(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を金属性の外装缶に収納し、当該外装缶の開口部を金属性の封口体で溶接封止してなる角形密閉電池であって、
外装缶及び封口体からなる電池筐体に対し、
前記封口体の主面上には、前記主面から電池外部に向けて突出するように形成した筒状突出部に導電性の軸体を絶縁性のガスケットを介して挿設し、前記軸体がカシメ処理されて前記筒状突出部の先端に前記ガスケットを介した状態で固定されてなる電極端子と、
排気口を有するキャップと、前記キャップ及び前記封口体との間に形成された室内に配置され、前記排気口を閉塞又は解放する弁体とから構成される安全弁とが配されており、且つ、
前記電極端子と前記安全弁とが互いに異なった場所に配置されているとともに、前記電極端子が前記電池筐体と反対極性に帯電され、前記排気口を有するキャップが電池筐体と同極性に帯電されている
ことを特徴とする角形密閉電池。
【請求項２】
前記角形密閉電池はアルカリ蓄電池であることを特徴とする請求項１に記載の角形密閉電池。
【請求項３】
前記弁体は弾性体であることを特徴とする請求項１または２に記載する角形密閉電池。
【請求項４】
前記電極端子と前記安全弁が互いに異なる形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角形密閉電池。
【請求項５】
前記電極端子と前記安全弁が封口体上で非対称位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の角形密閉電池。
【請求項６】
電池筐体の厚みが６ミリ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の角形密閉電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は角型密閉電池に関し、特に封口体の構造の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表されるように個人向け携帯型デジタル端末（ＰＤＡ）などの小型電子機器が急速に普及しつつある。これらの電子機器には比較的長時間の連続使用に耐えうる性能が要求されるため、その電源として高いエネルギー密度の電池を開発すべく研究がなされている。
【０００３】
このような背景に伴い、上記電子機器には角形密閉電池が用いられる傾向が見られる。角形密閉電池は他の形式のものに比べて単位体積当たりの電気容量が大きいなどの優れた特徴を持っている。
ここで図５は、角形密閉電池の一つである角形ニッケル水素蓄電池の構成を示す部分断面図である。当該ニッケル水素蓄電池１０は、外装缶２０、発電要素２００、封口体３０等から主として構成される。そのサイズは、例えば厚み６.１ｍｍ×幅１７.０ｍｍ×高さ３５.５ｍｍである。
【０００４】
外装缶２０、封口体３０はともにニッケル鋼板をプレス成形してなるものであり、金属製の電池筐体を構成する。このうち封口体３０の主面上には約３.５ｍｍ角程度の電極端子３１（当図では正極端子）が一つ配置されている。正極端子３１では電池内部側で筒状部材３１３（図６参照）がガスケット３１２を介してカシメ処理されており、この部分で正極端子３１と封口体３０との間の密閉性が確保されている。
【０００５】
発電要素２００は、短冊状の正極板２０１、セパレータ２０２、負極板２０３を重ね、これらに電解液を含浸したものであり、外装缶２０に収納される。負極板２０３は、ニッケル鋼板からなるパンチングメタルの表面に水素吸蔵合金が活物質として塗布されている。また正極板２０１は、ニッケル鋼板からなるパンチングメタルの表面に水酸化ニッケルなどを主成分とする活物質が塗布されている。
【０００６】
このうち正極板２０１は、タブ２０１０、正極集電体３０３を介して正極端子３１と電気的に接続される。
封口体３０はスペーサ２１と絶縁板３０２が対向するように外装缶２０の開口部１５に配置され、当該開口部１５の縁周に沿ってレーザ溶接される。これにより、外装缶２０の内部は封止される。
【０００７】
