JP4303938B2

JP4303938B2 - 円筒型電池

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Publication number: JP4303938B2
Application number: JP2002317587A
Authority: JP
Inventors: 秀典都築; 勝博山下; 吉郎原田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004152653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電要素を収納した電池ケースをガスケットと金属板で封口した円筒型電池に関し、たとえばＬＲ２０（単１）型やＬＲ６（単３）型などの円筒型アルカリ乾電池に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＲ２０型やＬＲ６型などの円筒型アルカリ乾電池は、図７にその構成例を示すように、金属製で正極端子を兼ねる有底円筒状の電池ケース１１内に発電要素を収納するとともに、その電池ケース１１の開口部内側に封口ガスケット３１を介して金属板２３を挿入し、上記開口部を内側へかしめ加工して上記ガスケット３１を上記電池ケース１１と上記金属板２３の間に挟圧することにより、上記ケース１１を封口している。
【０００３】
上記金属板２３は平らな円盤状であって、同図に示す電池１０の場合は、金属製負極端子板２１の内側に介装された状態で、その端子板２１およびガスケット３１と共に、上記電池ケース１１の封口部を形成している。負極端子板２１は平らな端子面部および周縁鍔部を有する皿状であって、その内側には、棒状負極集電子２２が溶接・固定されるとともに、上記金属板２３および上記ガスケット３１が組み付けられて封口体２０を形成している。この封口体２０で封口された電池ケース１１内には、発電要素として、正極合剤１３、セパレータ１４、ゲル状負極合剤１５がアルカリ電解液と共に収容されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の円筒型電池１０では、電池ケース１１内に収納した発電要素の内容物とくにアルカリ電解液の漏出を防止するため、封口部の強度をできるだけ高める必要がある。封口強度を高めるためには、電池ケース１１と封口ガスケット３１間の接触圧を大きくした方がよいが、そのためには、電池ケース１１や金属板２３の肉厚を大きくする必要があった。また、封口ガスケット３１と電池ケース１１および金属板２３との間の掛かり部分も大きくする必要があった。しかし、電池ケース１１や金属板２３の肉厚を大きくしたり、これらとガスケット３１との掛かり部分を多くすることは、電池ケース等の加工性を悪くする、電池ケース１１内の有効発電容積を減少させる、材料や加工のコストが高くなる、などの問題を生じさせる。
【０００５】
この発明は以上のような背反する問題に鑑みてなされてもので、その目的は、電池ケース等の加工性、電池ケース内の有効発電容積、および材料や加工のコスト性を損なうことなく、封口強度の高い円筒型アルカリ電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、以下の事項（１）〜（３）により特定されるものである。
（１）金属製で一方極の端子を兼ねる有底円筒状の電池ケース内に発電要素を収納するとともに、電池ケースの開口部内側に封口ガスケットを介して金属板を嵌挿し、上記開口部を内側へかしめ加工して上記ガスケットを上記電池ケースと上記金属板の間に挟圧することにより上記ケースを封口した円筒型電池であること
（２）上記金属板がアーチ状に湾曲形成されるとともに、そのアーチの凸側面が電池ケースの内側に向いていること
（３）前記電池ケースの肉厚が０．２５ｍｍ以下であること
あるいは、上記（１）（２）と以下の（４）によって特定される手段としてもよい。
（４）前記金属板の肉厚が０．８ｍｍ以下であること。
【０００７】
上記手段によれば、電池ケースや金属板の肉厚を大きくしなくても、また、それらとガスケットとの掛かり部分を大きくしなくても、封口強度を高めることができる。これにより、電池ケース等の加工性、電池ケース内の有効発電容積、および材料や加工のコスト性を損なうことなく、封口強度の高い円筒型アルカリ電池を得ることができる。
【０００８】
なお、上記（１）〜（４）によって特定される手段とすることもできる。また、金属板の径に対するアーチの膨らみは１／２０以上が好ましい。
【０００９】
アーチ状の金属板は他方極の端子板の内側に介装された状態で、その端子板およびガスケットと共に、電池ケースの封口部を形成することができる。また、アーチ状の金属板は他方極の端子板を形成していてもよい。つまり、負極端子板を金属板に見立ててアーチ状に形成することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の技術が適用された円筒型電池の実施形態を示す。同図に示す電池１０は、ＬＲ２０（単１）あるいはＬＲ６（単３）といった型名で呼ばれている円筒型のアルカリ乾電池であって、発電要素を収納した有底円筒状の電池ケース１１の開口部を封口体２０で塞いで封口してある。
