JP5973277B2

JP5973277B2 - アルカリ蓄電池

Info

Publication number: JP5973277B2
Application number: JP2012178310A
Authority: JP
Inventors: 達也長井; 康士泉
Original assignee: FDK Corp; Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: FDK Corp; Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: EP2884574A1; EP2884574B1; JP2014035991A; US9728764B2; EP2884574A4; CN104756304B; CN104756304A; ES2622343T3; US20150221928A1; WO2014024915A1

Description

本発明は、アルカリ蓄電池に関する。

一般的なアルカリ蓄電池は、負極端子を兼ねる外装缶内に、正極、負極及びセパレータからなる電極群を収容したのち、アルカリ電解液を注入し、この後、外装缶の上端開口を封口体で封口することにより製造されている。この封口体は、外装缶の上端開口に絶縁性のパッキンを介して固定された蓋板及びこの蓋板に電気的に接続された正極端子を有している。

このようなアルカリ蓄電池においては、電極群における最外周部の負極が外装缶の内壁と接し、これら負極及び外装缶（負極端子）は電気的に互いに接続されている。一方、電極群の正極には、帯状の金属からなる正極リードの一端が接続されている。そして、この正極リードの他端は蓋板に接続されている。これにより、正極は、正極リード及び蓋板を介して正極端子と電気的に接続されている。

ところで、このようなアルカリ蓄電池は、外部短絡を起こすと、電池内部において過剰電流が流れ、発熱することが知られている。

このため、アルカリ蓄電池においては、外部短絡が生じた場合に電池の安全性を確保する必要がある。ここで、電池の安全性を確保する方法の一つとしては、例えば、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタが組み込まれた正極リードを用いることが知られている（特許文献１等参照）。このＰＴＣサーミスタは、導電性粒子を含む樹脂からなり、通常は電気抵抗値が低く良好な導電性を示しているが、温度が上昇してその温度が所定値に達すると、急激に電気抵抗値が増加する特性を有している電子部品である。

正極リードに組み込まれたＰＴＣサーミスタは、外部短絡の際、以下のように機能する。
まず、ＰＴＣサーミスタを含む正極リードを備えた電池が何らかの原因により外部短絡を起こすと、電池内部には過剰電流が流れる。それにともないＰＴＣサーミスタにも大電流が流れるため、ＰＴＣサーミスタの温度が上昇する。そして、ＰＴＣサーミスタの温度が所定値に達すると、ＰＴＣサーミスタの電気抵抗値は増大するので、電極群から正極端子への電気伝導が正極リードのＰＴＣサーミスタの部分で抑制される。この結果、電池内の過剰電流の流れは抑制されるので、電池の発熱は抑制される。

ＰＴＣサーミスタが組み込まれた従来の正極リードは、例えば、以下のようにして製造される。まず、金属製の帯状体が２枚と、矩形状のＰＴＣサーミスタとが準備される。これら帯状体は、直列に配置されるとともに、互いの先端部同士を部分的にオーバーラップさせるように離間対向されている。そして、この離間対向している先端部間にはＰＴＣサーミスタが配置されている。これら帯状体の先端部及びＰＴＣサーミスタは積層され、重なり合うＰＴＣサーミスタの上下面と各帯状体の先端部とが、例えば半田により接合される。これにより、ＰＴＣサーミスタを介装した正極リードが得られる。ここで、上記したような正極リードを製造する際、ＰＴＣサーミスタは、例えば、専用工具で保持された状態で帯状体と半田付けされる。この場合、専用工具と帯状体とが干渉しないように、帯状体は、その先端部が、ＰＴＣサーミスタの平面視形状よりも小さいものが用いられる。このため、得られる正極リードにおいて、ＰＴＣサーミスタにおいては、帯状体の先端部で覆われていない部分の面積、つまり、露出面の面積が比較的大きくなっている。

ところで、ＰＴＣサーミスタが組み込まれた正極リードは、封口体と電極群との間の缶上部空間に配置される。この缶上部空間は、充放電時の化学反応で生ずる酸素成分（高圧酸素雰囲気）と、電池内部の電解液がもたらすアルカリ成分（アルカリ雰囲気）との両方が混合したガス雰囲気で満たされる。

ここで、ＰＴＣサーミスタは、酸素雰囲気とアルカリ雰囲気に晒されると、酸素成分及びアルカリ成分の影響を受けて、電流を抑制することができる正極リードとしての機能が損なわれるおそれがある。具体的には、雰囲気中の酸素成分は、ＰＴＣサーミスタの構成材料を侵食するため、ＰＴＣサーミスタの劣化を招く。また、アルカリ成分は、一般的な樹脂を浸食するとともに、ＰＴＣサーミスタの構成材料と正極リードとを接着している半田付け部（接合部）を侵食するため、ＰＴＣサーミスタの劣化及び剥離を生じさせるおそれがある。このような酸素成分及びアルカリ成分による不具合は、ＰＴＣサーミスタの露出面積が大きいほど起こりやすい。

