(57)【要約】【課題】電解液を注入した際に絶縁板上への電解液の残留を防止することができる電池を提供する。【解決手段】ニッケル水素二次電池2は、上端が開口した外装缶10と、正極24及び負極26がセパレータ28を介して積層され渦巻き状に巻回されてなり、外装缶10内に収容された電極群22と、電極群22の上部に配置された電気絶縁性を有する上部絶縁板32と、外装缶10に注入され電極群22に含浸された電解液と、外装缶10の開口縁をかしめ加工して開口内に固定され、開口を封口する封口体14とを備える電池であって、上部絶縁板32は、その中央に設けられ電解液を通す注液口38と、外装缶10の内周縁と合致する大きさ及び形状を有した外周縁42と、外周縁42と注液口38との間に設けられ、外装缶10の底壁8側に向けて凹んだ漏斗面36とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開口した外装缶と、
正極及び負極がセパレータを介して積層されてなり、前記外装缶に収容された電極群と、
前記電極群の上部に配置された電気絶縁性を有する絶縁板と、
前記外装缶内に注入され前記電極群に含浸された電解液と、
前記外装缶の開口縁をかしめ加工して前記開口内に固定され、前記開口を封口する封口体と
を備える電池であって、
前記絶縁板は、
その中央に設けられ前記電解液を通す注液口と、
前記外装缶の内周縁と合致する大きさ及び形状を有した外周縁と、
前記外周縁と前記注液口との間に設けられ、前記外装缶の底部側に向けて凹んだ漏斗面と
を含むことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記絶縁板の外周縁は、
その前記外装缶の底部側の面が斜めに削りとられ、前記外装缶の内周面に向けて尖っていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記外装缶は、横断面形状が円形をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記外装缶は、横断面形状が角形をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装缶内の電極群の上部に絶縁板を備えた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な電池は、負極端子を兼ねる外装缶内に、正極、負極及びセパレータからなる電極群を収容したのち、電解液を注入し、この後、外装缶の上端開口を封口体で封口することにより製造されている。この封口体は、外装缶の上端開口内に絶縁性のパッキンを介して配置され、これら封口体及びパッキンは外装缶の開口縁をかしめ加工することにより外装缶の開口縁に固定されている。なお、前記封口体には、正極端子、安全弁等が取り付けられている。
【０００３】
このような電池においては、電極群における最外部の負極が外装缶の内壁と接し、これら負極及び外装缶（負極端子）は電気的に互いに接続されている。一方、電極群の正極は、リボン状の金属からなる正極リードを介して封口体の正極端子と電気的に接続されている。
【０００４】
ところで、電池に振動や衝撃が加わった場合、電極群の正極もしくは負極の一部が、他極と接続された封口体、正極リード、外装缶等に接触し、内部短絡を起こす虞がある。そこで、電極群の上部及び下部に絶縁板をそれぞれ配置し、上記内部短絡を防止するようにしている。このような絶縁板は、本来の電気絶縁性を確保するため、電極群の上端及び下端を完全に覆うべく、その外周形状が外装缶の内周形状と合致しているのが一般的である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２４３８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電極群の上部に配置される絶縁板は、中央に電解液の注液口を有している。つまり、電池の製造に際し、外装缶の上端開口より注入された電解液は、絶縁板の注液口を介して外装缶内の電極群に至り、これにより、電極群は電解液中に浸される。
【０００７】
ところで、外装缶内に電解液を注入する際、電解液の一部が絶縁板の上面に付着し、この付着した電解液が特に、絶縁板の外周縁と外装缶の内周面との境界部分に残留する。
【０００８】
このようにて残留した電解液は、振動などにともない外装缶の内壁を伝い、封口体のかしめ部に到達する。
【０００９】
一般的に、電池のかしめ部は、外装缶の上端開口部のゆがみ等により、その内部に微小な隙間を残している可能性がある。このため、かしめ部の前記隙間から電解液が毛細管現象により電池の外部へ染み出す虞がある。
染み出した電解液は、電池周辺の他の部品を腐蝕させたり、電池内の電解液の減少に伴い電池の容量低下を招くといった不具合を生じることがある。
