JPH097561A

JPH097561A - 角形密閉電池の封口構造体

Info

Publication number: JPH097561A
Application number: JP7158148A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 健斉藤; Koichi Hoshino; 耕一星野; Hikari Sakamoto; 光坂本
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】アルカリ電解液のはい上がりを抑制すること
により溶接不良を減少させ角形密閉電池の歩留まりを向
上させることができる角形密閉電池の封口構造体を提供
する。【構成】中央に正極Ａが配設され、極板群を収容した
外装缶の開口部に装着される矩形状の蓋板３１と、蓋板
３１の下面に配設されている絶縁板３４と、絶縁板３４
の下面と当接するように配設された枠状のスペーサ３３
とを備える角形密閉電池の封口構造体において、絶縁板
３４が四隅に切り欠き３４ａを備えている、または、ス
ペーサがその外側部の全周にわたり段差を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角形密閉電池の封口構
造体に関し、更に詳しくは、アルカリ電解液のはい上が
りを抑えることができる角形密閉電池の封口構造体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル−水素二次電池やニッケル−カ
ドミウム電池のようなアルカリ二次電池は、全体として
密閉構造になっていて、その形状には円筒形と角形とが
ある。ここで、角形密閉タイプのニッケル−水素二次電
池につき、その構造例を図１に基づいて説明する。

【０００３】角形のニッケル−水素二次電池は、図１に
示すように、直方体状をなした外装缶１と、外装缶１内
に収容された極板群２と、外装缶１の開口部１ａに嵌合
装着され、該外装缶１を密閉するとともに前記極板群２
が遊動することを防ぐ封口構造体３とを備えている。外
装缶１は、ニッケルメッキを施した鋼製の直方体状の有
底缶体であり、負極の外部端子も兼ねるものである。

【０００４】極板群２は、正極シート（ニッケル極）２
ｃと負極シート（水素吸蔵合金電極）２ａとを、電気絶
縁性のセパレータ２ｂを互いの間に介在させた状態で複
数枚重ね合わせた構造になっている。そして、各正極シ
ート２ｃは、正極集電体４を介して後述する正極リード
板ａ₂に接続され、負極シート２ａは負極を兼ねる外装
缶１に接続されている。

【０００５】封口構造体３は、図１に示すような、中央
に正極Ａを有する蓋板３１と、前記蓋板３１の下面に配
設された絶縁板３２と、前記絶縁板３２の下面に当接す
るように配設されたスペーサ３３とを備えている。蓋板
３１は、外装缶１と同様にニッケルメッキを施した鋼か
ら成る，中央に孔が穿設された矩形状の板であり、前記
孔に正極Ａが配設されており、外装缶１の開口部１ａを
閉塞するように配置されたのち、後述するように外装缶
１と溶接される。

【０００６】正極Ａは、図２に示すように、前記蓋板３
１の中央に穿設された孔３１ａに電気絶縁性のガスケッ
トａ₁を介して液密に嵌合装着され、下端が、ワッシャ
ａ₃とともに蓋板３１にかしめ固定され、上面が、蓋板
の上面と略面一をなして裸出し、中央に小孔が穿設され
たリベットａ₄と、当該リベットａ₄に載置され、か
つ、そこに溶着固定された正極キャップａ₅と、正極キ
ャップａ₅に収納されリベットの小孔を閉塞する安全弁
ａ₆とを備えている。尚、前記ワッシャａ₃は、正極集
電体４と接続されるリード板ａ₂を備えている。

【０００７】絶縁板３２は、蓋板３１と略同じ形状をし
た電気絶縁性を有する、例えば、合成樹脂製の板であ
り、該蓋板の下面に配設されている。この絶縁板３２
は、電池内部の正極に接続されている構成部材、例え
ば、正極シート２ｃ，正極集電体４等が、負極である蓋
板３１と接触して短絡することを防止する働きをするも
のである。

【０００８】スペーサ３３は、電池の実使用時に電池内
部において極板群２が遊動することにより、蓋板３１等
に接触して短絡することを防止するために、前記蓋板３
１と極板群２との間に介在し該極板群２を上方より押さ
えつけ極板群が電池内で遊動することを防止する働きを
する。スペーサ３３は、図１に示すように、外装缶１の
横断面と略等しい矩形状をなす電気絶縁性を有する、例
えば、合成樹脂製の枠体である。このスペーサ３３は、
上面３３ａが蓋板３１の下部に配設されている絶縁板３
２に当接し、下面３３ｂが極板群２の上部と当接する。
そして、中央の枠内部３３ｃの中で正極集電体４と正極
のリード板ａ₂とが接続される。

