特開 2023-86489 円筒形電池用封口体および当該封口体を含む円筒形電池

(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】P2023086489

(43)【公開日】2023-06-22

(54)【発明の名称】円筒形電池用封口体および当該封口体を含む円筒形電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/152 20210101AFI20230615BHJP

   H01M 50/167 20210101ALI20230615BHJP

   H01M 50/188 20210101ALI20230615BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20230615BHJP

   H01M 50/184 20210101ALI20230615BHJP

   H01M 10/28 20060101ALI20230615BHJP

【ＦＩ】

H01M50/152

H01M50/167

H01M50/188

H01M50/107

H01M50/184 D

H01M10/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201043

(22)【出願日】2021-12-10

(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】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】柴岡 浩行

【テーマコード（参考）】

5H011

5H028

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011CC06

5H011DD15

5H011FF03

5H011GG02

5H011KK01

5H028BB01

5H028BB04

5H028CC08

(57)【要約】

【課題】 外装缶に対しかしめられるとき、ガスケットから抜け落ちない円筒形電池用封口体を提供する。
【解決手段】 円筒形電池用封口体は、円形を有する導電性の平板状の本体を有する。本体は、外装缶の底部と対向するように構成された内表面と、内表面の反対側の外表面とを有する。外表面の周縁部は、封止される外装缶の軸に対して、内表面の周縁部よりも離れて位置する。ガスケットは、短軸の円筒形を有して、外装缶と封口体との間に配置される。ガスケットは、外装缶のかしめ前状態において、本体の外表面と当接する当接部を有する。当接部は、内周面に嵌合された本体のガスケットに対する移動を抑制する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性のガスケットに嵌合されて円筒形電池の有底外装缶の開口を封止する円筒形電池用封口体であって、
平らな円形を有する導電性の本体を有し、
前記本体は、前記外装缶の底部と対向するように構成された内表面と、前記内表面の反対側の外表面とを有し、前記外表面の周縁部は、前記本体の中心に対して、前記内表面の周縁部よりも離れて位置し、
前記ガスケットは、短軸の円筒形を有して、前記外装缶と前記本体との間に配置され、
前記ガスケットは、前記外装缶のかしめ前状態において、前記本体の外表面と当接する当接部を有し、前記当接部は、内周面に嵌合された前記本体の前記ガスケットに対する移動を抑制する、円筒形電池用封口体。

【請求項2】

前記ガスケットは、前記円筒形の内周面において、円周方向に延びる環状の溝を含み、
前記溝のうち、軸と直交する方向に延在する側壁部が前記本体の外表面の縁部と当接する、請求項１記載の円筒形電池用封口体。

【請求項3】

前記側壁部は、前記外表面の周縁部と帯状に当接する、請求項２記載の円筒形電池用封口体。

【請求項4】

前記本体は、前記外表面が底面となり、前記内表面が天面となる円錐台形状を有する、請求項１から３のいずれか一に記載の円筒形電池用封口体。

【請求項5】

円筒形からなり、軸方向の一端が開口する開口端部と、他端部が閉塞された底部とを含み、内部に電極群及び電解液を収容可能な外装缶と、
前記開口端部を封止する円形の板状の封口体と、
前記外装缶の開口端部において前記外装缶の内周面と前記封口体との間に配置される絶縁性の環状のガスケットと、
を備え、
前記封口体は、前記底部と対向する内表面と、前記内表面の反対側の外表面とを有し、
前記外表面の周縁部は、前記外装缶の軸に対して、前記内表面の周縁部よりも離れて位置し、
前記ガスケットは、前記外装缶のかしめ前状態において、前記封口体の外表面と当接する当接部を有し、前記当接部は、内周面に嵌合された前記封口体の前記ガスケットに対する移動を抑制する、円筒形電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円筒形電池用封口体および当該封口体を含む円筒形電池に関する。

【背景技術】

【0002】

代表的な電池として、円筒形二次電池があり、その中でもニッケル水素電池は、大容量で且つクリーンである等の理由によって、幅広い分野で利用されている。円筒形アルカリ二次電池では、円筒形の有底外装缶の開口端に、安全弁を備えた封口体を、絶縁性のガスケットを介して配置し、その後、外装缶をかしめて封口体にて開口端を閉塞する構成が一般的である。電池の製造工程では、封口体は、ガスケットに嵌合された後、ガスケットと共に電池缶開口端に配置される工程が主流となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００２－５０２０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