そこで、このような不具合をなくすために、酸素との接触を防止すべくＰＴＣサーミスタを合成樹脂材料でシールし、更に、アルカリ成分による腐食を防止すべく、正極リードにおけるＰＴＣサーミスタが組み込まれた部分の全体を耐アルカリ性を備えた大判の保護テープで覆うことが、通常行われている。このようにして、ＰＴＣサーミスタを酸素雰囲気及びアルカリ雰囲気から保護する対策がとられている。

ところで、上記したようなＰＴＣサーミスタが組み込まれた従来の正極リードは、ＰＴＣサーミスタの露出面積が比較的大きいため、保護対策に使用される樹脂の量が多くなり、更に、その樹脂の上に保護テープが被覆されるので、ＰＴＣサーミスタが組み込まれる部分は比較的かさばっている。このため、正極リードが収容される電池内の封口体と電極群との間には比較的大きなスペースの確保が必要である。よって、ＰＴＣサーミスタが組み込まれた正極リードを用いた電池は、ＡＡサイズ以上の比較的大きな電池に限られている。

特開平０６−２４３８５６号公報

近年、ポータブル電子機器や玩具等の分野においては、機器の小型化が進んでいる。このため、これら機器に使用される電池においても、より小型の電池の需要が高まっている。具体的には、ＡＡＡサイズの電池の需要が高まっている。

ところで、電池の周辺に、長尺の導電性の部材が存在する場合、この部材が、何らかの原因で正極端子及び負極端子に接触し、電池が外部短絡を起こすことがある。ＡＡＡサイズの電池は、正極端子と負極端子との間の距離が比較的短いので、それよりも大きなサイズの電池に比べて、このような外部短絡を起こす可能性は高いと考えられる。よって、小さいサイズの電池ほど安全性向上のため、ＰＴＣサーミスタを搭載することが望まれる。

しかしながら、ＡＡＡサイズの電池は外装缶内の容積が小さいことから、正極リードを収容する缶上部空間も小さくなっている。このため、ＡＡＡサイズの電池においては、ＰＴＣサーミスタを組み込んだ正極リードを用いることは困難である。

また、ポータブル電子機器等においては、高機能化も進められている。これにともない、これら機器に使用される電池に対しても高機能化が求められ、電池の更なる特性の向上、特に高容量化が望まれている。ここで、電池を高容量化する場合、通常は、電池内に収容する活物質の量を増やすこと、つまり、電極群を大型化することが行われる。

ところで、高容量化された電池は、それよりも低容量の電池に比べて、外部短絡を起こした場合の発熱量は大きくなる。よって、高容量の電池ほど更なる安全性確保のため、ＰＴＣサーミスタを搭載することが望まれる。

しかしながら、高容量化を図った電池は、電極群が大型化しているので、電極群以外の要素を収容するスペースを確保することが難しくなっている。このため、高容量化を図った電池においても、ＰＴＣサーミスタを組み込んだ正極リードを用いることが困難となっている。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも小さいスペースにも配置できるようにＰＴＣサーミスタが組み込まれた部分が小型化された正極リードを備えており、外部短絡の際の発熱を抑制することができるアルカリ蓄電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、上端が開口した外装缶と、正極及び負極がセパレータを介して積層されてなり、前記外装缶にアルカリ電解液とともに収容された電極群と、前記外装缶の開口縁に絶縁された状態で固定され、前記開口を封口する蓋板及び前記蓋板に電気的に接続された正極端子を有する封口体と、前記正極と前記封口体とを電気的に接続する正極リードとを備え、前記正極リードは、前記封口体に電気的に接続された第１のリード半体と、前記正極に電気的に接続された第２のリード半体と、前記第１のリード半体と前記第２のリード半体との間に配設されたＰＴＣサーミスタとを含み、前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体は、互いのオーバーラップした部分に、前記ＰＴＣサーミスタの平面視形状よりも大きく形成され、前記ＰＴＣサーミスタと接するオーバーラップ端部をそれぞれ有しており、前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体のうちの少なくとも一方の前記オーバーラップ端部に形成された嵌込凹部に、前記ＰＴＣサーミスタが嵌め込まれており、前記ＰＴＣサーミスタは、前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体の前記オーバーラップ端部に覆われていない露出部分が保護材で覆われていることを特徴とするアルカリ蓄電池が提供される。

好ましくは、前記保護材は、耐酸素性及び耐アルカリ性を兼ね備えた樹脂よりなる構成とする。

また、前記ＰＴＣサーミスタは、作動温度が８０℃〜１００℃に設定されている構成とすることが好ましい。

本発明に係るアルカリ蓄電池においては、正極リードを形成する第１及び第２のリード半体におけるオーバーラップ端部の大きさをＰＴＣサーミスタよりも大きく設定し、更に、かかるオーバーラップ端部にＰＴＣサーミスタを嵌め込む嵌込凹部が設けられている。これにより、ＰＴＣサーミスタは、その上下面及び嵌込凹部に嵌め込まれている部分の側面がリード半体に覆われている。このため、ＰＴＣサーミスタの露出面は、側面部分のうちリード半体で覆われた部分を除いた部分のみとなるので、従来よりも小さくなる。つまり、樹脂で被覆すべき面積が従来よりも減る。よって、ＰＴＣサーミスタの保護のために使用する樹脂の量は少なくて済み、ＰＴＣサーミスタの組み込み箇所のかさばりを従来よりも少なくすることができる。したがって、外装缶内においてスペースの確保が難しい電池、例えば、小型の電池や高容量化された電池に対しても、ＰＴＣサーミスタを搭載でき、外部短絡の際の発熱を抑制することができる。

