特開 2022-139905 ガスケット部材及びガスケット部材の製造方法

(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】P2022139905

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】ガスケット部材及びガスケット部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/184 20210101AFI20220915BHJP

【ＦＩ】

H01M50/184 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021040484

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 拓也

(72)【発明者】

【氏名】國谷 繁之

(72)【発明者】

【氏名】藤波 大輔

【テーマコード（参考）】

5H011

【Ｆターム（参考）】

5H011AA17

5H011FF03

5H011GG02

5H011HH02

5H011HH13

5H011JJ12

5H011KK01

5H011KK02

5H011KK07

(57)【要約】

【課題】電池内部の液漏れ発生のリスクを抑制できるガスケット部材を提供する。
【解決手段】ガスケット部材は、電池缶の開口を封口する、筒型電池用のガスケット部材である。ガスケット部材は、前記電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、前記電池缶に支持される外周部と、前記支持部と前記外周部との間の前記支持部側に形成された環状の中間部とを有する。更に、ガスケット部材は、前記中間部と前記外周部との間に形成され、前記外周部を前記中間部に対して弾性変形可能にする緩衝部と、前記環状の中間部の平坦面に形成された低吸水層とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池缶の開口を封口する、筒型電池用のガスケット部材であって、
前記電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、
前記電池缶に支持される外周部と、
前記支持部と前記外周部との間の前記支持部側に形成された環状の中間部と、
前記中間部と前記外周部との間に形成され、前記外周部を前記中間部に対して弾性変形可能にする緩衝部と、
前記環状の中間部の平坦面に形成された低吸水層と、
を有することを特徴とするガスケット部材。

【請求項2】

前記低吸水層は、
前記環状の中間部の平坦面の内、前記電池缶の負極端子側の平坦面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のガスケット部材。

【請求項3】

前記低吸水層は、
吸水率０．６％（２４ｈｒ飽和）以下の材質を使用した層であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケット部材。

【請求項4】

前記低吸水層は、
ロックウェル硬さがＲ１２０以上を有する硬質層であることを特徴とする請求項１～３の何れか一つに記載のガスケット部材。

【請求項5】

前記平坦面に形成された前記低吸水層の厚みは、
０．３ｍｍ～１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載のガスケット部材。

【請求項6】

前記ガスケット部材の材質は、
６．１２ナイロンであることを特徴とする請求項１～５の何れか一つに記載のガスケット部材。

【請求項7】

電池缶の開口を封口する、筒型電池用のガスケット部材の製造方法であって、
前記電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、前記電池缶に支持される外周部と、前記支持部と前記外周部との間の前記支持部側に形成された環状の中間部と、前記中間部と前記外周部との間に形成され、前記外周部を前記中間部に対して弾性変形可能にする緩衝部とを有する前記ガスケット部材をナイロンで形成し、
前記ガスケット部材の前記中間部の平坦面上に硬化樹脂で低吸水層を形成する
工程を有することを特徴とするガスケット部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスケット部材及びガスケット部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

筒型電池では、円筒状の電池缶と、電池缶内に格納する正極材料と、電池缶内に格納する負極材料と、正極材料と負極材料との間を隔離する、円筒状のセパレータ部材と、電池缶の負極端子側の開口を封口するガスケット部材とを有する。

【0003】

ガスケット部材は、電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、電池缶に支持される外周部と、支持部の外周に沿って形成された環状の安全弁と、安全弁と外周部との間の安全弁側に形成された環状の中間部とを有する。更に、ガスケット部材は、中間部と外周部との間に形成され、外周部記中間部に対して弾性変可能にする緩衝部とを有する。安全弁は、電池缶の内部ガスの圧力で破断される肉薄部分である。また、ガスケット部材は、ナイロン等の材質で形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１０－５３４３９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アルカリ電池等の筒型電池では、例えば、水酸化カリウム水溶液を電解液として用いており、カリウムの潮解性によって水分を取り込む性質がある。従って、ナイロン等の材質で形成されたガスケット部材は、外部から水分が電池内部に透過し、その水分量が多くなると、電池内圧が上昇して液漏れリスクが発生する場合がある。

【0006】

しかしながら、ガスケット部材の全体に水分透過率が低い材料を使用した場合には、加工時の緩衝によって破損し、安全弁の働きに影響を与えるおそれがある。また、電池の保存環境下では、ガスケット部材が脆化して電池内圧が上昇した場合、安全弁ではなく、中間部の平坦面が割れて電池内部の固形物が流出する液漏れ発生のリスクが高まる。

