JP4452449B2

JP4452449B2 - アルカリ乾電池

Info

Publication number: JP4452449B2
Application number: JP2003047160A
Authority: JP
Inventors: 吾恵吉岡; 清英筒井
Original assignee: FDK Energy Co Ltd
Current assignee: FDK Energy Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004259512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、破裂防止のための安全弁機能を備えたアルカリ乾電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ乾電池は、図３にその概要を示すように、有底筒状の金属製正極缶１１内に発電要素２０を収納するとともに、その金属缶１１を封口体３０'で気密封止して構成される。発電要素２０は、正極合剤２１、アルカリ電解液を含浸させたセパレータ２２、負極ゲル２３により構成される。負極ゲル２３中には棒状の集電体３１が挿入されている。封口体３０'は、集電体３１、樹脂製の絶縁ガスケット３２、皿状の負極端子３５'をあらかじめ一体化した集合部品であって、正極缶１１の開口部に挿入されたのち、その開口部をかしめることにより正極缶１１を気密封止する。ガスケット３２は、正極缶１１の開口部と負極端子３５'の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、負極端子３５'の裏側空間部と上記発電要素２０の収納空間部間を隔離することにより、正極缶１１内を気密封止する。
【０００３】
上述したアルカリ乾電池１０'では、電池の急速な充電やショートなどによって反応ガスが発生する。このガス発生による電池の破裂を防止するために、上記ガスケット３２に安全弁機能を持たせることが行われる（たとえば、特開平７−１０５９２５、特開２００２−２５１９８７）。この安全弁機能は、上記ガスケット３２が、正極缶１１内の圧力により先行破断する部分を有することにより形成される。具体的には、ガスケットの一部に破断しやすい薄肉部を形成するなどして形成される。これにより、反応ガスの発生により電池内圧が異常上昇したときに、上記安全弁機能が作動して内圧を逃がし、電池の破裂を予防することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のアルカリ乾電池では、その安全弁機能に次のような問題のあることが本発明者によってあきらかとされた。
すなわち、安全弁機能が作動する圧力すなわち弁作動圧は、電池の破裂を生じさせない範囲でなるべく高く設定した方が、漏液の発生確率を低くすることができる。ところが、その弁作動圧を高くすると、内部からの圧力で負極端子３５'が変形し、とくに平面部が破線で示すように外側へ湾曲変形する。この変形の結果、その負極端子３５'を含む封口体３０'による封口強度が低下し、この封口強度の低下によって電池が破裂する危険性のあることが判明した。しかし、負極端子３５'が変形する前に上記安全弁機能を作動させるように弁作動圧を低めに設定すると、今度は、微量あるいは少量のガス発生でも作動して漏液を生じやすくしてしまうという背反が生じる。
【０００５】
そこで、本発明者は上記負極端子３５'の耐変形強度を向上させることを検討した。耐変形強度を向上させるためには、材質の硬度や厚さを増せばよいが、そうすると加工性が悪くなり、とくにプレス加工が難しくなってしまう。負極端子３５'はプレス加工により低コストに量産可能されるが、これが可能な材質の厚みは０．４ｍｍ程度が限界である。
【０００６】
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程とくに負極端子のプレス加工を困難にすることなく、電池の破裂を防止する安全弁機能の信頼性を、耐漏液性能を確保しながら向上させたアルカリ乾電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の手段は、発電要素を収納した有底筒状の金属製正極缶と、この正極缶の開口部を塞ぐ皿状の金属製負極端子と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部間を隔離することにより、上記正極缶内を気密封止する樹脂製の絶縁ガスケットを有するアルカリ乾電池であって、
上記ガスケットは、上記収納空間部の圧力により先行破断する部分を有することにより、電池の破裂を防止する安全弁機能が形成され、
上記負極端子は、円形平面部の外周に環状周縁部を有する皿状であって、前記円形平面部の電池内方側の裏面に補強リングが接触した状態で介装されていることで、上記円形平面部の耐変形強度が選択的に増強されていることを特徴とする。この手段により、製造工程とくに負極端子のプレス加工を困難にすることなく、電池の破裂を防止する安全弁機能の信頼性を、耐漏液性能を確保しながら向上させることができる。
【０００８】
本発明の第２の手段は、発電要素を収納した有底筒状の金属製正極缶と、この正極缶の開口部を塞ぐ皿状の金属製負極端子と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部間を隔離することにより、上記正極缶内を気密封止する樹脂製の絶縁ガスケットを有するアルカリ乾電池であって、
上記ガスケットは、上記収納空間部の圧力により先行破断する部分を有することにより、電池の破裂を防止する安全弁機能が形成され
上記負極端子は、円形平面部の外周に環状周縁部を有する皿状であって、前記円形平面部の厚さが前記環状周縁部の厚さより厚く形成されていることで、上記円形平面部での耐変形強度が選択的に増強されていることを特徴としている。そして、この第２の手段によっても、製造工程とくに負極端子のプレス加工を困難にすることなく、電池の破裂を防止する安全弁機能の信頼性を、耐漏液性能を確保しながら向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の技術が適用されたアルカリ乾電池の概要を示す断面図である。同図に示すアルカリ乾電池１０は、有底筒状の金属製正極缶１１に発電要素２０を収納するとともに、その正極缶１１を封口体３０で気密封止して構成される。