また、使用する樹脂に、耐酸素性及び耐アルカリ性を兼ね備えた樹脂を用いれば、別途、耐アルカリ性を有する保護テープでＰＴＣサーミスタの組み込み箇所を覆う必要がなくなる。したがって、正極リードにおけるＰＴＣサーミスタの組み込み箇所の小型化がより容易になる。

また、ＰＴＣサーミスタは、嵌め込み凹部に嵌め込まれることにより位置合わせを簡単に行えるので、ＰＴＣサーミスタを専用工具で保持する必要がない。このため、製造が容易になり製造効率の向上が図れるとともに、形状安定性も向上し、不良率の発生を抑制できる。

更に、ＰＴＣサーミスタの作動温度を８０℃〜１００℃に設定することにより、ＰＴＣサーミスタの誤作動を防止しつつ、外部短絡の際における電池の表面温度が高くなりすぎることを確実に抑制することができる。

本発明に係る円筒形のニッケル水素蓄電池を部分的に破断して示した斜視図である。外装缶内の上部を示した断面図である。ＰＴＣサーミスタを示した斜視図である。本発明に係る正極リードを示した平面図である。図４中のＶ−Ｖ線に沿う断面を基に本発明に係る正極リードの構成を説明するための図である。本発明に係る正極リードの変形例の構成を説明するための図である。従来技術に相当する比較例に係る正極リードを示した平面図である。図７のVIII−VIII線に沿う断面を基に、従来技術に相当する比較例に係る正極リードの構成を説明するための図である。

以下、本発明に係る電池を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明が適用される第１の実施形態の電池として、例えば、図１に示すＡＡＡサイズの円筒型ニッケル水素蓄電池（以下、電池という）２に本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、電池２は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備えている。外装缶１０は導電性を有し、その底壁３５は負極端子として機能する。外装缶１０の開口には、封口体１１が固定されている。この封口体１１は、蓋板１４及び正極端子２０を含み、外装缶１０を封口するとともに正極端子２０を提供する。蓋板１４は、導電性を有する円板形状の部材である。外装缶１０の開口内には、蓋板１４及びこの蓋板１４を囲むリング形状の絶縁パッキン１２が配置され、絶縁パッキン１２は外装缶１０の開口縁３７をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁３７に固定されている。即ち、蓋板１４及び絶縁パッキン１２は互いに協働して外装缶１０の開口を気密に閉塞している。

ここで、蓋板１４は中央に中央貫通孔１６を有し、そして、蓋板１４の外面上には中央貫通孔１６を塞ぐゴム製の弁体１８が配置されている。更に、蓋板１４の外面上には、弁体１８を覆うようにしてフランジ付き円筒形状の正極端子２０が固定され、正極端子２０は弁体１８を蓋板１４に向けて押圧している。なお、この正極端子２０には、図示しないガス抜き孔が開口されている。

通常時、中央貫通孔１６は弁体１８によって気密に閉じられている。一方、外装缶１０内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体１８は内圧によって圧縮され、中央貫通孔１６を開き、この結果、外装缶１０内から中央貫通孔１６及び正極端子２０のガス抜き孔を介して外部にガスが放出される。つまり、中央貫通孔１６、弁体１８及び正極端子２０は電池のための安全弁を形成している。

外装缶１０には、アルカリ電解液（図示せず）とともに電極群２２が収容されている。なお、内部短絡防止のため、電極群２２と蓋板１４との間に円形の絶縁部材３２が配置されており、電極群２２と外装缶１０の底壁３５との間にも円形の絶縁部材３４が配置されている。

電極群２２は、それぞれ帯状の正極２４、負極２６及びセパレータ２８からなり、これらは正極２４と負極２６との間にセパレータ２８が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ２８を介して正極２４及び負極２６が互いに重ね合わされている。ここで、これら正極２４、負極２６及びセパレータ２８は、それぞれ、公知のニッケル水素蓄電池に用いられる正極、負極及びセパレータである。

電極群２２の最外周は負極２６の一部（最外周部）により形成され、外装缶１０の内周壁と接触している。即ち、負極２６と外装缶１０とは互いに電気的に接続されている。

一方、外装缶１０内には、電極群２２の一端と蓋板１４との間に正極リード３０が配置されている。この正極リード３０は、その一端が正極２４に接続され、その他端が蓋板１４に接続されている。従って、正極端子２０と正極２４とは、正極リード３０及び蓋板１４を介して互いに電気的に接続されている。なお、正極リード３０は絶縁部材３２に設けられたスリット３９を通して延びている。

以下、正極リード３０について、詳しく説明する。
正極リード３０は、図２に示すように、ＰＴＣサーミスタ４０を介在させて第１のリード半体４２と第２のリード半体４４とを電気的に直列に接続することにより形成されている。

