特開 2015-109228 筒型電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-109228(P2015-109228A)

(43)【公開日】2015年6月11日

(54)【発明の名称】筒型電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/08 20060101AFI20150515BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/08 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-252065(P2013-252065)

(22)【出願日】2013年12月5日

(71)【出願人】

【識別番号】503025395

【氏名又は名称】ＦＤＫエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 拓也

(72)【発明者】

【氏名】山崎 龍也

(72)【発明者】

【氏名】都築 秀典

【テーマコード（参考）】

5H011

【Ｆターム（参考）】

5H011AA13

5H011FF03

5H011GG02

(57)【要約】

【課題】 筒型電池において、正極と負極とのショートを効果的に防止するとともに、誤装填された場合でも発熱等の不具合が生じないようにする。
【解決手段】 有底円筒状の電池缶１０内に、環状の正極合剤２０と、その内側に配置される有底円筒状のセパレータ３０と、セパレータ３０の内側に配置される負極ゲル４０とが収納されているとともに、電池缶１０の開口部１０ａに負極端子板６０が封口ガスケット７０を介して嵌着されてなる筒型電池１である。封口ガスケット７０は、円盤の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部７１と、それから径方向外方に延在する円盤部７２とを備え、円盤部７２の外周端は、負極端子板６０と電池缶１０との間でかしめられた状態で、負極端子板６０がなす外表面から突出するように形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレータと、当該セパレータの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が封口ガスケットを介して嵌着されてなる筒型電池であって、
前記封口ガスケットは、略円盤状に一体的に成形された樹脂からなり、前記円盤の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部と、当該ボス部から径方向外方に延在する略円盤状の部分である円盤部とを備え、
該円盤部の外周端は、前記負極端子板と前記電池缶との間でかしめられた状態で、前記負極端子板がなす外表面から突出している、
ことを特徴とする筒型電池。

【請求項2】

前記封口ガスケットが前記負極端子板と前記電池缶との間でかしめられた状態で、前記封口ガスケットの前記円盤部は、その外周端縁部において前記負極端子板の外周縁部に密接しており、前記円盤部には、前記負極端子板と前記電池缶との間に形成される空間と外部空間とを連通させるための開口部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の筒型電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、筒型電池に関する。

【背景技術】

【0002】

筒型電池は、アルカリ電池等の一次電池として各種電気機器に広く使用されている。筒型電池では、正極と負極とがショートしたり、使用器具に電池の極性を誤って装填したりした場合の発熱、液漏れ、膨張等の不具合を防止するために、電池の構造に様々な工夫が取り入れられている。

【0003】

正極と負極とのショートを防止する点では、例えば、正極電池缶と負極端子板とが不用意に導通しないように、正極電池缶の表面に紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）等の絶縁被膜を形成した上で、外装ラベルを装着することが行われている。また、電池を誤装填した場合に、負極端子板同士が接触しないように、電池缶の負極端子側で外装ラベルの下に円環状の絶縁ワッシャーを設けたり、単１、単２電池等では、負極端子板表面に絶縁性の突起を設けて、誤装填しても負極端子板同士が接触しないようにしたりしている。

【0004】

この点、特許文献１（特開平８−７７９８６号公報）では、「有底筒状缶の開口部内周と皿状端子板の外周縁部との間に封口ガスケットを介装し、該缶の該開口部を内側に絞り加工することによって該皿状端子板との間の空隙を該封口ガスケットによって密閉してなる筒形電池において、該ガスケットの先端を該開口部の開口端より０．５から１．５ｍｍ長くして該端子板の上面に向けて延出してなる」構成を採用し、「電池が落下による衝撃によって筒状缶の肩部が凹んで、その開口端エッジが内側に潰れても、そのエッジは内側に位置するガスケットの先端部に食込むのみで、この部分を越えて端子板側に接触することが未然に防止」されるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−７７９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に提案されている技術は、あくまでも電池缶の変形が生じた場合を想定した対策であって、電池の誤装填、正負極のショートといった不都合自体を防止することはできない。また、絶縁ワッシャーあるいは絶縁突起を設ける構成では、部品点数、製造工程の増加により製造歩留まりの悪化、製造コスト上昇が避けられない。絶縁ワッシャーに関しては、電池缶の外装ラベルが破損して絶縁ワッシャーが脱落した場合、ショート防止の効果がまったく期待できなくなってしまう。さらに、Ｒ６（単３形）、Ｒ０３（単４形）、Ｒ１（単５形）といった小型の電池では、端子面積が小さく、ＵＶ硬化樹脂を塗布して誤装填を防止することは困難である。

