JPS63304568A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はアルカリマンガン電池、銀電池、リチウム−
マンガン有機溶媒電池等の防爆型の電池に関するもので
ある。

［従来の技術］ この種の防爆型の電池は、電池内圧が異常に高まったと
き、絶縁ガスケットが破裂して電池内のガスを安全に放
出するいわゆる防爆弁を設けたガスケットが用いられて
いる。前記の如き構成の代表的なものとして、電池内圧
が１Ｋｇ／ｃｔｒｔ以上の弱い圧力でも作動する密閉型
ニッケル・カドミウム蓄電池がめげられるが、電解液が
電極およびセパレータに保持されていることと、ガス放
出後、再度密閉する弁構造のため長期間の充放電が可能
である。　一方、二酸化マンガン、酸化銀、酸化水銀を
正極活物質に、亜鉛を負極活物質としてアルカリ電解液
を用いたアルカリ電池、あるいは二酸化マンガン、弗化
炭素を正極活物質とし、リチウム、ナトリウムのアルカ
リ金属を負極活物質に用いプロピレン力ホネート、ジェ
トキシエタン等の有機溶媒を用いた一次電池は、ガス排
出にともなって逸散する電解液量の不足により電池放電
容量が低下するため、電池内圧が２５０Ｋｇ／ｃＡでも
破裂を阻止する耐圧構造とするか、あるいは電池内圧が
３０ＫＦｌ／ｃｔｙｔ以上の圧力に高まった時、防爆弁
が破裂して安全に作動して電池内のガスを放出して電池
の破裂を防止する二通りの構造が採用されている。

この種の電池では、製造後の長期間貯蔵中や民生用電気
機器の電源として用いたとき、正極または負極活物質中
への不純物の混入、または正極と負極との短絡事故ある
いは過放電、誤接続による過充電によって、負極活物質
の溶解による水素ガスの発生あるいは正極活物質である
二酸化マンガンまたは電解液の分解による酸素ガス発生
により、電池内のカス圧が上昇する。

この種電池にあっては、通常の使用期間内での電池反応
により発生するガスが当然累積され５〜３０に９／ｃｒ
Ａ程度に達するので、その間に絶縁力スケットの防爆弁
が破裂するようなことがあれば電池内の電解液の不足あ
るいは破裂後の電池内から流出する電解液によって使用
機器の腐蝕を起こすため好ましくない。このような背景
から、例えば特開昭５９−１３．９５４９号公報にあっ
ては集電棒が挿着される中央の筒体部と金属缶の開口部
内壁に接する外側のｉ体部の間の連結膜部の肉厚を０．
３〜０．５順とし、さらに連結膜部と前筒体との連接部
に残存厚さが０．１〜０．４８の切欠部を設けることが
提案されている。この従来技術によると超音波ウエルダ
ー、または切削バイトにより切欠するもので例えば超音
波ウエルダーの場合には、超音波ウエルダーで連結膜部
の樹脂の一部を溶解することも示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 内圧か低いうちに防爆弁のみが安全に作動するためなる
べく薄い０．１＃程度の薄肉とすることが要求されるが
ポリアミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの
熱可塑性エンジニアリングプラスチックは射出成型時の
インジェクション圧力、金型の寸法精度等の問題があっ
て、このような薄肉部を形成する場合金型内での流動性
が極端に低下するために薄肉部にピンホール、亀裂が多
く発生する。したがって薄肉部の膜厚を０．３８以上と
し、射出成型１多超音波ウエルダーのホーンを当接して
、薄肉の切欠部を形成するものである。

しかしこの従来技術の場合でも第６図に示すように、連
結膜部にスポット的のリング状の薄肉部を形成すること
は超音波ウエルダーのホーン形状を小さく設計する必要
がある。

