JPS5994363A - 電気化学電池 - 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】 本発明は電気化学電池のシールに関し、より具体的には
非水性（ｎｏｎ　　ａｑｕｅｏｕ、ｓ　）の電気化学電
池に用いられるシールに関する。

電気化学電池用のシールは、金属に対するガラス或はセ
ラミックシールの如（一般的に高い信頼性と密閉性のも
のか、又は密封材及び／又は電気絶縁部材として例えば
プラスチック或はゴム材料を封かん材及び／或は電気絶
縁材として用いたクリンプシールであって、経済的には
安価であるが信頼性の面で低下するもののどちらかであ
った。

本発明は電気化学電池、特に非水性要素を備える電池に
使用されるシールであって、信頼性が高く安価なシール
を提供することを目的とする。

本発明は、該シールが更に制御されたゆっくりとした速
さで、或は急激に通気する機能をも有しているものを提
供することを次なる目的とする。

第１図は本発明に基づき製造された電気化学電池のシー
ル部分の正面図を誇張（明確にするために）し一部破断
して示している。

本発明は電気化学電池のシールに関するものであって、
該シールは金属電池容器（円筒形容器が望ましい）の開
口端部近傍の壁体をテーパ状に形成し、このテーパ状の
壁体にテーパ状の金属製電池蓋をしまりばめによって嵌
め込み、壁体と蓋の間には微小厚さの絶縁密封材のフィ
ルムを圧縮状態で配備して成る。必要に応じ、電池容器
全体をテーパ状に形成しても可い。

本発明の望ましい実施例に於て、シール基端部の円周方
向にクリンプを設けることによって支持手段を補強し、
しまりばめした電池蓋が特に圧力状態にある電池の容器
から徐々に離脱しないようにしている。

円周方向をクリンプする代わりに、その他着脱可能な支
持手段、例えば個数、深さ及び大きさを種々変更して成
るディンプルを設け、所定の通気圧力にて選択的に通気
できるようにしても可い。

圧力が過度に増加すると、着脱可能に配備された支持手
段が一時的に解放されて圧力を徐々に軽減するか、或は
又、圧力が更に増加し所定のレベルに達した時に支持手
段全体が解放され急速な通気を行ない電池蓋全体から圧
力を除去する。

例えばボタン電池用の支持手段にあっては、電池蓋をし
まりばめした後、電池容器の底部から更に支持手段を延
長し、絶縁部材を蓋と容器の間に介在させ、容器底部の
周囲にて該延長部分をクリンプしても可い。

電池容器の壁体と電池蓋の両方共、嵌着後のテーパ角度
（垂直面からの角度差）は約０．５乃至１０度の範囲内
である。電池容器の径が大きいとしまりばめを有効にす
るため、一般的には前記範囲内で大きな角度にする必要
があるが、コスト及び性能の両面から鑑み、テーパ角度
は１乃至４度の範囲内にあることが望ましい。

テーパ状の金属製電池蓋と電池容器の壁体との間に配備
する絶縁フィルムは、電池要素に対し実質的に不活性な
ハロゲン化重合体の如きプラスチック材料が望ましい。

該重合体としてポリテトラフルオルエチレン（’ＰＴＦ
Ｅ）、弗化エチレン及びプロピレンの共重合体であるＦ
ＥＰ共重合体、弗化ビニリデンの単独重合体であるＰｖ
Ｆ２、エチレンとテトラフルオルエチレンの共重合体で
あるＥＴＦＥ共重合体、クロロトリフルオルエチレン樹
脂であるＣＴＦＥ重合体、ポリエチレン−クロロトリフ
ルオルエチレンの共重合体であるＥ　−ＣＴＦＥ共重合
体、そしてフル１０カーボ１、ンを主官能基としベルフ
ルオルアルコキシ（ＰＦＡ）を側鎖とした重合体であっ
てアルコキシ基を１−６炭素原子含有したものらが挙げ
らｎる。

絶縁用フィルムとして有効なその他一般的な不活性材料
として、ネオプレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、
ポリエチレン、ナイロン等が挙げられる。

シール絶縁フィルムの寸法（厚さ及び長さ）は一般的に
本発明のシールの有効性から決められる。

フィルムはできるだけ薄くするべきであるが、該フィル
ムは更に金属電池蓋と電池容器の間を適当に絶縁し、一
般的にはそれらを電池の両極性の端子として機能させる
ものである。電池蓋と容器をしまりばめによって嵌合す
る前のフィルム厚さは次の如き寸法とするべきである。

