(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を備えた円筒状外装缶と、この開口部を封口する封口板と端子キャップとからなる封口体とを備えるとともに、前記封口板に設けられた弁孔を塞ぐ弾性を有する弁部材と、前記端子キャップに係止されて前記弁部材に付勢力を付与する押圧部材とを備えた密閉型アルカリ蓄電池であって、
前記弁部材は弾性体と鋼板とのラミネート材により構成されて、前記弾性体が前記弁孔を塞ぐように配置されるとともに、前記鋼板が前記押圧部材により押圧されるように配置されており、
前記弾性体はエチレン−プロピレン三量体（ＥＰＤＭ）により形成されており、
前記押圧部材が前記弁部材に付与する付勢力を前記弁部材と前記封口板との接触面で１．５９〜３．５９ＭＰａにするとともに、
前記弾性体の厚みを０．３５〜０．５０ｍｍにしたことを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記押圧部材はコイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型アルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安全弁機構を備えた密閉型アルカリ蓄電池に係り、特に、安全弁機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などの密閉型蓄電池においては、電池を過充電したり過放電した場合には、電池内部で酸素ガスや水素ガスが異常発生することがある。このためこの種の電池では、ガスの異常発生により電池内圧が所定圧を超えたときガスを電池外に放出させ、ガス放出によって電池内圧が所定圧よりも低下したときには、再び電池内が密閉化される復帰式の安全弁機構が組み込まれている。
【０００３】
このような復帰式の安全弁機構は、封口板に設けられた弁孔を塞く弁部材と、この弁部材を所定の押圧力で付勢するスプリングなどの押圧部材から構成され、電池内が所定圧に達すると弁部材が作動するように押圧部材の押圧力を調整している。これにより、電池内圧が定常状態のときには、弁部材は不作動で弁孔を塞いで電池内を密閉し、電池内圧が所定圧を超えた場合には、弁部材は作動して弁部材と弁孔との間に隙間を形成して発生ガスを電池外に排出するような構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池内が所定圧を越えた場合に弁部材が作動するように押圧部材の押圧力を調整していても、押圧部材の劣化などにより押圧力が低下して、電池内が所定圧に達する前に弁部材が作動したり、あるいは弁部材の劣化などにより弁部材が弁孔に固着して、電池内圧が所定圧に達しても弁部材が作動しなかったりすることがある。
【０００５】
ここで、弁部材を所定の押圧力で付勢するスプリングなどの押圧部材の押圧力が低すぎると、弁部材と弁孔との間の密着力が不足して、電池内が所定圧に達する前に（電池内圧が所定圧以下であっても）弁部材が作動して、電内に充填された電解液が弁孔から漏れるという問題を生じる。また、弁部材が弁孔に固着していると、電池内が所定圧に達しても（電池内圧が所定圧以上になっても）弁部材が作動しなくて、発生したガスを電池外に放出することができなくなって、電内圧が異常に上昇して外装缶の底部あるいは封口板が外方に突出するという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、押圧部材が所定の圧力で弁部材を押圧できるような安全弁機構として、電池内が所定圧よりも低い場合は弁部材が作動しないようにし、所定圧に達したら弁部材が確実に作動するようして、液漏れが生じなくて安全性に優れた密閉型アルカリ蓄電池を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記目的を達成するために、本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、弁部材は弾性体と鋼板とのラミネート材により構成されて、弾性体が弁孔を塞ぐように配置されるとともに、鋼板が押圧部材により押圧されるように配置されており、弾性体はエチレン−プロピレン三量体（ＥＰＤＭ）により形成されており、押圧部材が弁部材に付与する付勢力を弁部材と封口板との接触面で１．５９〜３．５９ＭＰａにするとともに、弾性体の厚みを０．３５〜０．５０ｍｍにしている。
【０００８】
弁部材が弾性体と鋼板とのラミネート材により構成され、ラミネート材の鋼板が押圧部材により押圧されるように配置されていると、押圧部材の押圧力を鋼板を介して確実に弾性体に付与することができるようになる。これにより、電池内が所定圧よりも低い場合は弁部材が作動しなくなり、所定圧に達したら弁部材は確実に作動するようになって、液漏れが生じなくて安全性に優れた密閉型アルカリ蓄電池が得られるようになる。
【０００９】
この場合、押圧部材が弁部材に付与する付勢力が弁部材と封口板との接触面で、１．５９ＭＰａ未満であると電池内が所定圧よりも低くても弁部材が作動して漏液を生じ、また、３．５９ＭＰａより大きいと電池内が所定圧に達しても弁部材が作動しなくて電池が膨らむため、押圧部材が弁部材に付与する付勢力は、弁部材と封口板との接触面で１．５９〜３．５９ＭＰａにする必要がある。また、弾性体の厚みが０．３５ｍｍ未満であると電池内が所定圧よりも低くても弁部材が作動して漏液を生じ、また、０．５０ｍｍより大きいと弾性部材と弁孔が固着して電池内が所定圧に達しても弁部材が作動しなくなるため、弾性体の厚みは０．３５〜０．５０ｍｍにする必要がある。
【００１０】
そして、弾性体としては、所定の弾力性を有するとともに、弾力性を長期間維持でき、かつ劣化の少ない材質により構成するのが望ましく、このような材質としはエチレン−プロピレン三量体（ethylene-propylene terpolymer：ＥＰＤＭ）が好ましい。また、押圧部材としては、弾力性に優れ、かつ弁部材に所定の押圧力を付与できて構造が簡単なコイルばねを用いるのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した一実施の態様を図１、図２に基づいて説明する。なお、図１は本発明のニッケル−カドミウム蓄電池の全体構造を示す部分破断図であり、図２は、図１に示す封口体を拡大して示す断面図である。
