JPH02117063A - 筒形アルカリ電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は筒形アルカリ電池に関する。

〔従来の技術〕

筒形アルカリ電池では、誤って充電したり、あるいは過
放電状態になると、電池内部にガスが発生して、電池内
部の圧力が異常に上昇し、高圧下で電池が破裂するよう
になる。

そのため、第２図に示すように、封口体（６）に薄肉部
（６３ａ）を設け、電池内部の圧力が上昇して所定圧力
に達すると、上記薄肉部（６３ａ）が破壊して、電池内
部のガスを環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を経
由して負極端子板（９）のガス抜き孔（９ａ）から電池
外部へ放出して、電池の高圧下での破裂、いわゆる爆発
を防止することが行われている（例えば、実願昭６２−
１１０７６５号）。

［発明が解決しようとする課題〕゛ しかしながら、上記筒形アルカリ電池では、耐漏液性な
どの関係から、封口体（６）には圧縮応力が高く正陽缶
（４）の開口部を高い締圧力で封口できるナイロン製の
ものが使用されているが、このナイロンは吸湿性が強い
ため、高温高湿の雰囲気中では、封口体（６）の薄肉部
（６３ａ）が負極端子板（９）のガス抜き孔（９ａ）お
よび環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を通過して
電池外部から侵入してきた水分を吸収し、該薄肉部（６
３ａ）の強度が低下して、設定した圧力以下で薄肉部（
６３ａ）が破壊して電池内部の電解液が電池外部に漏出
するという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための手段を本発明の実施例に対応
する第１図を用いて説明すると、本発明は、封口体（６
）の厚肉部（６１）と外周縁部（６２）との間に嵌着し
た環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を閉塞部材（
８）で閉塞して、電池外部の水分が封口体（６）の薄肉
部（６３ａ）に達しないようにし、薄肉部（６３ａ）の
水分吸収による強度低下が生しないようにして、通常の
条件下で薄肉部（６３ａ）が破壊するのを防止したもの
である。

すなわち、本発明は、環状支持体（７）上に環状の閉塞
部材（８）を配置し、上記環状の閉塞部材（８）の外周
縁部を負極端子板（９）の周縁部と環状支持体（７）の
外周縁部とで固定し、かつ閉塞部材（８）の内周縁部を
封口体（６）の厚肉部（６１）の外周面に密接させて、
環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を上記閉塞部材
（８）で閉塞したものである。

〔作用〕

上記環状の閉塞部材（８）の外周縁部は、負極端子板（
９）の周縁部と環状支持体（７）の外周縁部とに挟まれ
て固定されており、また閉塞部材（８）の内周縁部は封
口体（６）の厚肉部（６１）の外周面に密接させている
ので、通常時には、上記閉塞部材（８）は環状支持体（
７）のガス抜き孔（７ａ）を閉塞する蓋の役割を果たし
ている。したがって、負極端子板（９）のガス抜き孔（
９ａ）から電池内部に侵入する水分（水蒸気）は閉塞部
材（８）で遮断されるので、電池外部の水分が封口体（
６）の薄肉部（６３ａ）にまで達することがなく、薄肉
部（６３ａ）が水分を吸収して強度低下を引き起こすこ
とがない。

一方、充電、過放電などの異常事態により電池内部にガ
スが発生して電池内部の圧力が上昇し、封口体（６）の
薄肉部（６３ａ）が破壊したときは、上記のガスが環状
支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を通過して閉塞部材
（８）を押し上げ、閉塞部材（８）の内周縁部と封口体
（６）の厚肉部（６１）の外周面との接面に隙間が生し
、ガスがその隙間を通り、さらに負極端子板（９）のガ
ス抜き孔（９ａ）から電池外部に放出される。

したがって、閉塞部材（８）が防爆機能の作動を妨げる
ようなことはない。

〔実施例］ つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明の筒形アルカリ電池の一実施例を示す断
面図である。