【００１０】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、電解液を注入した際に絶縁板上への電解液の残留を防止することができる電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、上端が開口した外装缶と、正極及び負極がセパレータを介して積層されてなり、前記外装缶に収容された電極群と、前記電極群の上部に配置された電気絶縁性を有する絶縁板と、前記外装缶内に注入され前記電極群に含浸された電解液と、前記外装缶の開口縁をかしめ加工して前記開口内に固定され、前記開口を封口する封口体とを備える電池であって、前記絶縁板は、その中央に設けられ前記電解液を通す注液口と、前記外装缶の内周縁と合致する大きさ及び形状を有した外周縁と、前記外周縁と前記注液口との間に設けられ、前記外装缶の底部側に向けて凹んだ漏斗面とを含むことを特徴とする電池が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記絶縁板の外周縁は、その前記外装缶の底部側の面が斜めに削りとられ、前記外装缶の内周面に向けて尖っている構成とする。
【００１３】
また、前記外装缶は、横断面形状が円形をなしている構成とすることが好ましい。
【００１４】
また、前記外装缶は、横断面形状が角形をなしている構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電池においては、電極群の上部に配置された絶縁板が、中央の注液口に向かって外装缶の底部側へ傾斜している漏斗面を有するため、電解液が注液口に集まり電極群側へスムーズに導入される。このため、絶縁板上に電解液が残留することは防止され、電池のかしめ部からの電解液の染み出しを抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る電池は、絶縁板の外周縁が、外装缶の底部側の面が斜めに削りとられ前記外装缶の内周面に向けて尖っているので、絶縁板の外周縁と外装缶の内周面との接触は線接触となる。このため、絶縁板の外周縁と外装缶の内周面の境界に電解液が存在したとしても、この電解液は直ちに絶縁板の漏斗面に沿って注液口まで導かれ、絶縁板と外装缶との境界に電解液が残留することをより確実に防止することができる。
【００１７】
更に、本発明においては、外装缶の横断面形状が円形の円筒形電池については、円形の絶縁板が用いられ、外装缶の横断面形状が角形の角形電池については、角形の絶縁板が用いられるため、電極群の上端部全体を覆うことができ十分な絶縁効果を保持しつつ絶縁板上への電解液の残留を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る円筒形のニッケル水素二次電池を部分的に破断して示した斜視図である。
【図２】図１のニッケル水素二次電池に組み込まれている上部絶縁板を示した平面図である。
【図３】図２中のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】上部絶縁板の外周縁と外装缶の内周面との境界部分における電解液の挙動を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明に係る角形のニッケル水素二次電池を部分的に破断して示した分解斜視図である。
【図６】図５のニッケル水素二次電池に組み込まれている上部絶縁板を示した平面図である。
【図７】図６中のVII−VII線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電池を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明が適用される第１の実施形態の電池として、例えば、図１に示すＡＡサイズの円筒型ニッケル水素二次電池2（以下、電池2という）に本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、電池2は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶10を備えている。外装缶10は導電性を有し、その底壁8は負極端子として機能する。外装缶10の開口内には、導電性を有する円板形状の封口体14及びこの封口体14を囲むリング形状の絶縁パッキン12が配置され、絶縁パッキン12及び封口体14は外装缶10の開口縁をかしめ加工することにより外装缶10の開口縁に固定されている。即ち、封口体14及び絶縁パッキン12は互いに協働して外装缶10の開口を封口している。
【００２１】
