JP2006286295A

JP2006286295A - 円筒形電池

Info

Publication number: JP2006286295A
Application number: JP2005102281A
Authority: JP
Inventors: Makoto Morita; 誠森田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】良好なシール性を有し且つ生産性が向上した円筒形電池の提供。
【解決手段】円筒形電池は、開口端部を有する円筒状の外装缶と、外装缶内に収容された発電要素と、外装缶の開口端部内に配置された封口板と、外装缶の開口端部と封口板との間に設けられ、外装缶の開口端部をかしめることにより封口板の外周部と前記開口端部との間をシールする電気絶縁性の環状のガスケット２２とを備える。円筒形電池は、ガスケット２２の内周面に、外装缶２の開口端部をかしめるよりも前に封口板をねじ込ませ、封口板をガスケット２２に保持する螺子３０を有する
【選択図】図２

Description

本発明は円筒形電池に関する。

この種の円筒形電池には、アルカリ電池等の一次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池があり、例えば、ニッケル水素二次電池は、携帯用電子機器や電機自動車のバッテリ等に広く使用されている。
円筒形電池は、その外装缶内に発電要素としての正極板、負極板及び電解質が収容され、外装缶の開口端部は封口体により密閉されている。

より詳しくは、封口体は、円板形状の封口板と、封口板と外装缶の開口端部との間に配置される絶縁ガスケットとを含み、開口端部に対し、封口板の外周部は絶縁ガスケットによりシールされる。外装缶の開口端部への封口体の固定は、例えば以下のようにして実施される。
まず、筒状をなした絶縁ガスケットの内側に封口板を嵌合してから、絶縁ガスケットとともに封口板を外装缶の開口端部内に配置する。この後、外装缶の開口端部を絶縁ガスケットの一部を変形させながら径方向内側にかしめ、これにより外装缶の開口端部に封口体が固定される（特許文献１）。

なお、絶縁ガスケットの内周面には、封口板の抜け止めとして、径方向内側に突出した環状の突起が形成され、筒状の絶縁ガスケットに封口板を嵌合する際、封口板は、絶縁ガスケットの内径を拡径させながら前記環状突起を乗り越えて絶縁ガスケットの内方に押し込まれる。
特開2002-93455号公報

従来技術の円筒形電池では、絶縁ガスケットの環状突起の突出高さが約０.１mmと低いため、その組立ての際、外装缶の開口端部をかしめて封口体を固定するよりも前に、絶縁ガスケットに対する封口板の位置ずれが生じ易く、シール性低下を招いていた。すなわち、封口板の位置がずれた状態で外装缶の開口端部をかしめた場合、絶縁ガスケットの圧縮率が周方向で不均一になり、絶縁ガスケットの低圧縮率箇所から電解液等が漏出してしまうという問題があった。

また、環状突起の突出高さが低いため、外装缶の開口端部をかしめる前に封口板が絶縁ガスケットから抜け落ち易く、電池の生産性低下を招いていた。
このような封口板の位置ずれや抜け落ちを防止するには、環状突起の突出高さを増大すればよい。また、突出高さを増大すれば、環状突起近傍で絶縁ガスケットの圧縮率、換言すれば、絶縁ガスケットと封口体との接触圧が増大し、絶縁ガスケットのシール性が向上するという効果も期待される。

しかしながら、環状突起の突出高さを増大した場合、絶縁ガスケットに封口板を押し込むのが困難になるばかりか、押し込むときに絶縁ガスケットを傷付け、却ってシール性低下を招く虞がある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、良好なシール性を有し且つ生産性が向上した円筒形電池を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、開口端部を有する円筒状の外装缶と、前記外装缶内に収容された発電要素と、前記外装缶の前記開口端部内に配置された封口板と、前記外装缶の開口端部と前記封口板との間に設けられ、前記開口端部をかしめることにより前記封口板の外周部と前記開口端部との間をシールする電気絶縁性の環状のガスケットとを備え、前記ガスケットの内周面に、前記開口端部をかしめるよりも前に前記封口板をねじ込ませ、前記封口板を前記ガスケットに保持する螺子を有することを特徴とする円筒形電池が提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記螺子は、前記ガスケットと一体成型されている（請求項２）。

本発明の請求項１の円筒形電池では、その組立て工程においてガスケットに封口板を嵌合するときに、封口板がガスケットの螺子、つまり、内周面から径方向内側に突出した螺旋状の突条にねじ込まれる。この場合、螺旋状の突条の突出高さに拘わらず、封口板がガスケットに円滑に嵌合され、封口板によりガスケットが傷付けられる虞はない。
従って、この電池では、突条の突出高さを増大することができ、突出高さを増大した突条により、ガスケットに嵌合した封口板の抜けが防止され、生産性が向上する。

また、ガスケットに嵌合した封口板の位置ずれが防止されることで、外装缶の開口端部をかしめたときに、ガスケットの圧縮率が周方向で均一になる。これに加えて、突条の突出高さの増大により、突条近傍でのガスケットの圧縮率が増大し、ガスケットを介した外装缶の開口端部と封口板の外周部との間のシール性が向上する。
請求項２の電池では、ガスケットに螺子を一体成型したことで、螺子が容易に形成され、この結果、電池の生産性低下を招くことはない。

