JPS59138056A - 気密一次電池 - 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】 本発明は、気密な一次電池に関する。

気密な一次電池特に、ボタン電池、その他の小形電池の
場合、冷間カロエ可能な密封材料を密封部材および絶縁
部材として使用することは公知である。この場合に使用
するハウジング部材および蓋部材は、多くの場合、同時
に、極の接続として役立つ。この場合、密封部材および
絶縁部材を挿入し蓋をハウジングに沿って折曲げること
により、電池を気密に閉鎖する。このように製造した各
セルは、各種の方法で統合して容易に多重上ルカスヶー
ドを形成でき、各種の目的に使用できる。

この場合、密封絶縁閉鎖は、実際上、問題な〈実施でき
るが、この閉鎖方法は、高エネルギー密度の気密な一次
電池、例えば、リチウムー二酸化マンガン電池、水銀電
池、酸化銀電池の長期間保存には不適である。何故なら
ば、ハウジングおよび蓋の金属材料が化学的に安定であ
っても、化学薬品が、金属表面と隣接の絶縁密封材料表
面との間の接触部分を介して逸出するからである。この
漏れは、電池の活性材料の機能損失を招くのみならず、
短絡現象も招く。何故ならば、漏れにより電路が、一般
に短くなるからである。更に、電池を組込んだ機器が損
傷されることになる。

上記欠点を排除するため、セルの一つの極ヲ構成する密
封金属ハウジングを有し、ハウジング材料で気密に密閉
したガラス製引出部を介してノ・ウジングの壁から別の
極を引出したＬｉ−ＭｎＯ２電池が市販されている。こ
のセルの主な欠点は、絶縁した極をセル表面から引出さ
なければならず、従って、適切なエネルギー容量を有す
る偏平な電池を形成できず、コンパクトなカスケードを
構成できないと云う点にあろＯ更に、ガラス製引出部を
ハウジングの壁に溶接し、電池の活性材料の一部をハウ
ジングに対して電気的に絶縁し、引込電極と活性材料の
上記部分との間に特殊な接触個所を形成する作業に経費
がかかると云う欠点がある。

ガラス製引出部の電池に向く部分の内面および活性材料
の一部の絶縁材が比較的大きなスペースを必要と゛する
ので、満足できる容積対容量比が得ら牙ｔない。

従って、本発明の目的は、密封材料とノ＼ウジング蓋と
の間の上記リークを確実に阻止でき、活性材料のスペー
スが所要の組込スペースに比して最適であり、活性材料
の表面積がその容積に比して大きく、幾何学的形状がコ
ンパクトであり・カスケード状に層状に構成して多重電
池を得ることができるセルをベースとした一次電池を得
ることにある。

本発明の他の目的は、活性材料および電解質に対して安
定な材料から成り、セルを閉鎖する際に活性材料に影響
を与えることなく、極板としての隣接のハウジング部分
に気密に結合するための中間層を表面に成層した気密の
絶縁材を有し、構造が簡単で安定な、大面積のセルから
成る電池の構成も含む。

図面を参照して以下に本発明の詳細な説明する。

第１図に、耐食性材料、例えば、不銹鋼１表面処理によ
って耐食性とした鋼等から成る負極板←）および正極板
（＋）を１，２で示した。極板１゜２０周縁部分は、セ
ラミックス層を支持する金属コア４を含む気密な絶縁ｖ
Ｊ３で相互に離隔されている。　極板１，２および絶縁
材３は、中空スペース５を形成し、上記中空スペースに
は、陰極材料６′および陽極材料Ｃから成る活性材料と
、上記材料の間に位置し電解質を含むセパレータ７とが
、気密に封入されている。セル電圧が数ボルトで比較的
低いので、厚さ１０〜２５μｍの酸化アルミニウム層で
、充分に、所要の絶縁性が得られろと云うことが、実験
から判った。アルミニウムを酸化処理した層は、別の電
気絶縁性セラミックス材料を成層して補強することがで
きろ。

絶縁材３ば、極板１，２の輪郭に適合した、側面３．１
　、３．２が平行な（第１図、第２ａ図）または外方へ
収斂する（第２ｂ図）リング形状を有する。更に、極板
１，２は、密封部分を除き、平坦でなく、浅い凹形に構
成でき、または、双方の極板のうち何れが一つは、カッ
プ状の凹みを有することができろ。

気密な電池を作製する場合、セルの絶縁部分と極板との
間の移行部を化学的作用および機械的または熱的作用に
よって破壊されないよう結合、密封することが必要であ
る。このため、第１．’２ａ。

２ｂ図の絶縁材を含む電池において、本発明にもとすき
、常温硬化性または熱硬化性接着剤で突合せ個所を接着
する以外に、突合せ個所のはんだ付または冷間溶接また
はこれら双方の組合せ処理を実施する。当該の結合材料
を第１．２ａ、２ｂ図に８で示した。

