JP5084212B2

JP5084212B2 - 円筒形密閉電池

Info

Publication number: JP5084212B2
Application number: JP2006264611A
Authority: JP
Inventors: 秀明北爪
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: JP2008084739A

Description

本発明は円筒形密閉電池に関する。

円筒形密閉電池には、アルカリ電池等の一次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池があり、例えば、ニッケル水素二次電池は、携帯用電子機器や電機自動車のバッテリ等に広く使用されている。
円筒形密閉電池は、その電池缶内に発電要素としての正極板、負極板及び電解質が収容され、電池缶の開口端には絶縁部材を介して円盤状の蓋板が固定される。蓋板の中央には、電池内の異常な圧力上昇を防止すべくガス抜き孔が形成され、ガス抜き孔は、ゴム等の弾性材料からなる略円柱状の弁体により閉塞される。弁体はキャップにより覆われ、キャップは、弁体を囲む周壁と、蓋板に溶接されるフランジとを有する。キャップは弁体を蓋板に押し付け、弁体は所定の締切圧までガス抜き孔が閉塞される。キャップの周壁には、例えば90度間隔にて４つの排気孔が形成され、キャップ内に流入したガスは、排気孔を通じて外部に放出される（特許文献１）。
特開平6-325742号公報

ところで、電池の小型化に伴いキャップも小型になっており、キャップの容積に占める弁体の体積割合が増大している。すなわち、キャップ内における隙間が小さくなっている。ここで、電池内のガスがガス抜き孔を通じて放出されるような場合、電池の温度も通常より上昇しており、弁体は熱膨張する。キャップ内の隙間が小さい電池では、弁体が熱膨張すると、キャップに形成された排気孔が弁体によって閉塞されて、電池内のガスの放出が阻害される虞がある。

一方、弁体による排気孔の閉塞を回避すべく、排気孔を拡大した場合、キャップの強度低下を招き、電池が落下した際等にキャップが変形してしまうという問題が発生する。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、電池内の圧力が締切圧を超えたときにガスの放出を確実に許容し、且つ、強度が確保されたキャップを備えた円筒形密閉電池を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、開口端を有する円筒形状の電池缶と、前記電池缶内に収容された発電要素と、前記電池缶の開口端に絶縁部材を介して固定され、中央にガス抜き孔を有する円盤状の蓋板と、前記蓋板の外面上に前記ガス抜き孔を閉塞するように配置され、弾性材料からなる略円柱状の弁体と、前記蓋板の外面に固定され、前記弁体を収容するキャップとを備える円筒形密閉電池において、前記キャップは、前記弁体を囲む周壁と、前記蓋板側の前記周壁の端縁に一体に形成され、前記蓋板に溶接されるフランジと、前記周壁に一体に形成され、前記周壁の径方向外側に向けてそれぞれ突出し且つ前記周壁の周方向に互いに離間する複数の膨出部と、前記膨出部に位置し、前記周壁の内側と外側とを連通する排気孔とを有することを特徴とする円筒形密閉電池が提供される（請求項１）。

本発明の請求項１の円筒形密閉電池では、キャップに膨出部を形成し、膨出部に排気孔が位置することにより、キャップと弁体との間の隙間が増大される。このため弁体が熱膨張しても、キャップの排気孔が弁体によって閉塞されることはなく、電池缶内からキャップ内に流出したガスが、排気孔を通じて確実に外部に放出される。
また、この円筒形密閉電池では、キャップの排気孔を拡大するのではなく、膨出部を形成することで隙間を増大したので、キャップの強度が確保される。この結果として、電池を落下させた際等にキャップが変形するのが防止される。

以下、本発明の円筒形密閉電池に係る一実施例のAAAサイズのニッケル水素二次電池について説明する。
図１に示したように、ニッケル水素二次電池は、有底円筒状の電池缶２を備え、電池缶２内には、発電要素としての正極板４、負極板６及びアルカリ電解液（図示せず）が収容されている。

これら正極板４及び負極板６は、セパレータ８を介して渦巻き状に巻回されることで略円筒状の電極群10を形成しており、電極群10の最外周はセパレータ８の一部により覆われている。ただし、電極群10の両端においては、正極板４及び負極板６のいずれか一方の一部がセパレータ８からはみ出しており、電極群10は、負極板６がはみ出している側の一端部を内底面側にして電池缶２内に収容されている。

電極群10の一端部と電池缶２の内底面との間には金属製の円盤形状の負極集電板12が配置され、負極集電板12は、セパレータ８からはみ出した負極板６の部分に溶接されている。従って、負極板６は、負極集電板12を介して電池缶２に電気的に接続され、電池缶２は負極端子としての機能を備えている。
なお、負極板６は、例えばパンチングメタルからなる導電性の負極基板6aを有し、負極基板6aの両面には、負極集電板12に溶接される部分を除き、負極活物質層6bが形成されている。負極活物質層6bは、主成分としての水素吸蔵合金粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。水素吸蔵合金粉末は、負極活物質としての水素を電気化学的に吸蔵又は放出可能である。

