特開 2023-119679 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】P2023119679

(43)【公開日】2023-08-29

(54)【発明の名称】筒型電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/184 20210101AFI20230822BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20230822BHJP

【ＦＩ】

H01M50/184 D

H01M50/342 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022662

(22)【出願日】2022-02-17

(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】川脇 誠子

(72)【発明者】

【氏名】國谷 繁之

【テーマコード（参考）】

5H011

5H012

【Ｆターム（参考）】

5H011AA13

5H011BB03

5H011GG02

5H012AA01

5H012BB04

5H012DD03

5H012DD17

(57)【要約】

【課題】ゲルつまりを生じにくくする。
【解決手段】実施形態の筒型電池は、筒型の電池缶と、電池缶の開口を封口するガスケット部材と、を有する。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、支持部の周囲に形成された環状の圧力開放弁と、圧力開放弁と外周部との間に形成された環状の中間部と、中間部において外周部に向けて放射状に形成された複数の溝とを有する。この複数の溝は、少なくとも２種類の形状の異なる溝を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒型の電池缶と、
前記電池缶の開口を封口するガスケット部材と、を有し、
前記ガスケット部材は、
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、
前記支持部の周囲に形成された環状の圧力開放弁と、
前記圧力開放弁と前記外周部との間に形成された環状の中間部と、
前記中間部において前記外周部に向けて放射状に形成された複数の溝と、を有し、
前記複数の溝は、少なくとも２種類の形状の異なる溝を有する、
ことを特徴とする筒型電池。

【請求項2】

前記複数の溝は、断面において角のある溝と、角のない溝とを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型電池。

【請求項3】

前記複数の溝の総数に対して、前記形状の異なる溝の数に偏りがある、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筒型電池。

【請求項4】

前記複数の溝は前記中間部において等間隔に形成されており、前記形状の異なる溝の分布に偏りがある、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の筒型電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、筒型電池に関する。

【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】

このガスケット部材は、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の間に、支持部の外周に沿って形成された環状の圧力開放弁を有している。この圧力開放弁は、電池缶内の内部ガスによる内圧上昇時に圧力を開放するため、内圧で破断される肉薄部分である。

【0004】

この圧力開放弁の動作時には、ガスケット部材が端子外周部にあたることで圧力開放弁より放出されたガス・ゲル（以下、ゲル）が抜ける経路を塞ぎ、ゲルつまりを起こす場合がある。このようなゲルつまりを抑止する従来技術としては、圧力開放弁の動作時にゲルが抜ける経路を確保するため、圧力開放弁と外周部との中間部に溝を設けるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－２１７５３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

内圧により圧力開放弁が均一に破断されると、ガスケット部材が環状に均一に変形してゲルが抜ける経路を広く塞ぐ場合がある。このような場合、上記の従来技術における溝だけではゲルが抜ける隙間が十分に確保されないという問題がある。

【0007】

開示の技術では、ゲルつまりが生じにくい筒型電池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】

本願の開示する筒型電池の一態様は、筒型の電池缶と、電池缶の開口を封口するガスケット部材と、を有する。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、支持部の周囲に形成された環状の圧力開放弁と、圧力開放弁と外周部との間に形成された環状の中間部と、中間部において外周部に向けて放射状に形成された複数の溝とを有する。この複数の溝は、少なくとも２種類の形状の異なる溝を有する。

【発明の効果】

【0009】

本願の開示する筒型電池の一態様によれば、ゲルつまりが生じにくくなる。

【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。

【図4】図４は、加締め前のガスケット部材の上面図である。

【図5A】図５Ａは、Ｖ字溝の一例を示す説明図である。

【図5B】図５Ｂは、Ｕ字溝の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本願の開示する筒型電池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、本願の開示する筒型電池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４は、加締め前のガスケット部材８の上面図である。

【0016】

図２～図４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圧力開放弁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、圧力開放弁１６と外周部１７との間の圧力開放弁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。

【0017】

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。圧力開放弁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。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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。また、電池缶３の内部ガスの圧力で圧力開放弁１６が破断された場合（弁作動時）には、緩衝部１９および中間部１８が弾性変形する。つまり、ガスケット部材８は、圧力開放弁１６の作動時に電池缶３の開口３ａの封口後に直径方向に撓むことになる。

