JP2008084845A - Cylindrical primary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PTC素子を備えた円筒型一次電池に関する。 The present invention relates to a cylindrical primary battery provided with a PTC element.
従来から、電池の安全性向上を目的として、短絡時の過電流による電池の発熱を防止するPTC素子を備えた円筒型一次電池について、種々の検討が行われている。
例えば、特許文献1では、負極集電体の表面を、ポリエチレンを主体とする、PTC機能を備えた電子伝導体で被覆することが提案されている。しかし、負極集電体表面に被覆された電子伝導体がアルカリ電解液によって分解されやすく、PTC機能が十分に発揮されない場合がある。
Conventionally, for the purpose of improving the safety of a battery, various studies have been made on a cylindrical primary battery including a PTC element that prevents heat generation of the battery due to an overcurrent during a short circuit.
For example,
また、特許文献2では、外装缶の開口端部がガスケットを介して封口板周縁部の鍔部をかしめる構造のリチウム二次電池において、封口板の鍔部と、ガスケットとの間にPTC素子を配することが提案されている。しかし、リチウム二次電池は、アルカリ電池とは、集電体や防爆機構等の封口部の構造が異なる。よって、アルカリ電池の構造に適したPTC素子の組み込み方を新たに検討する必要がある。
Further, in
さらに例えば特許文献3においては、PTC素子を備えた封口体をアルカリ電池やリチウム電池に用いることが提案されている。PTC素子は、過電流が流れた際にそれ自体が発熱して所定の温度に達すると、抵抗が急激に大きくなる(トリップ)機能を有する。電池が誤って短絡された場合に、PTC素子がトリップして過電流を遮断し、電池の異常発熱を抑えることができるとされている。
しかしながら、上記特許文献3において提案されている構成では、以下のような問題がある。すなわち、ストロボの連続発光やデジタルスチールカメラの連続撮影などの通常の使用状態において、大きな電流をほぼ連続的に消費する場合、抵抗体であるPTC素子が徐々に発熱していき、意図せずPTC素子が作動してしまう場合がある。
However, the configuration proposed in
短絡時にはできるだけ低い温度でPTC素子を作動させることが望ましいが、電池設計上、PTC素子の発熱温度と作動温度とをバランスよくすることが困難である。そのため、短絡時の過電流による電池の発熱を十分に抑制できず、使用者が電池の胴体部を熱いと感じる場合が少なくなかった。 Although it is desirable to operate the PTC element at the lowest possible temperature during a short circuit, it is difficult to balance the heat generation temperature and the operating temperature of the PTC element in terms of battery design. Therefore, the heat generation of the battery due to the overcurrent at the time of short circuit cannot be sufficiently suppressed, and the user often feels that the battery body is hot.
また、短絡時の過電流でトリップした際のPTC素子自体の発熱は、電池の構造上、当該PTC素子を覆う樹脂封口体に対して熱ダメージを与える。その結果、樹脂封口体が熱変形を起こしたり高温で炭化したりして、電池の封口性が低下し、液漏れを起こす場合もあった。 Moreover, the heat generation of the PTC element itself when tripped by an overcurrent at the time of a short circuit causes thermal damage to the resin sealing body covering the PTC element due to the structure of the battery. As a result, the resin sealing body may be thermally deformed or carbonized at a high temperature, which may deteriorate the sealing performance of the battery and cause liquid leakage.
そこで、本発明は、上記のような従来の問題を解決するものであり、短絡時の電池の胴体部の表面温度を低く抑えた信頼性の高い円筒型一次電池を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable cylindrical primary battery in which the surface temperature of the battery body during a short circuit is kept low. .
上記目的を達成するため、本発明は、
内部に発電要素を含む有底円筒形の電池ケース;外部端子板、前記発電要素に電気的に接続された連絡板、前記外部端子板と前記連絡板との間に配置されたPTC素子、前記外部端子板に電気的に接続された負極集電子、および樹脂封口体を含み、前記電池ケースの開口部を塞ぐ封口組立体;を具備する円筒型一次電池であって、
前記樹脂封口体の熱伝導度をλ(W/m・K)、前記PTC素子のトリップ時の発熱量をQ(W)とした場合に、以下の関係式(1)〜(3)を満たすこと、を特徴とする円筒型一次電池を提供する。
(1)0.12≦λ≦0.27
(2)1.0≦Q≦1.5
(3)Q≦−3.33λ+1.9
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A bottomed cylindrical battery case including a power generation element therein; an external terminal plate; a connection plate electrically connected to the power generation element; a PTC element disposed between the external terminal plate and the connection plate; A cylindrical primary battery comprising: a negative electrode current collector electrically connected to an external terminal plate; and a sealing assembly including a resin sealing body and closing an opening of the battery case;
The following relational expressions (1) to (3) are satisfied, where λ (W / m · K) is the thermal conductivity of the resin sealing body and Q (W) is the amount of heat generated when the PTC element is tripped. A cylindrical primary battery is provided.
