WO1986003060A1 - Hermetically-sealed storage battery - Google Patents

Description

· 明 細 書

発明の名称 ' '

密閉形蓄電池

技術分野 - 本発明は、 極板群を耐電解液性で熱溶着性のある合成樹脂フ イ ルムまたはシー 卜でと 囲んだ密閉形蓄電池に関するもので あ 、 極板群を内部に収納する外被の構造を簡素化すると とも に、 外被自身で蓄電池が必要とする安全弁を構成したものであ る o

冃 示技

充電が施こ されること ¾ く 、 しかも放電時にガスを発生し いかあるいは発生ガス量の少 い一次電池にあっては、 扁平 ¾ 発電要素や極板群を合成樹脂フ ィ ルムから ¾る外被で液密， 気 密に外装したものが既に知られている。 この場合、 電池と して の外装は極めて簡素化できる ₀

しかし、 充電が施され、 その際ガスが発生する蓄電池では、 極板群を前記の外被で密閉しただけでは、 発生するガスのセル 外への排出ができ ¾ く 、 セル内圧の上昇によ つて外被が破裂し、 電解液等が飛散すること等から好ま しい外装ではな く、 ガス排 出を可能にする安全弁的機構が必要であ 。

又一方で蓄電池を電源とする電気機器、 と く に携帯用電気機 器の小形， 薄形化に伴い、 これに即して小形， 薄形化され長期 間使用することのできる密閉形の蓄電池が待望されていた。 発明の開示

本発明はこのよ う 用途に好適 電源と しての密閉形蓄電池

O PI を提供する ものである。 本発明の密閉形蓄電池は、 電解液を保 持した極板群を、 耐電解液性で熱溶着性のある合成樹脂フ ィ ル ムまたはシー トから る外被で密閉したものであって、 前記外 被の極板群周囲を'囲む部分には安全弁部分を除いて樹脂フ ィル ムまたはシー ト を相互に結合した熱溶着部から ¾る封止部が設 けられているとと もに、 この封止部を通して正， 負の極板に設 けられた一対の端子片が外部へ伸び出てお ] 、 前記安全弁は、 前記樹脂フ イ ルムまたはシ― トが熱溶着されることな く 、 相互 に重な ]?合った密着部をもち、 セルの内圧が過圧に ¾ つたとき, セル内のガスが前記密着部を押し拡げて外部へ逸散できるよ う に構成したものである o

ここでの極板群は、 正極の電気容量よ も負極の電気容量が 大き く形成されていると ともに、 電解液はこれらの極板とセパ レータ とに保持されていて遊離する電解液の い状態に保たれ てお！）、 充電によ 正極板から発生する酸素ガスは、 負極板で イ オン化されて除去され、 蓄電池と しては正極で律則されたも のである o

従って、 充電時に正極板から発生する酸素ガス量が、 負極板 における酸素ガスのィオン化除去能力以内であれば、 それらの ガスはセル内部で負極板によ 吸収除去されて実質的に安全弁 を押し拡げて外部へ逸散するものは く 、 密閉化が容易に達成 でき る ο

しかし正極板から発生する酸素ガス量が、 負極板における酸 素—ガスの吸収除去能力を上回ると、 セル内部に発生酸素ガスが 蓄積してセルの内部圧力を高め、 その圧力が外被のもつ耐久強 度以上にるると、 外被は破裂して蓄電池にはダメ ージが与えら れると と もに、 この蓄電池を電源とする機器にも損傷を与える。

安全弁はこのよ う 異常事態を防止するために設けられたも のであ 、 セル内圧が過圧状態とる ったとき、 セル内のガスで 密着部が押し拡げられてガスを外部へ逸散させ、 蓄電池の安全 を保つものである。

本発明における安全弁は、 これが極板群を内部に収納する外 被自身で構成されていることに特長をも つている 0 安全弁を外 被自身で構成することは、 合成樹脂フ イ ルムまたはシ— トが相 互に重 ¾ D合った密着部を設けるだけでよ く 、 これまでのよ う ゴム弁体やこれが装着される弁座や弁筒を必要と し い o そして安全弁の機能は、 セルの内圧が過圧に ったときは前 述のよ うに密着部を開いてガスを外部へ放出し、 セル内のガス 圧力が外被のもつ復元圧力以下と ¾ つたな らば、 速やかに密着 部を再び閉じて外気中の酸素がセル内に入 込んで負極板と反 応し、 負極板が自己放電することのるいよ う防止することにあ o o

