JP2007035408A - 注液式電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電解液を発電部における積層された各セルに迅速かつ確実に注入することができ、優れた電池性能を有する注液式電池を提供する。
【解決手段】 注液式電池は、複数個の単セルからなる発電部６、ならびに前記発電部を挟むスペーサ５および押さえ板４からなる積層体と、前記積層体の中央部に設けた空洞部７と、前記空洞部に配置され、電解液８を封入したアンプル９とを有し、前記スペーサおよび押さえ板は、その空洞部に面する部分の径が、発電部から離れるにつれて小さくなるテーパを設け、前記スペーサのテーパの角度Ｘは０．５°≦Ｘ≦１０°を満たし、前記押さえ板のテーパの角度Ｙは２°≦Ｙ≦３０°を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、注液式電池に関するものである。さらに詳しくは、小型タイプの注液式電池に関するものである。

近年、電池性能を損なうことなく、注液式電池を小型化することが要求されている。小型化とともに要求されている電池性能を満たすためには、できるだけ少ない電解液量で、発電部を構成するすべての単セルに電解液が流入する必要がある。
ところで、電池内に収納できる電解液の量はアンプルの容積で決まる。また、アンプルの容積は電池内の中央に設けられたアンプル収納用の空洞部の大きさで決まる。

従来の注液式電池の一例として特許文献１の注液式電池を図２に示す。図２は従来の注液式電池の縦断面図である。
外装ケース１の内部には、押さえ板１４とスペーサ５との間に挟まれた発電部６が収容されている。押さえ板１４、スペーサ５、および発電部６からなる積層体には中央部に空洞部７が設けられている。空洞部７には、電解液８を封入したアンプル９が配置されている。空洞部７の上部および下部には、電解液が外部へ漏れないように鉄板１０ａおよび１０ｂがそれぞれ配されている。

外装ケース１とスペーサ５および発電部６との隙間には、端子ピン２ａ、２ｂと発電部６とを接続するリード線１１ａ、１１ｂが配されている。そして、外装ケース１と押さえ板１４、スペーサ５、および発電部６との隙間およびスペーサ５の上部に樹脂１２が充填されている。よって、リード線１１ａ、１１ｂおよび空洞部７の上部に配された鉄板１０ａは樹脂１２で埋め込まれている。

スペーサ５には、空洞部７における径が発電部から離れるにつれて、つまりスペーサ５の上部ほど小さくなるようにテーパが設けられている。これにより、電解液はテーパに沿って発電部へ流れ込みやすくなる。

図２の矢印の方向に電池に対して発射衝撃を加えると、アンプルは空洞部の底部に衝突して破壊される。そして、電池に旋回力が与えられるため、アンプルの破壊により外部に飛散した電解液は、遠心力によりアンプルの周囲に配された発電部に流入する。スペーサ側に飛散した電解液は、スペーサに設けられたテーパにより、発電部に流れ込みやすくなる。しかし、電解液は押さえ板側に飛散しやすく、空洞部底部に滞留しやすい。このため、電池性能を十分に満足させるには、この電解液の滞留分を見越して余剰の電解液をアンプル内に収納することが必要であり、電解液量を減らしてアンプルを小さくすることには限界があった。
特開２００３−６８３１１号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するために、発電部を構成する各セルに電解液を迅速かつ確実に注入することができ、高性能な注液式電池を提供することを目的とする。

本発明の注液式電池は、複数個の単セルからなる発電部、ならびに前記発電部を挟むスペーサおよび押さえ板からなる積層体と；前記積層体の中央部に設けた空洞部と；前記空洞部に配置され、電解液を封入したアンプルとを有し、前記スペーサおよび押さえ板は、その空洞部に面する部分の径が、発電部から離れるにつれて小さくなるテーパを設け、前記スペーサのテーパの角度Ｘは０．５°≦Ｘ≦１０°を満たし、前記押さえ板のテーパの角度Ｙは２°≦Ｙ≦３０°を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、発電部を構成する各セルに必要最小限の電解液を迅速かつ確実に注入することができる。したがって、電解液を収容するアンプルの容積を小さくすることができるため、電池性能を損なうことなく、注液式電池を小型化することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。
１は金属からなる有底円筒状の外装ケースであり、端子ピン２ａおよび２ｂを設けたフェノール樹脂製の電池蓋３により覆蓋される構成となっている。