(1) 0.12 ≦ λ ≦ 0.27
(2) 1.0 ≦ Q ≦ 1.5
(3) Q ≦ −3.33λ + 1.9
ここで、樹脂封口体の「熱伝導度λ」は以下のようにして測定することができる。すなわち、樹脂封口体を構成する樹脂を円盤状に成形して試験片を作製し、得られた試験片の一方からレーザー光を照射し、他方の面の温度応答を計測するレーザーフラッシュ法により、「熱伝導度λ」を測定することができる。例えば、NETZSCH社製LFA427を使用して、φ10mm、厚さ1mmの試験片を作製し、熱伝導率λを測定することができる。 Here, the “thermal conductivity λ” of the resin sealant can be measured as follows. That is, the resin constituting the resin sealing body is molded into a disk shape to produce a test piece, irradiated with laser light from one of the obtained test pieces, and a laser flash method for measuring the temperature response of the other surface, “Thermal conductivity λ” can be measured. For example, a test piece having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm can be produced using LFA427 manufactured by NETZSCH, and the thermal conductivity λ can be measured.
また、PTC素子のトリップ時の「発熱量Q」は以下のようにして測定することができる。すなわち、PTC素子が組み込まれていない円筒型一次電池(例えば単3形アルカリ電池)に、PTC素子と電流計とを幅5.0mm、厚さ0.1mmのニッケルリード線で直列に接続して回路を形成する。得られた回路を閉じてから3分後と5分後に、PTC素子の電圧と回路の電流を測定し、得られた電圧値と電流値との積により、PTC素子の電力が得られる。3分後と5分後の電力の平均値から、発熱量Qを算出することができる。 Further, the “heat generation amount Q” at the time of trip of the PTC element can be measured as follows. In other words, a PTC element and an ammeter are connected in series with a nickel lead wire having a width of 5.0 mm and a thickness of 0.1 mm to a cylindrical primary battery in which no PTC element is incorporated (for example, an AA alkaline battery). Form a circuit. The voltage of the PTC element and the current of the circuit are measured 3 minutes and 5 minutes after the obtained circuit is closed, and the power of the PTC element is obtained by the product of the obtained voltage value and current value. The calorific value Q can be calculated from the average value of the power after 3 minutes and after 5 minutes.
また、本発明における発電要素とは、正極合剤、ゲル状負極およびアルカリ電解液のことをいう。したがって、上記連絡板は、正極合剤、ゲル状負極およびアルカリ電解液のうちのいずれかに電気的に接続されていればよい。 The power generating element in the present invention means a positive electrode mixture, a gelled negative electrode, and an alkaline electrolyte. Therefore, the connecting plate only needs to be electrically connected to any one of the positive electrode mixture, the gelled negative electrode, and the alkaline electrolyte.
以上のような構成によれば、PTC素子が、低い熱伝導度を有する樹脂封口体で覆われるように電池ケースに取り付けられている。よって、電池短絡時に、PTC素子の発熱を電池ケースに伝わりにくくすることができ、電池の胴体部の表面温度の上昇を防止することができる。 According to the above configuration, the PTC element is attached to the battery case so as to be covered with the resin sealing body having low thermal conductivity. Therefore, when the battery is short-circuited, the heat generated by the PTC element can be made difficult to be transmitted to the battery case, and an increase in the surface temperature of the body part of the battery can be prevented.
本発明によれば、短絡時の電池の胴体部の表面温度を低く抑えた信頼性の高い円筒型一次電池を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the highly reliable cylindrical primary battery which suppressed the surface temperature of the trunk | drum of the battery at the time of a short circuit can be implement | achieved.
本発明の一実施の形態を、図1および図2を参照しながら説明する。
図1は、本発明の円筒型一次電池の一実施の形態(単3形アルカリ電池(LR6))の一部を断面にした正面図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view of a cross section of a part of an embodiment (AA alkaline battery (LR6)) of a cylindrical primary battery according to the present invention.
