JPH09115500A - 密閉形二次電池 - Google Patents
密閉形二次電池Info
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Abstract
て、長期間にわたり密閉性、電池性能を維持する密閉形
二次電池を提供する。 【解決手段】端子極柱2が、集電部2gと、上面が平板
状のフランジ部2bと、このフランジ部上面2bfに垂
直に突出形成されたポール部2aとからなり、前記フラ
ンジ部2bと蓋体1の下面とにより端子極柱2の回り止
め部18を形成し、ポール部2aを取り囲むようにフラ
ンジ部上面2bfと蓋体1下面間に環状パッキング3が
配設され、環状押圧バネ6をポール部2a上方から圧入
し、この環状押圧バネ6の弾性力によって、前記フラン
ジ部上面2bfと蓋体1下面間に介在する前記環状パッ
キング3を上下方向に圧縮して、端子極柱2を蓋体1に
密封固定できる位置に環状押圧バネ6をポール部2の外
周縁に係止させ、前記電槽10を密閉したことを特徴と
する。
Description
端子極柱を備えた、密閉形二次電池に関するものであ
る。
VTR等のポータブル機器の電源に用いる小形電池が大
半を占め、小形高容量化を主体に技術開発が進められて
きた。
テム等に設置される無停電電源など非常用電源に用いる
据え置き用二次電池、あるいは環境、エネルギー対策と
して開発される電気自動車(以下、EVと記す)等の電
動車輛に用いる移動用電源としての二次電池など、数十
〜数百Ahの、中容量あるいは大容量の高性能二次電池
が求められるようになってきた。上記において、EV等
の移動用に用いる二次電池については、ガソリンエンジ
ンなどの内燃機関車輛に接近する加速性、航続距離を得
るために、100A(アンペア)以上の大電流負荷に耐
える高出力特性、高エネルギー密度、さらには取り扱い
を容易にするために長時間無保守の高信頼性密閉構造が
要求されるようになってきた。その中で、従来EV用と
して検討されてきた改良鉛蓄電池の性能を超えるものと
して、密閉形のニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル
・水素蓄電池等のアルカリ系二次電池、さらに将来的に
はリチウム二次電池が、それぞれ上記要求を満たす有望
な電池系として研究開発が開始されている。電池の出力
特性を向上させるには正・負極板の特性向上と、それを
用いた極板群の最適構成条件の検討等に加えて、極板群
から得られる電力を、最小限の電力ロスで電池の外部端
子まで出力する必要がある。そのためには、極板から導
出された複数のリード板と電池外部端子との間、及び外
部端子と外部連結板との接続電気抵抗を、できる限り低
抵抗値に抑制する必要がある。さらに、上述した電池の
高信頼性密閉化の要求に対応するために、外部端子を電
池蓋板に設ける場合にも、気密・液密性の高い取り付け
方法が求められている。上記した、中〜大容量新規密閉
形二次電池としてのアルカリ系二次電池あるいはリチウ
ム二次電池においては、通常、数十Ah未満のベント形
ニッケル・カドミウム蓄電池等に見られるものと同様形
状の端子極柱を採用し、電池の容量、系等に応じて大き
さ、材質を設計変更して適用することが多かった。その
具体的な構造は、実開昭49−88221号公報、実開
昭57−23869号公報、実開昭61−99966号
公報等にアルカリ系蓄電池の端子極柱構造として開示さ
れたものがある。その代表例の側面要部断面図を図8に
示す。
のであって、61は合成樹脂製の蓋板、62は端子極柱
であり、端子極柱62を蓋体61に固定するためのネジ
山62dを設けたポール部62aの下端に、フランジ部
62bおよび極板のリード板を接続する集電部62cを
切削等により一体に成形するか、もしくは別作して溶接
するなどによって一体化形成したものである。端子極柱
62を形成する材質は、アルカリ系二次電池に適用する
場合、一般には鋼材にニッケルめっき、あるいはニッケ
ル合金等の耐食性金属で作られている。端子極柱62
は、蓋板61に設けた極柱挿通孔61aに、図示のよう
に、ポール部62aが合成ゴムあるいは合成樹脂製の環
状パッキング63a、63bと共に挿通され、金属ワッ
シャー64を介して前記ポール部62aに設けたネジ山
62dにナット65をネジ締めして蓋体61に締着固定
される。この例では、外部端子はポール部62aの上部
に設けた段部62eと端子ネジ部62fによって形成さ
れ、段部に有孔連結板を配設、ネジ止めして接続できる
形式となっている。前記の各電池系では、端子極柱を上
述のように蓋板にネジ締め固定する方式が多用され、一
体化した端子極柱の採用によって極板群から外部端子部
分までの電気抵抗の低減を図っている。
固定すると共に環状パッキングを加圧するナット及びポ
ール部のネジ切り等の加工、さらにナットの締め付け作
業を必要とするなど、作業を繁雑化する欠点があるとの
理由から、ベント形アルカリ蓄電池において、前記極柱
締め付け用のナット61を用いずに、中央開口部を有す
る環状スプリングを用いて端子極柱を固定する方法が提
案されている(実開昭54−171143号公報参
照)。そこでこのベント形アルカリ蓄電池の側面要部断
面を図9(A)に、また前記環状スプリングの斜視図を
図9(B)に示す。
2a、蓋板71の下面に当接する円形鍔状の段部72
b、集電部72cから成り、前記ポール部72aは蓋板
71に設けた挿通孔71aを通って外部に突出してお
り、ポール部72aと挿通孔71aとの間を気密に保持
するためのゴム状環状パッキング73を蓋板71の環状
段部71bに載置し、その上面に座金74を載置する。
次いで環状スプリング75の中央開口部75aをポール
部72aに挿入し、圧入貫通させて、スプリング上端部
75bをポール部72aの中間周縁部に設けた環状溝7
2dに挿入固定させると共に、端子極柱72の段部72
