(57)【要約】【課題】電池内圧の上昇によってガスケットの薄肉部が破断した場合に、ガス排出路が遮断されることのない安全なアルカリ電池を提供する。【解決手段】発電要素を収納した缶（１）の開口部（１ｃ）が、封口板（５０）を有する負極端子板（２０）によって、封口ガスケット（４０）を介して封止されたアルカリ電池において、封口ガスケットは破断誘起用薄肉部（４４）を有し、封口板は負極端子板と封口ガスケットとの間に配設されている。ここで、封口板（５０）の下面側に硬質環状体（６０）が配設され、この硬質環状体に、内径側と外径側とを連通する間隙部（６１）が形成されている。これにより、電池内圧の上昇によって封口ガスケット（４０）の薄肉部（４４）が破断して、硬質環状体（６０）に密着しても、内圧は、間隙部（６１）を通って開放される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収納した缶の開口部が、集電棒及び封口板を有する負極端子板によって、封口ガスケットを介して封止され、
前記負極端子板には、内側中央部に前記集電棒が接合され、外周部に第１ガス抜き穴が設けられ、
前記封口ガスケットは、前記開口部及び前記外周部に密着してこれを封止する外筒部と、前記集電棒を囲繞するボス部と、該外筒部及び該ボス部を一体にて連結する中間部とを有し、該中間部には該ボス部の外周面に沿った破断誘起用薄肉部が設けられ、
前記封口板は、前記負極端子板と前記封口ガスケットとの間に配設され、中央部で前記ボス部を囲繞し、該封口板の該ボス部の周囲には第２ガス抜き穴が設けられた、アルカリ電池において、
前記封口板の下面側に前記ボス部の外径よりも大きな内径を有する硬質環状体を配設し、該硬質環状体に、内径側と外径側とを連通する間隙部を形成してなることを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
請求項１において、前記硬質環状体がＣリングの形状を有することを特徴とするアルカリ電池。
【請求項３】
請求項１において、前記硬質環状体が上面側の一部を切欠したリング形状を有することを特徴とするアルカリ電池。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記硬質環状体が０．２ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とするアルカリ電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記発電要素が備える正極活物質がオキシ水酸化ニッケルを含むことを特徴とするアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリ電池に関し、特に電池の内圧が高まった時に、これを電池の外部に開放して安全を確保する防爆式アルカリ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ電池の正極と負極とに対し、例えば誤使用によって、この電池が形成する電位と逆の電位を外部から印加した場合、電池内の圧力が上昇し、電池が破裂するおそれがある。従って、一般にアルカリ電池は、このような事故を防止する防爆機構を備えている。
【０００３】
防爆機構を備えたアルカリ電池の従来の代表的な構造を図６に示す。有底筒形の正極缶１に、発電要素である正極材料２と、セパレータ３と、負極材料４と、電解液とが収容されている。正極缶１の上方は開口され、上方周面にはビーディング１ｂが形成され、底部には正極端子１ａが形成されている。正極缶１の開口部には、封口体１０がビーディング部１ｂまで嵌め込まれ、正極缶１の開口端部１ｃは、封口体１０をビーディング部１ｂまで挿入設置後に、縮径絞り加工され、正極缶１内部は略密閉されている。
【０００４】
封口体１０は、負極端子板２０、集電棒３０、封口ガスケット４０、及び封口板５０の４つの部品からなる。
【０００５】
負極端子板２０は、金属板のプレス成形品であり、中央の平坦な円板部２１及びその外周に、複数のガス抜き穴２２が設けられた環状フランジ２３を有している。また、負極端子板２０の内面中央には集電棒３０の先端部が溶接接合されている。
【０００６】
封口ガスケット４０は、ナイロン又はポリプロピレンからなる一体成形品であり、正極缶１の開口端部１ｃと環状フランジ２３との間を封止する外筒部４１と、集電棒３０を囲繞するボス部４２と、外筒部４１及びボス部４２を一体にて連結する中間部４３とからなる。この中間部４３の負極側の面には、ボス部４２の外周面に沿って、破断誘起用薄肉部４４が形成されている。尚、ボス部４２の下端には、集電棒３０との密着性を高めるために金属製キャップ５が装着されている。
