JP2007149433A - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解液を含む発電要素が密閉状態で収容された密閉型電池に関し、たとえば防爆機能を有するアルカリ電池とくに一次電池に適用してとくに有効である。 The present invention relates to a sealed battery in which a power generation element including an electrolytic solution is housed in a sealed state, and is particularly effective when applied to, for example, an alkaline battery having an explosion-proof function, particularly a primary battery.
アルカリ電池は、アルカリ電解液を含む発電要素が封口ガスケットを用いて密閉封止されているが、充電やショート等により電池内圧が異常上昇して電池が破裂するのを防ぐために、封口ガスケットの一部を先行破断させて電池内のガスを外部へ逃がすようにした防爆機能が通常備えられている(たとえば、特許文献1)。 In an alkaline battery, a power generation element containing an alkaline electrolyte is hermetically sealed using a sealing gasket. However, in order to prevent an abnormal increase in the internal pressure of the battery due to charging, short-circuiting, or the like, the battery is prevented from bursting. An explosion-proof function is usually provided that allows the gas in the battery to escape to the outside by preliminarily breaking the part (for example, Patent Document 1).
図4は、従来のアルカリ乾電池の構成例を示す。同図に示すアルカリ乾電池101は、正極集電体と正極端子を兼ねる有底筒状の金属製正極缶15内に、アルカリ電解液を含む発電要素20が収容されている。
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional alkaline battery. In an alkaline dry battery 101 shown in the figure, a
発電要素20は、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに環状または管状に成形した正極合剤21と、この正極合剤21の内側に装填された筒状セパレータ22と、このセパレータ22の内側に充填されたゲル状負極亜鉛23により形成されている。
The
正極缶15の開口部は、負極端子板26や電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット30などからなる封口部品によって気密封口されている。負極端子板26には負極集電子25がスポット溶接等により固定接続されている。
The opening of the positive electrode can 15 is hermetically sealed by a sealing component including the negative
封口ガスケット30は、中央ボス部31、環状パッキング部32、中間隔壁部33、および薄肉部34を一体的に有する。中央ボス部31には負極集電子25を気密状態で貫通させる透孔が形成されている。
The sealing
環状パッキング部32は、正極缶15の開口端部を内方にカシメ加工することにより、その開口端部と負極端子板26の周縁部との間に被圧状態で介在して気密シール状態を形成する。中間隔壁部33は、電池内圧が高くなったときに変形可能なように形成されている。薄肉部34は、電池内圧が異常上昇したときに先行破断して電池内のガスを外部へ逃がすように形成されている。このため、負極端子板26には、図示を省略するが、ガス抜き孔が設けられている。
The
上記のように、アルカリ乾電池等の密閉型電池では、電池内圧が異常上昇したときに作動して電池内のガスを逃がすことにより、電池の破裂を防止するようにした防爆機能が通常備えられている。
上述した従来の密閉型電池には次のような問題のあることが判明した。すなわち、たとえばアルカリ乾電池の内圧が高くなって防爆機能が作動した場合、電池内のガスを外部へ逃がすことにより電池の破裂を防止することはできるが、そのガスが逃げるのと同時に高濃度のアルカリ電解液も外部へ逃がしてしまう。外部に出た電解液は機器を損傷させる。人体に付着した場合は火傷を起こす可能性がある。 It has been found that the above-described conventional sealed battery has the following problems. That is, for example, when the explosion-proof function is activated when the internal pressure of an alkaline battery increases, it is possible to prevent the battery from bursting by letting the gas in the battery escape to the outside, but at the same time the gas escapes, The electrolyte also escapes to the outside. Electrolyte that comes out will damage the equipment. Contact with the human body may cause burns.
一方、たとえばアルカリ乾電池の内圧が高くなる原因としては、機器に複数本の電池を直列に装填する際に1本だけ逆方向に誤装填してしまった場合、充電が禁止されている一次電池を誤って充電器に装填してしまった場合などがある。また、負極をリッチ(正極電気量よりも多く)にした電池では、過放電によってガス発生が起こり、内圧が高くなる。 On the other hand, for example, the internal pressure of an alkaline battery is increased because a primary battery whose charging is prohibited is charged when only one battery is erroneously loaded in the reverse direction. In some cases, the charger is accidentally loaded. Further, in a battery in which the negative electrode is rich (more than the amount of positive electrode electricity), gas is generated due to overdischarge, and the internal pressure increases.