就中、しまりばめにて伸張、圧縮した後、電池蓋と容器
間に於て金属表面の凹凸がフィルムを貫通して電気的に
接触しない厚さとする。一般的に、製造中適当な絶縁状
態を維持するにはじまりばめ後のフィルム厚さを、しま
りばめする金属部分の表面粗さのｒｍＳ値の数倍とする
べきである。最終的なフィルム厚さは一般的には約０．
３乃至５ｍ１ｌｓ　（０，００８乃至０．１２５ｍｍ）
の範囲内が適切であり、このように薄肉とすることによ
って、電池要素に対する露出面積を減じ、密封材の蒸気
の浸出を殆んど防ぎ、熱的に不均衡な組合せによる影響
を小さくし、性能は高まるが高価につくプラスチック材
料を経済的に最小限に抑えている。

シール効果に対するもう１つの重要な寸法的規準は密封
材料の厚さと長さとの比率である。この比率は一般的に
は１：１０以上であるが、更に望ましくは１：３０以上
とし、密封材料の長さを、密封部の金属部分としまりば
めによって圧縮、されている密封材料に対し、上記比率
内とするのである。

電池容器の上部開口端部の壁体のテーパ面の長さは電池
蓋の対応するテーパ部の長さより大きくするのが望まし
い。これは十分なしまりばめを行なうための空間を形成
し、絶縁密封材フィルムを圧縮しても電池蓋と容器間が
直接接触し回路の短絡を生じないようにするためである
。

本発明のシールをしまりばめすることによって、密封材
料の殆んど全長部分に圧縮状態の圧力を受けることにな
る。これは密封材料に対し特定の１箇所又は２箇所に密
封圧力を加えるだけだった従来のクリンプシールと較べ
ると大変な違いである。

密封材料の押し出しに対する抵抗力は本発明の方が従来
のクリンプシールと較べて遥かに高い。

何故なら本発明では密封材料は非圧縮の表面には接して
おらず、従って密封材料が非圧縮部分に流わ出て、その
結果シール性能を低下させることはないからである。

更に、金属クリンプは本来的にスプリングバックする性
質を有しており、それ故従来技術のシール性能を低下さ
せる傾向にあったが、本発明のシールはこの金属クリン
プの性質に左右されることはない。

本発明のシールはじまりばめ構造であるため、高レベル
の弾性歪が残留し、常に一定のシール状態が維持される
。更に部品は伸張状態となって略完全に嵌合する。それ
故、シールの製造に於ける公差は適度なものでありコス
ト削減が達成できる。

最も望ましい密封形式の場合、密封材のフィルムに加え
られる高い圧縮荷重は密封材の二軸降伏点を可成り超え
た圧力にて平衡している。

この荷重を密封面積全体に加えることは物理的に不可能
であるが、シールの厚さに対する長さの比率は大きいた
め密封材料の圧力勾配を平衡状態にて維持することがで
きる。圧力勾配はシー　ルの中心部分が大そう高レベル
なものとなるが、剪断応力レベルを低く維持しているた
め、クリープは無視しうる。シール中心部は平衡圧力が
高いため、密封材料はじまりばめした金属部分の凹凸表
面に流れ込む。このようにして密封材料はｔ上げ面上の
洩れ通路に充満し、どんな洩れをも大いに減少させるこ
とができる。平衡圧力はシールの金属部分に残存する弾
性に左右され、締め代が大きいと平衡圧力が高（なりシ
ールの信頼性が向上する。

電池容器と電池蓋は電池電極の両端子として作用し、両
者を入れ換えることもできる。係る電極の実施例として
リチウム及び他のアルカリ又はアルカリ土類金属が挙げ
られ、それらは陽極、不活性陰極及び活性陰極を含んで
おり、不活性陰極は例えば炭素から成り、ＳＯ２及び５
ＯＣＩ！２の如き液体陰極減極剤と共に使用され、活性
陰極は他の金属酸化物、ハロゲン化物、カルコゲナイド
（ｃａｌｃｏｇｅｎｉｄｅｓ　）等と同様にＭｎＯ２、
ＣｕＣｌ２、ＣＦＸ、ＴｉＳ２が挙げられる。

揮発性の有機電解物の溶剤も又、本発明に基づき密封さ
れた電池内に容れることができる。本発明を利用するこ
とのできる他の電池として水性電池が挙げられ、該電池
にはアルカリのｚｎ／ＭｎＯ２、Ｚ　ｎ／ＨｆＯ、Ｚ　
ｎ　／ＡＦ　２０及びニッケルカドミウム電池が含まれ
ている。