【００１１】
電池ケース１１は、鉄を主組成とするニッケルメッキ鋼板をプレス加工等により有底円筒状に加工した金属缶であって、正極端子を兼ねる。この電池ケース１１の底部には凸状の正極端子部１２が形成されている。この正極端子部１２を除く電池ケース１１の外周囲は、ラベル印刷を施した外装材（図示省略）で被覆・包装される。
【００１２】
上記電池ケース１１は、その内部に発電要素として、正極合剤１３、セパレータ１４、ゲル状負極合剤１５が装填されるとともに、その開口部が、負極端子板２１、金属板２３、封口ガスケット３１などからなる封口体２０により気密に封口されている。
【００１３】
正極合剤１３は、二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケル等の活物質を含む環状（または管状）の成形体であって、上記電池ケース１１内に圧入状態で装填されている。この正極合剤１３の内側にセパレータ１４が配置されている。セパレータ１４には高濃度の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ水溶液）からなるアルカリ電解液が含浸されている。このセパレータ１４の内側にゲル状亜鉛を主剤とする負極合剤１５が充填されている。そして、この負極合剤１５中に棒状の負極集電子２２が挿入されている。
【００１４】
負極集電子２２の上端部は負極端子板２１の内側面にスポット溶接により固定されている。負極端子板２１は平坦な端子面と環状鍔部を有する皿状の金属製であって、その内側に上記金属板２３および上記封口ガスケット３１が組み付けられて上記電池ケース１１の封口体２０を形成している。
【００１５】
封口ガスケット３１は、電気絶縁性かつ耐アルカリ性で適度の応力弾性を呈する材質たとえばポリアミド樹脂を金型で一体成形したものが使用される。負極端子板２１およびこの負極端子板２１の内側に介装される金属板２３は、上記電池ケース１１と同様、鉄を主組成とするニッケルメッキ鋼板のプレス加工により形成される。
【００１６】
上記金属板２３は上記電池ケース１１の開口部内側に封口ガスケット３１を介した状態で嵌挿されるが、この状態で上記電池ケース１１の開口部が内側へかしめ加工されることにより、上記ガスケット３１が上記電池ケース１１と上記金属板２３の間で挟圧されて上記ケース１１が封口される。ここで、この発明で使用している上記金属板２３は、従来のような平らな板ではなく、図１に示すように、少なくともその中央部がアーチ状に湾曲形成されるとともに、そのアーチの凸側面が電池ケース１１の内側に向けられている。
【００１７】
このアーチ状の金属板２３は、電池ケース１１開口部のかしめにより、弾性変形させられながら負極端子板２１とガスケット３１の間に介装される。ガスケット３１は、かしめ加工された電池ケース１１の開口部によって金属板２３側へ押圧されると同時に、弾性変形させられた金属板２３の応力によって電池ケース１１の開口部側へ強く弾圧されるようになる。これにより、ガスケット３１は電池ケース１１側と金属板２３側の両方から強く挟持されて、電池ケース１１や金属板２３の肉厚が比較的小さい場合でも、封口強度が大幅に高めることできる。すなわち、電池ケース１１や金属板２３の肉厚を大きくしなくても、また、それらとガスケット３１との掛かり部分を多くしなくても、封口強度を高めることができる。
以下、本発明の具体的な実施例を示す。
【００１８】
（実施例）
ＬＲ２０型の円筒型アルカリ乾電池１０において、表１に示すように、電池ケース１１の肉厚と金属板２３の形状および肉厚を変えて実施例１〜３と比較例１〜３の電池をそれぞれ作製し、各電池の封口強度を測定した。
この場合、実施例１〜３の各電池はそれぞれ、アーチ状に形成された金属板２３を使用して作製した。比較例１〜３の各電池はそれぞれ、平らに形成された金属板２３を使用して作製した。他の構成については、実施例と比較例とで同条件となるように作製した。
【００１９】
実施例１〜３と比較例１〜３のどちらも、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が０．３０ｍｍのもの、０．２５ｍｍのもの、０．２０ｍｍのものをそれぞれ作製した。さらに、同じ電池ケース１１の肉厚で金属板２３の肉厚が０．６ｍｍのもの、０．８ｍｍのもの、１．０ｍｍのものをそれぞれ作製した。各電池の封口強度（単位：ＭＰａ）を測定したところ、表１のような結果が得られた。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１において、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が同じとなる実施例と比較例について、また、金属板２３の肉厚が同じとなる実施例と比較例について、それぞれ両者の封口強度を比較してみると、次のようなことがわかる。
【００２２】