ここで、詳しくは、封口体14は中央にガス抜き孔16を有し、そして、封口体14の外面上にはガス抜き孔16を塞ぐゴム製の弁体18が配置されている。更に、封口体14の外面上には、弁体18を覆うようにしてフランジ付き円筒形状の正極端子20が固定され、正極端子20は弁体18を封口体14に向けて押圧している。従って、通常時、ガス抜き孔16は弁体18によって気密に閉じられている。一方、外装缶10内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体18は内圧によって圧縮され、ガス抜き孔16を開き、この結果、外装缶10内からガス抜き孔16及び正極端子20を介してガスが放出される。つまり、ガス抜き孔16、弁体18及び正極端子20は電池のための安全弁を形成している。
【００２２】
外装缶10には、電極群22が収容されている。この電極群22は、それぞれ帯状の正極24、負極26及びセパレータ28からなり、これらは正極24と負極26の間にセパレータ28が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ28を介して正極24及び負極26が互い重ね合わされている。電極群22の最外周は負極26の一部（最外周部）により形成され、外装缶10の内周壁と接触している。即ち、負極26と外装缶10とは互いに電気的に接続されている。
【００２３】
そして、外装缶10内には、電極群22の一端と封口体14との間に正極リード30が配置され、正極リード30の両端は正極24の内端及び封口体14にそれぞれ接続されている。従って、封口体14の正極端子20と正極24とは、正極リード30及び封口体14を介して互いに電気的に接続されている。
【００２４】
電極群22と封口体14との間には上部絶縁板32が配置されている。この上部絶縁板32は、図２から明らかなように、平面視形状が円形であり、その中央には、電解液を挿通可能な円形の注液口38が設けられている。そして、上部絶縁板32の所定位置には、正極リード30を通すスリット40が設けられている。上部絶縁板32の材料としては、電気絶縁性を有する合成樹脂、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等を用いることができる。また、上部絶縁板32は、ある程度の強度を確保するため、その厚さを0.15ｍｍ〜0.3ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
より詳しくは、上部絶縁板32は、その外周縁42が円筒状の外装缶10の内周面と合致するように、外装缶10の内径寸法と略同じの外径寸法を有する。そして、図３から明らかなように、上部絶縁板32は、外周縁42から注液口38、つまり、外装缶10の底壁8側（図３中矢印Ａ方向）に向けて突出する切頭円錐形状をなし、その底壁８とは反対側の面が注液口38に至る雌テーパの漏斗面36として形成されている。この漏斗面36は、電解液を外装缶10内に注入する際に、電解液を注液口38にスムーズに導くために設けられている。外装缶10の横断面に対する漏斗面36の傾斜角度αは、3度〜10度の範囲に設定することが好ましい。前記傾斜角度αが、3度より小さいと、漏斗面36上の電解液を注液口38へスムーズに導くことが困難となり、電解液が上部絶縁板32上に残留しやすくなる。よって、傾斜角度αは3度以上とすることが好ましく、より好ましくは、5度以上とする。一方、前記傾斜角度αが10度を超えると、外装缶10内において上部絶縁板32が占める空間の体積が増加し、これに伴い電極群22の体積が減少するので、所望の電池容量を確保することが困難となるからである。
【００２６】
更に、図３の円Ｐ内に示した拡大図から明らかなように、上部絶縁板32の外周縁42は、外装缶10の底壁8側の面、即ち、その下面44が斜めに削りとられることで、尖った形状をなしている。このような外周縁42によれば、図４に示すように、外周縁42と外装缶10の内周面6との接触は線接触となり、これら外周縁42と内周面6の境界に電解液Ｌが存在したとしても、この電解液Ｌは直ちに、上部絶縁板32の漏斗面36に沿って注液口38までスムーズに流下し、注液口38を通って電極群22に到達する。従って、電解液Ｌが前記境界に残留したままになることはなく、よって、かしめ部から外部に染み出すこともない。
【００２７】
また、電池２においては、図１に示すように、電極群22と外装缶10の底壁8との間に、下部絶縁板34が配置されている。この下部絶縁板34は、平坦な円形状をなしている。下部絶縁板34の材料としては、上部絶縁板32と同様に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等を用いることができる。また、その厚さも0.15ｍｍ〜0.3ｍｍのものを用いることが好ましい。
【００２８】
