(57)【要約】【課題】密閉型電池の密封性を損なわず、ガス排出機構の作動不良を招くことなく外装缶に装填される電極体の体積を向上させる。【解決手段】外装缶の開口部を封じる封口蓋のうち、ガス排出機構収納部の筐体において外装缶内方に臨む部分の肉厚をフランジ部のうち外装缶開口部と接続された部分の肉厚より小さくした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面中央部において他方の主面中央部から突出するように窪みが設けられた封口板の前記窪みにガス排出機構を配した状態で、前記排出機構の上からキャップ体で前記窪みを閉塞した封口蓋が有底筒型外装缶の開口部を封着してなる密閉型電池であって、
前記封口板の中央部の板厚が周辺部のそれよりも薄いことを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、特に封口蓋に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノート型パソコン、さらには電動工具などの電源に用いられる密閉型二次電池では、更なる高エネルギー密度化の要求に応えるべく、例えば、電池の外装缶の厚みを低減することによって内部空間をより広く確保し、大きな電極体を挿入するなどの手段が講じてきた。
二次電池の封口蓋においても、高エネルギー密度化の要求に応えるために薄型化が追求されている。従来の二次電池用封口蓋について概説すると、図４に示す従来の封口蓋の要部分解図から分かるように、封口蓋８０は、中央部に窪みが設けられたキャップ体８１と一方の主面中央部において他方の主面中央部から突出するように窪みが設けられた封口板８２が張り合わされた構成を有し、具体的には、対向主面の一部同士の間に空隙が生じるように張り合わされ、当該空隙にばねと弁板とからなるガス排出機構が収納されている。換言すると、筒状の筐体の両端部がその主面から突出するようにフランジ部が設けられ、筐体内方にガス排出機構が収納された状態となっている（特許文献１）。
【０００３】
封口蓋８０が巻回電極体収納済みの有底円筒外装缶の開口部を封着している状態を想定したとき、キャップ体８１において上記筐体に対応する領域には外装缶外方と上記筐体内方とを繋ぐように開口部８５が設けられ、封口板８２において外装缶内と上記筐体内方とを繋ぐように開口部８６が設けられており、上記筐体内に収められたガス排出機構は、電極体の巻回軸方向にその軸が位置するばね８３と、当該巻回軸に垂直な方向に主面が配された円盤状の弁板８４とからなり、当該ばね８３の一端が外装缶外方側に配されたキャップ体８１の筐体内方側主面に当接され、その他端が弁板８４の主面を押圧して弁板８４が付勢された状態で電極体側の封口板８２に設けられた開口部８６を封じている。
【０００４】
ばね８３と弁板８４、２つの開口部８５，８６とからなるガス排出手段は、電池の内圧が既定圧力を超えると弁板８４が押され当該ばね８３が縮んで開放状態になり、電池の内圧が既定圧力を下回るとき弁板８４がばね８３に押されて口部８６を塞ぎ閉塞状態となる。
当該ガス排出手段が確実に開放状態となるには、ばね８３の伸縮ストロークが一定以上確保されるように当該筐体におけるキャップ体８１の内方側主面と弁板８４の筐体内方側主面との間においてフランジ部主面に垂直な方向の間隙距離ｔ１を適度に保つ必要がある。
【０００５】
そして、封口蓋８０にも力学的強度が要求されるので、封口板８２の厚みｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５は均一に一定の厚みを有する。
一般に封口蓋ではその中央部において、電池外部に電力を取り出す手段を設けるので、厚みが最も大きくなるように設計され、したがって、図４から分かるように、当該筐体における外装缶内方側に配される予定の一端がフランジ部の一主面からｔ６の高さで突出されており、一般的に封口蓋８０の中央部の厚みｔ７が封口蓋８０の厚みとなる。