ここで、ＰＴＣサーミスタ４０は、例えば、導電性粒子を分散させた絶縁性ポリマーからなる。このようなＰＴＣサーミスタ４０は、通常時は、導電性粒子が互いに接触しているため、電気抵抗値が低く、良好な導電性を示している。しかし、外部短絡の発生時は、大電流が流れてＰＴＣサーミスタ４０が発熱するので、この熱により絶縁性ポリマー全体が膨張し、その結果、導電性粒子の接触が減少して急激に電気抵抗値が増大する。このような特性を利用することにより電流の流れを抑制することができる。なお、絶縁性ポリマーは、発熱が解消され冷めると、収縮するため、ＰＴＣサーミスタ４０は、再び電気抵抗値が低い状態に戻る。

本発明において、ＰＴＣサーミスタ４０の電気抵抗値が増大し始める作動温度は、８０℃〜１００℃の範囲に設定することが好ましい。作動温度が８０℃よりも低いと、電池２が比較的高温な環境、例えば、夏季の自動車の中などに置かれた場合、外部短絡を起こしていないのに電流を抑制するというような誤作動を起こす可能性がある。一方、作動温度が１００℃を超えた値に設定されていると、電池が外部短絡を起こしてすでに高温となっているのに、ＰＴＣサーミスタが作動しないといった不具合が生じるおそれがある。本発明においては、電池２の表面温度が、例えば、国内玩具基準で定められている電池の最高温度である７０℃を超えないことを考慮するとともに、誤作動を抑制することを考慮すると、ＰＴＣサーミスタの作動温度は、８０℃〜１００℃の範囲に設定することが好ましい。ここで、外部短絡により電池が発熱する場合、電池の内部と外表面とでは、温度差が生じるため、ＰＴＣサーミスタの作動温度を８０℃〜１００℃に設定しても、電池の外表面温度は、７０℃以下に抑えることができる。具体的には、電池２内に存在するＰＴＣサーミスタ４０が発熱し、その温度が８０℃〜１００℃に上昇しても、電池２の表面温度は、５０℃〜５５℃程度である。

また、本実施形態において用いるＰＴＣサーミスタ４０は、図３に示すように、ラウンドコーナーを有する略矩形の板状をなしている。ここで、図３中、参照符号４６は、第１のリード半体４２側に位置する上端面を示している。この上端面４６の反対側には、図３には表れていないが、第２のリード半体４４側に位置する下端面４７が存在する。そして、この上端面４６と下端面４７との間の長さをＰＴＣサーミスタの厚さとし、図３中、参照符号Ｈで示す。また、図３中、参照符号４８は、ＰＴＣサーミスタの側面を示す。

次に、第１のリード半体４２及び第２のリード半体４４は、それぞれ金属製の帯状体である。なお、この金属製の帯状体としては、例えば、ニッケルからなる帯状体、ニッケルめっき鋼板からなる帯状体等を用いることが好ましい。
ここで、図２から明らかなように、第１のリード半体４２は、その基端部５０が蓋板１４に接合され、略Ｕ字状に折り曲げられており、第２のリード半体４４は、その基端部５２が正極２４に接合され、逆Ｌ字状に折り曲げられている。そして、第１のリード半体４２の先端部及び第２のリード半体４４の先端部は、互いにオーバーラップし、離間対向している。そして、これら離間対向している先端部間にＰＴＣサーミスタ４０が配設されている。

ここで、詳しくは、第１のリード半体４２は、正極リード３０を第１のリード半体４２側から見た状態を示した図４に示すように、先端部に矩形状をなす第１のオーバーラップ端部５４が形成されている。そして、第１のオーバーラップ端部５４の基端部５０側には、本体部６２が延びており、この本体部６２と第１のオーバーラップ端部５４との間には、幅が狭められた狭幅部６４が設けられている。この狭幅部６４は、第１のリード半体４２の柔軟性を高めるために設けられている。一方、第２のリード半体４４は、その平面視形状は、第１のリード半体４２と同じ形状をなしている。このため、第２のリード半体４４においても、その先端部に第１のオーバーラップ端部５４と同様な平面視形状が矩形状をなす第２のオーバーラップ端部５６が形成されている。そして、第１のリード半体４２と同形状の本体部６６及び狭幅部６８を有している。

これらオーバーラップ端部５４，５６間には、上記したように、ＰＴＣサーミスタ４０が配置され、ＰＴＣサーミスタ４０の上端面４６側が第１のオーバーラップ端部５４と接合され、ＰＴＣサーミスタの下端面４７側が第２のオーバーラップ端部５６と接合される。かかる接合には、例えば、半田が用いられる。ここで、第１及び第２のオーバーラップ端部５４，５６は、図４から明らかなように、ＰＴＣサーミスタ４０の平面視形状よりも大きい矩形状をなしており、ＰＴＣサーミスタ４０の上端面４６及び下端面４７の全体を覆うように配設されている。このため、ＰＴＣサーミスタ４０は、オーバーラップ端部５４，５６からはみ出すことはない。