bとの間で環状スプリング75の弾性力によって、蓋板
71と座金74の間に狭持した環状パッキング73を押
圧して半径方向に変形させ、その延出部73aをポール
部周縁に当接させ、前記ポール部72aと蓋板71の挿
通孔71aとの間隙を埋めて気密性を保ちながら、端子
極柱72を蓋板71に固定させている。なお、環状スプ
リング75には、図9(B)に示したように上端(開口
部)側に切り込み75dを設けた方がスプリング機能は
良いと云われている。
と同様の構造を、中〜大型の密閉形新規二次電池に適用
した場合には、その要求される性能、使用条件の厳しさ
等のために、長時間気密・液密性を保持して、電池性能
を長期にわたって維持することが困難であるという問題
点があった。
密度を高めるには、端子極柱とその封止構造について
も、電気抵抗をできる限り小さく、高さ方向の寸法を低
く押えることが設計上要求されと共に、特に下記の様な
電池の使用条件が要求されるからである。
数10〜250セル程度の電池を直列接続した高電圧状
態で使用される。そのため、一部のセルであっても端子
等から電解液が漏出すると、リーク電流によって放電さ
れたり、短絡・発熱・発火あるいは感電等のおそれがあ
った。
はそれ以上と広範囲であり、狭い収納空間での大電流充
・放電による電池の蓄熱温度上昇が大きい。その結果、
高温時の電池温度は70〜100℃を超えることがあ
る。
10年、もしくはそれ以上の寿命を求められている。
詳述する。
は、ネジ締め工程で問題を生じることがあった。すなわ
ち、ポール部62aとポール部62aを挿入する極柱挿
通孔61aの間には、部品加工及び組立作業を容易にす
る理由で若干のすき間があり、締め付け用のナット65
も前述のように電池エネルギー密度を高めるために、図
示のようにネジ径に比べて比較的厚さの薄いものを用い
る必要がある。電池を大型大容量化するには、極柱ポー
ル部62aも太く大きくせねばならず、ポール部固定用
のネジ径も大きくなるが、その結果として通常のネジで
は、ネジ山ピッチ、遊びも大きくなる。このような部品
構成でナット65を回転させて、Oリングなどの球状パ
ッキング63a、63bを1/3〜1/2程度圧縮する
際に、図8に示すように角θ傾いてナット65が締め付
けられることがある。量産化すると、この問題点はさら
に拡大する傾向があり、このようなネジ締め状態になる
と、環状パッキング63a、63bの締め付けも不均一
となり、極柱部分の気密・液密性が低下して早期に漏液
が発生するという問題があった。また上述したように、
ポール部上方の端子ネジ部62fに有孔連結板を挿通し
て段部62e上に載置し、端子ネジ部をナット締めによ
って前記連結板を接続して、セル間を連結する際に、こ
の部分の接続抵抗を低くするには、連結板を固く締着す
る必要があり、70〜200kgf・cm程度のトルク
でナットが締め付けられる。このときに、ポール部62
aを通じて極柱全体に回転トルクが加わり、集電部62
cに接続した極板群も複数のリード板を介してねじり応
力を受け、そのために極板間短絡あるいはリード板の溶
接外れによる特性低下あるいは断線を生じることがあっ
た。前記ポール部62aに段部を設けず、ナット65の
上面に有孔連結板を直接載置して締着する方法では、ナ
ット65も回転して気密性が低下したり、さらにナット
が傾いて締着された場合は接触抵抗値も大きくなる課題
があった。また、樹脂製等の環状平面状パッキング2枚
で蓋板を狭持した状態のものを、金属ワッシャー64用
いずに、極柱と集電部を兼ねたストラップナットを用い
て締着する方式もあるが、回転するナットがパッキング
にキズをつける。粉塵等が付着したときは、この現象は
さらに増加し、結果として何れも密封性を低下させるこ
とが多かった。
蓄電池での改良提案は、極柱固定におけるネジ締めを無
くし、作業の簡素化を図ったものである。前述のよう
に、ゴム状環状パッキング73は、座金74を介した環
状スプリング75の押圧力によって図示上下方向に圧縮
され、半径方向に変形して生じたパッキングの延出部7
3aがポール部72a周縁に当接して密封する構造とな
っている。従って、この方式は密封能力は、上下がフリ
ー状態の前記延出部73aの先端がポール部に当接する
押圧力とその持続性によって決定される。いい換えれ
ば、このゴム状環状パッキング73の反発弾性力等と、
その圧縮率によって定まるもので、パッキング材が支配
的要素となっている。環状パッキング73の材質には、
合成ゴムあるいはゴム弾性を有する樹脂が用いられてい
るが、上記の構造のようにパッキングの延出部分で密封
する場合、反発弾性力のみでその部分に大きい押圧力を
得ることは困難であった。上述のベント形アルカリ蓄電
池は、補液、清掃が可能な用途に使用され、過充電時等
に発生するガスは低圧排気弁等によって排気される構造
となっていて、通常電池内圧力は1kgf/cm2 以下
の低圧なので、図9の端子極柱固定構造でも密封性に支
障は生じなかった。
ことにアルカリ系二次電池では、電池内発生ガス等によ
って通常は2〜5kgf/cm2 、特定条件では10k
gf/cm2 前後の内圧となる。そのために、前記した
パッキングの延出部73aで封止する方法を採用した場
合は、前記延出部73aの先端が内圧によってポール部
72a周縁から浮きあがり、ガスもれ及びミスト状の電
解液が蓄板71表面に漏出し、特性低下あるいは取扱い
上のトラブルを生じやすく、品質保証が困難なものであ
った。前記パッキングの延出部73a先端の押圧力を大
にするには、環状パッキング73の圧縮率を大にする手
段があるが、上述のパッキング材の圧縮永久ひずみ率が
増加し、クリープ現象(塑性変形)を短期間に生じ、密
封性が低下するので有効な対策とはならなかった。ま
た、前述したような広範囲な電池使用環境温度、ことに
電池温度が70℃を超える夏期使用等では、パッキング
材質の劣化も加わり、前記のクリープ現象は増大して押