このように、密閉型電池では単純な誤使用でも内圧が高くなる。誤使用状態が続いて内圧が一定限度を超えると、防爆機能が作動してガス抜きが行われるが、このガス抜きにともなって放出される電解液が、機器等に害を及ぼすという問題があった。 Thus, the internal pressure of the sealed battery increases even with simple misuse. If the internal pressure exceeds a certain limit due to continued misuse, the explosion-proof function is activated and the gas is vented.However, there is a problem that the electrolyte released when the gas is vented harms the equipment. It was.
本発明は上記のような問題を解決するものであって、その目的は、誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することにある。 The present invention solves the above problems, and its purpose is to reliably prevent battery rupture and electrolyte discharge due to misuse, and if the misuse state is eliminated. It is an object of the present invention to provide a sealed battery that can restore the battery function.
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Other objects and configurations of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。 The solution provided by the present invention is as follows.
(1)電解液を含む発電要素が密閉状態で収容された密閉型電池において、電池内圧が高まった場合に、その内圧で作動して通電遮断状態を形成する一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、上記通電遮断状態の手動または自動による解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備えたことを特徴とする密閉型電池。 (1) In a sealed battery in which a power generation element including an electrolytic solution is housed in a sealed state, when the internal pressure of the battery increases, it operates at the internal pressure to form a cut-off state, while the internal pressure of the battery decreases to a normal pressure A sealed battery comprising pressure-actuated reversible energization interrupting means capable of releasing the energization interrupted state manually or automatically.
(2)上記手段(1)において、定常状態で負極集電子と接触させられている負極端子を有し、電池内圧が高まった場合に、上記負極端子が可逆変形することにより通電遮断状態が形成される一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、上記負極端子が元の形状に復帰することにより負極端子と負極集電子が再度接触して上記通電遮断状態の解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備えたことを特徴とする密閉型電池。 (2) The above means (1) has a negative electrode terminal brought into contact with the negative electrode current collector in a steady state, and when the internal pressure of the battery is increased, the negative electrode terminal is reversibly deformed to form an energization cut-off state. On the other hand, when the internal pressure of the battery is reduced to a normal pressure, the negative electrode terminal is restored to its original shape, so that the negative electrode terminal and the negative electrode current collector are brought into contact again to release the energization cut-off state. A sealed battery comprising a reversible energization interruption means.
(3)上記手段(1)において、電池内圧が高まった場合に、その内圧を受けて電池内部から電池外部の負極端子面よりも高い位置に突出する電気絶縁性の可動部材を備え、この可動部材によって上記圧力作動式の可逆通電遮断手段が形成されていることを備えたことを特徴とする密閉型電池。 (3) The above means (1) includes an electrically insulating movable member that protrudes from the inside of the battery to a position higher than the negative electrode terminal surface outside the battery when the internal pressure of the battery is increased. A sealed battery characterized in that the pressure-actuated reversible energization interruption means is formed by a member.
(4)上記手段(1)〜(3)のいずれかにおいて、電池内圧が異常上昇したときに部分的に破断されて電池内のガスを外部へ逃がす防爆機能を備えるとともに、上記圧力作動式の可逆通電遮断手段の作動圧力が上記の防爆機能の作動圧力よりも低いことを特徴とする密閉型電池。 (4) In any one of the above means (1) to (3), when the internal pressure of the battery is abnormally increased, the battery is partially broken and has an explosion-proof function for releasing the gas in the battery to the outside. A sealed battery characterized in that the operating pressure of the reversible energization interrupting means is lower than the operating pressure of the explosion-proof function.
誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することができる。 It is possible to provide a sealed battery that can reliably prevent battery rupture and electrolyte discharge due to misuse, and that can restore the battery function if the misuse state is resolved.