ここで、特に、第１のオーバーラップ端部５４には、図５（ａ）に示すように、ＰＴＣサーミスタ４０側の第１面５８から反対側の第２面６０に向かって凹む嵌込凹部７０が設けられている。ここで、嵌込凹部７０の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、型を押し当てて加工するプレス加工等を用いることができる。この嵌込凹部７０には、ＰＴＣサーミスタ４０が、例えば、上端面４６側から嵌め込まれている。ここで、嵌込凹部７０は、その平面視形状が、ＰＴＣサーミスタ４０の平面視形状と略同じであり、その深さ方向の長さＤ１が、ＰＴＣサーミスタ４０の厚さＨよりも短く設定されている。これにより、嵌込凹部７０に嵌め込まれたＰＴＣサーミスタ４０は、下端面４７側の端部が嵌込凹部７０から部分的に突出した状態となる。

そして、嵌込凹部７０から部分的に突出したＰＴＣサーミスタ４０には、その下端面４７に、第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６が接合されている。なお、この第２のオーバーラップ端部５６は、凹みを備えておらず平坦である。このため、ＰＴＣサーミスタ４０の上端面４６の全体は、嵌込凹部７０の底面７１で覆われており、ＰＴＣサーミスタ４０の側面４８の一部は、嵌込凹部７０の内周面７３で覆われており、そして、ＰＴＣサーミスタ４０の下端面４７の全体は、第２のオーバーラップ端部５６で覆われている。一方、ＰＴＣサーミスタ４０の側面４８の残部は露出した状態となっている。このように、本発明によれば、従来に比べてＰＴＣサーミスタ４０の露出面を少なくすることができる。そして、この露出面、すなわち、ＰＴＣサーミスタ４０の側面４８の残部は、図５（ｂ）に示すように保護材７２で覆われている。

この保護材７２には、樹脂が用いられる。かかる樹脂としては、耐酸素性及び耐アルカリ性を兼ね備えた樹脂を用いることが好ましい。具体的には、耐アルカリエポキシ樹脂を用いることが好ましい。この耐アルカリエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂本来の耐酸素性に加え、耐アルカリ性が付与された合成樹脂である。なお、耐アルカリエポキシ樹脂は、柔軟性を有するので、ＰＴＣサーミスタの膨張収縮にも追従する。

本発明の正極リード３０は、上記したようにＰＴＣサーミスタ４０の露出面が少ないので、保護材としての樹脂の使用量を少なくでき、ＰＴＣサーミスタ４０の組み込み箇所を小型化できる。このため、収容スペースが小さい電池にも本発明の正極リード３０は容易に搭載することができる。特に、保護材として耐アルカリエポキシ樹脂を用いた場合、従来、耐アルカリ性を確保するために用いていた大判のポリプロピレン製の保護テープでＰＴＣサーミスタの組み込み部分全体を被覆することを省略することができ、かかる組み込み部分の小型化により貢献する。

ここで、本発明の正極リード３０は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、嵌込凹部７０が設けられた第１のリード半体４２、ＰＴＣサーミスタ４０及び第２のリード半体４４が準備される。そして、第１のリード半体４２の嵌込凹部７０内に半田ペーストが塗布される。一方、第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６のＰＴＣサーミスタ４０側の面に半田ペーストが塗布される。その後、嵌込凹部７０にＰＴＣサーミスタ４０が、その上端面４６側から挿入される。その後、ＰＴＣサーミスタ４０の下端面４７に第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６が、接続される。このとき、第１のリード半体４２と第２のリード半体４４とは、平面視で直線状となり、且つ、側面視で段違いとなるように配設される。この状態で、全体を加熱し、半田を溶融させ、その後、冷却することにより半田接合を完了する。その後、第１のオーバーラップ端部５４と第２のオーバーラップ端部５６との間に位置付けられている、ＰＴＣサーミスタ４０の側面４８のうちの露出している部分を保護材７２としての耐アルカリエポキシ樹脂で覆う。これにより、本発明の正極リード３０が得られる。

本発明においては、ＰＴＣサーミスタ４０を嵌込凹部７０に嵌め込むだけで、ＰＴＣサーミスタ４０の位置決めができるので、従来よりも製造が容易であり、製造効率に優れている。

（第２の実施形態）
本発明が適用される第２の実施形態の電池について説明する。
第２の実施形態の電池は、第２のリード半体８０の第２のオーバーラップ端部８２にも嵌込凹部８４が設けられている正極リード３１を備えている点のみで第１の実施形態の電池２と相違する。よって、既に説明した第１の実施形態と同一の機能を発揮する部材および部位には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。

まず、図６に示すように、正極リード３１に係る第２のリード半体８０は、その第２のオーバーラップ端部８２に、ＰＴＣサーミスタ４０を嵌め込み可能な第２の嵌込凹部８４を備えている。この第２の嵌込凹部８４は、第１のリード半体４２に設けられた第１の嵌込凹部７０と同じ形状をなしている。つまり、平面視形状がＰＴＣサーミスタ４０の平面視形状と略同じであり、その深さ方向の長さＤ２が、ＰＴＣサーミスタ４０の厚さＨよりも短く設定されている。ここで、第１のオーバーラップ端部５４、第２のオーバーラップ端部８２及びＰＴＣサーミスタ４０を積層した際に、第１のオーバーラップ端部５４及び第２のオーバーラップ端部８２の周縁同士が接触してしまうと、第１のオーバーラップ端部５４、第２のオーバーラップ端部８２及びＰＴＣサーミスタ４０の電気的に直列な接続が阻害され、ＰＴＣサーミスタ４０による電流の抑制が不能となる。このため、第１のオーバーラップ端部５４及び第２のオーバーラップ端部８２は互いに接触しないようにする必要がある。よって、第１の嵌込凹部７０の深さＤ１と第２の嵌込凹部８４の深さＤ２との和を、ＰＴＣサーミスタの厚さＨよりも小さくなるように設定する。つまり、Ｈ＞Ｄ１＋Ｄ２とする。