図1に示すように、外部端子を兼ねた有底円筒形の電池ケース1には、複数個の中空円筒状の正極合剤(ペレット)2が内接するように収納されている。正極合剤2の中空部には有底円筒形のセパレータ4を介してゲル状負極3が配置されている。正極合剤2、セパレータ4およびゲル状負極3には、アルカリ電解液が含まれている。
As shown in FIG. 1, a plurality of hollow cylindrical positive electrode mixtures (pellets) 2 are accommodated inside a bottomed
前記電池ケース1は、例えば、ニッケルめっき鋼板を所定の寸法、形状にプレス成型して得られる。
また、セパレータ4には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。
The
The separator 4 is made of, for example, a nonwoven fabric mainly composed of polyvinyl alcohol fiber and rayon fiber.
前記正極合剤2には、例えば、二酸化マンガン粉末を含む正極活物質と、黒鉛粉末などの導電剤と、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ電解液との混合物が用いられる。
また、ゲル状負極3には、例えば、亜鉛粉末または亜鉛合金粉末などの負極活物質と、ポリアクリル酸ナトリウムなどのゲル化剤と、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ電解液との混合物が用いられる。
For the
For the gelled
なお、負極活物質には、耐食性に優れた亜鉛合金粉末を用いるのが好ましく、さらには、環境に配慮して水銀、カドミウム、もしくは鉛、またはそれら全てが無添加であるものがより好ましい。上記亜鉛合金としては、例えば、インジウム、アルミニウムおよびビスマスを含む亜鉛合金が挙げられる。 In addition, it is preferable to use the zinc alloy powder excellent in corrosion resistance as the negative electrode active material, and more preferable that mercury, cadmium, lead, or all of them are not added in consideration of the environment. Examples of the zinc alloy include zinc alloys containing indium, aluminum, and bismuth.
電池ケース1の開口部は、正極合剤2、ゲル状負極3等の発電要素を収納した後、封口組立体11により塞がれている。封口組立体11は、外部端子板7、負極集電体6と電気的に接続された連絡板8、PTC素子9および樹脂封口体5で構成されている。電池ケース1の外表面は、外装ラベル10により被覆されている。
The opening of the
図2は、図1に示す円筒型一次電池の封口部の要部を拡大した断面図である。図2に示すように、樹脂封口体5は、中央に負極集電体6を圧入する貫通孔を有し、その周囲に安全弁として働く環状薄肉部5bを有する。環状薄肉部5bの外周部においては、筒状の外周縁部5aが環状薄肉部5bに連続して形成されている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the sealing portion of the cylindrical primary battery shown in FIG. As shown in FIG. 2, the resin sealing
例えば、樹脂封口体5は、ポリプロピレン、ナイロンなどを所定の寸法、形状に射出成型して得られる。
For example, the resin sealing
外部端子板7は周縁部に鍔部7aを有し、連絡板8は周縁部に鍔部8aを有する。外部端子板7には、例えば、ニッケルめっき鋼板が用いられる。また、連絡板8には、接触抵抗が小さい点で、錫めっき鋼板やニッケルめっき鋼板を用いるのが好ましい。
The
外部端子板7の鍔部7aと、連絡板8の鍔部8aとの間にリング状のPTC素子9が配置されている。電池ケース1の開口部近傍に設けた段部1a上で、樹脂封口体5の外周縁部5aの上端を包み込むように、電池ケース1の開口端部が折り曲げられる。その折り曲げ部が内方へかしめられて、外部端子板7の鍔部7aと、開口部を有するディスク状(リング状)のPTC素子9と、連絡板8の鍔部8aとが、樹脂封口体5の外周縁部5aで覆われるように締め付けられている。
A ring-
PTC素子9には、例えば、タイコエレクトロニクスレイケム(株)製のポリスイッチの名で販売されている材料などが用いられる。PTC素子9は、所定の温度(例えば90〜110℃)に達すると抵抗が急激に大きくなる(トリップ)機能を有し、電池の短絡時には、過電流によってそれ自体も激しく発熱する。また、単位面積あたり同じ抵抗値を有するPTC素子9であっても、封口組立体11を構成する際、例えばプレス打ち抜きなどでリング状に加工されたときの外径や内径が違うと、発熱量も異なってくる。すなわちリングの面積が大きい程、発熱量も多くなる。
For the
ここで、本発明の最大の特徴は、前記樹脂封口体5の熱伝導度をλ(W/m・K)、前記PTC素子9のトリップ時の発熱量をQ(W)とした場合に、以下の関係式(1)〜(3)を満たすこと、にある。
(1)0.12≦λ≦0.27
(2)1.0≦Q≦1.5
(3)Q≦−3.33λ+1.9
Here, the greatest feature of the present invention is that when the thermal conductivity of the
(1) 0.12 ≦ λ ≦ 0.27
(2) 1.0 ≦ Q ≦ 1.5
(3) Q ≦ −3.33λ + 1.9
上記関係式(1)〜(3)を満たすことによって、円筒型一次電池(特に側面部)の表面温度の上昇をより確実に抑制することができる。
さらに、樹脂封口体5の熱伝導度λを0.19W/m・K以下とし、PTC素子9のトリップ時の発熱量Qを1.25W以下とすれば、より効果的に円筒型一次電池の表面温度を低く抑えることができ、好ましい。
By satisfying the relational expressions (1) to (3), an increase in the surface temperature of the cylindrical primary battery (particularly the side surface portion) can be more reliably suppressed.