図中、（１）は正極合剤、（２）は負極剤、（３）はセ
パレータ、（４）は正極缶、（５）は負極集電体、（６
）は封口体、（７）は環状支持体、（８）は環状の閉塞
部材、（９）は負極端子板、００）は外装体である。

正極合剤（１）は二酸化マンガンを正極活物質とし、こ
の二酸化マンガンと導電助剤としての黒鉛とを主体とす
る粉末を円筒状に加圧成形したものである。負極剤（２
）は水酸化カリウムと亜鉛の自己腐食を防止するための
酸化亜鉛を熔解したアルカリ電解？（ｌに、ポリアクリ
ル酸ソーダなどのバインダーと氷化亜鉛粉末を混合して
得られたものである。

セパレータ（３）はビニロンを主材とする不織布からな
り、存底円筒状をしていて、正極合剤（１）と負極剤（
２）とを隔離している。

正極缶（４）は鉄製で表面にニッケルメッキが施されて
おり、前記の正極合剤（１）、負極剤（２）、セパレー
タ（３）、電解液（電解液は、上記のように負極剤（２
）中に含まれているだけではな（、セパレータ（３）や
正極合剤（１）中にも含浸して存在している）などの発
電要素は上記正極缶（４）に内填されている。

負極集電体（５）は、黄銅製で、封口体（６）の透孔（
６４）に挿入され、その頭部は負極端子板（９）の中央
部に溶接されて、負極集電体（５）と負極端子板（９）
との電気的接続が得られるようになっている。

封口体（６）は、中心部に負極集電体（５）が挿入され
る透孔（６４）を設けた環状の厚肉部（６１）と、正極
缶（４）の開口端部（４ａ）の内周面と接触する厚肉の
外周縁部（６２）と、上記厚肉部（６１）と外周縁部（
６２）とを連結する連結部（６３）とからなり、この連
結部（６３）は上記厚肉部（６１）の近傍に防爆用の薄
肉部（６３ａ）を有し、外周縁部（６２）の近傍にセパ
レータ（３）の開口端部を案内する役割を持つＶ字状部
（６３ｂ）を有している。

環状支持体（７）は、鉄製で、ガス抜き孔（７ａ）を有
していて、前記封口体（６）の厚肉部（６１）と外周縁
部（６２）との間に嵌着されている。

環状の閉塞部材（８）は、例えば硬質塩化ビニル樹脂、
ポリエチレンなどで作製されていて、上記環状支持体（
７）上に配置され、その外周縁部は負極端子板（９）の
周縁部と環状支持体（７）の外周縁部とで固定され、そ
の内周縁部は封口体（６）の厚肉部（６１）の外周面に
密接している。なお、本明細書において、上とは、電池
を第１図に示すように負極端子板（９）が電池の上端に
位置するように電池を配置したときに、上側に位置する
ことをいい、環状の閉塞部材（８）を環状支持体（７）
上に配置するとは、該閉塞部材（８）の少なくとも一部
が環状支持体（７）に接触しながら、環状支持体（７）
の負極端子板（９）側に配置されていることを意味する
。

負極端子板（９）は、鉄製で表面にニッケルメッキを施
したものであり、周縁部が鍔状になった帽子状をしてお
り、その天井部から鍔状周縁部に移る周壁部にはガス抜
き孔（９ａ）が設けられ、その天井部の中央部には前記
のように負極集電体（５）の頭部が溶接され、その周縁
部は正極缶（４）の開口端部（４ａ）の上端部の内方へ
の折曲げにより、封口体（６）の外周縁部（６２）の上
端部により環状の閉塞部材（８）の外周縁部と共に環状
支持体（７）の外周縁部に押圧されて固定されている。

外装体００は、塩化ビニル樹脂シートにアルミニウムを
蒸着したシートからなり、正極缶（４）の外周部を絶縁
している。そして、正極缶（４）の開口端近傍には底部
が電池の内部側に凸出した溝（４ｂ）が設けられ、この
溝（４ｂ）の底部で封口体（６）の外周縁部（６２）の
下部を支えている。