このように、第１のオーバーラップ端部５４及び第２のオーバーラップ端部８２にそれぞれ嵌込凹部７０，８４が設けられていると、正極リード３１の製造に際し、ＰＴＣサーミスタ４０の位置合わせがより容易になる。また、これら嵌込凹部７０，８４にＰＴＣサーミスタ４０が嵌め込まれることにより、第１のリード半体４６及び第２のリード半体８０の位置関係を所定の位置関係に規制できる。つまり、正極リード３１を平面視した場合における、第１のリード半体４６と第２のリード半体８０とがＰＴＣサーミスタ４０の部分で屈曲することが抑制される。これにより、正極リード３１は、直線性が維持され、形状安定性が更に向上する。このように、正極リード３１の形状安定性が向上すると、電池製造における歩留まりも更に向上する。

１．電池の製造
（実施例１）
図３に示すような、縦（Ｌ）が３ｍｍ、横（Ｗ）が３ｍｍ、厚さ（Ｈ）が約１．０ｍｍの略矩形の板状をなし、作動温度が９０℃であるＰＴＣサーミスタ４０を準備した。なお、ＰＴＣサーミスタ４０のコーナー部は、ラウンド状に形成されている

一方、第１のリード半体４２及び第２のリード半体４４としては、厚さが約０．２ｍｍのニッケルからなる帯状体を準備した。これら第１及び第２のリード半体４２，４４は、図４に示すように、縦（Ｌ１）が３．５ｍｍ、横（Ｗ１）が３．５ｍｍの矩形のオーバーラップ端部５４，５６と、幅（Ｗ２）が３ｍｍの本体部６２，６６とを含む。なお、オーバーラップ端部５４，５６と本体部６２，６６との間には、幅（Ｗ３）が２．５ｍｍ、長さ（Ｌ２）が１ｍｍの狭幅部６４，６８が設けられている。

ここで、第１のリード半体４２のオーバーラップ端部５４には、図４，図５に示すように、ＰＴＣサーミスタ４０の平面視形状と同形状の第１の嵌込凹部７０が設けられている。すなわち、第１の嵌込凹部７０は、縦（Ｌ４）が３ｍｍ、横（Ｗ４）が３ｍｍ、深さ（Ｄ１）が約０．３ｍｍの略矩形状をなしている。
なお、第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６は、凹部を有さず、平坦である。

次に、第１のリード半体４２における第１の嵌込凹部７０の底面７１及び第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６に半田ペーストを塗布した。その後、ＰＴＣサーミスタ４０を、上端面４６側から第１のリード半体４２の第１の嵌込凹部７０に嵌め込んだ。次いで、ＰＴＣサーミスタ４０の下端面４７に第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６を重ね合わせた。このとき、第２のリード半体４４は、その本体部６２が、第１のリード半体４２の本体部６２とは反対側に延びるように配設されている。このように第１のリード半体４２、ＰＴＣサーミスタ４０及び第２のリード半体４４を積層した状態で全体を加熱し、半田を溶融させた後、冷却する工程を経て、半田付けを行った。

その後、ＰＴＣサーミスタ４０の周囲で、且つ、第１のリード半体４２の第１のオーバーラップ端部５４と第２のリード半体４４の第２のオーバーラップ端部５６との間の隙間に耐アルカリエポキシ樹脂を充填した。これにより、ＰＴＣサーミスタの側面４８のうち露出した部分の全体を保護材７２で被覆した。このようにして実施例１の正極リード３０を製造した。

得られた正極リード３０を用いて一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ａと称する。

（比較例１）
実施例１と同様なＰＴＣサーミスタ４０を準備した。
一方、第１のリード半体９０及び第２のリード半体９２として、厚さ約０．２ｍｍのニッケルからなる帯状体を準備した。これら第１及び第２のリード半体９０，９２は、図７に示すように、幅（Ｗ５）が３ｍｍの本体部９４，９６と、この本体部９４，９６の先に延びる幅（Ｗ６）が２．５ｍｍの先端部９８，１００とを含む。
次に、第１のリード半体９０及び第２のリード半体９２の先端部９８，１００に半田ペーストを塗布した。この半田ペーストは、先端部９８，１００のＰＴＣサーミスタ４０に対向する面の所定位置に塗布した。その後、専用工具で保持されたＰＴＣサーミスタ４０に対し、その上端面４６に第１のリード半体９０の先端部９８を重ね合わせた。一方、第２のリード半体９２については、その本体部９６が第１のリード半体９０の本体部９４とは反対側に延びるように配置するとともに、その先端部１００をＰＴＣサーミスタ４０の下端面４７と重ね合わせた。そして、この状態で全体を加熱し、半田を溶融させた後、冷却する工程を経て、半田付けを行った。

