特開 2024-123591 ガスケットおよび電池

(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】P2024123591

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】ガスケットおよび電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/184 20210101AFI20240905BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20240905BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240905BHJP

   H01M 50/152 20210101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01M50/184 D

H01M50/107

H01M50/342 101

H01M50/152

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031145

(22)【出願日】2023-03-01

(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】板垣 翔平

【テーマコード（参考）】

5H011

5H012

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011CC06

5H011GG02

5H011HH02

5H011KK01

5H012AA01

5H012BB04

5H012DD05

5H012FF01

(57)【要約】

【課題】作動圧力にばらつきが生じにくいガスケットを提供すること。
【解決手段】実施形態のガスケット１４は、筒状の支持部３１と、支持部３１の外周に沿って形成された環状の弁部３２と、弁部３２の外周に形成されて弁部３２よりも厚く形成された環状の中間部３３と、中間部３３の一方の面を第１の面３３ａとし、中間部３３の他方の面を第２の面３３ｂとした場合に、中間部３３の外周に形成されて第１の面３３ａ側に突出する外周部３４と、を備える。中間部３３には、第１の面３３ａに環状の第１の溝３５が形成され、第２の面３３ｂに環状の第２の溝３６が形成されており、第１の溝３５の幅と第２の溝３６の幅が異なる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の支持部と、
前記支持部の外周に沿って形成された環状の弁部と、
前記弁部の外周に形成されて前記弁部よりも厚く形成された環状の中間部と、
前記中間部の一方の面を第１の面とし、前記中間部の他方の面を第２の面とした場合に、前記中間部の外周に形成されて前記第１の面側に突出する外周部と、を備え、
前記中間部には、前記第１の面に環状の第１の溝が形成され、前記第２の面に環状の第２の溝が形成されており、
前記第１の溝の幅と前記第２の溝の幅が異なるガスケット。

【請求項2】

前記第１の溝の幅のほうが前記第２の溝の幅よりも広い請求項１に記載のガスケット。

【請求項3】

前記第２の溝の幅のほうが前記第１の溝の幅よりも広い請求項１に記載のガスケット。

【請求項4】

前記第１の溝が前記第２の溝よりも内周側に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のガスケット。

【請求項5】

前記第２の溝が前記第１の溝よりも内周側に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のガスケット。

【請求項6】

一端に開口が設けられた筒状の正極缶と、
前記開口を封止する請求項１に記載のガスケットと、
前記正極缶の内部に設けられて前記支持部に支持される集電棒と、を備える電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ガスケットおよび電池に関する。

【背景技術】

【0002】

負極端子板と正極缶との間を封止するガスケットが設けられたアルカリ乾電池が知られている。このような電池では、何らかの事情で電池の内部の圧力が高まり、電池が破裂してしまうおそれがある。例えば、特許文献１には、電池の内部の圧力が高まったときに破断する弁部をガスケットに設けて、破断箇所から内部の圧力を逃がすことで、電池の破裂を未然に防止する技術が開示されている。なお、以下の説明において、弁部が破断するときの電池の内部の圧力を、単に作動圧力とも称する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１１９８２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

弁部は、電池の内部の圧力が高まったときに破断しやすいように、ガスケットの他の部位に比べて薄く形成されている。一般的にガスケットは樹脂製である。樹脂成型では、薄く形成された部位の厚さにばらつきが生じやすい。弁部の厚さは、規定の作動圧力で破断するように設計されているが、弁部の厚さにばらつきが生じると、ガスケットごとに作動圧力が異なってしまう。

【0005】

開示の技術では、作動圧力にばらつきが生じにくいガスケット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】

【0006】

本開示の一態様によるガスケットは、筒状の支持部と、支持部の外周に沿って形成された環状の弁部と、弁部の外周に形成されて弁部よりも厚く形成された環状の中間部と、中間部の一方の面を第１の面とし、中間部の他方の面を第２の面とした場合に、中間部の外周に形成されて第１の面側に突出する外周部と、を備える。中間部には、第１の面に環状の第１の溝が形成され、第２の面に環状の第２の溝が形成されており、第１の溝の幅と第２の溝の幅が異なる。

【発明の効果】

【0007】

本願の開示するガスケットの一態様によれば、作動圧力にばらつきが生じにくいガスケットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態１の電池の断面図である。

【図2】図２は、図１に示したガスケットの断面図である。

【図3】図３は、図１に示したガスケットを正極缶の外側から見た平面図である。

【図4】図４は、図１に示したＡ部分を拡大した部分拡大断面図である。

【図5】図５は、従来例のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。

【図6】図６は、実施例２のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。

【図7】図７は、実施例３のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。

【図8】図８は、実施例１～３のガスケットと従来例のガスケットとを比較した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本願の開示するガスケットおよび電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によって、本願の開示する電池が限定されるものではない。