圧力は著しく減少し、密封性を長期間維持するのはさら
に困難であった。さらに環状パッキング73の内、外
径、ポール部72aの外径、蓋板71の環状段部71b
の径の各々の寸法公差をかなり小さくしないと、環状パ
ッキング73とポール部72aの間に芯振れを生じ、パ
ッキングの延出部73aの押圧ムラが発生して気密性が
低下することがあった。
に示したものと同様に、端子極柱72’は環状スプリン
グ75’を用いて蓋板81に固定する構造であるが、環
状パッキング83c,83bを蓋板81の上下面に配設
して、上下2段階でポール部72a’の周縁に当接さ
せ、電解液漏出の減少を図った、ベント形アルカリ蓄電
池の改良例である。図10に示すこのベント形アルカリ
蓄電池は、図9の例と同様、合成樹脂製の蓋板81、ポ
ール部72a’を挿通するために蓋板81に設けた挿通
孔81aを有し、その挿通孔81aの上下コーナー部分
には図示のごとく環状のテーパ部81b、81cが設け
られている。端子極柱72’は、上部に連結板を取りつ
ける端子部を有する円柱状のポール部72a’と、その
下部に、端子極柱72’を蓋板81の下面側で当接させ
る円板状のフランジ部72b’を一体に成形したもの
で、下端に集電部72cが設けられている。上下の環状
パッキング83c、83bはゴム製のOリングだが、こ
れは上記の環状スプリング75’と極柱のフランジ部7
2b’の間に生ずるスプリングの弾性力によって、下部
環状パッキング83bは極柱のフランジ部72b’と蓋
板81の下部テーパ部81bとの間で、上部環状パッキ
ング83cはワッシャー74と上部テーパ部81cとの
間で、それぞれ押圧される。このとき各テーパ部81
b、81cによって、各球状パッキング83b、83c
は貫通孔81aとポール部周縁の間のすき間を埋めるよ
うに押し込まれると共に、前記テーパ部81b、81c
によって半径方向内方に向う応力を受けて変形され、図
9の場合と同様にポール部周縁に当接している。このよ
うに、環状パッキングを二重に用いることによって、ベ
ント形のごとく低内圧力の蓄電池に適用した場合は、図
9のものと比べて毛管現象等による電解液の漏出抑制に
効果が認められる。しかし、ポール部周縁のすき間を、
図9の構成と同じく、環状パッキング83b、83c自
体の押圧力(ゴム弾性)によって密封していることに変
わりはなく、図9について述べたごとく、パッキング材
の経時変化、高温劣化等による物性低下を含めて、3〜
5kg/cm2 あるいはそれ以上の電池内圧力下では、
十分な気密性が得られず、長期使用ではガス漏れによる
電池構成のバランスくずれ、電解液減少による電池性能
劣化及び漏液等を生じていた。このため、上述の密閉形
新規二次電池に適用するには、この構造も不十分なもの
であった。この外、極柱及び蓋の孔を上が細いテーパ状
とし、Oリングをテーパすき間に食い込ませる(特開昭
57−15356号公報)、あるいは、蓋板の孔及びゴ
ムパッキングを外開きテーパ状とし、ネジ締めによりパ
ッキングを食い込ませる(実開昭61−42776号公
報参照)方法もあるが、高さ方向の占有寸法が大きく、
エネルギー密度が低下し、また図10、図9に示した従
来例と同様の問題点を有しており、密閉形新規二次電池
への採用は困難である。
ポール部を環状スプリングの押圧力のみで、蓋板に固定
しているので、図8の従来例で述べたように、連結板を
ナット締めで接続する際の回転トルク等の外部応力によ
って集電部72cにねじり応力を受け、さらにこの応力
は、図8のネジ締め固定方式のものより大きくなり、極
板群が内部で短絡する等の電池劣化の因子を内在し、電
池の取扱いを困難にするという問題点をも持つものであ
った。
法の問題点を解決して、高温を含む環境下で長期間安定
した電池性能を発揮する、中〜大容量の密閉形二次電池
を提供することを目的とするものである。
するために、正・負極板間にセパレータを介在させ電解
液を含浸して構成した極板群を収納した電槽を、端子極
柱を備えた蓋体によって密閉してなる二次電池におい
て、端子極柱は、正・負極の何れか一方の極板のリード
板を接続する集電部と、上面が平板状のフランジ部と、
このフランジ部上面に垂直に突出形成されたポール部と
からなり、前記フランジ部は係合部を有し、蓋体の下面
にはその係合部に係合する回転阻止部が設けられ、これ
らにより端子極柱の回り止め部を形成し、前記ポール部
は、蓋体に設けた端子孔から上方に突出しており、この
ポールを取り囲むようにフランジ部上面と蓋体下面間に
環状パッキングが配設され、このポール部の外径に対し
て僅小な内径の開口部を有する環状押圧バネをポール部
上方から圧入し、この環状押圧バネの弾性力によって、
前記フランジ部上面と蓋体下面間に介在する前記環状パ
ッキングを上下方向に圧縮して、端子極柱を蓋体に密封
固定できる位置に環状押圧バネをポール部の外周縁に係
止させ、前記電槽を密閉した構成とする。
上面に環状パッキングを配設する環状溝を設けた構成と
する。
状押圧バネの開口部端面の硬度に対し100Hv以上低
下させ、かつそのビッカース硬度をHv150〜Hv3
50の範囲として、環状押圧バネの開口部端面をポール
部の外周縁食い込み状態でに係止させた構成とする。
カース硬度がHv150〜Hv350の金属被覆を施し
た構成とする。
押圧バネが係止する位置における端子極柱のポール部外
径に対して、0.05mm〜0.4mm小径化した構成
とする。
置で、深さを0.02mm〜0.1mmとした凹状の環
状段部もしくは環状細溝を端子極柱のポール部外周に設
けた構成とする。
子極柱のフランジ部上面と蓋体下面間の押圧力を50k
gf〜600kgfとした構成とする。
体下面間の環状パッキングの周囲に、撥液性および耐電
解液性を有する軟質のシール剤により膜層が形成されて
いる構成とする。
辺から水平方向に延出形成された集電部を有する構成と
する。
蓋体下面と端子極柱のフランジ部上面との間に介在し、