この比較例１において、第１のリード半体９０及び第２のリード半体９２は、図７，８に示すように、その先端９８ａ，１００ａから長さ（Ｌ５）が２ｍｍの範囲のみＰＴＣサーミスタ４０とオーバーラップさせている。これにより、比較例１のＰＴＣサーミスタ４０は、側面４８だけではなく上下の端面４６，４７も部分的に露出している。このため、比較例１においては、この露出している面を全て被覆すべく、先端部９８，１００の外面を含めＰＴＣサーミスタ４０が存在する部分全体にエポキシ樹脂１０２を塗布した。このエポキシ樹脂１０２は、耐アルカリ性を備えていない一般的な樹脂であるので、アルカリ成分から保護するために、エポキシ樹脂が塗布された部分の全体を更に耐アルカリ性を備えたポリプロピレン製の透明な保護テープ１０４で被覆した。この保護テープ１０４は、縦（Ｌ７）が約９ｍｍ、横（Ｗ７）が約９ｍｍの大きさでＰＴＣサーミスタ４０が組み込まれた部分を上下面から覆っている。このようにして比較例１の正極リード３３を製造した。この比較例１の正極リード３３は、エポキシ樹脂の被覆厚さが実施例１の正極リード３０に比べて厚く、更にその上に、大判の保護テープ１０４が配設されているので、ＰＴＣサーミスタ４０が組み込まれた部分は、実施例１に比べてかさばっている。

得られた正極リード３３を用いて一般的なＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｂと称する。

なお、比較例１の正極リード３３は、上記したようにかさばっているため、ＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池には組み込むことはできなかった。

（比較例２）
ＰＴＣサーミスタを備えていない一般的な正極リードを用いて、一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｃと称する。

（実施例２）
作動温度が８０℃であるＰＴＣサーミスタを用いたことを除いては、実施例１と同様にして正極リードを製造した。
得られた正極リードを用いて一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｄと称する。

（実施例３）
作動温度が１００℃であるＰＴＣサーミスタを用いたことを除いては、実施例１と同様にして正極リードを製造した。
得られた正極リードを用いて一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｅと称する。

（実施例４）
作動温度が６０℃であるＰＴＣサーミスタを用いたことを除いては、実施例１と同様にして正極リードを製造した。
得られた正極リードを用いて一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｆと称する。

（実施例５）
作動温度が１１０℃であるＰＴＣサーミスタを用いたことを除いては、実施例１と同様にして正極リードを製造した。
得られた正極リードを用いて一般的なＡＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を作製した。この電池を電池ｇと称する。

２．電池の評価
（１）得られた電池ａ〜ｃに対し、初期活性化処理を施し、使用可能状態とした。その後、各電池は、充電され、フル充電状態とされた。

次いで、これら電池ａ〜電池ｃは、２５℃の環境下に置かれた。そして、各電池において、正極端子と負極端子とを金属線でつなぎ外部短絡を発生させた。このときの電池の表面の温度を測定し、外部短絡時の電池表面の最高温度を求めた。得られた結果を電池の表面温度として表１に示した。

この表１から以下のことがわかる。
実施例１の正極リードは、ＰＴＣサーミスタよりも大きいオーバーラップ端部を有し、しかも、このオーバーラップ端部には、ＰＴＣサーミスタのための嵌め込み凹部が設けられている。かかるオーバーラップ端部では、ＰＴＣサーミスタの上下面及び側面の一部が覆われているので、ＰＴＣサーミスタの露出面積は従来よりも小さくなっている。このため、ＰＴＣサーミスタにおいて被覆すべき箇所の面積は小さいので、保護用の樹脂の使用量を少なくすることができる。しかも、実施例１の正極リードにおいては、耐酸素用の保護及び耐アルカリ性の保護が耐アルカリエポキシ樹脂のみで可能であるので、ＰＴＣサーミスタの保護対策が従来よりも簡略化できる。よって、ＰＴＣサーミスタの組み込み箇所がかさばらないので、実施例１の正極リードは、ＡＡＡサイズの電池に十分搭載が可能となっている。

また、ＰＴＣサーミスタを含む従来型の正極リードである比較例１の正極リードを搭載した電池ｂは、外部短絡が起こった場合、その電池表面の温度は、４４．８℃である。これに対し、実施例１にかかる電池ａは、外部短絡発生時の電池表面温度が５２．５℃であり、電池ｂよりも７．７℃高い。これは、電池ａは、ＡＡＡサイズの電池であり、ＡＡサイズの電池ｂよりも小さく、温度が上昇し易いことから、電池ｂよりも温度が高くなったと考えられる。しかしながら、電池ａの表面温度は、国内玩具基準（電池の最高発熱温度は７０℃以下）を下回るものであり、十分発熱を抑制することができていると考えられる。

一方、ＰＴＣサーミスタを組み込んでいない電池ｃは、外部短絡が発生すると、１３８．０℃程度まで発熱してしまった。これに比べると、電池ａは、外部短絡を起こしてもその半分以下の温度までしか昇温しないので、このことからも、十分発熱を抑制することができていると考えられる。

