JP2007317394A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制したアルカリ蓄電池を提供する。
【解決手段】 本発明のアルカリ蓄電池100は、貫通孔111hに挿通されて電池ケース110の内部から外部にかけて配置され、パッキン145を介して孔周囲部111jに固着されてなる負極端子140を備えている。負極端子140は、孔周囲部111jとの間にパッキン145を挟んでこれを圧縮し、貫通孔111hを液密に封止するシール部140cであって、孔周囲部111jに対向して位置する環状のシール面140f、及びその周囲に位置するシール周囲面140eを含み、シール面140fがシール周囲面140fよりも孔周囲部111jに向けて突出してなるシール部140cを有している。負極端子140のシール面140fの表面粗さRyは、15μm以下である。
【選択図】 図4

Description

本発明は、アルカリ蓄電池に関する。
近年、様々なアルカリ蓄電池が開発されている。このアルカリ蓄電池としては、例えば、複数の正極板と複数の負極板とが1枚ずつセパレータを挟んで交互に積層されてなる電極体を、直方体形状の電池ケース内に収容してなるアルカリ蓄電池が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1のアルカリ蓄電池は、ケースの蓋を貫通する貫通孔を通じて、ケースの内部から外部にかけて配置された電極端子(正極端子及び負極端子)を有している。
特開2001−313066号公報 特開2003−272589号公報
ところで、アルカリ蓄電池では、アルカリ電解液を用いているため、ケース内の電解液が電極端子の表面を這い上がる、いわゆる電解液のクリープ現象が生じる。この現象は、特に負極端子において顕著である。このため、特許文献1のアルカリ蓄電池において、電極端子が挿設されている貫通孔の封止が十分でない場合は、長期にわたる使用に伴い、電解液のクリープ現象に起因して、電極端子の表面に沿って電解液が外部に漏出することがあった。
なお、密閉型アルカリ蓄電池において、安全弁からの電解液の漏出を防ぐために、封口板のうち弁体の保護部と当接する領域について、表面粗さRaを規定したものが知られている(特許文献2参照)。しかしながら、表面粗さRaは、粗さ曲線の平均線からの算術平均粗さを示したものであるため、複雑な成形(深絞り成型など)を行った電極端子のシール部(電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を防止する部位)の表面粗さを規定する際には不向きである。その理由は、複雑な成形(深絞り成型など)を行った電極端子では、亀裂等の発生により局部的にシール部の表面が大きく荒れることがあり、このような場合には、Raの値が小さくても、亀裂等が生じた部位を通じてアルカリ電解液が外部に漏出する虞があるためである。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電極端子の表面に沿って電解液が外部へ漏出するのを抑制したアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。
その解決手段は、内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する電極端子と、上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、を備えるアルカリ蓄電池であって、上記電極端子の上記シール面の表面粗さRyは、15μm以下であるアルカリ蓄電池である。
本発明のアルカリ蓄電池の電極端子は、外壁部のうち貫通孔を囲む孔周囲部との間にパッキンを挟んでこれを圧縮し、貫通孔を液密に封止するシール部を有している。このシール部は、シール周囲面よりも孔周囲部に向けて突出するシール面を有している。このため、特に、シール面においてパッキンを局部的に圧縮して、貫通孔を液密に封止することが可能となる。
ところが、電極端子のシール面の表面粗さが大きい(表面が粗い)と、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性が不十分となる。このような場合、電極端子におけるアルカリ電解液のクリープ現象に起因して、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が漏出し易くなってしまう。
これに対し、本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子のシール面の表面粗さRyを、15μm以下としている。このように電極端子のシール面の表面粗さを小さくすることで、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性が良好になるので、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制することができる。
なお、表面粗さRyは、JIS B 0601、JIS B 0031で定義されている表面粗さを表すパラメータである。このRyは、Raと異なり、粗さ曲線の山頂線と谷底線との差(最大高さ)を示す。このため、亀裂が生じやすい複雑な成型(深絞り成型など)により電極端子を成型した場合でも、アルカリ電解液の漏出に対し、シール面の表面粗さを適切に評価することができる。
他の解決手段は、内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する電極端子と、上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、を備えるアルカリ蓄電池であって、上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、金属板材のプレス成型により形成されてなり、上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されてなるアルカリ蓄電池である。
