(57)【要約】【課題】封口板構造の改良により、衝撃が加わった後も設定どおりの弁作動圧を示す、信頼性の高い密閉型アルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】本発明の密閉型二次電池は、発電要素と、これを内部に収納した金属ケースと、前記金属ケースの上部を密閉する封口板とからなり、封口板には上部に突出した端子部と、端子部を囲む形で窪んだ弁体収容部と、弁体収容部に収められた弁体と、弁体収容部を覆うフィルター部とを設け、かつ端子部、弁体収容部およびフィルター部を１枚の金属板から構成し、弁体収容部とフィルター部とに排気孔を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と、これを内部に収納した金属ケースと、前記金属ケースの上部を密閉する封口板とからなる密閉型二次電池であって、
前記封口板は、上部に突出した端子部と、前記端子部を囲む形で窪んだ弁体収容部と、前記弁体収容部に収められた弁体と、前記弁体収容部を覆うフィルター部とを有しており、かつ前記端子部、弁体収容部およびフィルター部は１枚の金属板から構成されており、前記弁体収容部と前記フィルター部とには排気孔が設けられていることを特徴とする密閉型二次電池。
【請求項２】
前記弁体がＯリングであり、前記端子部を囲む形で密着している請求項１記載の密閉型二次電池。
【請求項３】
前記フィルター部の排気孔の断面積の総和が、前記弁体収容部のそれと同等以上である請求項１記載の密閉型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型二次電池の封口板に関し、より詳しくは封口板に収められた弁体の機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型二次電池はポータブル機器の電源として、広く用いられている。特にニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池などのアルカリ蓄電池は、充電末期に正極から発生する酸素ガスを負極が還元する反応機構を有しているため、信頼性の高い密閉型二次電池として、電動工具やバックアップシステム等の電源として幅広く使用されている。
【０００３】
従来、このような密閉型アルカリ蓄電池は、正極板と負極板とセパレータからなる発電要素と、この発電要素を内部に収納した金属ケースと、電池内圧が異常上昇した際に内部ガスを電池外へ放出するための弁体を備えかつ金属ケースの上部を密閉する封口板とからなる。
【０００４】
図４は従来の密閉型アルカリ蓄電池の封口板の断面構造を示している。封口板は、端子部１内に弁体２を収納しており、端子部１の外縁に排気孔３が設けられている。さらに封口板の外周部は絶縁体７を介して、発電要素を収納した金属ケース６の上部とかしめることにより一体化され、密閉構造を形成している（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２６１３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した構造の封口板を有する密閉型アルカリ電池に落下や衝突などの衝撃が加わった場合、突出しているがゆえにダメージが直接に端子部１に伝わり、内部に収納された弁体２が過度に圧縮されるため、弁が作動する圧力（以下、弁作動圧と略記）が設定値より大きくなる。弁作動圧が過大となった場合、電池の内圧が異常上昇した際に、発生したガスを電池外に放出するタイミングが遅れ、電池が変形する恐れがある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するものであり、封口板構造の改良により、衝撃が加わった後も設定どおりの弁作動圧を示す、信頼性の高い密閉型アルカリ蓄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】
【０００７】
上述した従来の課題を解決するために、本発明の密閉型二次電池は、発電要素と、これを内部に収納した金属ケースと、前記金属ケースの上部を密閉する封口板とからなり、封口板には上部に突出した端子部と、端子部を囲む形で窪んだ弁体収容部と、弁体収容部に収められた弁体と、弁体収容部を覆うフィルター部とを設け、かつ端子部、弁体収容部およびフィルター部を１枚の金属板から構成し、弁体収容部とフィルター部とに排気孔を設けたことを特徴とする。
【０００８】
弁体を封口板の下部に設けることにより、落下などの衝撃によるダメージが直接に弁体に伝わらないため、密閉型二次電池の弁作動圧を一定にすることができる。さらに端子部および弁体収容部とフィルター部とを１枚の金属板から構成することにより、これらを別の金属板で構成して貼り合わせた場合と比較して、落下の衝撃が著しい場合でも密閉型二次電池の弁作動圧を一定にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、衝撃が加わっても弁体の弁作動圧に影響のない、信頼性の高い密閉型二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に記す。