Further, if the thermal conductivity λ of the
また、この樹脂封口体5は、ポリプロピレンで形成してもよい。このようにすると、PTC素子9の発熱に対する耐熱性が向上する。また、樹脂封口体5は、その熱伝導度λが0.23W/m・K以上の6,6ナイロンまたは6,12ナイロンで形成されていてもよく、この場合、耐アルカリ性を向上させることができる。
Further, the
以上、本発明の代表的な実施の形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。例えば、PTC素子は種々の形状を採ることができ、連続したリング状に限定されず、例えば一部に隙間を有する不連続なリング状であってもよい。また、例えば不連続の島状部分が含まれていてもよい。 As mentioned above, although typical embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to these. For example, the PTC element can take various shapes, and is not limited to a continuous ring shape. For example, the PTC element may be a discontinuous ring shape having a gap in part. Further, for example, discontinuous island portions may be included.
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、図1および図2に示す構造を有する円筒型一次電池を作製した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to the examples shown below. In the following examples, cylindrical primary batteries having the structures shown in FIGS. 1 and 2 were produced.
《実施例1》
(1)正極合剤の作製
二酸化マンガンと黒鉛とを、90:10の重量比で混合した。そして、得られた混合物と、アルカリ電解液として水酸化カリウムの35重量%水溶液と、を100:3の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形してフレーク状の正極合剤を得た。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、得られた粉末を篩によって分級し、10〜100メッシュの粉末を中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤2を得た。
Example 1
(1) Preparation of positive electrode mixture Manganese dioxide and graphite were mixed at a weight ratio of 90:10. Then, the obtained mixture and a 35% by weight aqueous solution of potassium hydroxide as an alkaline electrolyte were mixed at a weight ratio of 100: 3, sufficiently stirred, and then compression molded into flakes to form a flake-shaped positive electrode. A mixture was obtained. Next, the flaky positive electrode mixture is pulverized into granules, and the obtained powder is classified with a sieve, and a 10-100 mesh powder is pressure-formed into a hollow cylinder to obtain a pellet-shaped
(2)ゲル状負極の作製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として水酸化カリウムの35重量%水溶液と、負極活物質と、を1:33:66の重量比で混合し、ゲル状負極3を得た。なお、負極活物質には、0.025重量%のインジウムと、0.015重量%のビスマスと、0.004重量%のアルミニウムと、を含む亜鉛合金粉末を用いた。
(2) Preparation of gelled negative electrode Sodium polyacrylate as a gelling agent, 35 wt% aqueous solution of potassium hydroxide as an alkaline electrolyte, and negative electrode active material were mixed at a weight ratio of 1:33:66, A gelled
(3)封口組立体の作製
ポリプロピレン(日本ポリプロ(株)製のBC4ASW。以下、同様。)とタルク(日本タルク(株)製のP3。以下、同様。)との混合物(タルクを0.2重量%含む。)を十分に混練した後、射出成型にて、所定の寸法およびリング状の形状を有する樹脂封口体5とを作製した。また、上記のポリプロピレンとタルクとの混合物を円盤状に成形して、熱伝導度λを測定するためのφ10mm、厚さ1mmの試験片を作製し、NETZSCH社製LFA427を使用して熱伝導度λを測定した。その結果、樹脂封口体5の熱伝導度λは、0.12W/m・Kであった。
(3) Production of Sealing Assembly Mixture of polypropylene (BC4ASW manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd., hereinafter the same) and talc (P3 manufactured by Nihon Talc Co., Ltd., hereinafter the same) (with talc of 0.2 The
また、PTC素子9は、厚さが0.3mmで、20℃での固有抵抗値が0.03Ωで、120℃の高温下での固有抵抗値が10000Ωの材料を、リング状(外径12.3mm、内径9.7mm)にプレスにて打ち抜くことによって得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは、1.00Wであった。
The
外部端子板7および連絡板8は、厚さ0.3mmのニッケルめっき鋼鈑をプレスにて所定の寸法および形状を有するように加工することによって得た。
