JP4958428B2 - アルカリ乾電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解液を含む発電要素が密閉状態で収容された密閉型電池に関し、たとえば防爆機能を有するアルカリ電池とくに一次電池に適用してとくに有効である。

アルカリ電池は、アルカリ電解液を含む発電要素が封口ガスケットを用いて密閉封止されているが、充電やショート等により電池内圧が異常上昇して電池が破裂するのを防ぐために、封口ガスケットの一部を先行破断させて電池内のガスを外部へ逃がすようにした防爆機能が通常備えられている（たとえば、特許文献１）。

図４は、従来のアルカリ乾電池の構成例を示す。同図に示すアルカリ乾電池１０１は、正極集電体と正極端子を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１５内に、アルカリ電解液を含む発電要素２０が収容されている。

発電要素２０は、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに環状または管状に成形した正極合剤２１と、この正極合剤２１の内側に装填された筒状セパレータ２２と、このセパレータ２２の内側に充填されたゲル状負極亜鉛２３により形成されている。

正極缶１５の開口部は、負極端子板２６や電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット３０などからなる封口部品によって気密封口されている。負極端子板２６には負極集電子２５がスポット溶接等により固定接続されている。

封口ガスケット３０は、中央ボス部３１、環状パッキング部３２、中間隔壁部３３、および薄肉部３４を一体的に有する。中央ボス部３１には負極集電子２５を気密状態で貫通させる透孔が形成されている。

環状パッキング部３２は、正極缶１５の開口端部を内方にカシメ加工することにより、その開口端部と負極端子板２６の周縁部との間に被圧状態で介在して気密シール状態を形成する。中間隔壁部３３は、電池内圧が高くなったときに変形可能なように形成されている。薄肉部３４は、電池内圧が異常上昇したときに先行破断して電池内のガスを外部へ逃がすように形成されている。このため、負極端子板２６には、図示を省略するが、ガス抜き孔が設けられている。

上記のように、アルカリ乾電池等の密閉型電池では、電池内圧が異常上昇したときに作動して電池内のガスを逃がすことにより、電池の破裂を防止するようにした防爆機能が通常備えられている。
特開２００１−１２６６９４

上述した従来の密閉型電池には次のような問題のあることが判明した。すなわち、たとえばアルカリ乾電池の内圧が高くなって防爆機能が作動した場合、電池内のガスを外部へ逃がすことにより電池の破裂を防止することはできるが、そのガスが逃げるのと同時に高濃度のアルカリ電解液も外部へ逃がしてしまう。外部に出た電解液は機器を損傷させる。人体に付着した場合は火傷を起こす可能性がある。

一方、たとえばアルカリ乾電池の内圧が高くなる原因としては、機器に複数本の電池を直列に装填する際に１本だけ逆方向に誤装填してしまった場合、充電が禁止されている一次電池を誤って充電器に装填してしまった場合などがある。また、負極をリッチ（正極電気量よりも多く）にした電池では、過放電によってガス発生が起こり、内圧が高くなる。

このように、密閉型電池では単純な誤使用でも内圧が高くなる。誤使用状態が続いて内圧が一定限度を超えると、防爆機能が作動してガス抜きが行われるが、このガス抜きにともなって放出される電解液が、機器等に害を及ぼすという問題があった。

本発明は上記のような問題を解決するものであって、その目的は、誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。