【0010】

（実施の形態１）
＜電池の構成＞
図１は、実施の形態１の電池の断面図である。電池１は、アルカリ乾電池である。電池１は、電池ケース２と正極３と負極５と集電棒６とセパレータ７とを備えている。

【0011】

電池ケース２は、正極缶（正極缶）１１と負極端子板１２とガスケット１４とを備えている。正極缶１１は、金属に例示される導体から形成されている。正極缶１１は、有底円筒形に形成され、側面部分１５と底面部分１６とを備えている。側面部分１５は、筒形に形成されている。底面部分１６は、概ね円板状に形成され、側面部分１５の一端側の開口を塞ぐ。底面部分１６は、側面部分１５と一体に形成されている。

【0012】

底面部分１６の中央には、正極端子部分１７が形成されている。正極端子部分１７は、正極缶１１の内側から外側に向かって突出するように形成されている。正極缶１１には、開口部１８が形成されている。開口部１８は、側面部分１５のうちの底面部分１６に塞がれていない他端側に形成されている。正極缶１１の内部は、開口部１８を介して正極缶１１の外部に繋がっている。

【0013】

負極端子板１２は、金属に例示される導体から形成され、概ね円板状に形成されている。負極端子板１２は、正極缶１１の開口部１８を塞いでいる。電池ケース２の内部には、負極端子板１２が開口部１８を塞ぐことにより、正極缶１１と負極端子板１２とに囲まれる内部空間１９が形成されている。なお、後に詳説するが、正極缶１１と負極端子板１２との隙間はガスケット１４の一部（外周部）によって塞がれており、内部空間１９は密閉された空間となっている。

【0014】

正極３は、二酸化マンガンＭｎＯ_２と黒鉛Ｃと水酸化カリウム水溶液とバインダーとを含んでいる。バインダーは、たとえば、高分子化合物を含有し、二酸化マンガンＭｎＯ_２と黒鉛Ｃとから形成される粉体を互いに接着させて固形物に形成する。正極３は、管状に形成され、正極３の外側の面が正極缶１１の側面部分１５の内側の面に対向するように、電池ケース２の内部空間１９に配置されている。正極３は、二酸化マンガンＭｎＯ_２と黒鉛Ｃとが正極缶１１に電気的に接続されるように、正極缶１１に密着している。

【0015】

負極５は、亜鉛粉と水酸化カリウム水溶液とゲル化剤とを含有し、ゲル状に形成されている。負極５は、電池ケース２の内部空間１９のうちの正極３の内側に配置されている。なお、負極作用物質に含まれる亜鉛粉は、亜鉛を含有する亜鉛合金から形成される亜鉛合金粉に置換されてもよい。

【0016】

集電棒６は、導体から形成され、棒状に形成されている。集電棒６は、円筒形である側面部分１５の中心軸に沿うように内部空間１９に配置されている。集電棒６は、負極５に埋め込まれ、負極５に電気的に接続されている。集電棒６の一端は、集電棒６が負極端子板１２に電気的に接続されるように、負極端子板１２に接合されている。集電棒６は、負極端子板１２に固定されている。

【0017】

セパレータ７は、ビニロンやパルプ等に例示される絶縁体から形成されている。セパレータ７は、有底中空円筒形に形成され、側面部分２１と底面部分２２とを備えている。側面部分２１は、筒状に形成されている。底面部分２２は、円いシート状に形成され、側面部分２１の一端側の開口を塞ぐ。底面部分２２は、側面部分２１と底面部分２２との間に隙間が形成されないように、側面部分２１に繋がっている。側面部分２１のうちの底面部分２２に隣接する端の反対側のセパレータ開口端２３には、セパレータ７の内部と外部とを連通させる開口部が形成されている。側面部分２１は、内部空間１９のうちの正極３と負極５との間に配置され、正極３と負極５とを隔てている。底面部分２２は、内部空間１９のうちの負極５と正極缶１１の底面部分１６との間に配置され、正極缶１１の底部と負極５とを隔てている。負極５は、側面部分２１が正極３と負極５とを隔てていることにより、正極３から電気的に絶縁され、底面部分２２が負極５と正極缶１１とを隔てていることにより、正極缶１１から電気的に絶縁されている。

【0018】

電池１は、電解液をさらに備えている。電解液は、水酸化カリウムＫＯＨを含有する水溶液から形成されている。電解液は、正極３と負極５とが電解液に浸漬されるように、内部空間１９に配置され、正極３と負極５とセパレータ７とに染み込んでいる。