テーパ状の金属部分はじまりばめにて嵌合し、電池の端
子としての働きもするものである（高い平衡圧力を得る
ためには締め代を大きくするのが特に望ましい）が、フ
ィルムが薄いと金属部分間にて回路が不用意に短絡する
こともあり、それを防ぐために密封材のフィルムに強力
ガラス或はセラミックの粒体を混合しても可い。混合す
る粒子はフィルム厚さの何分の１かの大きさとしく１〇
−９０％）、フィルムの中で分離させておくのがよい（
３−３０体積％）。

フィルム中の粒子は密封材フィルムの一方の表面と反対
側のシール表面との間に跨がる（ｂｒｉｄｇｅ）役割を
果たし、例えばシール領域の端部及び保持手段の追加の
ために用いられた任意のクリンプ箇所の下方で特に密封
材が押し出され易い領域において接触及び回路の短絡を
防いでいる。或は又、アルミナ−セラミック（５０−５
０％）のような絶縁材料から成る分離層をクリンプ部の
金属とエポキシ接合して電気的絶縁を更に高めることも
出来る。

必要に応じて、形状、個数及び深さの異なるクリンプを
用いて通気制御を行なうことも出来る。

クリンプの表面積或は深さを大きくすると、クリンプ数
を増やした場合と同じように、作動する通気圧力は高く
なる。金属の弾性は又、通気を決定する一要素であり、
弾性が大きくなると通、・気圧力は低くなる。

第１図に於て、電２１ｈ　（１０）は金属電池容器（１
２）の中に収納されており、該容器（１２）は上端部が
開口した壁体（１４）を備え、該壁体（１４）は容器の
垂直な壁から角度「ａ」だけ傾斜している。金属の電池
蓋（１１）のテーパ角度ｒｂＪは略同等であって、該蓋
は上端部が開口したテーパ状の壁体（１４）に圧入され
る。絶縁密封材フィルム（１５）は、端部が開口した電
池容器（１２）のテーパ状の壁体−と金属電池蓋（１１
）との間に配備されており、該フィルムはじまりばめ部
分の殆んど全長に亘って伸張、圧縮される。電池蓋（１
１）のテーパ角度ｒｂＪはテーパ角度「ａ」と殆んどマ
ツチしており、該蓋は端部が開口したテーパ状の壁体（
１４）に圧入によって嵌められる。電池蓋（１１）と電
池容器（１２）はじまりばめ位置に設けたディンプル（
１７）によってロックされる。或は側構造として、容器
端部の壁体を外向きテーパに形成し、電池蓋を内向きテ
ーパに形成し、電池蓋を電池容器内にくさび締めするこ
とによってシール嵌合を効果的に行なうことも出来る。

本発明の有効性を示すために下記の実施例を挙げている
。然し乍ら、それら実施例は単に例示することを目的と
するものであって、本発明は列挙された実施例に限定さ
れるものではない。

実施例１ 端部か開口した円筒形容器を２個調製する。

各容器の寸法は直径０．３０２インチ及び高さ１５４５
インチ（φ０．７７ｃｍＸ　３．９２　ｃｍ　ｈ　）で
あり、低炭素鋼に軽量ニッケル板を取り付けている。２
つの容器は互いに嵌まるように開口端部は３１７４°の
テーバ角度を有し、切削工具に代えローラを用いた旋盤
にて一方は内向きテーパ（雄容器）、他方は外向きテー
パ（雌容器）に形成しており、テーパ部の距離は雄容器
が０．３２５インチ（０，８３ｃｍ）。

雌容器が０２４５インチ（０，６２ｃｍ　）である。雄
容器のテーパ部の外側は０．００３インチ（０，０７５
ｗｎ）厚さのポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）
でコーティングを施し、容器の半分程度を水で満たして
おく。

キャップねじの付いた鋼管の中に雄容器及び雌容器を入
れ、両者をしまりばめによ）て強制的に嵌合する。両端
部は締めつけられて、しまりばめされたことにより、そ
の結果、雄容器の直径は約０００２インチ（０，０５０
ｍＭ）小さくなっている。

しまりばめによって嵌合した容器（管内の一方のキャッ
プねじを後退させて空間を設けるが、緊密に嵌合させず
に通気及び分離を防ぐようにしている）をその後、任意
の順序にて次の過酷なテストを行なった。

