JPH07502144A - 改良密閉アセンブリを有する円筒状電池 - 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】 改良密閉アセンブリを有する円筒状電池１コ１女■ 本発明は改良された密閉アセンブリを有する円筒状電池に関する。

＆匪二１ｊ アルカリ水電解溶液を有する円筒状電池の漏洩防止密閉は、多数の特許件数によ り証明されるように、長い間研究開発活動の目的であった。主要製造会社により 発売される異なる電池密閉タイプの市販円筒状電池は、最新式の技術的解決策を 具体化する。

市販の電池密閉アセンブリは次の主要な共通属性を有する。

−それらの全ては電池の負端子である金属板から形成されたキャップを使用する 。そのキャップはディスク状部分と円筒状カンの内部に向って伸張するフランジ 部分とを有する −　プラスチックトップは陽極から陰極を電気的に絶縁し、且つ密封ガスケット を提供するために使用される。

大抵の設計では、内部ガス圧力が所定限度を超えると、破裂する破裂通気口が、 プラスチックトップ内に提供される −　アスファルト、ポリアミド、又はエチルビニールアルコールなどの、シーラ ントがカンのガスケットゾーンの内部表面に提供され、そして十分高い圧力が密 封されるべき接触表面間で維持されるならばカンとプラスチックトップ間の確実 な密封性を提供するー　カンの上部端はフランジ上で縁曲げされるので、プラス チックの薄い部分はカンとフランジ間の電気的絶縁を提供することが出来る。縁 曲げされた金属は、漏洩防止密封のためのカンとプラスチックトップの臨界部分 との間に要求される圧力を維持する役目を果たすＵｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ社 製のＬＲ６（化アメリカΔＡ）タイプの電池においては、負キャップのフランジ は鋭い円形エツジを有し、そしてカンの縁曲げする圧力は、このエツジと座金の エツジとにより内側から支持されるプラスチックトップの外部円筒部分の外側に 働く。

縁曲げするステップは、より大きな力が掛かる場合、フランジの円形エツジが薄 いプラスチック壁まで切断して、短絡してしまうので、注意深く実行されるべき である。

この薄いプラスチック壁に沿う圧力分布は不均一で、そして最大圧力はプラスチ ック材料の耐負荷能力により制限される。長期使用後、又は上昇温度においては 、熱可塑性プラスチック材料の反発力は減少し、それにより密封の性質は悪化す る。

ＤＵＲＡＣＥＬＬ　Ｉｎｃ社製のＬＲ６電池の密閉アセンブリにおいては、負キ ャップは縁曲げされたカンにより外部から押し付けられたプラスチックトップの プラスチック外部シリンダーの内壁を支持するために使用された弾性金属ディス クから分離される。ディスクの外方に曲った部分は半径方向にその壁を押し出す 。但し、外方に突き出るエツジはプラスチック材料の壁に切断負荷を及ぼす。よ り高圧の場合、このエツジは薄いプラスチック壁を切断するかも知れない。その 設計は半径方向の力だけを提供することが出来る。

ＦＵＪＩＴＳＵ　Ｉｎｃ社製のＬＲ６電池の密閉アセンブリにおいては、負キャ ップは外方と上方とに曲ったフランジ部分を有し、そしてカンの縁曲げがこの部 分の薄いプラスチック壁を曲げるので、曲ったフランジ部分の上方エツジはその 薄いプラスチック壁に対して押し付けられる。金属とプラスチック材料間の壁と エツジとの取り付けは、より高い負荷において、エツジはプラスチック壁を切断 するかも知れないので、そのような負荷が回避されるような方法で行われる。こ の密閉アセンブリは半径方向のバイアスのみを維持することが出来る。

前述の原理だけを組み合わせる多数の他の密閉設計が在り、そしてその理由のた め、それらも又長期漏洩防止属性を制限した。

適切な電池密閉に関する問題は、水銀が電池内でのガス化を低減する有効な材料 であったので、無水銀電池技術に関する重要性を増大させる。無水銀電池におい て、水素形成を低減するためと、そしていかなる発生水素ガスも再結合させるた めとの特定の対策がとられるべきである。

改良された性能を有する。即ち、より良好な密封効果を提供でき、そしてその中 で電池の短絡の危険性が低減されるような電池密閉アセンブリを提供することが 本発明の第一の目的である。

他の目的は、内部ガス圧が所定限度を超えると作動すべきである破裂通気口の正 確さと信頼性の改善である。

本発明によると、円筒状タイプの電気化学電池は、互いに同心円に配置された、 一端が開口した金属カン、陽極、セパレータ、そして陰極、アルカリ水電解溶液 、そしてカンの開口端を密閉する密閉アセンブリとから成るものを備えている。

