(57)【要約】      （修正有）【課題】集電体と封口体とを直接溶接するようにして、集電体と封口体との間の距離が短くなるようにしても、電池の落下時にショートが生じるのを抑制できる封口構造を提供する。【解決手段】アルカリ蓄電池においては、ガスケット１５は集電体１1の上部に配置された絶縁リング１６の上に載置されるとともに封口体１７の端部を載置するフランジ部を備えている。そして、封口体１７の端部を覆うように配置されているとともに、フランジ部の一部の厚みは封口体１７の端部の下端部と絶縁リング１６の上端部との間の長さ（ｔ１）よりも大きく形成されていて、外装缶１４に封口体１７がかしめられた際の押圧力によりフランジ部の一部はかしめられる前の位置よりはみ出してはみ出し部１５ｃが形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極とセパレータと負極とからなる電極群の上部に集電体が溶接されて形成された電極体とアルカリ電解液とを収容した外装缶の開口部に、ガスケットを介して封口体が配置されて密封されたアルカリ蓄電池であって、
前記ガスケットは中心部に開口と、該開口の周囲のフランジ部と、該フランジ部の周縁より立ち上がる立ち上がり部とを備えて略円筒状に形成されており、
前記フランジ部は前記集電体の上部に配置された絶縁リングの上に載置されていて、当該フランジ部の上に前記封口体の端部を載置しており、
前記フランジ部の一部の厚みは前記封口体の端部の下端部と前記絶縁リングの上端部との間の距離よりも大きく形成されていて、
前記封口体が前記外装缶にかしめられた際の押圧力により、前記立ち上がり部が折り曲げられて当該封口体の端部を覆うように配置されるとともに、前記フランジ部の一部はかしめられる前の位置よりはみ出していることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【請求項２】
前記フランジ部の端部には下方に突出する突出部が当該フランジ部と一体的に形成されていて、
前記突出部がかしめられる前の位置よりはみ出していることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項３】
前記突出部の厚みは前記フランジ部本体の厚みの１０〜１００％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルカリ蓄電池。
【請求項４】
前記突出部の厚みは前記フランジ部本体の厚みの５０〜１００％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池に係り、特に、正極とセパレータと負極とからなる電極群の上部に集電体が溶接されて形成された電極体とアルカリ電解液とを備えた外装缶の開口部に、ガスケットを介して封口体が配置されて密封されたアルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極および負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻回して電極群を形成した後、正極あるいは負極の端部に集電体を接続して電極体を形成する。この後、この電極体をアルカリ電解液とともに金属製電池ケース（外装缶）に収納する。ついで、集電体から延伸するリード部を封口体に溶接した後、外装缶の開口部にガスケットを介して封口体を配置し、外装缶をかしめることにより密閉するようにしている。
【０００３】
ところで、近年、電池に対する高容量化、高密度化の要請が高まり、限られた容積の電池内空間を有効利用する試みがなされるようになった。そこで、集電体から延伸するリード部を設けることなく、直接、集電体と封口体を溶接するようにした構造のアルカリ蓄電池が特許文献１にて提案されるようになった。この特許文献１にて提案されたアルカリ蓄電池２０においては、図４に示すように、正極２１と負極２２がセパレータ２３を介して対向するようにして渦巻状に巻回された渦巻状電極群がアルカリ電解液とともに、外装缶２４内に収容されている。
【０００４】
この場合、渦巻状電極群の下端面には負極２２の極板芯体の端部２２ａが露出していて、これが円板状の負極集電体２２ｂに溶接され、その上端面には正極２１の極板芯体の端部２１ａが露出していて、これが円板状の正極集電体２１ｂに溶接され、この正極集電体２１ｂが封口体２７の蓋体２７ａに溶接されている。そして、中央部にガス抜き孔が形成された蓋体２７ａと、正極端子となる正極キャップ２７ｂとで構成され、これらの内部に弁板２７ｃとスプリング２７ｄからなる弁体を備えた封口体２７の外周部にガスケット２５が配置され、このガスケット２５が正極集電体２１ｂの周縁上部に配置された絶縁リング２６上に載置された後、外装缶２４の上端部２４ａをかしめることにより密封されている。
【０００５】
このように、正極集電体２２ｂと封口体２７の蓋体２７ａとが直接溶接されているので、正極集電体２２ｂと封口体２７との間の距離が短くなって、電池内の有効空間の容積が増大するようになる。これにより、有効空間の増大した容積に応じて活物質量を増加させることが可能となるので、高容量化、高密度化の要望を達成することができるようになる。
