WO2018116911A1 - 円筒形アルカリ電池の封口ガスケットおよび円筒形アルカリ電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sealing gasket for a cylindrical alkaline battery and a cylindrical alkaline battery.
- FIG. 1 shows the structure of an LR6 type cylindrical alkaline battery (hereinafter also referred to as alkaline battery 1).
- the alkaline battery 1 includes a bottomed cylindrical metal battery can 2, a positive electrode mixture 3 formed in an annular shape, and a bottomed cylindrical shape disposed inside the positive electrode mixture 3.
- Separator 4 negative electrode gel 5 containing zinc alloy and filled inside separator 4, negative electrode current collector 6 made of rod-shaped metal inserted into negative electrode gel 5, dish-shaped metal negative electrode terminal plate 7, It is comprised by the sealing gasket 10 which consists of resin.
- the positive electrode mixture 3, the separator 4, and the negative electrode gel 5 form the power generation element of the alkaline battery 1 in the presence of the electrolytic solution.
- the vertical direction is defined with the bottom side of the battery can 2 as the lower side.
- the battery can 2 also serves as a battery case and functions as a positive electrode current collector by being in direct contact with the positive electrode mixture 3.
- a positive electrode terminal 8 is formed on the bottom surface of the battery can 2.
- the dish-like negative electrode terminal plate 7 has a dish-like shape with a flange-like edge, and is caulked through a sealing gasket 10 at the opening of the battery can 2 with the bottom face up like a dish.
- the upper end of the separator 4 is in contact with the lower surface of the sealing gasket 10.
- the rod-shaped negative electrode current collector 6 inserted into the negative electrode gel 5 is fixed upright by welding its upper end to the lower surface 7d of the dish-shaped negative electrode terminal plate 7.
- the negative electrode terminal plate 7, the negative electrode current collector 6 and the sealing gasket 10 are combined in advance as a sealing body.
- a sealing body is inserted into the opening end side of the battery can 2 in which the power generation element is stored, and the opening of the battery can 2 is reduced inward.
- the sealing gasket 10 is sandwiched between the opening edge of the battery can 2 and the flange-shaped edge of the negative electrode terminal plate 7, and the battery can 2 is sealed in a sealed state.
- FIG. 2 is a diagram showing a sealing structure in the alkaline battery 1, and here, a longitudinal section on the upper end side of the alkaline battery 1 is shown in an enlarged view.
- the sealing gasket 10 has a cup shape around a wall (hereinafter referred to as an outer peripheral portion) 14 that stands up around a disk having an uneven surface, and the center of the disk is a hollow portion (boss) into which the negative electrode current collector 6 is press-fitted.
- a cylindrical boss portion 11 having a hole 12 is formed.
- a film-like portion (hereinafter referred to as a partition wall portion) 13 extending from the outer periphery of the boss portion 11 to the periphery of the disk seals the power generation element storage space in the battery can 2.
- Non-Patent Document 1 describes a commercially available alkaline battery 1.
- the alkaline battery 1 has a thin wall portion 15 formed in the partition wall portion 13 of the sealing gasket 10 as an explosion-proof safety mechanism.
- the explosion-proof safety mechanism operates. A short circuit may occur.
- FIG. 3 shows a diagram for explaining the operation of the explosion-proof safety mechanism in the alkaline battery 1.
- FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of the upper end side of the alkaline battery 1. In FIG. 3, an internal short-circuit state is shown on the right side of the drawing with respect to the cylindrical shaft 100 of the battery can 2.
- the present invention guides the negative electrode gel 5 to the upper surface side of the partition wall 13 when the thin portion 15 is broken, and prevents the negative electrode gel 5 from flowing into the storage region of the positive electrode mixture 3. It is an object of the present invention to provide a sealing gasket 10 of a cylindrical alkaline battery 1 that can prevent an internal short circuit due to contact with 3, and a cylindrical alkaline battery 1 including the sealing gasket 10.
- the present invention is arranged in a cylindrical battery can with a bottom having a cylindrical axis in the vertical direction and opening upward, and an annular positive electrode mixture and an inner side of the positive electrode mixture.
- a cylindrical alkaline battery in which a bottomed cylindrical separator and a negative electrode gel disposed inside the separator are housed as a power generation element and a negative terminal plate is fitted into the opening of the battery can.
- a sealing gasket for insulating between the opening of the battery can and the negative terminal plate Each direction above and below the sealing gasket as each direction above and below the battery can, A boss part made of a resin material and formed in a hollow cylindrical shape in the vertical direction to erect a rod-shaped negative electrode current collector, a disk-shaped partition wall connected to the outer periphery of the boss part, and an outer side of the partition wall part An outer peripheral portion erected upward from the periphery, and a thin portion formed in a groove shape concentrically with the boss portion in the partition wall, The thin portion is formed in a region facing the negative electrode gel when incorporated in the alkaline battery, and is thinner than other regions of the partition wall, The thickness of the thin portion is set to break when the inside of the battery can reaches a predetermined pressure when incorporated in the alkaline battery, In the partition wall, in the region facing the negative electrode gel, an annular crushing region having a thickness of 0.3 mm or less while being in contact with the thin portion is formed, In the crushing
- a bottomed cylindrical battery in which a negative electrode gel is housed as a power generation element and a negative electrode terminal plate is fitted in the opening of the battery can is also within the scope of the present invention.