第１図の絶縁材３は、金属コア４を完全に包む厚さ１０
〜２５μｍの電気絶縁性酸化セラミックス層９を備えて
いる。上記層は、既述の如く、別の酸化セラミックス層
で補強できろ。第２ａ図の絶縁材３の場合、電気絶縁性
酸化セラミックス層９は、絶縁材下面またはコア下面、
即ち、極板２に向く面には設けられていないが、残りの
三つの表面を覆うよう設けられている。極板１，２の少
くとも絶縁材３と接触する部分には、結合材８から成り
、接着結合又ははんだ付あるいは溶接の形の金属間結合
を形成できる層が設けである。金属コア４および極板２
の酸化セラミックス層を有しない側面の間の結合ゾーン
１０（第２ａ図）も、既述の如く、接着、はんだ付また
は溶接によって形成できる。

第１，２ａ図において、極板の面およびこの面に対向す
る絶縁材３の側面は面平行であるが、実際には、第２ｂ
図の構成の方が有利である。絶縁材３′は、セルの内方
へ向って幾分厚くなっている。

セル形成のため用意された平坦な極板１，２は、結合作
業の開始時、絶縁材３′の内縁ざにのみ当接する。閉鎖
力Ｐを加えると、上記内壁に局部的応力集中が起こり、
かくして、両極板のパリ状に遊離した周縁ゾーンが、残
余の結合部分よりも強く結合材に押接されて、補助的密
封効果が得られろ。

従来の電池製造法にもとすき、あらかじめ絶縁材３を極
板１，２のうちの−っに結合し、陰極材料６′、陽極材
料げおよびセパレータ７を受容するカップを形成し、次
いで、第２の極板を載せることが考えられる。しかしな
がら、基本的に、セル閉鎖時の最後の操作で、絶縁体３
と極板１，２との間の結合材８を結合させることもでき
る。

第３図に、第１図のセルを３個直列に接続して成る柱状
電池を示した。それぞれ二つの隣接のセルの間にある極
板１６は、上記セルの活性材料の異極成分の間の隔壁を
形成し、一方１外側の極板１７．１８は、電池の接続の
機能を果す。

第３図の電池は、第１図のセルを単に重ね合わせて作製
できる。この場合、相互に対向する負極板と正極板とを
電気的に結合する必要がある。この結合は、公知の態様
で、円柱端を機械的に押圧することによって、例えば、
チューブの焼嵌によって、あるいは当該極板に作用する
導電性接着材によって実施できる。

第４図に、本発明に係る電池の別の実施例を示した。例
えば、第１．２ａ、２ｂ図に示した種類の、本質的に長
方形のセル２１．２２が、第３図を参照して説明した態
様で、多セルカスケードとして構成しである。夕）側の
極板２３，２４には、導体析またはプリント回路（図示
し、てない）に直接組込むことができる細いはんだ何タ
ブ２３．２゜２４２を有する接続ウェブ２３．１　、　
２４．１が設けである。既述の如く、第１．２ａ、２ｂ
図の任意の形状の絶縁材３によって、別の形状の電池を
作製することもできる。更に、中間接触板に接続ウェブ
を形成して、部分電圧を取出すこともできる。

第４図から明らかな如く、本発明に係る電池は、セルと
して構成できるのみならず、電子コンポーネントととも
に、作動のため不断の給電を必要とするユニット　（例
えば、フリップ啼フロンプメモリ）に統合できる。

第５図に、本発明に係る電池の他の実施例Ｃ例えば、ボ
タン電池、棒電池）を示した。例えば、不銹鋼から任意
の長さに構成できる下部極板としての陰極カップ２５の
中空スペースには、陰極材料６′、陽極材料σ、電解質
を含浸したセパレータ７および電解質予備タンク７′が
設けである。セパレータ７は、金属製または合成物質製
支持リング２６によって、陰極カップ２５の内部に支持
しである。上部極板３０（以下、陽極蓋と呼ぶ）は・セ
ルタル方へ向う縁フランジ３σを周縁部に設けた環状の
縁ショルダ３σを備えている。陽極蓋３゜は、公知の如
く、例えば、不銹鋼がら構成できる。