【特許文献１】特開２００１−２８３８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
封口蓋の薄型化を追求するため封口蓋８０の厚みｔ７を低減することが考えられ、その一手段として上記間隙距離ｔ１を縮めることが考えられる。しかし、当該間隙距離ｔ１を当該ばね８３の軸方向に縮めることを試みると、当該距離ｔ１を縮めるに従って、当該ばね８３の伸縮ストロークも短くなり、電池の内圧上昇時に弁が開き難くなり、その結果、封口蓋８０が変形する傾向が強まり、封口蓋８０が外装缶の開口部から外れて電池の密封状態を損なうおそれが高まるという問題がある。
【０００７】
そこで、封口蓋８０を構成する封口板８２の厚みを薄くすることによって封口蓋８０の厚みを低減することを試みたが、封口板８２の厚みを薄くするに従って、電池の内圧上昇による圧力が封口蓋８０に加わったときに封口蓋８０が容易に変形する傾向が強まり、同様に電池の密封状態を損なうおそれが高まるという問題がある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池の内圧上昇時においてガス排出機構の作動不良および電池の密封状態の悪化を招くこと無く電極体の体積を増大させその容量を増やすことができる密閉型電池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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の密閉型電池では、中央部に窪みが設けられた封口板本体の上記窪みにガス排出機構を配した状態で、上記排出機構の上からキャップ体で上記窪みを閉塞した封口板が有底筒型外装缶の開口部を封着してなる密閉型電池に対し、上記封口板本体の中央部の板厚を周辺部のそれよりも薄くした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る密閉型電池では、上記封口板において中央部の板厚を周辺部のそれに比べて小さくしたので、封口板において上記周辺部を従来のものと同じ板厚に維持しながら上記中央部の板厚を上記周辺部のそれより小さくできる。したがって、ガス排出機構が収納するための容積を従来のものと同等に維持しながら封口蓋の厚みを低減することができる。
【００１０】
本発明に係る密閉型電池では、既述のように上記ガス排出機構を収納する筐体の容積を従来と同じだけ確保できるので、封口蓋のガス排出機構の構成にばねを採用した場合に、従来の封口蓋に比べてばねの伸縮ストロークを損なうことがない。
したがって、本発明に係る密閉型電池では、電池の内圧上昇時においてガス排出機構の作動不良および電池の密封状態の悪化を招くことなく電極体の体積を増大させてその容量を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、適宜図面を用いて本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本実施の形態に係るニッケル・カドミウム二次電池（蓄電池）の要部分解図である。
図１に示すように、本実施の形態にかかるニッケル・カドミウム蓄電池１では、金属製の有底円筒型外装缶２０に巻回電極体１０が装填され、外装缶２０の開口部２１が略円盤状の封口蓋４０により封じられた構成となっている。
【００１２】
電極体１０の両端には板状の集電体３１，３２が配されており、一方の端に配された集電体３１には管状のタブ３３が設けられ、タブ３３が封口蓋４０と集電体３１とで挟まれ押し潰された状態で例えば抵抗溶接によって封口蓋４０に接続されている。当該接続手段は、抵抗溶接に限定されず、レーザ照射や電子ビーム照射でも良い。集電体３１の外周端には、集電体３１を固定し、かつ外装缶２０と集電体３１とを電気的に絶縁するリング状のスペーサ１５が配されている。電極体１０において他方の端に配された集電体３２は、その主面が外装缶２０に接触している。
