JP3589427B2 - 筒形アルカリ電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、筒形アルカリ電池に係わり、さらに詳しくは、封口体の樹脂の伸びが大きい場合でも、防爆機構が正常に作動して、高圧下での破裂を防止することができる安全性の高い筒形アルカリ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒形アルカリ電池では、誤って充電したり、あるいは、過放電状態になると、電池内部にガスが発生して、電池内部の圧力が異常に上昇し、電池が破裂するようになる。
【０００３】
そのため、従来からも、図３に示すように、封口体６に防爆用の薄肉部６５を設け、電池内部の圧力が上昇して所定圧力に達すると、上記薄肉部６５が破壊して、電池内部のガスを該薄肉部６５の破壊部分、環状支持体７のガス抜き孔７１および負極端子核８のガス抜き孔８１を通過させて電池外部へ放出し、電池の高圧下での破裂を防止する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行われている（例えば、特開昭６３−２３６２５５号公報）。
【０００４】
しかしながら、上記のように封口体６の薄肉部６５が破壊して電池内部のガスを電池外部に放出するには、電池内部の圧力上昇に応じて薄肉部６５の近傍も上方に撓まなければならず、そのため、封口体６の中央部６１と厚肉の外周縁部６２との間にそれらより薄肉の接続部６３を設け、その接続部６３の厚さを０．２〜０．５ｍｍ程度に薄くしている。
【０００５】
そのため、封口体６に伸びの大きい樹脂を使用したり、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなった場合には、電池内部の圧力が比較的低圧で薄肉部６５が破壊に至らないうちに、図４に示すように、接続部６３が電池内部の圧力上昇により伸びて上方に膨らみ環状支持体７に当接して、接続部６３が環状支持体７のガス抜き孔７１を塞ぐため、さらに電池内部の圧力が上昇して薄肉部６５が破壊しても、ガス抜き孔７１が塞がっているために、電池内部のガスを電池外部へ放出することができず、電池が高圧下で破裂するようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の筒形アルカリ電池では、上記のように防爆用の薄肉部６５が破壊するまでの間に封口体６の接続部６３が環状支持体７のガス抜き孔７１を塞ぎ、防爆機能が正常に作動せず、電池が高圧下で破裂したという問題点を解決し、封口体６に伸びの大きい樹脂を使用したり、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなった場合でも、防爆機能が正常に作動して、高圧下での電池破裂を防止することができる安全性の高い筒形アルカリ電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の構成を、その実施例に対応する図１〜２を用いて説明すると、本発明は、封口体６の中央部６１と外周縁部６２との間の接続部６３に、先端が環状支持体７側を向く複数個の突起６６を放射状に設けたものである。
【０００８】
すなわち、上記のような突起６６を封口体６に設けていると、電池内部の圧力が上昇し、接続部６３が伸びて上方に膨らんだとしても、環状支持体７には上記突起６６が最初に当接するので、封口体６の突起６６以外の部分と環状支持体７との間には隙間が残り、封口体６の接続部６３によって環状支持体７のガス抜き孔７１が完全に塞がれることはない。
【０００９】
したがって、さらに電池内部の圧力が上昇して、封口体６の薄肉部６５が破壊したときは、電池内部のガスは該薄肉部６５の破壊部分、環状支持体７のガス抜き孔７１、負極端子板８のガス抜き孔８１を通過して電池外部へ放出され、電池の高圧下での破裂が防止され、高い安全性が確保される。
【００１０】
それ故、封口体６にポリプロピレンなどの伸びが大きく安価な樹脂を使用した場合にも、防爆機能が正常に作動して、高い安全性が確保できる。また、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなった場合でも、同様に防爆機能が正常に作動して、高い安全性が確保できる。
【００１１】