The external
次に、真鍮線条を釘型にプレス加工し、表面にスズめっきして得られる負極集電体6を、連絡板8に電気溶接した。その後、樹脂封口体5の中心の貫通孔に負極集電体6を密着させて(樹脂封口体5によって負極集電体6が固定されるように)挿入した。連絡板8の鍔部8a上に、PTC素子9を配置し、さらにPTC素子9を挟むように外部端子板7を設置して、封口組立体11を得た。
Next, the negative electrode
(4)円筒形一次電池の組み立て
図1に示す構造の単3形アルカリ電池(LR6)を下記の手順により作製した。
上記で得られた正極合剤2を電池ケース1内に2個挿入し、加圧治具により正極合剤2を加圧して電池ケース1の内壁に密着させた。電池ケース1の内壁に密着させた正極合剤2の中央に有底円筒形のセパレータ4を配置した。セパレータ4内にアルカリ電解液として水酸化カリウムの36重量%水溶液を所定量注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極3をセパレータ4内に充填した。
(4) Assembly of Cylindrical Primary Battery An AA alkaline battery (LR6) having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following procedure.
Two
なお、セパレータ4には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として含む不織布を用いた。樹脂封口体5の外周縁部5aの上端を包み込むように、電池ケース1の開口端部を折り曲げ、その折り曲げ部を外部端子板7の鍔部7aにかしめ、電池ケース1の開口部を封口した。外装ラベル10で電池ケース1の外表面を被覆し、円筒型一次電池を作製した。
The separator 4 was a non-woven fabric mainly containing polyvinyl alcohol fibers and rayon fibers. The opening end portion of the
《実施例2》
本実施例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径8.7mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.26Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 2
In this example, the
《実施例3》
本実施例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径7.8mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.50Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 3
In this example, the
《実施例4》
本実施例においては、ポリプロピレンに対してタルクを5重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは0.19W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 4
In this embodiment, 5% by weight of talc is added to polypropylene, kneaded sufficiently, and then a
《実施例5》
本実施例においては、PTC素子9は、外径12.3mm、内径8.7mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.26Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例4と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 5
In this example, the
《実施例6》
本実施例においては、ポリプロピレンに対してタルクを10重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは0.27W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 6
In this example, after adding 10% by weight of talc to polypropylene and kneading sufficiently, a
《実施例7》
本実施例においては、ナイロン6,6((株)旭化成製のレオナ1300S。以下同様。)に対してタルクを0.5重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは、0.25W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 7
In this example, 0.5% by weight of talc was added to
《実施例8》
本実施例においては、ナイロン6,6に対してタルクを1重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは、0.27W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 8
In this embodiment, 1% by weight of talc is added to
《実施例9》
本実施例においては、ナイロン6,12(米国デュポン社製のザイテル(商品名))に対してタルクを0.5重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは、0.23W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
Example 9
In this example, 0.5% by weight of talc was added to
《比較例1》
本比較例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径9.9mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは、0.89Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 1 >>
In this comparative example, the
《比較例2》