ここで図６は封口体３０の詳細図である。（ａ）は封口体３０の正面図、（ｂ）はＡ-Ａ’部分断面図、（ｃ）は裏面図をそれぞれ表す。（ｂ）のように端子キャップ３１０の内部には弾性ゴムからなる弁体３１６が内蔵されており、通常時は通気口３１５の周辺を押圧して電池内部を密閉している。そして電池の内圧が一定以上に上昇すると、ガス圧により当該弁体３１６は上部へ圧縮され、電池内部のガスが排気口３１１から排気される。これにより電池の内圧は低下し、弁体３１６は再び元の位置に復帰する。
【０００８】
このような角形密閉電池は、現在もさらなる高エネルギー密度が要求されており、電池の厚みを小さくしてスリム化が図られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した角形ニッケル水素蓄電池は、正極端子を中心とする構造が比較的多くの部品構成からなるため、全体的に端子のサイズを小さくすることは困難であると見られる。
したがって、単に電池の厚みを小さく（スリム化）しようとすれば、封口体の周縁に正極端子が近づくことになり、封口体と外装缶の開口部のレーザ溶接時において正極端子のガスケットや絶縁板などの樹脂部品中心に熱影響を受け、変形するおそれがある。これは電池内部の密閉性を損ない、電池性能を劣化する原因ともなりうる。
【００１０】
このように角形密閉電池において、電池の性能を良好に維持しつつ、現在よりそのサイズをさらに小さくするためには大きな課題を解決する必要がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電池性能を良好に維持しながらも、よりスリム化が可能な角形密閉電池とその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、発電要素を金属性の外装缶に収納し、当該外装缶の開口部を金属性の封口体で溶接封止してなる角形密閉電池であって、外装缶及び封口体からなる電池筐体に対し、前記封口体の主面上には、前記主面から電池外部に向けて突出するように形成した筒状突出部に導電性の軸体を絶縁性のガスケットを介して挿設し、前記軸体がカシメ処理されて前記筒状突出部の先端に前記ガスケットを介した状態で固定されてなる電極端子と、排気口を有するキャップと、前記キャップ及び前記封口体との間に形成された室内に配置され、前記排気口を閉塞又は解放する弁体とから構成される安全弁とが配されており、且つ、前記電極端子と前記安全弁とが互いに異なった場所に配置されているとともに、前記電極端子が前記電池筐体と反対極性に帯電され、前記排気口を有するキャップが電池筐体と同極性に帯電されている構成とした。
【００１２】
これにより、電極端子の構造が従来の安全弁内蔵型の構造よりも簡単になるため、部品構成も少なくて済み、当該電極端子のサイズが小型化できるので、電池を良好にスリム化することができるといった効果を奏する。
また、安全弁を電池筐体と同じ極性に帯電させることにより、他方の電極端子として安全弁を使用できるので、小型ながらも複数の電池を連結する場合などに使い勝手の良い電池とすることができる。
【００１３】
さらに本発明は、封口体に対する電極端子の大きさが小さくて済むので、例えば金属製の外装缶と封口体を溶接して内部を封止する場合に、電極端子への伝熱による熱影響を抑制することが可能となる。したがって、電極端子の樹脂部品の変形などが防止でき、良好な密閉性を確保することができる。
また、電極端子と安全弁の形状を異なるようにすると、使用時に極性を誤認する危険を回避することができる。
【００１４】
このような本発明の角形密閉電池は、具体的には６ｍｍ程度以下の電池厚みを有するものに対して特に有効であることが発明者らによって明らかになっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
１.実施の形態１
１-１.角形ニッケル水素蓄電池の構成
図１は、実施の形態１に係る角形ニッケル水素（Ｎｉ-Ｈ）蓄電池６０（以下、「電池６０」と称する）の外観斜視図である。本電池６０は前述した従来型の角形ニッケル水素蓄電池１０とほぼ同様の発電要素を有しているが、封口体４０付近の構成が従来と明確に異なる特徴を持つ。
【００１６】
