(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に矩形状の開口部を設けた金属製の角形電池ケースと、この電池ケース内に収納された電極体と、中央部に排気孔を設けた矩形状の蓋板およびこの蓋板上に配置されて前記排気孔を塞ぐ、上面形状が矩形の弾性弁体を内部に備えた矩形の端子キャップとより構成される金属封口板を有し、前記封口板はその周縁が電池ケースの開口部に溶接されるか、または周縁部に取り付けた絶縁ガスケットを介して電池ケースの開口部上端を内方に折り曲げることでかしめ固定された構造を備え、前記矩形の弾性弁体はエチレンプロピレン共重合ゴムからなり、対向する一対の辺の外面には外側に向け張り出た位置規制用リブが一体に設けられて前記端子キャップ内に圧縮度合いを１６〜２４％、弁作動圧を５ｋｇ〜１０ｋｇ／ｃｍ2に制御した状態で配置されている密閉角形ニッケル−水素蓄電池。
【請求項２】
前記位置規制用リブは、弁体両側面の中央部から上部の間（ただし中央部と最上部を除く）に位置している請求項１記載の密閉角形ニッケル−水素蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池としての安全性を高めた角形密閉電池の、とくに安全弁部分の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種携帯機器の普及に伴い電池、特に再充電可能な二次電池が広い分野で利用されている。これら機器に使用される電池として、従来より鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池が用いられてきたが、最近ではこれにニッケル−水素蓄電池やリチウム二次電池などが加わってきた。
【０００３】
これらの再充電可能な電池の中で、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池等の水溶液系電解液を用いている電池では、いわゆるノイマン方式によって電池内部で発生するガスを対極で消費することにより、電池の密閉化を可能にしている。
【０００４】
一方、リチウム二次電池など非水電解液を用いた電池ではガスの電池内部での消失ができないため、過充電や過放電をさけることでその密閉化を図ってきた。
【０００５】
しかし、充電器の故障や、電池の誤使用、外部短絡などに起因した異常事態に陥った時、電池の内圧が異常に上昇し破裂に至ることがある。この電池の破裂を防止するために二次電池では、通常、電池の内圧が予め設定された値を超えた場合に、電池内部に発生したガスを外部に放出するように安全弁装置を備えている。
【０００６】
以下、安全弁装置を有する密閉型電池について説明する。図１は一般的な円筒型密閉電池の上部を破断して示した図である。この図において電池ケースの内部には、詳細な図示は行っていないが、セパレータを介して正極板と負極板とを重ね合わせた極板群とアルカリ電解液からなる発電要素４が収納されている。さらにケース１の開口部には封口板２がガスケット３を介してかしめ固定されている。封口板２は皿状であり、その上側には、安全弁装置を構成するためにも用いられるキャップ状の正極端子５が一体されている。この正極端子５は、フランジ部分のあるキャップ状をなしていて、その一部にはガス排気口５ａが形成されている。
【０００７】
この正極端子５と皿状の封口板２とに囲まれた空間に弁室６が形成されており、この弁室６に弾性弁体７を圧縮した状態で内蔵している。この弾性弁体７としては、金属バネやゴムの弾性を利用したものが一般的である。
【０００８】
以上のような構成の密閉型電池において、充電器の故障による過大な充電電流の流入や、転極を伴うような過放電などに起因して電池の内圧上昇が生じた場合、高圧状態となったガスは、封口板２の中央に設けた通気口２ａから弾性弁体に作用してこれを押し上げ、正極端子５のガス排気口５ａから外部へ排出される。
【０００９】
通常、円筒型密閉電池に用いられる上記の安全弁装置は、電池の内圧（Ｋｇ／ｃｍ２であるが、以下、単にＫｇという）が１０ｋｇ以上に達したときに、ガスが外部に放出されるように設定されている。従って、急激なガス発生を伴わない程度の過充電が行われた場合は、負極のガス吸収能力が低下するにつれて電池内圧は上昇する。この時、電池内部のガスが外部に放出されても問題なく、充電が停止されて電池の内圧が下がれば、安全弁装置は元の形に戻り、再び使用可能になるようにしている。また、急速充電を可能にするためには安全弁の定格許容圧力を２０ｋｇ程度まで高めることもある。その定格許容圧力の設定方法としては、弁体を構成するゴム等の弾性体の硬度を高めたり、あるいは弁体の圧縮率を大きくすることによって行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、角形密閉電池ではケースの構造上、円筒型密閉電池に比べて、それよりも低い圧力で電池ケースが変形する危険性があり、安全弁の定格許容圧力の上限を１０ｋｇ程度に抑制せねばならない。また、下限側は電池性能確保の点から５ｋｇ以上とする必要があり、円筒型密閉電池に比べ狭い範囲での安全弁の作動コントロールが求められる。しかし、実際の角形密閉電池では安全弁の材質、形状に起因したバラツキ、電池設計上のバラツキ等が作用して、安全弁の作動圧力を狭い圧力範囲で調整することは難しかった。
