JPH0436953A - 密閉形アルカリ蓄電池の安全弁装置 - 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） 本発明は密閉形アルカリ蓄電池、特に水素吸蔵合金電極
を備え、電池内部に水素ガス分圧を有する密閉形アルカ
リ蓄電池の防爆用安全装置に関する。

（従来の技術） 密閉形アルカリ蓄電池の防爆用安全装置としては、電池
内のガス圧が所定値以上に達すると、開弁じてガスを外
部に放出しその後は再度密閉状態になる復帰式が好まし
い。このような復帰式の“安全装置をもった従来の蓄電
池は、合成ゴムなどの弾性体で排気孔を閉塞しているも
のが多く、何らかの原因で電池内部にガスが発生して内
圧が異常に上昇すると、弾性体が上方に押し上げられ封
口板との間からガスを排出することにより、電池の損傷
、破裂を防ぐように構成されている。

このような密閉形アルカリ蓄電池の安全弁装置の作動圧
は、密閉を保つとともにアルカリ電解液の這い上がりを
押さえ、かつ内圧が上昇した際には電池の変形が顕著と
ならないうちにガスを排出するために、通常１０〜２５
　Ｋｇ／ｃｍ２の範囲で作動するように設計されている
。

従来、ニッケルカドミウム蓄電池に代表されるアルカリ
蓄電池においては、弾性弁体に用いられる材料としては
耐アルカリ性の良好なりロロブレンゴムや二）・リルゴ
ム等の汎用性ゴムが主に用いられてきた。この種の弾性
弁体は常温付近の温度で使用される場合には、適切な設
計がなされておれば数年間にわたり略満足のゆく弁作動
性能を維持していた。

しかし、近年この種のアルカリ蓄電池は用途が拡大し、
高温化で充電されたり、あるいは電池が発熱するような
急速充電が必要とされる動力用電源に用いられるように
なってきている。したがって、弾性弁体は」二記したよ
うな条件下で常時圧縮されるため、圧縮永久歪みの増大
が加速されて反撥弾性力が小さくなって、弁作動圧が低
下したり、また弾性弁体の表面が軟化して封「１板と接
着してしまったりして弁作動圧を異常に高めるだけでな
く安全弁を作動させなくなり、電池に損傷を与えたり破
裂させるといった問題があった。

そこで、より耐熱性、耐アルカリ性に優れているエチレ
ンとプロピレンと非共役ジエン化合物の三元共重合体（
ＥＰＤＭ）を主成分とするゴムが弁体材質として用いら
れている。しかし、エチレンとプロピレンと非共役ジエ
ン化合物の三元共重合体（ＥＰＩ）Ｍ）は高温での材質
変化は小さいが圧縮永久歪みに起因する弁作動圧力値の
低下は従来例のものよりもやや小さくなった程度であっ
た。

この種のゴムには加硫剤の反発弾性力および強度を与え
る補強剤とし、てツアーボンブラック、加硫剤として有
機過酸化物、その他加硫促進剤や分散・加工助材などが
添加され、ロールミキザーで練り合わされた後、ホット
プレスにて成形されるのが通常である。

また非常灯電源に用いられている密閉形ニッケルカドミ
ウム蓄電池のように常時充電状態で使用される場合、電
池内部においては正極で発生した酸素ガスが負極のｈド
ミウム極で再結合・吸収されており、酸素ガスの平衡状
態が保たれている。

その際には、酸素ガスが弾性体を通過してしまうおそれ
かある。また最近開発されてきている水素吸蔵合金を内
部に有するアルカリ蓄電池では、従来のアルカリ蓄電池
例えばニッケルカドミウム蓄電池などとは異なり、電池
内部に水素吸蔵合金自身の水素平衡圧を有しており、常
にいくらかの水素ガス分圧が電池内面に加わった状態と
なっている。そのため急速充電により電池温度が上昇し
た場合や比較的高温で貯蔵される際には、水素ガスの弾
性弁体からの透過・拡散も考えられることから、弾性弁
体材質としてはガス透過率の低いものを用いる方が好ま
しいと考えられる。