環状押圧バネの弾性力により常に所定の押圧力を受けて
一定状態に圧縮され、蓋体下面とフランジ部上面の間を
密封しているものであり、環状押圧バネの弾性力を一定
値以上で規制することによって、端子極柱の密封固定部
分の密封能力を、5〜10kgf/cm2 、さらにそれ
以上の電池内圧力に耐えるものとすることができる。ま
た、パッキング材質の高温劣化、経時変化等による圧縮
永久ひずみの増加などによって、環状パッキング自体に
密封機能低下が生じても、常に環状押圧バネの押圧力に
よって球状パッキングは密封機能を維持するので、初期
の気密・液密性をほどんど低下させること無く広い温度
範囲下で長時間維持することができる。
により、端子極柱は蓋体に対する回転が確実に拘束され
るため、端子極柱に連結板をネジ締め固定する場合、電
気自動車等への着脱時、またはその使用時の振動等に生
ずる外部回転トルクによるねじり応力が、端子極柱の集
電部に接続されたリード板及び極板群に加わることがな
く、ねじり応力による電池特性の低下、電池内部短絡、
あるいは端子極柱固定部分の密封性低下を防止すること
ができる。
する環状押圧バネの開口部との表面硬度、及び寸法を相
互に適宜選択することによって、前記押圧バネ開口部を
ポール部の所定位置に確実に係止させることが可能とな
り、電池の機器への組込み、取り外し、あるいは振動、
衝撃などの外力を受けた場合等でも、前記係止部分の緩
み等を生ぜず、常に安定的に蓋体下面とフランジ部上面
間の密封性を維持することができる。
ンジ部上面と蓋体下面間に、所定のシール剤膜層を設け
ることによって、液密性がさらに向上し、高温多湿ある
いは温度変化の多い環境下で電池を使用した場合でも、
毛管現象等による電解液漏出の長期抑制が可能となる。
出形成することにより、電池容積効率の改善が図れる。
容量の端子極柱を備えたアルカリ二次系あるいはリチウ
ム二次系等の密閉形二次電池を主対象とし、その形態
は、一般的な角形、あるいは円筒形、楕円筒形の何れに
も適用可能であが、ここでは、電気自動車等の電源とし
て主に検討されている、電気容量50〜150Ah程度
の角形の密閉形アルカリ系蓄電池を主体とした第1の実
施形態について図1〜図7を参照して以下説明する。
槽及び蓋体を用いて密閉した120Ah角形の密閉形ア
ルカリ二次電池完成品の電槽の一部を切り欠いて要部を
示したものを図1(A)に示す。さらにその蓋体上面を
図1(B)に示す。図2は同電池の短辺側から見た端子
端子極柱部分の要部断面図であり、図3は端子極柱の回
り止め部を示したものである。
物質を充填した正極板、水酸化カドミウムあるいは水素
吸蔵合金等を充填した負極板を、不織布製セパレータを
介在させて複数層積層し、アルカリ電解液を所定量含浸
して構成され、電槽10は極板群8を収納する合成樹脂
製角筒状である。合成樹脂製の蓋体1には、正・負極端
子となる一対の端子極柱2のポール部2aを、環状パッ
キング3と共に端子孔1aに挿通し、環状押圧バネ6で
固定している。安全確保のため、電池内圧力が異常に上
昇した場合に作動する、弁作動圧力が5kgf/cm2
〜10kgf/cm2 の安全弁11を設けた。極板群8
の正・負極板から導出された各複数のリード板9は、正
・負の各端子極柱2の集電部2gに溶接、リベットかし
め、ネジ止めなどで接続される。端子極柱2を固定した
蓋体1は、極板群8を収納した電槽10の開口部に載置
され、接着あるいは加熱溶着などの手段によって電槽開
口端に一体に固着されて、電槽を密閉している。
構成と方法について図1、図2、図3を参照しつつ順次
説明する。
したもの、あるいは純ニッケル等耐アルカリ耐食性のも
のを用い、角形平板状のフランジ部2bの上面には、垂
直に外部端子を兼ねたポール部2a及びポール部周縁に
環状パッキング3を収容する環状溝2cを、また下面側
にはリード板9を接続する集電部2gを、それぞれ一体
に形成したものである。合成樹脂製の蓋体1には、前記
ポール部2aを挿入する正負2個の端子孔1a及び下面
側に前記フランジ部2bの側面2辺の係合部2kと当接
する位置に固定リブ回転阻止部4が設けられている。な
お電槽10には電槽10に固着するための封着部1bが
設けてある。環状押圧バネ6は、バネ用ステンレス鋼板
あるいはバネ鋼板を用い、ポール部2aの外径よりも僅
かに小径とした開口部6a、図4に示した切込み6c等
を有する斜面部6d、押圧力を加えるための外周平面部
6bがプレス加工等によって設けられ、ワッシャー7は
ニッケルめっき鋼板製である。環状パッキング3は、断
面が円もしくは楕円のOリングを用いたが径が所定以上
の大きさならば角型でもよく、材質としてはエチレンプ
ロピレンゴム、ニトリルゴム、フツ素ゴム、ブチルゴム
等の合成ゴム、あるいはスチレン系、オレフィン系等の
熱可塑性エラストマー、ポリテトラフルオロエチレンな
どから選択した。
参照して説明する。端子極柱2のフランジ部上面2bf
の環状溝2cに環状パッキング3をはめ込み、ポール部
2aを蓋体1の端子孔1aの下面側から挿通し、蓋体1
上面に突出したポール部2にワッシャー7を介して環状
押圧バネ6の開口部6aを圧入する。このとき、前記フ
ランジ部上面2bfと蓋体1下面間の環状パッキング3
を上下方向に圧縮する前記押圧バネ6の押圧力が350
kgfとなる位置まで前記開口部6aを圧入し、開口部
6aの切口6eをポール部2aの表面に食い込ませて開
口部6aを図2中のKの位置でポール部2aに係止させ
ることによって、端子極柱2を蓋体1に密封固定してい
る。上記構成において、端子極柱2のフランジ部上面2
bfと蓋体1の下面側との間に加わる環状押圧バネ6の
弾性力による押圧力の大きさ、及びポール部2aの表面
硬さと環状押圧バネ6の開口部6aの切口6eの硬度の
関係、並びに環状押圧バネの開口部6aの径寸法をポー
ル部2aの前記開口部6aが係止する位置付近の外径に