その密閉アセンブリは、カンの開口端に挿入され、そして外部円筒ゾーンを有す るプラスチックトップ、下部リム、中央ボアを限定する中央部分、そして中央部 分と下部リムとを間接台する中間部分とから構成される。電流コレクター釘は密 閉部の中央部分の中央ボア内に挿入されて、その陽極内に深く貫通する。

金属板材料の負キャップは電池の負端子を形成して、中央ボアを閉じる。本発明 によると、その負キャップは内方に曲ったリムで終了するフランジ部分を有する 。カンは開口端から所定の距離にビーズ部を有し、それはアセンブリがカン内に 挿入される時にアセンブリの接触部材として働く。プラスチックトップは、実質 的に外部円筒ゾーンと下部リムとの接続ゾーンにおける、内方に曲りだリムのた めの順応支持表面を限定する。カンはビーズ上にガスケットゾーンを有し、そし てシーラントはガスケットゾーンにおけるカンの内部表面を覆うために提供され る。ガスケットゾーンは内方に曲りたリム上に曲げられた縁曲げ端部を有するの で、プラスチックトップの外部円筒ゾーンは押し付けられて、その間で縁曲げさ れる、それにより内方に曲ったリムはガスケットゾーンに向う半径方向と、ビー ズに向う軸方向とに外部円筒ゾーンを押し付けるスプリング作用を提供すること が出来る。

好適形態において、プラスチックトップの中間部分はより薄い壁厚のセクション により提供された破裂通気口から構成される。完全な密封性を提供するために、 シーラントはプラスチックトップの中央ボアと電流コレクター釘の対応する部分 との間に塗布される。

下部リムが陰極の上部端部に対して押し付けられるのが望ましい。

更に、好適形態において、下部リムは上方に先細になっている内部表面を限定し 、セパレータは陽極の端部ゾーン上に伸張し、そしてその上部ゾーンは下部リム の先細内部表面に接している。

陰極の上部端が下部リムの輪郭に少なくとも部分的に適応する輪郭を有する面取 り面を備えることは良い習慣である。

更に、好適形態において、電流コレクター釘はプラスチックトップの中央部分の 上部面に接するヘッド部分を有し、そしてそのヘッド部分の上部面は負キャップ に取り付けられ、電気的に接続される。

その設計が、二酸化マンガン−亜鉛アルカリタイプの一次電池、又は再充電可能 電池においては最も有用であり。そしてその電池が無水銀である時には重要であ る。

本発明による密閉アセンブリにより閉じられた電池は、市販のタイプのそれらを 上回る漏洩防止性を有し、そしてこれらの改良された属性は洗練された設計や高 コストの製造を必要としない。

図面の簡単な説明 本発明による電池の更なる利点や属性は、添付の図を参考にした、好適形態の詳 細な説明から明白となろう。図において。

図１は本発明により作られたＬＲ６電池の断面立面図を示す。そして 図２は同様に設計されたＬＲ１４タイプの電池の上部の拡大断面図である。

吃１肛履Ｊ 図１はＬＲ６（ΔＡタイプ）サイズの二酸化マンガン−亜鉛アルカリ電池１０を 示す。電池は次の主なユニットを含む。円筒状内部空間を限定するスチールカン １２、カン内で押し付けられた複数の空洞円筒状パレットにより形成された二酸 化マンガン陰極１４、陽極ゲルがら作られ、そして陰極１４の空洞内部に配置さ れた亜鉛陽極１８、そして陽極１８を陰極１４がら分離する円筒状セパレータ２ ０゜陽極と陰極間のイオンの伝導性が、電池内に添加された所定量の水酸化カリ ウム電解質の存在により提供される。

カン１２は底部で閉じられ、そして正端子として働く中央円形点を有する。カン １２の上部端は、薄い金属板で形成された負キャップ２４、陽極１８との電気的 接触を提供するために陽極ゲル内に深く貫通する電流コレクター釘、そして負キ ャップ２４をカン１２から電気的に絶縁し、且つ陰極と陽極を各々超えて形成さ れたガス空間を分離するプラスチックトップ２８とから構成される電池密閉アセ ンブリにより密封される。

図２は、図１に示されたものと同様であるＣサイズの電池（ＬＡ１４タイプ）の 上部の拡大図である、ここで電池密閉システムがより詳細に例示される。

ビーズ３０がカン１２の上部に提供され、それは外側から見ると凹状リングに見 える。ビーズ３０の内方に突き出ている部分は、プラスチックトップ２８がカン １２内に挿入される時の接触部材として働く。実質的に円筒状のガスケットゾー ン３１は縁曲げ部分３２で終了するビーズ３０上に形成される。プラスチックト ップ２８は、カンの縁曲げ部分３２が提供される時に、図に示されるように逆向 きに曲げられた空洞円筒状上部端ゾーン３３を有する。