すなわち、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が大きい（０．３０ｍｍ）場合、あるいは金属板２３の肉厚が大きい（１．０ｍｍ）場合は、実施例と比較例との間に封口強度の違いはとくに認められない。しかし、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が小さく（０．２０ｍｍ）なると、また、金属板２３の肉厚が小さく（０．６ｍｍ）なると、比較例ではいずれも封口強度が大幅に低下するが、実施例ではその封口強度の低下が小幅となっている。つまり、実施例では、電池ケース１１の肉厚を大きくしなくても、また、金属板２３の肉厚を大きくしなくても、比較的高い封口強度を得ることができる。これは、実施例の各電池がそれぞれアーチ形状の金属板２３を使用していることによる。これにより、電池ケース等の加工性、電池ケース内の有効発電容積、および材料や加工のコスト性を損なうことなく、封口強度の高い円筒型アルカリ電池を得ることができる。
【００２３】
上記表１によれば、金属板２３をアーチ形状にしたことによる封口強度の増大効果は、電池ケース１１の肉厚が０．２５ｍｍ以下のときにとくに顕著である。これらのことから、電池ケース１１の肉厚は０．２５ｍｍ以下が望ましい。また、金属板の肉厚が０．８ｍｍ以下のときも、金属板２３をアーチ形状にしたことによる封口強度の増大効果が顕著である。これらのことから、金属板２３の肉厚は０．８ｍｍ以下が望ましい。電池ケース１１と金属板２３の肉厚はいずれも、電池ケース等の加工性、電池ケース内の有効発電容積、および材料や加工のコスト性を良好にするためには、できるだけ小さい方が有利である。
【００２４】
図２は、本発明によるＬＲ２０型アルカリ乾電池１０において、金属板２３の肉厚に対する封口強度増大率（アップ率）をグラフ化して示す。同図に示すように、金属板２３をアーチ形状とすることによる封口強度の増大率は、金属板２３の肉厚が小さいほど大きくなる傾向がある。つまり、金属板２３の肉厚が小さい領域では、金属板２３をアーチ形状とすることによる封口強度増大の効果が大きい。さらに、この効果は、同図に示すように、電池ケース（正極缶）１１の肉厚も小さい方が顕著となる。これにより、金属板２３および電池ケース１１の肉厚を大きくしなくても、十分な封口強度を確保することができる。
【００２５】
図３は、本発明によるＬＲ２０型アルカリ乾電池１０において、電池ケース（正極缶）１１の肉厚に対する封口強度増大率（アップ率）をグラフ化して示す。同図に示すように、金属板２３をアーチ形状とすることによる封口強度の増大率は、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が小さいほど大きくなる傾向がある。つまり、電池ケース１１の肉厚が小さい領域では、金属板２３をアーチ形状とすることによる封口強度増大の効果が大きい。さらに、この効果は、同図に示すように、金属板２３の肉厚が小さい方が顕著となる。これにより、電池ケース（正極缶）１１および金属板２３の肉厚を大きくしなくても、十分な封口強度を確保することができる。
【００２６】
図４は、本発明によるＬＲ６型アルカリ乾電池１０において、金属板２３の肉厚に対する封口強度増大率（アップ率）をグラフ化して示す。同図に示すように、ＬＲ６型電池の場合においても、金属板２３をアーチ形状とすることによる封口強度の増大率は、ＬＲ２０型の場合と同様、金属板２３の肉厚が小さいほど大きくなる傾向がある。したがって、この場合も、金属板２３および電池ケース１１の肉厚を大きくすることなく封口強度を高めることができる。
【００２７】
表２は、ＬＲ２０型アルカリ乾電池１０において、上記金属板２３の形状を変えた場合の封口強度に関するデータを示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２において、比較例４の電池はアーチ形状の金属板２３を使用しているが、そのアーチの凸面側が、実施例１のものとは反対に、図６に示すように、電池ケース１１の外側に向けられている。この表２からわかるように、金属板２３を逆アーチ状で介装させた比較例４の電池では、金属板２３を順アーチ状に介装させた実施例１のような封口強度増加の効果は、得られない。
【００３０】
表３は、アーチ形状の金属板２３を使用したＬＲ２０型アルカリ乾電池１０において、そのアーチの膨らみ度（アーチの湾曲度）を変えた場合の封口強度に関するデータを示す。
【００３１】
【表３】

【００３２】
表３からもわかるように、封口強度の増大効果を高めるためには、アーチの膨らみｈをある程度以上大きくした方がよい。具体的には、アーチの膨らみｈが金属板２３の径（直径）Ｄに対して１／２０以上（ｈ／Ｄ＞１／２０）であることが好ましい。
【００３３】
表４は、ＬＲ６型の円筒型アルカリ乾電池１０において、電池ケース１１の肉厚と金属板２３の形状および肉厚を変えて実施例５，６と比較例６，７の電池をそれぞれ作製し、各電池の封口強度を測定した。
【００３４】
この場合、実施例５，６の各電池はそれぞれ、実施例１〜３と同様、アーチ状に形成された金属板２３を使用して作製した。比較例６，７の各電池はそれぞれ、比較例１〜３と同様、平らに形成された金属板２３を使用して作製した。他の構成については、実施例と比較例とで同条件となるように作製した。
【００３５】