【0007】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、電池内部の液漏れ発生のリスクを抑制できるガスケット部材等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願の開示するガスケット部材の一態様は、電池缶の開口を封口する、筒型電池用のガスケット部材である。ガスケット部材は、電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、電池缶に支持される外周部と、支持部と外周部との間の支持部側に形成された環状の中間部とを有する。更に、ガスケット部材は、中間部と外周部との間に形成され、外周部を中間部に対して弾性変形可能にする緩衝部と、環状の中間部の平坦面に形成された低吸水層とを有する。

【発明の効果】

【0009】

本願の開示するガスケット部材の一態様によれば、電池内部の液漏れ発生のリスクを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施例の筒型電池を示す縦断面図である。

【図2】図２は、実施例の筒型電池の要部を示す縦断面図である。

【図3】図３は、加締め前のガスケット部材を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本願の開示するガスケット部材等の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示するガスケット部材が限定されるものではない。

【実施例0012】

（筒型電池の構成）
図１は、実施例の筒型電池１を示す縦断面図である。図１に示すように、実施例の筒型電池１は、例えば、水溶液系一次電池、いわゆる乾電池である。筒型電池１は、開口３ａを有する円筒状の電池缶３と、集電棒４と、正極材料５と、負極材料６と、正極材料５と負極材料６とを仕切るセパレータ部材７と、電池缶３の開口３ａを封止するガスケット部材８とを備える。また、筒型電池１は、電極端子として、電池缶３の一端に形成された正極端子１１と、電池缶３の他端に配置された負極端子１２とを有する。

【0013】

電池缶３の一端には、正極端子１１が一体に形成されている。電池缶３の他端には、電池缶３の外周に沿ってビーディング加工されたくびれ部（ビーディング部）３ｂが形成されている。電池缶３のくびれ部３ｂには、開口３ａを塞ぐように負極端子１２及びガスケット部材８が設けられている。集電棒４は、電池缶３の内部の中央に配置されている。集電棒４は、基端部がガスケット部材８に支持されており、先端部が正極端子１１側に向かって延びている。集電棒４は、例えば、真鍮等で形成する。

【0014】

負極材料６は、電池缶３の内部における集電棒４の周囲に設けられた円筒状の材料であり、セパレータ部材７の内側に装填されている。また、負極材料６は、例えば、亜鉛を主成分とするゲル状の負極合剤が用いられる。正極材料５は、電池缶３内に、その内周面に沿って装填されている。そして、正極材料５は、電池缶３の内部に収容された負極材料６の外周側に、セパレータ部材７を挟んで設けられている。正極材料５としては、例えば、リング状の正極合剤が用いられており、集電棒４の軸方向に沿って複数のリング状の正極合剤が積層されて配置されている。セパレータ部材７は、例えば、不織布等によって円筒状に形成されており、正極材料５の内側、かつ、集電棒４の軸方向に沿って配置されている。

【0015】

（ガスケット部材の構成）
図２は、実施例の筒型電池１の要部を示す縦断面図である。図３は、加締め前のガスケット部材８を示す断面図である。図２に示すように、筒型電池１のガスケット部材８は、集電棒４の一端部を支持する円筒状の支持部１５と、支持部１５の外周に沿って形成された環状の安全弁１６と、電池缶３の開口３ａに支持される環状の外周部１７とを有する。また、ガスケット部材８は、安全弁１６と外周部１７との間の安全弁１６側に形成された環状の中間部１８と、中間部１８と外周部１７との間に形成され、外周部１７を中間部１８に対して弾性変形可能にする緩衝部１９とを有する。また、ガスケット部材８は、中間部１８の平坦面２０の内、電池缶３の負極端子１２側の平坦面２０に形成された、環状の低吸水層２１を有する。

【0016】

支持部１５は、集電棒４が通される支持穴１５ａを有しており、図２に示すように、集電棒４が負極端子１２に接するように支持穴１５ａに支持されている。外周部１７は、電池缶３のくびれ部３ｂ近傍と負極端子１２の外周部との間に加締めで挟み込まれることで、ガスケット部材８が電池缶３に支持されている。

【0017】

中間部１８には、図２に示すように、セパレータ部材７の端部が突き当てられており、負極材料６が収容された空間が、セパレータ部材７によって塞がれている。安全弁１６は、電池缶３の内部ガスの圧力で破断される溝状の肉薄部分である。

【0018】

緩衝部１９は、中間部１８と外周部１７との間に形成されており、セパレータ部材７の外周側に配置されている。緩衝部１９は、集電棒４の軸方向において外周部１７から延びると共に、折り返して中間部１８に連結されることで、底部１９ａを有するひだ状の突形状である。