上記突起６６による効果をより確実に奏し得るようにするには、突起６６の個数を環状支持体７のガス抜き孔７１の個数より多くし、かつ該ガス抜き孔７１の個数で割り切れない数にしておくことが好ましい。
【００１２】
すなわち、上記のような態様で突起６６を設けておくと、封口体６と環状支持体７との位置合わせのいかんにかかわらず、少なくとも１個の突起６６が環状支持体７のガス抜き孔７１以外の部分に当接することになるので、封口体６の接続部６３が環状支持体７のガス抜き孔７１を完全に塞ぐようなことはない。
【００１３】
また、上記突起６６の幅および突起６６と突起６６との間隔は、環状支持体７のガス抜き孔７１の径より小さいことが好ましい。
【００１４】
すなわち、上記のようにしておけば、封口体６と環状支持体７との位置合せのいかんにかかわらず、封口体６の突起６６が環状支持体７のガス抜き孔７１を完全に塞ぐようなことがなくなり、突起６６により封口体６と環状支持体７との間に環状支持体７のガス抜き孔７１に通じる隙間を作り得る。その結果、防爆用の薄肉部６５が破壊したときに、電池内部のガスは上記隙間、環状支持体７のガス抜き孔７１、負極端子板８のガス抜き孔８１を通って電池外部へ放出され、電池の高圧下での破裂が防止される。
【００１５】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定されることはない。
【００１６】
図１は本発明の筒形アルカリ電池の一実施例を示す部分断面図であり、図２は図１に示す電池に使用されている封口体を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は上記（ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。なお、電池を示す図においては、各部材の断面後方の輪郭線を図示すると、かえって繁雑化するめ、特に必要なものを除き、断面のみを図示し、断面後方の輪郭線は図示を省略している。
【００１７】
図中、１は正極合剤、２は負極剤、３はセパレータ、４は正極缶、５は負極集電体、６は封口体、７は環状支持体、８は負極端子板、９は外装材である。
【００１８】
正極合剤１は二酸化マンガンと黒鉛を主体とする粉末を円筒状に加圧成形したものであり、負極剤２は亜鉛粉末とアルカリ電解液とゲル剤とを混合して調製した混合物からなるものである。そして、セパレータ３は不織布からなり、正極合剤１と負極剤２を隔離している。
【００１９】
正極缶４は鉄製で表面にニッケルメッキが施されており、上記の正極合剤１、負極剤２、セパレータ３などの発電要素は、この正極缶４に内填されている。負極集電体５は黄銅製で封口体６の透孔６４に挿入され、その頭部は負極端子板８の内面中央部に溶接によって固定されている。
【００２０】
封口体６は、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン系樹脂などを射出成形してなる樹脂製で、その形状は中心部に負極集電体５が挿入される透孔６４を設けた厚肉の中央部６１と、正極缶４の開口端部の内周面に接触する厚肉の外周縁部６２と、上記中央部６１と外周縁部６２とを接続する接続部６３からなり、上記接続部６３はその中央部６１側に防爆用の薄肉部６５を有し、その外周縁部６２の近傍にはセパレータ３の開口端部を案内する役割を持つＶ字状部６７を有し、その薄肉部６５とＶ字状部６７との間に突起６６を放射状に８個設けている。
【００２１】
上記突起６６は、その先端が環状支持体７側を向いており、高さは通常０．２〜０．５ｍｍ程度が好ましく、本実施例に示すものは高さが０．３ｍｍにされている。
【００２２】
また、上記突起６６の先端部の幅は環状支持体７のガス抜き孔７１の径より小さいことが好ましく、ＬＲ６形電池では、環状支持体７のガス抜き孔の径が２〜３ｍｍ程度であることから、突起６６の先端部の幅は通常０．５〜２ｍｍ程度にされ、本実施例では０．９ｍｍにされている。また、環状支持体７のガス抜き孔７１の真下部分における突起６６と突起６６との間隔は、環状支持体７のガス抜き孔７１の径より小さいことが好ましく、ガス抜き孔７１の径に応じて通常１〜２ｍｍ程度にされ、本実施例では１．５ｍｍにされている。
【００２３】
環状支持体７は、鉄製であって直径２ｍｍのガス抜き孔７１が放射状に３個設けられていて、前記封口体６の中央部６１と外周縁部６２との間に嵌着されている。