（１）電解液を含む発電要素が正極端子を兼ねる有底筒状の電池缶内に密閉状態で収容されたアルカリ乾電池であって、
前記電池缶の底部を下方として、当該電池缶の上部開口が、絶縁性の樹脂製封口ガスケットを介して負極端子板が嵌着されて気密封口されているとともに、前記封口ガスケットには棒状の負極集電子が気密状態で貫通しており、
前記封口ガスケットに一体的に上方に突出するように形成された軸状部材を含んで構成されて、電池内圧が高まった場合に、封口ガスケットが上方に可撓変形するのに連動して、通電遮断状態を形成するとともに、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記通電遮断状態の手動または自動による解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備え、
定常状態において、前記負極端子板の裏面と前記負極集電子の上端とは接触状態にあるとともに、前記可逆通電遮断手段は、電池内圧が高まった際に、前記軸状部材が前記負極端子板の裏面を上方に押圧して当該負極端子板を可逆変形させて前記負極集電子との接触状態を解除することで前記通電遮断状態を形成する一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記負極端子が元の形状に復帰することにより負極端子と負極集電子が再度接触して前記通電遮断状態が解除する、
ことを特徴とするアルカリ乾電池。

（２）電解液を含む発電要素が正極端子を兼ねる有底筒状の電池缶内に密閉状態で収容された密閉型電池であって、
前記電池缶の底部を下方として、当該電池缶の上部開口が絶縁性の樹脂製封口ガスケットを介して負極端子板が嵌着されて気密封口されているとともに、前記封口ガスケットには棒状の負極集電子が気密状態で貫通しており、
前記封口ガスケットに一体的に上方に突出するように形成された軸状部材を含んで構成されて、電池内圧が高まった場合に、封口ガスケットが上方に可撓変形するのに連動して、通電遮断状態を形成するとともに、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記通電遮断状態の手動または自動による解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備え、
前記負極端子板には、上下両面を連絡する透孔が、前記軸状部材の形成位置に対応して形成されており、前記可逆通電遮断手段は、電池内圧が高まった際、前記軸状部材の上端が、前記封口ガスケットの上方への撓みに連動して前記透孔より電池外部に露出するとともに負極端子板の上面よりも高い位置に突出することで前記通電遮断状態を形成する、
ことを特徴とするアルカリ乾電池。

（３）上記手段（１）または（２）において、前記封口ガスケットは、電池内圧が異常上昇したときに部分的に破断して電池内のガスを外部へ逃がす防爆機能を備えるとともに、前記圧力作動式の可逆通電遮断手段の作動圧力は、前記防爆機能の作動圧力よりも低いことを特徴とするアルカリ乾電池。

誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は、本発明による密閉形電池の第１実施形態を示す。同図に示す密閉型電池１０はＬＲ型のアルカリ乾電池であって、正極集電体と正極端子を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１５内に、アルカリ電解液を含む発電要素２０が収容されている。

発電要素２０は、図示を省略するが、従来のアルカリ乾電池と同様、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに環状または管状に成形した正極合剤と、この正極合剤の内側に装填された筒状セパレータと、このセパレータの内側に充填されたゲル状負極亜鉛により形成されている。

負極亜鉛には棒状の金属製負極集電子２５が挿入されている。正極缶１５の開口部は、負極端子板２６、補強板２８、電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット３０などからなる封口部品によって気密封口されている。

封口ガスケット３０は、中央ボス部３１、環状パッキング部３２、中間隔壁部３３、および薄肉部３４を一体的に有する。中央ボス部３１には負極集電子２５を気密状態で貫通させる透孔が形成されている。

環状パッキング部３２は、正極缶１５の開口端部を内方にカシメ加工することにより、その開口端部と負極端子板２６の周縁部との間に被圧状態で介在して気密シール状態を形成する。中間隔壁部３３は、電池内圧が高くなったときに変形可能なように形成されている。

薄肉部３４は、電池内圧が異常上昇したときに先行破断して電池内のガスを外部へ逃がすように形成されている。このため、負極端子板２６には、図示を省略するが、ガス抜き孔が設けられている。

上記のように、実施形態の密閉型電池では、電池内圧が異常上昇したときに作動して電池内のガスを逃がすことにより、電池の破裂を防止するようにした防爆機能が通常備えられている。

さらに、実施形態の電池１０では、同図の（ａ）に示すように、定常状態において、負極端子板２６の内側中央面が負極集電子２５の頭部に圧接触するように形成および設置されている。つまり、負極端子板２６と負極集電子２５は溶接ではなく、離反可能に接触する状態となっている。