外装ケース１の内部には、金属製の押さえ板４とポリエチレンからなるスペーサ５との間に挟まれた発電部６が収容されている。発電部６は、例えば鉛粉を活物質とする負極板、セルロース製のセパレータ、および二酸化鉛を活物質とする正極板からなる単セルを複数積層したものである。

押さえ板４、スペーサ５、および発電部６からなる円柱状の積層体には中央部に空洞部７が設けられている。その空洞部７には、過塩素酸水溶液からなる電解液８を封入した円柱状のアンプル９が配置されている。そして、その空洞部７の上部および下部には、電解液が外部へ漏れないように鉄板１０ａおよび１０ｂが配されている。外装ケース１とスペーサ５および発電部６との隙間には、端子ピン２ａおよび２ｂと発電部６とを接続するリード線１１ａおよび１１ｂが配されている。そして、外装ケース１と押さえ板４、スペーサ５、および発電部６との隙間およびスペーサ５の上部に樹脂１２が充填されている。よって、リード線１１ａおよび１１ｂおよび空洞部７の上部に配された鉄板１０ａは樹脂１２で埋め込まれる構成となっている。また、樹脂１２は外装ケース１を封口するための電池蓋３を接着する役割も兼ねている。

スペーサ５には、空洞部７における径が発電部から離れるにつれて小さくなるように、すなわちスペーサ５の上部ほど空洞部７における径が小さくなるようにテーパが設けられている。また、押さえ板４には、空洞部７における径が発電部から離れるにつれて小さくなるように、すなわち押さえ板４の下部ほど空洞部７における径が小さくなるようにテーパが設けられている。

このような構成とすることにより、電解液はスペーサおよび押さえ板のテーパに沿って発電部へ流れていくため、電解液を発電部における積層された各セルに迅速かつ確実に注入することができ、電池性能の向上を図ることができる。特に、電解液は底部に滞留しやすいため、押さえ板に設けられたテーパによる効果が顕著に得られる。
スペーサには、ポリエチレン以外に、塩化ビニル樹脂、およびフッ素樹脂を用いてもよい。

スペーサにおけるテーパの角度Ｘ（図１において軸Ｚで表されるアンプル９の高さ方向（略平行な方向）に対する角度）は０．５°≦Ｘ≦１０°を満たす。角度Ｘは０．５°未満であると、テーパを設けることによる効果が小さくなる。一方、角度Ｘは１０°を超えると、アンプルの容積が小さくなるため、電解液量を極端に減らさなければならなくなり、放電持続時間が短くなる。
滞留する電解液量のバラツキが小さく、アンプルにおいて、必要最小限の量の電解液を封入するのに十分な大きさの容積が確保されるため、スペーサにおけるテーパの角度Ｘは、２°≦Ｘ≦５°を満たすのがより好ましい。

押さえ板におけるテーパの角度Ｙ（図１において軸Ｚで表されるアンプル９の高さ方向（略平行な方向）に対する角度）は２°≦Ｙ≦３０°を満たす。角度Ｙは２°未満であると、テーパを設けることによる効果が小さくなる。一方、角度Ｙは３０°を超えると、アンプルの容積が小さくなるため、電解液を極端に減らさなければならなくなり、放電持続時間が短くなる。
滞留する電解液量のバラツキが小さく、アンプルにおいて、必要最小限の量の電解液を封入するのに十分な大きさの容積が確保されるため、スペーサにおけるテーパの角度Ｙは、６°≦Ｙ≦１５°を満たすのがより好ましい。

以下に、本発明の実施例を説明する。
《実施例１》
図１のような本発明のスペーサを用いた小型の注液式電池を作製した。電池の高さは２４ｍｍとした。
スペーサは、外径１７ｍｍ、高さ１０ｍｍとした。スペーサには、空洞部の径が発電部から離れるにつれて１０ｍｍから９ｍｍへと減少するようにテーパを設けた。このときのテーパ角度Ｘは３°であった。
押さえ板は、外径１７ｍｍ、高さ３ｍｍとした。押さえ板には、空洞部の径が発電部から離れるにつれて１０ｍｍから９ｍｍへと減少するようにテーパを設けた。このときの、テーパ角度Ｙは９°であった。

