(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を外装缶に収納し、当該外装缶の開口部に対し封口体を加熱封止してなる角形密閉電池であって、
封口体にはその主面から外側に筒状に突出した突出部が備えられるとともに、軸体がガスケットを介して前記突出部に挿設されることにより電極端子が構成され、
前記突出部の先端において、前記軸体がカシメ処理により突出部に固定されていることを特徴とする角形密閉電池。
【請求項２】
封口体と外装缶がともに金属製であり、当該両者がレーザ溶接されて外装缶の開口部が封止された構成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】
前記突出部は、封口体の主面から外側に１ミリ以上突出していることを特徴とする請求項１または２に記載の角形密閉電池。
【請求項４】
前記突出部の部材厚みが、封口体の他の部分の厚みよりも薄く形成されてい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】
前記突出部は、その先端縁が尖鋭に形成され、当該突出部の先端をガスケットに食い込ませて封口体と軸体との間が封止された構成であ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】
前記軸体は、電池内部側にフック部を備えた頭部を有するリベット状部材であって、当該軸体が絶縁板を貫通して封口体の突出部と固定され、フック部が絶縁板に食い込ませて封口体と軸体との間が封止された構成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。
【請求項７】
前記電極端子の軸体はガスケットにより封口体側と絶縁され、封口体上に前記電極端子とは別個に復帰式安全弁が配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の角形密閉電池。
【請求項８】
封口体にその主面上から電池外部方向に向かって筒状の突出部を形成する第一ステップと、
突出部にガスケットを介して軸体を挿通し、前記突出部の先端において、カシメ処理により前記軸体を前記突出部に固定する第二ステップと、
発電要素を外装缶に収納し、当該外装缶の開口部を前記封口体で加熱封止する第三ステップと
を備える角形密閉電池の製造方法。
【請求項９】
前記第一ステップにおいて、突出部の厚みを封口体の他の部分よりも薄く形成することを特徴とする請求項８に記載の角形密閉電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第一ステップにおいて、突出部の先端のエッジ断面が傾斜するように絞り加工にて形成し、
前記第二ステップにおいて、突出部の先端をガスケットに食い込ませることを特徴とする請求項８または９に記載の角形密閉電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第二ステップにおいて、電池内部側にフック部を備えた頭部を有するリベット状部材の軸体を用い、当該軸体を絶縁板を貫通させて封口体の突出部と固定すると共に、フック部を絶縁板に食い込ませることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の角形密閉電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第三ステップにおいて、金属製の封口体を金属製の外装缶の開口部に填めた後、両者をレーザ溶接して封止することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の角形密閉電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形密閉電池とその製造方法に関し、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、その電源として小型ながら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アルカリ蓄電池などの角形密閉電池が用いられる傾向にある。角形アルカリ蓄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、角形アルカリ蓄電池の一例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】
このような角形アルカリ蓄電池は、厚みを小さくしてスリム化が図られているが、現在もさらなる小型化が要求されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封口体の幅（ｘ方向幅）を小さくしてスリム化を行おうとすれば、当該幅方向両端の封口体の周縁端部が正極端子に近づくことになる。一般に封口体と外装缶の開口部とはレーザ溶接などの方法によって加熱封止するため、正極端子のガスケットなどの樹脂部品中心が溶接箇所に近い位置にあると、熱影響を受けて変形するおそれがある。特に、正極端子３１の筒状部材３１３付近が加熱されるとガスケット３１２が変形してしまい、電池内部の密閉性が失われ易くなって電池性能が劣化する原因ともなりうる。
【００１０】
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、電池の密閉性を損なうことなく、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】
上記課題を解決するために、本発明は発電要素を外装缶に収納し、当該外装缶の開口部に対し封口体を加熱封止してなる角形密閉電池であって、封口体にはその主面から外側に筒状に突出した突出部が備えられるとともに、軸体がガスケットを介して前記突出部に挿設されることにより電極端子が構成され、前記突出部の先端において、前記軸体がカシメ処理により突出部に固定されているものとした。
【００１２】
このように、封口体の主面上よりも高い突出部で軸体がガスケットを介して固定されるため、従来のように封口体と外装缶の開口部を加熱封止する際に熱影響を受けにくくなる。したがって、その分電池幅を小さくしてもガスケットの損傷を抑制することができ、角形密閉電池を良好にスリム化することができる。
また本発明は、電極端子のサイズが比較的大きくなりやすいカシメ処理によって、封口体と電極端子とを連結する場合に適用すると、電池内部における電極端子の形状が従来よりも簡単になるため、例えば電極端子に電極タブを直付けすることが可能になるなどの効果が得られる。
【００１３】
さらに本発明は、封口体と外装缶がともに金属製で、かつ当該両者がレーザ溶接されることにより電池内部が密閉される場合においても、ガスケットなどの樹脂部品が熱影響を受けにくくなるため、電池をスリム化しても高い密閉性を維持することができる。
なお前記突出部は、具体的には封口体主面よりも１ミリ以上突出させるのが望ましいことが、後述の実施例により明らかになっている。
【００１４】
【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。
【００１５】
すなわち当図のように、本電池６０では封口体４０の主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。本実施の形態では、正極（電極）端子４１と安全弁４２をそれぞれ独立して設けている。
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、電池内部が密閉されている。また安全弁４２の弁キャップ４２１は封口板４０１に直付けされているため、正極端子４１とは逆に負極性を帯びるようになっている。
【００１６】
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の周辺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。
【００１７】