すなわち当図のように、本電池６０では封口体４０の面上から突出した正極端子４１と、当該正極端子４１とは別個に安全弁４２が設けられている。そしてこの安全弁４２は、正極端子４１とは逆に負極性を帯びるようになっている。すなわち本実施の形態は、従来は一体型として構成されていた正極（電極）端子４１と安全弁４２をそれぞれ独立して設け、しかも安全弁４２が負極端子を兼ねることを特徴とするものである。
【００１７】
なお封口体４０の縁周は、外装缶５０の開口部５１とレーザ溶接され、電池内部がされている。
ここで、図２は封口体４０の詳細図である。（ａ）は封口体４０の正面図、（ｂ）はＢ-Ｂ’部分断面図、（ｃ）は裏面図をそれぞれ表す。
安全弁４２は、Ｂ-Ｂ’部分断面図（ｂ）に示すように弁キャップ４２１中に弾性ゴムからなる弁体４２３を内蔵しており、開口部４０２、排気穴４２２を通して電池内部と連通しているが、通常は弁体４２３が開口部４０２を押圧して密閉閉塞している。また（ａ）に示す弁キャップ４２１は封口板４０１に溶接などによって直付け固定されており、封口板４０１および外装缶５０と同じ極性（負極性）に帯電される。
【００１８】
次に挙げる図３は、正極端子４１を中心とする構造を詳細に示す封口体４０の部分断面図である。正極端子４１は、封口板４０１を絞り加工してなる筒状の突出部４１２において、端子リベット４１１がリング４１４にはめ込まれた構成であって、端子リベット４１１とリング４１４の間にはガスケット４１３が介挿されて作製されている。
【００１９】
具体的には、端子リベット４１１は電池の内側方向から絶縁板４１０、封口板４０１、ガスケット４１３、リング４１４に順次通され、端子リベット４１１の軸の先端がカシメ処理され、変形部４１１１となってリング４１４と連結している。この正極端子４１は内部に安全弁を内蔵しない構成のため、従来のように安全弁内蔵型の端子に比べて非常にコンパクトでありながら、簡単な部品構造で作ることが可能となっている。
【００２０】
なお絶縁板４１０とガスケット４１３はナイロン樹脂、また端子リベット４１１、リング４１４等はニッケル鋼からそれぞれなる。
絶縁板４１０は、発電要素２００を外装缶５０内で固定するようにｚ方向に厚みを有しており、その中央部で端子リベット４１１を取り付けるために、Ｂ-Ｂ’断面に沿って逆凹字型の形状（図２参照）を有している。前記突出部４１２は、その先端部４１２１のエッジ断面が傾斜するように予め成形されており、これによって前記カシメ処理時に先端部４１２１がガスケット４１３に食い込んで電池内部の気密性を良好に確保する働きをなす。また当該カシメ処理時に端子リベット４１１のフック部４１１２が絶縁板４１０に食い込み、端子リベット４１１と絶縁板４１０との間の一層の気密性を確保する。ここで図中、４１１３はカシメ処理時に生じた打ち込み跡である。
【００２１】
このように電池５０では、従来では封口板４０１の電池内部側で行っていたカシメ処理を、正極端子４１の先端で行うため、封口板４０１付近で正極端子４１の電池内部側の形状を比較的自由に設定できる。例えば、正極端子４１の下端を平坦にして正極タブを２０１０を直接接続しやすい形状とすることもできる。
以上の構成を有する電池５０によれば、上記のように端子リベット４１１付近の構造が従来よりも比較的簡単なため、当該正極端子４１のサイズを小型化（具体的には従来の約３.５ｍｍ角から直径３.０ｍｍ程度以下にまで小さく）することができる。正極端子４１のサイズを小さくすれば、封口体４０の溶接箇所と正極端子４１の間隔に余裕が生じるので、その分正極端子４１を構成する部品（主として絶縁板４１０やガスケット４１３などの樹脂部品）が封口体４０の縁周と開口部５１とのレーザ溶接時に熱影響を受けにくくなる。
【００２２】
また、安全弁４２（詳しくは弁キャップ４２１）はガスケット４１３を介することなく固定されているので、安全弁４２はレーザ溶接時に熱影響を受けにくく、電池の密閉性が低下することはない。したがって電池サイズを小型化しても良好に電池内部が密閉性が保たれ、優れた性能を有する電池６０とすることができる。
【００２３】
さらに、安全弁４２の弁キャップ４２１が封口板４０１に直付けされているので、安全弁４２は負極端子として用いることもできる。これにより本電池６０は、封口体４０上に二つの極性の電極端子が並設されていることになる。これにより、複数の電池を同じ方向に向けて配列すると隣接する電池同士を容易に接続でき、使い勝手が良い。このように電池６０は、スリム化しても従来型の電池に対して何ら遜色のない性能を呈するものである。