これとともに、封口ガスケット３０の中間隔壁部３３と負極端子板２６の間にアクチェータ４１が介在させられている。アクチェータ４１は剛性を有するロッド状で、その基端部が中間隔壁部３３に支持されるとともに、その先端部が負極端子板２６の内側面に当接させられている。このアクチェータ４１は独立の部品として形成してもよいが、ガスケット３０と一体に形成してもよい。

上記密閉型電池１０は、正常な保存状態あるいは使用状態にあって電池内圧が高くなっていない場合、同図の（ａ）に示すように、負極端子板２６が負極集電子２５に接触して両者間に通電状態が形成される。この状態のとき、電池１０は正常使用可能である。

ところが、誤使用によって電池内圧が高くなると、同図の（ｂ）に示すように、その高くなった内圧によってガスケット３０の中間隔壁部３３が上方すなわち負極端子板２６側へ押圧されて変形する。この変形にともない、アクチェータ４１が上方へ移動付勢されて、その先端部が負極端子板２６を上方へ押圧する。この結果、負極端子板２６が弾性変形させられて負極集電子２５から離反する。

このように、誤使用によって電池内圧が高まって来ると、負極端子板が変形することにより通電遮断状態が形成される。つまり、電池内圧による作動で通電遮断状態を形成する。通電が遮断されると電池１０内のガス発生は治まる。

これにより、電池内圧が高くなると、ガスケット３０の防爆機能を作動させる前に、その電池内圧が高くなる原因を自動的に解除させることができる。したがって、誤使用による電池１０の破裂はもちろん、防爆機能の作動による電解液の漏出も確実に防止することができる。

この後、電池内圧を高くするような誤使用状態が是正されると、電池内圧は徐々に低下するが、電池内圧が正常範囲まで低下すると、同図の（ａ）に示すように、負極端子板２６が元の形状に弾性復帰することにより、負極端子板２６と負極集電子２５が再度接触して上記通電遮断状態の解除がされ、電池１０は最初の可使用状態に復帰する。

以上のように、上述した密閉型電池１０には、電池内圧が高まった場合に、その内圧で作動して通電遮断状態を形成する一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、上記通電遮断状態が自動解除される圧力作動式の可逆通電遮断手段が形成されている。これにより、誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる。

ここで、上記負極端子板２６の弾性変形状態について、上記説明では、電池内圧の上昇によって弾性変形させられた負極端子板２６が、電池内圧の低下によって自動的に元の形状に弾性復帰する構成とすることにより、上記通電遮断が自動解除されるようになっていたが、負極端子板２６が図１の（ａ）と（ｂ）の２通りの形状状態を保持するように形成されていれば、上記通電遮断を手動で解除させるようにすることができる。

すなわち、負極端子板２６を、同図（ａ）に示すように、その中央面が電池内側（図では下方）に反りかえった第１の安定状態と、同図（ｂ）に示すように、その中央面が電池外側（図では上方）へ反りかえった第２の安定状態とをとることができるように構成する。

この場合、同図（ａ）に示す通電状態にある電池１０が、誤使用によって電池内圧が高くなると、その内圧が一定限度に達したところで負極端子板２６が上方へ反りかえって、同図（ｂ）に示す通電遮断状態になる。

この通電遮断状態は電池内圧が低下した後も保持されるが、負極端子板２６の中央面を外側から指等で押圧することにより、負極端子板２６を下方へ反りかえらせて、同図（ａ）に示す通常状態に手動復帰させることができる。

このとき、電池内圧が高いままだと、負極端子板２６は指等で押圧しても下方へ反りかえることができない。これにより、使用者は、電池が誤使用によって使用不可になったことを知ることができるとともに、誤使用状態を解消させた電池が使用可能な状態になったか否かも簡単に確認することができる。

