JP3611952B2

JP3611952B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3611952B2
Application number: JP22275197A
Authority: JP
Inventors: 征二杉田; 國夫上田
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH1167189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に係り、さらに詳しくは外部端子間の短絡発生などの防止機能を持たせた密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばアルカリ電池など密閉型電池は、携帯型電子機器類などの駆動電源として、各種の分野で使用されている。図３は、密閉型電池の要部構成例を断面的に示したもので、１は負極構成体、セパレータ、正極構成体および電解液から成る発電要素、２は前記発電要素１を内蔵し、かつ一方の電極端子（たとえば負極側端子）となる一端開口型の外装缶である。ここで、発電要素１は、負極構成体、セパレータ、正極構成体の積層体を渦巻き状に捲装された構成を成している。
【０００３】
また、３は前記外装缶２開口部のガスケット４を介挿させたカシメ付けで気密、かつ電気的に絶縁封口する他方の電極端子（たとえば正極側端子）となる高さ１．５〜２．５ｍｍ程度突出（メタルトップ）３ａさせた封口体、５は前記封口体３を支持する一方、前記発電要素１側とを仕切る封口絶縁板である。ここで、封口体３は、たとえば冷間圧延鋼などの厚さ０．３〜０．４ｍｍ程度の金属板を素材とした絞り加工品であり、頂面部ａ側から底面部ｂ側に亘って外径がほぼ同一の電極端子突出（メタルトップ）３ａを有する構造を成しており、封口絶縁板５は、たとえば冷間圧延鋼などの板である。
【０００４】
さらに、６は前記突出電極端子３ａに嵌合して封口面側に一体的に配置され、外装缶２と封口体３との電気的な短絡を防止する絶縁板、７は前記絶縁板６の端縁部（周縁部）を含む外装缶２外周面の少なくとも一部を被覆し、密閉型電池の規格表示などともに、外装缶２を保護する外装ラベルである。ここで、絶縁板６は、たとえば塩化ビニル樹脂系の厚さ０．４〜０．５ｍｍ程度の絶縁板を素材とし、打ち抜き加工で形成されたものであり、その外形は密閉型電池の端面形状に合わせて、円形、角形を成している。
【０００５】
そして、絶縁板６は、一般的に、嵌合孔６ａの断面など切断加工面は、図４に構造の概略を示すような形状を成している。すなわち、打ち抜き加工における金型パンチと金型ダイとのクリアランスに因って、通常、打ち抜き面が傾斜（テーパー付き）している。また、外装ラベル７は、封装の作業性や耐久性など考慮して、一般的に、熱収縮性樹脂を素材としている。なお、図３において、８ａ，８ｂは、電極要素１の他方の電極と封口体（外部電極端子）３とを電気的に接続する導体である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記密閉型電池の構成においては、次のような不都合がしばしば発生する。すなわち、外装缶２と封口体３との電気的な短絡を防止するため、突出電極端子３ａに嵌合して封口面側に一体的に配置した絶縁板６が、外側に湾曲した状態で突出電極端子３ａに嵌合・配置されることが往々起こっている。
【０００７】
そして、突出電極端子３ａに嵌合・配置した絶縁板６が外側に湾曲した状態で、熱収縮性樹脂製の外装ラベル７を装着・被覆した場合は、たとえば図５に要部を断面的に示すごとく、外装缶２の開口端面部に対する絶縁板６の密着的な対接が困難となる。したがって、装着・被覆する外装ラベル７は、絶縁板６の端縁部に隣接した領域で過度の引っ張り力など受け易く、品質が損なわれる恐れがある。本発明者らは、上記絶縁板６の配置に起因するトラブル発生について検討を進めた結果、次のようなことを見出した。
【０００８】
（ａ）先ず、打ち抜き加工に伴って加工切断面が傾斜した絶縁板６の場合は、その傾斜の程度によって方向性を呈し、その方向性に従って突出電極端子３ａに嵌合・配置したときは問題ないが、逆方向に（径大側を嵌合方向とする）嵌合・配置すると外側に湾曲する傾向がある。
【０００９】
(b)また、前記打ち抜きテーパーが付かない代りに、打ち抜き加工品に反りの性質が残留しているときは、図６に模式的に示すごとく、絶縁板６の外周部が外側に、 0.5mm程度湾曲している。したがって、突出電極端子3aに嵌合・配置した絶縁板６が外側に湾曲した状態で、熱収縮性樹脂製の外装ラベル７を装着・被覆した場合は、上記図５に示した場合と同様な状態を呈する。なお、図６の模式図は、硬質塩化ビニル樹脂を素材とした厚さｔ 0.4mm、外径φ13.4mmの円板型の絶縁板の場合である。