封口体は、外周面が円筒形に成形され、封口体が嵌合されるガスケットの内周面も同様に円筒面を有している。当該構成では、外装缶をかしめるときにガスケットが変形すると、封口体がガスケットより外れてしまうことがあり、電池の短絡や外観不良が発生することがあった。

【0005】

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、外装缶をかしめるときに、封口体のガスケットに対する移動を抑制する円筒形電池用封口体及び当該封口体を備える電池を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の態様に係る円形電池用封口体は、絶縁性のガスケットに嵌合されて円筒形電池の有底外装缶の開口を封止する円筒形電池用封口体であって、平らな円形を有する導電性の本体を有し、前記本体は、前記外装缶の底部と対向するように構成された内表面と、前記内表面の反対側の外表面とを有し、前記外表面の周縁部は、前記本体の中心に対して、前記内表面の周縁部よりも離れて位置し、前記ガスケットは、短軸の円筒形を有して、前記外装缶と前記本体との間に配置され、前記ガスケットは、前記外装缶のかしめ前状態において、前記本体の外表面と当接する当接部を有し、前記当接部は、内周面に嵌合された前記本体の前記ガスケットに対する移動を抑制する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、封口体は、外装缶へのかしめ前において、ガスケットの内周面に嵌合されると、ガスケットの当接部が封口体の外表面の周縁部に当接する。これにより、封口体のガスケットに対する移動が抑制されて、封口体とガスケットとが一体化される。従って、ガスケットに嵌合された封口体を外装缶の開口部内に配置して外装缶によりかしめるとき、ガスケットに力が作用しても、封口体のガスケットからの逸脱が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係る円筒形電池を示す縦断面図である。

【図2】ガスケットに封口体が嵌合され、かしめ前状態にある外装缶を示す模式図である。

【図3】ガスケットに嵌合される前の封口体とガスケットとを示す図である。

【図4】封口体がかしめられた状態の外装缶を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本実施の形態に係る封口体及び電池を、添付図面を参照しながら以下に説明する。
１．電池の構成
図１に、本発明に係る一実施形態の円筒形電池として、ニッケル水素二次電池１を示す。

【0010】

電池１は、例えば高さが５０．５ｍｍで外径が１４．５ｍｍのＡＡサイズの円筒形電池であり、一端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備える。外装缶１０は、ニッケルメッキ鋼板を多段プレスにより、一端が開口する開口端部１０Ａになると共に他端が閉塞された底部１０Ｂとなる有底円筒形状に成形される。また、外装缶１０の底壁の外面は、導電性を有した負極端子として機能する。

【0011】

外装缶１０内には、略円柱状の電極群１２がアルカリ電解液（図示せず）とともに収容されている。

【0012】

電極群１２は、それぞれ帯状の正極板１６、負極板１８及びセパレータ２０からなり、正極板１６と負極板１８との間にセパレータ２０が挟まれて渦巻状に巻回されている。負極板１８の一部分が、電極群１２の最外周部に位置する。負極板１８の最外周部が外装缶１０の周壁の内面と接触することで、負極板１８は、外装缶１０と電気的に接続される。

【0013】

正極板１６は、正極活物質が充填された帯状の電極である。一方、負極板１８は、水素吸蔵合金からなる帯状の電極である。また、セパレータ２０は、例えばポリオレフィン系繊維の不織布に親水基を付加したものからなり、アルカリ電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液又はこれらの混合溶液が用いられる。

【0014】

外装缶１０の開口端部１０Ａ近傍の正極板１６に、集電タブ２２の一端が電気的に接続され、集電タブ２２の他端は、導電性を有する円形の封口板２４に溶接されている。封口板２４は、中央にガス抜き孔２６を有し、封口板２４の外面上にはガス抜き孔２６を塞ぐようにゴム製の弁体２８が配置されている。なお、封口板２４は封口体または本体の一例である。更に、封口板２４の外面上には、弁体２８を覆うフランジ付き円筒形状の正極端子３０が固定され、正極端子３０は弁体２８を封口板２４に押圧している。