本発明者らは、エチレンとプロピレンと非共役ジエン化
合物の三元共重合体（以下ＥＰＤＭという）よびエチレ
ンとプロピレンの二元共重合体（以下ＥＰＭという）を
主成分とする弾性弁体について圧縮永久歪みの増大とガ
ス透過性が何に左右されるかを調査したところ、補強剤
としてのカーボンブラックの粒径の影響が大きいことを
見い出した。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、密閉形アルカリ蓄電池、さらには水素吸蔵合金を有す
る密閉形アルカリ蓄電池の防爆安全弁装置の改良に関し
、弾性弁体の材質と物性を改良することにより長期使用
および長期貯蔵の際にも確実に作動し安定した弁作動性
能を有するとともに容量劣化の小さい密閉形アルカリ蓄
電池を提供することにある。。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、排気孔を設けた
封］−１板と溶接あるいはかしめ装着された端子キャッ
プとで形成された弁室内に弾性弁体を圧縮状態で装備し
た密閉形アルカリ蓄電池の安全弁装置において、ＥＰＤ
ＭもしくはＥ　Ｉ’）　Ｍを主成分とし１粒径が１．０
ｃｈｎｕ以下て粗らい粒径と細かい粒径が混在するカー
ボンブラックを補強剤として配合した弾性弁体を圧縮し
た状態で備えることを特徴としている。また弾性弁体と
して、粒径５０〜１００ｍμのカーボンブラックと、そ
れよりも小さな粒径５０ｍμ以下のカーボンブラックも
しくは充填剤を配合・含有した弾性弁体を圧縮した状態
で備えることを特徴としている。

（作　用） −１−記のように本発明は、Ｅ　Ｐ　ｉ）　Ｍもしくは
Ｅ　ＰＭを主成分とし粒径が１００ｍμ以下のカーボン
ブラック、あるいは粒径５０〜１００ｍμのカーボンブ
ラックとそれより小さな粒径５０ｍμ以下のカーボンブ
ラックもしくは充填剤を配合・含有した弾性弁体を圧縮
状態で復帰式安全弁装置を構成することにより、高温下
での貯蔵によって圧縮永久歪が増進することを防ぎ、長
期間に亘って安全弁装置を確実に安定して作動させるこ
とができるとともに、弾性弁体を通過するガスに起因す
る電極容量バランスのくずれを防ぎ、その結果、充放電
ザイクルでの容量劣化を防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を密閉形ニッケル水素蓄電池を
例にとり説明する。

第１図において、１．はニッケル鍍金鋼製平板をプレス
加工して得られる皿状端子キャップである。

２は弾性弁体であり、Ｅ　Ｐ　Ｉ）　Ｍを主成分とし、
粒径２５〜］、ＯＯｍμのカーボンブラック（ＳＲＦ）
をＥＰＤＭ１００部に対し５０部加え、有機過酸化物、
加硫促進剤、加工助剤および加硫促進剤の活性剤ととも
に練り合わせてゴム生地を作った後１７０°Ｃのホット
プレスで加圧成形し、ゴム硬度を６０°　（ＪＩＳ硬度
）としたものである。３は鋼製平板をプレス加工して得
られる封口蓋板で、中央部には排気孔３ａが設けられ、
表面にはニッケル鍍金が施されている。４はガスケット
、５は発電要素、６は金属ケースである。

次に、密閉形ニッケル水素蓄電池の安全弁装置の作製に
ついて説明する。まず、弾性弁体２を端子キャップ１の
トップ内に挿入し、ついで封口蓋板３のガス排気孔３ａ
を圧接閉塞するよう弾性弁体２を内装した端子キャップ
１を封［１」蓋板３上に載置し、端子キャップ１の周縁
鍔部と封口蓋板３とをスポット溶接して一体化し、安全
弁装置を製作する。

このように構成された安全弁装置をガスケット４を介し
て水酸化ニッケルを主体とする正極と水素吸蔵合金を主
体とする負極とセパレータおよび電解液からなる発電要
素５を内填した金属ケース６の開口部に載置し、封口金
型を用いてケース開＋１−］端部を折り曲げて封目して
密閉形ニッケル水素蓄電池を完成させた。

本発明電池の他の実施例及び比較例として第１表に示す
ように、 （１）カーボンブラックの粒径を段階的に変えて設定し
またもの（実施例１．比較例１．２）、（２）カーボン
ブラックの代替えとして無機充填剤を配合したもの（実
施例３．４）、 （３）主成分としてＥＰＤＭの代わりにＥＰＭを採用し
たものを配合したもの（実施例２）（４）５０〜１００
ｍμと１０〜５０ｍμのカーボンブラックを混合したも
の（実施例５） を圧縮成形してゴム硬度を６０°程度に調製したものを
用いて封口蓋板を製作した。