プラスチックトップ２８は実質的に空洞シリンダーとして作られた中央部分３４ を有する。僅かな段が電流コレクター釘２６の上部端部分の肩部３５に隣接する 中央部分３４の軸ボア内に提供される。電流コレクター釘２６はプラスチックト ップ２８の中央部分の上部面上に位置するヘッド３６を有する。そして組み立て られた状態では、電流コレクター釘２６のヘッド３６は電流コレクター釘２６と 負キャップ２４間の安定した電気的接触を提供する負キャップ２４の内部表面に 押し付けられる。

上方に広がる支持円錐体３８は中央部分３４の下部端ゾーンから伸張して、プラ スチックトップ２８の中央部分をその外部部分と間接続する。その円錐体３８は 、壁厚がより薄くなっている破裂通気口３９を除いて、参照番号５０で示される ように実質的に均一な厚みを有する。

破裂通気口３９の厚みは約４ＭＰ　ａの圧力に耐えるのに十分であるが、もしそ の圧力が４−５Ｍｐａに達するならばそれは破裂する。

下部リム４０の内部表面は僅かに円錐形であるので、それは陽極１８の上部端を 超えて伸張するセパレータ２０の上方に先細になっている上端部分４２のための 支持とガイドとを提供する。

負キャップ２４は総体部材として金属板から形成され、そして次の主要な部分を 含む。面を形成する中央ディスク部分５１、電池の軸と同軸の短円筒状部分４６ 、内方に曲ったリム４８を有するフランジ部分４７゜そのリム４８はプラスチッ クキャップ２８の円筒状短部ゾーン３３の内部に合う円筒状部分５２、フランジ ４７と平行な短リング部分５３、そしてプラスチックキャップ２８の下部リム４ ０の円錐形外部表面に合う上方に傾斜した張り出し部分５４とを有する。内方に 曲ったリム４８と供にフランジ４７はほとんど閉じたチャネルを限定する、それ によりキャップ２４のこのゾーンは半径と軸との両方向に弾力性のあるスプリン グとして作用することが出来る。

スプリング力の半径方向の構成要素はプラスチックキャップ２８の端部ゾーン３ ３を、適切なシーラント材料で覆われるカンのガスケットゾーン３１の内部に押 し付ける、そしてこの圧力は完全な密封作用を維持する。プラスチックトップ２ ８の端部ゾーン３３の壁に関する長期疲労は、負キャップ２４のパイアスカが必 要な圧力を維持するので密封効果を低減できない。スプリング力の軸方向の構成 要素はプラスチックトップ２８とビーズ３０との圧力を維持する。プラスチック トップ２８の薄い端部ゾーン３３は均一に分布した圧力に対してのみ露出される 。そして従来技術の構成と違って切断力も突発圧力ピークもプラスチック材料に 働かないことが分かる。

そのような負荷分布は組立中や長期使用時の電池の短絡を最小にする、それは、 即ち信頼性を増す。

電池密閉の作業は次のように実行される。

電池の主要要素、即ち陰極、セパレータ、そして陽極とが、ビーズ３０が作られ る前にカン内に挿入される。

電池構成要素がそれらの最終位置にある状態で、ビーズ３０が適正な道具を使用 することにより提供される。次のステップは、電流コレクター釘２６とそれに溶 着された負キャップ２４とのプラスチックトップ２ｏの組立である。電流コレク ター釘の上部の表面（はぼ肩部まで）は適切なシーラント（例えばホットメルト 、又はアスファルト）で覆われ、そして負キャップ２４に溶着される電流コレク ター釘２６は十分な圧力を掛けることによりプラスチックトップ２８の中央ボア 内に挿入される。ガスケットゾーン３１におけるカンの内部はシーラントにより 覆われる、それから電流コレクター釘２６と供にプラスチックトップ２８は、プ ラスチックトップ２８がビーズ３０の内部表面に接触するまで図に示されるよう に電池内に挿入される。次の、そして最後のステップは負キャップ２４の曲った リム４８上のカン１２の上端部分３２を縁曲げすることである、それでプラスチ ックトップ２８の端部ゾーン３３の壁は二つの金属間で押し付けられる。

電池密閉に関する上述の設計は次の主要な利点を提供する。

高度の漏洩防止がプラスチックトップの薄い端部壁に対して均一に押し付けるパ イアスカを持たせることにより提供される、そしてもしプラスチックが緩み（例 えば温度上昇で）、そしてその反発力を失うならばこの圧力が維持される。