そのための好ま しい構造は、 安全弁の樹脂フ イ ルムまたはシ - トが相互に重る 合った密着部に、 耐電解液性で不乾性に富 んだ液状のシール剤を塗布して、 通常時における密着部の気密 性を高めることである 0 このよ うにすれば、 安全弁はその開弁 時以外、 密着部は確実に閉じて密閉状態を保ち、 セル内部は外 気とは遮断される o

図面の簡単る説明

第 1 図は本発明の密閉形蓄電池で用いた極板群の斜視図であ

ΟΜΡΙ _ ， ) 第 2図は第 1 図の極板群を外被内に密閉した本発明におけ る密閉'形蓄電池の一部を破断した斜視図'であ 、 第 3図は本発 明の別る実施例における密閉形蓄電池の一部を破断した斜視図 であ 、 第 4図は本発明のさ らに別 ¾実施例における密閉形蓄 電池の一部を示す斜視図であ 、 第 5図は本発明の密閉形蓄電 池における安全弁の開弁圧力と閉弁圧力との関係を示す図であ 、 第 6図は本発明における蓄電池の放置期間と残存容量との 関係を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

次に本発明の詳細を密閉形鉛蓄電池についての実施例で説明 する。

まず第 1 図で明らか ¾よ うに、 1 で示す正極板 （縦 S O 丽 X 横ァ O丽 X厚さ 3 . 0丽 ) と、 2で示す'負極板 （縦 5 0霞 X横 ァ O丽 X厚さ 1 . 3 ·丽 ) 2枚と、 これら正， 負極板間を隔離す るガラスマ ツ ト製セパ レ —タ 3 とで極板群を構成する ₀ ここで の正極板 1 は U字形のセパ レ ータ 3ではさまれ、 反応面の両側 に 2枚の負極板 2が対向したものであ 、 正極板 1 の電気容量 は 2枚の負極板の電気容量の和よ も小さ く設定されている o 正極板 1 の上縁には端子片取付部 4が設けられていて、 ここに 正極の端子片 ⁵が溶接されている。 一方 2枚の負極板 2の上緣 には短かる突出片 6がそれぞれ対向するよ う設けられ、 この各 突出片 6の先端部を接触させ、 ここに負極の端子片ァが溶接さ れている。 従って負極側の端子部構造は逆 Y字状に設けられて いる ο

このよ うる極板群 8は、 耐酸性でしかも熱溶着性のある合成 樹脂フ イ ルム 、 例えば厚さ O. 3丽のポ リ エチ レン フ イ ルムから なる 2枚の外被 9ではさまれ、 外被 9の極板群^の周囲を囲む 部分には、 後述する安全弁 1 O部分を除いて熱プレスによ つて 1 5 Oでの温度で約 1 分間外側から加熱され、 ポ リ エチレンフ ィ ル ム相互が熱溶着された封止部 1 1 が設けられている。 ¾お この封止部 1 ¹ の形成に当 つて、 端子片 ⁵ . 7のポ リ エチレンフ イ ルム と接する部分は、 ポ リ エチレンの熱溶着が良好にるされ るよ う前処理が施されてお 、 極板群 8下側の一辺は、 電解液 である希硫酸を極板群が保持して遊離することのるい量だけ注 入した後、 熱溶着すると よい。

安全弁 1 oは、 舌片状に突出したポ リ エチレン フ ィ ルムの一 部が溶着されるこ と ¾ く相互に重 合った密着部から構成さ れている o

この安全弁 1 0 ©密着部は、 セルの内圧が外気圧力よ j? もある 一定値以上高いと き （過圧時） は開弁してその隙間よ セルか ら発生するガスを放出 し、 逆にある一定値よ ！） も低いときは閉 弁して隙間を密封する o

この構造において、 安全弁の機能、 特に閉弁時の気密をさ ら に良くするための条件は、 次の通 ]?である。

外被に用いる合成樹脂の材質と しては、 A S (ァク リ ロ二 'ト リ ル ' スチ レン共重合体） あるいは A B S (ァク リ ロ - ト "ノレ . ブタ ジエン ' スチ レン共重合体） 樹脂よ も柔らかいポリ ェチ レンやポリ プロ ピレンの方が内部のガスの排出も容易であ 、 ' 気密性も良いことがわかった。 このことは樹脂のフ ィ ル ムまた はシー ト と しての厚みにも関係し、 その厚みが薄いほど同様る • ことカ 言える o ·