【0019】

ガスケット部材８の緩衝部１９は、横締め方式で、電池缶３のくびれ部３ｂ近傍と負極端子１２の外周部との間にガスケット部材８の外周部１７が挟み込まれることで、外周部１７を中間部１８に対して、図３の状態から図２の状態に弾性変形する。つまり、ガスケット部材８は、電池缶３の開口３ａの封口後に直径方向に撓むことになる。

【0020】

中間部１８の平坦面２０上に形成された低吸水層２１は、例えば、吸水率０．６％（２４ｈｒ飽和）以下の硬質樹脂で形成された層である。更に、低吸水層２１は、例えば、ロックウェル硬さがＲ１２０以上を有する硬質層である。更に、低吸水層２１の厚みは、例えば、０．３ｍｍ～１．０ｍｍである。低吸水層２１は、電池缶３の外部からの水分の透過を抑えることで電池缶３の内部への水分の透過を低減し、水分侵入による電池缶３の内圧上昇を低減しながら、ガスケット部材８の脆化による液漏れの発生を抑制できる。

【0021】

そこで、出願人は、ガスケット部材８の中間部１８の平坦面２０上に各種材質の低吸水層２１を形成した場合のガスケット部材８における水分透過、吸水率、脆化、安全弁１６の弁作動を検証した。（表１）は、各種検証結果を表にまとめたものである。

【0022】

【表1】

【0023】

先ず、６．１２ナイロン材質のガスケット部材８の平坦面２０には、０．５ｍｍの厚さのＰＡＩ（ポリアミドイミド）を被覆したＬＲ６用ガスケットを準備した。そして、平坦面２０に形成する低吸水層の材質としては、例えば、ロックウェル硬さ（ＡＳＴＭ規格Ｄ７８５に基づく測定）がナイロンよりも高く、吸水率（ＡＳＴＭ規格Ｄ５７０に基づく測定）が低い樹脂を選定した。その樹脂としては、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエチルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）やＰＩ（ポリイミド）を使用した。

【0024】

そして、各条件のガスケット部材につき、試験１～３を実施し、その試験結果を検証した。試験１は、水分透過(ｎ＝２０)の試験である。６０℃９０％Ｒ.Ｈ.の環境下で１００日保存し、透過水分量が３０ｍｇ以下の場合に○（適合）、透過水分量が３１～９９ｍｇの場合に△、透過水分量１００ｍｇ以上の場合に×（不適合）と判定した。試験１の試験結果は、水分透過の試験結果である。

【0025】

また、試験２は、脆化（ｎ＝２０）の試験である。６０℃９０％Ｒ.Ｈ.の環境下で１００日保存し、ＪＩＳ Ｃ ８５１４に基づく誤使用充電試験において、安全弁１６のみが作動した場合に○、平坦面２０の破断が５％～５０％の場合に△、平坦面２０の破断が５５％～１００％の場合又は電池缶３内部の固形物が流出した場合に×と判定した。試験２の試験結果は、脆化の試験結果である。

【0026】

また、試験３は、安全弁１６の弁作動（ｎ＝２０）の弁作動圧測定試験である。安全弁１６が正常に作動した場合を○、安全弁１６が正常に作動しなかった場合を×と判定した。試験３の試験結果は、弁動作の試験結果である。

【0027】

先ず、従来例のガスケット部材は、平坦面２０上に低吸水層２１がない場合とする。この場合、従来のガスケット部材における水分透過の試験結果は×、吸水率は０．６０％、脆化の試験結果は△、弁作動の試験結果は〇である。

【0028】

実施例１のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＥＥＫ、低吸水層２１の厚みを０．５ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２０とする。この場合、実施例１のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．５０％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0029】

実施例２のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＩ、低吸水層２１の厚みを０．５ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２６とする。この場合、実施例２のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．４０％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0030】

比較例１のガスケット部材は、その平坦面に低吸水層を形成し、低吸水層の材質をＰＡＩ、低吸水層の厚みを０．１ｍｍ、低吸水層のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、比較例１のガスケット部材における水分透過の試験結果は×、吸水率は０．６０％、脆化の試験結果は△、弁作動の試験結果は〇である。

【0031】

比較例２のガスケット部材は、その平坦面に低吸水層を形成し、低吸水層の材質をＰＡＩ、低吸水層の厚みを０．２ｍｍ、低吸水層のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、比較例２のガスケット部材における水分透過の試験結果は△、吸水率は０．５５％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0032】

実施例４のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．３ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例４のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0033】