本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子のうち少なくともシール部が、金属板材のプレス成型により形成されている。ところで、金属板材のプレス成型によりシール部を形成する場合、シール面の一部または全部が金型に当接することなく成型されることがある。この場合、シール面の表面粗さが大きくなる(表面が粗くなる)ので、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性が不十分となる虞がある。
これに対し、本発明のアルカリ蓄電池では、シール部のシール面が、シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されている。これにより、シール部のシール面の表面粗さを小さくできるので、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性を良好にできる。従って、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
なお、シール部の成型中の押圧面矯正による表面粗さ低減処理とは、シール部成型中にシール面が金型の当接面に当接し、この当接面の形状に倣って成型される形態の金型を用いて、金型の当接面でシール面を押圧しつつ成型する処理をいう。また、シール部の成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理とは、シール部成型後、別途、シール面を金型の当接面に押しつけて、面矯正する処理をいう。
他の解決手段は、内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する電極端子と、上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、を備えるアルカリ蓄電池であって、上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、金属板材のプレス成型により形成されてなり、上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型後に研磨されてなるアルカリ蓄電池である。
本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子のシール部のシール面が、シール部の成型後に研磨されている。これにより、シール部のシール面の表面粗さを小さくできるので、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性を良好にできる。従って、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
なお、シール面の研磨も、表面粗さ低減処理の一態様である。また、シール面の研磨としては、バレル研磨、バフ研磨などを例示できる。
さらに、上記いずれかのアルカリ蓄電池であって、前記電極端子の前記シール面の表面粗さRyは、15μm以下であるアルカリ蓄電池とするのが好ましい。
電極端子のシール面の表面粗さを15μm以下にまで小さくすることで、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性が良好になるので、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制することができる。
さらに、上記いずれかのアルカリ蓄電池であって、前記電極端子は、金属板材の深絞り成型により形成されてなるアルカリ蓄電池とすると良い。
本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子が、金属板材の深絞り成型により形成されている。電極端子を深絞り成型する場合は、成型の際、特に、シール部のシール面の表面が粗くなりがちである。しかも、亀裂等の発生により、局部的にシール面の表面が大きく荒れることがあり、このような場合には、シール面の表面粗さRaの値が小さくても、その部位を通じてアルカリ電解液が外部に漏出する虞がある。
これに対し、本発明のアルカリ蓄電池では、前述のように、電極端子のシール面の表面粗さを示すパラメータとして、粗さ曲線の山頂線と谷底線との差(最大高さ)を示すRyを用い、シール面の表面粗さRyを15μm以下としている。従って、深絞り成型により形成した電極端子を用いていても、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性を良好にでき、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制することができる。
あるいは、本発明のアルカリ蓄電池では、前述のように、シール面について、押圧面矯正による表面粗さ低減処理、または研磨が施されている。これにより、少なくともシール面については、その表面粗さを小さくできるので、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
他の解決手段は、内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する電極端子と、上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、を備えるアルカリ蓄電池であって、上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、鉄を主成分として含む金属板材のプレス成型により形成されてなり、上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型後に施されたニッケルメッキ層により構成されてなるアルカリ蓄電池である。
本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子のうち少なくともシール部が、鉄を主成分として含む金属板材をプレス成型することにより形成されている。ところで、アルカリ電解液のクリープ現象に起因して、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出する現象は、特に、電極端子のシール面に鉄が露出していると生じ易くなる。