更に、外装缶10内には、上部絶縁板32の注液口38を介して注入された所定量のアルカリ電解液（図示せず）が存在している。このアルカリ電解液は、正極24、負極26及びセパレータ28に含浸され、正極24と負極26との間での充放電反応を進行させる。なお、アルカリ電解液の種類としては、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、及びこれらのうち２つ以上を混合した水溶液等をあげることができ、またアルカリ電解液の濃度についても特には限定されず、例えば、８Ｎ（規定度）のものを用いることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
本発明が適用される第２の実施形態の電池として、例えば、図５に示す角形のニッケル水素二次電池4（以下、電池4という）に本発明を適用した場合を例に説明する。
なお、第２の実施形態の電池4は、第１の実施形態の電池2と同様に電極群50の上部に配置される上部絶縁板52に特徴を有するものであり、それ以外の構成部材は、一般的な構造を有する角形電池と同様である。よって、上部絶縁板52以外の構成部材についての説明は簡略化する。
【００３０】
まず、図５に示すように、電池4は、上端が開口した有底の角筒形状をなす外装缶54を備えている。この外装缶54の中には、正極56と負極58の間にセパレータ60が挟み込まれた状態で折り畳まれ全体として角形に成形されている電極群50が収容されている。電極群50の最外部には負極58が位置付けられ、外装缶54の内周壁と接触しており、これにより、負極58と外装缶54とは互いに電気的に接続されている。一方、電極群54の正極56の一部と封口体62の正極端子64とは、正極リード64を介して互いに電気的に接続されている。そして、封口体62と電極群50との間には角形の上部絶縁板52が配置されている。
【００３１】
外装缶54の開口内には、封口体62及びこの封口体62を囲む角形のリング形状の絶縁パッキン66が配置され、これら封口体62及び絶縁パッキン66は外装缶54の開口縁をかしめ加工することにより外装缶54の開口縁に固定される。
上部絶縁板52は、図６に示すように、平面視形状が角形をなしており、その中央には、電解液を挿通可能な円形の注液口70を含んでいる。そして、上部絶縁板52の所定位置には、正極リード64を通すスリット72が設けられている。上部絶縁板52の材料としては、第１の実施形態と同様な材料を用いることができ、また、上部絶縁板52の厚さも、第１の実施形態と同様な厚さとすることが好ましい。
【００３２】
上部絶縁板52は、角形の外装缶54の内側の横断面形状と合致する大きさを有し、その外周縁74もまた角形形状をなしている。つまり、上部絶縁板52の平面視形状の縦横寸法は、外装缶54の内側における横断面の縦横寸法と同じに設定している。そして、図７から明らかなように、上部絶縁板52は、外周縁74から注液口70、つまり、外装缶54の底壁側（図７中矢印Ｂ方向）に向けて突出する切頭角錐形状をなし、その底壁側とは反対側の面が注液口70に至る傾斜した角錐状の漏斗面68として形成されている。この漏斗面68は、電解液を外装缶54内に注入する際に、電解液を注液口70にスムーズに導くために設けられている。外装缶54の横断面に対する漏斗面68の傾斜角度αは、第１の実施形態の場合と同様な理由により5度〜10度の範囲に設定することが好ましい。ここで、漏斗面68は、図６から明らかなように、注液口70を挟んで配置された一対ずつの三角領域、即ち、鈍角の二等辺三角形の領域Ｔ１，Ｔ２と、これら領域Ｔ１，Ｔ２に挟まれた鋭角の二等辺三角形の領域Ｔ３，Ｔ４とからなっている。
【００３３】
また、図７の円Ｑ内に示した拡大図から明らかなように、上部絶縁板52の外周縁74もまた、第１の実施形態と同様に、その下面78が斜めに削りとられることで、尖った形状をなし、第１の実施形態と同様の機能を発揮する。
なお、上部絶縁板52の材料としては、第１の実施形態の上部絶縁板32と同様に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等を用いることができる。また、その厚さも0.15ｍｍ〜0.3ｍｍのものを用いることが好ましい。
【実施例】
【００３４】
１．ＡＡサイズの円筒型ニッケル水素二次電池の組み立て
実施例１
一般的なニッケル水素二次電池に用いられる正極24及び負極26をこれらの間にポリプロピレン繊維製不織布から成るセパレータ28を挟んだ状態で渦巻状に巻回し、電極群22を作製した。
【００３５】
次いで、ＡＡサイズ用の有底円筒形状の外装缶10を準備し、この外装缶10内にポリプロピレン製の円板形状の下部絶縁板34を挿入し、その上に上記した電極群22を収容した。更に、電極群22の上に、ポリプロピレン製の上部絶縁板32を載置した。
【００３６】
ここで、上部絶縁板32は、図２及び図３に示す形状をなしている。つまり、上部絶縁板32は、その外周縁42の平面視形状が、円筒状の外装缶10の内周面と合致する円形状をなしており、斯かる外周縁42の外径寸法は、外装缶10の内径寸法と同じに設定している。また、その中央部には、直径1.5ｍｍの注液口38が設けられている。更に、上部絶縁板32は、外周縁42から注液口38に向かって漏斗面36を有している。そして、外装缶10の横断面に対する漏斗面36の傾斜角度αは10度に設定している。なお、下部絶縁板及び上部絶縁板32の厚さは、0.3ｍｍとした。