【００１３】
電極体１０は、例えばニッケル酸化物を主成分とする帯状の正極板１１とカドミウム化合物を主成分とする負極板１２とがセパレータ１３を介して対向するように配され、これらが巻回されてなる。
集電体３１と接する電極体１０の巻回端では、正極板１１の縁が負極板１２の縁よりも突出した状態となっており、したがって、正極板１１と集電体３１とが接した状態となっている。集電体３２と接する電極体１０の巻回端では、負極板１２の縁が正極板１１のそれよりも突出した状態となっており、したがって、負極板１２と集電体３２とが接した状態となっている。
【００１４】
封口蓋４０は絶縁ガスケット５０を介して外装缶２０の開口部２１をカシメ加工されることによって外装缶２０に接続され固定されている。
図２は、本実施の形態においてニッケル・カドミウム蓄電池１の封口蓋４０の要部分解図である。
図２に示すように、本実施の形態では、封口蓋４０は２枚の板が張り合わされた構成となっている。具体的には、封口蓋４０が外装缶２０の開口部２１を封じたとき、上記２枚の板の一方である封口板４２は外装缶２０の内方側に配され、他方の板であるキャップ体４１は外装缶２０の外方側に配されるように構成される。
【００１５】
そして、封口板４２およびキャップ体４１は、プレス加工等により、それぞれの主面において凹凸が設けられ、灰皿のような形状を有する。すなわち、キャップ体４１の両主面では階段状に２段に、また封口板４２の両主面では階段状に３段に大別できる凹凸が設けられている。
封口蓋４０では、封口板４２とキャップ体４１とが、凹部側主面を対向させて張り合わされることによって、対向する主面同士において凹部が設けられた部分同士の間に空隙を生じさせてここにガス排出機構を収納する筐体が構成されている。
【００１６】
封口蓋４０は、収納部とこれを囲うフランジ部とに大別することができ、当該収納部が筐体と当該筐体内に収納されたガス排出機構とからなる。当該筐体（収納部）は外観上、筒状であり、より具体的には当該筐体は天板部、底板部、側壁部からなる円筒形で、封口板４２ならびにキャップ体４１のそれぞれの中央部に設けられた窪みにより構成されている。
【００１７】
当該側壁部のうちキャップ体４１の窪みで構成された部分に、外装缶２０外方と当該筐体内方とを繋ぐ孔が開けられて、第１開口部４５が設けられている。
そして、当該筐体の底板部、より具体的には、当該筐体において封口板４２の窪みで構成されている部分に、当該筐体内と外装缶２０内方とを繋ぐ孔が開けられて、第２開口部４６が設けられている。
【００１８】
さらに、本実施の形態では、ガス排出機構は、巻きばね４３と弁板４４とからなる。
ガス排出機構においては、巻きばね４３の一端が当該天板部における内方側主面に当接され、その他端が弁板４４の筐体内方側主面を押圧しており、当該押圧力によって付勢された弁板４４が第２開口部４６を封じることによりガス排出手段は閉塞状態となる。
そして、外装缶２０の内圧が既定圧を超えるとき、弁板４４が押されて当該第１開口部４５の孔および第２開口部４６の孔を経由して外装缶２０外方と外装缶２０内とが繋がり、ガス排出手段は開放状態となる。
【００１９】
図２に示すように、本実施の形態では、封口板４２中央部の窪みの底すなわち上記筐体の底板部の厚みが従来に比べて薄くなっており、封口蓋４０のフランジ部の厚みは従来と変わらず、同じである。
また、本実施の形態では、当該筐体の天板部における外装缶２０内方側主面と弁板４４における外装缶２０外方側主面との距離ｔ１は、従来のものと同じ距離を維持している。
【００２０】
なお、当該底板部の両主面では、それら主面が階段状に２段に大別できるように凹凸が設けられている。
具体的には、封口蓋４０が外装缶２０の開口部２１を封じた状態を想定したとき、当該底板部の主面はその中央部において外装缶２０の外方へ向けて突出するように凸部が設けられている。当該構成を採用することにより、当該底板部では、当該凸部上に弁板４４が載置された状態となるので、抵抗溶接等によりタブ３３を封口蓋４０の当該底板部に接続する際に弁板４４が溶接熱により当該底板部に固着することを抑制することができる。