【特許文献１】特開２００１−１６０３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、集電体と封口体との間の距離が短くなると、電池が落下した場合の耐ショート性が低下するという問題を生じた。これは、封口体と集電体とが直接溶接されているため、落下時の衝撃が直接集電体に伝わるようになって、正極の一部が潰れて負極と直接接触するようになったり、あるいは電極群がずれるなどして、正極と負極が直接接触するようになったためと考えられる。
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、集電体と封口体とを直接溶接するようにして、集電体と封口体との間の距離が短くなるようにしても、電池の落下時にショートが生じるのを抑制できる封口構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアルカリ蓄電池は、正極とセパレータと負極とからなる電極群の上部に集電体が溶接されて形成された電極体とアルカリ電解液とを備えた外装缶の開口部に、ガスケットを介して封口体が配置されて密封されている。そして、上記目的を達成するため、ガスケットは中心部に開口と、該開口の周囲のフランジ部と、該フランジ部の周縁より立ち上がる立ち上がり部とを備えて略円筒状に形成されており、フランジ部は集電体の上部に配置された絶縁リングの上に載置されていて、当該フランジ部の上に封口体の端部を載置しており、フランジ部の一部の厚みは封口体の端部の下端部と絶縁リングの上端部との間の距離よりも大きく形成されていて、封口体が外装缶にかしめられた際の押圧力により、立ち上がり部が折り曲げられて当該封口体の端部を覆うように配置されるとともに、フランジ部の一部はかしめられる前の位置よりはみ出していることを特徴とする。
【０００８】
このように、フランジ部の一部の厚みが封口体の端部の下端部と絶縁リングの上端部との間の距離よりも大きく形成されていると、封口体が外装缶にかしめられた際の押圧力によりフランジ部の一部はかしめられる前の位置よりはみ出るようになる。そして、フランジ部の一部がかしめられる前の位置よりはみ出るようになると、集電体の上部に位置するガスケットからの押圧力が増大するようになる。これにより、電極群の缶底方向への押圧力が向上するようになって、電極群が外装缶内に強固に保持されるようになる。
【０００９】
この結果、電池の落下時に電極群がずれるのが防止できるようになって、ショートが生じるのを抑制できるようになる。この場合、フランジ部の内周側には下方に突出する突出部が当該フランジ部と一体的に形成されていると、この突出部がかしめられる前の位置よりはみ出るようになる。なお、突出部の厚みはフランジ部本体の厚みの１０〜１００％、好ましくは、５０〜１００％であるのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明をニッケル−カドミウム蓄電池に適用した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、図１は本発明の実施例のガスケットを示す図であり、図１（ａ）はその下面を示す下面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。図２は従来例のガスケットを示す図であり、図２（ａ）はその下面を示す下面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。図３は、図１のガスケットを用いた実施例のニッケル−カドミウム蓄電池（ＳＣサイズ）を示す断面図である。さらに、図４は、図２のガスケットを用いた比較例（従来例）のニッケル−カドミウム蓄電池を示す断面図である。
【００１１】
１．ガスケットの作製
（１）実施例
本発明のガスケット１５は、ナイロン６６製で略円筒状に形成されており、図１に示すように、フランジ部１５ａと、このフランジ部１５ａの周縁より立ち上がる立ち上がり部１５ｂとを備えている。この場合、フランジ部１５ａの本体の中心部には開口１５ａ−１を有するとともに、本体の端部より下方に突出する突出部１５ａ−２が一体的に形成されている。ここで、フランジ部１５ａの本体の厚み（ｔ１）は０．５ｍｍになるように形成されている。なお、本体の外径（Ｒ）は２１．７ｍｍで、開口１５ａ−１の径（ｒ）は１６．４ｍｍになるように形成されている。
【００１２】
そして、突出部１５ａ−２の厚み（ｔ２）が０．５ｍｍ（ｔ２＝ｔ１）になるように形成されものをガスケットａとした。また、突出部１５ａ−２の厚み（ｔ２）が０．２５ｍｍ（ｔ２＝０．５ｔ１）になるように形成されものをガスケットｂとし、突出部１５ａ−２の厚み（ｔ２）が０．０５ｍｍ（ｔ２＝０．１ｔ１）になるように形成されものをガスケットｃとし、突出部１５ａ−２の厚み（ｔ２）が０．０２５ｍｍ（ｔ２＝０．０５ｔ１）になるように形成されものをガスケットｄとした。
【００１３】
（２）比較例