【0019】

＜実施例１のガスケット＞
図２は、図１に示したガスケットの断面図である。図３は、図１に示したガスケットを正極缶の外側から見た平面図である。図１から図３では、実施例１のガスケット１４が示されている。ガスケット１４は、ナイロンに例示される絶縁体から形成されている。ガスケット１４は、支持部３１と、弁部３２と、中間部３３と、外周部３４とを備える。

【0020】

支持部３１は、軸３０を中心とする筒状の形状に形成されている。支持部３１には、軸３０に沿って延びる貫通穴３７が形成されている。図１に示すように、貫通穴３７には集電棒６が貫通する。貫通穴３７は、集電棒６によって塞がれる。集電棒６は、貫通穴３７に貫通されることで支持部３１に支持されている。

【0021】

弁部３２は、支持部３１の外周に沿って形成されており、軸３０を中心とする環状に形成されている。弁部３２は、ガスケット１４の他の部位に比べて薄く形成されている。弁部３２は、薄く形成されていることで、電池ケース２の内部の圧力が上昇したときに破断して、電池ケース２の破裂を防止する安全弁としての機能を発揮する。

【0022】

中間部３３は、弁部３２の外周に形成されて、環状の形状に形成されている。上述した通り、中間部３３は弁部３２よりも厚く形成されている。中間部３３の一方の面を第１の面３３ａとし、他方の面を第２の面３３ｂとする。第１の面３３ａは、軸３０に沿って一方を向く面とも換言できる。第２の面３３ｂは、軸３０に沿って他方を向く面とも換言できる。中間部３３の第１の面３３ａには環状の第１の溝３５が形成されている。中間部３３の第２の面３３ｂには環状の第２の溝３６が形成されている。

【0023】

図４は、図１に示したＡ部分を拡大した部分拡大断面図である。図４に示したように、第１の溝３５の幅Ｗ１と第２の溝３６の幅Ｗ２とが異なっている。より具体的には、第１の溝３５の幅Ｗ１のほうが第２の溝３６の幅Ｗ２よりも広くなっている。ここで、第１の溝３５の幅Ｗ１は、図４に示すように、第１の溝３５の両側における第１の溝３５と第１の面３３ａとの交点ｐ１，ｐ２同士の距離である。第２の溝３６の幅Ｗ２は、図４に示すように、第２の溝３６の両側における第２の溝３６と第２の面３３ｂとの交点ｐ３，ｐ４同士の距離である。

【0024】

なお、例えば第２の溝３６の両側で中間部３３の厚さが異なる場合には、第２の面３３ｂを仮想的に延長させた仮想面と第２の溝３６との交点である仮想交点ｐ５を規定し、交点ｐ３と仮想交点ｐ５との距離を幅Ｗ２としてもよい。これは、第１の溝３５の両側で中間部３３の厚さが異なる場合も同様である。

【0025】

また、第１の溝３５の幅Ｗ１と第２の溝３６の幅Ｗ２とが異なっているとは、第１の溝３５の底部の曲率Ｒ１と、第２の溝３６の底部の曲率Ｒ２とが異なっていると定義されてもよい。この場合、第２の溝３６の幅Ｗ２よりも第１の溝３５の幅Ｗ１のほうが広い、とは、第２の溝３６の底部の曲率Ｒ２よりも、第１の溝３５の底部の曲率Ｒ１のほうが大きいことを意味する。

【0026】

また、第１の溝３５のほうが第２の溝３６よりも内周側に形成されている。これは、第１の溝３５のほうが第２の溝３６よりも軸３０に近い位置に形成されていると換言できる。

【0027】

外周部３４は、中間部３３の外周に形成されて、環状の形状に形成されている。外周部３４は、中間部３３の外周縁から第１の面３３ａ側に突出するように形成されている。外周部３４は、負極端子板１２の外周縁と正極缶１１の開口部分との間に挟み込まれる部位である。ガスケット１４の一部である外周部３４によって正極缶１１と負極端子板１２との隙間が塞がれる。また、ガスケット１４の支持部３１に形成された貫通穴３７が集電棒６によって塞がれている。これにより、電池１の内部空間１９が密閉された空間となる。

【0028】

＜従来例のガスケット＞
次に、従来例のガスケットについて説明する。図５は、従来例のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。電池１０１に設けられた従来例のガスケット１１４は、実施の形態１と同様に、支持部１３１と弁部１３２と中間部１３３と外周部１３４とを備える。また、中間部１３３の第１の面１３３ａには第１の溝１３５が形成され、第２の面１３３ｂには第２の溝１３６が形成されている。