【００１０】
（ｃ）さらに、突出電極端子３ａに嵌合・配置の位置（突出電極端子３ａにおける嵌合・配置の高さ）が低いと、図７に模式的に示すごとく、絶縁板６の外周部が外側に湾曲する。したがって、突出電極端子３ａに嵌合・配置した絶縁板６が外側に湾曲した状態で、熱収縮性樹脂製の外装ラベル７を装着・被覆した場合は、上記図５に示した場合と同様な状態を呈する。
【００１１】
（ｄ）さらにまた、突出電極端子３ａの外径ｄ_１、絶縁板６の嵌合用孔径ｄ_２において、絶縁板６が離脱しないようにｄ_１＞ｄ_２とし、その差を大きく設定すると、突出電極端子３ａに対する嵌合度が強くなり、絶縁板６に加わる歪みが大きくなり、破損を招来する恐れがある。つまり、この場合は、ｄ_１，ｄ_２をある狭い適正な範囲内に設定することが必要となる。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、絶縁板の嵌合方向性、絶縁板の嵌合性などの影響が低減され、容易に、かつ歩留まりよく製造することができる信頼性の高い密閉型電池の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、負極構成体、セパレータ、正極構成体および電解液から成る発電要素と、前記発電要素を内蔵し、かつ一方の電極端子となる一端開口型の外装缶と、前記外装缶開口部のガスケットを介挿させたカシメ付けで気密、かつ電気的に絶縁封口する他方の電極端子となり、頂部側から底部側へと外径が縮径化されてなる突出部を有する封口体と、嵌合孔を有する平板からなり、前記突出部の頂部と底部との間の側壁に、前記嵌合孔の側縁が遊嵌的に嵌合して封口面側に配置された絶縁板と、前記絶縁板の端縁部を含む外装缶外周面の少なくとも一部を被覆する外装ラベルとを具備することを特徴とする密閉型電池である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記突出部の外径が、頂部側から底部側へと連続的に縮径化され、前記突出部の頂部の外径をＤ _１、底部の外径をＤ _２および前記嵌合孔の内径をＤ_３としたとき、Ｄ_１、Ｄ_２およびＤ_３が、次式、Ｄ_１＞Ｄ_３＞Ｄ_２の関係を有し、かつ相互の差が１％を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池である。
【００１５】
請求項１および２の発明において、発電要素を内蔵し、かつ一方の端子（正極端子もしくは負極端子）となる外装缶は、一般的に円筒型または角筒型で、たとえばステンレス鋼製、鉄製もしくはアルミニウム製である。また、他方の電極端子として機能する封口体は、たとえばステンレス鋼製、鉄製もしくはアルミニウム製などの金属薄板（たとえば厚さ０．５〜１．５ｍｍ程度）製で、突出部（突出型電極端子）を有している。
【００１６】
すなわち、本発明に係る密閉型電池は、その基本的な構成、形状、規格など、本質的に、従来知られている場合と変わらない。たとえば発電要素は、一般的に知られている捲装型あるいは積層型のものであり、たとえば捲装型のニッケル水素電池用、ニッケルカドミウム電池用、ニッケル亜鉛電池用、あるいはリチウム電池用などが挙げられる。
【００１７】
また、突出型電極端子の高さないし形状も、密閉型電池の規格・品種などに応じて設定されるが、突出型電極端子の外径について、頂部（頂面）側に対して底部（基部面）側が縮径化している点で特徴付けられる。
【００１８】
請求項１および２の発明は、一方の電極端子を突出的に配設した面側において、他方の電極端子との電気的な短絡を防止するために、前記突出型電極端子面側に絶縁板を配置する構成において、電極端子突出部の頂部側外径Ｄ₁ に対し、底部側を外径Ｄ₂ に縮径化したテーパー付きとすること、さらに、要すれば突出電極端子に嵌合する絶縁板の内径をＤ₃ としたとき、Ｄ₁ 、Ｄ₂ およびＤ₃ が次式、Ｄ₁ ＞Ｄ₃ ＞Ｄ₂ で、かつ相互の差が 1％を満足するように選択・設定した点を骨子としたものである。
【００１９】
ここで、電極端子突出部の頂部側外径Ｄ₁ に対し、底部側を外径Ｄ₂ を縮径化（テーパー付き）するのは、次のような理由による。すなわち、上記のように、電極端子突出部の外径をテーパ付けすることにより、絶縁板の嵌合方向性、もしくは絶縁板の反り発生の残留などに拘らずに、絶縁板外周部の外側への湾曲が容易に防止ないし抑制され、結果的に、装着・被覆する熱収縮性樹脂製外装ラベルの絶縁板に対する密着的な対接が可能になるからである。