一方、図２に示すように、フランジ部２５ａと、このフランジ部２５ａの周囲より立ち上がる立ち上がり部２５ｂとを備え、フランジ部２５ａの本体の中心部には開口２５ａ−１を有するが、本体の端部より下方に突出する突出部を備えないガスケット２５を用意し、これをガスケットｘとした。なお、このガスケット２５（ｘ）のフランジ部２５ａの本体の厚み（ｔ１）は０．５ｍｍになるように形成されている。
【００１４】
２．ニッケル−カドミウム蓄電池の作製
パンチングメタルの表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化ニッケルを主体とする正極活物質をニッケル焼結多孔体内に充填し、所定の寸法（例えば、幅が３６ｍｍで、長さが２８６ｍｍ）に切断して焼結式ニッケル正極１１を作製した。また、パンチングメタルの表面にニッケル焼結多孔体を形成した後、化学含浸法により水酸化カドミウムを主体とする負極活物質をニッケル焼結多孔体内に充填し、所定の寸法（例えば、幅が３６ｍｍで、長さが３２８ｍｍ）に切断して焼結式カドミウム負極１２を作製した。
【００１５】
ついで、これらのニッケル正極１１とカドミウム負極１２とを用いて、これらの間にセパレータ１３を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を形成した。なお、この渦巻状電極群の上端はニッケル正極１１の極板芯体であるパンチングメタルの端部が露出して正極用導電端縁１１ａが形成されており、一方、渦巻状電極群の下端はカドミウム負極の極板芯体の端部が露出して負極用導電端縁１２ａが形成されている。
【００１６】
ついで、渦巻状電極群の上部に正極集電体１１ｂを配置し、この正極集電体１１ｂの上の複数箇所に一対の溶接電極（図示せず）を載置して、これらの一対の溶接電極間に溶接電流を印加して、正極集電体１１ｂと正極用導電端縁１１ａとを抵抗溶接した。一方、渦巻状電極群の下部に負極集電体１２ｂを配置し、この負極集電体１２ｂの上の複数箇所に一対の溶接電極（図示せず）を載置して、これらの一対の溶接電極間に溶接電流を印加して、負極集電体１２ｂと負極用導電端縁１２ａとを抵抗溶接した。これにより、渦巻状電極群の上端に正極集電体１１ｂが溶接され、下端に負極集電体１２ｂが溶接された電極体が得られる。
【００１７】
ついで、鉄にニッケルメッキを施した有底円筒形の金属外装缶１４を用意し、この外装缶１４内に、上述のようして得られた電極体を収容した。この後、負極集電体１２ｂと外装缶１４の底部（負極外部端子）とをレーザを用いて溶接した。ついで、電極体の正極集電体１１ｂの外周部の上に絶縁リング１６を載置した後、外装缶１４の上部外周側に溝入れ加工を施して溝部１４ｂを形成した。ついで、中央部にガス抜き孔が形成された蓋体１７ａと、正極端子となる正極キャップ１７ｂとで構成され、これらの内部に弁板１７ｃとスプリング１７ｄからなる弁体を備えた封口体１７を用意した。この後、封口体１７の周縁に、ガスケット１５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）あるいは２５（ｘ）を嵌着させた。
【００１８】
ついで、外装缶１４内にアルカリ電解液（水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有した８Ｎの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液）を注入した後、封口体１７（２７）を被せ、封口体１７（２７）から外装缶１４へ流れる２ｋＡの大電流を流し、封口体１７（２７）の蓋体１７ａ（２７ａ）と正極集電体１１ｂ（２１ｂ）とを溶接した。この後、外装缶１４の開口端縁１４ａを内方にかしめて電池を封口することにより、図２あるいは図３に示すような、ＳＣサイズのニッケル−カドミウム蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｘをそれぞれ作製した。この場合、外装缶内部の電極体の質量は４５ｇであった。
【００１９】
ここで、ガスケット１５（ａ）を用いたものを電池Ａとし、ガスケット１５（ｂ）を用いたものを電池Ｂとし、ガスケット１５（ｃ）を用いたものを電池Ｃとし、ガスケット１５（ｄ）を用いたものを電池Ｄとした。また、ガスケット２５（ｘ）を用いたものを電池Ｘとした。なお、外装缶１４の開口端縁１４ａを内方にかしめた際に、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、ガスケット１５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のフランジ部１５ａに形成された突出部１５ａ−２が開口１５ａ−１側にはみ出して、図３（ｂ）に示すように、はみ出し部１５ｃが形成されることとなる。
【００２０】
３．落下試験
ついで、上述のようにして作製した各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｘをそれぞれ１０個ずつ用意した後、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｘの正極キャップ１７ｂ（２７ｂ）を下向にして、１．９ｍの高さからこれらを落下させるという落下試験を３０回繰り返した。そして、３０回の落下試験を行った後、ショートが発生した電池の個数を求めると下記の表１に示すような結果となった。