一方、電池缶２の開口端側に位置する電極群10の他端部には金属製の正極集電部材14が配置され、正極集電部材14は、セパレータ８からはみ出した正極板４の部分に溶接される円板部14aを有する。円板部14aの外縁には折曲されたリード部14bの根元が連なり、リード部14bの先端は、後述する封口体16の所定の位置に溶接されている。
なお、正極板４は、例えば、３次元の網目状構造を有したニッケル多孔体からなる導電性の正極基板を有し、正極基板には、円板部14aに溶接される圧縮部分を除き、その孔内に正極合剤が充填されている。正極合剤は、主成分としての正極活物質、つまり、水酸化ニッケル粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。

封口体16は、電池缶２の開口端を所定の締切圧まで密閉する安全弁としての機能を備え、封口体16は、図２に拡大して示したように、円盤形状をなす金属製の蓋板18を有する。蓋板18は、電池缶２の開口端内に配置され、蓋板18の外周部は、環状の絶縁ガスケット20を介し電池缶２の開口端縁によって挟持されている。前述した正極集電部材14のリード部14bの先端は、蓋板18の内面に溶接されており、正極集電部材14及び蓋板18を介して正極板４とキャップ24との間は電気的に接続されている。

蓋板８はその中央にガス抜き孔18aを有し、蓋板18の外面には、ガス抜き孔18aを閉塞するように弁体22が配置されている。弁体22は円柱状をなし、弁体22の一端面は、蓋板８の外面に当接してガス抜き孔18aを閉塞可能である。弁体22は弾性材料からなり、例えば、主成分がEPDM（エチレンプロピレンジエンゴム）であって、必要に応じて可塑剤を添加したゴムからなる。

更に、蓋板18の外面には、弁体22を覆うキャップ24が取り付けられている。キャップ24は、略円筒状の周壁26を有し、周壁26は弁体22の周りを囲んでいる。蓋板18側の周壁26の一端は開口端であり、周壁26の一端には外向きのフランジ28が一体に形成され、フランジ28は蓋板18に対してスポット溶接される。周壁26の他端は端壁30により閉塞され、端壁30によって、弁体22は蓋板18に押し付けられている。

また、キャップ24の周壁26には、複数の膨出部32が形成され、膨出部32は互いに周壁26の周方向に離間している。本実施例では、例えば４つの膨出部32が形成され、膨出部32は90度の間隔で形成されている。各膨出部32は、周壁26の径方向外側に向けて突出しており、図３〜５も合わせて参照すると、略三角錐形状をなす。膨出部32にあっては、フランジ28側の部分が最も膨らんでおり、端壁30側の部分ほど小さくなっている。

各膨出部32には、排気孔34が一つずつ形成されており、排気孔34は、膨出部32の内側と外側とを連通している。排気孔34は略台形状をなし、周壁26の軸線に対して傾斜している。換言すれば、周方向の径方向でみた排気孔34と弁体22との距離は、フランジ28側に近づくほど長くなる。また、排気孔34の幅は、周壁26の軸線方向でみて、フランジ28側ほど大きくなっている。

このようなキャップ24は、例えば、プレスによって一体成形可能である。なお、図３及び図５中、符号36は、蓋板18とキャップ24とのプロジェクション溶接により形成されたウェルドに付されており、本実施例では、フランジ28の周方向でみて、４つのウェルド36が膨出部32間に位置して形成されている。
上述したニッケル水素二次電池では、キャップ24に膨出部32を形成し、膨出部32に排気孔34が位置することにより、周壁26の径方向でみたキャップ24と弁体22との間の隙間が増大される。このため弁体22が熱膨張しても、キャップ24の排気孔34が弁体22によって閉塞されることはなく、電池缶２内からキャップ24内に流出したガスが、排気孔34を通じ確実に外部に放出される。

また、このニッケル水素二次電池では、キャップ24の排気孔34を単に拡大するのではなく、膨出部32を形成することで隙間を増大したので、キャップ24の強度が確保される。この結果として、電池を落下させた際等にキャップ24が変形するのが防止される。
ここで、表１は、上述した一実施例のニッケル水素二次電池のキャップの仕様及び試験結果を示している。表１中、排気孔34の幅は、周壁26の周方向に図った長さである。バーナ燃焼試験の欄には、50個の電池をバーナによって加熱したときに、破裂した電池の個数及びその割合を示す。また、落下試験の欄には、10個の電池を高さ1.0ｍから落下させた後、キャップの変形量を目視により観察した結果を示す。