ちなみにアルカリマンガン乾電池を例に取れば、ＬＰ０
１形で３４Ｍ、ＬＲ６形で１４．０＃と電池の外径寸法
が小さくなり、また絶縁ガスケットのサイズも比例して
小型となるため、中央と外側の筒体部分のせまいスペー
スに所望形状のスポット的なリング状の薄肉な切欠部を
形成することは射出成形用金型の精度、リング状のホー
ンの加工など極めて精密な技術が要求されること、また
絶縁ガスケットに設けたスポット的なリング状の薄肉な
切欠部では絶縁ガスケット全体が電池内圧に対する耐圧
強度をもつため、ガスケット全体の弯曲変形が少なく、
リング状の切欠部に対して電池内のガス圧がかかり切欠
部は薄肉な０．１〜０．２＃の残存厚で１３〜３１３に
９１／ｃａｒの範囲で作動するため安全性は高まる反面
、電池の放電途中で作動してしまう問題点もおる。

そこで本発明は上記の問題点を解消するために種々検討
した結果なされたもので、電池内ガス発生による内圧が
高まった時に効率よく排出できる電池を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
に、金属集電棒が挿入される中央の筒体部と金属缶の開
口部内壁に接触する外側の筒体部との間を薄肉の連結膜
部で一体に連結して成型された熱可塑性プラスチックか
らなる絶縁ガスケットを備えた電池において、前記絶縁
ガスケットの連結膜部に筒体部と同心円状に連結膜部よ
り薄肉の環状溝部を設けておる絶縁ガスケットを備えた
ことを特徴とする電池である。

［作　用］ 上記の構成による本発明では、熱可塑性プラスチックと
してポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド樹脂が
用いられるがポリアミド樹脂は、ナイロン６．６が機械
的強度上好ましい。長期間にわたる放電持続特性上電池
の内圧が５０に’ｊ／ｃｍ以上で環状溝が破裂すること
が必要である。このため上記の材質のうちポリアミド樹
脂のナイロン６．６が特に好ましい。そして、ガス排出
させる薄肉の環状溝部は中央の筒体部と外側の筒体部と
の間の連結膜部に設けるが、連結膜部の肉厚は金型内で
の流動性および金型寸法の精度上０．３〜０．７＃の範
囲であれば電池内のガス圧により中央の筒体部および外
側の筒体部よりも薄肉の連結膜部は円弧上に弯曲し、し
かもその連結膜部よりも薄肉で強度の弱い環状溝部が弯
曲によって左右に引張られて、亀裂を生じてガス排出が
可能となるので電池内のガス圧が５０〜１００　Ｋｇ／
　ｃｒＡの範囲、すなわち放電末期までの圧力に耐えら
れ、短絡事故や逆接続による充電時をのぞいて放電途中
でのガス排出が防止できる。環状溝部の肉厚は０．０８
〜０．２０順の範囲であれば５０〜１００Ｋｇ／ｃｒｔ
ｔの内圧で充分にガス排出の作動が可能であり、０．０
８ｍ未満では超音波ウエルダーあるいは加熱プレスの金
型により、環状溝の反対面に溶融傷を形成するためピン
ホールを形成するため好ましくない。また０、２０端を
越えると耐圧強度が向上し破裂音が高くなり安全性がそ
こなわれるので好ましくない。またこの薄肉部は筒体部
分と同心円状に環状溝部に形成するが、一部を残してＣ
字形の円形に形成してもよい。また環状溝部は外側の筒
体部と中央の筒体部の連結膜部の中間に形成すればよい
が、前記のガス圧による膨張時の変形の際、引張り力が
かかる外側筒体部又は中央筒体部の外周近傍に位置させ
ることが好ましい。

