JP6589266B2 - 蓄電素子、および、その製造方法 - Google Patents

Description

蓄電素子のケースの構造の技術に関する。

例えばアルカリ蓄電池等の電池は、次のように製造される。即ち、一端が開口し、他端が閉塞した筒状のケース本体内に電極体を収容し、そのケース本体の開口部を蓋により封口して電池のケースを形成する。その後、その電池のケースを環状治具に圧入して通す縮径工程を実行してケースの外径寸法を一定にして製造される（特許文献１参照）。

特開平１０−３２１１９８号公報

ところで、従来の電池のケース本体は、電極体を収容する胴体部の外径と蓋をその外周から取り巻くように保持する封口部の外径寸法とが同一である。このため、上述した縮径工程において、その縮径のための外力が、ケース本体の胴体部だけでなく、封口部にも加わり、その結果、封口部のパッキンに過剰な外力が作用してシール性が低下するという問題があった。

本明細書では、縮径工程を経ることにより蓄電素子のケース本体のシール性が低下することを防止できる技術を開示する。

本明細書によって開示される蓄電素子は、電極体と、蓋部と、一端側を開口した容器状をなし内部に前記電極体を収容する胴体部、および、前記胴体部の開口側において前記蓋部を外周から取り囲んで保持する封口部を有するケース本体とを備え、前記封口部の外径を前記胴体部の外径より小さくした蓄電素子である。

上記蓄電素子は、前記胴体部の前記封口部側の端部が前記封口部方向に突出している構成であってもよい。

本明細書によって開示される発明によれば、縮径工程で蓄電素子のケース本体が変形してシール性を低下させることを抑制することができる。

一実施形態の電池の縦断面図 電池ケースの上面図 電池ケースの封口部を拡大した断面図 比較例の縮径工程時における電池ケースの状態を示す模式図 実施形態の縮径工程時における電池ケースの状態を示す模式図

＜一実施形態＞
一実施形態の電池１について、図１〜図５を参照しつつ説明する。電池１は、蓄電素子の一例であり、ニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池である。以下の説明では、図１の紙面手前側を電池１の前側Ｆとし、紙面右側を電池１の右側Ｒとし、紙面上側を電池１の上側Ｕとする。

（電池の構成）
図１に示すように、電池１は、電池ケース２、および、電池ケース２内に収容された電極体３を備えて構成されている。電池ケース２は、例えば図１に示す上下方向に長い円筒容器状の形状である。この電池ケース２はケース本体１１および蓋部１２を有し、内部に電極体３を収容する収容空間Ｓを有する。

蓋部１２は、後述する正極板２１に弾性を有する接続端子２４を介して電気的に接続されており、電池１の正極端子として機能する。蓋部１２は、全体として円盤状の形状を有する。なお、蓋部１２には、安全弁１７が設けられており、電池ケース２の内圧が所定値以上になったときに、この安全弁１７により、電池ケース２内のガスを外部に排出することができる。

ケース本体１１は、表面がニッケルめっきされており、後述する負極板２２が電気的に接続されることで電池１の負極端子として機能する。ケース本体１１は、電池ケース２の長手方向、図１では上下方向における一端（上端）が開放しており、他端（下端）が閉塞した円筒容器状の形状である。以下、ケース本体１１の中心軸を、中心軸Ｗということがある。ケース本体１１は、例えば１枚の金属板に絞り加工を施すことによって一体的に成形されたものであり、後に詳述する胴体部１１Ａ、封口部１１Ｂ、および、括れ部１１Ｃを有する。

胴体部１１Ａは、ケース本体１１のうち電極体３を収容する部分であり、円板状の閉塞部１１Ｄおよび円筒状の周壁部１１Ｅを有する。周壁部１１Ｅは円筒状をなし、閉塞部１１Ｄの外周縁から一体に立ち上がるように連なり、中心軸Ｗに沿ったケース本体１１の側壁を構成する。閉塞部１１Ｄはケース本体１１の底部を構成する。周壁部１１Eの上端すなわち胴体部１１Ａの上端は括れ部１１Ｃに連なる。胴体部１１Ａの形状は、全長に亘って外径が同一である寸胴形状である。以下、胴体部１１Ａの外径を、外径Ｈ１という。

封口部１１Ｂは、ケース本体１１の上端において円形状に開口し、蓋部１２を外周から取り巻くようにして保持する部分である。具体的には、封口部１１Ｂは、全体として内周側を開口させた環状の溝形状を有し、その開口した部分には、樹脂等で形成された絶縁性のガスケット１８を介して、蓋部１２が嵌められている。封口部１１Ｂの上部は、蓋部１２を上方から装着した後にカシメ加工が施されて内側に曲げられている。以下、この上部をカシメ部分１１Ｋという。これにより、蓋部１２の周縁部分が、全周に亘って封口部１１Ｂによって外周から取り囲むようにして保持され、蓋部１２とケース本体１１との絶縁を保ちつつ、ケース本体１１が密閉されている。また、図２に示すように、封口部１１Ｂの最大外径Ｈ２は、全周に亘って、胴体部１１Ａの外径Ｈ１より小さい。