【００２１】
《実施の形態１における密閉型電池の効果》
本実施の形態では、従来の封口蓋に比べて、封口蓋４０のうち最も厚い部分となる収納部の筐体において、当該筐体を構成する封口板４２中央部に設けられた窪みの板厚を小さくしたので、当該収納部の軸方向長さを小さくすることができ、すなわち当該収納部の厚みを小さくすることができる。
【００２２】
したがって、本実施の形態にかかる封口蓋４０を外装缶２０の開口部に配した場合、外装缶２０の長手方向（軸方向）の長さを従来と同様の長さに維持しながら長手方向（軸方向）の長さが従来に比べて長い電極体１０を外装缶２０の内方に装填することが可能になる。
本実施の形態では、封口蓋４０収納部の筐体のうち天板部における外装缶２０内方側主面と弁板４４における外装缶２０外方側主面との距離ｔ１が従来のものと同じ距離に維持されていることから、ばね４３の伸縮ストロークが従来のものと同等に確保され、電池１の内圧上昇時に弁板４４が従来に比べて同等に作動し、従来と同様に電池の内圧上昇抑制機能を発揮することができる。
【００２３】
本実施の形態では、従来の封口蓋に比べて、封口蓋４０収納部の軸方向長さ、すなわち封口蓋４０の厚みを小さくしながら、封口蓋４０のフランジ部において、当該フランジ部と外装缶２０との接続部分では従来と同様の厚みを維持しているので、電池１の内圧が上昇した際に封口蓋４０の変形によって電池１の密封状態が破られることを抑制することができる。
【００２４】
したがって、本実施の形態では、従来に比べて、電池の内圧上昇時おいてガス排出機構の作動不良および電池の密封状態の悪化を招くことなく、電極体の体積を増大させその容量を増やすことができる。
本実施の形態では、封口蓋４０において封口板４２が１枚の板材からなるので、封口蓋が複数の部材から成る場合に比べ、電池の内圧上昇に対する封口蓋４０の力学的強度を向上させることができる。
【００２５】
本実施の形態では、封口板４２中央部に設けられた窪みの底に上記第２開口部が設けられているので、仮に上記筐体のうち上記底板部が電池の内圧上昇に耐えることができずに変形した場合でも、上記第２開口部の閉塞状態が解除される傾向となって、上記ガス排出手段を開放状態にすることができ、電池の内圧が上昇しても封口蓋４０が電池から外れることがないようにすることができる。
【００２６】
＜その他＞
実施の形態１では、弁板を巻きばねで付勢して孔を塞ぐ構成を採用していたが、付勢手段は板ばねでも良いし、端部に弁板部が設けられ、弁板と一体化したばねとなっていても良い。
実施の形態１では、封口蓋４０の外形が円盤状であったが、これに限らず、方盤であっても良く、また、外装缶２０も円筒形に限らず、角筒形であっても良い。
【００２７】
実施の形態１では、ニッケル・カドミウム蓄電池を一例に挙げて説明したが、本発明の要旨からして、これに限らず、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池等の二次電池（蓄電池）であれば良い。
実施の形態１では、外装缶を、金属製であることを前提に説明したが、樹脂製等、他の材料からなる外装体であっても良い。
【００２８】
＜評価試験＞
本発明に係る密閉型電池の効果を検証するべく、評価試験を行った。
評価試験に用いるサンプルには、ＳＣサイズのニッケル・カドミウム蓄電池（以下、「ニカド電池」と記載する。）（直径：２２．０［ｍｍ］、全長：４２．５［ｍｍ］）につき実施例１、比較例１，２，３の各バリエーションを用意した。それぞれの容量は２４００［ｍＡｈ］に設定されている。各バリエーションの詳細については以下のとおりである。
【００２９】
なお、各バリエーションは、封口蓋にバリエーションを与えたものであり、外装缶、電極体および外装缶開口部の封止手段は周知のものを採用しているので、これらについての詳細な説明はここでは省略する。
