(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が略四角形の有底筒状に形成された金属製の外装缶内に発電要素が収容され、外装缶の開口端が外装缶の断面形状に対応する外形に形成された蓋板により封止されてなる角型電池であって、
前記蓋板は、外装缶の断面形状に対応する外形形状でその中央に円形の開口部が形成された蓋部と、前記開口部の周縁から外装缶の内側又は外側に円筒状に延出する円環部とが設けられてなり、
前記蓋板の円環部に、外部接続端子を形成した円形の封口板がガスケットを介してカシメ固定されてなることを特徴とする角型電池。
【請求項２】
外装缶の開口端に蓋板の周囲をレーザー溶接して外装缶の開口端が封止されてなる請求項１に記載の角型電池。
【請求項３】
蓋板の円環部が外装缶の内側に向けて形成され、封口板のカシメ固定部分が外装缶内に位置する請求項１に記載の角型電池。
【請求項４】
蓋板の円環部が外装缶の外側に向けて形成され、封口板のカシメ固定部分が外装缶の外に位置する請求項１に記載の角型電池。
【請求項５】
断面形状が略四角形の有底筒状に形成された金属製の外装缶内に発電要素を収容し、外装缶の断面形状に対応する外形に形成され、中央に円形の開口部が形成された蓋板の前記開口部に、円形の封口板をガスケットを介してカシメ固定し、外装缶の開口端に前記蓋板の周囲を溶接して外装缶内を密閉する角型電池の製造方法であって、
前記蓋板に形成された開口部の周縁から円筒状に延出する円環部の円周上に中心に向けた凸条部を形成し、この凸条部上にガスケットを介して円形の封口板を配し、前記円環部の端部を内側に折り曲げて封口板をカシメ固定することを特徴とする角型電池の製造方法。
【請求項６】
外装缶の開口端と蓋板との溶接はレーザー溶接によって行う請求項５に記載の角型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面形状が略四角形に形成された角型電池とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電子機器の小型、高機能化に伴って、その電源である電池には小型で高容量化が望まれている。電池の形態は円筒型と角型とに大別でき、円筒型は生産性に優れ、低コスト化が可能であることから広く用いられている。しかし、断面形状が円形であるため、複数個を配列した場合にデッドスペースが大きくなり、機器の小型化を阻害する。これに対して角型の電池は複数個を配列した場合にもデッドスペースの発生が少なく、機器の小型化に適している。しかし、角型電池は円筒型電池に比して封口部分の密閉性が低く、長期保存や長期使用後の信頼性に劣る課題がある。密閉性の低下は電解液の漏液をまねき、電池の保存特性や寿命特性の低下のみならず、安全性にもかかわるため改善が望まれている。
【０００３】
図７は、円筒型アルカリ蓄電池を断面図として示すもので、有底円筒形の外装缶５１内には、正極板５５と負極板５６とをセパレータ５７を介して巻回した極板群が電解液と共に収容され、外装缶５１の開口端は封口板５２により封口されている。外装缶５１の開口端側には内側に凸となるように環状溝部５１ａが形成され、この環状溝部５１ａによって形成された内部の凸状部上に周囲にガスケット５８を取り付けた封口板５２を配し、外装缶５１の開口端を内側に折り曲げるカシメ加工によりガスケット５８を圧縮し、外装缶５１の開口端が封口される。前記ガスケット５８はカシメ加工により５０〜９０体積％程度に圧縮されるので、その反発弾性力により電池の密閉性が高められる。また、ガスケット５８は負極端子を形成する外装缶５１と正極端子を形成する封口板５２との間を電気的に絶縁する。また、封口板５２には防爆構造が構成されており、短絡や過充電等の異常時に外装缶５１内にガスが発生して内圧が異常上昇したとき、端子キャップ５４内に配設された合成ゴム製の弁体５３が変形してガスを図示しない排出口から外部に放出して電池が破裂することを防止している。
【０００４】