【０００９】当該密閉型ニッケル−水素二次電池は、外
装缶１内に極板群２が収容され、アルカリ電解液が注入
された後、スペーサ３３が外装缶１内に挿入される。つ
いで、外装缶１の開口部１ａに正極Ａを有し絶縁板３２
が配設されている蓋板３１が嵌合装着され、その嵌合部
が全周にわたり溶接されて密閉構造の電池が形成され
る。

【００１０】以上のような、密閉構造の電池を得るため
の溶接方法としては、微細加工に適したパルス式レーザ
ー溶接方法が通常採用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した密
閉型の電池においては、封口構造体を構成するスペー
サ，絶縁板及び蓋板の外縁部は、外装缶の内壁面に適合
する形状をしており、電池の組立に際して、当該封口構
造体は外装缶の内壁面に合致するようにして嵌合装着さ
れている。

【００１２】このとき、外装缶や封口構造体等の各部材
には、製造時における加工精度等の問題により、微視的
な歪みがあり、封口構造体の側面と外装缶の内壁面との
間には極めて小さい隙間が生じている。このような微小
な隙間の下部がアルカリ電解液で濡れると、該アルカリ
電解液は浸透性が非常に高いので、毛細管現象を起こ
し、前記隙間をはい上がっていく。特に、外装缶のコー
ナー部１ｃ（図１参照）においては、外装缶の長辺部と
短辺部とが交わる部分に封口構造体３の角部が近接する
ことにより、アルカリ電解液がはい上がる高さは長辺部
や短辺部における場合よりも高くなる。このように、ア
ルカリ電解液は、当該隙間をはい上がることにより、開
口部１ａと蓋板３１との嵌合部にまで到達し、当該嵌合
部を濡らすという事態を起こすことがある。

【００１３】上述のように、外装缶と蓋板との嵌合部に
アルカリ電解液が存在すると、レーザー溶接の際、当該
電解液により、レーザー光が遮られ、外装缶と蓋板とが
溶接されない、あるいは、前記アルカリ電解液が急加熱
されて膨張し、外装缶１と蓋板の間に隙間を生じさせる
等の溶接不良が発生してしまう。このようにして、嵌合
部において溶接不良が生じると、電池は密閉不良とな
り、電池の不良品の発生率は高くなり、電池製造におけ
る歩留まりが低下してしまう。

【００１４】そこで、本発明は、角形密閉電池における
上記した問題を解決し、アルカリ電解液のはい上がりを
抑制することにより溶接不良を減少させ角形密閉電池の
歩留まりを向上させることができる角形密閉電池の封口
構造体を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、中央に正極が配設され、極板群を収容
した外装缶の開口部に装着される矩形状の蓋板と、前記
蓋板の下面に配設されている絶縁板と、前記絶縁板の下
面と当接するように配設された枠状のスペーサとを備え
る角形密閉電池の封口構造体において、前記絶縁板が四
隅に切り欠きを備えている、または、前記スペーサがそ
の外側部に段差を備えていることを特徴とする角形密閉
電池の封口構造体が提供される。

【００１６】図３に、本発明の角形密閉電池の封口構造
体３Ａの一例を示す。この封口構造体３Ａは、中央に正
極Ａが配設された矩形状の蓋板３１と、四隅に切り欠き
３４ａを有し、前記蓋板３１の下面に配設されている絶
縁板３４と、前記絶縁板３４の下面と当接するように配
設された枠状のスペーサ３３とを備えている。絶縁板３
４は、図４に示すように、中央に正極Ａの下端部を通す
貫通孔３４ｂを有しており、四隅には、切り欠き３４ａ
が形成されている。この切り欠き３４ａは、特に、外装
缶１のコーナー部１ｃにおける微小な隙間で発生する毛
細管現象による電解液のはい上がりを抑制するために、
当該コーナー部の隙間を毛細管現象が生じない程度の大
きさに拡げる働きをする。前記切り欠き３４ａの大きさ
は、絶縁板３４を角形密閉電池の外装缶に装着した際
に、絶縁板３４の角部と外装缶のコーナー部の間で、ア
ルカリ電解液の毛細管現象が生じない程度の隙間を確保
できる大きさよりも大きく、当該絶縁板３４の絶縁性を
阻害してしまう大きさよりも小さい範囲に設定すること
が好ましい。切り欠き３４ａは、前記範囲の大きさであ
れば、その形状は格別限定されるものではなく、例え
ば、図４に示すような扇状、あるいは、三角形状等のも
のがあげられる。