【０００７】
封口板５０は、硬質材料からなる円板であり、その中央に、ボス部４２を囲繞する穴５１が穿孔され、穴５１の周囲に複数のガス抜き穴５２が設けられている。封口体５０の外周上面部は負極端子板２０の環状フランジ２３に当接し、外周側面部は封口ガスケット４０の外筒部４１と密着して、正極缶１の開口端部１ｃ及び負極端子板２０の環状フランジ２３の封止を支持する。
【０００８】
この電池の防爆機構は、以下の通りである。正極缶１内部にガスが発生して内部の圧力が高まると、封口ガスケット４０の中間部４３が負極側に変形し、構造的に最も弱い破断誘起用薄肉部４４に変形応力が集中して、該薄肉部４４が破断する。この時、正極缶１内部のガスは、この破断部及びボス部４２の間隙を通り、封口板５０のガス抜き穴５２と負極端子板２０のガス抜き穴２２とを順次通過して電池の外部に排出され、電池の安全が確保される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年にあっては、デジタルカメラや情報通信端末等をはじめとする携帯電子機器の高性能化に伴い、その電源として用いられるアルカリ電池に対しても、高負荷特性の更なる向上に対する要求が増大している。そして、このような要求にこたえる有効な手段としてアルカリ電池の正極活物質にオキシ水酸化ニッケルを適用することが注目され、検討されている。
【００１０】
もし、このようなアルカリ電池を誤使用した場合には、正極活物質に二酸化マンガンを使用した通常のアルカリ電池の場合に比べて、電池内部の温度はより高くなり、これに伴って圧力がより上昇する。
【００１１】
ここで、前述の防爆機構は、このような温度上昇を伴った圧力上昇に対応しきれない場合がある。何故なら、薄肉部４４が破断した場合でも、図７に示すように、内圧の抜け道が閉鎖されるおそれがあるからである。即ち、樹脂製であるガスケット４０が高温によって軟化した状態で破断した場合、薄肉部４４に隣接した、ガスケット４０の内端が、封口板５０の下面に密着した状態となって内部のガスの排出路が遮断されて、電池の防爆機構が機能しなくなるからである。
【００１２】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電池内圧の上昇によってガスケットの薄肉部が破断した場合に、ガス排出路が遮断されることのない安全なアルカリ電池を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、発電要素を収納した缶の開口部が、集電棒及び封口板を有する負極端子板によって、封口ガスケットを介して封止され、前記負極端子板には、内側中央部に前記集電棒が接合され、外周部に第１ガス抜き穴が設けられ、前記封口ガスケットは、前記開口部及び前記外周部に密着してこれを封止する外筒部と、前記集電棒を囲繞するボス部と、該外筒部及び該ボス部を一体にて連結する中間部とを有し、該中間部には該ボス部の外周面に沿った破断誘起用薄肉部が設けられ、前記封口板は、前記負極端子板と前記封口ガスケットとの間に配設され、中央部で前記ボス部を囲繞し、該封口板の該ボス部の周囲には第２ガス抜き穴が設けられた、アルカリ電池において、前記封口板の下面側に前記ボス部の外径よりも大きな内径を有する硬質環状体を配設し、該硬質環状体に、内径側と外径側とを連通する間隙部を形成してなることを特徴とする。
このようなアルカリ電池によれば、前記缶内のガスの圧力が上昇し、前記封口ガスケットの前記破断誘起用薄肉部が破断して前記硬質環状体の下面に密着した場合でも、該ガスの排出路は、該硬質環状体の前記間隙部によって確保されるために、該アルカリ電池の安全が確保される。
【００１４】
また、前記硬質環状体がＣリングの形状を有してもよい。
【００１５】
また、前記硬質環状体が上面側の一部を切欠したリング形状を有してもよい。
【００１６】
また、前記硬質環状体が０．２ｍｍ以上の厚さを有してもよい。
このようなアルカリ電池によれば、前記缶内のガスの圧力が上昇し、前記封口ガスケットの前記破断誘起用薄肉部が破断して前記硬質環状体に密着する場合に、該硬質環状体の厚さ故に、該硬質環状体の内径側の前記間隙部にまでは密着しにくく、該間隙部は閉鎖されにくい。従って、該ガスの排出路は、該硬質環状体の該間隙部によって、より効果的に確保されるために、該アルカリ電池の安全がより確保される。
【００１７】
また、前記発電要素が備える正極活物質がオキシ水酸化ニッケルを含んでもよい。