【００１１】
第１の発明は、発電要素と、これを内部に収納した金属ケースと、前記金属ケースの上部を密閉する封口板とからなり、封口板には上部に突出した端子部と、端子部を囲む形で窪んだ弁体収容部と、弁体収容部に収められた弁体と、弁体収容部を覆うフィルター部とを設け、かつ端子部、弁体収容部およびフィルター部を１枚の金属板から構成し、弁体収容部とフィルター部とに排気孔を設けたことを特徴とする密閉型二次電池に関する。
【００１２】
図１は本発明の密閉型二次電池の封口板の概略断面図、図２はこの封口板の概略上面図、図３はこの封口板の概略下面図である。本発明の密閉型二次電池の封口板は、端子部１を囲む形で窪んだ弁体収容部４に弁体２を収納している。弁体収容部４の上には、これを覆う形でフィルター部５が設けられている。ここで端子部１および弁体収容部４とフィルター部５とは、１枚の金属板で構成されている。図４に示すように弁体２を突出した端子部１に配置せず、封口板平面の下部に配置することにより、落下や衝突などの衝撃が直接ダメージとして伝わりにくい構造となっている。加えて端子部１および弁体収容部４とフィルター部５とを１枚の金属板から構成することにより、これらを別の金属板で構成して貼り合わせた図５の構成と比較して、落下の衝撃が著しい場合でも密閉型二次電池の弁作動圧を一定にすることができる。また弁体収容部４とフィルター部５とには排気孔３ａおよび３ｂが設けられており、弁作動時に電池内部で発生したガスを円滑に電池外へ排出することができるようになっている。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、弁体２がＯリングであり、端子部１を囲む形で密着していることを特徴とする。第２の発明の構成とすることにより、弁体２の位置が固定される上に、弁体収容部４に設けられた排気孔３からフィルター部５に設けられた排気孔３までの流路が広く確保しやすくなるため、電池内で発生したガスの迅速な排出が可能となり、弁作動圧がさらに安定する。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、フィルター部５に設けた排気孔３ｂの断面積の総和を弁体収容部４に設けた排気孔３ａの断面積の総和と同等以上としたことを特徴とする。最終の排出口であるフィルター部５の排気孔３ｂを排気孔３ａより広くすることにより、弁体収容部４とフィルター部５との隙間でのガスの滞留が緩和されるのでより好ましい。
【００１５】
ここで封口板の材質として、アルカリ蓄電池の場合は鉄やステンレスなど、リチウムイオン二次電池の場合はアルミニウム、鉄、ステンレスなどを選択することができる。また弁体２は弾性体であることが好ましく、より好ましくはゴム弾性体である。特に弁体２をＯリングとする場合、好ましい材質はエチレンプロピレンゴム、ニトリルゴムなどである。さらに封口板の形状は円形であっても、略矩形であってもよい。
【００１６】
発電要素は、例えばニッケル−水素蓄電池の場合、水酸化ニッケルを活物質とする正極と、水素吸蔵合金を活物質とする負極と、主に不織布からなるセパレータとで構成される。またニッケル−カドミウム蓄電池の場合、水酸化ニッケルを活物質とする正極と、カドミウムを活物質とする負極と、主に不織布からなるセパレータとで構成される。さらにリチウムイオン二次電池の場合、リチウム複合酸化物を活物質とする正極と、黒鉛などリチウムを吸蔵しうる材料を活物質とする負極と、微多孔性フィルムからなるセパレータとで
構成される。
【００１７】
これら発電要素を金属ケース６に収納し、電解液（アルカリ蓄電池の場合はアルカリ水溶液、リチウムイオン二次電池の場合はリチウム塩を溶解させた有機溶媒）を注入した後、上述した封口板の外周部を、絶縁体７を介して発電要素を収納した金属ケース６の上部とかしめることにより一体化し、密閉型二次電池を形成している。
【００１８】
以下、本発明の実施例について記す。なお実施例としてニッケル−水素蓄電池を用いた場合を示すが、ニッケル−カドミウム蓄電池やリチウムイオン二次電池に本発明の封口板を用いても同様の効果を得られることは云うまでもない。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
水酸化ニッケルに導電剤として水酸化コバルトを添加し、水に分散させたスラリーを発泡ニッケル多孔体に充填・乾燥し、圧延した後に所定寸法に切断し、正極を得た。一方水素吸蔵合金に導電剤としてカーボンブラック、結着剤としてスチレン−ブタジエンゴム共重合体微粒子、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを添加し、水に分散させたペーストをパンチングメタルに塗着し、圧延した後に所定寸法に切断し、負極を得た。これら正負極をポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して捲回し、ニッケル−水素蓄電池の発電要素を得た。
【００２０】