括れ部１１Ｃは、胴体部１１Ａと封口部１１Ｂとの間に位置し、図３に示すように、括れ部１１Ｃは、外周側において開口する溝状をなし、上下方向において互いに対向する一対の壁部分Ｄ１，Ｄ２を有する。一対の壁部分Ｄ１，Ｄ２のうち、上側に位置する壁部分Ｄ１は、上述した封口部１１Ｂのカシメ部分１１Ｋとの間で、ガスケット１８を介して、蓋部１２の周縁部分を上下から挟み込んでおり、これにより、封口部１１Ｂの封口状態が維持されている。なお、壁部分Ｄ１は、ケース本体１１の中心軸Ｗに向かうにつれて封口部１１Ｂから離れる方向（すなわち図１，図３において下側）に傾斜している。

一方、上記一対の壁部分Ｄ１，Ｄ２のうち、下側に位置する壁部分Ｄ２も、少なくとも一部が、ケース本体１１の中心軸Ｗに向かうにつれて封口部１１Ｂから離れる方向に傾斜している。この結果、胴体部１１Ａの封口部１１Ｂ側の端部（図において上端部）が、括れ部１１Ｃにおいて封口部１１Ｂ方向（上方）に突出して湾曲しつつ括れ部１１Ｃの壁部分Ｄ２に連なっている。すなわち、壁部分Ｄ２は、胴体部１１Ａから上側に盛り上がるように湾曲し、更に、中心軸Ｗに向かうにつれて、蓋部１２に平行になるように湾曲している。このため、括れ部１１Ｃの溝形状は、その開口部分よりも奥方においてケース本体１１の中心軸Ｗに沿った方向における間隔寸法が拡がる部分を有する。具体的には、括れ部１１Ｃの開口入口の間隔寸法Ｌ１は、奥側の間隔寸法Ｌ２よりも狭くなっている。

電極体３は、電池ケース２の収容空間Ｓに収容されている。電極体３は、正極板２１、負極板２２、及びそれらの間に配置される電解液を含んだセパレータ２３が、例えばケース本体１１の軸方向Ｗに沿った巻き軸を中心に渦巻状に巻回された構成である。

なお、正極板２１は、例えば、発泡ニッケル等の正極金属板に、水酸化ニッケル及びコバルト化合物の混合物等の正極活物質を塗布したものである。負極板２２は、例えば、ニッケルめっきを施した平板状の穿孔鋼板等の負極金属板に、カドミウム粉末や水素吸蔵合金の粉末等の負極活物質を塗布したものである。セパレータ２３は、例えばポリオレフィン製の不織布からなる。セパレータ２３には、水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを主成分とする電解液が含浸されている。

（本実施形態の効果）
図４，５には、上記電池１と、比較例の電池３０とついて、縮径工程時におけるケース本体の状態が示されている。この縮径工程は、例えば、電池１，３０を、封口部側から、縮径用の金型４０の穴４１に圧入して通過させることでケース本体を、電池の規格の幅寸法に縮径する工程である。

図４に示すように、比較例の電池３０のケース本体３１では、封口部３１Ｂの外径は、胴体部３１Ａの外径Ｈ１と同じである。このため、縮径工程において、その縮径のための外力が、胴体部３１Ａだけでなく、封口部３１Ｂにも加わる。その結果、封口部３１Ｂのカシメ部分１１Ｋが上方に開いて、封口状態が維持できなくなる恐れがある。これに対して、図５に示すように、本実施形態の電池１では、封口部１１Ｂの最大外径Ｈ２は、全周に亘って、胴体部１１Ａの外径Ｈ１より小さい。このため、縮径工程において、その縮径のための外力は、封口部３１Ｂに加わらない。このため、電池３０に比べて、縮径工程でケース本体の封口状態が維持できなくなることを抑制することができる。

電池１では、胴体部１１Ａと封口部１１Ｂとの間に、括れ部１１Ｃを有する。これにより、ケース本体１１が括れ部１１Ｃを有しない構成に比べて、縮径工程において胴体部１１Ａに加わった力が封口部１１Ｂに伝わることを抑制することができる。また、壁部分Ｄ２は、ケース本体１１の中心軸Ｗに向かうにつれて封口部１１Ｂから離れる方向に傾斜している（胴体部１１Ａの封口部１１Ｂ側の端部が括れ部１１Ｃにおいて封口部１１Ｂ方向に突出している）。これにより、例えば壁部分Ｄ２が傾斜していない構成に比べて、縮径工程において胴体部１１Ａが加わった力が封口部１１Ｂに伝わることを抑制することができる。更に、括れ部１１Ｃの少なくとも一部において、壁部分Ｄ１，Ｄ２のケース本体１１の軸方向における間隔寸法は、ケース本体１１の中心軸Ｗに向かうにつれて広くなっている開口幅が中心軸Ｗに向かうにつれて広くなっている。これにより、例えば括れ部１１Ｃの開口幅が、全体的に、ケース本体１１の中心軸Ｚに向かうにつれて狭くなっている構成に比べて、縮径工程において胴体部１１Ａに加わった力が封口部１１Ｂに伝わることを抑制することができる。