コア２８を含み、周面を陽極酸化処理した、断面がＺ字
状の、絶縁材としてのアルミニウムリング２７が、縁シ
ョルダ３σの周縁に、縁７ランジ３ｏ“の上面に当接さ
せて設けである。この場合も、別の電気絶縁性セラミッ
クス材料で陽極酸化処理層を補強できろ。更に、この種
のセラミックス材料は、絶縁層として、アルミニウム以
外の金属から成るコアに被覆できろ。陽極蓋３０の縁シ
ョルダ３０またはその縁フランジ３σおよび絶縁材２７
の下端ウェブ２７′は、支持リング２６て支持したセ、
くし〜り７上に載置されろ。従って、上部極板、即ち、
陽極蓋３０と下部極板、即ち、陰極力・ノブ２５との間
には弾性支持構造が得られろＯ陰極カップの円筒形側壁
２５′は、支持リング２６゜七パレータ７および絶縁材
２７の下端ウェブ２７′の上方へ突出しており、上記ウ
ェブの上端において内方へ折曲げられ、絶縁材２７の結
合ウェブ２７″と当接している。アルミニウムリングの
陽極酸化処理によって生じた酸化セラミックス層２７１
、または別の絶縁性セラミックス層は、この場合も、極
素子即ち陽極蓋３Ｑと陰極カップ２５０間で電位絶縁を
行う閉じた絶縁スリーブを形成する。折曲げ縁２９は、
電池の機械的摩耗を防止し、密封部材３１は、電池の内
部スペースを外部に対して絶対的に密封する（第５図）
。密封部材３１で、絶縁材２７のセラミックス層の隣接
面部分と上下の極素子即ち陽極蓋３０と陰極カップ２５
とを結合すると適当である。

第６図に、第５図と類似の構造の電池を示した。

この場合、垂直方向の深さを任意に選択できる陰極カッ
プ３５と、好ましくは平坦な陽極蓋４０との間の機械的
結合は、同じく、陰極カップの開口縁を内方へ折曲げろ
ことによって行なっである。

第６図の実施例では、本発明にもとすき金属コアまたは
アルミニウムコアと酸化セラミックス表面とから構成し
た絶縁材は、既述の如く、基本的に、陽極蓋４０と一体
化された部分として構成されている。同じく、活性材料
の構成部分を陰極材料６′。

陽極材料σで示し、セパレータおよび電解質容器を７，
７′で示した。

陽極蓋４０は、３種の金属から構成できろ。例えば、第
６図において、不銹鋼ベース４１の外面には、ニッケル
層４２が圧延被覆してあり、内面には、アルミニウム層
４３が圧延被覆しである。

陽極蓋４０を作製する場合、対応する鋼板から平板を打
抜き、次いで、縁を２段階に曲げて、まず、円すい形側
壁４０′を有するシェル形状体を作製し、円すい形側壁
４０′に連続する周縁部に環状縁４σを形成し、次いで
、アルミニウム層４３の側の周縁ゾーンＲ−Ｒに陽極酸
化処理層４４を設ける。

第６ａ図に示した如く、上記操作において、環状縁４σ
′は、端部４σ“が円ずい形側壁４σに対して鋭角αを
なす形状に曲げられろ。上述の如く環状縁を開放状態と
した目的は２つある。即ち、第１には、以降においてカ
ップの壁３５′を折曲げて密封する際に、上記環状縁を
なお弾性変形可能な状態とするためであり、第２には、
電池の閉鎖作業の終了時、密封材料４５を受容する環状
スリットを開放状態とするためである（第６図）。陽極
酸化処理した周縁ゾーンＲ−Ｒ内以外のセル方向アルミ
ニウム層４３は、陽極材料成分ｅ′に曝露されている。

第６ｂ図に、陽極蓋の別の実施例を示した。

この陽極蓋を作製する場合は、例えば、不銹鋼金属ベー
ス４１と、上記ベースに圧延被覆したアルミニウム層４
３とから成るバイメタル板を使用する。アルミニウム層
は、一部４３をフライス加工して除去し、次いで、環状
縁４σを取付け、最後に、残存のアルミニウム層をアル
ミナ化処理する。かくして１つの側面に、絶縁層である
陽極酸化処理層４４を被覆した陽極蓋が得られる。蓋内
面の中央部には、ベース金属から成る接触面を残す。

第６図の実施例の気密閉鎖作業を以下に説明する。

例えば不銹鋼から成る、組立ててたい陰極カップ３５に
、先ず、本質的に円筒形のカップ壁３６′を形成し、次
いで、半径方向外方へ向き別の円筒形壁部分３５／″に
続く丸い線支持部分３５“を形成する。線支持部分３Ｅ
ｆのアールは、陽極蓋４０の環状縁４σの輪郭に合わせ
る。円筒形壁部分３６″の内径は、環状縁４ｏ“におい
て測定した陽極Ｍ４０の外径に対応する。陽極蓋４０を
嵌入して縁支持部分３げに柔かく当接させた後、長さが
環状縁４０′に本質的に一致ずろ壁部分３５″を半径方
向内方へ曲げろ。この際に生じた抑え縁４６は、上方か
ら環状縁４σに係合し、かくして、柔いプレスによる係
合が行われろ。上記の係合範囲において所望の気密な密
封が達成されろよう、壁部分３６″を内方へ曲げる前に
、その内面およびまたは環状縁４つ“の隣接ゾーンに接
着剤を塗布できろ。更に、電池の閉鎖時に弾性的反撥に
よって円すい形壁４０と開放した環状縁４σ′の端部と
抑え縁４６との間に生ずる間隙に密封材料４５を充填す
れば適当である。この密封材料は、第５図を参照して説
明した密封材料３１と同一であってよい。