【００２０】
特に、Ｄ_１＞Ｄ_３＞Ｄ_２で、かつ相互の差が１％を満足するように選択・設定した場合は、上記絶縁板の湾曲化などを、より効果的に、的確に防止ないし回避することが可能である。
【００２１】
請求項１および２の発明では、一方の電極端子を成す封口体に配設した突出型電極端子に、他方の電極端子との電気的な短絡を防止するために、嵌合配置する絶縁板において、その外周部が外側に湾曲する恐れが全面的に防止ないし回避される。したがって、外装缶の開口端面部に対する絶縁板の密着的な対接も容易に成されるので、装着・被覆する外装ラベルが部分的に過度の引っ張り力などを受けることに伴う品質、歩留まりが損なわれる恐れも解消される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図１および図２を参照して実施例を説明する。
【００２３】
図１は、実施例に係る一般的な、筒型の有機電解液電池の要部構成を示す断面図である。図１において、１は負極構成体、セパレータ、正極構成体および電解液から成る発電要素、２は前記発電要素１を内蔵し、かつ一方の電極端子（たとえば負極側端子）となる一端開口型の冷間圧延鋼の鉄製外装缶である。
【００２４】
また、３は前記外装缶２開口部のガスケット４を介挿させたカシメ付けで気密、かつ電気的に絶縁封口する他方の電極端子（たとえば正極側端子）となる高さ２．５ｍｍ程度突出（メタルトップ）３ａさせた封口体、５は前記封口体３を支持する一方、前記発電要素１側とを仕切る厚さ０．４ｍｍ程度の封口絶縁板である。ここで、封口体３は、厚さ０．３〜０．４ｍｍ程度の冷間圧延鋼板を素材とした絞り加工品であり、頂面部ａ側から底面部ｂ側に亘って外径がほぼ同一の突出電極端子（メタルトップ）３ａを有する構造を成しており、ガスケット４は、たとえばポリアミド系樹脂（ナイロン）板である。
【００２５】
なお、突出電極端子３ａは、その外径が頂部側ａに対して底部側ｂを縮径（テーパー付き）させた構成と成っている。すなわち、図２に模式的に示すごとく、突出電極端子３ａの頂部側ａの外径Ｄ_１に対し、底部側ｂを外径Ｄ_２を縮径化して、Ｄ_１＞Ｄ_２に設定・形成されている。
【００２６】
さらに、６は前記突出電極端子３ａに嵌合して封口面側に一体的に配置され、外装缶２と封口体３との電気的な短絡を防止する絶縁板、７は前記絶縁板６の端縁部（周縁部）を含む外装缶２外周面の少なくとも一部を被覆し、密閉型電池の規格表示などともに、外装缶２を保護する外装ラベルである。ここで、絶縁板６は、塩化ビニル樹脂系の厚さ０．４ｍｍ程度の絶縁板を素材とし、打ち抜き加工で形成されたものであり、その外形は密閉型電池の端面形状に合わせ円形を成している。そして、この絶縁板６の嵌合孔６ａの径Ｄ_３は、前記頂部側ａから底部側ｂに外径が縮径化されている突出電極端子３ａの外径Ｄ_１、底部側を外径Ｄ_２に対して、一般的に、Ｄ_１＞Ｄ_３＞Ｄ_２を満たすように設定される。また、このとき、突出電極端子３ａの頂部側ａ外径Ｄ_１と絶縁板６の嵌合孔６ａ径Ｄ_３との差が１％に、絶縁板６の嵌合孔６ａ径Ｄ_３と突出電極端子３ａの底面側ｂ外径Ｄ_２との差が１％に設定されている。
【００２７】
また、外装ラベル７は、封装の作業性や耐久性など考慮して、一般的に、熱収縮性樹脂を素材としている。なお、図１において、８ａ，８ｂは、電極要素１の他方の電極と封口体（外部電極端子）３とを電気的に接続する導体である。
【００２８】
この実施例に係る発電要素１は、次のように構成されている。
【００２９】
負極構成体
出発物質に石油ピッチを用い、これに酸素を含む官能基を１０〜２０％導入（酸素架橋）した後、不活性ガス中１０００℃で焼成して、ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛炭素質材料を得た。この難黒鉛炭素質材料９０重量部、および結着材としてのポリフッ化ビニリデン樹脂１０重量部を混合して負極合剤を作成する。
【００３０】
前記負極合剤をＮ−メチル −２−ピロリドンに分散させてスラリー状とし、この負極合剤スラリーを負極集電体である帯状の銅箔の両面に塗布した後、乾燥させてからローラプレス機で圧縮成型して、活物質量が１１２ｇ／ｍ^２の負極構成体とする。正極構成体
炭酸リチウムおよび炭酸コバルトをＬｉ／Ｃｏ（ｍｏｌ比）＝１になるように混合し、空気中で９００℃，５時間焼成して正極活物質（ＬｉＣｏＯ_２）を合成した後、自動乳鉢で粉砕してＬｉＣｏＯ_２の粉末を得る。次に、前記ＬｉＣｏＯ_２粉末９５重量部および炭酸リチウム５重量部とを混合し、調製した混合物９１重量部、導電材としてのグラファイト６重量部、および結着材としてのポリフッ化ビニリデン樹脂６重量部を混合して正極合剤を作成する。