【００２４】
負極端子板８は、鉄製で表面にニッケルメッキを施したものであり、周縁部が鍔状になった帽子状をしており、その天井部から鍔状周縁部に移る周壁部には、ガス抜き孔８１が設けられており、その天井部の内面中央部には前記負極集電体５の頭部が溶接され、その周縁部は正極缶４の開口端部の内方への折曲げにより、封口体６の外周縁部６２の上端部によって環状支持体７の外周縁部に押圧されて固定されている。
【００２５】
外装材９は樹脂シートにアルミニウムを蒸着した樹脂−金属複合シートからなり、正極缶４の外周部を絶縁している。
【００２６】
つぎに、上記実施例の電池と図３に示す従来構造の電池（従来例）に強制充電したときの電池の耐破裂性の相違を調べた。その詳細を試験例１と試験例２において示す。
【００２７】
まず、試験に供する電池は、各電池とも、ＡシリーズとＢシリーズに分け、Ａシリーズでは伸びの大きいポリプロピレン（２３℃での伸び６００％）製の封口体を使用し、２３℃で強制充電試験を行い、これを試験例１とし、Ｂシリーズではナイロン６６（２３℃での伸び２００％）製の封口体を使用し、１２０℃の高温下で強制充電試験を行い、これを試験例２とした。試験例１および試験例２の詳細はそれぞれ次の通りである。
【００２８】
試験例１：
封口体にはポリプロピレン（２３℃の伸び６００％）製のものを使用し、２３℃で強制充電試験を行った。
【００２９】
電池はいずれも外径１４．５ｍｍ、総高５０．５ｍｍのＬＲ６形の筒形アルカリ電池であり、試験に供した電池個数は各２０個で、試験においては、破裂に至った電池個数、ふくれの発生した電池個数および封口体の接続部が伸びて上方に膨らみ環状支持体に当接した電池個数を調べた。
【００３０】
その結果は表１に示す通りであるが、表１では試験に供した全電池中の破裂に至った電池個数などがわかりやすいように、分母に試験に供した全電池個数を示し、分子に破裂に至った電池個数（破裂発生電池個数）、ふくれの発生した電池個数（ふくれ発生電池個数）、封口体の接続部が伸びて上方に膨らみ環状支持体に当接した電池個数（当接電池個数）を示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示す結果から明らかなように、強制充電した場合、従来構造の電池では、試験に供した２０個の電池のうち１１個の電池にふくれが発生し、６個の電池が破裂したが、本発明の実施例の電池では、破裂やふくれの発生がまったくなく、強制充電した場合にも、高い安全性を確保することができた。
【００３３】
この試験例１に示す結果から、本発明によれば、封口体６に伸びが大きく安価なポリプロピレンを使用した場合でも、強制充電などによる高圧下での電池破裂が防止され、高い安全性を確保できることがわかる。
【００３４】
これは、電池内部の圧力が上昇して、封口体６の接続部６３が伸びて上方に膨らみ、環状支持体７に当接するような状態になった時には、まず、突起６６が環状支持体７に当接し、環状支持体７と封口体６の突起６６以外の部分との間に隙間を残すので、環状支持体７のガス抜き孔７１が封口体６の接続部６３で完全に塞がれることがなくなり、その結果、電池内圧がさらに上昇して薄肉部６５が破壊した時に、電池内部のガスが上記薄肉部６５の破壊部分、環状支持体７のガス抜き孔７１、負極端子板８のガス抜き孔８１を通って電池外部に出て行くことができるからである。
【００３５】
試験例２：
封口体にはナイロン６６（２３℃での伸び２００％）製のものを使用し、強制充電試験を１２０℃の高温下で行った以外は、前記試験例１と同様の条件下でＢシリーズの電池に対して強制充電試験を行った。その結果を表２に示す。なお、試験結果の表示方法は試験例１の場合と同様である。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２に示す結果から明らかなように、高温下で強制充電した場合、封口体６に伸びが小さいナイロン６６を用いていても、従来構造の電池では、試験に供した２０個の電池のうち９個の電池にふくれが発生し、３個の電池が破裂したが、本発明の実施例の電池では、破裂やふくれがまったくなく、高温下で強制充電した場合にも、高い安全性を確保することができた。
【００３８】