この電池は例えば次に示すようにして作製される。

正極缶（４）に円筒状に成形された正極合剤（１）を挿
入し、正極合剤（１）の中空部にロンドを挿入して正極
合剤（１）を上方から加圧部材で加圧して正極合剤ｆ１
）の外周面を正極缶（４）の内周面に密接させ、加圧部
材やロンドを除去した後、セパレータ（３）を挿入し、
電解液を注入してセパレータ（３）や正極合剤（］）に
電解液を含浸させた後、負極剤（２）をセパレータ（３
）の中空部に充填し、その後、正極缶（４）の開口端近
傍に溝（４ｂ）を形成する。

封口体（６）にはあらかじめその厚肉部（６１）と外周
縁部（６２）との間に環状支持体（７）を嵌着し、その
環状支持体（７）上に環状の閉塞部材（８）を配置して
おく。

負極集電体（５）と負極端子板（９）とはあらかじめ溶
接しておき、この負極集電体（５）を前記状態の封口体
（６）の透孔（６４）に挿入し、この状態の封口体（６
）を前記の正極缶（４）の開口部に嵌合し、正極缶（４
）の開口端部（４ａ）をその上端部が内方に折れ曲がる
ようにして内方に締め付け、正極缶（４）の開口部を封
１体（６）と負極集電体（５）とで封口し、外装体０ω
を正極缶（４）の外周部を包被するように配設する。

負極集電体（５）の先端は針のように鋭く形成されてい
るが、封口体（６）と接している部分の直径は透孔（６
４）の直径より若干大きく、この負極集電体（５）の透
孔（６４）への挿入により、透孔周囲の厚肉部（６１）
は径方向外方側に押圧され、また環状支持体（７）が該
厚肉部（６１）を径方向内方側に押圧するので、負極集
電体（５）と封口体（６）との接面の密接度は高く保た
れる。また、封口体（６）の外周縁部（６２）の外周面
は、正極缶（４）の開口端部（４ａ）の内方への締め付
けにより正極缶（４）の開口端部（４ａ）の内周面に密
接し、封口体（６）と正極缶（４）との接面の密接度が
高く保たれるので、電解液の電池外部への漏出が防止さ
れる。

そして、上記正極缶（４）の開口端部（４ａ）の内方へ
の締付時の上端部の内方への折曲により、負極端子板（
９）の周縁部は固定され、それに伴って環状の閉塞部材
（８）の外周縁部は負極端子板（９）の周縁部と環状支
持体（７）の外周縁部とで固定５され、また、閉塞部材
（８）の内周縁部は、負極集電体（５）を透孔（６４）
に挿入したときの透孔周囲の厚肉部（６１）の径方向外
方側への膨張により厚肉部（６１）の外周面に密接する
ようになる。

したがって、この電池では、通常時には、閉塞部材（８
）が環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）を閉塞する
ので、電池がたとえ高温高湿の雰囲気中に置かれたとし
ても、電池外部の水分は閉塞部材（８）によって遮断さ
れて封口体（６）の薄肉部（６３ａ）にまで達せず、そ
のため、封口体（６）の薄肉部（６３ａ）が水分を吸収
して強度低下を引き起こすことがなく、もとより、通常
の使用条件下で薄肉部（６３ａ）が破壊して電解液の漏
出を引き起こすようなことがない。