【００３１】
前記正極合剤をＮ−メチル −２−ピロリドンに分散させてスラリー状とし、この正極合剤スラリーを正極集電体である帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した後、乾燥させてからローラプレス機で圧縮成型して、活物質量が２７２ｇ／ｍ^２の正極構成体とする。
【００３２】
その後、上記負極構成体、正極構成体、および厚さ２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムをセパレータ部材とし、負極構成部材が最外周になるように積層
（重ね合わせ）してから、渦巻き状に捲装して円筒状の発電要素部を作成し、外装缶２内に収納・装着した後、対応する非水系電解液として、エチレンカーボネートを溶剤とした有機電解液を注入したものである。
【００３３】
上記構成の密閉型電池は、寸法精度などの点でも良好な外観性を有するだけでなく、突出電極端子側に配置した絶縁板の離脱や外装ラベルの損傷発生の恐れもなく、すぐれたす耐久性が確認された。すなわち、上記突出電極端子に嵌合・装着した絶縁板の強制引き抜きを試み、強制引き抜きに要する力を測定したところ、従来構成の良品に比べて遜色なく、実用上十分な耐久性が認められるとともに、強制引き抜きに要する力のバラツキも± ３．５％程度に低減しており、品質や信頼性が良好であった。
【００３４】
上記では、有底円筒型非水電解液電池の例示について説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば有底角筒型非水電解液電池、あるいはニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池など他の密閉型電池などに適用し、同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、外部電極間の短絡防止などのため、突出電極端子に嵌合・装着した絶縁板は、突出電極端子側面のテーパー付けによって、装着作業がし易い一方、離脱が防止される。また、突出電極端子に対する絶縁板の嵌合装着は、遊嵌的になされているため、外側への湾曲ないし反り発生の恐れも全面的に回避され、外観性などを損なわずに外装ラベルによる封装も行われる。つまり、外観性および保護機能が良好で、高品質の密閉型電池が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る密閉型電池の要部構成を示す断面図。
【図２】実施例に係る密閉型電池における突出電極端子の外径および突出電極端子に嵌合する絶縁板の嵌合孔径の関係例を模式的に示す断面図。
【図３】従来の密閉型電池の要部構成を示す断面図。
【図４】密閉型電池において突出電極端子に嵌合する絶縁板の要部構成を示す断面図。
【図５】従来の密閉型電池において突出電極端子に嵌合した絶縁板が湾曲した場合の要部構成例を示す断面図。
【図６】密閉型電池において突出電極端子に嵌合する絶縁板の湾曲もしくは反り発生状態を模式的に示す断面図。
【図７】従来の密閉型電池において突出電極端子に嵌合した絶縁板が湾曲した場合の他の要部構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１……発電要素
２……外装缶
３……封口体
３ａ……突出電極端子
４……ガスケット
５……封口絶縁板
６……絶縁板
６ａ……絶縁板の嵌合孔
７……外装ラベル
ａ……突出電極端子の頂部側
ｂ……突出電極端子の底部側

Claims

負極構成体、セパレータ、正極構成体および電解液から成る発電要素と、
前記発電要素を内蔵し、かつ一方の電極端子となる一端開口型の外装缶と、
前記外装缶開口部のガスケットを介挿させたカシメ付けで気密、かつ電気的に絶縁封口する他方の電極端子となり、頂部側から底部側へと外径が縮径化されてなる突出部を有する封口体と、
嵌合孔を有する平板からなり、前記突出部の頂部と底部との間の側壁に、前記嵌合孔の側縁が遊嵌的に嵌合して封口面側に配置された絶縁板と、
前記絶縁板の端縁部を含む外装缶外周面の少なくとも一部を被覆する外装ラベルと
を具備することを特徴とする密閉型電池。
前記突出部の外径が、頂部側から底部側へと連続的に縮径化され、前記突出部の頂部の外径をＤ _１、底部の外径をＤ _２および前記嵌合孔の内径をＤ_３としたとき、Ｄ_１、Ｄ_２およびＤ_３が、次式、Ｄ_１＞Ｄ_３＞Ｄ_２の関係を有し、かつ相互の差が１％を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。