(57)【要約】【課題】不測の異常状態におかれ、外装缶内において端壁側から開口端部側へのガス排出の流れが遮断された場合でも、ガスが確実に排出される信頼性の高い円筒形電池を提供する。【解決手段】円筒形電池は、一端に開口端部を有し且つ他端に端壁を有する円筒形状の金属製の電池容器(2)を備える。電池容器(2)の開口端部及び端壁(3)の両方に安全弁がそれぞれ設けられる。端壁(3)の側の安全弁は、電池容器(2)の端壁(3)にそれぞれ一体に形成された第１の凹所(24)及び第１の凹所(24)内に位置し且つガス抜き孔(30)が開口した底壁を有する第２の凹所(28)と、第２の凹所(28)内に配置された弁体(32)と、第１の凹所(24)内に配置され、弁体(32)を第２の凹所(28)の底壁に押し付けるための板形状の弁体カバー(26)とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口端部を有し且つ他端に端壁を有する円筒形状の金属製の電池容器を備える円筒形電池において、
前記開口端部及び端壁の両方に安全弁がそれぞれ設けられ、
前記端壁側の安全弁は、
前記電池容器の端壁にそれぞれ一体に形成された第１の凹所及び前記第１の凹所内に位置し且つガス抜き孔が開口した底壁を有する第２の凹所と、
前記第２の凹所内に配置された弁体と、
前記第１の凹所内に配置され、前記弁体を前記第２の凹所の底壁に押し付けるための板形状の弁体カバーと
を有する
ことを特徴とする円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形電池には、アルカリ電池等の一次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池があり、例えば、ニッケル水素二次電池は、携帯用電子機器や電機自動車のバッテリ等に広く使用されている。
円筒形電池は、円筒形状の金属製の電池容器（外装缶）を備え、外装缶は、一端に開口端部を有し、他端に周壁と一体の端壁を有する。外装缶内には発電要素としての正極板、負極板及び電解質が収容され、極板間にはセパレータが配置される。外装缶の開口端部は、安全弁としての機能を有する封口体により密閉される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−９３４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、外装缶の開口端部側のみに安全弁が設けられている円筒形電池にあっては、当該電池が不測の異常状態、例えば過電流状態におかれた場合、端壁側から開口端部側へのガス排出の流れが遮断される虞がある。例えば、巻芯を用いて正極板、負極板及びセパレータが円筒状に巻回されてなる電極群が用いられている場合、巻芯が引き抜かれてできた空間にセパレータ等の溶融物が詰る虞がある。
【０００４】
ガス排出の流れが遮断されると、端壁側で内圧が急激に上昇し、開口端部側の安全弁を塞ぐように電極群が押し上げられる。この結果として、開口端部側の安全弁が機能しなくなり、異常に上昇した内圧によって封口体が突出する虞がある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、不測の異常状態におかれ、外装缶内において端壁側から開口端部側へのガス排出の流れが遮断された場合でも、ガスが確実に排出される信頼性の高い円筒形電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、一端に開口端部を有し且つ他端に端壁を有する円筒形状の金属製の電池容器を備える円筒形電池において、前記開口端部及び端壁の両方に安全弁がそれぞれ設けられ、前記端壁側の安全弁は、前記電池容器の端壁にそれぞれ一体に形成された第１の凹所及び前記第１の凹所内に位置し且つガス抜き孔が開口した底壁を有する第２の凹所と、前記第２の凹所内に配置された弁体と、前記第１の凹所内に配置され、前記弁体を前記第２の凹所の底壁に押し付けるための板形状の弁体カバーとを有することを特徴とする円筒形電池が提供される（請求項１）。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の請求項１の円筒形電池では、端壁側に設けられた安全弁によって、不測の異常状態におかれ、電池容器内において端壁側から開口端部側へのガス排出の流れが遮断された場合でも、端壁側及び開口端部側の安全弁からガスが確実に排出される。このため、この円筒形電池によれば、簡単な構成にて、電池内圧の異常な上昇が抑制され、例えば封口体の突出が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態に係る円筒形電池として、単三サイズのニッケル水素二次電池について説明する。
図１に示したように、ニッケル水素二次電池は、円筒形状の金属製の電池容器（外装缶）２を備え、外装缶２は、一端に開口端部を有し、他端に周壁と一体の端壁３を有する。外装缶２内には、発電要素としての正極板４、負極板６及びアルカリ電解液（図示せず）が収容されている。
【０００８】
これら正極板４及び負極板６は、セパレータ８を介して渦巻き状に巻回されることで略円筒状の電極群１０を形成しており、電極群１０の最外周は負極板６の一部（最外周部）により形成されている。負極板６の最外周部が外装缶２の内周壁と接触することで、負極板６と外装缶２とは互いに電気的に接続されている。なお、電極群１０と外装缶２の端壁３との間には、円環形状の絶縁部材１１が配置されている。
【０００９】
外装缶２の開口端側において、電極群１０の正極板４からは、正極リード１２が延びている。正極リード１２の先端は、後述する封口板１４の内面に溶接されている。
なお、負極板６は、例えばパンチングメタルからなる導電性の負極基板を有し、負極基板の両面には、負極活物質層が形成されている。負極活物質層は、主成分としての水素吸蔵合金粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。水素吸蔵合金粉末は、負極活物質としての水素を電気化学的に吸蔵又は放出可能である。
【００１０】
また、正極板４は、例えば、３次元の網目状構造を有したニッケル多孔体からなる導電性の正極基板を有し、正極基板には正極合剤が充填されている。正極合剤は、主成分としての正極活物質、つまり、水酸化ニッケル粉末と、結着剤と、必要に応じて導電剤等とを含む。