また環状溝部を形成する場合には、射出成型後、金型プ
レスにてプレス金型を８０〜１５０’Ｃに加熱して加圧
力によって連結膜部に環状溝部を形成してもよいが、超
音波ウエルダーの伝達ボーンの先端を先細り状とし、内
部をくりぬいて先端部を円筒形に形成し、１５〜３５　
ＫＨｚの周波数で１秒以内で絶縁ガスケットの連結膜部
に当て０．０８〜０．２＃の範囲で連結膜に薄肉の環状
溝部が残存するようなホーンの当接を調整しておこなう
ことにより得られる。ざらに連結膜部に形成される環状
溝部の溝幅は、超音波ウエルダーまたは加熱プレス金型
の摩耗度、機械的強度を考慮すると当接部分の治具の幅
を０．２〜０．４＃の範囲が好ましい。また加工性、離
型性を考慮して金型治具にテーパーとして４５〜７０’
の傾斜を設けてもよい。

［実施例］ 以下、本発明をＪＩＳ−ＬＲ６（単３形）アルカリ乾電
池に適用した例について図面を参照して詳細に説明する
。

実施例１ 図面第１図ないし第３図において、図中の１は、正極端
子を兼ねる金属缶でおる。この金属缶１内−９〜 には、円筒状に加圧成形した正極体２が充填されており
、かつ該正極体２には金属缶１に対する接触性を高める
ために例えば３　ｔｏｎ　／　ｃＭの圧力で再加圧され
る。前記正極体２は、二酸化マンガン９２重量部と黒鉛
８重量部に６％苛性カリのアルカリ電解液を３重量部加
えて攪拌混合して正極合剤を調製し、これを３ｔＯｎ／
ｃｙｙｆの圧力で中空円筒状に加圧成形したものである
。

また、前記円筒状の正極体２の中空部にはアセタール化
ポリビニルアルコール繊維の不織布からなる有底円筒状
のセパレータ３を介してゲル状負極合剤４が充填されて
いる。このゲル状負極合剤４は、ポリアクリル酸ソーダ
を含む苛性カリ電解液に負極活物質であるアマルガム化
した亜鉛粉末を分散させた構成になっている。図中の５
は、真鍮製の負極の集電棒であり、該負極の集電棒５の
一喘側は前記ゲル状負極合剤４内に挿入されており、か
つ他端は金属封口板６に接続されている。

前記金属缶１と前記金属封口板６０間には、ポリアミド
樹脂のナイロン６．６からなる絶縁ガスヶ−１０＝ ット７が介在されており、該金属缶１の開口縁を内方に
屈曲させることにより該ガスケット７及び金属封口板６
で金属缶１内を密封口している。

前記絶縁ガスケット７の集電棒５が挿入される中央の筒
体部８は内径１．８＃、外径４ｍで筒体部の横方向の肉
厚は１．１馴であり、一方性側の筒体部９の外径１２．
５Ｍ、内径１０ｍで側壁の横方向の肉厚寸法は１．２５
＃である。また中央の筒体部８と外側の筒体部９との間
の連結膜部１０の縦方向の肉厚寸法は０．４＃とじ、環
状溝部１１は筒体部８を中心として連結膜部の中央の筒
体部に０．２ｍの間隔をはなして筒体部８と同心円状に
２５ＫＨ２の周波数で当接触時間０．８秒とし、超音波
ウエルダーのホーン先端部の肉厚０、２ＦｆｔＩｎ、テ
ーパ角度６５度、深さ０．３９８、環状溝部の残存肉厚
０．’１ｍ、溝幅０．２３ｍで形成しである。図中１２
は絶縁ガスケットの中央の筒体部８に挿入される集電棒
５に対する圧着力と金属缶１の開口縁を内方に屈曲させ
て密封口する時の金属封口板６の座板を兼ね、かつガス
排出　１１一 孔１３を設けた金属度板でおる。１４は金属封口板６に
設けたガス扱き孔である。

実施例２ 上記実施例１と電池形状および発電要素の成分を同一と
し、絶縁ガスケットの薄肉部を図面第４図および第５図
に図示するように、中央の筒体部、外側の筒体部ならび
に連結膜体部の肉厚を同一として未連結部１５を残して
Ｃ字形の環状溝部１６を形成し外側の筒体部９の近傍す
なわち内周よりより０．２＃離して設けた絶縁力スケッ
トを用いたほかは、実施例１を同様に電池を組立てた。