以下、本発明の円筒形電池の一実施形態に係る４／５Ａサイズのニッケル水素二次電池について説明する。
図１に示したように、ニッケル水素二次電池は、有底円筒状の外装缶２を備え、外装缶２内には、発電要素としての正極板４、負極板６及びアルカリ電解液（図示せず）が収容されている。

これら正極板４及び負極板６は、セパレータ８を介して渦巻き状に巻回されることで略円筒状の電極群１０を形成しており、電極群１０の最外周はセパレータ８の一部により覆われている。ただし、電極群１０の両端においては、正極板４及び負極板６の一部がセパレータ８からはみ出しており、電極群１０は、負極板６がはみ出している側の一端部を内底面側にして外装缶２内に収容されている。

電極群１０の一端部と外装缶２の内底面との間には金属製の円板形状の負極集電板１２が配置され、負極集電板１２は、セパレータ８からはみ出した負極板６の部分に溶接されている。従って、負極板６は、負極集電板１２を介して外装缶２に電気的に接続され、外装缶２は負極端子としての機能を備えている。
なお、負極板６は、例えばパンチングメタルからなる導電性の負極基板６ａを有し、負極基板６ａの両面には、負極集電板１２に溶接される部分を除き、負極活物質層６ｂが形成されている。負極活物質層６ｂは、主成分としての水素吸蔵合金粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。水素吸蔵合金粉末は、負極活物質としての水素を電気化学的に吸蔵又は放出可能である。

一方、外装缶２の開口端部側に位置する電極群１０の他端部には金属製の正極集電部材１４が配置され、正極集電部材１４は、セパレータ８からはみ出した正極板４の部分に溶接される円板部１４ａを有する。円板部１４ａの外縁からは、折曲されたリード部１４ｂが一体に延び、リード部１４ｂの先端は、後述する封口体１６の所定の位置に溶接されている。

なお、正極板４は、例えば、３次元の網目状構造を有したニッケル多孔体からなる導電性の正極基板を有し、正極基板には、円板部１４ａに溶接される圧縮部分を除き、その孔内に正極合剤が充填されている。正極合剤は、主成分としての正極活物質、つまり、水酸化ニッケル粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。
外装缶２の開口端部は、安全弁としての機能を備えた封口体１６により密閉され、封口体１６は、円板形状をなす金属製の封口板１８を有する。封口板１８は、その外周部が外装缶２の開口端部に囲まれる一方、中央にガス抜き孔１８ａを有する。封口板１８の外面には、ガス抜き孔１８ａを閉塞するように弁体２０が配置され、更に、弁体２０を覆うフランジ付きの円筒状の正極端子２１が取り付けられている。

なお、前述した正極集電部材１４のリード１４ｂの先端は、封口板１８の内面に溶接されており、正極集電部材１４及び封口板１８を介して正極板４と正極端子２１との間は電気的に接続されている。
また、封口体１６は、封口板２０と外装缶２の開口端部との間に配置された環状のガスケット２２を有し、ガスケット２２は例えばナイロン樹脂からなり、電気絶縁性を有する。封口体１６の封口板１８は、ガスケット２２を介して外装缶２の開口端部に固定され、封口板１８と外装缶２の開口端部との間はガスケット２２によりシールされている。

より詳しくは、図２は、外装缶２の開口端部に固定される前のガスケット２２を示しており、ガスケット２２は大円筒部２４を有する。大円筒部２４の一端には一体に内向きフランジ２６が設けられ、内向きフランジ２６の内周縁からは、大円筒部２４とは反対側に小円筒部２８が一体に突出している。
大円筒部２４は封口板１８の外径に略等しい内径を有し、大円筒部２４の内周面には突条３０が一体成型により形成されている。突条３０は、大円筒部２４の内周面から径方向内側に突出し、且つ、内向きフランジ２６とは反対側の大円筒部２４の開口端部２４ａから内向きフランジ２６に向けて螺旋状に延びている。つまり大円筒部２４の内周面には螺子が形成されている。

なお、突条３０の突出高さＨは約０.５mmであり、一方、大円筒部２４の軸線方向でみて、突条３０同士及び突条３０の内終端と内向きフランジ２６との間隔Ｐは、封口板１８の厚みに略等しい約０.５mmである。
上述したガスケット２２は、例えば以下のようにして外装缶２の開口端部と封口板１８との間に配置される。

まず、ガスケット２２に、弁体２０及び正極端子２１を取り付けた封口板１８を嵌合させ、封口体１６を得る。この際、封口板１８を大円筒部２４の開口端２４ａからねじ込み、封口板１８の外周部を内終端側の突条３０の一巻と内向きフランジ２６との間に狭持させる。
一方、負極集電板１２及び正極集電部材１４を溶接した電極群１０を外装缶２に収容しておき、得られた封口体１６の封口板１８に外装缶２から延出した正極集電部材１４のリード部１４ａを溶接する。