冷間圧延鋼板などの鋼板をプレス成型してシール部を形成する場合は、当然、シール面に鉄が露出するが、ニッケルメッキ鋼板(表面にニッケルメッキを施した鋼板)をプレス成型してシール部を形成する場合にも、シール面のニッケルメッキに亀裂等が生じ、シール面において鉄が露出することがあった。
これに対し、本発明のアルカリ蓄電池では、シール部のシール面を、シール部の成型後に施されたニッケルメッキ層により構成している。これにより、シール面において鉄の露出を防止できるので、シール面においてアルカリ電解液のクリープ現象を抑制できる。従って、電極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制することができる。
なお、鉄を主成分として含む金属板材としては、例えば、SPCE等の冷間圧延鋼板、その表面にニッケルメッキを施したニッケルメッキ鋼板などが挙げられる。
さらに、上記のアルカリ蓄電池であって、前記シール部のうち、前記シール面をなす前記ニッケルメッキ層で被覆されてなる被覆面は、上記シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されてなるアルカリ蓄電池とすると良い。
本発明のアルカリ蓄電池では、シール部の被覆面が、シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されている。これにより、被覆面の表面粗さを小さくできるので、これを被覆するニッケルメッキ層により構成されるシール面の表面粗さも小さくできる。このため、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を、より一層抑制することができる。
あるいは、前記のアルカリ蓄電池であって、前記シール部のうち、前記シール面をなす前記ニッケルメッキ層で被覆されてなる被覆面は、上記シール部の成型後に研磨されてなるアルカリ蓄電池とすると良い。
本発明のアルカリ蓄電池では、シール部の被覆面が、シール部の成型後に研磨されている。これにより、被覆面の表面粗さを小さくできるので、これを被覆するニッケルメッキ層により構成されるシール面の表面粗さも小さくできる。このため、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を、より一層抑制することができる。
さらに、上記いずれかのアルカリ蓄電池であって、前記電極端子は、鉄を主成分として含む金属板材の深絞り成型により形成されてなるアルカリ蓄電池とすると良い。
本発明のアルカリ蓄電池では、電極端子が、金属板材の深絞り成型により形成されている。電極端子を深絞り成型する場合は、成型の際、特に、シール部の被覆面(シール面を構成するニッケルメッキ層により被覆される面)の表面が粗くなりがちである。
これに対し、本発明のアルカリ蓄電池では、前述のように、被覆面について、押圧面矯正による表面粗さ低減処理、または研磨が施されている。これにより、少なくとも被覆面については、その表面粗さを小さくできるので、これを被覆するニッケルメッキ層により構成されるシール面の表面粗さも小さくできる。このため、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
次に、本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、アルカリ蓄電池の一例として、ニッケル水素蓄電池を取り上げて説明する。また、電極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出については、アルカリ電解液のクリープ現象が著しい負極端子について説明する。
(実施例1)
図1は、本実施例1にかかるアルカリ蓄電池100の正面図、図2はその側面図、図3はその断面図(図2のA−A断面図に相当する)である。
本実施例1にかかるアルカリ蓄電池100は、金属製(具体的には、ニッケルめっき鋼板)の電池ケース110と、負極端子140と、安全弁113と、電池ケース110内に配置された、電極体150(図3参照)及びアルカリ電解液(図示しない)とを備える角形密閉式のニッケル水素蓄電池である。このうち、アルカリ電解液としては、例えば、KOHを主成分とする比重1.2〜1.4のアルカリ水溶液を用いることができる。
電池ケース110は、金属(具体的には、ニッケルめっき鋼板)からなり、図3に示すように、矩形箱状をなす電槽111と、金属(具体的には、ニッケルめっき鋼板)からなり、矩形板状をなす封口部材115とを有している。このうち、電槽111の側壁部111e(図3において右側に位置する外壁部)には、内側面111mと外側面111nとの間を貫通する2つの貫通孔111hが形成されている。各々の貫通孔111hには、電気絶縁性のゴムからなるパッキン145を介在させて、負極端子140が挿設されている。また、封口部材115は、電槽111の開口端111f(図3参照)に当接した状態で全周溶接され、電槽111の開口部111gを封止している。これにより、封口部材115と電槽111とが一体化された電池ケース110となっている。
電極体150は、複数の正極板160と複数の負極板170とが、1枚ずつセパレータ180を介して交互に積層されてなる。
このうち、正極板160は、正極基板に正極活物質が充填された正極充填部160sと、正極基板に正極活物質が充填されていない正極接合端部160rとを有している。この正極板160は、いずれも、正極接合端部160rが所定方向(図3において左側)に延出するように配置されている。なお、本実施例1では、正極基板として、発泡ニッケル基板を用いている。また、正極活物質として、水酸化ニッケルを含む活物質を用いている。
負極板170は、負極基板(パンチングメタルなど)に水素吸蔵合金等が充填された負極充填部170sと、負極基板170kに水素吸蔵合金等が充填されていない負極接合端部170rとを有している。この負極板170は、いずれも、負極接合端部170rが正極接合端部160rとは反対方向(図3において右側)に延出するように配置されている。
セパレータ180としては、例えば、親水化処理された合成繊維からなる不織布を用いることができる。
負極板170の負極接合端部170rは、いずれも、矩形板状をなす負極集電部材130に、電子ビーム溶接等により接合されている。さらに、負極集電部材130は、レーザ溶接等により、負極端子140に接合されている。これにより、負極端子140と負極板170とが、負極集電部材130を通じて電気的に接続される。