このようなアルカリ電池の場合には、前記正極活物質に例えば二酸化マンガンを用いる電池に比べて、誤使用時に、前記缶内の温度はより上昇する。しかしこのような高温下であっても、本発明の前記硬質環状体の前記間隙部は、前記破断誘起用薄肉部の破断部によって完全に閉鎖されにくい。従って、該アルカリ電池の安全が確保される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ電池の一実施形態を図１に示す。尚、従来例と同一の構成要素には、同一の符号を付してある。
本実施の形態におけるアルカリ電池の構成材料は以下の通りである。正極材料２は、二酸化マンガンからなる正極活物質、黒鉛粉末からなる導電剤、アクリル酸樹脂からなるバインダ、及び４０重量％濃度の水酸化カリウム水溶液である電解液を重量比１００：１０：０．１：５の割合で混合し、加圧成型して得た。電解液は、４０重量％濃度の水酸化カリウム水溶液である。負極材料４は、亜鉛粉、酸化亜鉛を飽和した４０重量％濃度の水酸化カリウム水溶液、アクリル酸樹脂を重量比６０：４０：１の割合で混合して得られたゲル状のものである。正極材料２及び電解液、並びに負極材料４及び電解液は、セパレータ３によって略分離されている。
【００１９】
本実施の形態のアルカリ電池の構造においては、図６の従来の電池と比較して、封口板５０と封口ガスケット４０との間に硬質環状体６０が新しく追加された点が異なり、他は前記説明と同じである。
【００２０】
図２は、本実施の形態における硬質環状体６０の斜視図を示す。硬質環状体６０は、外径７．０ｍｍ、内径４．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＣリングの形状を有し、幅１．０ｍｍの切欠部６１を有する。硬質環状体６０は、鉄等の金属又は耐熱性を有する硬質樹脂からなる。
硬質環状体６０の外径は、封口ガスケット４０の破断誘起用薄肉部４４の外径よりも大きく、封口板５０のガス抜き穴５２を完全に閉鎖しない程度に小さい。また、硬質環状体６０の内径は、ボス部４２の外径よりも大きい。
【００２１】
図１に示されるように、硬質環状体６０は、封口板５０及び封口ガスケット４０の間に、好ましくは封口板５０の下面にこれと同心上に接着されて、封口ガスケット４０の中間部４３との間には間隙を有するように配設されている。
【００２２】
本実施の形態におけるアルカリ電池の安全性を、図４に示した従来のアルカリ電池の安全性と比較するために、逆挿試験を行った。逆挿試験とは、４本のアルカリ電池のうち１本を他の３本とは逆に直列に接続したものを短絡させ、該１本のアルカリ電池の破裂の有無を調べる試験である。これによれば、本実施の形態の電池と従来の電池とに対するそれぞれ２０回の逆挿試験のうちで、逆接続した従来のアルカリ電池は１７本破裂したのに対し、本実施の形態のアルカリ電池は全く破裂しなかった。
【００２３】
本実施の形態における硬質環状体６０による防爆機能を、図３を参照しつつ説明する。図３は、封口体１０の断面の一部を示しており、封口ガスケット４０の薄肉部４４が破断した状態を示している。破断した薄肉部４４に隣接する、ガスケット４０の中間部４３は、硬質環状体６０の下面に密着している。これにより、アルカリ電池の内部で加圧されたガスは、破断した薄肉部４４とボス部４２との間隙を通過して、硬質環状体６０の中央部から切欠部６１を通過し、ガス抜き穴５２、２２を通過してアルカリ電池の外部に排出される。
【００２４】
この際、硬質環状体６０は、鉄等の金属又は耐熱性を有する硬質樹脂からなるために、電池内部の温度が上昇しても、これによって大きく変形することはなく、確実にガスを通過させ、アルカリ電池の破裂を防ぐことができる。
【００２５】
上記の機能を奏するために、硬質環状体６０が適切な厚さを有する必要がある。この適切な厚さを調べるために、硬質環状体６０の厚さを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．５ｍｍと変えたアルカリ電池各２０個について、上記と同様の逆挿試験を行い表１に示される結果を得た。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１によれば、硬質環状体６０の厚さが０．２ｍｍ以上であれば、アルカリ電池は破裂せず、硬質環状体６０による防爆機構が十分に機能している。しかし、硬質環状体６０の厚さが０．１ｍｍ以下では、硬質環状体６０による防爆機構が十分に機能していない。
【００２８】