ａ）　１２サイクル、２００°Ｃ ２２５＋）Ｓｉａ（１５，８に！ｉ’／ｃ−ｄ　）、合
計２００時間ｂ）２３サイクル、−１８０°Ｃ 液体窒素中にて５０時間 Ｃ）１７サイクル、１３５℃ ４５　ｐＳｉａ　（３，２に７／ｃＪ　）　、合計２０
０時間ｄ）４３サイクル、２０℃ 合計３００時間 洩れは頻繁に重量測定することによってモニターした。

重量は１ｒｎｇの範囲内で一定していた。分解後、水は
容器内に残存していた。しまりはめによって嵌合した容
器をキャップねじ付きの鋼管に入れ、通気しないように
したが、こわはシール性能のテストに影響を及ぼすもの
でなく、経済的に競合し得る幅広の線構造の従来シール
より遥かに優れていた。

実施例２ 電池陽極として０．２２グラムのリチウム箔を０．３０
２インチｄ　Ｘ　１．５４５　ｈ　（０，７７Ｘ３．９
２ｃｍ）のステンレス鋼容器の内壁に冷間溶接して成る
電池を２３個調製した。ショーイニガンブラック（Ｓｈ
ａｗｉｎｉｇａｎ　１３１ａｃｋ）　９　Ｑ％及びＰＴ
ＦＥ結合剤１０ｅｆｏから成る０２インチｄ×１４イン
チｈ（０，５Ｘ　３．６　ｃｍ　）の炭素棒陰極を電池
容器内のボビン構造物の中央に配置し、電池には電解物
／液体陰極減極剤としての５ＯＣＩ！２中に１．８ＭＬ
ｉＡｌＣ１＜を１．５グラム入れた。電池容器の開口し
た上端部はテーパ角度３．２５度にて内向きに細いテー
パに形成し、テーパ部の長さは０．３２５インチ（０，
８３σ）であった。カップ状の電池蓋の寸法は長さ０２
４５インチ（０，６２ｃｍ　）　Ｘ開口端部直径０３１
２インチ（０，７９ｃｍ　）　Ｘ密閉端部直径０２８５
インチ（０，７２ｃｍ）、及び外向きのテーバ角度が３
．２５度であり、電池容器に圧入されしまりばめされて
いる。１２個の電池については、電池蓋と電池容器の間
のしまりばめ部分に０００２インチ（０，０５ｒｒｖｎ
　）厚さのＰＴＦＥフィルムが圧縮されており、１１個
の電池は０．００２インチ（０，０５ｒｒｖｎ　）厚さ
のＦＥＰフィルムが同じ箇所に圧縮されている。電池蓋
の周囲にはしまりばめしＩこシール端部周辺にて９個の
ディンプルから成るクリンプ（深さ０．０１５インチ×
直径０．０６インチ、すなわち、０．３８　Ｘ　１．５
　ｒｒｖｎ　）を対称に配備した。陰極端子の接触は電
池蓋の内部に陰極ピンを溶接することによって行ない、
陰極ピンは一般的に炭素電極を貫通している。各々の電
池について２３日間に亘り次のサイクルにてテストを行
なった。すなわち、第５．６．１２．１３．１９及び２
０日には電池を終日７２℃に保持し、それ−以外の各日
は５５℃にて４時間、２０℃にて４時間、７２℃にて１
６時間のサイクルを繰り返した。

各電池の重量損失は０．１　ｍｇを超えなかった。これ
は重量損失の測定に使用した分銅の偏差範囲内である。

５個の電池については繰り返しテズトを行なう前に取り
出し、重量損失の結果を調べなかった。前記テスト後、
残りの１８個の電池のＯＣｖを測定したが、平均ＯＣＶ
は３，７１であり、この結果から容量或は電池容量に於
て重大な損失のなかったことが判る。