【００１７】以上のような、四隅に切り欠き３４ａを有
する絶縁板３４を備えている封口構造体３Ａを角形密閉
電池に嵌合装着するすると、外装缶のコーナー部をはい
上がってきたアルカリ電解液は、絶縁板３４の位置に到
達したところで、切り欠き３４ａにより毛細管現象が生
じない程度に拡げられている隙間の働きで、それ以上、
はい上がっていかなくなる。

【００１８】また、本発明の角形密閉電池の封口構造体
の別な態様として、図５に示すような封口構造体３Ｂが
あげられる。封口構造体３Ｂは、中央に正極Ａが配設さ
れた矩形状の蓋板３１と、前記蓋板３１の下面に配設さ
れている、当該蓋板と同形状の絶縁板３２と、前記絶縁
板３２の下面と当接するように配設され、外側部の全周
にわたり段差が形成されている枠状のスペーサ３５とを
備えている。

【００１９】スペーサ３５は、絶縁板３２が配設されて
いる蓋板３１と極板群２との間に介在し、該極板群２を
上方より押さえる。よって、スペーサ３５は、極板群２
の上部と絶縁板３２の下面との間の距離に対応する高さ
を有している。このスペーサ３５は、図５及び図６に示
すように、外側部の全周にわたり段差３５ａが形成され
ている矩形状の枠体である。

【００２０】段差３５ａは、スペーサ３５を角形密閉電
池の外装缶に装着した際に、アルカリ電解液の毛細管現
象が生じない程度の隙間が確保できるように、毛細管現
象が起きない程度の幅Ｌ（スペーサの内側方向への長
さ）及び高さＨを備えている。尚、当該段差３５ａは、
上記した条件を備えていれば、スペーサ３５の外側部の
上端部及び下端部のいずれに刻設してもよく、更にその
高さＨは部分的に異なっていても構わない。また、段差
を有するスペーサの別な態様としては、図７に示すよう
に、外側部の上端と下端の中間に凹溝３６ａを全周にわ
たって刻設したスペーサ３６を採用してもよい。

【００２１】ここで、前記段差は、スペーサの外側部の
全周にわたり形成されたものに限られるものではなく、
当該段差が一部切り欠かれていても構わない。以上のよ
うなスペーサ３５を備えた封口構造体３Ｂを角形密閉電
池に嵌合装着すると、段差３５ａの部分において、外装
缶１と封口構造体３Ｂとの間の隙間が拡がるので、当該
段差部では、毛細管現象が起こらない。よって、例え
ば、スペーサの下部よりはい上がってきたアルカリ電解
液は、前記段差部において止められることになり、それ
以上上部へはい上がることはない。当該スペーサ３５
は、コーナー部を含めた側部の全周にわたり段差部を形
成しているので、外装缶全周にわたりアルカリ電解液の
はい上がりを抑制することができる。よって、アルカリ
電解液のはい上がり防止にはより好適である。

【００２２】尚、本発明の封口構造体においては、四隅
に切り欠きを有する絶縁板を採用した場合、その下部に
位置するスペーサの形状は格別限定されない。つまり、
側部に段差を備えていないものを配設してもよいし、段
差を備えているものを配設してもよい。また、段差を有
するスペーサを採用した場合、その上部に位置する絶縁
板の形状は格別限定されない。つまり、四隅が切り欠か
れていないものを配設してもよいし、四隅が切り欠かれ
ているものを配設してもよい。

【００２３】ここで、特に、封口構造体として、四隅に
切り欠きを有する絶縁板と外側部の全周にわたる段差を
有するスペーサとを組み合わせた二段構造にすると、ア
ルカリ電解液は、スペーサの段差部ではい上がりが止め
られ、更に絶縁板の四隅から上昇することも防止するこ
とができるようになるので、より確実にアルカリ電解液
のはい上がりを防ぐことができるので好適である。

【００２４】

【作用】本発明による角形密閉電池の封口構造体は、四
隅に切り欠きを有する絶縁板を備えているので、外装缶
のコーナー部において毛細管現象によるアルカリ電解液
のはい上がりは抑制される。また、スペーサの外側部の
全周にわたり段差を設けることにより、段差より上方に
電解液がはい上がっていくことを抑えることができる。

【００２５】

【実施例】

実施例１粒径が１〜６０μｍでＣｏを1.５％，Ｚｎを４％固溶し
ているＮｉ（ＯＨ）₂９５ｇと、粒径0.１〜１０μｍの
ＣｏＯ粉５ｇとを混合し、更に、ここに1.２％のカルボ
キシメチルセルロース水溶液を３５ｇ添加して正極活物
質のペーストを調製した。