図８は角型アルカリ蓄電池の外装を、図９はその断面を示すものである。図８に示すように、有底角筒状に形成され開口端側を拡口した外装缶６１内に、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群７３を電解液とともに収容し、外装缶６１の拡口部分にガスケット６８と封口板６２とを配設し、外装缶６１の開口端を内側に折り曲げるカシメ加工によりガスケット６８を圧縮して外装缶６１を封口板６２により封口する。封口板６２の端子キャップ６４内には弁体６３が配設されて内圧が異常上昇したときの防爆構造を構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
角型電池の場合、外装缶６１を封口するために開口端をカシメ加工するとき、図８に示すように、直線部分６１ｃでは封口性が低下し、コーナー部分６１ｄでは肉寄せや歪みが発生して電池の密閉性が低下する課題があった。また、急速充電等により内圧が一時的に上昇したときに外装缶６１の側面が外側に膨れると、封口性が低い直線部分６１ｃにおいて隙間が生じ、密閉性を損なう問題点があった。
【０００６】
上記のような密閉性の低下を抑制するために、特開平８−１９５２０３号公報には外装缶を補強する架橋板を設けた構成が開示されている。しかし、架橋板を設けても密閉性は円筒型電池に及ばず、架橋板によって電池の内部空間が減少するため、電池の容量密度の低下をまねくことになる。
【０００７】
本発明は従来技術に係る角型電池の問題点に鑑みて創案されたもので、角型電池の密閉性を円筒型電池と同等のレベルにまで向上させた角型電池とその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第１発明は、断面形状が略四角形の有底筒状に形成された金属製の外装缶内に発電要素が収容され、外装缶の開口端が外装缶の断面形状に対応する外形に形成された蓋板により封止されてなる角型電池であって、前記蓋板は、外装缶の断面形状に対応する外形形状でその中央に円形の開口部が形成された蓋部と、前記開口部の周縁から外装缶の内側又は外側に円筒状に延出する円環部とが設けられてなり、前記蓋板の円環部に、外部接続端子を形成した円形の封口板がガスケットを介してカシメ固定されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、円形の円環部に円形の封口板をガスケットを介してカシメ固定することができるので、カシメ封口が全周にわたって確実になされ、角型電池でありながら円筒型電池と同等の密閉性を得ることができる。
【００１１】
上記構成において、外装缶の開口端に蓋板の周囲をレーザー溶接して外装缶の開口端を封止することにより、封口板を円形にカシメ固定することにより封口性を向上させた状態を蓋板を溶接することにより維持でき、溶接はレーザー溶接が好適な手段となる。
【００１２】
また、蓋板の円環部が外装缶の内側に向けて形成され、封口板のカシメ固定部分が外装缶内に位置する構成により、電池の高さを抑えた角型電池とすることができ、蓋板の円環部が外装缶の外側に向けて形成され、封口板のカシメ固定部分が外装缶の外に位置する構成により、外装缶内に収容する極板群の体積を増加させることができ、電池容量の増大化を図ることができる。
【００１３】
また、本願の第２発明に係る角型電池の製造方法は、断面形状が略四角形の有底筒状に形成された金属製の外装缶内に発電要素を収容し、外装缶の断面形状に対応する外形に形成され、中央に円形の開口部が形成された蓋板の前記開口部に、円形の封口板をガスケットを介してカシメ固定し、外装缶の開口端に前記蓋板の周囲を溶接して外装缶内を密閉する角型電池の製造方法であって、前記蓋板に形成された開口部の周縁から円筒状に延出する円環部の円周上に中心に向けた凸条部を形成し、この凸条部上にガスケットを介して円形の封口板を配し、前記円環部の端部を内側に折り曲げて封口板をカシメ固定することを特徴とする。
【００１４】
上記角型電池の製造方法によれば、蓋板に形成された円形の円環部に円形の封口板をガスケットを介してカシメ固定するので、封口板を蓋板に対して絶縁すると共に確実な封口性が得られ、蓋板を外装缶の開口端に溶接することにより、円筒型電池と同等の密閉性を得る角型電池を製造することができる。
【００１５】