【００１１】
本発明は、安全弁の作動圧力のバラツキを抑え、電池内圧上昇により生じる変形や破裂等の安全性の問題の解消と、電池特性の長期的安定が確保ができる角形密閉電池を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、角形密閉電池の安全弁装置の主要材料である弾性弁体をエチレンプロピレン共重合ゴムで形成し、しかも端子キャップ側に設けられる矩形の弁室に応じて上面形状を矩形とし、その対向する一対の辺の外面には位置規制用リブが外側に向けて張り出るよう一体に設けたものを用い、その当初、高さＨ１が、端子キャップの内部高さ寸法Ｈ２に圧縮される際、圧縮度合いが１６〜２４％となるよう構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
エチレンプロピレン共重合ゴムは、そのゴム弾性が安定していて弾性弁体材料としては好適である。
【００１４】
矩形の端子キャップに設けられた矩形の弁室内に、このような上面形状が矩形の弾性弁体を適正位置で配置するため、弾性弁体の位置規制リブはその対向する一対の辺の外面に外側へ張り出すように設けることが望ましい。
【００１５】
また、弾性弁体の端子キャップ側弁室内部での高さ方向の圧縮度合いは、１６％未満では安全弁装置としての密閉性を確保できない。すなわち開弁時電池電解液の漏液を容易に生じ、電池特性の長期的な安定確保ができない。また圧縮度合いが２４％を越えると弁作動圧が上昇し、電池内圧が１０ｋｇ以上となり電池ケースの変形や破裂の危険性が生じる。
【００１６】
したがって弾性弁体の当初の高さ寸法Ｈ１の、弁室内高さ寸法Ｈ２に対応した圧縮度合いは、Ｈ１−Ｈ２／Ｈ１×１００（％）の計算式で１６〜２４％となることが望ましい。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図２は安全弁装置を配置した角形密閉電池の上部断面図である。その構造は封口板２の中央に絶縁ガスケット３を介してかしめ固定した中空リベット８の上部に安全弁装置を構成するためにも用いられるキャップ状で矩形の正極端子５が溶接されている。この正極端子５はキャップ状をなしており、その一部にはガス排気口５ａが形成されている。正極端子５とリベット８とに囲まれて弁室６が形成されており、この弁室６内には位置規制リブ７ａを一対の辺の外面に外側へ張り出るように一体に設けた弾性弁体７が圧縮された状態で配置されている。
【００１９】
この弾性弁体７の詳細は図３，図４に示すとおりであり、弁体７は矩形で、その対向する一対の辺の外面には薄肉なリブ７ａ（図４に示す）が一体に設けられている。この弁体７、それ自体の形状は図５のとおりであり、エチレンプロピレン共重合ゴムで形成された棹を所定寸法に切断して得られる。
【００２０】
図２に示す状態で安全弁装置を構成し、その弁体７の当初の高さＨ１を変え、弁室６内でのＨ２の高さとする圧縮度合いについての検討を行った。弁体７の圧縮度合いは、Ａ１６％，Ｂ２０％，Ｃ２４％，Ｄ１２％，Ｅ３０％とした。これらの安全弁装置を用いて容量６００ｍＡｈの小型の角形密閉電池を作成し、この電池をそれぞれ電池ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとした。
【００２１】
これらの電池は、いずれも厚みが５．６ｍｍ、幅が１６．４ｍｍ、高さが４８ｍｍの角形のニッケル−水素蓄電池である。ａ〜ｅの５種類の電池を作成して０．０００２ｋｇ／ｃｍ２／ｓｅｃで内部加圧し、安全弁の作動圧を測定した結果を図６に示す。
【００２２】
図６より、本発明による電池ａ，ｂ，ｃの範囲では、角形密閉電池に求められる弁の作動圧を５ｋｇから１０ｋｇの範囲に制御することが可能であった。
【００２３】
本実施例では弾性弁体の高さ寸法により、弁室内での圧縮度合いを規制したが、弁室内の空間高さ寸法の規制によっても同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、角形密閉電池の安全弁の作動圧の値を適正範囲に制御し、内圧上昇により生じる電池ケースの変形や破裂等の安全性低下の問題の解消と電池特性の長期的な安定確保ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒型密閉電池の上部破断図
【図２】本発明の角形密閉電池の上部破断図
【図３】同安全弁部分の拡大断面図
【図４】同側面よりの拡大断面図
【図５】同弾性弁体の斜視図
【図６】同弾性弁体の圧縮度合いと安全弁の作動圧との関係を示す図
【符号の説明】
１  電池ケース
２  封口板
３  絶縁ガスケット
４  発電要素
５  キャップ状の正極端子
５ａ  ガス排気口
６  弁室
７  弾性弁体
７ａ  リブ
８  中空リベット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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