また、正極板160の正極接合端部160rは、いずれも、矩形板状をなす正極集電部材120に、電子ビーム溶接等により接合されている。さらに、正極集電部材120は、封口部材115に、電子ビーム溶接等により接合されている。これにより、本実施例1のアルカリ蓄電池100では、封口部材115を含めた電池ケース110全体が正極となる。
ここで、本実施例1の負極端子140及びパッキン145について、詳細に説明する。
パッキン145は、図4に示すように、電池ケース110の側壁部111eのうち、各々の貫通孔111hを囲む環状の孔周囲部111jに密着して配置されている。このパッキン145は、リング状をなし、電池ケース110の外部に位置するフランジ部145bと、電池ケース110の内部に位置するフランジ加工部145cとを有している。
負極端子140は、図4に示すように、パッキン145を介在して貫通孔111hの内側に位置する筒状の内筒部140jと、内筒部140jの一端側(図4において右側)に位置し、貫通孔111hよりも径大なリング状の鍔部140bと、内筒部140jの他端側(図4において左側)に位置し、貫通孔111hより径大な円板状のカシメ加工部140gとを有している。
このうち、カシメ加工部140gは、側壁部111eの内側面111m側で、孔周囲部111jとの間にパッキン145のフランジ加工部145cを挟み、これを圧縮している。さらに、鍔部140bも、側壁部111eの外側面111nで、孔周囲部111jとの間にパッキン145のフランジ部145bを挟み、これを圧縮している。これにより、貫通孔111hを液密に封止することができる。
特に、負極端子140の鍔部140bは、図4に示すように、その径方向中央付近に、環状で断面アーチ状をなすシール部140cを有している。このシール部140cは、図5に拡大して示すように、シール周囲面140eと、これよりも孔周囲部111jに向けて突出するシール面140fとを有している。このため、特に、シール面140fにおいて、パッキン145のフランジ部145bを局部的に圧縮して、貫通孔111hを液密に封止することが可能となる。
ところで、本実施例1のアルカリ蓄電池100では、アルカリ電解液を用いているため、電池ケース110内のアルカリ電解液が負極端子140の表面を這い上がる、いわゆるクリープ現象が生じる。このクリープ現象は、負極端子の表面に鉄が露出していると生じ易くなる。特に、負極端子のシール面に鉄が露出している場合には、アルカリ電解液のクリープ現象に起因して、負極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出し易くなる。
これに対し、本実施例1では、後述するように、鉄を主成分として含む金属板材(本実施例1ではSPCE)をプレス成型(具体的には、深絞り成型)することで、シール部140cを含む負極端子140を形成していながらも、図5に拡大して示すように、シール面140fを含む負極端子140の表面を、プレス成型(具体的には、深絞り成型)後に施したニッケルメッキ層141により構成している。これにより、負極端子140の表面において鉄の露出を防止できるので、負極端子140におけるアルカリ電解液のクリープ現象を抑制できる。特に、シール面140fにおいて鉄の露出を防止できるので、負極端子140の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を、特に抑制することができる。
また、金属板材のプレス成型によりシール部を形成する場合、シール面の一部または全部が金型に当接することなく成型されることがある。この場合、シール面の表面粗さが大きくなる(表面が粗くなる)ので、シール面とパッキンとの間で電解液の液密性が不十分となる虞がある。深絞り成型により負極端子を形成する場合は、特に、シール部のシール面の表面が粗くなりがちである。
これに対し、本実施例1のアルカリ蓄電池では、後述するように、負極端子基材14(ニッケルメッキ層141を設ける前の負極端子基材、図6参照)をプレス成型した後(具体的には、深絞り成型した後)、負極端子基材14の突出面14f(後に、シール面140fをなすニッケルメッキ層141で被覆される面)について、押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施している。これにより、突出面14fの表面粗さを小さくしている。
このため、負極端子基材14の表面にニッケルメッキ層141を設けて、負極端子140を形成したとき、突出面14fを被覆するニッケルメッキ層141により構成されるシール面140fの表面粗さRyを、約3μm(30ヶの負極端子140の平均値)にまで小さくすることができた。これにより、シール面140fとパッキン145との間でアルカリ電解液の液密性が良好になるので、負極端子140の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
なお、本実施形態では、実施例1の負極端子140を30ヶ用意し、それぞれの負極端子140について、シール面140fの表面粗さRyを測定し、これらの平均値を算出している。さらに、後述するように、実施例2〜5にかかる負極端子240〜540及び比較例1にかかる負極端子14を、それぞれ30ヶずつ用意し、実施例1にかかる負極端子140と同様にして、シール面の表面粗さRyの平均値を算出している。これらの結果を図11に、■(黒塗りの四角)で示す。また、図11には、実施例1〜5及び比較例1にかかるシール面の表面粗さRyの最大値についても、▲(黒塗りの三角)で示す。
本実施例1のアルカリ蓄電池100は、以下のようにして製造する。
まず、複数の正極板160と複数の負極板170とを、1枚ずつセパレータ180を介して交互に積層し、これを押圧成形して電極体150を作製する。次いで、電極体150の正極板160と正極集電部材120とを電子ビーム溶接すると共に、負極板170と負極集電部材130とを電子ビーム溶接する。