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が頭部を電池内側に向けた状態でリング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の間にガスケット４１３等が介挿されて作製されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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、縁が尖鋭に成形されており、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の頭部に形成されたフック部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。
【００２０】
このように電池５０では、従来では封口板４０１付近で行っていたカシメ処理を正極端子４１の先端で主として行うため、封口板４０１付近で正極端子４１にかかる構造が簡単で済む。
なお、突出部４１２の部材厚みは封口板４０１の他の部分の厚みよりも薄く加工され、熱放散性が良くなるように図られている。
【００２１】
以上の電池５０によれば、突出部４１２によって正極端子４１が封口板４０１の主面から一定の距離をおいて構成されるので、これに伴いガスケット４１３などの樹脂部品の電池の密閉に関する部位が従来に比べて封口体４０の縁周から遠くなり、外装缶５０の開口部５１のレーザ溶接時に熱影響を受けにくくなる。したがって、電池６０をスリム化しても正極端子４０の構成部品が変形するのが防止され、良好に電池内部の密閉性が保たれるので、優れた性能を有する電池６０とすることができる。このような効果は、特に本電池６０のように電池筐体４０１、５０が金属製であって、両者が高熱のレーザ溶接によって封止され、正極端子４１周辺の樹脂部品に熱影響が出やすい場合に有効である。
【００２２】
また、本実施の形態１ではさらに、安全弁４２（詳しくは弁キャップ４２１）が封口板４０１と一体になっており、負極性に帯電している。このことから安全弁４２を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、封口体上に二つの極性の電極端子が並設されていることになり、複数の電池６０を連結する場合などに使い勝手が良くなっている。このように電池６０は、スリム化しても優れた性能を呈するものである。
【００２３】
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、電池のスリム化に加え、その用途に合わせた電池の形状設計に柔軟に対応できる効果を奏すると思われる。
【００２４】
３.角形ニッケル水素蓄電池の作製方法
次に、上記した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。
３-１.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。
【００２５】
３-２.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。
【００２６】
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。
【００２７】
以上で封口体が作製される。
３-３.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。
【００２８】
３-４.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。
【００２９】
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。
【００３０】
４.実施例とその評価
４-１.電池の作製
本発明の効果を調べるため、実施例として実施の形態２の角形ニッケル水素蓄電池を作製した。基本的な仕様は下記の通りとし、突出部の高さが０.５ｍｍ、１.０ｍｍ、２.０ｍｍのものについてそれぞれ１００００個作製した。
【００３１】
また、従来型の突出部を持たない（すなわち突出部の高さが０.０ｍｍの）角形ニッケル水素蓄電池についても比較例として１００００個作製した。
電池外寸；鋼板厚み０.４ｍｍ、厚み４.２ｍｍ×幅２６.０ｍｍ×高さ３５.０ｍｍ
公称容量；６５０ｍＡｈ
４-２.性能評価実験
上記作製した各電池について、リーク発生（内部封止性）評価実験を行った。具体的には各電池を０.１Ｃで１６時間充電し、その後１時間休止を挟んで０.２Ｃで電圧が１.０Ｖになるまで放電（約５時間）させた。これを肉眼による観察もしくはフェノールフタレイン溶液の変色（透明→赤色）によって判定し、リークが発生している電池か否かを調べた。
【００３２】
これらの実験結果をまとめたのが次の表１である。
【表１】
0003749048.tif 000002
４-３.実験結果の考察
上記表１から明らかなように、実施例では確実に従来よりもリーク発生数が抑制されていることが分かった。また突出部の高さが高いほどリーク発生数が少なく改善されている。本発明の突出部による効果、すなわち封口体と外装缶の開口部のレーザ溶接時に、ガスケットの変形が有効に防止されるため、電池の密閉性が良好に保たれていることが窺える。
【００３３】
なお、この実験の実施例では突出部の高さが０.５ｍｍのものに比べて１.０ｍｍ以上のものが優れた性能を呈した。したがって本発明の効果を十分に得るためには、突出部の高さを１.０ｍｍ以上突出させるのが望ましいと言える。
５.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。
【００３４】
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、この逆極性の構成であってもよい。
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い。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。
【００３５】
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密閉電池の厚みが約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、実施例の３.０ｍｍよりさらに小さくすることも可能である。
【００３６】
また、実施の形態では正極端子と安全弁が別個に配設された例を示したが、突出部の内部に安全弁を内蔵してこれらを一体構成としても構わない。但し、この安全弁内蔵型の電極端子は構成が複雑になりやすい性質があり、部品構成の点からも小型化が難しい場合があるため、角形密閉電池をスリム化するためには実施の形態に示したように、電極端子と安全弁を別個に配設するのが望ましい。
【００３７】
【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外装缶に収納し、当該外装缶の開口部に対し封口体を加熱封止してなる角形密閉電池であって、封口体にはその主面から外側に筒状に突出した突出部が備えられるとともに、軸体がガスケットを介して前記突出部に挿設されることにより電極端子が構成され、前記突出部の先端において、前記軸体がカシメ処理により突出部に固定されて構成されるので、従来のように封口体と外装缶の開口部の加熱封止時にガスケットが熱影響を受けて変形するのが防止される。したがって、密閉角形電池をスリム化しても電池の密閉性を良好に維持することができる。
【００３８】
このような効果は、特に外装缶と封口体が金属製で両者をレーザ溶接する場合や、電極端子のサイズが比較的大きくなりやすいカシメ処理によって、封口体と電極端子とを連結する場合などに有効である。
【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】
0003749048.tif 000003
【図２】
0003749048.tif 000004
【図３】
0003749048.tif 000005
【図４】
0003749048.tif 000006
【図５】
0003749048.tif 000007
【図６】
0003749048.tif 000008