また、表１には、比較例１乃至４のニッケル水素二次電池のキャップの仕様及び試験結果も示している。
比較例１は、図６乃至８に示した従来の封口体40を適用した以外は実施例と同じ構成の電池である。封口体40のキャップ42の周壁26には膨出部が形成されておらず、排気孔44の幅は、実施例の排気孔34の幅（1.5mm）よりも狭く、1.0mmである。

比較例２は、図９及び10に示した封口体50を適用した以外は実施例と同じ構成のニッケル水素二次電池である。封口体50のキャップ52の周壁26には膨出部が形成されておらず、排気孔54の幅は、実施例の排気孔34の幅（1.5mm）と同じ1.5mmである。
比較例３は、図11に示した封口体60を適用した以外は実施例と同じ構成のニッケル水素二次電池である。封口体60には、比較例１のキャップ42が適用され、封口体60の弁体62は実施例の弁体22よりも小径である。

比較例４は、図12乃至14に示した封口体70を適用した以外は実施例と同じ構成のニッケル水素二次電池である。封口体70のキャップ72の周壁26には、フランジ28側の部分に、膨出部ではなくテーパ部74が形成され、テーパ部74は、蓋板18に近づくに連れて徐々に拡開されている。そして、テーパ部74に、周方向に互いに離間した４つの排気孔76が形成されている。

表１から、実施例のニッケル水素二次電池では、弁体22が熱膨張しても、電池缶２内からキャップ24内に流出したガスが、排気孔34を通じて外部に放出されることがわかる。また、電池を落下させた際等にキャップ24が変形するのが防止されることもわかる。

これに対し、比較例１のニッケル水素二次電池では、弁体24が熱膨張すると、排気孔44が弁体22により閉塞され、破裂し易いことがわかる。
比較例２のニッケル水素二次電池では、排気孔54の幅が比較例１の排気孔44の幅よりも大きいため、弁体22による排気孔54の閉塞が回避されていると考えられる。しかしながら、比較例２では、落下試験の結果よりキャップの強度が不足していることがわかる。

比較例３のニッケル水素二次電池では、小径な弁体62を用いることでキャップ52内の隙間を増大したが、弁体62では、ガス抜き孔18aを十分にシールすることができなかった。
比較例４のニッケル水素二次電池では、膨出部32に代えてテーパ部74を形成することでキャップ72内の隙間が増大され、弁体22が熱膨張しても、電池缶２内からキャップ72内に流出したガスが、排気孔76を通じて外部に放出された。しかしながら、比較例４では、テーパ部74の存在によってプロジェクション溶接が不可能であった。すなわち、ウェルド36を形成することができず、キャップ72を蓋板18に溶接することができなかった。

本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、円筒形密閉電池は、ニッケルカドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、また一次電池であってもよい。
一実施例では、電池はAAAサイズであったけれども、電池のサイズは特には限定されない。ただし、本発明の電池は、小型のキャップを使用する電池に適し、AAAサイズ又はAAAサイズよりも小さいサイズに好適である。なお、AAAサイズの場合、電池缶２の外径は、9.8mm以上10.5mm以下の範囲にある。

一実施例では、膨出部32は略三角錐状をなしていたけれども、膨出部32の形状は特には限定されず、弁体22と排気孔34との間に隙間を確保できる形状であって、プロジェクション溶接を阻害せず、そして、強度を確保可能な形状であればよい。

本発明の一実施例のニッケル水素二次電池の縦断面図である。図１の電池の封口体近傍を拡大して示した図である。図１の電池に用いられた封口体の斜視図である。図３の封口体の側面図である。図３の封口体の平面図である。比較例１の封口体の断面図である。比較例１の封口体の側面図である。比較例１の封口体の平面図である。比較例２の封口体の側面図である。比較例２の封口体の平面図である。比較例３の封口体の断面図である。比較例４の封口体の断面図である。比較例４の封口体の側面図である。比較例４の封口体の平面図である。

符号の説明

18 蓋板
22 弁体
24 キャップ
26 周壁
28 フランジ
32 膨出部
34 排気孔

Claims

開口端を有する円筒形状の電池缶と、
前記電池缶内に収容された発電要素と、
前記電池缶の開口端に絶縁部材を介して固定され、中央にガス抜き孔を有する円盤状の蓋板と、
前記蓋板の外面上に前記ガス抜き孔を閉塞するように配置され、弾性材料からなる略円柱状の弁体と、
前記蓋板の外面に固定され、前記弁体を収容するキャップと
を備える円筒形密閉電池において、
前記キャップは、
前記弁体を囲む周壁と、
前記蓋板側の前記周壁の端縁に一体に形成され、前記蓋板に溶接されるフランジと、
前記周壁に一体に形成され、前記周壁の径方向外側に向けてそれぞれ突出し且つ前記周壁の周方向に互いに離間する複数の膨出部と、
前記膨出部に位置し、前記周壁の内側と外側とを連通する排気孔と
を有する
ことを特徴とする円筒形密閉電池。