また、電池が過充電されたり、あるいは過放電状態にな
って、電池内部にガスが発生し、電池内部の圧力が上昇
して薄肉部（６３ａ）が破壊したときには、該薄肉部（
６３ａ）および環状支持体（７）のガス抜き孔（７ａ）
を通過したガスが閉塞部材（８）を押し上げ、閉塞部材
（８）の内周縁部が封口体（６）の厚肉部（６１）の上
方へ抜は出すなど、閉塞部材（８）の内周縁部と封口体
（６）の厚肉部（６１）の外周面との接面に隙間が生じ
、電池内部のガスがこの隙間を通り、さらに負極端子板
（９）のガス抜き孔（９ａ）を通って電池外部へ出てい
（、シたがって、薄肉部（６３ａ）の破壊による防爆機
能は、この閉塞部材（８）によって妨げられることなく
、正常に作動する。

上記の閉塞部材（８）は、通常時には、環状支持体（７
）のガス抜き孔（７ａ）を閉塞し、かつ電池内部の圧力
が上昇して封口体（６）の薄肉部（６３ａ）が破れたと
きには、その内周縁部と封口体（６）の厚肉部（６１）
の外周面との接面に隙間を生じて電池内部のガスを電池
外部に放出するように作用することが必要とされるが、
そのような作用をするためには、ある程度の自己形状保
持性を持つような硬さがあり、かつ薄肉部（６３ａ）の
破壊圧力以下の圧力で押し上げられ、その内周縁部と封
口体（６）の厚肉部（６１）の外周面との接面に隙間が
生じるように変形し得るものであることが必要であり、
このような閉塞部材の具体例としては、例えば硬質塩化
ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの吸水
性の少ない合成樹脂のｙＩ板、防湿紙（例えば、紙の両
面にポリエチレンフィルムをラミネートしたラミネー１
〜紙）、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属の薄板
で、厚みが０．４〜０．６１１１ｒｍ程度のものが用い
られる。つまり、閉塞部材（８）が上記のもので構成さ
れていれば、通常時には設定した状態から変形すること
なく所定の形状を保つことができ、また、通常、単３形
電池では、薄肉部（６３ａ）の破壊圧力を４０〜６０ｋ
ｇ／ｃ＋＋１程度に設定するが、この薄肉部（６３ａ）
の破壊圧力以下の圧力（例えば、５〜７ｋｇ　／　ｃｉ
程度）で押し上げられ、その内周縁部と封口体（６）の
厚肉部（６１）の外周面との間に隙間が生じるように変
形する。

そして、この閉塞部材（８）の外径寸法、内径寸法とし
ては、外径寸法は、その外周縁部を負極端子板（９）の
周縁部と環状支持体（７）の外周縁部とで挟み得るよう
に設定されておればよく、また、内径寸法は、負極集電
体（５）の透孔（６４）への挿入により透孔周囲の厚肉
部（６１）が径方向外方側に膨張したときの寸法より若
干小さく、好ましくは０，０５〜０．２１程度小さく設
定される。

また、封口体（６）の厚肉部（６１）の高さは、図示の
ように、その上端と負極集電体（５）の頭部下面との間
に隙間が生じるように設定すると、電池内部の圧力が上
昇して薄肉部（６３ａ）が破壊したときに、閉塞部材（
８）の内周縁部が厚肉部（６１）の上方へ抜は出し、閉
塞部材（８）の内周縁部と封口体（６）の厚肉部（６１
）との間に大きな隙間を生し得るので、薄肉部（６３ａ
）の破壊による防爆機能の作動が予定どおりスムーズに
進行するので好ましい。そして、この封口体（６）の厚
肉部（６１）の上端位置としては、閉塞部材（８）が該
厚肉部（６１）の外周面と接触する部分より若干高く、
例えば０．３〜１．５１１１ｍ程度高く設定するのが好
ましい、なお、実施例では、封口体（６）の厚肉部（６
１）の上端位置を閉塞部材（８）が厚肉部（６１）の外
周面と接触する部分より　１．ＯＩ高くしており、その
結果、封口体（６）の厚肉部（６１）の上端と負極集電
体（５）の頭部の下面との間に０．６ｍｍの隙間がおい
ている。