その完全な密封性は電池内部を大気から侵入するいがなる汚染も防止する。

製造中、又は上昇温度下での使用中にプラスチックトップの壁を切断する危険性 はほとんど排除される。そして 安全通気口が、分離管の境界内にあるプラスチックトップの一部分に位置され、 そしてこれは陽極ゲルの陰極エーリアへの漏洩の防止性を増す。

本発明による電池密閉構造の基本的属性を確立するために、プラスチックトップ ２８の円錐形部分３８は破裂通気口３９を含まない、即ちそれは均一な壁厚で作 られたＬＲ６テスト電池が作られた。カン１２は底部点部分２２を開口すること により高圧窒素ガス源への密封接続を備えており、そして内部ガス圧が増加され て、その圧力値が記録された。電池密閉は９Ｍｐａまでのガス気密性があること を証明した。この圧力で、ガスの吹き出しが経験された。同様に、通気口３９の 破裂圧力がテストされ、そして安全通気効果が４Ｍｐ　ａを僅か超える圧力で経 験された。

比較による漏洩テストが、温度サイクリングテストを用いて、本発明により閉じ られたＬＲ６サイズの電池で実行された。温度は毎日変化されたので、電池は＋ ６０℃の温度で１０時間、そして−４０℃で残りの１４時間放置された。温度サ イクリングは、２０個の電池に対して２０日間行われ、そして２０日後にそれら の電池の内の一個だけが漏れた。

同様の温度サイクリングテストが種々のタイプの市販ＬＲ６サイズの電池で行わ れ、そして三日口の終わりまでに全てのテスト電池が漏れた。

Ｆｉｇ、１ Ｆｉｇ、２ 国際調査報告 フロントページの続き Ｃ，ＮＬ、　ＰＴ、　ＳＥ）、　０Ａ（ＢＦ、　ＢＪ、　ＣＦ、　ＣＧＪＰ、Ｋ Ｐ、ＫＲ，ＬＫ、　ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、Ｎｏ、ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、　Ｕ Ｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに同心に配設された、一端が開口している金属カン（１２）と、陽極（ １８）と、セパレータ（２０）および陰極（１４）と、アルカリ水電解溶液と、 前記カンの前記開口端を密閉する密閉アセンブリと、から成る円筒型の電気化学 電池（１０）であって、前記密閉アセンブリは、前記カンの前記開口端内に挿入 され、そして外部円筒ゾーン（３１）を有するプラスチックトップ（２８）、下 部リム（４０）、中央ポアを限定する中央部分（３４）、そして前記中央部分を 前記下部リムと間接続する中間部分、前記中央部分の前記中央ポア内に挿入され て、前記陽極内に深く貫通する電流コレクター釘（２６）、そして電池の負端子 を形成し、そして前記開口部を閉じる金属板材料の負キャップ（２４）とから構 成されている、前記電気化学電池において、前記負キャップは内方に曲ったりム （４８）で終るフランジ部分（４７）を有する、前記カンは前記アセンブリがカ ン内に挿入される時に前記アセンブリのための接触部材として働く前記開口端か ら所定の距離に設けられたビーズ（３０）を有する、前記プラスチックトップは 前記外部円筒ゾーンと前記下部リムとの接続ゾーンにおける前記の内方に曲った りムに対する順応支持表面を限定する、そして前記カンは前記ビーズ上にガスケ ットゾーン（３１）を有し、 シーラントが、前記ガスケットゾーンにおける前記カンの内部表面を覆うために 提供される、そして前記ガスケットゾーンの端部は前記内方に曲ったリム上で縁 曲げされるので、前記プラスチックトップの前記外部円筒ゾーンはそれらの間で 押し付けられて、縁曲げされ、前記内方に曲ったリムは前記ガスケットに向う半 径方向と前記ビーズに向う軸方向とに前記外部円筒ゾーンを押し付けるスプリン グ作用を提供することを特徴とする円筒型電気化学電池。 ２．前記プラスチックトップの前記中間部分は、より薄い壁厚を有するそのセク ションにより提供された破裂通気口（３９）から構成されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の電池。 ３．前記シーラントは、前記プラスチックトップの前記中央ポアど電流コレクタ ー釘の対応部分との間に塗布されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 電池。 ４．前記中央部分はほぼ前記陽極まで伸張することを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の電池。 ５．前記電流コレクター釘はプラスチックトップの中央部分の上部面に接触する ヘッド部分（３６）を有し、そしてヘッド部分の上面は前記負キャップに取り付 けられて、電気的に接続されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電池 。 ６．前記電池は二酸化マンガン−亜鉛タイプの電池であることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の電池。 ７．前記電池は一次電池であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電池 。 ８．前記電池は再充電可能電池であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載 の電池。 ９．前記電池は無水銀タイプの電池であることを特徴とする請求の範囲第６項に 記載の電池。