対してどの程度小さくするか、この3点は本発明を効果
的に実施するための重要なポイントとなるので、それを
次に述べる。
側との間に加わる押圧バネ6の押圧力は、50kgf〜
600kgfの範囲で設定することが望ましい。その理
由は、50kgf以下では環状パッキング3の圧縮率が
小さく、電池内圧力に対し密封能力が不足するからであ
り、600kgfより大になると蓋体1の変形あるいは
ポール部2aに係止されている押圧バネの開口部6aが
バネ係止部位置から不均等にずれるなどで押圧力が不安
定になる傾向が見られるためである。第2点めのポール
部2a表面部分と環状押圧バネ6の開口部切口6eの硬
度については、ビッカース硬度(以下Hvで示す)で表
示した場合、ポール部の表面から20〜200μm程度
の深さにおいてその硬度はHv150〜Hv350の範
囲にあって、前記バネの開口部切口6e部分の硬度に対
してHv100以上低下させることが望ましい。環状押
圧バネ6の材質には、次に述べる所定の押圧力を安定し
て得るために、バネ用ステンレス鋼板、例えばSUS3
04CSPやニッケルめっきバネ鋼板を用いるが、その
硬度はHv350〜Hv600の間にあるので、その硬
度を確認して、ポール部表面硬度を設定する必要があ
る。実施形態で用いた押圧バネの開口部切口6eは約H
v400であり、鋼材にニッケルめっきを施したポール
部2aの表面硬度は約Hv150低くHv250であっ
た。この硬度差がHv100未満になると、前記開口部
切口6eのポール部2a表面への食い込みが不均一また
は困難になり係止不十分のおそれがある。またポール部
2a表面硬さがHv150以下になると、押圧バネ6を
圧入する際に表面が削りとられ開口部6aが傾いて係止
されるか、係止困難となり、表面硬さHv350を越え
ると前記開口部切口6eが食い込めなくなり表面で滑べ
って係止不十分となりやすい。これは硬度差がHv10
0以上高い硬さの押圧バネを選択した場合も同様であ
る。また第3点めの押圧バネの開口部6aの径寸法は、
ポール部2aの係止位置K付近の外径に対して0.05
mm〜0.4mm小さく設定するのがよく、好ましくは
0.1mm〜0.3mmの範囲で小径とするのがよい。
この径差が0.05より小であると開口部切口6eの食
い込みが少なく滑りを生じて所定のバネ押圧力が得られ
なくなる。径差が0.4mm以上になると開口部6a圧
入時に変形を生じたり、ポール部表面を削り取るなどの
現象を生じて、開口部6aが傾いて係止したり、振動で
ずれを発生しやすくなるので好ましくない。
記の望ましい表面硬度を得られない場合は、その表面部
分にニッケル製等の薄筒状外被をかぶせるか、蒸着等の
方法で20〜50μm厚さ以上のHv150〜350の
金属被覆を施すことによって用い得る。また、ニッケル
めっき等の表面処理を行なう場合、その処理条件が不適
当であると硬度が高くなることがある。ニッケルの場合
は無光沢めっきとするか、高周波加熱等で表面アニール
を施す等によって硬度を調整する。
図3(A)によって上述したが、固定リブ4の大きさ、
形状はポール部2aに加わる回転トルクに応じて設定す
る。
(B)に示すように、円形状のフランジ部22bに平面
状の係合部22cを1対設け、蓋体1のこれに当接する
位置に2個の固定リブ4aを設けた組合せにしてもよ
い。このようにすれば、端子極柱2及びその周辺の小型
化、軽量化が可能となる。
態について説明する。この形態は以降に述べる他の実施
形態においても適用できるものである。
あり、上述のバネ板材を用い、開口部6aに続いて押圧
力を発生する切込み6cを入れた斜面部6d及び蓋体を
通じて押圧力を伝える外周平面部6bからなり、ポール
部2a表面に係止する開口部切口6eがあり、直角ある
いは鋭角になっていることが好ましい。図4(B)の環
状押圧バネ16は、斜面部16dに切欠き16cを設け
たもので、外周平面部16bを強化するために厚さ大の
バネ材を用いる。あるいは押圧力を小さくしたい場合等
は、切欠き16cの大きさ、数を変えて調整する。図4
(C)の環状押圧バネ17は、図4(A)の変形であ
り、ポール部2aとの係止用に内周切込み17e、押圧
力の発生・調整のための外周切込み17cを設けたもの
である。図4(D)の押圧バネ18は、さらに変形した
例であり、係止用の内周切込み18f、斜面部18dと
外周平面部18eからなる舌片18bで構成され、舌片
18bの幅を変えることで押圧力の調整が可能である。
上述において、開口部周縁に設けた内周切込み17e等
は、ポール部2aへの係止を傾きなく確実にすることが
でき、とくに開口部圧入作業を高速化する場合に有効で
ある。なお、図4(A)〜(D)に示した環状押圧バネ
6は例であってポール部2aへの係止と押圧効果があれ
ば設計変更は可能である。そして、ポール部2aの形態
は図示のものは円柱状であるが、前記各環状押圧バネの
開口部が係止可能なものであればとくに制約は受けず、
楕円、角形等も適用可能である。ただ、部品の加工性、
組立性等を考慮すると円柱状が好ましい。
の形態について図2、図8、図11を参照しつつ説明す
る。ここで、図11(A)は図2の第1の実施形態の外
部端子2個を連結板9で連結したようすを示し、図11
(B)は図8の従来例1の外部端子2個を連結板69で
連結したようすを示す。密閉形二次電池は中〜大容量の
電力を得るために、複数個を連結して使用されるのが通
常であるため、他の二次電池と連結する際の連結部の形
態は重要となる。つまり、連結板と端子極柱間における
内部抵抗が大きくなると、多数の二次電池を連結した場
合に電圧降下や連結部における発熱等が問題となるた
め、連結部は確実に連結されることみならず、外部端子
と連結板間の内部抵抗を低減する必要がある。図11
(B)に示す従来の連結構造は、端子極柱62の固定用
のナット65の上端面に連結板69を載置し、その上面
に別のナット68を螺合し、連結板69を固定していた