本比較例においては、ポリプロピレンを用いて、射出成型にて所定の寸法および形状の樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片と、を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは0.11W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 2 >>
In this comparative example, polypropylene was used to produce a
《比較例3》
本比較例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径7.4mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.59Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 3 >>
In this comparative example, the
《比較例4》
本比較例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径7.8mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.50Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例4と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 4 >>
In this comparative example, the
《比較例5》
本比較例においては、PTC素子9を、外径12.3mm、内径8.7mmのリング状にプレスにて打ち抜いて得た。PTC素子9のトリップ時の発熱量Qは1.26Wであった。前記PTC素子9以外は、実施例9と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 5 >>
In this comparative example, the
《比較例6》
本比較例においては、ナイロン6,6に対してタルクを5重量%添加し、十分混練した後、射出成型にて所定の寸法および形状を有する樹脂封口体5と、熱伝導度測定のための試験片を作製した。この試験片の熱伝導度の測定結果から、樹脂封口体5の熱伝導度λは、0.29W/m・Kであった。前記樹脂封口体5以外は、実施例1と同様の方法により円筒型一次電池を作製した。
<< Comparative Example 6 >>
In this comparative example, 5% by weight of talc is added to
[評価試験]
(1)上述で得られた各電池について、各5個ずつを、厚さ0.1mmのニッケルリード線を介して、電池ケース1と外部端子板7とを接続させて電池を外部短絡させた。そして、このときの電池の胴体部の表面温度を熱電対にて測定し、最高温度を調べた。電池の胴体部の表面温度は70℃以下であることが好ましく、65℃以下であることがさらに好ましい。
[Evaluation test]
(1) For each of the batteries obtained above, five batteries were connected to the
(2)さらに、電池を外部短絡させてから2時間後に、電池ケース1と封口組立体11の間から液漏れを起こしているか否かを目視にて調べた。
(2) Further, two hours after the battery was externally short-circuited, it was visually examined whether or not liquid leakage occurred between the
(3)また、各電池4本ずつを、キャノン製ストロボ・スピードライター580EXを用い、10秒あたり1回の割合でストロボを発光させ続け、20回に至るまでに、PTC素子9が作動してストロボが発光できなくなるかどうかを確認した。
上記の評価結果を表1に示した。
(3) In addition, each of the four batteries was continuously fired at a rate of once per 10 seconds using a Canon strobe / speed lighter 580EX, and the
The evaluation results are shown in Table 1.
本発明の実施例1〜9では、樹脂封口体5の熱伝導度λとPTC素子9の発熱量Qとのバランスがよく、短絡時の電池の胴体部の表面温度が、全て70℃以下に抑えられた。また、ストロボ発光試験途中に意図せずPTC素子9が作動することもなく、電池の短絡時に液漏れに至るものもなかった。
In Examples 1 to 9 of the present invention, the thermal conductivity λ of the
比較例2では、ストロボ発光試験中、途中の14回目でストロボが発光しなくなり、電池を短絡してから液漏れが発生した。すなわち、樹脂封口体5の熱伝導度λが0.12W/m・K未満では熱が伝わりにくく、PTC素子9自体の発熱で意図せずPTC素子9が作動したり、樹脂封口体5の外周縁部5aが蓄熱によるダメージを受けて変形や炭化を起こし、液漏れが発生したりする。また、比較例6では、短絡時の電池の胴体部の表面温度が93℃と極めて高かった。すなわち、樹脂封口体5の熱伝導度λが0.27W/m・Kを超える場合は、PTC素子9の発熱が、電池ケース1に伝わりやすく、電池の胴体部の表面温度を低く抑えることができない。
In Comparative Example 2, during the stroboscopic light emission test, the stroboscope stopped emitting light at the 14th time, and liquid leakage occurred after the battery was short-circuited. That is, when the thermal conductivity λ of the
比較例1では、ストロボ発光試験中、途中の17回目でストロボが発光できなくなった。すなわち、PTC素子9のトリップ時の発熱量Qが1.0W未満のものは、小さな発熱量で、意図せずPTC素子9が作動しやすい。また、比較例3では、電池を短絡してから液漏れが発生した。すなわち、PTC素子9のトリップ時の発熱量Qが1.5Wを超える場合は、樹脂封口体5の外周縁部5aが熱ダメージを受けて変形や炭化を起こし、液漏れが発生する。
In Comparative Example 1, the strobe could not emit light at the 17th time during the strobe light emission test. That is, when the heat generation amount Q at the time of trip of the