封口蓋の各バリエーションにおいて、各種径の大きさは統一しており、具体的には、封口板の外装缶内方側の主面において、最外の段の主面外径（直径）を２０．４［ｍｍ］に、その内側に配された段の主面外径（直径）を１６［ｍｍ］に、中心に配された段の主面外径（直径）を１０［ｍｍ］に、そして中心に設けられた開口部の直径を４．５［ｍｍ］に設定した。
【００３０】
（実施例１）
実施例１のニカド電池は、実施の形態１で示したニカド電池の構成を採用しており、封口蓋４０において、フランジ部のうち外装缶２０と接続される部分すなわち封口板４２の周辺部での板厚ｔ２が０．７［ｍｍ］、封口蓋４０収納部筐体の底板部の厚みすなわち封口板４２中央部の窪みの板厚ｔ４，ｔ５が０．４［ｍｍ］、キャップ体４１中央部の窪みの内方側主面と弁板４４の筐体内方側主面との対向距離、すなわち当該筐体内に収納された状態でのばね４３の長さｔ１が１．３［ｍｍ］、封口蓋４０収納部の円筒軸方向の長さｔ７が２．９［ｍｍ］に設定されている。
【００３１】
（比較例１）
比較例１のニカド電池は、従来のニカド電池の構成を採用しており、封口蓋において、フランジ部のうち外装缶と接続される部分での厚みすなわち封口板の周辺部での板厚ｔ２が０．７［ｍｍ］、封口蓋収納部の筐体の底板部の厚みすなわち封口板の中央部の窪みの板厚ｔ４，ｔ５が０．７［ｍｍ］、キャップ体８１中央部の窪みの内方側主面と弁板８４の筐体内方側主面との対向距離、すなわち筐体内に収納された状態でのばね８３の長さｔ１が１．３［ｍｍ］、封口蓋収納部の円筒軸方向の長さｔ７が３．２［ｍｍ］に設定されている。
【００３２】
（比較例２）
比較例２のニカド電池は、従来のニカド電池と比べて封口蓋収納部の円筒軸方向長さが小さくなっており、具体的には図３（ａ）に示すように、封口蓋６０において、フランジ部のうち外装缶と接続される部分での厚みすなわち封口板の周辺部での板厚ｔ２が０．７［ｍｍ］、封口体蓋納部の筐体の底板部の厚みすなわち封口板の中央部の窪みの板厚ｔ４，ｔ５が０．７［ｍｍ］、キャップ体中央部の窪みの内方側主面と弁板の筐体内方側主面との対向距離、すなわち当該筐体内に収納された状態でのばねの長さｔ１が１．０［ｍｍ］、封口蓋収納部の円筒軸方向の長さｔ７が２．９［ｍｍ］に設定されている。
【００３３】
（比較例３）
比較例３のニカド電池は、従来のニカド電池と比べて、封口蓋を構成する板材の厚み、すなわち電極体側に配された封口板の板厚が小さくなっており、具体的には図３（ｂ）に示すように、封口蓋７０において、フランジ部のうち外装缶と接続される部分での厚みすなわち封口板７２の周辺部での板厚ｔ２が０．４［ｍｍ］、封口蓋７０収納部の筐体の底板部の厚みすなわち封口板７２の中央部の窪みの板厚ｔ４，ｔ５が０．４［ｍｍ］、キャップ体中央部の窪みの内方側主面と弁板の筐体内方側主面との対向距離ｔ１が１．３［ｍｍ］、封口蓋７０収納部の円筒軸方向の長さｔ７が２．９［ｍｍ］に設定されている。
【００３４】
｛試験の内容および結果｝
上記各バリエーションのサンプルを２０セットずつ用意し、予めその全てを未充電状態にしておき、未充電状態の各サンプルに対して４０［Ａ］の電流を３０分間、強制放電させ、その後の各サンプルの状態を確認した。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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表１に示すように、実施例１および比較例１では、封口蓋４０，８０が外装缶の開口部を封じた状態を維持しており、電池の密封状態が保たれていた。これに対して、比較例２，３では、封口蓋６０，７０が外装缶の開口部において外れた状態となっており、電池の密封状態が保たれていなかった。
【００３６】
｛試験結果に基づく考察｝