なお、本実施形態の括れ部１１Ｃは必ずしも必要ではない。縮径工程において胴体部１１Ａに作用する径方向の圧縮力によって、胴体部１１Ａの上端部及び下端部のいずれか一方又は双方において胴体部１１Ａを構成する金属材料が流動して逃げ、外周縁部に封口部１１Ｂ側に突出する環状の突出部が形成されるようにしておけば、やはり縮径工程において胴体部１１Ａが加わった力が封口部１１Ｂに伝わることを抑制することができるからである。

また、上記実施形態では、封口部１１Ｂ側を先にしてケース本体１１の閉塞部１１Ｄ側から押すことで電池１を縮径用の金型４０の孔４１に圧入する方法を例示した。逆に、ケース本体１１の閉塞部１１Ｄを先にして蓋部１２側を押すことで電池１を孔４１に圧入しても、やはり封口部１１Ｂの外周が孔４１の内周面との間で強くこすれ合うことがないから、封口部１１Ｂにおけるシール性の低下を防止することができる。このようにケース本体１１の閉塞部１１Ｄ側を先にして電池１を孔４１に圧入する場合、その圧入に対する抵抗に起因して括れ部１１Ｃに対して軸方向の圧縮力が作用するため、圧入抵抗によっては括れ部１１Ｃが変形して括れ部１１Ｃのうち軸方向に対向する壁部分Ｄ１，Ｄ２の一部が溝形状の入口部分において互いに接触することがある。かかる変形を回避する必要がある場合には、封口部１１Ｂ側を先にして電池１を金型４０の孔４１に圧入する方法が好ましいが、そのような変形が問題にならない場合にはケース本体１１の閉塞部１１Ｄを先にして電池１を金型４０の孔４１に圧入しても良い。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

「蓄電素子」は、アルカリ電池に限らず、マンガン電池や、二次電池などでもよく、また、キャパシタなどでもよい。また、「ケース」は、円筒状に限らず、角筒状などでもよい。また、ケースは、閉塞部の厚さが周壁部厚さ以下のものでもよい。

ケース本体は、括れ部を有しない構成でもよく、また、寸胴形状でなくてもよい。

１：電池 ２：電池ケース ３：電極体 １１：ケース本体 １１Ａ：胴体部 １１Ｂ：封口部 １１Ｃ：括れ部 １２：蓋部

Claims (7)

1. 電極体と、
   蓋部と、
   一端側を開口した容器状をなし内部に前記電極体を収容する胴体部、および、前記胴体部の開口側において前記蓋部を外周から取り囲んで保持する封口部を有するケース本体と、を備え、
   前記封口部の外径は前記胴体部の外径より小さく、
   前記ケース本体は、前記胴体部と前記封口部との間に、前記胴体部および前記封口部より外径が小さく外周側において開口する溝状の括れ部を有し、
   前記括れ部の溝形状は、その開口部分よりも奥方においてケース本体の軸方向における間隔寸法が拡がる部分を有し、
   前記括れ部の前記ケース本体の軸方向に対向する壁部分のうち、封口部側に位置する前記壁部分は、前記ケース本体の中心軸に向かうにつれて、前記封口部から離れる方向に傾斜している蓄電素子。
2. 請求項１に記載の蓄電素子であって、前記胴体部の前記封口部側の端部が前記封口部方向に突出している、蓄電素子。
3. 請求項１または２に記載の蓄電素子であって，
   前記壁部分が少なくとも一部において互いに接触している、蓄電素子。
4. 請求項１または２に記載の蓄電素子であって、
   前記壁部分が互いに接触していない、蓄電素子。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の蓄電素子であって、
   前記胴体部は全長に亘って外径が同一である、蓄電素子。
6. 蓄電素子の製造方法であって、
   電極体を収容する筒状の胴体部、および、前記胴体部の少なくとも一端で蓋部を保持する封口部を有し、前記封口部の外径が、前記胴体部の外径より小さいケース本体を形成する工程と、
   前記ケース本体を、前記封口部側から縮径金型の孔に圧入して前記胴体部を縮径する工程とを含む、
   前記封口部の外径が前記胴体部の外径より小さく、前記ケース本体は、前記胴体部と前記封口部との間に、前記胴体部および前記封口部より外径が小さく外周側において開口する溝状の括れ部を有する蓄電素子の製造方法。
7. 電極体を収容する筒状の胴体部、および、前記胴体部の少なくとも一端で蓋部を保持する封口部を有し、前記封口部の外径が、前記胴体部の外径より小さいケース本体を形成する工程と、
   前記ケース本体の前記胴体部を縮径する工程とを含む、
   前記封口部の外径が前記胴体部の外径より小さい蓄電素子の製造方法であって、
   前記胴体部の前記封口部側の端部が前記封口部方向に突出していることで、
   前記縮径する工程において前記胴体部に加わった力が前記封口部に伝わることを抑制することができる蓄電素子の製造方法。
   

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