【0007】

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、筒型電池において、正極と負極とのショートを効果的に防止するとともに、誤装填された場合でも発熱等の不具合が生じないようにすることを一つの目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の、及び他の問題点を解決するために、本発明の一つの態様は、有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレータと、当該セパレータの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が封口ガスケットを介して嵌着されてなる筒型電池であって、
前記封口ガスケットは、略円盤状に一体的に成形された樹脂からなり、前記円盤の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部と、当該ボス部から径方向外方に延在する略円盤状の部分である円盤部とを備え、
該円盤部の外周端は、前記負極端子板と前記電池缶との間でかしめられた状態で、前記負極端子板がなす外表面から突出している、
ことを特徴とする筒型電池である。

【0009】

前記の筒型電池では、前記封口ガスケットが前記負極端子板と前記電池缶との間でかしめられた状態で、前記封口ガスケットの前記円盤部は、その外周端縁部において前記負極端子板の外周縁部に密接しており、前記円盤部には、前記負極端子板と前記電池缶との間に形成される空間と外部空間とを連通させるための開口部を設けてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、筒型電池において、正極と負極とのショートを効果的に防止するとともに、誤装填された場合でも発熱等の不具合が生じないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る筒型アルカリ電池の構成例を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に例示する筒型アルカリ電池の組み立て手順を示す模式図である。

【図3】図３は、図１に例示する筒型アルカリ電池の組み立て手順を示す模式図である。

【図4】図４は、本発明の他の実施形態に係る筒型アルカリ電池の組み立て手順を示す模式図である。

【図5】図５は、図４に例示した筒型アルカリ電池の構成例を示す部分拡大図である。

【図6】図６は、図５に例示する筒型アルカリ電池の封口ガスケット７０の構成例を示す図である。

【図7】図７は、一般的な筒型アルカリ電池の構成例を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を更に具体的に説明する。なお、本発明は、それらの実施形態に限定されるものではない。

【0013】

まず、図７に、一般的な筒型アルカリ電池１の構成例を示す縦断面図を示している。このアルカリ電池１は、ＬＲ６タイプ（単３形）の電池である。

【0014】

図７に示されるように、アルカリ電池１は、有底筒状の正極缶１０（電池缶）と、その正極缶１０の内面に沿って嵌着されたリング状の正極合剤２０と、正極合剤２０の内側に挿入される有底筒状のセパレータ３０と、正極缶１０の中心部となるセパレータ３０の中空部に配置されるゲル状負極合剤４０と、正極缶１０の開口部１０ａに装着される負極集電体５０（以下単に「集電体５０」という）とを備える。

【0015】

正極缶１０は、例えばニッケルメッキ鋼板を有底筒状にプレス成形することによって形成され、その底部の中央に正極端子１２が突設されている。正極合剤２０は、例えば電解二酸化マンガン、黒鉛、水酸化カリウム、及びバインダを混合した正極合剤粉を整粒した後、これを円筒状にプレス成形することで作製される。

【0016】

セパレータ３０は、正極合剤２０とゲル状負極合剤４０との間を電気的に分離する絶縁材料であり、ビニロン・レーヨン不織布、ポリオレフィン・レーヨン不織布などのセパレータ原紙を円筒状に巻回し、重なり合う部分を熱融着させることで作製される。

【0017】

ゲル状負極合剤４０は、水と酸化亜鉛と水酸化カリウムとを混ぜて溶解し、ポリアクリル酸などのゲル化剤と亜鉛粉とを混合することで作製される。

【0018】

集電体５０は、負極端子板６０、負極集電子５１、及び封口ガスケット７０を備えて構成されている。正極缶１０の開口部１０ａ付近には、集電体５０を載置するためのビード部１１が形成されている。そして、そのビード部１１上に集電体５０を載置した状態で、正極缶１０の開口部１０ａにカール及び絞り加工を施すことにより、正極缶１０が封口されている。言い換えると、アルカリ電池１の正極缶１０は、開口部１０ａを径方向（横断方向）に収縮させてかしめることにより封口されている。

【0019】

集電体５０は、真鍮を用いて棒状に形成された負極集電子５１をその基端側の頭部で負極端子板６０の裏面に抵抗溶接するとともに、負極集電子５１の首部に封口ガスケット７０を嵌着することによって、形成されている。負極集電子５１の先端側は、ゲル状負極合剤４０の中に挿入されている。