【００１２】
１．ニッケル−カドミウム蓄電池
本実施形態のニッケル−カドミウム蓄電池は、パンチングメタルからなる極板芯体の両面に水酸化ニッケルを主体とする正極活物質と結着剤とからなる正極活物質スラリーを塗着して、乾燥後に所定の形状に切断してニッケル正極板を作製する。また、パンチングメタルからなる極板芯体の両面に水酸化カドミウムを主体とする負極活物質と結着剤とからなる正極活物質スラリーを塗着して、乾燥後に所定の形状に切断してカドミウム負極板を作製する。
【００１３】
ついで、これらのニッケル正極板とカドミウム負極板との間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群２０を作製し、この渦巻状電極群２０の上面に露出する正極芯体に正極集電リード２１を溶接するとともに、渦巻状電極群２０の下面に露出する負極芯体に負極集電リード（図示せず）を溶接する。ついで、この渦巻状電極群２０を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶（底面の外面は負極外部端子となる）１０内に挿入して収納する。
【００１４】
この後、封口板３１と正極キャップ３３とからなる封口体３０を用意し、この封口体３０の封口板３１の底面に正極から延出する正極集電リード２１をスポット溶接した後、封口板３１の外周部に環状の絶縁ガスケットを３７を装着する。ついで、外装缶１０の上方外周部に絞り加工を施して環状溝部１１を形成した後、この環状溝部１１の上に絶縁ガスケット３７を載置し、外装缶１０の開口端縁１２を内方にカシメつけることによって電池を密封して、図１に示すようなニッケルーカドミウム蓄電池を組み立てた。
【００１５】
２．封口体
封口体３０は、図２に拡大して示すように、中央部が下方に突出した封口板３１と、中央部が上方に突出した正極キャップ３３とで構成される。封口板３１の下方に突出した部分の中心部には弁孔３２が設けられており、正極キャップ３３の上方に突出した部分の側壁には排気用開孔３３ａが設けられている。そして、封口板３１の下方に突出した中央部と正極キャップ３３の上方に突出した中央部とで形成される空間内には、電池内圧が高まったときに作動する安全弁機構が組み込まれている。なお、正極キャップ３３は正極外部端子を兼用している。
【００１６】
この安全弁機構は、弾性体３３と鋼板３４とをラミネートした弁部材と、コイルばね３６からなる押圧部材から構成されている。弁部材の弾性体３３は封口板３１に設けられた弁孔３２を閉塞するように配置されており、この弾性体３３は鋼板３４を介して押圧部材のコイルばね３６の付勢力により、弁孔３２を閉塞する方向に付勢されている。
【００１７】
ここで、弾性体３３はエチレン−プロピレン三量体（ethylene-propylene terpolymer：ＥＰＤＭ）を主成分とする成形材を、所定の厚みになるように円板状に成形して形成されている。また、鋼板３４は厚みが０．３０ｍｍのニッケル等のメッキを施した鉄製の鋼板あるいはステンレス製の鋼板を円板状に打ち抜き成型して形成されている。そして、これらの弾性体３３と鋼板３４をラミネート加工して一体化させて弁部材を形成している。
コイルばね３６は、弁部材に所定の押圧力（付勢力）を付与できるように、所定の線径を有する線材（例えば、鋼線、ステンレス線等）をコイル状に成型して形成されている。
【００１８】
３．押圧部材の押圧力についての検討
ついで、厚みが０．４０ｍｍの弾性体３３を用いて、この弾性体３３と鋼板３４をラミネート加工して一体化させて弁部材を形成した。一方、線径が異なる線材を用いて、スプリング荷重がそれぞれ１．００ＭＰａ、１．５９ＭＰａ、２．００ＭＰａ、２．５０ＭＰａ、３．００ＭＰａ、３．５９ＭＰａおよび４．５０ＭＰａとなるようにコイルばね３６をそれぞれ形成した。これらの弁部材とコイルばね３６とを用いて封口体３０をそれぞれ作製した。
【００１９】
ついで、このように作製した封口体をそれぞれ用いて、上述のようにニッケル−カドミウム蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇをそれぞれ作製した。ついで、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを１００個用意し、各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを短絡状態にして、長期間（例えば、３６５日間）放置した後、液漏れが生じた個数（漏液の発生割合）および弾性体３３が封口板３１に固着した個数（弾性体の固着割合）を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【００２０】
なお、スプリング荷重が１．００ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ａとし、１．５９ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｂとし、２．００ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｃとし、２．５０ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｄとし、３．００ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｅとし、３．５９ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｆとし、４．５０ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｇとした。
【００２１】
【表１】
0003676180.tif 000002
【００２２】
上記表１から明らかなように、スプリング荷重が１．００ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いた電池Ａに漏液が発生し、またスプリング荷重が４．５０ＭＰａのコイルばね（押圧部材）３６を用いた電池Ｇに弾性体の固着が発生してことが分かる。一方、スプリング荷重が１．５９ＭＰａの電池Ｂ、２．００ＭＰａの電池Ｃ、２．５０ＭＰａの電池Ｄ、３．００ＭＰａの電池Ｅ、３．５９ＭＰａの電池Ｆにおいては、漏液や弾性体の固着が発生しなかった。このことから、コイルばね（押圧部材）３６によるスプリング荷重は１．５９ＭＰａ〜３．５９ＭＰａに規制する必要があるということができる。