【００１０】
正極缶１１はニッケルメッキされた薄鋼鈑をプレス加工したものが使用されている。発電要素２０は、二酸化マンガン等を含む正極活物質を所定形状（筒状）に成形固化した正極合剤２１、アルカリ電解液を含浸させたセパレータ２２、負極ゲル２３により構成される。負極ゲル２３中には棒状の負極集電体３１が挿入されている。
【００１１】
封口体３０は、集電体３１、樹脂製の絶縁ガスケット３２、皿状の負極端子３５をあらかじめ一体化した集合部品であって、正極缶１１の開口部に挿入された後、その開口部をかしめることにより正極缶１１を気密封止する。ガスケット３２は、正極缶１１の開口部と負極端子３５の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、負極端子３５の裏側空間部と上記発電要素２０の収納空間部間を隔離することにより、正極缶１１内を気密封止する。さらに、上記ガスケット３２は、発電要素２０が収納された正極缶１１内の圧力により先行破断する部分を有する。つまり、ガスケット３２は電池の破裂を防止する安全弁の機能を有する。電池１０内のガスは、ガスケット３２の先行破断より、負極端子３５の周縁部に形成されたガス抜き通路（小孔）から外部へ抜ける。
【００１２】
負極端子３５は円形平面部の外周に環状周縁部を有する皿状であって、ニッケル−鉄合金板あるいはニッケルメッキされた薄鋼鈑（厚さｔ１＝０．３ｍｍ程度）をプレス加工して形成される。この皿状負極端子３５の内側中央部には負極集電体３１の頭部がスポット溶接されている。この負極端子３５の裏側面には座金状の補強リング３６が介装されている。この補強リング３６により、負極端子３５の平面部での耐変形強度が選択的に増強されている。負極端子３５そのものは、従来のものと同様、厚さ０．３ｍｍ程度の金属板材をプレス加工することにより低コストに量産可能である。座金状の補強リング３６は扁平形状であって、負極端子３５と同じく、厚さ０．３ｍｍ程度の金属板材から低コストに生産可能であるが、これを用いることで上記負極端子３５の耐変形強度を増すことができる。とくに、内圧を受けて外側へ湾曲変形しやすい平面部での耐変形強度を選択的に増すことができる。
【００１３】
上述したアルカリ乾電池１０では、電池の急速な充電やショートなどによる反応ガスの発生により電池内圧が異常上昇すると、上記ガスケット３２の安全弁機能が作動して内圧を逃がし、電池の破裂を予防する。このとき、その安全弁機能の作動圧を耐漏液性の確保に十分な高さに設定しても、内圧による変形を受けやすい平面部での耐変形強度が増強された負極端子３５は、ほとんど変形せず、その形状をほぼ保持することができる。これに伴い、その負極端子３５を含む封口体３０も所定の封口強度を保持することができる。これにより、製造工程とくに負極端子のプレス加工を困難にすることなく、電池の破裂を防止するための安全弁機能の信頼性を、耐漏液性能を確保しながら向上させることができる。
【００１４】
図２は本発明のアルカリ乾電池に適した負極端子３５の実施例を従来例（３５'）と共に示す。同図において、（ａ）と（ｂ）は本発明に係る負極端子３５の断面図、（ｃ）は従来の負極端子３５'の断面図をそれぞれ示す。なお、図中のｔ１，ｔ２は厚さを示し、ｔ１は０．３ｍｍ、ｔ２は０．６ｍｍである。
【００１５】
同図の（ａ）に示す負極端子３５は、上述したように、平面部での耐変形強度が補強リング３６により選択的に増強されている。（ｂ）は、負極端子３５の平面部での厚さ（ｔ２＝０．６ｍｍ）を外周部のそれ（ｔ１＝０．３ｍｍ）よりも厚く形成することにより、同様の効果を得ている。この場合、厚みの大きな平面部は曲げ加工を受けないので、プレス加工等の加工性を悪くすることはない。また、この場合は、補強リング３６が不要なので、（ａ）の実施例に比べて部品数を少なくできるという利点がある。
【００１６】
（実施データ）
次に、本発明の効果が確認された具体的な実施データを示す。
この実施データはＬＲ０３型アルカリ電池において得たものである。厚さ０．３ｍｍの負極端子３５裏側面（内側面）に、厚さ０．３ｍｍ、外形５．６ｍｍ、内径３．０ｍｍの耐変形補強用リング３６を設けた。この補強リング３６の材質と厚さは、負極端子３５と同じにした。この負極端子を用いて、図１に示したような構造を有するＬＲ０３型アルカリ乾電池を試作し、ガスケットの弁作動圧力と負極端子の変形具合を確認した。比較のために、上記補強リング３６を設けない従来構造の同型アルカリ乾電池についても、同様の確認を行った。次の表１はその確認結果を示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
上記表１からもあきらかなように、本発明品では、負極端子の変形が抑制されてガスケットの弁作動圧が安定するとともに、封口耐圧も向上している。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスケットに安全弁機能を持たせた電池において、製造工程とくに負極端子のプレス加工を困難にすることなく、電池の破裂を防止する安全弁機能の信頼性を、耐漏液性能を確保しながら向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアルカリ乾電池の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明で使用する負極端子の実施例を示す断面図である。
【図３】従来のアルカリ乾電池の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０アルカリ乾電池（本発明）
１０' アルカリ乾電池（従来）
１１正極缶
２０発電要素
２１正極合剤
２２セパレータ
２３負極ゲル
３０封口体（本発明）
３０' 封口体（従来）
３１負極集電体
３２ガスケット
３５負極端子（本発明）
３５' 負極端子（従来）
３６補強リング
ｔ１負極端子／補強リングの厚さ
ｔ２負極端子の平面部の厚さ

