(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を内填した正極容器と前記正極容器の開口部に挿入された安全弁を備えた封口体を有する円筒形電池において、加工硬化により硬度を高くした９５〜１４３マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の冷間圧延鋼板を成形加工してなる前記正極容器は、その胴部板厚が０．１８〜０．２０ｍｍ及び開口部の硬度が２００〜２３０マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）であり、前記開口部は前記封口体によりカシメ封口されたことを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
正極容器材料として、加工硬化により硬度を高くした９５〜１４３マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の冷間圧延鋼板を用い、これを胴部板厚が０．１８〜０．２０ｍｍ及び開口部の硬度が２００〜２３０マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の正極容器に成形加工し、次に前記正極容器の開口に封口体を挿入してカシメ封口することを特徴とする円筒形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、封口体に安全弁を備えた円筒形電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より円筒形電池（アルカリ電解液電池、非水電解液電池等）は、異常時のガス発生により電池内圧の上昇で電池が破裂するのを防止するため、電池内のガス圧力が所定の圧力に達すると封口体に設けてある安全弁が作動してガスを電池外部に放出する防爆機構を有している。安全弁が作動する圧力は正極容器の封口強度と相対関係にあり、常に安全弁作動圧力に対し封口強度が十分上回っている必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、電池性能を向上させるためにより多くの活物質を充填する必要があり、そのため電池容器を薄肉化して内容積を増大させている。その結果、電池容器の封口強度の低下が起こり、封口体安全弁作動圧力との差がなくなり、封口強度が安全弁作動圧力より低くなる逆転現象で電池の破裂を招く危険性が出てきた。
本発明はかかる問題に対処してなされたもので、封口体に安全弁を備えた円筒形電池の安全性を向上させることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電要素を内填した正極容器と前記正極容器の開口部に挿入された安全弁を備えた封口体を有する円筒形電池において、加工硬化により硬度を高くした９５〜１４３マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の冷間圧延鋼板を成形加工してなる前記正極容器は、その胴部板厚が０．１８〜０．２０ｍｍ及び開口部の硬度が２００〜２３０マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）であり、前記開口部は前記封口体によりカシメ封口されたことを特徴とする。
【０００５】
本発明では正極容器の開口部が加工硬化により硬度が高くなっているので、電池の封口強度が向上し、従来のように正極容器を薄肉化しても安全弁の作動圧力より常に高い封口強度が得られる。したがって、異常時のガス発生により電池内圧が上昇した場合、常に安全弁が正常に作動して、電池の破裂を未然に防止することができる。
【０００６】
また、本発明は円筒形電池の製造方法において、正極容器材料として、加工硬化により硬度を高くした９５〜１４３マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の冷間圧延鋼板を用い、これを胴部板厚が０．１８〜０．２０ｍｍ及び開口部の硬度が２００〜２３０マイクロビッカス硬度（Ｈｖ）の正極容器に成形加工し、次に前記正極容器の開口に封口体を挿入してカシメ封口することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例である単三形アルカリ乾電池について図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る単三形アルカリ乾電池の断面図である。図１に示されるように、有底筒状の正極容器１の内周に正極合剤２を収め、さらにその内側にセパレータ３を挿入し、負極ゲル亜鉛４をその内側に充填する。一方、負極端子５にスポット溶接により負極集電棒６を溶着し、予め金属板７を挿入したガスケット８のボス部孔８ａにこれを圧入して封口体とし、これを正極容器開口部１ａに挿入して正極容器の段部１ｂに位置決めし、カシメ封口型で密封する。
【０００８】
ガスケット８の材質は主にポリアミドなどの熱可塑性樹脂からなり、ボス部８ｂ周辺には薄膜の安全弁８ｃが設置されている。安全弁８ｃは厚さ０．１５〜０．２０ｍｍの薄膜で弁作動圧力は７０〜８０ｋｇ／ｃｍ2 である。ガスケット安全弁作動圧力は膜の厚さに比例し薄くなるほど低下するが、薄くなるほど樹脂の流れが悪くなり、ウエルドライン、ボイドなどの欠陥が発生するので膜厚は０．１５ｍｍ以上が望ましい。