外装缶２の開口端部は、安全弁としての機能を備えた封口体１６により密閉され、封口体１６は、円板形状をなす封口板１４を有する。封口板１４の材料としては、例えば、鉄製の板にニッケルめっきが施されたものを用いることができる。封口板１４は、外装缶２の開口端部に囲まれる一方、中央にガス抜き孔１８を有する。封口板１４の外面には、ガス抜き孔１８を閉塞するように弁体２０が配置され、弁体２０は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等の弾性材料からなり、略円柱状の形状を有する。
【００１１】
更に、封口板１４の外面上には、弁体２０を覆うフランジ付きの円筒状の正極端子２１が溶接により固定されている。正極端子２１は、弁体２０を封口板１４に対し押し付けており、弁体２０は圧縮された状態にある。
なお、正極板４と正極端子２１との間は、正極リード１２及び封口板１４を介して電気的に接続されている。
【００１２】
また、封口体１６は、封口板１４と外装缶２の開口端部との間に配置された環状のガスケット２２を有する。ガスケット２２は例えばナイロン樹脂からなり、電気絶縁性を有する。封口体１６の封口板１４は、ガスケット２２を介して、かしめ加工された外装缶２の開口端部に固定され、封口板１４の外周部と外装缶２の開口端部との間はガスケット２２によりシールされている。
【００１３】
一方、外装缶２の端壁３の側にも安全弁が設けられている。
具体的には、端壁３には円形の第１の凹所２４が同心上に形成され、第１の凹所２４には、円板形状のカバー２６が配置されている。カバー２６の直径は、第１の凹所２４の直径よりも小さく、カバー２６の外周縁と第１の凹所２４の内周壁との間には隙間が存在している。
【００１４】
図２は、図１の領域IIを拡大して示しており、第１の凹所２４の底壁には、円形の第２の凹所２８が同心上に形成されている。第２の凹所２８の底壁の中央には、ガス抜き孔３０が形成され、第２の凹所内２８には、ガス抜き孔３０を閉塞するように弁体３２が配置されている。弁体３２は、円形の板状をなし、例えばＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）等の弾性材料からなる。
【００１５】
弁体３２は弾性を有し、カバー２６によって第２の凹所２８の底壁に押し付けられている。外装缶２内の圧力が高くなると、弁体３２が弾性変形して、ガス抜き孔３０を通じてガスが外部に放出される。
つまり、端壁３、カバー２６及び弁体３２は、端壁３の側にて安全弁を形成し、第２の凹所２８及びカバー２６は、弁体３２を収容する弁室を形成している。
【００１６】
ここで、外装缶２内の空間を最大限活用するため、外装缶２の内部に突出した第２の凹所２８の外径φは、２ｍｍ以下であるのが好ましい。第２の凹所２８の外径φが２ｍｍ以下であれば、巻き芯を引き抜いて生じた電極群１０の中央の空間に、第２の凹所２８が収容されるからである。
図３の上半分は、内側からみた外装缶２の端壁３を示しており、下半分は、外側からみた外装缶の端壁３を示している。
【００１７】
端壁３の第１の凹所２４の底壁には、カバー２６を溶接するために、例えば４つのプロジェクション３４が９０度間隔で形成されている。この場合、端壁３とカバー２６とがプロジェクション溶接され、プロジェクション３４がナゲットになるため、端壁３とカバー２６との間には、ガス抜き孔３０から放出されたガスを逃がすための経路が確保される。
なお、図３に２点鎖線で示したように、カバー２６に突起３６を設けてもよい。ただし、突起３６が外観上現れないように、突起と反対面は平坦に形成される。また、ガスを逃がすための経路として、端壁３又はカバー２６に、図３に２点鎖線で模式的に示したように、溝３８又は溝４０を形成してもよい。この場合、溝３８は外観上現れないように形成され、また溝４０は安全弁と当接する領域に形成されないようにする必要がある。
【００１８】
実施例１として、図１の構成を有する単三サイズのニッケル水素二次電池を１００個組み立てた。また、比較例として、外装缶の端壁に第１の凹所、第２の凹所、ガス抜き孔を設けず、端壁側に安全弁を有さない単三サイズのニッケル水素二次電池を１００個組み立てた。
これら実施例１及び比較例１の各電池に対し、異常過充電試験を行った。今回は、7．5Aの充電電流で実施した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１中、破裂・突出数とは、外装缶が破裂したか若しくは封口体が突出した数であり、缶亀裂発生数とは、破裂若しくは突出までは至らなかったが、外装缶に亀裂が発生した数である。
【００２１】
表１から明らかなように、実施例１の電池では、破裂・突出が発生しなかったばかりでなく、亀裂すら発生しなかった。これより、実施例１の電池では、異常過充電されても内圧が異常に上昇しないことがわかる。
これは、端壁３の側に設けられた安全弁によって、不測の異常状態におかれ、外装缶２内において端壁３の側から開口端部側へのガス排出の流れが遮断された場合でも、端壁３の側及び開口端部側の安全弁からガスが確実に排出されたためである。
【００２２】
本発明は上記した一実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、円筒形電池は、ニッケルカドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、また一次電池であってもよい。更に電池の外径寸法も特に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るニッケル水素二次電池の縦断面図である。
【図２】図１の領域IIの拡大図である。
【図３】上半分は外装缶の端壁を内側から見た平面図であり、下半分は外装缶の端壁を外側から見た平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
２      外装缶（電池容器）
３      端壁
２４      第１の凹所
２６      カバー（弁体カバー）
２８      第２の凹所
３０      ガス抜き孔
３２      弁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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