以上より、本発明は、従来はかさばってＡＡＡサイズの電池に搭載が困難であったＰＴＣサーミスタ組み込み正極リードをＡＡＡサイズの電池に搭載可能とし、しかも従来と同等の発熱抑制効果を奏していると言える。

（２）次に、得られた電池ａ、ｄ〜ｇに対し、初期活性化処理を施し、使用可能状態とした。その後、各電池は、充電され、フル充電状態とされた。

そして、これらの電池を６０℃の環境下に２時間放置し、同じ温度環境で、正極端子と負極端子との間の電気抵抗値を測定した。その結果を６０℃の環境下における電池の抵抗値として表２に示した。

ついで、これら電池ａ、ｄ〜ｇを室温まで冷却し、２５℃の環境下に置いた。そして、各電池において、正極端子と負極端子とを金属線でつなぎ外部短絡を発生させた。このときの電池の表面の温度を測定し、外部短絡時の電池表面の最高温度を求めた。得られた結果を電池の表面温度として表２に併せて示した。

この表２から以下のことがわかる。
まず、電池ａ、ｄ〜ｇについては、２５℃における外部短絡時の電池表面の最高温度が、ＰＴＣサーミスタを搭載していない電池ｃの外部短絡時の電池表面の最高温度に比べて、いずれも低い値となっているので、ＰＴＣサーミスタが有効に機能して、発熱の抑制がなされていると言える。
ここで、ＰＴＣサーミスタの作動温度が６０℃に設定されている電池ｆは、６０℃の環境下に置かれると、そこに含まれるＰＴＣサーミスタも環境温度の影響で温度が上昇する。その結果、電流抑制機能が作動し、電池の電気抵抗値がおよそ１０００Ωに上昇してしまった。このため、電池ｆは、置かれる環境の温度が６０℃程度となる場合、例えば、夏季の自動車の中等に置かれた場合、実際には外部短絡をおこしていないのに、電流を抑制して、機器を駆動できなくさせてしまう可能性がある。これに対し、電池ｆよりもＰＴＣサーミスタの作動温度が高い電池ａ，ｄ，ｅ，ｇでは、６０℃の環境下でも抵抗値が０．０２０Ω以下と低く、電池ｆのような不具合は、生じないと言える。

一方、これらの電池が、２５℃の環境下で外部短絡を起こした場合、電池ａ、電池ｄ〜ｆの表面温度は、６５．０℃以下であるのに対し、電池ｇの表面温度は、７４．８℃まで上昇している。
このことから、誤作動防止のため、ＰＴＣサーミスタの作動温度を高くし過ぎると、実際に外部短絡が生じた場合、電池の表面温度も比較的高くなることがわかる。

以上のことから、ＰＴＣサーミスタの誤作動防止と、実際に外部短絡が生じた場合に、国内玩具基準（電池の最高発熱温度は７０℃以下）を満足できるようにするためには、ＰＴＣサーミスタの作動温度を８０℃〜１００℃の範囲とすることが好ましいと言える。

なお、本発明は、上記した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、本発明が適用される電池は、ニッケル水素蓄電池に限られるものではなく、他のアルカリ蓄電池にも適用可能である。また、本発明に用いられるＰＴＣサーミスタは、その形状は、ラウンドコーナーを有する矩形状に限定されるものではなく、コーナーが角形の矩形状、円形状、三角形状等種々の形状のものを採用することができる。この場合、嵌込凹部の形状は、かかるＰＴＣサーミスタの形状に合致する形状とする。

２ニッケル水素蓄電池
１０外装缶
１１封口体
１２絶縁パッキン
１４蓋板
２０正極端子
２４正極
２６負極
２８セパレータ
３０，３１，３３正極リード
４０ＰＴＣサーミスタ
４２第１のリード半体
４４第２のリード半体
７２保護材

Claims

上端が開口した外装缶と、正極及び負極がセパレータを介して積層されてなり、前記外装缶にアルカリ電解液とともに収容された電極群と、前記外装缶の開口縁に絶縁された状態で固定され、前記開口を封口する蓋板及び前記蓋板に電気的に接続された正極端子を有する封口体と、前記正極と前記封口体とを電気的に接続する正極リードとを備え、
前記正極リードは、前記封口体に電気的に接続された第１のリード半体と、前記正極に電気的に接続された第２のリード半体と、前記第１のリード半体と前記第２のリード半体との間に配設されたＰＴＣサーミスタとを含み、
前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体は、互いのオーバーラップした部分に、前記ＰＴＣサーミスタの平面視形状よりも大きく形成され、前記ＰＴＣサーミスタと接するオーバーラップ端部をそれぞれ有しており、
前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体のうちの少なくとも一方の前記オーバーラップ端部に形成された嵌込凹部に、前記ＰＴＣサーミスタが嵌め込まれており、前記ＰＴＣサーミスタは、前記第１のリード半体及び前記第２のリード半体の前記オーバーラップ端部に覆われていない露出部分が保護材で覆われていることを特徴とするアルカリ蓄電池。
前記保護材は、耐酸素性及び耐アルカリ性を兼ね備えた樹脂よりなることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
前記ＰＴＣサーミスタは、作動温度が８０℃〜１００℃に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリ蓄電池。