【００２４】
２.実施の形態２
２-１.角形ニッケル水素蓄電池電池（封口体付近）の構成
図４は、実施の形態２に係る角形ニッケル水素蓄電池の封口体７０の構造を示す図である。当図に示すように、本実施の形態２が前記実施の形態１と異なる点は、正極端子が封口板７０１の中心に配置されている点にある。本発明では、従来に比べて正極端子７１を中心とする構成が非常にコンパクトであるため、当実施の形態１と同様の効果を確保しつつ、さらに正極端子７１の位置を封口板７０１上で変更することも可能になっている。この融通性は、用途に合わせて電池の形状を設計を行う上で特に有効であると思われる。
【００２５】
２.角形ニッケル水素蓄電池の作製方法
次に、上記各実施の形態の角形ニッケル水素蓄電池の作製方法について、その一例を説明する。
２-１.外装缶の作製
外装缶は、ここではニッケルメッキ鋼板（厚み０.４５ｍｍ）を打ち抜き金型を用いて、深絞り加工により成形し作製する。外装缶のサイズの一例としては、従来型のもの（図５）よりもさらに小型化を図り、鋼板厚み約０.４ｍｍ、最終厚み４.２ｍｍ×幅２６.０ｍｍ×高さ３５.０ｍｍとすることができる。
【００２６】
２-２.封口体の作製
封口体の封口板は、例えばニッケルメッキ鋼板を打ち抜き金型により所定の形状に作製することができる。ただし、突出部については深絞り加工処理を行って形成する。ここでは突出部の突出量を封口板の表面から１ｍｍ程度とし、その鋼板厚みを０.２ｍｍとする。またこのとき突出部の先端のエッジ断面を研ぎ出し加工などにより傾斜させる。
【００２７】
封口板が成形できたら、次に樹脂製のガスケット、絶縁板を介してニッケル鋼製の端子リベット、リング（直径約３.０ｍｍ）をそれぞれ突出部に通し、カシメ処理にて端子リベットの先端を変形させて固定し、これにより正極端子を完成する。
さらに、エチレン-プロピレン（ＥＰＤＭ）製の円柱形弾性ゴムからなる弁体（直径２.１ｍｍ）を封口板の通気孔に押圧しつつ、ニッケル鋼製の弁キャップ（約３ｍｍ角）を上から封口板に固定し、負極端子を兼ねる安全弁を完成する。
【００２８】
以上で封口体が作製される。
２-３.発電要素の作製
ニッケル鋼板からなるパンチングメタルに水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を塗布して正極板を作製し、当該パンチングメタルに水素吸蔵合金を塗布したものを負極板としてそれぞれ作製する。そしてナイロン樹脂からなる多孔性シートのセパレータを介しながら、これらの極板を交互に積層し、発電要素とする。このとき負極板および正極板の各パンチングメタルにタブを取付ておく。なお、発電要素の最外主面にはセパレータもしくは負極板（電極端子と異なる極性）が位置するようにする。負極板が最外主面に位置する場合には、直接負極板が外装缶と接触するため負極タブは付けなくてもよい。
【００２９】
２-４.電池の完成
外装缶に前記作製した発電要素を収納し、正極板より延出するタブをスポット溶接などにより正極端子に接続する。その後外装缶内に３０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液よりなる電解液を注液する。そして外装缶の開口部に封口体を配置し、両者の境界付近をレーザ溶接することによって封止し、電池内部を密閉する。
【００３０】
これにより、角形ニッケル水素蓄電池が完成される。
なお、本実施の形態では電極端子と発電要素の正極板のタブを先に接続（溶接）しておき、その後端子リベットを封口板に通して固定するようにしてもよい。こうすると、封口板に固定された電極端子に発電要素を接続するよりも作業性が良くなり、歩留まりが改善されるといった効果が期待できる。
【００３１】
３.その他の事項
上記各実施の形態ではニッケル水素蓄電池について例を示したが、本発明は当然ながらこれに限定するものではなく、ニッケル・カドミウム蓄電池や、Ｌｉイオン電池などの非水電解液を用いる他の種類の角形密閉電池であってもよい。