【0015】

ガス抜き孔２６は、通常、弁体２８によって気密に閉塞されている。一方、外装缶１０内でガスが異常に発生し、その内圧が高まった場合には弁体２８が圧縮されて、ガス抜き孔２６が外部と連通するので、ガスが外装缶１０から放出される。このように、封口板２４、弁体２８及び正極端子３０は、安全弁を形成する。

【0016】

封口板２４は、外装缶１０の開口端部１０Ａに位置し、封口板２４の外周面２４Ａと外装缶１０の内周面１０Ｃとの間には、絶縁性材料からなるガスケット３２が挟まれている。封口板２４及びガスケット３２は、開口端部１０Ａ側の外装缶１０の部分を、封口板２４に向けてかしめることによって、外装缶１０の開口端部１０Ａに固定され、開口端部１０Ａを閉塞する。ガスケット３２は、正極端子３０に接続される封口板２４と、負極端子（不図示）に接続される外装缶１０との短絡を防止するとともに、外装缶１０からの電解液の液漏れを防止する。

【0017】

２．外装缶、封口板及びガスケットの構造
外装缶１０は、一端が開口する中心軸Ｘ（以下、軸Ｘと称す）を有する内径Ｒ_０の有底円筒形であり、図２に示すように、内周面１０Ｃにおいて、開口端部１０Ａよりも僅かに底部１０Ｂ寄りの部分に、内周面１０Ｃから軸Ｘに向けて突出して内径を縮小させると共に円周方向に延びる封口板受部１０Ｄが形成されている。封口板受部１０Ｄは、外装缶１０の開口端部１０Ａから挿入された封口板２４が、外装缶内に配置される部分である。封口板受部１０Ｄは、内径Ｒ_１が、外装缶１０の内径Ｒ_０より小さく、且つ後述する封口板２４の直径よりも小さい。

【0018】

封口板２４は、図３に示すように、厚みＷの導電性の平板からなり、本実施の形態では、厚み方向が軸Ｘと平行になる円錐台形状を有する。封口板２４は、外装缶１０の開口端部１０Ａに封止されるときに外装缶１０の底部１０Ｂと対向する内表面２４Ｂと、内表面２４Ｂと厚み方向に対して反対側にある外表面２４Ｃとを有する。また、封口板２４は、内表面２４Ｂが円錐台形の天面となり、外表面２４Ｃが円錐台の底面となる。すなわち、外表面２４Ｃの周縁部２４Ｄは、軸Ｘに対して、内表面２４Ｂの周縁部２４Ｆよりも離れて位置する。

【0019】

封口板２４は、外装缶１０に挿入したときに、封口板受部１０Ｄに係止されるため、内表面２４Ｂの直径Ｒ_２は、封口板受部１０Ｄの内径Ｒ_１よりも大きい。従って、外表面２４Ｃの周縁部２４Ｄと内表面２４Ｂの周縁部２４Ｆとを接続する外周面２４Ａは、筒状であり、内表面２４Ｂ側に仮想頂点を有する円錐面を形成する。外周面２４Ａは、外表面２４Ｃと同じ半径を有する円板のＣ面取りによって形成しても良い。

【0020】

ガスケット３２は、絶縁性の短軸の有底円筒形からなり、封口板２４が嵌合された状態での外径Ｒ_４は、外装缶１０の内径Ｒ_０より僅かに小さい。ガスケット３２は、円筒面３２Ａと、外装缶１０の底部と対向して中心が開口する底面部３２Ｂとを有する。円筒面３２Ａは、その内周面３２Ｃに、円周方向に延びる環状の溝３２Ｄが形成される。溝３２Ｄは、図３に示すように、円筒面３２Ａの軸と直交する方向と平行に面が延在する側壁面３２Ｅと、側壁面３２Ｅの径方向において軸Ｘから最も離れた部位Ｐ１と底面部３２Ｂ内側の縁部Ｐ２とを繋ぐ傾斜面３２Ｆとから構成される。側壁面３２Ｅは、当接部の一例である。側壁面３２Ｅの外径は、封口板２４の外表面２４Ｃの直径Ｒ_３と同じＲ_３である。また、溝３２Ｄの軸方向の幅Ｗは、封口板２４の厚みＷと同じである。溝３２Ｄは、円筒面３２Ａの内周面３２Ｃを底面部３２Ｂの周縁部Ｐ２より径方向外方に向けてＣ面取りして形成することもできる。