上記製造方法において、蓋板を外装缶にレーザー溶接することにより、角型電池にして円筒型電池と同等の密閉性が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る角型電池の外観を示すもので、ニッケル−水素蓄電池として構成されたものである。この角型電池の外装缶１は、その断面形状が正方形の角部に円弧を設けた有底筒状に形成され、その開口端は正極端子とする端子キャップ４を設けた封口板２が取り付けられた蓋板９によって封止されている。
【００１８】
図２に断面図として示すように、外装缶１内には正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した極板群１３が電解液と共に収容され、極板群１３の下方には負極集電体１１が配設され、上方には正極集電体１０が配設されている。この極板群１３は絶縁板１４によって外装缶１内に固定されている。外装缶１の開口端は、中央に封口板２を取り付けた蓋板９の周囲を外装缶１にレーザー溶接することによって封止されている。前記極板群１３を構成する正極板は正極集電体１０に接続され、正極集電体１０に接続された正極リード１２を封口板２に接続することにより封口板２に設けられた端子キャップ４は電池の正極端子となる。また、極板群１３を構成する負極板は負極集電体１１に接続され、負極集電体１１が外装缶１の内面に接続されることにより外装缶１は電池の負極端子の用に供される。
【００１９】
前記封口板２は、図４に示すように形成された蓋板９にカシメ加工により取り付けられる。蓋板９は、外装缶１の断面形状に対応する外径形状に形成された蓋部９ａと、この蓋部９ａの中央を外装缶１内側に向けて円形に延出させた円環部９ｂとを備えて形成され、この円環部９ｂ内にガスケット８を介して封口板２を配し、円環部９ｂの開口端を内側に折り曲げるカシメ加工によりガスケット８を圧縮し、封口板２が蓋板９に取り付けられる。封口板２の中央には外装缶１内に通じる弁口２ａが形成され、常時は端子キャップ４内に配設された弁体３によって封じられているが、短絡や過充電等によってガスが発生して外装缶１内の圧力が異常に上昇したとき、異常内圧が前記弁口２ａを通じて弁体３に及ぶと、合成ゴムで形成された弁体３は変形して弁口２ａからのガスを端子キャップに設けられた図示しない排気孔から外部に放出する。この弁体３による防爆構造により、異常内圧が発生したときに電池が破裂することが防止される。
【００２０】
上記構成になる角型電池は、封口板２が円形の円環部９ｂをカシメ加工することによって取り付けられるので、円筒型電池と同等の封口状態が得られ、角型電池の課題であった直線部分及び角部分での密閉性の低下が解消される。
【００２１】
次に、上記構成になる角型電池の製造方法について、図６を参照して説明する。尚、図６に示すＳ１、Ｓ２…は、製造手順を示すステップ番号であって、本文に添記する番号と一致する。
【００２２】
まず、蓋板９を形成する円環部９ｂに溝付けローラを用いて内側に凸となる環状溝部９ｃを形成する（Ｓ１）。環状溝部９ｃの形成は、蓋板９を回転させながら溝付けローラを円環部９ｂの外周面に押し付けることによって容易に形成することができる。次に、円環部９ｂ内に環状溝部９ｃによってリング状に形成された凸部分にガスケット８を介して封口板２を載置し（Ｓ２）、円環部９ｂの開口端を内側に折り曲げるカシメ加工により蓋板９に封口板２を取り付ける（Ｓ３）。
【００２３】
極板群１３は、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回し、外装缶１の内形状に対応する角柱形状に形成する。正極板は水酸化ニッケルを活物質として、これに導電剤やＣＭＣ水溶液などの添加物を加えたペーストを発泡状の金属多孔体に充填し、乾燥工程、圧延工程、切断工程を経て作成された帯状の非焼結式ニッケル正極板とし、負極板は水素吸蔵合金を結着剤と共に混練したペーストをパンチングメタル芯材に塗着し、乾燥工程、圧延工程、切断工程を経て作成した帯状の水素吸蔵合金電極とした。このように形成された極板群１３の下側に負極集電体１１、上側に正極集電体１０を配し、正極集電体１０に正極リード１２を溶接して、これを外装缶１内に収納する（Ｓ４）。
【００２４】