実施例５のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．４ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例５のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0034】

実施例３のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．５ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例３のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0035】

実施例６のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．６ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例６のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0036】

実施例７のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．７ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例７のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0037】

実施例８のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．８ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例８のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0038】

実施例９のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを０．９ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例９のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0039】

実施例１０のガスケット部材８は、その平坦面２０に低吸水層２１を形成し、低吸水層２１の材質をＰＡＩ、低吸水層２１の厚みを１．０ｍｍ、低吸水層２１のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、実施例１０のガスケット部材８における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、弁作動の試験結果は〇である。

【0040】

比較例３のガスケット部材は、その平坦面に低吸水層を形成し、低吸水層の材質をＰＡＩ、低吸水層の厚みを１．１ｍｍ、低吸水層のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、比較例３のガスケット部材における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、低吸水層の厚みが厚すぎるため、弁作動の試験結果は×である。

【0041】

比較例４のガスケット部材は、その平坦面に低吸水層を形成し、低吸水層の材質をＰＡＩ、低吸水層の厚みを１．２ｍｍ、低吸水層のロックウェル硬さをＲ１２７とする。この場合、比較例４のガスケット部材における水分透過の試験結果は〇、吸水率は０．３３％、脆化の試験結果は〇、低吸水層の厚みが厚すぎるため、弁作動の試験結果は×である。

【0042】

今回選定した樹脂では低吸水層２１を１．１ｍｍ以上に厚くした場合、平坦面２０での緩衝ができなくなり、安全弁１６が正常に作動しなくなった。しかしながら、低吸水層２１を例えば、０．３ｍｍ～１．０ｍｍの厚さに設定した場合、水分透過、脆化及び弁作動の何れの試験でも良好な検証結果が得られた。

【0043】

（ガスケット部材の製造工程）
ガスケット部材８の製造工程について工程順に説明する。
（１）電池缶３の内部に設けられた集電棒４を支持する円筒状の支持部１５と、電池缶３に支持される外周部１７と、支持部１５と外周部１７との間の支持部１５側に形成された環状の中間部１８と、中間部１８と外周部１７との間に形成され、外周部１７を中間部１８に対して弾性変形可能にする緩衝部１９とを有するガスケット部材８を６．１２ナイロンで形成する。
（２）ガスケット部材８の中間部１８の平坦面２０上に硬化樹脂で低吸水層２１を形成する。

【0044】

その結果、中間部１８の平坦面２０上に低吸水層２１を形成したガスケット部材８が製造されることになる。

【0045】

（筒型電池１の製造工程）
以上のように構成された筒型電池１の製造工程について、工程順に説明する。
（１）例えば、電解二酸化マンガン、黒鉛、バインダー、水酸化カリウム溶液を用いて、正極材料５としての正極合剤を作り、正極合剤をリング状に成型する。
（２）亜鉛合金粉、電解液等を用いて、負極材料６としてのゲル状の負極合剤を作る。
（３）電池缶３の内部に、リング状の正極合剤を収容する。
（４）電池缶３の端部にビーディング加工によってくびれ部３ｂを形成し、ガスケット部材８と電池缶３との接触面にシール剤を塗布する。
（５）電池缶３に収容した正極合剤の内側にセパレータ部材７を挿入する。
（６）セパレータ部材７に水酸化カリウム電解液を含浸させる。
（７）電池缶３に設けられたセパレータ部材７の内側に負極端子１２側の開口３ａからゲル状の負極合剤を注入する。
（８）ガスケット部材８、集電棒４、負極端子１２を組み付けた集電体を作る。
（９）集電体を電池缶３の開口３ａに組み付けて、電池缶３の開口３ａに対して集電体のガスケット部材８をガスケット部材８の直径方向である横方向から加締めることで、ガスケット部材８で開口３ａを封口する。

【0046】

（実施例の効果）
本実施例の筒型電池１では、環状の中間部１８の平坦面２０に形成された低吸水層２１を有するガスケット部材８で電池缶３の開口３ａを封口する。その結果、電池缶３の外部からの水分の透過を抑えることで電池缶３の内部への水分の透過を低減する。更に、水分透過による電池缶３の内圧上昇を低減しながら、ガスケット部材８の脆化による電池内部の液漏れの発生を抑制できる。

【符号の説明】

【0047】

１ 筒型電池
３ 電池缶
３ａ 開口
４ 集電棒
８ ガスケット部材
１５ 支持部
１６ 安全弁
１７ 外周部
１８ 中間部
１９ 緩衝部
２０ 平坦面
２１ 低吸水層

【図1】

【図2】

【図3】