実施例５，６と比較例６，７のどちらも、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が０．２５ｍｍのものと０．２０ｍｍのものをそれぞれ作製した。さらに、同じ電池ケース１１の肉厚で金属板２３の肉厚が０．４ｍｍのもの、０．５ｍｍのもの、０．６ｍｍのものをそれぞれ作製した。各電池の封口強度（単位：ＭＰａ）を測定したところ、表４のような結果が得られた。
【００３６】
【表４】

【００３７】
表４において、電池ケース（正極缶）１１の肉厚が同じとなる実施例と比較例について、また、金属板２３の肉厚が同じとなる実施例と比較例について、それぞれ両者の封口強度を比較してみたが、実施例５，６では、実施例１〜３と同様、電池ケース１１の肉厚を大きくしなくても、また、金属板２３の肉厚を大きくしなくても、比較的高い封口強度を得ることができた。
【００３８】
上述した実施例１〜６では、アーチ状の金属板２３が負極端子板２１の内側に介装されていたが、たとえば負極端子板２１と封口ガスケット３１だけで封口部が形成された円筒型電池１０では、図５に示すように、その負極端子板２１の少なくとも中央面をアーチ形状にすることによっても、同様の効果を得ることができる。この場合、負極端子板２１は上記金属板２３に相当する機能を奏することができる。アーチ状に湾曲形成された負極端子板２１は、電池ケース１１の開口部を内側にかしめ加工することにより弾性変形させられて平坦化されるが、この弾性変形状態の負極端子板２１が封口ガスケット３１を常に強く挟圧して封口強度を高めるように作用する。
【００３９】
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。
【００４０】
付記：
［付記１］電池ケースは鉄を主成分とする鋼板をプレス加工したものであることを特徴とする請求項１〜６の円筒型電池。
［付記２］金属板は鉄を主成分とする鋼板により形成されていることを特徴とする請求項１〜６または付記１の円筒型電池。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、電池ケース等の加工性、電池ケース内の有効発電容積、および材料や加工のコスト性を損なうことなく、封口強度の高い円筒型アルカリ電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型電池の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るＬＲ２０型アルカリ乾電池において、金属板の肉厚に対する封口強度増大率（アップ率）の変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係るＬＲ２０型アルカリ乾電池において、電池ケースの肉厚に対する封口強度増大率の変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係るＬＲ６型アルカリ乾電池において、金属板の肉厚に対する封口強度増大率の変化示すグラフである。
【図５】負極端子板を金属板の代りにアーチ形状にした例を示す断面図である。
【図６】アーチの凸側面が逆方向を向いた金属板を示す断面図である。
【図７】従来の円筒型電池の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０円筒型電池（アルカリ乾電池）
１１電池ケース（正極缶）
１２正極端子部
１３正極合剤
１４セパレータ
１５負極合剤
２０封口体
２１負極端子板
２２負極集電子
２３金属板
３１ガスケット
Ｄ径
ｈアーチの膨らみ

Claims

金属製で一方極の端子を兼ねる有底円筒状の電池ケース内に発電要素を収納するとともに、その電池ケースの開口部内側に封口ガスケットを介して金属板を嵌挿し、上記開口部を内側へかしめ加工して上記ガスケットを上記電池ケースと上記金属板の間に挟圧することにより上記ケースを封口した円筒型電池において、
上記金属板がアーチ状に湾曲形成されるとともに、そのアーチの凸側面が電池ケースの内側に向いており、
前記電池ケースの肉厚が０．２５ｍｍ以下である
ことを特徴とする円筒型電池。
金属製で一方極の端子を兼ねる有底円筒状の電池ケース内に発電要素を収納するとともに、その電池ケースの開口部内側に封口ガスケットを介して金属板を嵌挿し、上記開口部を内側へかしめ加工して上記ガスケットを上記電池ケースと上記金属板の間に挟圧することにより上記ケースを封口した円筒型電池において、
上記金属板がアーチ状に湾曲形成されるとともに、そのアーチの凸側面が電池ケースの内側に向いており、
前記金属板の肉厚が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする円筒型電池。
請求項１において、前記金属板の肉厚が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする円筒型電池。
請求項１〜３のいずれかにおいて、金属板の径に対するアーチの膨らみが１／２０以上であることを特徴とする円筒型電池。
請求項１〜４のいずれかにおいて、アーチ状の金属板は他方極の端子板の内側に介装された状態で、その端子板およびガスケットと共に、電池ケースの封口部を形成していることを特徴とする円筒型電池。
請求項１〜４のいずれかにおいて、アーチ状の金属板が他方極の端子板を形成していることを特徴とする円筒型電池。