また、これとは別に、負極端子基材14(図6参照)を製造する。具体的には、深絞り用の冷間圧延鋼板(具体的にはSPCE)を用意し、これを所定の金型を用いて深絞り成型することで、図6に示す負極端子基材14を得た。この負極端子基材14は、有底筒状の軸状部14kと、軸状部14kの基端(図6において下端)に設けられた円板リング状の鍔部14bと、鍔部14bの径方向外側に設けられた一対の矩形板状の接続部14dとを備えている。
このうち軸状部14kは、電槽111の側壁部111eの貫通孔111hに挿通可能な外径を有している。また、鍔部14bは、貫通孔111hよりもその外周径が大きくされてなり、その径方向中央付近に、環状で断面アーチ状をなす環状湾曲部14cを有している。この環状湾曲部14cは、突出周囲面14eと、これよりも軸状部14kの先端側(図6において上方)に突出する突出面14fとを有している。この突出面14fは、深絞り成型を施したことにより、表面粗さが大きくなっていた。
次いで、負極端子基材14の突出面14fについて、押圧面矯正による表面粗さ低減処理(以下、面タタキともいう)を施した。具体的には、図7に示すように、負極端子基材14の環状湾曲部14cを、第1矯正金型21と第2矯正金型22との間に配置する。次いで、第1矯正金型21の押圧により、突出面14fを、第2矯正金型22の当接面22bに押しつけて、面矯正した。これにより、突出面14fの表面粗さを小さくすることができた。
その後、突出面14fを含む負極端子基材14の表面に、無光沢の電解ニッケルメッキを施した。これにより、図8に示すように、シール面140fを含む表面が、深絞り成型後に施されたニッケルメッキ層141により構成されてなる負極端子部材140Aを得ることができる。この負極端子部材140Aは、有底筒状の軸状部140kと、軸状部140kの基端(図8において右端)に設けられた円板リング状の鍔部140bとを備えている。鍔部140bは、その径方向中央付近に、環状で断面アーチ状をなすシール部140cを有している。このシール部140cは、シール周囲面140eと、これよりも軸状部140kの先端側(図8において左側)に突出するシール面140fとを有している。
本実施例1では、ニッケルメッキ層141を形成する前に、面タタキにより突出面14fの表面粗さを小さくしておいたため、シール面140fの表面粗さRyの平均値を、約3μmにまで小さくすることができた。また、図11に示すように、本実施例1では、表面粗さRyの最大値が約7μmとなった。この結果より、実施例1では、シール面140fの表面粗さRyの平均値が単に小さいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも小さいことがわかる。
なお、本実施例1では、負極端子基材14の突出面14fが、被覆面に相当する。
次に、図4に示すように、電槽111の側壁部111eの孔周囲部111jに、負極端子140を固着する。具体的には、側壁部111eの貫通孔111hにパッキン145を装着した後、負極端子部材140Aの軸状部140kを、電槽111の外部から貫通孔111hを通じて電槽111内に挿入する。次いで、軸状部140kの筒内に流体圧をかけて、軸状部140kの先端側(図4において左側)を径方向外側に膨出させ、更に軸方向(図4において右方向)に圧縮変形させて、カシメ加工部140gを形成する。これにより、負極端子140が、パッキン145を介在して、電槽111の側壁部111eの孔周囲部111jに固着される。
このとき、図4に示すように、負極端子140のカシメ加工部140gは、側壁部111eの内側面111m側で、孔周囲部111jとの間にパッキン145のフランジ加工部145cを挟み、これを圧縮する。さらに、鍔部140bも、側壁部111eの外側面111nで、孔周囲部111jとの間にパッキン145のフランジ部145bを挟み、これを圧縮する。本実施例1では、特に、シール面140fにおいて、パッキン145のフランジ部145bを局部的に圧縮することができる。これにより、貫通孔111hを液密に封止することができる。
次に、電極体150の正極板160に接合された正極集電部材120を、封口部材115の内側面115b側に、電子ビーム溶接により接合する。次いで、この接合体を負極集電部材130側から開口部111gを通じて電槽111内に挿入する。このとき、封口部材115で電槽111に蓋をすることができる。その後、外部からレーザを照射して、封口部材115と電槽111とを接合し、電槽111を封口する。次いで、電槽111の外側から、負極端子140のカシメ加工部140gに向けてレーザを照射し、カシメ加工部140gと負極集電部材130とを接合する。次いで、電槽111の天井部111aに位置する注入口111kから電解液を注入し、注入口111kを閉鎖するように安全弁113を取り付ける。その後、初期充電等の所定の工程を施すことにより、アルカリ蓄電池100が完成する。
(実施例2)
本実施例2のアルカリ蓄電池200は、実施例1のアルカリ蓄電池100と比較して、負極端子のみが異なり、その他については同様である。具体的には、図1(図8)に示すように、実施例1の負極端子140(負極端子部材140A)に代えて、負極端子240(負極端子部材240A)を用いている。
詳細には、実施例1では、負極端子部材140Aを製造する際、負極端子基材14の突出面14fについて、押圧面矯正による表面粗さ低減処理(面タタキ)を施した。具体的には、図7に示すように、突出面14fを、第2矯正金型22の当接面22bに押しつけて面矯正し、突出面14fの表面粗さを低減した。
これに対し、本実施例2では、負極端子部材240A(電池に取り付ける前の負極端子240)を製造する際、負極端子基材14に遠心バレル研磨を施すことにより、突出面14fの表面粗さを低減した。その他については実施例1と同様にして、図8に示すように、ニッケルメッキ層141を有する負極端子部材240Aを製造した。これにより、負極端子240のシール面240fにかかる表面粗さRyの平均値を、約2μmとすることができた。また、図11に示すように、本実施例2では、表面粗さRyの最大値が約4μmとなった。この結果より、実施例2では、シール面240fの表面粗さRyの平均値が単に小さいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも小さいことがわかる。
(実施例3)