次にこの安全弁、 す ¾わち平行に向い合わせた密着部は、 その 巾が狭く 、 かつその距離が長い方が気密が良い。

しかし、 電池が過圧状態にある場合、 密着部の巾をきわめて狭 くすることは内圧がかか すぎ、 電池の破損が考えられるため、 適度 巾で距離を長くすると良い。 距離を長くするため迷路構 造にすることは気密を良くする。 つま 、 第 3図， 第 4図に示 したよ うに未溶着部のガス棑出経路 1 2のう ち、 その一部を途' 中でさえぎる様る熱溶着部 1 3を設けることによ 、 実質的る ガス排出距離を長くすることができる 0 この際の熱溶着は熱プ レスに用いる治具を所定の寸法に加工することによ つて容易に、 しかも一度に行る う ことができる。

' ' また、 第 2図， 第 3図に示すよ う に安全弁 1 Oの密着したフ ィ ル ムにシリ コ ー ン オ イ ル等の耐電解液性で不乾性に富んだ液状5 シ ール剤を塗布することによ 、 シ ール剤の表面張力で閉弁時 には密着したフ ィ ル ム間がびった と閉じ、 外気が電池内に侵 入するのを防ぐことができる ₀

さらに第 4図に示すよ うにシ リ コ ― ン オ イ ル等のシ ー ル剤を 安全弁 1 O部分に塗布し、 これに加えて安全弁を外被 9の外側0 から弾性のある材質のク リ ッ プ ¹ 4等で挾持することで外力を 加えておき、 セル内部の圧力が高く ¾ ら いと開弁し ¾いよ う にすると、 さ らに気密の信頼性が高まる。

ここで用いる液状シ ー ル剤と してのシ リ コ ー ン オ イ ルは、 1 ooo c p s以下の粘度、 好ま しくは S O O c p s の粘度のものをフ ィ ル5 ム密着部に 0 . 03 ^/^ の着量で塗布すると よい。 • 第 5図は安全弁のフ イ ルム密着部にシ リ コ ー ンオ イ ルを塗布 したもの （図中〇印で示す） と、 塗布し いもの （図中 印で 示す） との開弁圧力と閉弁圧力との関係を示すものである。 シ リ コ ー ンオ イ ルを塗布した安全弁の開弁圧力は大気圧 + 5 0〜

5 6 O mi H f に集中 してそのバラツキ程度は少¾ く、 閉弁圧力も 大気圧 + 2 0〜 ³ O丽 に集中してバラツキは少ない。 一方 シ リ コ ー ンオ イ ルを塗布し い安全弁は、 開弁圧力において大 気圧 + 4 O〜 9 O靈 であ 、 閉弁圧力も大気圧 + 1 0〜50 丽 とバラ ツキの程度が大き く ¾ つている。

従って、 安定した一定圧力値での安全弁の開弁， 閉弁を確保 する上では、 安全弁のフ イ ルム密着部にシ リ コ ー ンオ イ ルを塗 布することが有効であると云える。

第 6図は前述した各電池を完全充電後、 4 0 °C雰囲気中に放 置した場合の放置期間と電池と しての残存容量 （初期性能をS 1 o o % と した場合の比率） との関係を示す図である。 図中 A は弁筒にゴム弁体を装着したこれまでの安全弁をもつ電池を示 し、 Bは第 2図に示す本発明の実施例による電池であ D 、 Bは Aに比べて、 わずかに自己放電特性が劣っている。

また第 3図に示す安全弁のフ ィ ルム密着部にシ リ コ ー ンオイ0 ルを塗布した本発明の他の実施例の電池 C (第 3図のもの） 、 及びシ リ コ ー ンオイ ルを安全弁に塗布し、 かつ安全弁部分を外 側から A B S等の弾性を有する材質のク リ ップで挾持した本発 明のさ らに別る実施例の電池 D (第 4図のもの） は、 これまで の電池 Aとほぼ同等の特性を得ることができた。