【0021】

中間部１８の負極端子１２側の上面には、外周部１７に向けて放射状に複数の溝２１が形成されている。この複数の溝２１は、圧力開放弁１６の作動時に中間部１８が撓み、中間部１８と負極端子１２とが接触する場合におけるゲルの流出経路となる。

【0022】

また、中間部１８に形成された複数の溝２１は、少なくとも２種類の形状の異なる溝を有する。具体的には、図４に示すように、中間部１８の上面には、周方向に等間隔にＶ字溝２１ａと、Ｕ字溝２１ｂの２種類の溝２１が形成されている。

【0023】

このように、中間部１８の上面において種類の異なる溝が形成されることで、同一の溝が形成されている場合と比較して、圧力開放弁１６の作動時にガスケット部材８の中間部１８に生じる応力が不均一なものとなる。したがって、筒型電池１では、圧力開放弁１６の作動時におけるガスケット部材８の弾性変形にばらつきが生じて不均一な弁動作を誘発し、ゲルが抜ける経路が広く塞がれることを抑止でき、ゲルつまりが生じにくくなる。

【0024】

図５Ａは、Ｖ字溝２１ａの一例を示す説明図である。図５Ａに示すように、Ｖ字溝２１ａは、断面において角のある溝である。図５Ｂは、Ｕ字溝２１ｂの一例を示す説明図である。図５Ｂに示すように、Ｕ字溝２１ｂは、断面において角のない溝である。このように、中間部１８の上面には、断面において角のある溝と、角のない溝の２種類の溝が形成されている。

【0025】

角のあるＶ字溝２１ａでは中間部１８に生じる応力が角に集中し、角のないＵ字溝２１ｂでは応力が集中しない。このように、角のあるＶ字溝２１ａと、角のないＵ字溝２１ｂとを組み合わせて形成することで、圧力開放弁１６の作動時にガスケット部材８の中間部１８に生じる応力がより不均一になる。したがって、圧力開放弁１６の作動時にゲルが抜ける経路が広く塞がれることをより効果的に抑止できる。

【0026】

また、図４に示すように、中間部１８の上面には、周方向において、時計回りに３つのＵ字溝２１ｂと、１つのＶ字溝２１ａとが形成されている。このように、ガスケット部材８では、総数が４の溝２１の中で、形状の異なる溝の数に偏りをもたせることで、圧力開放弁１６の作動時に生じる応力を偏りがない場合と比較してより不均一なものとすることができる。

【0027】

また、Ｕ字溝２１ｂと、Ｖ字溝２１ａとを同数（例えば２つずつ）形成する場合には、中間部１８の周方向において、時計回りに２つのＵ字溝２１ｂを形成し、続いて２つのＶ字溝２１ａを形成するなどして、形状の異なる溝の分布に偏りをもたせることが好ましい。このように、形状の異なる溝の分布に偏りをもたせることで、ガスケット部材８では、圧力開放弁１６の作動時に生じる応力を偏りがない場合と比較してより不均一なものとすることができる。

【0028】

なお、本実施例において、複数の溝２１はＶ字溝２１ａと、Ｕ字溝２１ｂの２種類としているが、溝の種類はこの２種類に限定しない。例えば、断面を矩形状とする溝を含む３種類の溝を形成してもよい。また、角のある溝の一例としてＶ字溝２１ａを例示し、角のない溝の一例としてＵ字溝２１ｂを例示しているが、角のある溝または角のない溝は上記の例に限定しない。例えば、角のある溝は、断面を矩形状とする溝であってもよい。また、角のない溝は、断面を半円状とする溝であってもよい。また、溝２１の数も、総数を４に限定するものではなく、周方向に等間隔に５つまたは６つの溝２１を形成してもよい。

【0029】

発明者は、ＬＲ６（単３型）の乾電池で溝構成を変えてＪＩＳ Ｃ ８５１４に基づく誤使用充電試験を行い、圧力開放弁１６の弁作動を検証した。（表１）は、試験結果を表にまとめたものである。各溝構成について、１０回試験し、
ゲルつまりが１回も生じなかった場合は判定を○、ゲルつまりが１回でも生じた場合は判定を×とした。

【0030】

【表1】

【0031】

（比較例１）
比較例１は、中間部１８の上面に溝２１を形成しないケースである。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが９回生じた。

【0032】

（比較例２）
比較例２は、中間部１８の上面において、周方向に等間隔に４つのＶ字溝２１ａを形成したケースである。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが２回生じた。

