ 正極リード
１２ 負極
１２ａ 負極リード
１３ セパレータ
１４ 絶縁パッキン
２０ 封口体
２１ 封口板
２１ａ ガス抜き孔
２２ キャップ体
２２ａ ピン導入口
２２ｂ ガス排出口
２３ 封止体
２４ 弁部材
２５ 付勢部材（隔離部材）
３１ 位置検出用ピン
３２ 充電用端子

Claims (8)

1. 電池容器の開口部を封口させる電池の封口体において、電池容器の開口部を封口させる封口板にガス抜き孔を形成すると共に、上記のガス抜孔を覆うにして封口板にキャップ体を取り付け、上記の封口板とキャップ体との空間部内に、ガス抜き孔の周囲を囲うようにしてリング状の気密弾性体からなる封止体を設け、この封止体の開口部を閉塞させるようにして弁部材を配し、この弁部材を付勢部材により上記の封止体に押し付けるようにすると共に、上記のキャップ体に位置検出用ピンを上記の弁部材に導くピン導入口を設けたことを特徴とする電池の封口体。
2. 請求項１に記載した電池の封口体において、上記のキャップ体にガスを外部に排出するガス排出口を設けたことを特徴とする電池の封口体。
3. 請求項２に記載した電池の封口体において、上記のキャップ体に設けられたピン導入口とガス排出口とを隔離させる隔離部材を設けたことを特徴とする電池の封口体。
4. 請求項３に記載した電池の封口体において、上記の隔離部材がリング状の気密弾性体からなる付勢部材であることを特徴とする電池の封口体。
5. 正極と負極と電解液とを電池容器内に収容させ、この電池容器の開口部を上記の請求項１〜４の何れか１項に記載した封口体により封口させたことを特徴とする密閉式二次電池。
6. 請求項５に記載した密閉式二次電池において、上記の電解液に水溶液系の電解液を用いたことを特徴とする密閉式二次電池。
7. 請求項５又は請求項６に記載した密閉式二次電池を充電させるにあたり、上記のキャップ体に設けられたピン導入口を通して位置検出用ピンを上記の弁部材に導き、この位置検出用ピンにより弁部材の変位を検知しながら、密閉式二次電池の充電を制御することを特徴とする密閉式二次電池の充電方法。
8. 請求項７に記載した密閉式二次電池の充電方法において、封止体の開口部を閉塞するようにして付勢部材により封止体に押し付けられていた弁部材が、封止体から離れる前に充電を停止させることを特徴とする密閉式二次電池の充電方法。

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