この試験例２に示す結果は、封口体６に伸びが小さいナイロン６６を使用していて、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなると、従来構造の電池では、強制充電などにより電池内部にガスが発生して電池内部の圧力が上昇した場合に、封口体６の接続部６３が伸びて上方に膨らみ環状支持体７のガス抜き孔７１を塞ぐため電池が高圧下で破裂することが起こるが、本発明によれば、そのような高温下での強制充電でも、封口体６に設けた突起６６により、電池内部のガスの放出経路が確保され、電池内部のガスを電池外部へ放出することができるので、電池の高圧下での破裂を防止することができ、高い安全性を確保できることを示している。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、封口体６に先端が環状支持体７側を向く複数個の突起６６を放射状に設けたことにより、封口体６に伸びの大きい樹脂を使用した場合や、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなった場合でも、防爆機能が正常に作動して、電池の高圧下での破裂が防止され、高い安全性を確保することができるようになった。
【００４０】
すなわち、封口体６にポリプロピレンなどの伸びが大きく安価な樹脂を使用した場合でも、電池内部の圧力が上昇し、防爆用の薄肉部６５が破壊する前に封口体６の接続部６３が伸びて上方に膨らみ環状支持体７に当接するような状態になった時に、まず、上記突起６６が環状支持体７に当接し、環状支持体７と封口体６の突起６６以外の部分との間に隙間を残し、封口体６の接続部６３が環状支持体７のガス抜き孔７１を完全に塞ぐようなことがないので、さらに電池内部の圧力が上昇して防爆用の薄肉部６５が破壊したときに電池内部のガスが上記隙間、環状支持体７のガス抜き孔７１などを通って電池外部へ放出され、電池の高圧下での破裂が防止される。
【００４１】
また、電池が高温に曝されて封口体６の樹脂が軟化して伸びが大きくなった場合でも、上記と同様に防爆機能が正常に作動して、高い安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒形アルカリ電池の一実施例を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施例の電池に使用した封口体を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は上記（ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。
【図３】従来の筒形アルカリ電池を示す部分断面図である。
【図４】図３に示す従来の筒形アルカリ電池の封口体の接続部が電池内部の圧力上昇により伸びて上方に膨らみ環状支持体に当接し、環状支持体のガス抜き孔を塞いだ状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 正極合剤
２ 負極剤
３ セパレータ
４ 正極缶
５ 負極集電体
６ 封口体
６１ 中央部
６２ 外周縁部
６３ 接続部
６４ 透孔
６５ 薄肉部
６６ 突起
７ 環状支持体
７１ ガス抜き孔
８ 負極端子板
８１ ガス抜き孔

Claims (4)

1. 発電要素を内填した正極缶４の開口部を、防爆用の薄肉部（６５）を設けた樹脂製の封口体（６）と、ガス抜き孔（７１）を有し上記封口体（６）の支えとなる環状支持体（７）と、上記封口体（６）の中央部（６１）の透孔（６４）に挿入した負極集電体（５）とで封口してなる筒形アルカリ電池において、上記封口体（６）に先端が環状支持体（７）側を向く複数個の突起（６６）を放射状に設けたことを特徴とする筒形アルカリ電池。
2. 上記突起（６６）を、封口体（６）の中央部（６１）と外周縁部（６２）との間の接続部（６３）に設けたことを特徴とする請求項１記載の筒形アルカリ電池。
3. 封口体（６）の突起（６６）の個数が、環状支持体（７）のガス抜き孔（７１）の個数より多く、かつ該ガス抜き孔（７１）の個数で割り切れない数であることを特徴とする請求項１記載の筒形アルカリ電池。
4. 封口体（６）の突起（６６）の幅および突起（６６）と突起（６６）との間隔は、環状支持体（７）のガス抜き孔（７１）の径より小さいことを特徴とする請求項１記載の筒形アルカリ電池。

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