ため、電流は端子極柱62から一旦、金属ワッシャー6
4及びナット65を介して連結板69に流れることにな
り、しかも、連結板69とナット65の上端面間の接触
状況が良くないため、その内部抵抗は小さくはなかっ
た。これに対し、図11(A)に示す本発明の第1の実
施形態においては、連結板9が端子極柱2の段部2eに
直接接触し、その接触面も大きく確保でき、接触状況も
良好にできるため、前記内部抵抗の低減を図ることがで
きる。
の外部端子のように端子極柱のポール部にタップネジ部
12c及び52gを設け、ポール部12、52の上端面
に連結板を載置して、上方からボルト等により固定して
も、上記第1の実施形態の連結部と同様の効果を得るこ
とができる。
り、端子極柱にかかる外部回転トルクの影響を防止でき
るために、連結板と外部端子との連結部を上記のような
構成とすることができた。
2bfと蓋体1の下面、またはフランジ部上面の、少な
くとも環状パッキング3と接続する部分に、軟質で水
分、水溶液、有機溶媒等に廃液性を示し、電解液に安定
した抵抗性を示すシール剤の薄い膜層5を設けることが
望ましい。前記シール剤膜層5を設けることによって、
高温、多湿下で電池を使用する場合、とくにアルカリ電
解液のように電気毛管現象などによる端子極柱2の固定
部分からの匍匐漏液抑制効果をさらに向上させることが
できる。シール剤としては、アスファルトピッチ単独あ
るいはその適応温度範囲を拡大し粘着性、撥液性を高め
るために、オイル類、フッ素樹脂微粉末などを添加した
ものを溶媒に溶解分散させたものが適している。前記以
外に耐電解液性、粘着性を有するポリブテン、ポリイソ
ブチレン等の粘着性物あるいは熱可塑性エラストマーな
どの単独または複合物にフッ素樹脂微粉末(撥液性向上
のため)を添加したものを、溶媒に溶解・分散させたも
のを塗着してもよい。なお、極柱部分からの漏液防止対
策として、特開昭59−114750号公報には端子リ
ードの中間部分に、甲ブロンアスファルトまたはポリア
ミド樹脂を塗布しその表面をホットメルト樹脂で覆うた
後、蓋板内にエポキシ樹脂で埋めこみ固定する方法が示
されているが、環状パッキング等による押圧固定ではな
いため、電池内圧力が上昇する電池では、ガスもれ及び
それに伴う電解液の漏出を長期間防止することは困難で
あった。また、フランジを含む極柱表面に、ポリアミド
樹脂または高分子量エポキシ樹脂をポリアミド樹脂ある
いは複素環状ジアミンで硬化した低弾性率シール剤を塗
布した後、蓋板内に低分子量エポキシをポリアルキレン
ポリアミンを反応させた耐アルカリ性の高弾性率シール
剤で埋め込む方法(特開昭55−143776号公報参
照)もあるが、ポリアミド樹脂あるいはエポキシ樹脂は
電解液にぬれを生じやすく、電池を高温、多湿下で使用
するには漏液防止効果が不十分なものであり、いずれも
本発明の目的、構成に適用するには不適当なものであ
る。
は、先に述べたフランジ部上面2bfと蓋体1下面との
間に加える所定の押圧力、本実施形態では350kg
f、基準範囲50kgf〜600kgfに対して、パッ
キング非加圧高さに対する10%〜50%圧縮の範囲内
で、パッキングの断面積、あるいは径、直径、周囲長
さ、硬度を考慮して決定する。電池内圧力に対応できて
も、圧縮率が10%未満では、環状パッキング3がフラ
ンジ部上面2bf、蓋体1下面と接する面積が僅少とな
り、線接触に近づき、電解液が漏出しやすくなる。反
面、圧縮率が50%を超えると、ゴム弾性材料の圧縮永
久ひずみが大きくなり、高温あるいは長期使用中の押圧
力低下が過大となり、耐久性が不十分となるおそれがあ
る。通常の設計では圧縮率は20%〜40%とするのが
好ましい。端子極柱2のフランジ部上面2bfに設ける
環状溝2cの深さは、前記環状パッキング3の圧縮後の
高さの95%以下になるように設定する。
た、第2の実施形態を図5によって説明する。端子極柱
12の平面状のフランジ部12bに直接環状パッキング
3を載置するものである。その他は前記の第1実施形態
と同様である。電池が比較的小型で、ポール部12aも
小径となる場合は、環状押圧バネ6の係止も容易となり
その傾きの発生もなくなる場合等に適用でき、フランジ
部の加工も容易となる。なお、ポール部12aの上部の
12cはタップネジ部であり、連結板をネジ締め固定す
るものである。
極柱の回り止め部の構成を変えた、第3の実施形態を図
6によって説明する。
ンジ部32b、37bの一辺より水平方向に集電部32
d、37dを延出形成したものである。図6(A)、
(B)は同様形状のものであり、図6(B)のように、
フランジ部32bから一体に水平方向に集電部32dを
設けており、極板群8から導出された複数のリード板9
を図6(B)のように、スポット溶接などによって溶着
部35が形成され、接続される。この端子極柱32を用
いれば、電池内の高さ方向の集電占有寸法が低減され、
極板群8を高くすることができるので、電池エネルギー
密度の向上に寄与することができる。また、端子極柱3
2の回り止め方法については、図6(A)のように、フ
ランジ部32bあるいは集電部32dに孔状の係合部3
3を設け、蓋体31下面側には、この孔に貫入する同形
柱状の固定リブ回転阻止部34を突出させ、両者を係合
させて極柱回り止め部38を形成するものある。図6
(C)に示した端子極柱37は、前述の図6(B)の変
型であり、フランジ部37bに連接部37eの段部を介
して水平方向に集電部37dを一体に、もしくは溶接接
続して形成したものである。なおフランジ部37bを小
型化する場合には、環状溝部37cは、ポール部37a
の外周面を内側の壁としても支障なく用い得る。
の係止形態を変えた第4の実施形態を、図7(A)、図
7(B)によって説明する。図7(A)に示すように、
端子極柱52のポール部上部52aの外径(φ1)に対
して、下部のポール細径部52a’の外径φ2は、0.