本実施例3のアルカリ蓄電池300は、実施例1のアルカリ蓄電池100と比較して、負極端子のみが異なり、その他については同様である。具体的には、図1(図8)に示すように、実施例1の負極端子140(負極端子部材140A)に代えて、負極端子340(負極端子部材340A)を用いている。
詳細には、実施例1では、負極端子部材140Aを製造する際、負極端子基材14の突出面14fについて、押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施すことにより、突出面14fの表面粗さを低減した。
これに対し、本実施例3では、負極端子部材340Aを製造する際、負極端子基材14に表面粗さ低減処理を施していない。すなわち、深絞り成型により負極端子基材14を成型した後、突出面14f等に表面粗さ低減処理を施すことなく、ニッケルメッキを施した。その他については実施例1と同様にして、図8に示すように、ニッケルメッキ層141を有する負極端子部材340Aを製造した。
これにより、負極端子340のシール面340fにかかる表面粗さRyの平均値は、約4.5μmとなった。また、図11に示すように、本実施例3では、表面粗さRyの最大値が約8μmとなった。この結果より、実施例3では、シール面340fの表面粗さRyの平均値が単に小さいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも小さいことがわかる。
(実施例4)
本実施例4のアルカリ蓄電池400は、実施例1のアルカリ蓄電池100と比較して、負極端子のみが異なり、その他については同様である。具体的には、図1(図9)に示すように、実施例1の負極端子140(負極端子部材140A)に代えて、負極端子440(負極端子部材440A)を用いている。
詳細には、実施例1では、深絞り用の冷間圧延鋼板(SPCE)を用いて、負極端子基材14を製造した。これに対し、本実施例4では、SPCEの表面にニッケルメッキを施したニッケルメッキ鋼板を用いて、負極端子基材14を製造している。
さらに、実施例1では、負極端子基材14の突出面14fに表面粗さ低減処理を施した後、ニッケルメッキを施して、負極端子部材140Aを製造した。これに対し、本実施例4では、実施例1と同様にして、負極端子基材14の突出面14fに表面粗さ低減処理を施した後、ニッケルメッキを施すことなく、図9に示す負極端子部材440Aを得た。従って、本実施例4の負極端子440は、実施例1の負極端子140と異なり、シール面440fにおいて鉄が露出している。
なお、負極端子440のシール面440fにかかる表面粗さRyの平均値は、約2.5μmとなった。また、図11に示すように、本実施例4では、表面粗さRyの最大値が約5μmとなった。この結果より、実施例4では、シール面440fの表面粗さRyの平均値が単に小さいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも小さいことがわかる。
(実施例5)
本実施例5のアルカリ蓄電池500は、実施例1のアルカリ蓄電池100と比較して、負極端子のみが異なり、その他については同様である。具体的には、図1(図9)に示すように、実施例1の負極端子140(負極端子部材140A)に代えて、負極端子540(負極端子部材540A)を用いている。
詳細には、実施例1では、深絞り用の冷間圧延鋼板(SPCE)を用いて、負極端子基材14を製造した。これに対し、本実施例5では、SPCEの表面にニッケルメッキを施したニッケルメッキ鋼板を用いて、負極端子基材14を製造している。
さらに、実施例1では、負極端子基材14の突出面14fに、面タタキを施した。これに対し、本実施例5では、負極端子基材14に遠心バレル研磨を施している。
さらに、実施例1では、負極端子基材14の突出面14fに表面粗さ低減処理を施した後、ニッケルメッキを施して、負極端子部材140Aを製造した。これに対し、本実施例5では、負極端子基材14に遠心バレル研磨を施した後、ニッケルメッキを施すことなく、図9に示す負極端子部材540Aを得た。従って、本実施例5の負極端子540は、実施例1の負極端子140と異なり、シール面540fにおいて鉄が露出している。
なお、負極端子540のシール面540fにかかる表面粗さRyの平均値は、約2μmとなった。また、図11に示すように、本実施例5では、表面粗さRyの最大値が約4.5μmとなった。この結果より、実施例5では、シール面540fの表面粗さRyの平均値が単に小さいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも小さいことがわかる。
(比較例1)
本比較例1のアルカリ蓄電池は、実施例4のアルカリ蓄電池400と比較して、負極端子のみが異なり、その他については同様である。
具体的には、実施例4では、負極端子部材440Aを製造するにあたり、負極端子基材14の突出面14fに表面粗さ低減処理を施した。
これに対し、本比較例1では、負極端子部材を製造するにあたり、負極端子基材14に表面粗さ低減処理を施していない。すなわち、ニッケルメッキ鋼板の深絞り成型により負極端子基材14を成型した後、突出面14f等に表面粗さ低減処理を施すことなく、これを負極端子部材として用いた。これにより、本比較例1では、負極端子のシール面にかかる表面粗さRyの平均値は、約17μmとなった。また、シール面において、ニッケルメッキ層に亀裂が生じており、部分的に鉄が露出していた。しかも、図11に示すように、本比較例1では、表面粗さRyの最大値が約30μmにまで大きくなった。この結果より、比較例1では、実施例1〜5に比べて、負極端子のシール面にかかる表面粗さRyの値が単に大きいだけでなく、表面粗さRyの値のバラツキも大きいことがわかる。
(漏液試験)
次に、実施例1〜5にかかるアルカリ蓄電池100〜500及び比較例1にかかるアルカリ蓄電池について、漏液試験を行った。
具体的には、まず、実施例1にかかるアルカリ蓄電池100を、SOC60%にまで充電した。その後、このアルカリ蓄電池100を、温度60℃、湿度75%に設定されたチャンバー内に、83日間放置することで、アルカリ電解液のクリープ現象を促進させた。次いで、アルカリ蓄電池100をチャンバー内から取り出し、アルカリ蓄電池100の負極端子140側を、60℃の純水100mL中に浸漬した。