既述の如く、アルミニウム表面の陽極酸化処理による極
めて経済的な酸化セラミック層の成層以外に、絶縁材の
作製時、別の方法で酸化セラミックス層を成層すること
もできろ。かくして、絶縁材コアの作製にアルミニウム
以外の金属を使用できる。同様に、極板、即ち、陽極素
子および容器状陰極素子の閉鎖接触対向面の範囲に、例
えば、スプレー法で、電気絶縁性酸化セラミックス層を
被覆して、絶縁層の厚さを増大できる。

本発明の気密な一次電池は上記の如き構成よりなるもの
であるから、密封材料とハウジングの蓋との間から電池
内の化学薬品が漏出するのを完全に防止でき、活性材料
のスペースが所要の組込スペースに比して最適で、活性
材料の表面積がその容積に比して大きく、幾何学形状が
コンパクトであり、カスケード状に層状に構成して多重
電池を得ろことができるばかりでなく、活性材料および
電解質に対して安定な材料からなり、セルを閉鎖する際
に活性材料に影響を与えろことのないすぐれた作用を有
するものである。

本発明によれば、電池を適切な材料から極めて経済的に
作製でき・セルハウジング部分の間の電気絶縁性結合部
分は、実際上機械的応力の生ずることのないよう即ち各
構成材料が変形することのないよう構成することができ
、極板の間の漏れ電路を簡単に制御できろと云う利点を
有し、更に、製造技術上の理由および材料技術上の理由
から従来は製造できなかったような、厚さおよび面積が
極く小さい気密なセルをベースとした一次電池を製造す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電池のセルの構造を示す縦断面
図、第２ａ図１第２ｂ図は、絶縁材および結合部の構造
の他の実施例を示す部分断面図第３図は、第１図の複数
のセルからカスケード状に構成した電池の縦断面図、第
４図は、導体板（プリント回路）に接続素子を組込んだ
直方体形の本発明に係る電池の斜視図７第５図は、電池
のハウジング部分の間に絶縁材を押入支持した本発明に
係る電池の他の実施例を示す部分断面図７第６図は、絶
縁材をハウジング部分に一体化した電池の実施例を示す
部分断面図、第６ａ図、第６ｂ図は、陽極蓋の他の実施
例を示す部分断面図である。 １　、２．１７．１８．２３．２４・・・・・・極板３
．３’、２７．４４・・・・・・絶縁材４、２８．４０
′、４σ・・・・・・金属コア６′　・・・・・・・・
・陰極材料 ６”・・・・・・・・・・陽極材料 Ｔ・・・・・・・・・・セパレータ ９．２７１・・・・・・・・・セラミック、層２５、３
５・・０川・・陰極カップ（極板）３ｏ、４０・・・・
・・・・・陽極蓋（極板）Ｗ　Ｆｆ　出１ａ　人　　　
　ソンバル　ニス　ニー代理人　弁理士　　　　　大　
野克躬 犬野令子 大　野　柳之輔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 工、金属ハウジング要素に気密に封入した１以上′のセ
   ルを有し、セルの極板を、金属ハウジング要素の周縁ゾ
   ーンに設けた環状絶縁材で電気的に分離しかつ相互に離
   隔し、表面の少くとも一部を電気的接続面として構成し
   たハウジング要素で形成した形式の気密な一次電池にお
   いて、絶縁材の少くとも一部には、極板の間の電位絶縁
   を行う酸化セラミックス層が設けであることを特徴とす
   る一次電池。 ２　絶縁材が、金属コアを含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の一次電池。 ３　金属コアが、アルミニウムから成り、セラミックス
   層が、酸化アルミニウムであることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の一次電池。 ４　金属コアが、表面にアルミニウムを被覆した複合金
   属であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   一次電池。 ５、金属コアが、少くとも一つの極板に一体的に結合し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項または第
   ４項記載の一次電池。 ６、絶縁材が、はんだ付、溶接または接着によって・極
   板の当該の隣接縁部分が結合されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一つに記
   載の一次電池。 ７　絶縁材が、セル外方へ収斂する側面を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の一次電池。 ８　各電池において、極板が、陽極蓋および陰極カップ
   として構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の一次電池。