硬質環状体６０の厚さが十分でないが故に防爆機構が十分に機能しない理由を、図４を参照しつつ説明する。図４は、硬質環状体６０の厚さが０．１ｍｍである時の、封口体１０の断面の一部を示しており、これによれば封口ガスケット４０の薄肉部４４が破断しているが、破断した薄肉部４４に隣接する、ガスケット４０の中間部４３の先端が、硬質環状体６０の切欠部６１を閉塞している。
表１及び上記の理由から、アルカリ電池の硬質環状体６０の厚さは０．２ｍｍ以上が好ましいことがわかった。
【００２９】
次に、アルカリ電池の正極材料２の正極活物質である二酸化マンガンを、オキシ水酸化ニッケルにして、硬質環状体６０の厚さが０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、及び０．５ｍｍの電池各２０個について、上記と同様の逆挿試験を行い表２に示される結果を得た。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２によれば、硬質環状体６０の厚さが０．２ｍｍ以上であれば、アルカリ電池は破裂せず、硬質環状体６０による防爆機構が十分に機能している。しかし、硬質環状体６０の厚さが０．１ｍｍ以下では、硬質環状体６０による防爆機構が十分に機能していない。
【００３２】
一般に、正極活物質がオキシ水酸化ニッケルであるアルカリ電池の場合、誤使用による電池内部の温度及び圧力の上昇が、正極活物質が二酸化マンガンの電池の場合よりも激しくなる。しかしながら、表２によれば、硬質環状体６０の厚さが０．１ｍｍ以下の電池の破裂の確率が高くはなるが、この厚さが０．２ｍｍ以上の場合には、正極活物質に関係なく電池の破裂が生じないことがわかった。
以上から、正極活物質がオキシ水酸化ニッケルであるアルカリ電池においても、硬質環状体６０による防爆機構は機能し、硬質環状体６０の厚さは０．２ｍｍ以上が好ましいことがわかった。
【００３３】
以上、いくつかの実施の形態に基づき本発明に係るアルカリ電池を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると伴に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００３４】
上記の実施の形態においては、封口板５０の下面にリング状の硬質環状体６０を設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）に示されるように、縦６．０ｍｍ、横６．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの正方形の板の中央に直径４．０ｍｍの穴を穿孔して、幅１．０ｍｍの切欠部６１を形成したものを、硬質環状体６０としてもよい。また、図５（ｂ）に示されるように、切欠部６１の代わりに、幅１．０ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝部６２を形成してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のアルカリ電池によれば、電池内圧の上昇によってガスケットの薄肉部が破断した場合に、ガス排出路が遮断されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のアルカリ電池の構造を示した断面図である。
【図２】Ｃリングの形状を有する硬質環状体の斜視図である。
【図３】厚さ０．５ｍｍの硬質環状体を備えた封口体で、薄肉部が破断した時の断面の一部を示した図である。
【図４】厚さ０．１ｍｍの硬質環状体を備えた封口体で、薄肉部が破断した時の断面の一部を示した図である。
【図５】正方形形状をなす硬質環状体（ａ）、及び溝部が形成された硬質環状体（ｂ）の斜視図である。
【図６】代表的なアルカリ電池の従来の構造を示した断面図である。
【図７】従来の封口体で、薄肉部が破断した時の断面の一部を示した図である。
【符号の説明】
１　　正極缶
２　　正極材料
３　　セパレータ
４　　負極材料
１０　封口体
２０　負極端子板
２２、５２　ガス抜き穴
３０　集電棒
４０　封口ガスケット
４２　ボス部
４３　中間部
４４　破断誘起用薄肉部
５０　封口板
６０　硬質環状体
６１　切欠部
６２　溝部
【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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【図７】
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