【００２６】平均孔径0.３ｍｍ，多孔度９６％，縦１０
０ｍｍ，幅１００ｍｍ，厚み1.０５ｍｍのスポンジ状ニ
ッケル多孔体を用意し、これに上記したペーストを一定
量充填したのち、８０℃で１時間乾燥し、更に、５００
ｋｇ／ｃｍ²の圧力を印加してＮｉ（ＯＨ）₂とＣｏＯ
の充填密度が2.６ｇ／ｍｌである厚み0.５５ｍｍの正極
シート（気孔率３０％）を製造した。

【００２７】次に、アーク溶解法で組成：ＭｍＮｉ_3.3
Ｃｏ_1.0Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3（Ｍｍはミッシュメタル）で
示される水素吸蔵合金を製造したのち、これを粉砕して
１５０メッシュ（タイラー篩）下の合金粉末とした。つ
いで、前記合金粉末１０００ｇに対して、Ｎｉ粉末１０
０ｇ，ポリビニリデンフルオライド２０ｇ，１％カルボ
キシメチルセルロース水溶液２５０ｇから成るスラリー
を調製し、開孔率３８％のパンチングニッケルシート
（厚み0.０７ｍｍ，孔の径1.５ｍｍ）をスラリー中に浸
漬したのち引き上げ、ついで、大気中で乾燥し、２ｔｏ
ｎ／ｃｍ²の圧力で圧延して全体の厚みを0.４ｍｍと
し、その後、切断して、負極シート（気孔率１８％）を
製造した。

【００２８】次に、厚み0.１８ｍｍで気孔率６５％のナ
イロンシートを袋状に加工して形成したセパレータ中に
前記正極シートを挿入した。このようにして、正極シー
トとセパレータとから成る正極板を製造した。そして、
この正極板３枚と前記負極シート４枚とを交互に配置し
て集積し、極板群を製造した。尚、当該極板群は、縦
４．５ｍｍ，横１５．４ｍｍ，高さ４０ｍｍの直方体状
に整形した。

【００２９】ついで、得られた極板群を、内部の寸法
が、縦４．８ｍｍ，横１５．６ｍｍ，高さ４５ｍｍであ
る角形の外装缶に挿入した。次に、電解液として、ＫＯ
Ｈを主成分としたアルカリ水溶液1.０ｃｃを外装缶に注
入した。引き続き前記外装缶を遠心機に設置し、１００
０ｒｐｍで１０秒間回転させた。

【００３０】その後、前記極板群の上部に外法寸法が縦
４．７ｍｍ，横１５．５ｍｍ，高さ２．５ｍｍ，内法寸
法が、縦３．７ｍｍ，横１４．５ｍｍ，高さ２．５ｍｍ
のナイロン製の枠状のスペーサを配設した。ついで、正
極を有する蓋板の下面に図４に示すような四隅に扇状の
切り欠きを有し、厚さが１．５ｍｍのナイロン製の絶縁
板を配設し、当該蓋板を前記外装缶の開口部に嵌合し、
当該嵌合部の全周にわたりレーザー溶接を行い、角形密
閉タイプのニッケル−水素二次電池を製造した。尚、上
記電池は、１００００個製造した。

【００３１】得られた電池に対して、レーザー溶接不良
の発生率を求めた。その結果を表１に示した。ここで、
レーザー溶接不良の発生率は、以下のようにして求め
た。まず、上記のようにして製造した電池を、温度６０
℃，湿度８０％ＲＨの雰囲気中に保持し、３０日間放置
した。ついで、３０日経過後の電池の嵌合部に対して、
フェノールフタレイン溶液を滴下し、当該溶液の変色を
観察することにより漏液の有無を確認した。つまり、こ
のフェノールフタレイン溶液が赤色に変化した場合、ア
ルカリ電解液が嵌合部に存在することになるので、前記
溶液が赤色に変化した電池は、漏液が発生したものとし
た。そして、製造した電池の全体に対する、漏液が発生
した電池の割合を求め、この割合をレーザー溶接不良の
発生率とした。実施例２蓋板の下面に図５に示すような、四隅が切り欠かれてい
ない、該蓋板と同形状で、厚さが１．５ｍｍのナイロン
製の絶縁板を配設したこと、及び、図５，図６に示すよ
うな、外法寸法が、縦４．７ｍｍ，横１５．５ｍｍ，高
さ２．５ｍｍ、内法寸法が、縦３．７ｍｍ，横１４．５
ｍｍ，高さ２．５ｍｍのナイロン製の枠体の外側面の上
部において、上端面から１．０ｍｍの範囲を全周にわた
り内側へ０．２ｍｍ研削し段差を形成したものをスペー
サとしたことを除いては、実施例１と同様にしてニッケ
ル−水素二次電池を１００００個製造した。