また電極端子を正極、安全弁を負極にそれぞれ帯電させる例を示したが、端子リベットに負極タブを接続し、外装缶に正極を接続してもよい。
【００３２】
さらに、正極端子と安全弁の位置は上記各実施の形態の位置に限るものではなく、例えば外装缶に正極端子や安全弁を設けることも可能である。ただし、生産性の向上や組電池としての使いやすさを考慮すれば、封口体上に前記両者を並設するのが望ましいと思われる。
さらに、本発明の電池のサイズは実施例で作製したものに限定するものではなく、これ以外のサイズであってもよい。ここで本発明は、電池の厚み（ｘ方向厚み）については、現行の金属製外装缶と封口体を有する角形ニッケル水素蓄電池の厚みが約６ｍｍ程度であって、この厚み以下よりも小さくする場合に特に有効であることが発明者らによって明らかにされている。また正極端子の径（リング４１４の直径）は、実施の形態で例示した３.０ｍｍよりさらに小さくすることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明は発電要素を金属性の外装缶に収納し、当該外装缶の開口部を金属性の封口体で溶接封止してなる角形密閉電池であって、外装缶及び封口体からなる電池筐体に対し、前記封口体の主面上には、前記主面から電池外部に向けて突出するように形成した筒状突出部に導電性の軸体を絶縁性のガスケットを介して挿設し、前記軸体がカシメ処理されて前記筒状突出部の先端に前記ガスケットを介した状態で固定されてなる電極端子と、排気口を有するキャップと、前記キャップ及び前記封口体との間に形成された室内に配置され、前記排気口を閉塞又は解放する弁体とから構成される安全弁とが配されており、且つ、前記電極端子と前記安全弁とが互いに異なった場所に配置されているとともに、前記電極端子が前記電池筐体と反対極性に帯電され、前記排気口を有するキャップが電池筐体と同極性に帯電されている構成のため、電極端子の構造が従来よりも簡単になり、電池を良好にスリム化することができる。
【００３４】
さらに本発明は、封口体に対する電極端子のサイズが小さくて済むので、例えば金属製の外装缶と封口体を溶接して内部を封止する場合に、電極端子への伝熱による熱影響を抑制することが可能となる。したがって、電極端子の樹脂部品の変形などが防止でき、良好な密閉性を確保することができる。
また、安全弁を電極端子と異なる極性に帯電させているので、他方の電極端子として安全弁を使用でき、スリム化しても複数の電池を連結する場合などに使い勝手の良い電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の角形ニッケル水素蓄電池の外観斜視図である。
【図２】  前記角形ニッケル水素蓄電池の封口体を示す図である。
（ａ）封口体の上部から見下ろした正面図である。
（ｂ）封口体の一部断面図である。
（ｃ）封口体の裏面図である。
【図３】正極端子付近の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の角形ニッケル水素蓄電池の封口体を示す図である。
【図５】  従来型の角形ニッケル水素蓄電池の主要構成を示す一部断面斜視図である。
【図６】従来型の角形ニッケル水素蓄電池の封口体を示す図である。
（ａ）封口体の上部から見下ろした正面図である。
（ｂ）封口体の一部断面図である。
（ｃ）封口体の裏面図である。
【符号の説明】
４０、７０    封口体
４１、７１    正極端子
４２、７２    安全弁
５０    外装缶
６０    角形アルカリ蓄電池
４０１、７０１    封口板
４０２、７０２    開口部
４１０、７１０    絶縁板
４１１、７１１    端子リベット
４１２    突出部
４１３    ガスケット
４１４    リング
４２１    弁キャップ
４２２    排気穴
４２３、７２３    弁体
【図１】
0004023962.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004023962.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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