【0020】

負極端子板６０は、正極缶１０と同じくニッケルメッキ鋼板をプレス成形することによって作製され、封口ガスケット７０を介して正極缶１０の開口部１０ａを封止している。負極端子板６０は、円形皿状に形成され、その外縁部６０ａはほぼ直角に折り曲げられている。負極端子板６０の外周つば状の部位には、複数のガス抜き穴６１が設けられている。図７の例では、負極端子板６０に、９０°間隔で４箇所のガス抜き穴６１が設けられている。

【0021】

封口ガスケット７０は、樹脂材料を用いて射出成形された樹脂成形品である。封口ガスケット７０の形成材料としては、６，１２ナイロン樹脂、６，１０ナイロン樹脂、６，６ナイロン樹脂などのポリアミド樹脂が好適に用いられる。封口ガスケット７０は、中心部に配置されている筒状のボス部７１と、ボス部７１から径方向外方に展開するように設けられている環状の円盤部７２とを備える。ボス部７１の中心部には貫通穴が設けられ、負極集電子５１が挿通されている。封口ガスケット７０は、電極ショート等によりガスが発生してアルカリ電池１内部の圧力が高まった場合に、円盤部７２のボス部７１との接続部分において、あらかじめ設定した所定の圧力値付近で破断するように構成されている。これにより高まった電池内圧は、ガスが破断部から負極端子板６０のガス抜き穴６１を通じて外気に放出されることにより低減され、アルカリ電池１の破裂は防止される。

【0022】

次に、以上説明した一般的な筒型アルカリ電池１の構成を前提として、本発明の一実施形態に係る筒型アルカリ電池１の構成について説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る筒型アルカリ電池１の構成例を示す部分縦断面図を示している。図１において、図７に図示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

【0023】

図１に例示する部分縦断面図には、本発明の実施形態による筒型アルカリ電池１の、正極缶１０の上端の開口部１０ａと、負極端子板６０及び封口ガスケット７０を含めて示されている。図１のアルカリ電池１では、図７に示した従来例とは異なり、封口ガスケット７０の円盤部７２の外周端側に、上方に向けてほぼ直角に折り曲げられた折曲部７０ａが設けられている。この折曲部７０ａは、封口ガスケット７０を負極端子板６０と正極缶１０の開口部１０ａとの間でかしめつけた時に、その端縁部が負極端子板６０の極板平面よりも外方に（筒型アルカリ電池１の長手方向で負極端子板６０の極板平面よりも突出するように）設けられている。言い換えれば、封口ガスケット７０の円盤部７２の寸法、及び折曲部７０ａの形状及び寸法は、封口ガスケット７０を負極端子板６０と正極缶１０の開口部１０ａとの間でかしめつけた時に、折曲部７０ａが負極端子板６０の極板平面よりも突出するように設定されている。したがって、封口ガスケット７０において、円盤部７２及び折曲部７０ａの具体的な構成は、その封口ガスケット７０が適用される筒型電池１の規格等に合わせて適宜設定することができる。

【0024】

このように、封口ガスケット７０の外周に設けた折曲部７０ａが正極缶１０と負極端子板６０との間を隔離するように両者の間に介在することにより、正極缶１０と負極端子板６０との間に導電性の異物（例えばクリップ、ヘアピンなど）が入り込んで外部ショートが発生するのを防止することができる。また、電池１を電池ボックスに誤装填した場合に、正極側の極板バネ板が負極端子板６０に接触するのを防ぐことができる。さらに、他の電池１と直列に接続するところを負極同士が対向するように誤装填した場合にも、対向する電池１の負極端子板６０から突出した折曲部７０ａが互いに当接することにより負極端子板６０同士が接触することが防止される。以上のように、本実施形態の筒型アルカリ電池１では、簡易な構成の変更により従来よりも大幅に安全性を向上させることが可能となっている。

【0025】

図２及び図３に、図１のアルカリ電池１の組立工程を模式的に示している。図２に示すように、封口ガスケット７０のボス部７１に設けられている貫通孔に、負極端子板６０に固接された負極集電子５１が挿通される。次いで、図３に示すように、正極缶１０の開口部１０ａを、封口ガスケット７０の円盤部７２を径方向内方へ向けて巻き込むようにして負極端子板６０にかしめつける。これにより、図３の右端の図に図示されているように、封口ガスケット７０の円盤部７２に設けられる折曲部７０ａは負極端子板６０と正極缶１０の開口部１０ａとの間に介在するように配置されることとなる。