04mm〜0.2mm小径として段部52eを形成した
ものであり、ポール部に圧入された押圧バネ6の開口部
6aは前記段部52eによって所定係止位置Kに係止さ
れるようにしたものである。図7(B)は、バネ係止部
Kの位置に、深さ0.02mm〜0.1mmの環状細溝
55fを設けたものであり、ポール部55aに圧入され
る環状押圧バネ6の開口部6aは、前記環状細溝55f
に嵌入固定されてバネ係止部Kを形成するものである。
なお、図7(A)、7(B)の他の部品構成、及び電池
への適用については、前記他の実施形態と同様である。
この図7に示した構成は、端子極柱55のポール部表面
の硬さと前記環状押圧バネ6の開口部切口6e等の硬度
の関係が、前記第1の実施形態で述べた条件を満たさ
ず、前記開口部切口6eが、ポール部表面に食い込み不
十分となり、電池使用中の振動等でずれるおそれのある
場合に適用でき、係止部Kの固定状態は安定する。ここ
で、図7(A)のポール部下部のポール細径部の径φ2
及び図7(B)のポール部の環状細溝55fの径を、そ
れぞれポール部52a、55aの径に対して、直径差を
0.04mm未満とした場合はバネ開口部6aの係止効
果が不十分となり、0.2mm以上とした場合はポール
部表面とバネ開口部6aとの係止固定がゆるくなり、電
池使用中に、バネ開口部6aがぐらつき、端子極柱5
2、55の密封固定に部分的ゆるみを生ずる場合がある
ので、上記の制限をしている。
脂成形品を用いているが、ニッケルめっき鋼板等の金属
製蓋板に、インサートモールディングによって樹脂の絶
縁層および固定リブを形成して蓋体としたものにも同様
に適用することができる。
可能である。
ことによって、密閉形のリチウム二次電池に適用するこ
とができる。すなわち、端子極柱の正極側にはアルミニ
ウム合金等の良導電性耐食金属を、負極側には銅にニッ
ケルめっき、あるいは鉄にニッケルめっきを施したもの
を使用する。環状パッキングにはシリコンゴム、フッ素
ゴム等、非水電解液に耐えるものを選択する。シール剤
には上記アスファルトピッチ以外に、フッ素系エラスト
マー、シリコーン系等の中から前記同様に選択する。蓋
体、電槽については実施形態同様オレフィン系のものを
使用することができる。
カリ系二次電池と同じく、高温・多湿、幅広い温度下で
長期間高い気密液密性を保持して安定した電池性能を維
持するものが得られる。
すべく、図2に示した第1実施形態及び図7(A)に示
した第4の実施形態の構成により端子極柱を蓋体端子孔
に密封固定した組立蓋体を用いて電槽を密閉した本発明
の密閉角形二次電池と、図8、図9、図10に示した従
来の構成で極柱を蓋板の挿通孔に密封固定した組立蓋板
を用いて電槽を密閉した従来方式の角形二次電池を製作
して、極柱部分の気密性及び耐漏液性、並びにポール部
に回転トルクを加えた場合の極柱部分の回転の有無につ
いて実験を行い、その調査した結果を以下に示す。
製、環状パッキングはすべて同一条件で加硫したエチレ
ンプロピレン製、ポール部は第1の実施形態及び従来例
共に、軟鋼にニッケルめっきを施した直径12mmのも
の、環状押圧バネ及び環状スプリングはステンレスバネ
鋼板製であり、開口部切口部分の硬さは約Hv400で
ある。ナット及びワッシャーはニッケルめっき鋼製、第
4の実施形態のポール部は直径10mmで、タップネジ
部の強度向上を図るため工具鋼にニッケルめっきを施し
て用いた。本実施形態におけるポール部表面硬さは、第
1の実施形態のものはHv250、第4実施形態のもの
はHv365であった。また、押圧バネ開口部の径は、
ポール部2a、52aの径に対して、0.1mm〜0.