【００２３】
４．弾性体の厚みについての検討
ついで、スプリング荷重が２．５０ＭＰａとなるように形成したコイルばね３６を用いて、厚みがそれぞれ０．３０ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．４０ｍｍ（上記電池Ｄ）、０．４５ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．５５ｍｍ、０．６０ｍｍとなるように弾性体３４をそれぞれ形成し、さらに、これらの弾性体３３と鋼板３４をラミネート加工して一体化させて弁部材を形成し、これらの弁部材とコイルばね３６とを用いて封口体３０をそれぞれ作製した。
【００２４】
ついで、このように作製した封口体をそれぞれ用いて、上述のようにニッケル−カドミウム蓄電池Ｈ，Ｉ，Ｄ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍをそれぞれ作製した。ついで、これらの各電池Ｈ，Ｉ，Ｄ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍを１００個ずつ用意し、各電池Ｈ，Ｉ，Ｄ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍを短絡状態にして、長期間（例えば、３６５日間）放置した後、液漏れが生じた個数（漏液の発生割合）および弾性体３３が封口板３１に固着した個数（弾性体の固着割合）を測定すると、下記の表２に示すような結果となった。
【００２５】
なお、厚みが０．３０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｈとし、０．３５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｉとし、０．４０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｄとし、０．４５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｊとし、０．５０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｋとし、０．５５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｌとし、０．６０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いたニッケル−カドミウム蓄電池を電池Ｍとした。
【００２６】
【表２】
0003676180.tif 000003
【００２７】
上記表２から明らかなように、厚みが０．３０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｈに漏液が発生し、また厚みが０．５５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｌおよび厚みが０．６０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｍに弾性体の固着が発生してことが分かる。
【００２８】
一方、厚みが０．３５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｉ、厚みが０．４０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｄ、厚みが０．４５ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｊ、厚みが０．５０ｍｍの弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材からなる弁部材を用いた電池Ｋにおいては、漏液や弾性体の固着が発生しなかった。このことから、弾性体３３の厚みは０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍに規制する必要があるということができる。
【００２９】
上述したように、本発明においては、弁部材を弾性体３３と鋼板３４とのラミネート材により構成し、かつ鋼板３４がコイルばね（押圧部材）３６により押圧されるように配置しているので、コイルばね（押圧部材）３６の押圧力を鋼板３４を介して確実に弾性体３３に付与することができるようになる。これにより、電池内が所定圧よりも低い場合は弁部材が作動しなくなり、所定圧に達したら弁部材は確実に作動するようになって、液漏れが生じなくて安全性に優れた密閉型アルカリ蓄電池が得られるようになる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態においては、正極キャップ３３を正極外部端子とし、外装缶１０の底部を負極外部端子としたが、この逆であってもよい。また、上述した実施の形態においては、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用する例について説明したが、ニッケル−カドミウム蓄電池以外に、ニッケル−水素蓄電池などの密閉型アルカリ蓄電池、あるいは非水電解液蓄電池等にも本発明が好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のニッケル−カドミウム蓄電池の全体構造を示す部分破断図である。
【図２】  図１に示す封口体を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０…外装缶、１１…環状溝部、１２…開口端縁、２０…渦巻状電極群、２１…正極集電リード、３０…封口体、３１…封口板、３２…弁孔、３３…正極キャップ、３４…弾性体（弁部材）、３５…鋼板（弁部材）、３６…コイルばね（押圧部材）、３７…絶縁ガスケット
【図１】
0003676180.tif 000004
【図２】
0003676180.tif 000005