上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
図1は、本発明による密閉形電池の第1実施形態を示す。同図に示す密閉型電池10はLR型のアルカリ乾電池であって、正極集電体と正極端子を兼ねる有底筒状の金属製正極缶15内に、アルカリ電解液を含む発電要素20が収容されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of a sealed battery according to the present invention. The sealed
発電要素20は、図示を省略するが、従来のアルカリ乾電池と同様、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに環状または管状に成形した正極合剤と、この正極合剤の内側に装填された筒状セパレータと、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極亜鉛により形成されている。
Although not shown in the figure, the
負極亜鉛には棒状の金属製負極集電子25が挿入されている。正極缶15の開口部は、負極端子板26、補強板28、電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット30などからなる封口部品によって気密封口されている。
A rod-shaped metal negative electrode
封口ガスケット30は、中央ボス部31、環状パッキング部32、中間隔壁部33、および薄肉部34を一体的に有する。中央ボス部31には負極集電子25を気密状態で貫通させる透孔が形成されている。
The sealing
環状パッキング部32は、正極缶15の開口端部を内方にカシメ加工することにより、その開口端部と負極端子板26の周縁部との間に被圧状態で介在して気密シール状態を形成する。中間隔壁部33は、電池内圧が高くなったときに変形可能なように形成されている。
The
薄肉部34は、電池内圧が異常上昇したときに先行破断して電池内のガスを外部へ逃がすように形成されている。このため、負極端子板26には、図示を省略するが、ガス抜き孔が設けられている。
The thin-
上記のように、実施形態の密閉型電池では、電池内圧が異常上昇したときに作動して電池内のガスを逃がすことにより、電池の破裂を防止するようにした防爆機能が通常備えられている。 As described above, the sealed battery according to the embodiment is normally provided with an explosion-proof function that prevents the battery from bursting by operating when the internal pressure of the battery abnormally increases and releasing the gas in the battery. .
さらに、実施形態の電池10では、同図の(a)に示すように、定常状態において、負極端子板26の内側中央面が負極集電子25の頭部に圧接触するように形成および設置されている。つまり、負極端子板26と負極集電子25は溶接ではなく、離反可能に接触する状態となっている。
Furthermore, in the
これとともに、封口ガスケット30の中間隔壁部33と負極端子板26の間にアクチェータ41が介在させられている。アクチェータ41は剛性を有するロッド状で、その基端部が中間隔壁部33に支持されるとともに、その先端部が負極端子板26の内側面に当接させられている。このアクチェータ41は独立の部品として形成してもよいが、ガスケット30と一体に形成してもよい。
At the same time, an actuator 41 is interposed between the
上記密閉型電池10は、正常な保存状態あるいは使用状態にあって電池内圧が高くなっていない場合、同図の(a)に示すように、負極端子板26が負極集電子25に接触して両者間に通電状態が形成される。この状態のとき、電池10は正常使用可能である。
When the sealed
ところが、誤使用によって電池内圧が高くなると、同図の(b)に示すように、その高くなった内圧によってガスケット30の中間隔壁部33が上方すなわち負極端子板26側へ押圧されて変形する。この変形にともない、アクチェータ41が上方へ移動付勢されて、その先端部が負極端子板26を上方へ押圧する。この結果、負極端子板26が弾性変形させられて負極集電子25から離反する。
However, if the battery internal pressure increases due to misuse, the
このように、誤使用によって電池内圧が高まって来ると、負極端子板が変形することにより通電遮断状態が形成される。つまり、電池内圧による作動で通電遮断状態を形成する。通電が遮断されると電池10内のガス発生は治まる。
In this way, when the battery internal pressure increases due to misuse, the negative electrode terminal plate is deformed to form an energization cut-off state. That is, the energization cut-off state is formed by the operation by the battery internal pressure. When energization is interrupted, gas generation in the
これにより、電池内圧が高くなると、ガスケット30の防爆機能を作動させる前に、その電池内圧が高くなる原因を自動的に解除させることができる。したがって、誤使用による電池10の破裂はもちろん、防爆機能の作動による電解液の漏出も確実に防止することができる。
As a result, when the battery internal pressure increases, the cause of the increase of the battery internal pressure can be automatically released before the explosion-proof function of the
この後、電池内圧を高くするような誤使用状態が是正されると、電池内圧は徐々に低下するが、電池内圧が正常範囲まで低下すると、同図の(a)に示すように、負極端子板26が元の形状に弾性復帰することにより、負極端子板26と負極集電子25が再度接触して上記通電遮断状態の解除がされ、電池10は最初の可使用状態に復帰する。
Thereafter, when the misuse state in which the battery internal pressure is increased is corrected, the battery internal pressure gradually decreases. However, when the battery internal pressure decreases to the normal range, as shown in FIG. When the
以上のように、上述した密閉型電池10には、電池内圧が高まった場合に、その内圧で作動して通電遮断状態を形成する一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、上記通電遮断状態が自動解除される圧力作動式の可逆通電遮断手段が形成されている。これにより、誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる。