つぎに、上記実施例に示す本発明の電池ＡおよびＢと第
２図に示す従来構造の電池Ｃとを高温高湿の雰囲気中で
貯蔵したときの耐漏液性の相違を第１表に示す。

電池は、いずれも外径１４．５ａ＋ｍ、総高５０．５ｍ
ｍの単３形電池であり、封口体（６）はナイロン６６製
で、薄肉部（６３ａ）の厚みは０．２０ａｎである４本
発明の電池Ａにおいては、閉塞部材（８）として硬質塩
化ビニル樹脂製のものを用い、本発明の電池Ｂにおいて
は、閉塞部材（８）としてポリエチレン製のものを用い
ている。これら電池Ａおよび電池Ｂにおける閉塞部材（
８）の寸法は、いずれのものも、厚さが０．５１で、外
径が１１．０ｍｍであり、内径が２．５＋ｍｎである。

そして、電池Ａ、電池Ｂのいずれにおいても、閉塞部材
（８）の外周縁部は、第１図に示すように、負極端子板
（９）の周縁部と環状支持体（７）の外周縁部とに挾ま
れて固定されており、また、透孔（６４）に負極集電体
（５）を挿入したときの厚肉部（６１）の外径（上記の
ように負極集電体（５）を透孔（６４）に挿入すること
により、厚肉部（６１）の外周面は径方向外方側に膨張
して外径は大きくなる）は２．６ｍｍであって、前記閉
塞部材（８）の内径より０．１＋ｕ＋大きく、その閉塞
部材（８）の内周縁部は封口体（６）の厚肉部（６１）
の外周面に密接している。

耐漏液性を調べるにあたっては、各電池を１００個ずつ
６０℃、相対湿度９０％の雰囲気中に所定期間貯蔵し、
第１表には貯蔵期間の経過とともに漏液の発生した電池
個数を示した。

第　　　　１　　　　表 上記第１表に示すように、本発明の電池ＡおよびＢは、
両者とも、６０’Ｃ１相対湿度９０％という高温高温下
で６０日間貯蔵しても漏液の発生がまったく認められず
、この結果から、通常の使用状態では、５〜６年の貯蔵
に耐え得る耐漏液性を有するものと推定される。

また、従来電池を示す電池Ｃにおいて、貯蔵期間の増加
とともに漏液が発生するようになったのに対し、本発明
の電池ＡおよびＢに漏液がまったく発生しなかったのは
、閉塞部材（８）により電池外部の水分が薄肉部（６３
ａ）にまで達せず、薄肉部（６３ａ）の水分吸収による
強度低下が防止された結果であると考えられる。

つぎに、上記本発明の電池Ａおよび電池Ｂと従来電池を
示す電池ＣにＩＡの定電流を強制的に充電して電池内部
にガスを発生させ（上記充電により電解液が電気分解を
起こして正極側で酸素ガスが発生し、負極側で水素ガス
が発生する）、電池内部の圧力を上昇させて、電池のふ
くれおよび破裂が生じるか否かを調べた結果を第２表に
示す。

試験に供した電池個数は、各電池とも、１０個ずつであ
り、封口体（６）の薄肉部（６３ａ）の厚みは前記のよ
うに０．２０ｍｍであって、この薄肉部（６３ａ）の破
壊圧力は約５０ｋｇ／ｃｊに設定されている。電池のふ
くれは、試験後の電池総高を調べ、電池総高が５０．５
ｍｍを超えたものをふくれがあったと判定し、電池の破
裂は、大きな破裂音を伴って封口体（６）が負極集電体
（５）と共に正極缶（４）の開口部から飛び出したもの
を破裂が生じたと判定した。第２表には、ふくれが生じ
た電池個数および破裂が生した電池個数を示すようにし
ているが、第２表中に示す数値の分母は試験に供した電
池個数であり、数値の分子はふくれが生じた電池個数お
よび破裂が生した電池個数である。