以下余白 第　　１　　表 これらに対し、実施例とともに密閉形ニッケル水素蓄電
池をそれぞれ」−０個づつ組立て、随時充電を繰り返し
ながら６０°Ｃで６ケ月貯蔵した後、２０℃にて１回目
の弁作動圧と２回目の弁作動圧（１−回目の弁作動の後
１０分間常圧に戻した後）を測定した。貯蔵前の弁作動
圧に対する６ケ月貯蔵後の維持率の平均を第２図に示す
。なお、図中○は第１−回目の弁作動圧値を、・は２回
目の弁作動圧値を示し、維持率は測定毎回の平均値／貯
蔵前の弁作動圧×１００％で示した。また本発明の実施
例および比較例の封口蓋体を用いたニッケル水素蓄電池
のザイクル充放電における放電容量の推移を第３図に示
す。その際の充放電サイクル条件としては、０．２Ｃｍ
Ａの電流で１−０時間充電し、↑ＣｍＡの電流で電池電
圧が１■になるまで放電するサイクルを繰り返し、初期
の放電容量を１００％としたときのサイクル後の容量維
持率を％で示した。

以」二の結果から分かるように、本発明の各実施例およ
び比較例１の安全弁装置は高温貯蔵による圧縮永久歪み
が小さく、弁作動圧値の低下も小さいということが分か
る。それに比較して比較例２はカーボンブラックの粒径
が小さくなっているため補強効果は優れているものの、
圧縮永久歪の原因になっていると考えられる。

一方、ザイクル充放電に伴う放電容量の変化は比較例１
が最も劣化が著しいといえる。これは、カーボンブラッ
クの粒径が比較的大きいためゴム中の空孔が大きく、弾
性体が圧縮された状態においても水素ガスおよび充電時
における酸素ガスの透過を抑制するに至らないためであ
ると考えられ１−す る。それに対し、実施例３，４．５は粒径の大きなカー
ボンブラックとそれよりも小さい粒子か作用して、圧縮
永久歪みの点ては本発明の実施例よりも若干劣るものの
ガス透過性が小さくなっているために、ニッケル水素蓄
電池のように電池内部に水素ガスが存在するものに対し
ては有効であるといえる。

なお、本発明の実施例では密閉形ニッケル水素蓄電池に
ついて説明してきたが、勿論ニッケルカドミウム蓄電池
のような密閉形アルカリ蓄電池についても同様に用いる
ことができるものであり、実施例４におけるＣａＣＯ３
の代わりにその他の無機充填剤を用いることができる。

（発明の効果］ 本発明によれば、上述のような粒径のカーボンブラック
を配合した弾性体を安全弁装置に装備することで、高温
下での弾性体の圧縮永久歪の増大を抑制でき、弁作動圧
値の低下を防ぐとともに、より小さい粒径のカーボンブ
ラックあるいはその他充填剤を加えることにより、ガス
透過性を小さくできるため、信頼性の高い長寿命の密閉
型アルカリ蓄電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部縦断面図、第２図は本
発明電池および比較例電池の電池貯蔵前の弁作動圧に対
する６ケ月貯蔵後の維持率を示す図、第３図は本発明電
池および比較例電池のニッケル水素蓄電池のザイクル充
放電に伴う放電容量の維持率を示す図である。 １・・・端子板 ２・・・弾性弁体 ３・・・封口板 ４・・・ガスケット ５・・・発電要素 ６・・・金属ケース （８７３３）弁理士猿股　祥晃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気孔を設けた封口板と溶接あるいはかしめ装着
   された端子キャップとで形成された弁室内に、弾性弁体
   を圧縮状態で装備した密閉形アルカリ蓄電池の安全装置
   において、エチレンとプロピレンと非共役ジエン化合物
   の三元共重合体もしくはエチレンとプロピレンの二元共
   重合体を主成分とし、粒径が１００ｍμ以下で粗らい粒
   径と細かい粒径が混在するカーボンブラックを補強剤と
   して配合した弾性弁体を圧縮状態で備えてなる密閉形ア
   ルカリ蓄電池の安全弁装置。