【０００９】
（正極容器の作製）
上記において正極容器は次のようにして作製した。加工硬化によりマイクロビッカス硬度を９５〜１４３ＨＶに調整した厚さ０．２５ｍｍの冷間圧延鋼板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦの５種類の材料を用意し、それらの両面に２〜３μｍのニッケルメッキを施した後、ＤＩ（Ｄｒａｗｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｒｏｎｉｎｇ）加工により、胴部板厚が０．１８ｍｍと０．２０ｍｍの２種類の正極容器をそれぞれの各材料について作製した。
【００１０】
（正極容器の評価）
上記で作製した各正極容器について、正極容器開口部の硬度、封口強度及び電池の安全性を評価した。
【００１１】
1)正極容器開口部の硬度
それぞれ作製した正極容器を各１０個用意し、エポキシ樹脂に埋設硬化させた後、正極容器の中央部を縦に切断し、その切断面を研磨し、図２に示す開口部をマイクロビッカス硬度計（ＪＩＳ  Ｂ  ７７３４  微小硬さ試験機）で硬度（Ｈｖ）を測定した。その結果の平均値及びバラツキの範囲を表１及び表２に示した。なお、表１は胴部板厚が０．１８ｍｍの場合で、表２は胴部板厚が０．２０ｍｍの場合である。
【００１２】
2)封口強度
それぞれ作製した正極容器を各１０個用意し、図３に示すように正極容器開口部に安全弁を有しない封口体を挿入し、Ｒ１．２ｍｍのカシメ封口型で開口径１０．８ｍｍまでカシメて封口した。その正極容器の底部に孔を開け金属パイプを溶接し、高圧エアーを徐々に注入して、正極容器開口部が破壊する強度（圧力）を測定した。その結果の平均値及びバラツキの範囲を表１及び表２に示した。
【００１３】
3)電池の安全性
それぞれ作製した正極容器を各３０個用意し、前記電池構成要素及び前記安全弁を有する封口体を挿入して組み立て、Ｒ１．２ｍｍのカシメ封口型で開口径を１０．８ｍｍまでカシメて封口し、図１に示す単三形アルカリ乾電池を作製した。この電池を６００ｍＡｈの定電流で充電して電池内に強制的に水素ガスを発生させ、ガスケットの安全弁が作動する前に封口部が破壊し破裂する個数を調べた。その結果を表１及び表２に示した。
【００１４】
なお、開口部強度が２３０を超えたＧ材料の正極容器は、コーナーＲ部に割れが発生しており実質的に正極容器として使用できないので、封口強度及び電池の安全性は評価しなかった。
【００１５】
結果より、全ての正極容器開口部の硬度は加工硬化により材料硬度より高くなり、材料硬度に比例して高くなっていることが分かる。
また、正極容器の封口強度は開口部硬度に比例して高くなり、当然のことながら胴部板厚が厚い方が封口強度が高い。
【００１６】
そして、開口部硬度が２００〜２３０であれば、胴部板厚が０．１８ｍｍでも０．２０ｍｍでも封口強度は８８ｋｇ／ｃｍ2 以上となり、ガスケットの安全弁作動圧力７０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ2 を上回るとともに、ガスケットの安全弁は全て作動して、電池が破裂することを防止していることが分かる。
【００１７】
以上のごとく板厚が０．１８ｍｍ又は０．２０ｍｍの薄肉化した正極容器でも、容器開口部のマイクロビッカス硬度を加工硬化で２００〜２３０とすれば、封口強度の高い正極容器を得られるので、封口体の安全弁作動圧力を十分上回る封口強度を確保でき、異常時のガス発生による電池内圧の上昇に対して、安全弁が確実に作動するので破裂の起きない安全な円筒形電池を得ることができる。
【００１８】
【表１】
0004130987.tif 000002
【００１９】
【表２】
0004130987.tif 000003
【００２０】
以上の結果により、加工硬化により硬度を高くした材料を用い、正極容器開口部のマイクロビッカス硬度（Ｈｖ）を加工硬化により２００〜２３０に高くすることで胴部板厚を０．１８ｍｍ〜０．２０ｍｍに薄くしても封口強度は低くならず、封口体の安全弁作動圧力を十分上回る、確実に安全弁が作動して、破裂を防止できる安全な円筒形電池を提供できる。
なお、上記実施例では、アルカリ乾電池について説明したが、他の円筒形電池であるアルカリ二次電池や非水二次電池でも同様な効果が得られている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば加工硬化により正極容器開口部の硬度を高めてあるので、正極容器を薄肉化しても安全弁の作動圧力より常に高い封口強度が得られ、常に安全弁が正常に作動して、電池の破裂を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の単三形アルカリマンガン電池の側断面図。
【図２】正極容器側断面図。
【図３】単三形アルカリマンガン電池の封口部拡大側断面図。
【符号の説明】
１…正極容器、１ａ…開口部、２…正極合剤、３…セパレータ、４…負極ゲル亜鉛、５…負極端子、６…負極集電棒、７…金属板、８…ガスケット、８ａ…ガスケットボス部孔、８ｂ…ガスケットボス、８ｃ…ガスケット安全弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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