第　　　　２　　　　表 上記第２表に示すように、本発明の電池ＡおよびＢは、
いずれも、ふくれ、破裂がまったくなく、閉塞部材（８
）を設けたことによる。防爆機能の作動への妨げはまっ
たく認められなかった。なお、本発明の電池Ａおよび電
池Ｂ、従来電池を示す電池Ｃとも、試験後の電池には、
いずれも、薄肉部（６３ａ）の破壊によるものと考えら
れる少量の電解液の漏出が認められ、薄肉部（６３ａ）
の破壊による防１機能が正常に作動していることが確認
された。

なお、上記実施例で例示した各構成部材の材質は、本実
施例のものについて例示したにすぎず、閉塞部材（８）
については、前記のように、硬質塩化ビニル樹脂やポリ
エチレン以外のものも用いることができるし、また、封
口体（６）に関しても、ナイロン６６以外に、ナイロン
６、ナイロン６１０、ナイロン１１、ナイロン１２など
を用いることができるなど、各構成部材の材質について
は例示以外のものも用いることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、環状支持体（７）の
ガス抜き孔（７ａ）を環状の閉塞部材（８）で閉塞した
ので、電池外部の水分が封口体（６）の薄肉部（６３ａ
）にまで達せず、薄肉部（６３ａ）の水分吸収による強
度低下が防止されて、電池の耐漏液性を向上させること
ができた。

また、上記閉塞部材（８）は、電池内部の圧力が上昇し
て薄肉部（６３ａ）が破壊したときには、押し上げられ
、その内周縁部と封口体（６）の厚肉部（６１）の外周
面との接面に隙間を生じるので、薄肉部（６３ａ）の破
壊による防爆機能の作動を妨げない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の筒形アルカリ電池の一実施例を示す部
分断面図である。第２図は従来の筒形アルカリ電池を示
す部分断面図である。 （１）・・・正極合剤、　（２）・・・負極剤、　（３
）・・・セパレータ、　（４）・・・正極缶、　（４ａ
）・・・開口端部、（５）・・・負極集電体、　（６）
・・・封口体、　（６１）・・・厚肉部、　（６２）・
・・外周縁部、　（６３）・・・連結部、（６３ａ）・
・・薄肉部、　（６４）・・・透孔、　（７）・・環状
支持体、　（７ａ）・・・ガス抜き孔、　（８）・・・
閉塞部材、（９）・・・頁捲端子板、 （９ａ）・・・ガス抜き孔 特許出願人　日立マクセル株式会社 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発電要素を内填した正極缶（４）の開口部をナイ
   ロン製の封口体（６）と該封口体（６）の透孔（６４）
   に挿入した負極集電体（５）とで封口し、上記負極集電
   体（５）と電気的に接続する負極端子板（９）にはガス
   抜き孔（９ａ）が設けられ、該負極端子板（９）の周縁
   部は正極缶（４）の開口端部（４ａ）の上端部の内方へ
   の折曲げにより固定される筒形アルカリ電池において、
   上記封口体（６）は透孔（６４）を中心部に設けた環状
   の厚肉部（６１）と正極缶（４）の開口端部（４ａ）の
   内周面と接触する外周縁部（６２）と上記厚肉部（６１
   ）と上記外周縁部（６２）とを連結しかつ防爆用の薄肉
   部（６３ａ）を設けた連結部（６３）とを有し、上記封
   口体（６）の厚肉部（６１）と外周縁部（６２）との間
   にはガス抜き孔（７ａ）を有する環状支持体（７）が嵌
   着され、上記環状支持体（７）上に環状の閉塞部材（８
   ）を配置し、該閉塞部材（８）の外周縁部を負極端子板
   （９）の周縁部と環状支持体（７）の外周縁部とで固定
   し、かつ該閉塞部材（８）の内周縁部を封口体（６）の
   厚肉部（６１）の外周面に密接させて、上記環状支持体
   （７）のガス抜き孔（７ａ）を上記閉塞部材（８）で閉
   塞したことを特徴とする筒形アルカリ電池。