【0029】

一方、従来例では第１の溝１３５と第２の溝１３６とが同じ幅で形成されている点で実施の形態と異なっている。

【0030】

＜実施例２のガスケット＞
次に、実施例２のガスケットについて説明する。なお、実施例２のガスケットの説明において、実施例１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図６は、実施例２のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。実施例２のガスケット１４では、第２の溝３６のほうが第１の溝３５よりも内側に形成されている。これは、第２の溝３６のほうが第１の溝３５よりも軸３０に近い位置に形成されていると換言できる。すなわち、実施例２のガスケット１４では、実施例１とは第１の溝３５が形成された位置と第２の溝３６が形成された位置とが入れ替わっている。

【0031】

実施例２のガスケット１４では、内側に形成された第２の溝３６の幅Ｗ２のほうが第１の溝３５の幅Ｗ１よりも広くなっている。すなわち、実施例２のガスケット１４では、実施例１と同様に、内側に形成された溝のほうが幅が広くなっている。

【0032】

＜実施例３のガスケット＞
次に、実施例３のガスケットについて説明する。なお、実施例３のガスケットの説明において、実施例１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図７は、実施例３のガスケットが設けられた電池の部分拡大断面図であり、図４に相当する図である。実施例３のガスケット１４では、第２の溝３６のほうが第１の溝３５よりも内側に形成されている。すなわち、実施例３のガスケット１４では、実施例１とは第１の溝３５が形成された位置と第２の溝３６が形成された位置とが入れ替わっている。

【0033】

実施例３のガスケット１４では、外側に設けられた第１の溝３５の幅Ｗ１のほうが第２の溝３６の幅Ｗ２よりも広くなっている。すなわち、実施例３のガスケット１４では、実施例１とは異なり、外側に形成された溝のほうが幅が広くなっている。

【0034】

＜実施例１～３のガスケットと従来例のガスケットとの比較および効果＞
図８は、実施例１～３のガスケットと従来例のガスケットとを比較した図である。図８では、電池ケース２の内圧が上昇したときに実施例１～３のガスケットと従来例のガスケットに形成された弁部３２，１３２に加わる負荷をシミュレーションした結果が示されている。電池ケース２の内圧が上昇したときのシミュレーションは、電池１，１０１におけるガスケット１４，１１４以外の条件、例えば正極缶１１の形状等を揃えた状態で行っている。また、電池ケース２の内圧も等しい条件でシミュレーションを行っている。

【0035】

また、図８では、溝３５，３６，１３５，１３６の形成された位置が示されている。また、図８では、内側に形成された溝と外側に形成された溝のどちらの溝の幅が広いか示されている。また、図８では、弁部３２，１３２で最も大きな負荷が加わる位置が示されている。

【0036】

図８に示すように、実施例１～３の弁部３２では、負荷が最も加わる位置が異なるものの、いずれも従来例の弁部１３２よりも大きな負荷が加わっている。すなわち、実施例１～３のように、第１の溝３５の幅と第２の溝３６の幅とを異ならせることで、従来例の弁部１３２よりも大きな負荷が弁部３２に加わるようにすることができる。

【0037】

シミュレーションでは、電池１，１０１の内圧は等しくなっている。すなわち、電池１，１０１の内圧が上昇したときに、同じ内圧であったとしても実施例１～３のガスケット１４に設けられた弁部には大きな負荷が加わることが示されている。

【0038】

電池１，１０１では、電池ケース２の破裂を防ぐために、予め設定した内圧で弁部３２，１３２が破断するように弁部３２，１３２の厚さが設計される。ここで、同じ内圧であっても、実施例１～３における弁部３２には従来例における弁部１３２よりも大きな負荷が加わるため、従来例における弁部１３２よりも実施例１～３における弁部３２を厚く設計することができる。

【0039】

弁部３２が厚くなれば、樹脂成形による厚さのばらつきが生じにくくなる。したがって、実施例１～３のガスケット１４が設けられた電池１、すなわち実施の形態１の電池１は、厚さのばらつきに起因する弁部３２の作動圧のばらつきを生じにくくすることができる。また、実施例１～３に示すように内周側に形成される溝を第１の溝３５とするか第２の溝３６とするかによっても弁部３２に加わる負荷を調節することが可能となる。したがって、弁部３２に厚さだけによらず、第１の溝３５および第２の溝３６の幅や位置によって作動圧を調節することが可能となる。

【符号の説明】

【0040】

１，１０１ 電池
２ 電池ケース
３ 正極
５ 負極
６ 集電棒
７ セパレータ
１１ 正極缶（正極缶）
１２ 負極端子板
１４，１１４ ガスケット
１７ 正極端子部分
１８ 開口部
１９ 内部空間
３０ 軸
３１，１３１ 支持部
３２，１３２ 弁部
３３，１３３ 中間部
３３ａ，１３３ａ 第１の面
３３ｂ，１３３ｂ 第２の面
３４，１３４ 外周部
３５，１３５ 第１の溝
３６，１３６ 第２の溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】