次いで、ICP分析装置を用いて、純水100mL中に含まれるカリウムイオンの濃度(mg/L)を測定した。その後、測定したカリウムイオンの濃度(mg/L)に基づいて、アルカリ電解液の漏出量(μL)を算出した。
なお、本実施形態では、実施例1のアルカリ蓄電池100を、30ヶ用意し、それぞれのアルカリ蓄電池100について、漏液試験を行うと共にアルカリ電解液の漏出量(μL)を算出し、その平均値(平均漏液量とする)を得た。
さらに、実施例2〜5にかかるアルカリ蓄電池200〜500及び比較例1にかかるアルカリ蓄電池を、それそれ30ヶずつ用意し、それぞれの電池について、実施例1にかかるアルカリ蓄電池100と同様にして、漏液試験を行うと共に、アルカリ電解液の平均漏出量を算出した。この結果を図10に示す。
なお、図10では、比較例1にかかるアルカリ蓄電池の平均漏液量を基準として(100%とする)、各アルカリ蓄電池の平均漏液量を、比較例1にかかるアルカリ蓄電池の平均漏液量に対する割合(%)で表している。
まず、実施例4,5のアルカリ蓄電池400,500と比較例1のアルカリ蓄電池との結果を比較する。これらのアルカリ蓄電池は、負極端子の材質が同一(共にニッケルメッキ鋼板により形成されている)であるが、負極端子のシール面の表面粗さ低減処理のみが異なる関係にある。具体的には、比較例1のアルカリ蓄電池では、深絞り成型後、負極端子のシール面に何ら表面粗さ低減処理を施しておらず、シール面の表面粗さRyの平均値が約17μmとなっている。これに対し、実施例4のアルカリ蓄電池400では、負極端子のシール面に面タタキを施しており、シール面の表面粗さRyの平均値が約2.5μmとなっている。また、実施例5のアルカリ蓄電池500では、シール面を含む負極端子の表面に遠心バレル研磨を施しており、シール面の表面粗さRyの平均値が約2μmとなっている。
実施例4のアルカリ蓄電池400では、平均漏液量が約55%となった。すなわち、比較例1のアルカリ蓄電池に比べて、漏液量を約45%低減することができた。さらに、実施例5のアルカリ蓄電池500では、平均漏液量が約28%となった。すなわち、比較例1のアルカリ蓄電池に比べて、漏液量を約72%も低減することができた。
これらの結果より、深絞り成型により負極端子を形成した後(プレス成型によりシール部を形成した後)、シール面に対し、面タタキまたは研磨を施すことで、負極端子の表面に沿ってアルカリ電解液が外部に漏出するのを抑制することができるといえる。これは、シール面に対し、面タタキまたは研磨を施すことで、シール面の表面粗さRyの平均値を15μm以下(具体的には、Ryの平均値を約2.5μmまたは約2μm)にまで低減することができたためと考えられる。
次に、実施例1〜3のアルカリ蓄電池100〜300と比較例1のアルカリ蓄電池との結果を比較する。これらのアルカリ蓄電池は、深絞り成型により負極端子を形成した後、シール面を含む負極端子の表面にニッケルメッキを施しているか否かが異なる関係にある。具体的には、実施例1〜3のアルカリ蓄電池100〜300では、深絞り成型後にニッケルメッキを施しているが、比較例1のアルカリ蓄電池では、深絞り成型後にニッケルメッキを施していない。
実施例1〜3のアルカリ蓄電池100〜300では、平均漏液量がそれぞれ、約5%、約2%、約2%となった。すなわち、比較例1のアルカリ蓄電池に比べて、漏液量を95%以上も低減することができた。これらの結果より、深絞り成型後にニッケルメッキを施して、シール面をニッケルメッキ層で構成することで、負極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができるといえる。これは、負極端子基材をSPCEで形成しつつも、その後、シール面等をニッケルメッキで被覆することで、シール面等において鉄の露出を防止することができたためと考えられる。これにより、シール面等において、アルカリ電解液のクリープ現象を抑制できたと考えられる。
ところで、比較例1のアルカリ蓄電池では、負極端子をニッケルメッキ鋼板により形成しているが、負極端子の深絞り成型後にニッケルメッキを施したアルカリ蓄電池100等に比べて、極めて漏液量が多くなっている。これは、ニッケルメッキ鋼板を深絞り成型した際、シール面のニッケルメッキに亀裂等が生じ、シール面において鉄が露出したためと考えられる。
なお、実施例1〜3のアルカリ蓄電池100〜300は、負極端子のシール面の表面粗さRyの平均値を、それぞれ約3μm、約2μm、約4.5μmとしている。これに対し、比較例1のアルカリ蓄電池では、シール面の表面粗さRyの平均値を約17μmとしている。このことから、負極端子のシール面の表面粗さRyを15μm以下とすることで、負極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができるといえる。
以上において、本発明を実施例1〜5に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例1〜5では、アルカリ蓄電池100〜500としてニッケル水素蓄電池を用いた。しかしながら、本発明は、アルカリ電解液を有するいずれのアルカリ蓄電池にも適用することができる。
また、実施例1〜5では、電池ケース110が正極で、電極端子として負極端子140〜540を有するアルカリ蓄電池(具体的には、ニッケル水素蓄電池)について説明した。しかしながら、本発明は、これとは反対に、電池ケース110が負極で、電極端子として正極端子を有するアルカリ蓄電池についても適用することができる。このニッケル水素蓄電池についても、適切に、正極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。また、電極端子として、正極端子と負極端子とを有するアルカリ蓄電池についても、正極端子及び負極端子の表面に沿ったアルカリ電解液の漏出を抑制することができる。
実施例1〜5にかかるアルカリ蓄電池100〜500の正面図である。 実施例1〜5にかかるアルカリ蓄電池100〜500の側面図である。 実施例1にかかるアルカリ蓄電池100の断面図であり、図2のA−A断面図に相当する。 負極端子140の拡大断面図である。 負極端子140のシール部の拡大断面図である。 負極端子基材14の斜視図である。 表面粗さ低減処理を説明する説明図である。 負極端子部材140A〜340A(電池に取り付ける前の負極端子140〜340)の断面図である。 負極端子部材440A,540A(電池に取り付ける前の負極端子440,540)の断面図である。 漏液試験の結果を示すグラフである。 シール面の表面粗さRyを示すグラフである。