この発電要素を金属ケース６に収納した後、電解液として水酸化カリウム水溶液を注入し、図１に示す封口板を金属ケース６の上部に設置し、かしめることによって公称容量２．０Ａｈの円筒型ニッケル−水素蓄電池を得た。ここで封口板における端子部１、弁体収容部４およびフィルター部５は１枚の金属板から加工して作製した。また弁体２はエチレンプロピレンゴム製、直径５．８ｍｍのＯリングであり、これを直径５．５ｍｍの端子部１に嵌める形で配置することにより弁作動圧を２．０ＭＰａに設定した。またフィルター部５に設けられた排気孔３ｂの断面積の総和を１．８ｍｍ2、弁体収容部４に設けられた排気孔３ａの断面積の総和を２．０ｍｍ2とした。これを実施例１の電池とする。
【００２１】
（実施例２）
実施例１の電池に対し、Ｏリングの直径を５．６ｍｍとし、直径５．５ｍｍの端子部に密着させる形で配置したこと以外は、実施例１と同様に電池を構成した。これを実施例２の電池とする。
【００２２】
（実施例３）
実施例２の電池に対し、フィルター部に設けられた排気孔の断面積の総和を２．５ｍｍ2とし、弁体収容部に設けられた排気孔の断面積の総和より大きくしたこと以外は、実施例２と同様に電池を構成した。これを実施例３の電池とする。
【００２３】
（参考例１）
実施例１の電池に対し、端子部１および弁体収容部４を１枚の金属板から加工して一体成型した後、別の金属板を加工し作製したフィルター部５を溶接して、図５に示す封口板を作製した。この封口板を用いたこと以外は、実施例１と同様に電池を構成した。これを参考例１の電池とする。
【００２４】
（比較例１）
実施例１の電池に対し、封口板を図４に示す従来構造としたこと以外は、実施例１と同様に電池を構成した。これを比較例１の電池とする。
【００２５】
上述した各例の電池に対し、１．０Ａの電流で２．５時間充電した後、２．０Ａの電流で１．０Ｖまで放電した。このサイクルを５回繰り返した後、高さ１５０ｃｍ、内径１５ｍｍのパイプを用いて電池を２５回落下させ、封口板の端子部にダメージを加えた。この後、以下に示す評価を行った。
【００２６】
（弁作動圧測定）
各例の電池を５個ずつ分解して封口板を取り出し、所定の流量計を用いて弁作動圧を測定した。初期設定値である２．０ＭＰａからのずれを平均し、百分率で（表１）に示した。
【００２７】
（連続充電試験）
各例の電池を２０個ずつ、２．０Ａの電流で５時間充電した。電池の変形があったものを、その程度（軽微か重度か）によって分ける形で（表１）に示した。
【００２８】
【表１】
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（表１）からわかるように、従来構造の封口板を用いた比較例１は、端子部１の内部に設けた弁体２に直接にダメージが加わって圧縮されたため、弁作動圧が設定値から大幅に高くなり、連続充電時に発生するガスをうまく電池外に排出できず、大半が重度の電池変形をきたした。これに比べ、本発明の実施例１は端子部１のダメージが直接に弁体２に伝わらないため、弁作動圧の変化が殆ど見られず、電池の変形度合が大幅に改善できた。
【００２９】
ここで実施例２のように弁体２を端子部１に密着させることにより、電池の変形度合はさらに改善できた。この理由として、弁体２の位置が固定され、かつ弁体収容部４に設けられた排気孔３ａからフィルター部５に設けられた排気孔３ｂまでの流路が広く確保されたため、電池内のガスが迅速に排出され、弁作動圧が安定したからであると推考できる。また実施例３のように、フィルター部５の排気孔３ｂの断面積の総和を、弁体収容部４の排気孔３ａの断面積の総和と同等以上にすることにより、電池の変形をほぼ回避することができた。この理由として、弁体収容部４とフィルター部５との隙間における出口側の孔面積が拡大できたため、ガスの滞留が緩和されたものと考えられる。
【００３０】
ただし端子部１および弁体収容部４とフィルター部５とを別の金属板から加工した上で溶接一体化した封口板を用いた参考例は、各実施例ほどの効果をあげることができなかった。この理由として、落下の衝撃によって溶接箇所の寸法が変動し、弁体２の位置関係が一定せずに弁作動圧を変動させたことが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明により耐衝撃性の高い密閉型二次電池が提供できるので、特に落下や衝撃の加わりやすい用途、例えば電動工具のようなハンディ機器の電源として大いに有望である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の密閉型二次電池の封口板の概略断面図
【図２】本発明の密閉型二次電池の封口板の概略上面図
【図３】本発明の密閉型二次電池の封口板の概略下面図
【図４】従来の密閉型二次電池の封口板の概略断面図
【図５】端子部および弁体収容部とフィルター部とを別々の金属板から構成した封口板の概略断面図
【符号の説明】
【００３３】
１    端子部
２    弁体
３    排気孔
３ａ  排気孔
３ｂ  排気孔
４    弁体収容部
５    フィルター部
６    金属ケース
７    絶縁体
【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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