5 以上の結果から本発明の電池は、 ゴム弁体や弁筒などの安全 弁構成部材を別途に用意することは一切不要な状態で、 外被自 身によ ]?安全弁を構成することができ 薄形の電池に適した簡 素る安全弁を提供することができる。

しかも安全弁のフ ィルム密着部にシリ コ ー ンオイ ルのよ うる 耐電解液性で不乾性に富んだ液状のシール剤を塗布すれば、 安 全弁の気密状態を良好に高めることができる。

お、 安全弁と しての開弁， 閉弁圧力は外被に用いる樹脂.フ イ ルムまたはシー トの厚さ と、 その材質に大き く影響され、 一 般的には樹脂の厚みが厚く 、 ガス排出経路と しての密着部の巾 がせまい程開弁圧力は高まるので、 電池の用途に応じて外被は 選択することが望ま しい。

以上の例は密閉形鉛蓄電池について説明したが、 本発明はこ れに制約されるも ので ¾ く 、 アルカ リ電解液を用いた密閉形の アル力 リ蓄電池へも同様に適用することができる。 また外被は 2枚の樹脂フ ィ ル ムまたはシー トを用いるほか、 ¹ 枚のフ ィ ル ムまたはシー ト を U字状に 2つ折 したものや、 チューブ状の 樹脂フ ィ ルムやシー ト であっても利用可能である。 この際 u字 状に 2つ折 したものは開放している残 の 3辺を熱溶着して 封止部とすればよ く 、 チュ ーブ状の場合には開放している 2辺 を熱溶着して封止部とすればよい。

以上のよ うに本発明によれば、 次の効果を得ることができる。 (1 ) 安全弁は熱溶着する合成樹脂のフ イ ルムまたはシー トの —部を未溶着と して形成するという構造上、 溶着の機械化が 極めて容易であるばか i9 で ¾ く短時間で安全弁を形成できる ために、 これま でのゴム弁体を用いた電池に比べて工数がか からず、 生産性が高く 、 電池の製造コ ス トを低減することが でき る。 '

(2) 極板群を合成樹脂のフ イ ルムまたはシ— トで包んで外被 と安全弁を一体成形する構造であるため、 これまでの電池で は困難であつた外被内への極板群の揷入を機械化することも 容易とな 、 電池の組立工数を削減することができる。

(3) 材料的に外被及び安全弁を含めて合成樹脂のフ イ ルムま たはシー トだけで構成でき るため材料コ ス トが安く るる。

産業上の利用可能性

以上のよ うに本発明では極板群をと ]9囲む外被構造が簡単で あ 、 しかも外被自身で蓄電池に必要とする安全弁を構成でき るため、 形状的に小形， 薄形化し、 携帯用電気機器の電源と し て好適 ¾密閉形蓄電池を提供できる。 '

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、 WIPO - y}

Claims

• 請 求 の 範 囲

1 . 正極板， 負極板及びこの両極板を隔離するセパレ—タ よ ！） るる極板群と、 前記極板群に保持された電解液と、 耐電解液性 で熱溶着性のある合成樹脂フ イ ル ムまたはシ— トからるる外被 と、 この外被の極板群周囲を囲む部分に設けた封止部と、 封止 部を通して外部へ伸び出た一対の端子片と、 封止部の一部に形 成した安全弁とから 、 前記封止部は前記樹脂フ イ ル ムまた はシ ー ト を相互に結合した熱溶着部で構成され、 前記安全弁は 前記樹脂フ イ ル ムまたはシ — トが相互に重な )合つた密着部を も ち、 セル内部が過圧に ったときセル内のガスが前記密着部 を押し拡げて外部へ逸散でき るよ うに構成された密閉形蓄電池 o

2 . 請求の範囲第 1 項において、 安全弁の合成樹脂フ イ ルムま たはシー トが相互に重 ¾ ]9合った密着部が迷路構造に設けられ ている密閉形蓄電池 o

5 3 . 請求の範囲第 1 項または第 2項において、 安全弁の前記密 着部に耐電解液性で不乾性に富んだ液状シ ー ル剤を塗布した密 閉形蓄電池。

4 . 請求の範囲第 3項において、 前記安全弁の密着部に塗布さ れた液状シ ― ル剤がシリ コ —ンオイルである密閉形蓄電池 o 5 . 請求の範囲第 4項において、 前記安全弁の外側がク リ ッ プ で挾持されている密閉形蓄電池 o

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