【0026】

次に、以上説明した実施形態の変形例について説明する。図４に、本実施形態の変形例に係る筒型アルカリ電池１の組立工程を、図３の例に対応させて模式的に示している。図４の変形例では、封口ガスケット７０の円盤部７２には折曲部７０ａが設けられていない。その代わりに、図４に例示するように、封口ガスケット７０を正極缶１０の開口部１０ａとともに負極端子板６０に対してかしめつけた時、封口ガスケット７０の円盤部７２の端縁部７０ｂは負極端子板６０の肩部６０ａに密接するようになっている。図５には、図１に対応する本変形例の部分縦断面図を示している。

【0027】

図４、図５に示すように、本変形例では、先の実施形態と同様に、封口ガスケット７０の円盤部７２が正極缶１０と負極端子板６０との間を隔離するように両者の間に介在することにより、正極缶１０と負極端子板６０との間に導電性の異物（例えばクリップ、ヘアピンなど）が入り込んで外部ショートが発生するのを防止することができる。また、かしめつけられた状態で封口ガスケット７０の円盤部７２の端縁部７０ｂが負極端子板６０の極板平面より突出するように構成すれば、電池１を電池ボックスに誤装填した場合に、正極側の極板バネ板が負極端子板６０に接触するのを防ぐことができる。さらに、他の電池１と直列に接続するところを負極同士が対向するように誤装填した場合にも、対向する電池１の負極端子板６０から突出した折曲部７０ａが互いに当接することにより負極端子板６０同士が接触することが防止される。以上のように、本実施形態の変形例による筒型アルカリ電池１によっても、簡易な構成の変更により従来よりも大幅に安全性を向上させることが可能となっている。

【0028】

なお、図４、図５に例示するように、上記の変形例による筒型アルカリ電池１では、封口ガスケット７０が負極端子板６０と正極缶１０との間を密封してしまうため、電池１の封口ガスケット７０が破断して放出されたガスが、負極端子板６０、封口ガスケット７０、及び正極缶１０によって閉鎖された空間に封じ込められてしまい、内圧の逃がし機能が十分に働かないことがあり得る。このため、上記の変形例では、封口ガスケット７０にガス抜き穴７４を設けている。図６にガス抜き穴７４の配置例を示している。図６は、変形例による筒型アルカリ電池１を負極端子板６０側から軸方向に見た模式平面図である。図６の例では、封口ガスケット７０の円盤部７２の、負極端子板６０と正極缶１０との間に相当する部分において、周方向等間隔に８個のガス抜き穴７４を設けている。ガス抜き穴７４は、図６の例に限定されることなく、スリット状の形状にする、あるいは設置数、配置等を変えるなど、適宜に調整することができる。

【0029】

以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係る筒型アルカリ電池１によれば、正極缶１０と負極端子板６０との間での外部ショートが発生するのを防止することができる。また、電池１を使用機器等の電池ボックスに誤装填した場合に、正極側の極板バネ板が負極端子板６０に接触するのを防ぐことができる。さらに、他の電池１と直列に接続するところを負極同士が対向するように誤装填した場合にも、負極端子板６０同士が接触することが防止される。これにより、筒型アルカリ電池１について、簡易な構成の変更により従来よりも大幅に安全性を向上させることが可能となっている。

【0030】

なお、本発明の実施形態について、筒型（円筒形）アルカリ電池１を例にとって説明したが、本発明は、アルカリ電池以外の形式の電池にも適宜適用することができる。また、適用する電池の断面形状は、円形以外の形状であってもよい。また、封口ガスケット７０に設ける折曲部７０ａ、あるいは円盤部７２の端縁部７０ｂの形状、寸法は、本発明を適用する電池の仕様に合わせて適宜決定して採用することができる。

【符号の説明】

【0031】

１ 筒型アルカリ電池 １０ 正極缶 １０ａ 開口部
２０ 正極合剤 ３０ セパレータ ４０ ゲル状負極合剤
５０ 集電体 ５１ 負極集電子 ６０ 負極端子板
７０ 封口ガスケット ７０ａ 折曲部 ７０ｂ 端縁部
７１ ボス部 ７２ 円盤部 ７４ ガス抜き穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】