【００３７】
その後、水酸化ナトリウム水溶液から成るアルカリ電解液を2ｍｌ外装缶内に注液した。この後、封口体14等を外装缶10の開口に配置するとともに、外装缶10の開口縁をかしめ加工して開口を封口し、ＡＡサイズの円筒型ニッケル水素二次電池を組み立てた。このニッケル水素二次電池を電池Ａと称す。なお、この電池Ａを10000個組み立てた。
【００３８】
実施例２
上部絶縁板における漏斗面の傾斜角度αを5度としたこと以外は実施例１の電池Ａと同様なニッケル水素二次電池（電池Ｂ）を組み立てた。
【００３９】
実施例３
上部絶縁板における漏斗面の傾斜角度αを4度としたこと以外は実施例１の電池Ａと同様なニッケル水素二次電池（電池Ｃ）を組み立てた。
実施例４
上部絶縁板における漏斗面の傾斜角度αを3度としたこと以外は実施例１の電池Ａと同様なニッケル水素二次電池（電池Ｄ）を組み立てた。
【００４０】
比較例１
上部絶縁板における漏斗面の傾斜角度αを0度、即ち、平坦な上部絶縁板を使用したこと以外は実施例１の電池Ａと同様なニッケル水素二次電池（電池Ｅ）を組み立てた。
【００４１】
２．ニッケル水素二次電池の液漏れの発生率
電池Ａ〜電池Ｅに対し、6時間振動を加えた後、かしめ部を目視観察するとともに、リトマス試験紙でかしめ部を拭いた。そして、目視で液漏れが確認できた場合又はリトマス試験紙が赤色から青色に変化した場合には液漏れと判定し、液漏れした電池の個数を計数した。この液漏れした電池の個数を液漏れ個数とする。そして、（Ｉ）式で示される液漏れ発生率を求めた。
液漏れ発生率（％）＝（液漏れ個数／組み立てた電池の総数）×１００・・・（Ｉ）
得られた結果を表１に示した。
【００４２】
【表１】
2012134107.tif 000003
【００４３】
３．評価結果
表１から次のことが明らかである。
（１）外周縁から中央の注液口に向かって傾斜する漏斗面を有している上部絶縁板を備えた実施例１〜４（電池Ａ〜Ｄ）と傾斜していない平坦な上部絶縁板を備えた比較例１（電池Ｅ）とを比較すると、実施例１〜４は、比較例１に比べて液漏れ発生率が低いことがわかる。これは、実施例１〜４の電池では、電解液の注入の際、漏斗面の作用により、電解液が速やかに注液口に導かれるので、上部絶縁板上には、電解液が残留し難く、しかも電極群に到達した電解液は、速やかに電極群内に浸透するので、上部絶縁板上に戻ることもほとんどない。このため、かしめ部から電解液が漏れることは有効に防止されているためと考えられる。
【００４４】
これに対し、平坦な上部絶縁板を備えた比較例１の電池Ｅでは、電解液の注液の際に、注液口に到達しない電解液が比較的多く存在し、上部絶縁板上に電解液の一部が残留してしまっているものと考えられる。このため、上部絶縁板上に残留した電解液がかしめ部の微小な隙間から外部に染み出してしまい、液漏れを起こした電池が発生したものと考えられる。
このことから、上部絶縁板に漏斗面を設けることは、電解液の漏出を防止する上で有効であることがわかる。
【００４５】
（２）漏斗面を有する上部絶縁板を備えた実施例１〜４（電池Ａ〜Ｄ）を互いに比較すると、漏斗面の傾斜角度が大きいほど液漏れ発生率が低いことがわかる。これは、傾斜角度が大きいほど電解液が注液口に速やかに導かれるので、上部絶縁板上における電解液の残留を極力抑えることができるためであると考えられる。
【００４６】
（３）ここで、特に、実施例１及び実施例２（電池Ａ及び電池Ｂ）は、液漏れ発生率が極めて低くなっている。即ち、漏斗面の傾斜角度が5度を超えると液漏れ発生率が0％となっている。このことから、上部絶縁板の漏斗面の傾斜角度は、5度以上とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
２                  ニッケル水素二次電池
１０                外装缶
１２                絶縁パッキン
１４                封口体
２０                正極端子
２４                正極
２６                負極
３２                上部絶縁板
３６                漏斗面
３８                注液口
４０                スリット
【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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【図７】
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