JP2007157635A - 筒形電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供する。
【解決手段】正極端子部13と正極缶11内部との間に、電池内圧の上昇によってガス抜き動作する防爆弁機構が設置されている筒形アルカリ電池において、その防爆弁機能を正極缶11底部の中央面部に重ねた状態で溶接接合して設置するとともに、この防爆弁機能を設置した中央面部の外側に、正極缶11底部の平坦な肩面部15を露出させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池に関する。
たとえばLR型の筒形アルカリ電池は、図4に示すように、インサイドアウト型の構造を有し、有底筒状の金属製正極缶11内に発電要素20収容するとともに、その正極缶11の開口部が負極端子板33とガスケット351を用いて封口されている。
発電要素20は、正極缶11内に圧入嵌合された筒状の正極合剤21、この正極合剤21の内側に装填されたセパレータ22、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極合剤23により形成されている。正極缶11は正極集電体を兼ねる。また、負極端子板33の内側(電池内部側)には、負極合剤23中に貫入する棒状の負極集電子31の基端が溶接等により接続されている。
この種のアルカリ電池では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、電池内圧が異常上昇した場合に備えて、電池の破裂を防止するための防爆弁機能が設けられる。この防爆弁機能は、ガスケットに形成することができる。すなわち、ガスケットの一部に破断しやすい薄肉部分を設け、電池内圧が維持用上昇したときにその薄肉部分を先行破断させることにより、電池が破裂する前に電池内部のガスを逃がすようにする。
しかし、このガスケットに形成した防爆弁機能のガス抜き動作は不可逆的であって、いったん作動したら元の状態には復帰できない。つまり、防爆がガスケットの封口を破壊することによって行われるため、いったん防爆作動した電池は再使用ができない。
そこで、図4に示すように、正極端子部側に繰り返し使用可能な防爆弁機能を設けることが提案されている(たとえば特許文献1参照)。同図に示す筒形アルカリ電池101は、正極缶11の外底面に正極端子板55が溶接接合されている。正極端子板55は、正極缶11の外底面のほぼ全体に覆い被さるように形成され、その中央部に凸状の正極端子部13が一体にプレス形成されている。
正極缶11の底部中央部には弁口111が形成され、この弁口111の周辺にゴム状弾性弁体61を着座させるための弁座部112が形成されている。ゴム状の弾性弁体61は弁口111を外側から塞ぐ状態で上記弁座部112に着座する。正極端子板55は、その弾性弁体61を弁座部112に押し付けた状態で正極缶11の外底面に溶接接合されている。正極端子部13の側部にはガス抜き孔511が設けられている。
上述した筒形アルカリ電池101では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、このガス発生によって電池内圧が上昇すると、その電池内圧により弾性弁体61が弾性変形(弾性収縮を含む)させられて、弁体61と弁座部112との間にガス抜きの通路(隙間)が形成される。これにより、電池内部で高圧になったガスがガス抜き孔511を介して外部へ逃がされ、電池の破裂が防止される。
この後、電池内圧が安全範囲まで下がると、弾性弁体61は弾性復元して弁口111を塞ぐ元の状態に復帰する。このように防爆弁機能が可逆的に動作することにより、電池は防爆弁機能が作動した後も、その作動原因が解消させれば、繰り返し使用することが可能である。
特開2001−76701
上述した従来の筒形アルカリ電池101は、図4に示したように、正極缶11の外底面と、この外底面のほぼ全体に覆い被さる正極端子板55との間に防爆弁機能が形成されている。正極端子板55は、弾性弁体61を正極缶11の外底面に押し付けた状態で、その正極缶11の外底面に溶接により接合されているが、その溶接部分が外れやすいという不具合があった。
この不具合について、本発明者は次のような問題をあきらかにした。すなわち、正極缶11の外底面は必ずしも機械的に安定な面ではなく、たとえば電池の落下等による機械的衝撃あるいはその他の原因による何がしかの荷重を受けた場合に、その外底面にも若干の弾性変形(たわみ)が一時的に生じる。この変形ストレスが溶接部分に直接加わることにより、溶接部分が疲労して剥離に至りやすいことが判明した。
また、正極端子板55が正極缶11の外底面のほぼ全体に覆い被さった状態で溶接加工を行った場合、正極缶11の外底面を加工の位置決め基準とすることができないため、加工が不安定になってしまう。この結果、生産性が悪くなるとともに、正極端子板55を含めた電池101の総高寸法にバラツキが生じやすくなる。また、加工が不安定になることにともない、溶接のバラツキも大きくなり、このことも溶接剥がれを生じやすくする原因となっていた。