以上の結果に基づいて考察すると、比較例２では、封口蓋６０に設けられたガス排出機構を構成するばね６３について封口蓋６０収納部の筐体内に収納された状態での長さｔ１が十分に確保されなかったため、すなわち、ばね６３の伸縮ストロークが十分に確保されなかったため、弁板６４が十分に持ち上がらずに強制放電により電池内において強制的に発生させたガスを十分に排出させることができず、電池の内圧が上昇して封口蓋６０が外装缶の開口部から外れたと考えられる。
【００３７】
比較例３では、詳細に観察すると、封口蓋７０自体の変形が目立っていた。その状態からして、比較例３では、従来のものに比べて、封口蓋７０を構成する２枚の板材（キャップ体７１，封口板７２）のうち外装缶内方側に配された板材（封口板７２）の厚みを一律に小さくしたので、封口板７２の強度が落ち、電池の内圧上昇に封口板７２が耐えられずに変形した結果、封口蓋７０が外装缶の開口部から外れたと考えられる。
【００３８】
実施例１、比較例１では、封口蓋４０，８０に設けられたガス排出機構を構成するばね４３，８３について封口蓋４０，８０収納部の筐体内に収納された状態での長さｔ１が十分に確保され、すなわち、ばね４３，８３の伸縮ストロークが十分に確保され、かつ封口蓋４０，８０を構成する２枚の板材（キャップ体４１，８１、封口板４２，８２）のうち外装缶内方側に配された板材（封口板４２，８２）の強度が保たれていたので、強制放電により電池内において強制的に発生させたガスを十分に排出させることができ、かつ当該板材（封口板４２，８２）の変形が抑制され、その結果、封口蓋４０，８０が外装缶の開口部から外れずに電池の密封状態が保たれたと考えられる。
【００３９】
特に、実施例１では、封口蓋４０を構成する２枚の板材（キャップ体４１、封口板４２）のうち外装缶内方側に配された板材（封口板４２）において、ガス排出機構を収めた筐体での厚みｔ４，ｔ５のみを比較例１に比べて小さくしたため、電池の内圧上昇に対して従来のニカド電池の封口蓋と同等の強度を保ちながら、封口蓋の厚み方向の長さを小さくできることを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、外装缶の規格が既定されている密閉型電池において電池エネルギー密度を向上させる際に有効であり、特に電池本体に力学的強度が要求される用途に好適であり、その産業上の利用可能性は非常に広く、且つ大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は、実施の形態１に係るニッケル・カドミウム二次電池（蓄電池）の要部分解図である。
【図２】は、実施の形態１に係るニッケル・カドミウム蓄電池の封口蓋４０の要部分解図である。
【図３】（ａ）は、比較例２に係るニッケル・カドミウム蓄電池の封口蓋６０の要部分解図であり、（ｂ）は、比較例３に係るニッケル・カドミウム蓄電池の封口蓋７０の要部分解図である。
【図４】は、従来のニッケル・カドミウム蓄電池の封口蓋の要部分解図である。
【符号の説明】
【００４２】
１                ニッケル・カドミウム二次電池（蓄電池）
１０              電極体
１１              正極板
１２              負極板
１３              セパレータ
１５              スペーサ
２０              外装缶
２１              開口部
３１，３２        集電体
３３              タブ
４０，６０，７０  封口蓋
４１，６１，７１  キャップ体
４２，６２，７２  封口板
４３，６３，７３  ばね
４４，６４，７４  弁板
４５，６５，７５  第１開口部
４６，６６，７６  第２開口部
５０              ガスケット
【図１】
2007273359.tif 000004
【図２】
2007273359.tif 000005
【図３】
2007273359.tif 000006
【図４】
2007273359.tif 000007