15mm小径とし、第4の実施形態におけるポール細径
部の径φ2は0.1mm小径として段部52eを形成し
た。また、環状押圧バネの押圧力は第1、第4の実施形
態ともに350kgfを基準に開口部を係止固定するよ
うにした。環状パッキングの圧縮率は約30%を基準
に、従来例のものはポール部表面への押圧力を考慮して
30%〜50%の範囲で調整した。
柱のフランジ部の環状溝及び対応する蓋体下面に、アス
ファルトピッチ系のシール剤膜層を設けたものと、設け
ないものを製作比較した。
次の区分で評価試験に供した。第1の実施形態でシール
剤膜層を設けないものを実施例1A、設けたものを実施
例1Bとする。第4の実施形態における図7(A)の構
成のものを実施例2とする。
を従来例1、図9に示すものを従来例2、図10に示す
ものを従来例3とする。
ガス配管を接続し、下記圧力を加えて正・負端子極柱部
分からのガスもれ有無を調べ、その結果を表1に示す。
各々2組ずつを、下記条件で充電・放電サイクルを実施
して、試験前後の組電池容量、試験後の各セルについ
て、正負何れかの端子部周辺の漏液の有無、並びに各セ
ルの電解液減少の有無を重量で確認し、表2に示す。
クル下で放置して所定日数毎に端子部分周縁をPH試験
紙でチェックした。その結果を表3に示す。
ール部に下記所定の回転トルクを加えて、極柱部が回っ
たか否かを調べた。その結果を表4に示す。
比較し、高温・多湿を含む広範な環境下で気密・液密性
にすぐれ、長期充放電サイクルにおける性能低下が少な
く、また端子極柱に外力が加わっわても、端子極柱が回
転することがないため、極板群等にねじり応力が加わら
ず、内部短絡の発生や電池性能の低下を防止できる。
に一体に形成された平面状フランジ部上面と蓋体下面の
間に環状パッキングを介在させ、ポール部に環状押圧バ
ネを係止させて端子極柱を蓋体に固定することによっ
て、この環状パッキングが上下方向に圧縮され、端子極
柱を蓋板に対して確実に密閉しつつ固定できる。
回り止め部を有することによって、端子極柱に外力が加
わっわても、端子極柱が回転することがないため、極板
群等にねじり応力が加わらず、内部短絡の発生や電池性
能の低下を防止でき、電池の耐久性を長期にわたり保持
できる。
の嵌合形状、寸法、表面硬度、及び環状押圧バネの上下
方向押圧力を適切化することによって、広範囲な環境下
で密閉二次電池の端子部分の密封性を確実にし、かつ長
期にわたる耐久性を保持できる。
部上面及び蓋体下面にシール剤膜層を設けることによっ
て、長期にわたる耐漏液性を確保することができる。
性、端子固定強度性にすぐれ、長期間安定した性能を維
持できる密閉形二次電池を提供することができる。
し、(A)は全体概略斜視図、(B)はその平面図であ
る。
施形態の底面図、(B)は変形実施形態の底面図であ
る。
(C)、(D)は各種形態の球状押圧バネを示す図であ
る。
である。
示し、(A)はその底面図、(B)は別形態のものの斜
視図、(C)はさらに別形態のものの断面図である。
示し、(A)はその断面図、(B)は変形実施形態の側
面図である。
その断面図、(B)は環状スプリングの斜視図であ
る。。
(A)は第一の実施形態によるその断面図であり、
(B)は従来例1によるその断面図である。
部 2g、22g、32d、37d 集電部 3 環状パッ
キング 4、4a、34 回転阻止
部 22c、33 係合部 18、28、38 極柱回り
止め部 5 シール剤
膜層 6、16、17、18 環状押圧
バネ 8 極板群 9 極板のリ
ード板 10 電槽 101 密閉形二
次電池
Claims (9)
- 【請求項1】 正・負極板間にセパレータを介在させ電
解液を含浸して構成した極板群を収納した電槽を、端子
極柱を備えた蓋体によって密閉してなる二次電池におい
て、 端子極柱は、正・負極の何れか一方の極板のリード板を
接続する集電部と、上面が平板状のフランジ部と、この
フランジ部上面に垂直に突出形成されたポール部とから
なり、 前記フランジ部は係合部を有し、蓋体の下面にはその係
合部に係合する回転阻止部が設けられ、これらにより端
子極柱の回り止め部を形成し、 前記ポール部は、蓋体に設けた端子孔から上方に突出し
ており、このポール部を取り囲むようにフランジ部上面
と蓋体下面間に環状パッキングが配設され、 このポール部の外径に対して僅小な内径の開口部を有す
る環状押圧バネをポール部上方から圧入し、この環状押
圧バネの弾性力によって、前記フランジ部上面と蓋体下
面間に介在する前記環状パッキングを上下方向に圧縮し
て、端子極柱を蓋体に密封固定できる位置に環状押圧バ
ネをポール部の外周縁に係止させ、前記電槽を密閉した
ことを特徴とする密閉形二次電池。 - 【請求項2】 端子極柱のフランジ部上面に環状パッキ
ングを配設する環状溝を設けた請求項1記載の密閉形二
次電池。 - 【請求項3】 端子極柱のポール部表面硬度を環状押圧
バネの開口部端面のビッカース硬度に対し100Hv以
上低下させ、かつそのビッカース硬度をHv150〜H
v350の範囲として、環状押圧バネの開口部端面をポ
ール部の外周縁に食い込み状態で係止させた請求項1又
は2記載の密閉形二次電池。 - 【請求項4】 端子極柱のポール部表面にビッカース硬
度がHv150〜Hv350の金属被覆を施した請求項
3記載の密閉形二次電池。 - 【請求項5】 環状押圧バネの開口部の内径を、環状押
圧バネが係止する位置における端子極柱のポール部外径
に対して、0.05mm〜0.4mm小径化した請求項
1〜4のいずれかに記載の密閉形二次電池。 - 【請求項6】 環状押圧バネの開口部が係止する位置
で、深さ0.02mm〜0.1mmとした凹状の環状段
部もしくは環状細溝を端子極柱のポール部外周に設けた
請求項1又は2記載の密閉形二次電池。 - 【請求項7】 環状押圧バネの弾性力による端子極柱の
フランジ部上面と蓋体下面間の押圧力を50kgf〜6
00kgfとした請求項1〜6のいずれかに記載の密閉
形二次電池。 - 【請求項8】 端子極柱のフランジ部上面と蓋体下面間
の環状パッキングの周囲に、撥液性および耐電解液性を
有する軟質のシール剤により膜層が形成されている請求
項1〜7のいずれかに記載の密閉形二次電池。 - 【請求項9】 端子極柱がそのフランジ部の一辺から水
平方向に延出形成された集電部を有する請求項1〜8の
いずれかに記載の密閉形二次電池。
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