実施例３ 実施例２の電池を用い、内部圧力が７５−１００ｐｓｉ
　（５，３−７，０にグ／ｃＪ）の間にて通気を行ない
、圧力を解放した後、再び密封した。

上記実施例は例示することを目的としており、シール構
造及び電池要素に於て、特許請求の範囲に規定された本
発明の範囲から逸脱することなく変更を成すことができ
ることは理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気化学電池のシール部（１０）
・・・電　池　　　　　（１１）・・・電池蓋（１２）
・・・電池容器　　　　　（１５）・・・絶縁密封材フ
ィルム出願人　　デュラッセル　インターナショナルイ
ンコーポレーテソド 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書く。え、０ １、事件の表示　　特願昭５８−１９６９１６２、発明
の名称　　電気化学電池 ３、補正をする者　　　出願人 氏名・名称　　　　　　　　テ電うッセルインターナシ
ョナルインコーポレーテッド５、補正の対象 （１）優先権証明書及びその部分翻訳を別紙のとおり補
充。 （２）図面を別紙のとおり補正（内容に変更なし）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　＠極、陰極及び電解物が収納された金属電池容器を
   備え、該容器の端部は開口し、開口した端部近傍の壁は
   テーパ状に形成してなる電気化学電池に於て、前記電池
   は金属電池蓋で密封され、該蓋のテーパの大部分は前記
   容器のテーパ状の壁体に対してしまりばめによって互い
   に嵌合しており、前記容器は陽極又は陰極のうち何れか
   一方の電気端子を形成し、前記電池蓋は陽極又は陰極の
   うち他方の電気端子を形成しており、微小厚さの絶縁密
   封フィルムは前記容器のテーパ状壁体と前記電池蓋の嵌
   合テーパ部との間にてしまりばめによって圧縮、保持さ
   れていることを特徴とする電気化学電池。 ■　容器の開口端部近傍の壁体及び電池蓋は０５乃至１
   ０度の範囲内の角度にてテーパ状に形成されている特許
   請求の範囲第１項に記載の電池。 ■　絶縁密封材フィルムは圧縮力にて支持されており、
   フィルムの長さはフィルム厚さの、、ｇ　ｏ倍以上であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の電池。 ■　フィルム厚さは０．００８乃至０．１２５ＴｒｒＩ
   ｎの範囲内である特許請求の範囲第３項に記載の電池。 ■　絶縁フィルムの少なくとも一部分は二軸降伏点を超
   えた平衡圧縮状態にある特許請求の範囲第１項に記載の
   電池。 ■　フィルムは、ネオプレン、ポリウレタン、ポリプロ
   ピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリテトラフルオル
   エチレン、弗化エチレン及びプロピレンの共重合体、弗
   化ビニリデンの単独重合体、エチレン及びテトラフルオ
   ルエチレンの共重合体、クロロトリフルオルエチレン樹
   脂、ポリエチレン−クロロトリフルオルエチレンの共重
   合体、そしてフルオロカーボンを主官能基、ベルフルオ
   ルアルコキシを側鎖としアルコキシ基を１−６炭素原子
   含有した重合体から成る群から選択された材料から構成
   される特許請求の範囲第１項に記載の電池。 ■　絶縁密封材フィルムにはガラス或はセラミックの粒
   体を１−３０体積％混合しており、ガラス及ヒセラミッ
   クの粒体の大きさは前記フィルムの１０−９０％である
   特許請求の範囲第１項に記載の電池。 ■　電池容器の開口端部近傍の壁体は内向きテーパに形
   成され、電池蓋は外向きテーパに形成されて前記電池容
   器のテーパ部にしまりばめされている特許請求の範囲第
   １項に記載の電池。 ■　電池容器及び電池蓋は追加の支持手段によって共に
   支持されている特許請求の範囲第１項に記載の電池。 ［相］　支持手段は着脱可能に配備されており、電池内
   部が設定圧力を超えると通気が行なわれ、圧力が解放さ
   れると再び密封されるように構成されており、更に大き
   く設定された圧力を超えると支持手段は完全に解除され
   、密封された容器端部の開口部から完全に通気される特
   許請求の範囲第９項に記載の電池。 ■　リチウムの陽極と、３０２．５ＯＣ１２、ＭｎＯ２
   、ＣｕＣｌ２、ＣＦＸ及びＴｉＳ２から構成される群か
   ら選択された材料の陰極が一端が開口した円筒形金属容
   器の中に収容されて成る電気化学電池に於て、電池容器
   の開口端部近傍の壁体は１乃至１０度の範囲内の角度に
   て内向きに細く形成され、該開口端部は前記壁体のテー
   パ角度に相当するテーパ角度を外向きに形成してなるカ
   ップ状の金属電池蓋によって密封されており、前記電池
   蓋は前記壁体にしまりばめされ、電池蓋と壁体の間には
   厚さが０００８乃至０．１２．５Ｗｎの範囲内にある絶
   縁密封材フィルムがしまりばめによって圧縮、支持され
   ており、圧縮、支持されるフィルムの長さはフィルム厚
   さの１０倍以上であって、電池容器と電池蓋は共に追加
   の支持手段によって支持されていることを特徴とする電
   気化学電池。