【0021】

さらに、ガスケット３２は、内周面３２Ｃの、溝３２Ｄに対して底面部３２Ｂとは反対側に、軸Ｘに向けて緩やかに突出してガスケット３２の内径を短縮させ且つ円周方向に延びる内径部３２Ｇを有する。内径部３２Ｇは、封口板２４をガスケット３２に嵌合させる過程における暫定的なシート部を構成する。この内径部３２Ｇの内径Ｒ_５は、封口板２４の内表面の直径Ｒ_２より小さい。なお、他の実施の形態において、ガスケット内周面の内径部３２Ｇは、省略しても良い。

【0022】

３．外装缶の封止
電池１は、外装缶１０の開口端部１０Ａより内部に電極群１２を挿入した後、集電タブ２２の一端を正極板１６の所定部位に溶接し、アルカリ電解液を外装缶１０内に注入する。

【0023】

封口板２４は、図３に示すように、内表面２４Ｂがガスケット３２の底面部３２Ｂと接触するように、ガスケット３２の内周面３２Ｃによって画定される空間に嵌合される。より詳細には、封口板２４は、ガスケット３２の底面部３２Ｂに向けて押し込まれると、外周面２４Ａが内周面３２Ｃの内径部３２Ｇを乗り越える。さらに、溝３２Ｄに外周面２４Ａが係合し、その結果、封口板２４はガスケット３２の内周面３２Ｃに固定される。このとき、ガスケット３２の溝３２Ｄの側壁面３２Ｅに、封口板２４の外表面２４Ｃの周縁部２４Ｄ及び周縁部近傍が当接することにより、封口板２４は、ガスケット３２に固定されて一体化する。次に、集電タブ２２の一端がガスケット３２の底面部３２Ｂを介して封口板２４に接続される。その後、封口板２４は、外装缶１０内部に挿入され、図２に示すように、封口板受部１０Ｄに配置される。

【0024】

次に、封口板２４をかしめ固定するために、外装缶１０の開口端部１０Ａの縁部を、治具によって、ガスケット３２の円筒面３２Ａの開口端と共に軸Ｘ方向に向けて折曲する。外装缶１０をかしめるとき、封口板２４は、ガスケット３２に嵌合して固定されているので、ガスケット３２に変形が生じても、封口板２４の外周面２３Ａがガスケット３２の溝３２Ｄより外れない。図４に、外装缶１０をかしめて開口端部１０Ａを封口板２４で封止したあとの外装缶１０を示す。

【0025】

このように、外装缶１０をかしめるときに、封口板２４がガスケット３２から外れないので、封口板２４と外装缶１０との接触、すなわち電極の短絡を防止できる。また、封口板２４が外装缶１０に対し予定した箇所に固定されるので、電池１の外観不良の発生も防止できる。

【0026】

４．実施例
上記実施の形態の封口板及びガスケットを有するＡＡサイズの円筒形電池を実施例として１０，０００本製造し、比較例として従来構成の封口板の外周面が円筒面であると共に溝の無いガスケットを有する従来構成のＡＡサイズの円筒形電池を１０，０００本製造して、外装缶１０をかしめる時のガスケットからの封口板の外れの発生率を比較した。

【0027】

【表1】

【0028】

５．考察
表１から分かるように、実施例の電池では、封口板の外れは１０，０００本の製造では、全く発生しなかった。一方、比較例の電池では、封口板の外れは１０，０００本の製造では、２本の電池に封口板のガスケットからの外れや抜け落ちが発生し、その発生率は０．０２％であった。電池は電源として汎用されている現状を考慮すると、実社会では、相当数の不良品の発生につながる。このように、ガスケットに封口板の外周面を係合させて固定することで、より高品質な電池の製造が可能になる。

【符号の説明】

【0029】

１ 電池
１０ 外装缶
１０Ｂ 底部
１０Ａ 開口端部
２４ 本体（封口体）
２４Ｂ 内表面
２４Ｃ 外表面
３２ ガスケット
３２Ｅ 側壁面
３２Ｃ 内周面
Ｘ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】