【００３２】得られた電池に対して、実施例１と同様に
してレーザー溶接不良の発生率を求めた。その結果を表
１に併記した。比較例１蓋板の下面に図１に示すような、四隅が切り欠かれてい
ない、該蓋板と同形状で厚さが１．５ｍｍのナイロン製
の絶縁板を配設したことを除いては実施例１と同様にし
てニッケル−水素二次電池を１００００個製造した。

【００３３】得られた電池に対して、実施例１と同様に
してレーザー溶接不良の発生率を求めた。その結果を表
１に併記した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果から明らかなように、実施例１
の電池は、レーザー溶接不良の発生率が０％となってい
る。つまり、レーザー溶接時に外装缶の開口部と蓋板と
の間の嵌合部に当該アルカリ電解液が存在することがな
く、良好な溶接を行うことができ、溶接不良のない良品
が得られたことを示している。これは、封口構造体にお
いて、絶縁板の四隅に切り欠きを形成したので、毛細管
現象によるアルカリ電解液のはい上がりが抑えられたた
めである。

【００３６】また、実施例２の電池についても、表１か
ら明らかなように、レーザー溶接不良の発生率が０％に
なっている。つまり、実施例１と同様に、レーザー溶接
時に外装缶の開口部と蓋板との間の嵌合部に当該アルカ
リ電解液が存在することがなく、良好な溶接を行うこと
ができ、溶接不良のない良品が得られたことを示してい
る。これは、封口構造体において、スペーサの外側部の
全周にわたり段差を形成したので、外装缶の内壁面と封
口構造体との間に形成される微小な隙間が、当該段差の
部分において、毛細管現象が起きない程度の幅に拡大さ
れ、スペーサの下部からはい上がってきたアルカリ電解
液が当該段差部でせきとめられ、それ以上、上部へのは
い上がりが抑えられたためである。

【００３７】それに対し、比較例１の電池は、本発明の
電池に比べ、レーザー溶接不良の発生率が高くなってい
る。これは、比較例１の電池においては、従来の封口構
造体を採用しているので、一部、アルカリ電解液が嵌合
部まではい上がってきているものがあり、嵌合部にアル
カリ電解液が存在することに起因する溶接不良が発生し
たためである。

【００３８】以上の結果より、本発明による封口構造体
は、角形密閉電池におけるアルカリ電解液の漏液防止効
果が極めて大きいことがわかる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の封口構造体は、四隅に切り欠き
を有する絶縁板を備えているので、外装缶のコーナー部
における毛細管現象によるアルカリ電解液のはい上がり
を抑えることができ、アルカリ電解液が外装缶と蓋板と
の嵌合部に存在することを防止することができる。ま
た、封口構造体のスペーサとして、外側部の全周にわた
る段差を有するものを用いることにより、この段差より
上方に電解液がはい上がっていくことを抑えることがで
きる。よって、外装缶の全周、つまり、コーナー部，短
辺部及び長辺部での電解液のはい上がりを抑制できるの
で、アルカリ電解液が嵌合部に存在することをより確実
に抑制することができる。

【００４０】このように本発明の封口構造体は、アルカ
リ電解液のはい上がりを抑制することができるので、ア
ルカリ電解液が嵌合部に存在することに起因する溶接不
良の発生をより少なくすることができる。その結果、密
閉不良による不良品の発生は極めて少なくなり、電池製
造における歩留まりは向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の封口構造体を備える角形密閉電池の構成
を示す一部切り欠き斜視図である。

【図２】蓋板及び正極の構成を示す断面図である。

【図３】本発明における封口構造体の構成を示す斜視図
である。

【図４】本発明における絶縁板を示す平面図である。

【図５】本発明における封口構造体の別の態様を示す斜
視図である。

【図６】本発明におけるスペーサを示す正面図である。

【図７】本発明によるスペーサの別の態様を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１外装缶２極板群３，３Ａ，３Ｂ封口構造体３１蓋板３２，３４絶縁板３３，３５スペーサ３４ａ切り欠き３５ａ段差Ａ正極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央に正極が配設され、極板群を収容し
た外装缶の開口部に装着される矩形状の蓋板と、前記蓋
板の下面に配設されている絶縁板と、前記絶縁板の下面
と当接するように配設された枠状のスペーサとを備える
角形密閉電池の封口構造体において、前記絶縁板が四隅
に切り欠きを備えている、または、前記スペーサがその
外側部に段差を備えていることを特徴とする角形密閉電
池の封口構造体。