比較例3〜5では、樹脂封口体5の熱伝導度λに対して、PTC素子9の発熱量Qが多く、十分に短絡時の電池の胴体部の表面温度を抑えきれず、またその発熱によって樹脂封口体5の外周縁部5aが変形や炭化を起こして液漏れに至った。
In Comparative Examples 3 to 5, the heat generation amount Q of the
ここで、図3は、上述の本発明の実施例1〜9と比較例1〜6とを、横軸に樹脂封口体5の熱伝導度λ、縦軸にPTC素子9のトリップ時の発熱量Qとした座標上に示した説明図である。図3に示すように、本発明者らが実験した結果、発熱量が高いPTC素子9を用いる場合ほど熱伝導度が低い樹脂封口体5を用いることが好ましく、樹脂封口体5の熱伝導度λとPTC素子9のトリップ時の発熱量Qとは、負の相関関係を有する。すなわち、短絡時に電池の胴体部の表面温度を十分に低く抑え得る臨界線は、Q=−3.33λ+1.9で表される直線であることを見出した。すなわち、樹脂封口体5の熱伝導度λとPTC素子9のトリップ時の発熱量Qの範囲内で、Q≦−3.33λ+1.9を満たすのが好ましい。
Here, FIG. 3 shows Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention, the thermal conductivity λ of the
さらに、樹脂封口体5の熱伝導度λが0.12W/m・K≦λ≦0.19W/m・Kで、PTC素子9の発熱量Qが1.0W≦Q≦1.25Wである本発明の実施例1、2、4および5においては、短絡時の電池の胴体部の表面温度が65℃以下に抑えられた。
Further, the thermal conductivity λ of the
なお、上述の実施例では、ポリプロピレン、ナイロン6,6およびナイロン6,12の樹脂封口体5を使用した場合について説明したが、ポリプロピレン以外のポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリスチレン等)や、ナイロン6,6、およびナイロン6,12以外のポリアミド系樹脂からなる樹脂封口体5を用いた場合に本発明を適用することも勿論可能である。
In the above-described embodiment, the case of using the
また、本発明の効果は、発電要素の相違による影響を受けることはなく、上述の実施例の亜鉛−二酸化マンガン系に限らず、亜鉛−ニッケル系、リチウム−二硫化鉄系、リチウム−マンガン系、リチウム−フッ化黒鉛系などの各種の円筒型一次電池に適応可能であり、同様の効果を得ることができる。 In addition, the effect of the present invention is not affected by the difference in power generation elements, and is not limited to the zinc-manganese dioxide system of the above-described embodiment, but is also zinc-nickel system, lithium-iron disulfide system, lithium-manganese system. It can be applied to various types of cylindrical primary batteries such as lithium-fluorinated graphite, and the same effect can be obtained.
本発明の円筒型一次電池は高い信頼性を有し、電子機器や携帯機器の電源等に安心して好適に用いられる。 The cylindrical primary battery of the present invention has high reliability and can be suitably used with peace of mind for power supplies of electronic devices and portable devices.
1 電池ケース
2 正極合剤
3 ゲル状負極
4 セパレータ
5 樹脂封口体
5a 外周縁部
5b 環状薄肉部
6 負極集電体
7 外部端子板
8 連絡板
7a、8a 鍔部
9 PTC素子
10 外装ラベル
11 封口組立体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
外部端子板、前記発電要素に電気的に接続された連絡板、前記外部端子板と前記連絡板との間に配置されたPTC素子、前記外部端子板に電気的に接続された負極集電子、および樹脂封口体を含み、前記電池ケースの開口部を塞ぐ封口組立体;
を具備する円筒型一次電池であって、
前記樹脂封口体の熱伝導度をλ(W/m・K)、前記PTC素子のトリップ時の発熱量をQ(W)とした場合に、以下の関係式(1)〜(3)を満たすこと、を特徴とする円筒型一次電池。
(1)0.12≦λ≦0.27
(2)1.0≦Q≦1.5
(3)Q≦−3.33λ+1.9 A cylindrical battery case with a bottom that contains a power generation element inside;
An external terminal plate, a connecting plate electrically connected to the power generation element, a PTC element disposed between the external terminal plate and the connecting plate, a negative electrode current collector electrically connected to the external terminal plate, And a sealing assembly that closes an opening of the battery case;
A cylindrical primary battery comprising:
The following relational expressions (1) to (3) are satisfied, where λ (W / m · K) is the thermal conductivity of the resin sealing body and Q (W) is the amount of heat generated when the PTC element is tripped. A cylindrical primary battery characterized by that.
(1) 0.12 ≦ λ ≦ 0.27
(2) 1.0 ≦ Q ≦ 1.5
(3) Q ≦ −3.33λ + 1.9
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