【表１】
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【００２１】
上記表１より明らかなように、電池Ｘにおいては８個（８０％）の電池にショートが発生し、電池Ｄにおいては７個（７０％）の電池にショートが発生していることが分かる。一方、電池Ｃにおいては、１個（１０％）の電池にのみショートが発生し、電池Ａ，Ｂにおいてはショートは発生していないことが分かる。
【００２２】
これは、電池Ａ，Ｂ，Ｃにおいては、ガスケット１５のフランジ部１５ａに突出部１５ａ−１が形成されているので、封口体１７が外装缶１４にかしめられた際の押圧力により、この突出部１５ａ−１がかしめられる前の位置よりはみ出して、はみ出し部１５ｃが形成されるようになる。これにより、正極集電体１５ｂの上部に位置するガスケットからの押圧力が増大し、電極群の外装缶１４の缶底方向への押圧力が向上して電極群が外装缶１４内に強固に保持されるようになる。この結果、電池の落下時に電極群がずれるのが防止できるようになって、ショートが生じるのを抑制できるようになったとかんがえられる。
【００２３】
この場合、ガスケット１５のフランジ部１５ａに突出部１５ａ−１が形成されていても、電池Ｄのように突出部１５ａ−１の厚みが０．０２５ｍｍと肉薄であると、かしめられる前の位置よりはみ出る部分が少なくなるので、それほど押圧力は増大することはない。このことから、突出部１５ａ−１の厚みは、電池Ｃのように０．０５ｍｍ以上（フランジ部本体の厚みの１０％以上）、好ましくは、電池Ａ，Ｂのように０．２５ｍｍ以上（フランジ部本体の厚みの５０％以上）であるのが望ましい。なお、突出部１５ａ−１の厚みが厚くなりすぎると、電池全体のサイズが大きくなるため、その上限値はフランジ部本体の厚み（この例においては０．５ｍｍ）までとするのが望ましい。
【００２４】
上述したように、本発明においては、ガスケット１５のフランジ部１５の一部の厚みが封口体１７の端部の下端部と絶縁リング１６の上端部との間の長さ（ｔ１）よりも大きく形成されているので、封口体１７が外装缶１４にかしめられた際の押圧力によりフランジ部１５の一部はかしめられる前の位置よりはみ出るようになる。これにより、集電体１１ｂの上部に位置するガスケット１５からの押圧力が増大して、電極群の缶底方向への押圧力が向上するようになって、落下による電極群のずれを防止できるようになる。この結果、落下によるショートの発生を未然に防止できるようになる。
【００２５】
なお、上述した実施形態においては、ナイロン６６によりガスケット１５を形成するようにしたが、ガスケット１５の材質としてはナイロン６６以外に、ポリサルホン，シリコーン，ポリプロピレン等を用いてもほぼ同様の結果が得られる。また、上述した実施形態においては、正極および負極に焼結式電極を用いた例について説明したが、正極および負極のいずれか一方にペースト式などの非焼結式電極を用いたり、あるいは正極および負極の両方にペースト式などの非焼結式電極を用いてもよい。また、上述した実施形態においては、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、本発明はニッケル−水素化物蓄電池などのアルカリ蓄電池にも適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例のガスケットを示す図であり、図１（ａ）はその下面を示す下面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図２】比較例（従来例）のガスケットを示す図であり、図２（ａ）はその下面を示す下面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図３】図１の実施例のガスケットを用いた実施例のニッケル−カドミウム蓄電池を示す断面図である。
【図４】図２の比較例（従来例）のガスケットを用いた比較例（従来例）のニッケル−カドミウム蓄電池を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…ニッケル−カドミウム蓄電池、１１…ニッケル正極、１１ａ…正極用導電端縁、１１ｂ…正極集電体、１２…カドミウム負極、１２ａ…負極用導電端縁、１２ｂ…負極集電体、１３…セパレータ、１４…金属外装缶、１４ａ…開口端縁、１４ｂ…溝部、１５…ガスケット、１５ａ…フランジ部、１５ａ−２突出部、１５ａ−１…開口、１５ｂ…立ち上がり部、１５ｃ…はみ出し部、１６…絶縁リング、１７…封口体、１７ａ…蓋体、１７ｂ…正極キャップ、１７ｃ…弁板、１７ｄ…スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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