上記のように、正極端子部に防爆弁機能を備えた従来の筒形アルカリ電池では、加工条件が不安定であるために、生産性が悪く、溶接部分が外れやすいとともに、寸法バラツキが大きく、信頼性に劣るという問題があった。
本発明は以上のような問題を解決するものであって、その目的は、正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することにある。
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。
本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。
(1)発電要素を収容する有底筒状の金属製正極缶の開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口され、正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、この正極端子部と正極缶内部との間に、電池内圧の上昇によってガス抜き動作する防爆弁機構が設置されている筒形アルカリ電池)において、上記防爆弁機能が正極缶底部の中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されるとともに、この防爆弁機能が設置された中央面部の外側に、正極缶底部の平坦な肩面部が露出させられていることを特徴とする筒形アルカリ電池。
(2)上記手段(1)において、上記防爆弁機能は、正極缶の底部中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、上記弁口を外側から塞ぐ状態で上記弁座部に着座するゴム状弾性弁体と、この弁体を外側から押え付けるとともに弁体の外側空間部を外気に連通させるガス抜き孔が設けられた正極端子部とによって構成され、正極缶の内圧上昇時に上記弁体が弾性変形させられてガス抜き経路を形成することを特徴とする筒形アルカリ電池。
(3)上記手段(2)において、正極缶の底部中央面に上記弁口と上記弁座部が形成されるとともに、上記正極端子部が形成された正極端子板が正極缶の外底面に溶接接合されていることを特徴とする筒形アルカリ電池。
(4)上記手段(2)において、正極缶の外底面と、上記正極端子部が形成された正極端子板との間に中間補強板を介在させるとともに、この中間補強板に上記弁口および上記弁座部を形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。
(5)上記手段(2)において、上記弁口と上記弁座部が形成された仕切板を正極缶の内底面に溶接接合するとともに、正極缶の底部中央面に一体形成された凸状正極端子部と上記仕切板の間に上記弁体を挟み込んだことを特徴とする筒形アルカリ電池。
(6)上記手段(1)〜(5)のいずれかにおいて、正極缶の開口部を封止するガスケットを、負極端子板の内側に空間仕切りを形成しない環状に形成することにより、負極端子板の内側面を電池内部に直接露呈させるとともに、負極端子板とこの負極端子板に接続された負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。
正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することができる。
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。
図1は、本発明の第1実施形態による筒形アルカリ電池10を示す一部拡大断面図である。同図に示す筒形アルカリ電池10はLR型のアルカリ乾電池として構成されたものであって、有底筒状の金属製正極缶11内に発電要素20収容するとともに、その正極缶11の開口部が負極端子板33とガスケット35を用いて封口されている。
発電要素20は、正極缶11内に圧入嵌合された筒状の正極合剤21、この正極合剤21の内側に装填されたセパレータ22、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極合剤23により形成されている。正極缶11は正極集電体を兼ねる。上記正極缶は耐食性や接触抵抗がすぐれたものとするため、Niめっき鋼板やその焼純材を使用する。また、弁口111の作成段階で表れる鋼板の端面を正極缶成形後にコーティング(例えば、Niめっき等)することが望ましい。また、負極端子板33の内側(電池内部側)には、負極合剤23中に貫入する棒状の負極集電子31の基端が溶接により接続されている。
正極合剤21は、二酸化マンガンおよび/または水酸化ニッケル等の正極活物質に黒鉛等の導電助剤を添加したものを所定の固体形状に加圧成形したものが使用されている。負極合剤23はゲル状亜鉛が使用されている。
カスケット35は、カシメ加工された正極缶11の開口部と負極端子板33の周縁部との間に介在する環状のパッキング部だけであって、負極端子板の内側に空間仕切りを形成する隔壁部やボス部は有していない。これにより、同図に示すように、正極缶11内に収容する発電物質の増量を可能にしている。つまり、正極缶11の容積利用効率が高められて、その分、電池容量の増大が可能になっている。