この後、外装缶２内にアルカリ電解液を注液してから、リード部２４ａを折り曲げて封口体１６を外装缶２の開口端部内に配置する（図３（ｂ））。このとき、封口体１６は、外装缶２の開口端部近傍に形成された縮径部に当接し、内方への移動が規制される。それから、大径筒部２４の開口端部２４ａを変形させながら外装缶２の開口端部を径方向内側にかしめ、外装缶２の開口端部に封口体１６を固定する（図３（ｃ））。

なお、突条３０は、外装缶２の開口端部をかしめたときに圧縮されて潰れるため、図３（ｃ）及び図１において省略した。
上述したニッケル水素二次電池では、その組立て工程においてガスケット２２に封口板１８を嵌合するときに、封口板１８がガスケット２２の螺子、つまり、内周面から径方向内側に突出した螺旋状の突条３０にねじ込まれる。この場合、螺旋状の突条３０の突出高さＨに拘わらず、封口板１８は大円筒部２４の内径を殆ど拡径させることなくガスケット２２に円滑に嵌合され、封口板１８によりガスケット２２が傷付けられる虞はない。

従って、この電池のガスケット２２では、従来技術のガスケットにおける環状突起の突出高さが０.１mmであったのに比べ、突条３０の突出高さＨを約０.５mmにまで増大することができ、突出高さＨを増大した突条３０により、ガスケット２２に嵌合した封口板１８の抜けが防止され、生産性が向上する。
また、ガスケット２２に嵌合した封口板１８の位置ずれが防止されることで、外装缶２の開口端部をかしめたときに、ガスケット２２の圧縮率が周方向で均一になる。これに加えて、突条３０の突出高さＨの増大により、突条３０近傍でのガスケット２２の圧縮率、つまり、封口板１８とガスケット２２との接触圧が増大し、ガスケット２２を介した外装缶２の開口端部と封口板１８の外周部との間のシール性が向上する。

なお、本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、円筒形電池は、ニッケルカドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、また一次電池であってもよい。
一実施形態では、突条３０の突出高さＨは約０.５mmであったけれども、突出高さＨは０.３mm以上０.７mm以下の範囲にあるのが好ましい。突出高さＨが０.３mm以上であれば、ガスケット２２からの封口板１８の抜けを確実に防止することができ、突出高さＨが０.７mm以下であれば、封口板１８に取付けられた部材、本実施形態では正極端子２１と突起３０との間での干渉を防止することができるからである。

一実施形態では、突条３０の一巻と内向きフランジ２６との間に封口板１８を固定したけれども、突条３０の巻数が多い場合、突条３０間に封口板１８を固定してもよい。つまり、ガスケットは、筒部及び筒部の内周面に形成された螺子を少なくとも有していればよい。
一実施形態では、ガスケット２２の螺子つまり突条３０は、ガスケット２２と一体成型されていたけれども、ガスケット２２の内周面に螺子溝を刻設してもよい。ただし、突条３０を一体成型すれば、螺子溝を刻設するよりも螺子を容易に形成することができ、電池の生産性低下を招くことがない。

＜嵌合強度の評価＞
上述したガスケットに封口板をねじ込んだ試験品及び従来技術のガスケットに封口板を押し込んだ試験品のそれぞれ２０個について、ガスケットの開口端を下方に向けて試験台上に配置した後、その封口板を上方からφ１０mmの押し治具にて５mm／分の速度で加圧し、ガスケットから封口体が外れるまでの最大加圧力を嵌合強度として測定した。この結果を表１に示す。

なお、従来技術のガスケットは環状突起を有し、環状突起の突出高さは０.１mmであった。
表１から明らかなように、ガスケットの内周面に螺子を形成した実施例での嵌合強度の平均値は４５.１Ｎであり、嵌合強度の平均値が２４.８Ｎであった比較例１に比べて大幅に向上した。これは、比較例１の突条よりも突出高さが大である螺子に封口板をねじ込むことで、ガスケットに封口板がより強固に嵌合したためと考えられる。

本発明の一実施形態に係るニッケル水素二次電池の縦断面図である。図１の電池に適用したガスケットを示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。ガスケットの配置方法を説明する図であって、（ａ）はガスケットへの封口板の嵌合、（ｂ）は外装缶の開口端部への封口体の配置、（ｃ）外装缶の開口端部に固定した封口体を示している。

符号の説明

２外装缶
８セパレータ
１０電極群
１６封口体
１８封口板
２２ガスケット
３０突条（螺子）

Claims

開口端部を有する円筒状の外装缶と、
前記外装缶内に収容された発電要素と、
前記外装缶の前記開口端部内に配置された封口板と、
前記外装缶の開口端部と前記封口板との間に設けられ、前記開口端部をかしめることにより前記封口板の外周部と前記開口端部との間をシールする電気絶縁性の環状のガスケットとを備え、
前記ガスケットの内周面に、前記開口端部をかしめるよりも前に前記封口板をねじ込ませ、前記封口板を前記ガスケットに保持する螺子を有する
ことを特徴とする円筒形電池。
前記螺子は、前記ガスケットと一体成型されていることを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。