次に、外装缶１内から引き出されている正極リード１２を前記ステップＳ３の工程により蓋板９に取付けられた封口板２に溶接し、外装缶１の極板群１３上に絶縁板１４を押し入れ、外装缶１の開口端に蓋板９をレーザー溶接によって固定する（Ｓ５）。
【００２５】
次いで、封口板２の中央に形成された弁口２ａから外装缶１内に所定量の電解液を注入し、弁口２ａ上に弁体３を載置し、端子キャップ４を封口板２に溶接して外装缶１を密閉することにより（Ｓ６）、角型のニッケル−水素蓄電池に構成し（Ｓ７）、初充放電を行って完成する。
【００２６】
上記手順により製造された角型電池について、図９に示した従来構成になる角型電池、更には円筒型電池との比較により密閉性を検証した結果について以下に説明する。いずれも公称電圧が１．２Ｖのニッケル−水素蓄電池として構成されたものである。
【００２７】
本発明による角型電池と、比較例とする従来構造の一般的な角型電池と、従来の一般的な円筒型電池とについて、それぞれ１００個を用意して、下記条件により高温放置保存試験を実施して、各電池の漏液発生率を検証する。
【００２８】
それぞれの電池について、残存容量を完全放電させた後、１Ｃ相当の電流により放電容量の１２０％分の電気量を充電し、１Ｃ相当の電流で電池電圧が０．８Ｖに達するまで放電させるサイクルを常温雰囲気下において１００回繰り返した後、充電状態で８０℃の雰囲気下に２０日放置した。この高温放置保存試験によって得られた漏液発生率を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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表１に示されるように、本発明による角型電池は上記高温放置保存試験によっても漏液が発生したものはなく、円筒型電池と同等レベルの耐漏液特性を示している。一方、比較例とする従来構成の角型電池では１００個中８個に漏液が発生し、いずれもカシメ封口部分から漏液していることが確認された。この検証結果から本発明の封口構造を用いた角型電池は密閉性に優れたものとなるので、長期使用や長期保存の後でも電解液が漏液せず、円筒型電池と同等の信頼性をもつ角型電池が実現される。
【００３０】
以上説明した角型電池の構成において、蓋板９は図５に示すように、蓋部９ａと円環部９ｂとを別体に形成し、それらを溶接により一体化したものに構成することもできる。
【００３１】
また、図３に示すように、蓋板９の円環部９ｂを上向きにして構成すると、電池の総高は高くなるが、外装缶１内に封口板２が占める容積が減少し、極板群１３の体積を増加させることができ、電池容量の増大化を図ることができる。
【００３２】
また、上記実施形態はニッケル−水素蓄電池に構成した例を示したが、一次電池、二次電池を問わず、また他の電池系でも同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、角型電池の課題であった封口部分の密閉性の低下が改善され、円筒型電池と同等の密閉性が得られるので、長期保存や長期使用の後においても電解液の漏液がなく、高い信頼性を得る角型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る角型電池の外観を示す斜視図。
【図２】同上電池の断面図。
【図３】同上電池の変形例を示す断面図。
【図４】蓋板の構成を示す斜視図。
【図５】蓋板の別構成を示す斜視図。
【図６】角型電池の製造手順を示す工程図。
【図７】円筒型電池の構成を示す断面図。
【図８】従来の角型電池の構成を示す分解斜視図。
【図９】同上角型電池の断面図。
【符号の説明】
１  外装缶
２  封口板
８  ガスケット
９  蓋板
９ａ  蓋部
９ｂ  円環部
１３  極板群
【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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【図８】
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【図９】
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