この場合、負極端子板33の内側面および負極集電子31の溶接部に電解液が直接接触することにより、局部電池の形成による腐食やガス発生が懸念されるが、負極端子板33とこの負極端子板33に接続された負極集電子31の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成することで、その懸念は解消される。
負極端子板33の内側面を同種の金属で形成するためには、負極端子板33と負極集電子31を同種の金属材料で形成するか、あるいは表面に同種の金属をメッキすればよい。
ガスケット35は、負極端子板33の内側に空間仕切りを形成しなくても良いので、その構造を大幅に簡略化して低コスト化をはかることができる。負極端子板33にはガス抜き孔を設ける必要がなくなる。負極集電子31は、ガスケットのボス部で先端側と基端側とを気密隔離する必要がなくなるので、形状の自由度が高まる。したがって、負極集電子31を細径化することによって負極合剤を増量させることも可能になる。また、反対に負極集電し31の表面積を広げることで集電効率を高くすることも容易であるため、電池の使用用途に合わせて設計が可能となる。
正極缶11の外底面には正極端子板51が溶接接合されている。この正極端子板51は、正極缶11の外底面の中央面だけに覆い被さるように形成され、その中央部に凸状の正極端子部13が一体にプレス形成されている。
正極缶11の底部中央部には弁口111が形成され、この弁口111の周辺にゴム状弾性弁体61を着座させるための弁座部112が形成されている。ゴム状の弾性弁体61は弁口111を外側から塞ぐ状態で上記弁座部112に着座する。正極端子板51は、その弾性弁体61を弁座部112に押し付けた状態で正極缶11の外底面中央に溶接接合されている。正極端子部13の側部にはガス抜き孔511が設けられている。
上述した筒形アルカリ電池10では、誤使用等によって電池内部にガスが発生し、このガス発生によって電池内圧が上昇すると、その電池内圧により弾性弁体61が弾性変形(弾性収縮を含む)させられて、弁体61と弁座部112との間にガス抜きの通路(隙間)が形成される。これにより、電池内部で高圧になったガスがガス抜き孔511を介して外部へ逃がされ、電池の破裂が防止される。
この後、電池内圧が安全範囲まで下がると、弾性弁体61は弾性復元して弁口111を塞ぐ元の状態に復帰する。このように防爆弁機能が可逆的に動作することにより、電池は防爆弁機能が作動した後も、その作動原因が解消させれば、繰り返し使用することが可能である。
ここで、上記筒形アルカリ電池10では、正極缶11の外底面に溶接された正極端子板51は、正極缶11の外底面の中央面だけに覆い被さるように形成されているが、これにより、その正極端子板51の外側では、正極缶11底部の平坦な肩面部15が露出させられている。
この肩面部15は、たとえば電池の落下等による機械的衝撃あるいはその他の原因による何がしかの荷重を受けることにより生じるストレスが、正極端子板51の溶接部分に直接加わることを緩衝する。これにより、溶接部分を外れにくくすることができる。
これとともに、溶接加工は、肩面部15を位置決め基準にして安定に行うことができるようになる。これにより、生産性が良くなるとともに、正極端子板51を含めた電池10の総高寸法のバラツキを小さくすることができる。加工の安定化にともない、溶接のバラツキも小さくなって、溶接剥がれは一層生じにくくなる。これにより、信頼性を大幅に向上させることができる。
ゴム状弾性弁体61の材料としては、たとえば、合成ゴムであるエチレン・プロピレンゴム(EPM,EPDM)が耐熱性や耐化学薬品性にすぐれていて好適に使用できる。また、合成ゴムに分類されていない材料、たとえば樹脂の独立気泡発泡体なども使用可能である。弁体61の形状として、実施形態では円柱状を使用しているが、ハット状、矩形状等も使用可能である。
防爆弁機能が非作動状態にある定常時での密閉機能をより完全にするために、弁体61と正極端子板51の間にシール剤(たとえばピッチ系シール剤)を塗布することも望ましい。
弁体61には、弁座部112に着座する側の面に気体透過フィルム(クレーズ材料等)等を接着したり、あるいは物理的に挟み込んだりすることにより、定常時に気体だけ選択的に逃がして電池内の圧力上昇を緩和させることができる。この場合、防爆弁機能は電池内圧の急激な上昇に対してだけ作動するようになるため、作動頻度が少なくなる。これにより、防爆弁機能の作動にともなう電解液の漏出頻度を少なくすることができる。
図2は、本発明の第2実施形態による筒形アルカリ電池10の要部を示す拡大断面図である。上述した実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す実施形態では、正極缶11の外底面と、正極端子部13が形成された正極端子板51との間に中間補強板52を介在させるとともに、この中間補強板52に弁口521および弁座部522を形成してある。
正極缶11には、中間補強板52の弁口521よりも一回り大きな開口部113が形成されていて、この開口部113の内側に弁口521が重なるようになっている。