As described above, when the internal pressure of the battery increases, the sealed
ここで、上記負極端子板26の弾性変形状態について、上記説明では、電池内圧の上昇によって弾性変形させられた負極端子板26が、電池内圧の低下によって自動的に元の形状に弾性復帰する構成とすることにより、上記通電遮断が自動解除されるようになっていたが、負極端子板26が図1の(a)と(b)の2通りの形状状態を保持するように形成されていれば、上記通電遮断を手動で解除させるようにすることができる。
Here, regarding the elastic deformation state of the negative
すなわち、負極端子板26を、同図(a)に示すように、その中央面が電池内側(図では下方)に反りかえった第1の安定状態と、同図(b)に示すように、その中央面が電池外側(図では上方)へ反りかえった第2の安定状態とをとることができるように構成する。
That is, the negative
この場合、同図(a)に示す通電状態にある電池10が、誤使用によって電池内圧が高くなると、その内圧が一定限度に達したところで負極端子板26が上方へ反りかえって、同図(b)に示す通電遮断状態になる。
In this case, when the internal pressure of the
この通電遮断状態は電池内圧が低下した後も保持されるが、負極端子板26の中央面を外側から指等で押圧することにより、負極端子板26を下方へ反りかえらせて、同図(a)に示す通常状態に手動復帰させることができる。
Although this energization cut-off state is maintained even after the internal pressure of the battery is lowered, the negative
このとき、電池内圧が高いままだと、負極端子板26は指等で押圧しても下方へ反りかえることができない。これにより、使用者は、電池が誤使用によって使用不可になったことを知ることができるとともに、誤使用状態を解消させた電池が使用可能な状態になったか否かも簡単に確認することができる。
At this time, if the battery internal pressure remains high, the negative
図2は、本発明による密閉形電池の第2実施形態を示す。同図に示す密閉型電池10はLR型のアルカリ乾電池であって、電池としての基本構成は上記第1実施形態と同様である。したがって、以下の説明では、要部の特徴事項のみ示す。
FIG. 2 shows a second embodiment of a sealed battery according to the present invention. The sealed
この第2実施形態では、負極端子板26と負極集電子25がスポット溶接により固定接続されているとともに、その負極端子板26の中央面付近に複数(3箇所以上)の透孔27が等角間隔で設けられている。
In the second embodiment, the negative
封口ガスケット30は、同図の(a)と(b)に示すように、中央ボス部31、環状パッキング部32、中間隔壁部33、薄肉部34に加えて、上記透孔27から負極端子板26の外側(図では上方)へ突出移動可能な突軸部35が一体に形成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the sealing
この実施形態の密閉型電池10では、電池内が正常圧のときは、同図(a)に示すように、突軸部35が負極端子板26の外側端子面から突出しない定常位置に後退している。
In the sealed
一方、誤使用等によって電池内圧が正常範囲を超えて高くなると、同図(b)に示すように、その内圧によって、ガスケット30の中央ボス部31が上方へ押されて移動する。この移動により、突軸部35が負極端子板26の外側端子面よりも高い位置まで押し出される。この動作は、ガスケット30の薄肉部34による防爆機能が作動する圧力よりも低い電池内圧で開始される。
On the other hand, when the battery internal pressure increases beyond the normal range due to misuse or the like, the central boss portion 31 of the
これにより、たとえば図3の(a)に示すように、機器の電池ホルダ部110に直列に装填された複数本の電池10,10,・・・のうち、1本だけが逆方向に装填されるという誤使用が行われたとしても、同図の(b)に示すように、上記突軸部35が電池外部へ突出して電池10,10間に絶縁セパレータとして介在することにより、その電池間の導通を自動的に遮断するようになる。
Thus, for example, as shown in FIG. 3A, only one of the plurality of
誤使用状態が解消されて、電池内圧が正常に戻った場合は、端子面から突出した突軸部35を手動で押し込むことにより、元の定常位置に復帰させることができる。
When the misuse state is resolved and the battery internal pressure returns to normal, the projecting
このように、第2の実施形態では、電池内圧が高まった場合に、その内圧を受けて電池10内部から電池外部の負極端子面よりも高い位置に突出する電気絶縁性の可動部材が形成され、この可動部材によって圧力作動式の可逆通電遮断手段が形成されている。
Thus, in the second embodiment, when the battery internal pressure increases, an electrically insulating movable member that protrudes from the inside of the
第2の実施形態では、電池内圧が高くなったときに、ガスケット30の中央ボス部31が負極集電子25に対して摺動移動させられるが、電池内圧によって中央ボス部31に作用する押圧力すなわち移動駆動力はかなり強いので、ボス部31と負極集電子25間の圧迫力を減じる必要はない。したがって、中央ボス部31を摺動移動させても、それによって電池内の気密状態が阻害される懸念はない。
In the second embodiment, when the battery internal pressure becomes high, the central boss portion 31 of the
図4に示した従来の構成を有するLR型アルカリ乾電池(従来例)と、図2に示した第1実施形態の構成を有するLR型アルカリ乾電池(実施例1)と、図2に示した第1実施形態の構成を有するLR型アルカリ乾電池(実施例2)をそれぞれ作製し、次のような漏液発生試験A〜Dを行った。 The LR type alkaline dry battery (conventional example) having the conventional configuration shown in FIG. 4, the LR type alkaline dry battery (Example 1) having the configuration of the first embodiment shown in FIG. 2, and the first type shown in FIG. LR type alkaline batteries (Example 2) having the configuration of one embodiment were respectively produced, and the following liquid leakage generation tests A to D were performed.