図２は、本発明による密閉形電池の第２実施形態を示す。同図に示す密閉型電池１０はＬＲ型のアルカリ乾電池であって、電池としての基本構成は上記第１実施形態と同様である。したがって、以下の説明では、要部の特徴事項のみ示す。

この第２実施形態では、負極端子板２６と負極集電子２５がスポット溶接により固定接続されているとともに、その負極端子板２６の中央面付近に複数（３箇所以上）の透孔２７が等角間隔で設けられている。

封口ガスケット３０は、同図の（ａ）と（ｂ）に示すように、中央ボス部３１、環状パッキング部３２、中間隔壁部３３、薄肉部３４に加えて、上記透孔２７から負極端子板２６の外側（図では上方）へ突出移動可能な突軸部３５が一体に形成されている。

この実施形態の密閉型電池１０では、電池内が正常圧のときは、同図（ａ）に示すように、突軸部３５が負極端子板２６の外側端子面から突出しない定常位置に後退している。

一方、誤使用等によって電池内圧が正常範囲を超えて高くなると、同図（ｂ）に示すように、その内圧によって、ガスケット３０の中央ボス部３１が上方へ押されて移動する。この移動により、突軸部３５が負極端子板２６の外側端子面よりも高い位置まで押し出される。この動作は、ガスケット３０の薄肉部３４による防爆機能が作動する圧力よりも低い電池内圧で開始される。

これにより、たとえば図３の（ａ）に示すように、機器の電池ホルダ部１１０に直列に装填された複数本の電池１０，１０，・・・のうち、１本だけが逆方向に装填されるという誤使用が行われたとしても、同図の（ｂ）に示すように、上記突軸部３５が電池外部へ突出して電池１０，１０間に絶縁セパレータとして介在することにより、その電池間の導通を自動的に遮断するようになる。

誤使用状態が解消されて、電池内圧が正常に戻った場合は、端子面から突出した突軸部３５を手動で押し込むことにより、元の定常位置に復帰させることができる。

このように、第２の実施形態では、電池内圧が高まった場合に、その内圧を受けて電池１０内部から電池外部の負極端子面よりも高い位置に突出する電気絶縁性の可動部材が形成され、この可動部材によって圧力作動式の可逆通電遮断手段が形成されている。

第２の実施形態では、電池内圧が高くなったときに、ガスケット３０の中央ボス部３１が負極集電子２５に対して摺動移動させられるが、電池内圧によって中央ボス部３１に作用する押圧力すなわち移動駆動力はかなり強いので、ボス部３１と負極集電子２５間の圧迫力を減じる必要はない。したがって、中央ボス部３１を摺動移動させても、それによって電池内の気密状態が阻害される懸念はない。

図４に示した従来の構成を有するＬＲ型アルカリ乾電池（従来例）と、図２に示した第１実施形態の構成を有するＬＲ型アルカリ乾電池（実施例１）と、図２に示した第１実施形態の構成を有するＬＲ型アルカリ乾電池（実施例２）をそれぞれ作製し、次のような漏液発生試験Ａ〜Ｄを行った。

試験Ａ：試験電池４本を電池ホルダに直列装填するとともに、その中の１本だけ、極性を逆に装填した。この状態で、４本直列の両端を２４時間ショートさせて、漏液発生状況（漏液発生個数／試験個数）を調べた。
試験Ｂ：試験電池４本を電池ホルダに４本共正しい極性方向で直列装填した。この状態で、４本直列の両端を２４時間ショートさせて、漏液発生状況（漏液発生個数／試験個数）を調べた。
試験Ｃ：従来例と実施例１の電池について、単体電池の正極端子と負極端子を２時間ショートさせた。この場合、実施例１の電池は通電遮断状態にさせた。このあと、その２種類の電池を１ヶ月置いた後の漏液発生状況（漏液発生個数／試験個数）を調べた。
試験Ｄ：従来例と実施例１の電池について、単体電池を１０Ωで７２時間放電させた場合の漏液の発生状況（漏液発生個数／試験個数）を調べた。