また、正極板および負極板は、外径１７ｍｍ、内径１０ｍｍとした。この正負極板を用いてセルを構成し、７セルを直列に接続し、さらにこの７セルを２並列に接続したものを積層して発電部とした。

《実施例２》
電解液が減少した分だけアンプルの高さを小さくし、電池の高さを２０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。

《実施例３〜６》
テーパ角度ＸおよびＹを、表１に示すように種々に変えた以外は、実施例１と同様の方法により電池をそれぞれ作製した。

《比較例１》
実施例１で使用した押さえ板の代わりに、押さえ板の空洞部にテーパを設けずに、外径１７ｍｍ、内径１０ｍｍ、および高さ３ｍｍとした押さえ板を用いた以外は実施例１と同様にして電池を作製した。

《比較例２〜９》
テーパ角度ＸおよびＹを、表１に示すように種々に変えた以外は、実施例１と同様の方法により電池をそれぞれ作製した。

上記で作製した実施例１〜６および比較例１〜９の電池について、以下の放電試験を行った。
常温にて、電池に対して旋回数２５０００ｒｐｍの旋回とともに図１中に示す矢印の方向から衝撃を加えアンプルを破壊した。そして、アンプルに封入されていた電解液が発電部に流入することにより発生した電圧の立ち上がり時間および放電持続時間を調べた。このときの負荷電流は２００ｍＡとした。
電圧の立ち上がり時間は、アンプルが破壊されてから電圧が７Ｖに到達するまでの時間とした。放電持続時間はアンプルが破壊されてから電圧が７Ｖを切るまでの時間とした。

また、放電試験後に電池を解体し、発電部に流入せずに空洞部内に残留した電解液の重量を測定した。表１中の滞留電解液量は、アンプル内に収納した電解液の重量に対する割合を示す。各電池の試験数は３個であった。
これらの評価結果を表１に示す。

本発明のスペーサおよび押さえ板の両方にテーパを設けた実施例１〜６の電池は、スペーサのみにテーパを設けた比較例１の電池に比べて、電解液が、迅速かつ確実に、発電部の各セルへ流入することができるため、立ち上がり時間が短くなり、電解液量を少なくしても比較例１と同等の放電持続時間が得られた。

比較例６および７の電池では、アンプルが小さくなり、電解液量が少なすぎることにより、発電部を構成する全ての単セルに電解液が注入されなかったため、電圧が発生しなかった。また、比較例８および９の電池では、アンプルが小さくなり、電解液量が少なくなるため、放電持続時間が短くなった。

比較例２〜４の電池では、テーパを設けることによる効果が小さくなるため、放電持続時間が短くなった。また、発電部に流入する電解液量のばらつきが大きくなり、電池の信頼性が低下した。

本発明の注液式電池は、発射時に旋回する飛翔体の電源として好適に用いられる。

本発明における一実施の形態の注液式電池の縦断面図である。 従来の注液式電池の縦断面図である。

符号の説明

１ 外装ケース
２ａ、２ｂ 端子ピン
３ 電池蓋
４、１４ 押さえ板
５ スペーサ
６ 発電部
７ 空洞部
８ 電解液
９ アンプル
１０ａ、１０ｂ 鉄板
１１ａ、１１ｂ リード線
１２ 樹脂

Claims (1)

1. 複数個の単セルからなる発電部、ならびに前記発電部を挟むスペーサおよび押さえ板からなる積層体と；前記積層体の中央部に設けた空洞部と；前記空洞部に配置され、電解液を封入したアンプルとを有する注液式電池であって、
   前記スペーサおよび押さえ板は、その空洞部に面する部分の径が、発電部から離れるにつれて小さくなるテーパを設け、
   前記スペーサのテーパの角度Ｘは０．５°≦Ｘ≦１０°を満たし、
   前記押さえ板のテーパの角度Ｙは２°≦Ｙ≦３０°を満たすことを特徴とする注液式電池。
   
   
   

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