試験A:試験電池4本を電池ホルダに直列装填するとともに、その中の1本だけ、極性を逆に装填した。この状態で、4本直列の両端を24時間ショートさせて、漏液発生状況(漏液発生個数/試験個数)を調べた。
試験B:試験電池4本を電池ホルダに4本共正しい極性方向で直列装填した。この状態で、4本直列の両端を24時間ショートさせて、漏液発生状況(漏液発生個数/試験個数)を調べた。
試験C:従来例と実施例1の電池について、単体電池の正極端子と負極端子を2時間ショートさせた。この場合、実施例1の電池は通電遮断状態にさせた。このあと、その2種類の電池を1ヶ月置いた後の漏液発生状況(漏液発生個数/試験個数)を調べた。
試験D:従来例と実施例1の電池について、単体電池を10Ωで72時間放電させた場合の漏液の発生状況(漏液発生個数/試験個数)を調べた。
Test A: Four test batteries were loaded in series in the battery holder, and only one of them was loaded in reverse polarity. In this state, both ends of the four series were short-circuited for 24 hours, and the leakage occurrence state (number of leakage occurrence / number of tests) was examined.
Test B: Four test batteries were loaded in series in the correct polarity direction into the battery holder. In this state, both ends of the four series were short-circuited for 24 hours, and the leakage occurrence state (number of leakage occurrence / number of tests) was examined.
Test C: For the battery of the conventional example and Example 1, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the single battery were short-circuited for 2 hours. In this case, the battery of Example 1 was turned off. Thereafter, the leakage occurrence situation (the number of leaks / the number of tests) after the two types of batteries had been placed for one month was examined.
Test D: Regarding the batteries of the conventional example and Example 1, the occurrence of leakage (the number of leaks / the number of tests) was examined when the unit cells were discharged at 10Ω for 72 hours.
表1は、上記試験A〜Dの結果を示す。
なお、試験C,Dについては、単体電池の試験なので、実施例2の電池については試験を行っていない。
表1からもあきらかなように、実施例1,2の電池は、典型的な誤使用を想定した試験でも、漏液発生の防止に非常に有効であることが判明した。
Since tests C and D are single battery tests, the battery of Example 2 is not tested.
As is clear from Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 were found to be very effective in preventing leakage even in a test assuming typical misuse.
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the typical Example, this invention can have various aspects other than having mentioned above.
誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することができる。 It is possible to provide a sealed battery that can reliably prevent battery rupture and electrolyte discharge due to misuse, and that can restore the battery function if the misuse state is resolved.
10 密閉型電池(アルカリ乾電池)
15 正極缶
20 発電要素
25 負極集電子
26 負極端子板
27 透孔
28 補強板
30 ガスケット
31 中央ボス部
32 環状パッキング部
33 中間隔壁部
34 薄肉部
35 突軸部
41 アクチェータ
10 Sealed battery (alkaline battery)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. The pressure-reversible reversal energizing means according to any one of claims 1 to 3, having an explosion-proof function of partially breaking when the battery internal pressure is abnormal and allowing the gas in the battery to escape to the outside. A sealed battery characterized by being lower than the operating pressure of the explosion-proof function.
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