Claims

発電要素を収納した有底筒状の金属製正極缶と、この正極缶の開口部を塞ぐ皿状の金属製負極端子と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部間を隔離することにより、上記正極缶内を気密封止する樹脂製の絶縁ガスケットを有するアルカリ乾電池であって、
上記ガスケットは、上記収納空間部の圧力により先行破断する部分を有することにより、電池の破裂を防止する安全弁機能が形成され、
上記負極端子は、円形平面部の外周に環状周縁部を有する皿状であって、前記円形平面部の電池内方側の裏面に補強リングが接触した状態で介装されていることで、上記円形平面部の耐変形強度が選択的に増強されている
ことを特徴とするアルカリ乾電池。
発電要素を収納した有底筒状の金属製正極缶と、この正極缶の開口部を塞ぐ皿状の金属製負極端子と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部間に被挟圧状態で介在するとともに、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部間を隔離することにより、上記正極缶内を気密封止する樹脂製の絶縁ガスケットを有するアルカリ乾電池であって、
上記ガスケットは、上記収納空間部の圧力により先行破断する部分を有することにより、電池の破裂を防止する安全弁機能が形成され
上記負極端子は、円形平面部の外周に環状周縁部を有する皿状であって、前記円形平面部の厚さが前記環状周縁部の厚さより厚く形成されていることで、上記円形平面部での耐変形強度が選択的に増強されている
ことを特徴とするアルカリ乾電池。