表１は、上記試験Ａ〜Ｄの結果を示す。

なお、試験Ｃ，Ｄについては、単体電池の試験なので、実施例２の電池については試験を行っていない。
表１からもあきらかなように、実施例１，２の電池は、典型的な誤使用を想定した試験でも、漏液発生の防止に非常に有効であることが判明した。

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。

誤使用による電池の破裂および電解液の放出を確実に防止することができ、さらに、誤使用状態が解消されれば電池機能を復活させることができる密閉型電池を提供することができる。

本発明による密閉形電池の第１実施形態を示す要部断面図である。 本発明による密閉形電池の第２実施形態を示す要部断面図である。 図２に示した密閉型電池の動作例を示す要部側面図である。 従来の密閉形電池の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 密閉型電池（アルカリ乾電池）
１５ 正極缶
２０ 発電要素
２５ 負極集電子
２６ 負極端子板
２７ 透孔
２８ 補強板
３０ ガスケット
３１ 中央ボス部
３２ 環状パッキング部
３３ 中間隔壁部
３４ 薄肉部
３５ 突軸部
４１ アクチェータ

Claims (3)

1. 電解液を含む発電要素が正極端子を兼ねる有底筒状の電池缶内に密閉状態で収容されたアルカリ乾電池であって、
   前記電池缶の底部を下方として、当該電池缶の上部開口が、絶縁性の樹脂製封口ガスケットを介して負極端子板が嵌着されて気密封口されているとともに、前記封口ガスケットには棒状の負極集電子が気密状態で貫通しており、
   前記封口ガスケットに一体的に上方に突出するように形成された軸状部材を含んで構成されて、電池内圧が高まった場合に、封口ガスケットが上方に可撓変形するのに連動して、通電遮断状態を形成するとともに、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記通電遮断状態の手動または自動による解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備え、
   定常状態において、前記負極端子板の裏面と前記負極集電子の上端とは接触状態にあるとともに、前記可逆通電遮断手段は、電池内圧が高まった際に、前記軸状部材が前記負極端子板の裏面を上方に押圧して当該負極端子板を可逆変形させて前記負極集電子との接触状態を解除することで前記通電遮断状態を形成する一方、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記負極端子が元の形状に復帰することにより負極端子と負極集電子が再度接触して前記通電遮断状態が解除する、
   ことを特徴とするアルカリ乾電池。
2. 電解液を含む発電要素が正極端子を兼ねる有底筒状の電池缶内に密閉状態で収容された密閉型電池であって、
   前記電池缶の底部を下方として、当該電池缶の上部開口が絶縁性の樹脂製封口ガスケットを介して負極端子板が嵌着されて気密封口されているとともに、前記封口ガスケットには棒状の負極集電子が気密状態で貫通しており、
   前記封口ガスケットに一体的に上方に突出するように形成された軸状部材を含んで構成されて、電池内圧が高まった場合に、封口ガスケットが上方に可撓変形するのに連動して、通電遮断状態を形成するとともに、電池内圧が正常圧に低下した場合に、前記通電遮断状態の手動または自動による解除が可能な圧力作動式の可逆通電遮断手段を備え、
   前記負極端子板には、上下両面を連絡する透孔が、前記軸状部材の形成位置に対応して形成されており、前記可逆通電遮断手段は、電池内圧が高まった際、前記軸状部材の上端が、前記封口ガスケットの上方への撓みに連動して前記透孔より電池外部に露出するとともに負極端子板の上面よりも高い位置に突出することで前記通電遮断状態を形成する、
   ことを特徴とするアルカリ乾電池。
3. 請求項１または２において、前記封口ガスケットは、電池内圧が異常上昇したときに部分的に破断して電池内のガスを外部へ逃がす防爆機能を備えるとともに、前記圧力作動式の可逆通電遮断手段の作動圧力は、前記防爆機能の作動圧力よりも低いことを特徴とするアルカリ乾電池。

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