この実施形態では、電池内圧が急上昇したときに正極缶11の底部が変形して弁体61に食い込むことを確実に防止することができ、これにより、防爆弁機能の作動を円滑にして、その信頼性を大幅に高めることができる。
図3は、本発明の第3実施形態による筒形アルカリ電池10の要部を示す拡大断面図である。上述した実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す実施形態では、弁口531と弁座部532が形成された仕切板53を正極缶11の内底面に溶接接合するとともに、正極缶11の底部中央面に一体形成された凸状正極端子部13と上記仕切板53の間にゴム状弾性弁体61を挟み込んだことを特徴とする。
この実施形態では。正極端子部13がプレス加工により正極缶11と一体に形成されているため、正極端子部13が溶接剥がれによって外れるということがない、という利点がある。また、正極缶11の外底面全体を加工時の位置決め基準とすることができるため、加工の安定性も良好である。さらに、正極缶11の外底面に正極端子部13が一体に形成されていることにより、電池の外観等も良好にできるといった利点が得られる。
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。たとえば、弁口は複数の開口穴によって形成してもよい。また、図示の実施例では弁座部を平坦な弁座部として示しているが、防爆弁機能が非作動状態にある定常時での密閉機能を保てる構造であれば、弁座部を弾性弁体に向けて湾曲したり屈曲していてもよい。
正極端子部に防爆弁機能が設置された筒形アルカリ電池において、加工条件を安定化させて生産性を向上させるとともに、溶接部分を外れにくくすることと、寸法バラツキを小さくすることを共に可能にして、信頼性を向上させた筒形アルカリ電池を提供することができる。
本発明の第1実施形態による筒形アルカリ電池の概要を示す一部拡大断面図である。 本発明の第2実施形態による筒形アルカリ電池の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第3実施形態による筒形アルカリ電池の要部を示す拡大断面図である。 従来の筒形アルカリ電池の概要を示す一部拡大断面図である。
符号の説明
10 筒形アルカリ電池
11 正極缶 111 弁口
112 弁座部 113 開口部
13 正極端子部 15 肩面部
20 発電要素 21 正極合剤
22 セパレータ 23 ゲル状負極合剤
31 負極集電子 33 負極端子板
35 ガスケット 51 正極端子板
511 ガス抜き孔 52 中間補強板
521 弁口 522 弁座部
53 仕切板 531 弁口
532 弁座部 61 弾性弁体

Claims (6)

  1. 発電要素を収容する有底筒状の金属製正極缶の開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口され、正極缶の外底面中央に凸状の正極端子部が設けられ、この正極端子部と正極缶内部との間に、電池内圧の上昇によってガス抜き動作する防爆弁機構が設置されている筒形アルカリ電池において、上記防爆弁機能が正極缶底部の中央面部に重なる状態で溶接接合されて設置されるとともに、この防爆弁機能が設置された中央面部の外側に、正極缶底部の平坦な肩面部が露出させられていることを特徴とする筒形アルカリ電池。
  2. 請求項1において、上記防爆弁機能は、正極缶の底部中央に位置する弁口と、この弁口の周縁を取り巻く弁座部と、上記弁口を外側から塞ぐ状態で上記弁座部に着座するゴム状弾性弁体と、この弁体を外側から押え付けるとともに弁体の外側空間部を外気に連通させるガス抜き孔が設けられた正極端子部とによって構成され、正極缶の内圧上昇時に上記弁体が弾性変形させられてガス抜き経路を形成することを特徴とする筒形アルカリ電池。
  3. 請求項2において、正極缶の底部中央面に上記弁口と上記弁座部が形成されるとともに、上記正極端子部が形成された正極端子板が正極缶の外底面に溶接接合されていることを特徴とする筒形アルカリ電池。
  4. 請求項2において、正極缶の外底面と、上記正極端子部が形成された正極端子板との間に中間補強板を介在させるとともに、この中間補強板に上記弁口および上記弁座部を形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。
  5. 請求項2において、上記弁口と上記弁座部が形成された仕切板を正極缶の内底面に溶接接合するとともに、正極缶の底部中央面に一体形成された凸状正極端子部と上記仕切板の間に上記弁体を挟み込んだことを特徴とする筒形アルカリ電池。
  6. 請求項1〜5のいずれかにおいて、正極缶の開口部を封止するガスケットを、負極端子板の内側に空間仕切りを形成しない環状に形成することにより、負極端子板の内側面を電池内部に直接露呈させるとともに、負極端子板とこの負極端子板に接続された負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とする筒形アルカリ電池。

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