符号の説明
100,200,300,400,500 アルカリ蓄電池
110 電池ケース
111e 側壁部(外壁部)
111h 貫通孔
111j 孔周囲部
111m 内側面
111n 外側面
140,240,340,440,540 負極端子(電極端子)
140c,240c,340c,440c,540c シール部
140e シール周囲面
140f,240f,340f,440f,540f シール面
140A,240A,340A,440A,540A 負極端子部材
141 ニッケルメッキ層
145 パッキン
14 負極端子基材
14f 突出面(被覆面)

Claims (8)

  1. 内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、
    上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、
    上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、
    上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する
    電極端子と、
    上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、
    を備えるアルカリ蓄電池であって、
    上記電極端子の上記シール面の表面粗さRyは、15μm以下である
    アルカリ蓄電池。
  2. 内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、
    上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、
    上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、
    上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する
    電極端子と、
    上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、
    を備えるアルカリ蓄電池であって、
    上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、金属板材のプレス成型により形成されてなり、
    上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されてなる
    アルカリ蓄電池。
  3. 内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、
    上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、
    上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、
    上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する
    電極端子と、
    上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、
    を備えるアルカリ蓄電池であって、
    上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、金属板材のプレス成型により形成されてなり、
    上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型後に研磨されてなる
    アルカリ蓄電池。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のアルカリ蓄電池であって、
    前記電極端子は、金属板材の深絞り成型により形成されてなる
    アルカリ蓄電池。
  5. 内側面と外側面とをなし、この内側面と外側面との間を貫通する貫通孔を含む外壁部を有する電池ケースと、
    上記外壁部のうち上記貫通孔を囲む孔周囲部に密着してなるパッキンと、
    上記貫通孔に挿通されて上記電池ケースの内部から外部にかけて配置され、上記パッキンを介して上記孔周囲部に固着されてなる電極端子であって、
    上記孔周囲部との間に上記パッキンを挟んでこれを圧縮し、上記貫通孔を液密に封止するシール部であって、上記孔周囲部に対向して位置する環状のシール面、及びその周囲に位置するシール周囲面を含み、上記シール面が上記シール周囲面よりも上記孔周囲部に向けて突出してなるシール部を有する
    電極端子と、
    上記電池ケース内に位置するアルカリ電解液と、
    を備えるアルカリ蓄電池であって、
    上記電極端子のうち少なくとも上記シール部は、鉄を主成分として含む金属板材のプレス成型により形成されてなり、
    上記シール部の上記シール面は、上記シール部の成型後に施されたニッケルメッキ層により構成されてなる
    アルカリ蓄電池。
  6. 請求項5に記載のアルカリ蓄電池であって、
    前記シール部のうち、前記シール面をなす前記ニッケルメッキ層で被覆されてなる被覆面は、上記シール部の成型中または成型後の押圧面矯正による表面粗さ低減処理を施されてなる
    アルカリ蓄電池。
  7. 請求項5に記載のアルカリ蓄電池であって、
    前記シール部のうち、前記シール面をなす前記ニッケルメッキ層で被覆されてなる被覆面は、上記シール部の成型後に研磨されてなる
    アルカリ蓄電池。
  8. 請求項6または請求項7に記載のアルカリ蓄電池であって、
    前記電極端子は、鉄を主成分として含む金属板材の深絞り成型により形成されてなる
    アルカリ蓄電池。
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