従来品としては、第６図に示すようにポリアミド樹脂の
ナイロン６．６を用い中央の筒体部１８および外側の筒
体部１９および連結膜部２０の肉厚および外形寸法は同
じとし、中央の筒体部と外側の筒体部の連結膜部に直径
寸法２ｔｒｍ、満幅０．２−１残存薄肉部０．１ａｌｌ
のスポット的にリング状の切欠部を形成した絶縁ガスケ
ットのほかは実施例１と同様にして本発明の各実施例と
同様に２０個づつ組立て、ガス圧による破裂試験をおこ
なった結果を表１に示した。なお、破裂試験は６００ｍ
Ａで充電して電池内の電解液を分解し、環状溝部１１お
よび切欠部２１の破裂により電池外にガスと共に逸散し
た電解液の流出を認めたまでの時間値で示している。

表１ 上記の破裂試験とは別に、絶縁ガスケットのみを窒素ガ
スボンベに接続した耐圧強度試験装置により、ガス圧に
より破裂した圧力を各２０個づつ測定した結果を表２に
示した。なお、実施例１および２は環状溝部の肉厚をそ
れぞれ変えである。

表２ 電池内圧が５０〜１００に９／ｃｒＡでのガス排出が可
能となることがわかる。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明の電池では電池内圧の増加にともな
う絶縁ガスケットは、従来例のようにスポット的なリン
グ状の薄肉の切欠部を一部分に設けたものと比較して、
環状溝部を連結膜部に筒体と同心円状に設けることによ
り連結膜部が全体的に弯曲変形するため電池内圧に対す
る耐圧強度が向上し、前記の弯曲変形によって環状溝部
が破裂して電池の防爆効果が得られる。したがって放電
中の内圧が５０Ｋｇ／ｃｒＡ未満で作動せず短絡事故あ
るいは電池誤接続以外は、放電にともなう電池内カス圧
に耐えることが可能となる。なお、実施例ではアルカリ
マンカン電池の例で説明したが、有機溶媒電池にも応用
できる。また実施例では環状溝部を絶縁ガスケットの下
面に設けた例を示しているが、上面あるいは上、下面の
中間に設けても本発明実施例と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電池の縦断面図であ
る。第２図は本発明の実施例における絶縁力スケットの
断面図、第３図は第２図の絶縁ガスケットの下面図、第
４図は本発明の他の実施例の絶縁ガスケットの断面図、
第５図は第４図の絶縁ガスケットの下面図である。第６
図は従来例の電池の要部拡大断面図である。 １・・・金属缶　　　　　　２・・・正極体５・・・集
電棒　　　　　　６・・・金属封口板７・・・絶縁ガス
ケット　　８・・・中央の筒体部９・・・外側の筒体部
　　１０・・・連結膜部１１・・・環状溝部　　　　１
５・・・未連結部１６・・・Ｃ字形の環状溝部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）集電棒が挿入される中央の筒体部と金属缶の開口
   部内壁に接触する外側の筒体部との間を薄肉の連結膜部
   で一体に連結して成型された熱可塑性プラスチックから
   なる絶縁ガスケットを備えた電池において、前記絶縁ガ
   スケットの連結膜部に筒体部と同心円状に連結膜部より
   薄肉の環状溝部を設けてある絶縁ガスケットを備えたこ
   とを特徴とする電池。
2. （２）前記薄肉の環状溝部が中央の筒体部又は外側の筒
   体部の近傍に添って同心円状に設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載による電池。
3. （３）前記薄肉の環状溝部が中央の筒体部と外側の筒体
   部との間の連結膜部に一部不連続部を有した同心円状の
   Ｃ字形であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載による電池。