【0033】

（比較例３）
比較例３は、中間部１８の上面において、周方向に等間隔に４つのＵ字溝２１ｂを形成したケースである。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが４回生じた。

【0034】

（実施例１）
実施例１は、中間部１８の上面において、周方向に等間隔に１つのＶ字溝２１ａを形成した後に、続いて３つのＵ字溝２１ｂを形成したケースである（図４参照）。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが生じなかった。

【0035】

（実施例２）
実施例２は、中間部１８の上面において、周方向に等間隔に２つのＶ字溝２１ａを形成した後に、続いて２つのＵ字溝２１ｂを形成したケースである。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが生じなかった。

【0036】

（実施例３）
実施例３は、中間部１８の上面において、周方向に等間隔に３つのＶ字溝２１ａを形成した後に、続いて１つのＵ字溝２１ｂを形成したケースである。このケースでは、１０回の誤使用充電試験においてゲルつまりが生じなかった。

【0037】

比較例１～３と、実施例１～３とを比べて明らかなように、形状の異なる溝を組み合わせるケース（実施例１～３）では、ゲルつまりが生じなかった。また、Ｕ字溝２１ｂのみのケース（比較例３）では、応力の集中点がないことに加え、同形状の溝が等間隔に形成されているので応力が不均一になりづらく、Ｖ字溝２１ａのみのケース（比較例２）に比べてゲルつまりが多く生じた。

【0038】

以上のように、筒型電池１は、筒型の電池缶３と、電池缶３の開口３ａを封口するガスケット部材８とを有する。ガスケット部材８は、電池缶３の内部に設けられた集電棒４を支持する筒状の支持部１５と、電池缶３に支持される外周部１７と、支持部１５の周囲に形成された環状の圧力開放弁１６と、圧力開放弁１６と外周部１７との間に形成された環状の中間部１８と、中間部１８において外周部１７に向けて放射状に形成された複数の溝２１とを有する。複数の溝２１は、少なくとも２種類の形状の異なる溝（例えばＶ字溝２１ａ、Ｕ字溝２１ｂ）を有する。

【0039】

このように、中間部１８において形成された少なくとも２種類の形状の異なる溝により、筒型電池１では、圧力開放弁１６の作動時において、ガスケット部材８にかかる応力が不均一になり、ガスケット部材８の変形にばらつきが生じる。したがって、筒型電池１では、圧力開放弁１６の作動時において、ゲルが抜ける経路が広く塞がれることを抑止でき、ゲルつまりが生じにくくなる。

【0040】

また、複数の溝２１は、断面において角のある溝（例えばＶ字溝２１ａ）と、角のない溝（例えばＵ字溝２１ｂ）とを有する。このように角のある溝と、角のない溝とを組み合わせることで、圧力開放弁１６の作動時において、角のない溝に対して角のある溝に応力がより集中することとなる。このため、筒型電池１では、ガスケット部材８の変形にばらつきが生じやすくなり、ゲルつまりがより生じにくくなる。

【0041】

また、複数の溝２１の総数に対して、形状の異なる溝の数に偏りがある。このように形状の異なる溝の数に偏りがあることで、圧力開放弁１６の作動時において、ガスケット部材８にかかる応力が不均一になる。このため、筒型電池１では、ガスケット部材８の変形にばらつきが生じやすくなり、ゲルつまりがより生じにくくなる。

【0042】

また、複数の溝２１は中間部１８において等間隔に形成されており、形状の異なる溝の分布に偏りがある。このように形状の異なる溝の分布に偏りがあることで、圧力開放弁１６の作動時において、ガスケット部材８にかかる応力が不均一になる。このため、筒型電池１では、ガスケット部材８の変形にばらつきが生じやすくなり、ゲルつまりがより生じにくくなる。

【符号の説明】

【0043】

１…筒型電池
３…電池缶
３ａ…開口
３ｂ…くびれ部
４…集電棒
５…正極材料
６…負極材料
７…セパレータ部材
８…ガスケット部材
１１…正極端子
１２…負極端子
１５…支持部
１５ａ…支持穴
１６…圧力開放弁
１７…外周部
１８…中間部
１９…緩衝部
１９ａ…底部
２０…平坦面
２１…溝
２１ａ…Ｖ字溝
２１ｂ…Ｕ字溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】