- the negative electrode terminal plate is a cylindrical alkaline battery, wherein the negative electrode terminal plate is fitted via any one of the alkaline battery sealing gaskets.
- the thin-walled portion breaks in a state where it is incorporated in the battery can, and the negative electrode gel flows into the positive electrode mixture storage area when the gas in the battery is released. Can be prevented. And the alkaline battery of this invention provided with this sealing gasket becomes a thing which an internal short circuit resulting from the contact of a negative electrode gel and a positive electrode mixture does not generate
- the inventor can break the thin wall portion 15 in advance and also break the portions other than the thin wall portion 15 of the partition wall portion 13 starting from the broken portion to open the partition wall portion 13 in a planar shape instead of a linear shape. If possible, it was considered that the negative electrode gel 5 could be guided above the partition wall 13 of the sealing gasket 10. The inventor has intensively researched a structure for opening the partition wall 13 in a planar shape while preliminarily breaking the thin-walled portion 15 when the internal pressure in the battery can 2 rises, and has arrived at the present invention. .
- sealing gasket 10 (hereinafter also referred to as sealing gasket 10) of the alkaline battery 1 according to the embodiment of the present invention is the same as the sealing gasket 10 used in the alkaline battery 1 shown in FIGS. It is the same.
- the partition wall portion 13 constituting the sealing gasket 10 even if the thickness of the region 16 facing the negative electrode gel 5 is optimized and the pressure in the battery can 2 rises rapidly, Without blocking, the partition wall portion 13 is opened in a planar shape (hereinafter also referred to as crushing), so that the negative electrode gel 5 can be reliably guided above the partition wall portion 13.
- FIG. 4 shows a diagram for explaining the operation of the explosion-proof safety mechanism by the sealing gasket 10 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is an enlarged vertical cross-sectional view of the upper end side of the alkaline battery 1.
- the sealing gasket 10 of this embodiment is assembled in the alkaline battery 1
- the facing region 16 of the partition wall 13 facing the negative electrode gel 5 is shown. Part or all of them are formed to have a predetermined thickness.
- the region having a predetermined thickness hereinafter also referred to as a crushing region
- a crushing region starts from the breakage point of the thin portion 15. Cracking, part of the partition wall 13 is cut open, or part of the partition wall 13 is crushed and a hole is opened, resulting in a crushed state that opens in a planar shape.
- ⁇ Crushing area thickness> First, in order to obtain the thickness at which the partition wall portion 13 is reliably crushed, a plurality of types of sealing gaskets 10 for LR6 type alkaline batteries having different thicknesses of the facing region 16 of the partition wall portion 13 from the negative electrode gel 5 are prepared.
- the LR6 type alkaline battery 1 was prepared as a sample using various sealing gaskets 10 having different thicknesses of the facing region 16. That is, the entire area of the facing area 16 was set as a crushing area.
- 20 samples each using the same sealing gasket 10 were prepared. And the explosion-proof safety test which charges each sample with the electric current of 150 mA and fractures the thin part 15 was done. And the presence or absence of an internal short circuit was investigated. Moreover, the sample after the test was disassembled, and the breaking state of the sealing gasket 10 was examined visually.
- the facing region 16 of the partition wall 13 with the negative electrode gel 5 has the same thickness in all regions except the thin portion 15.
- the thin portion 15 is set to a predetermined thickness of 0.15 to 0.20 mm according to the operating pressure to be broken, and here it is uniformly set to 0.15 mm.
- the thickness of the thin portion 15 is not limited to this thickness.
- the thin wall portion 15 may be formed so as to be thinner than other portions of the partition wall portion 13 and set so as to be broken before the other portion in the partition wall portion 13.
- the sealing gasket 10 used for each sample is the same structure as a commercial item (for example, the alkaline dry battery 1 of the said nonpatent literature 2) except the thickness of the facing area
- FIG. And has a structure.
- FIG. 5 shows a broken state of the sealing gasket 10 in the sample after the explosion-proof safety test.
- the figure when the sealing body which consists of the negative electrode terminal board 7, the negative electrode current collector 6, and the sealing gasket 10 is seen from the lower part is shown.
- the fractured state of the sealing gasket 10 in the sample 3 is shown.
- the facing region 16 with the negative electrode gel 5 in the partition wall portion 13 is largely lacking. In this example, almost the entire region 16 facing the negative electrode gel 5 is crushed.
- the partition wall 13 is not crushed, and the negative electrode gel 5 adheres to the partition wall 13. That is, in the sample in which the internal short circuit occurred, the partition wall portion 13 was not crushed, only the thin wall portion 15 was broken linearly, and the negative electrode gel 5 could not pass through the broken portion of the thin wall portion 15 and instead damaged the separator 4. It was confirmed that it was discharged to the positive electrode mixture 3 side. From the above, when the explosion-proof safety mechanism of the alkaline battery 1 is operated, in order to crush the partition wall portion 13 of the sealing gasket 10, the facing region 16 with the negative electrode gel 5 in the partition wall portion 13 has a thickness of 0.3 mm or less. It is necessary to make it.
- the LR6 type alkaline battery 1 was manufactured using the sealing gasket 10 in which a part of the facing region 16 was not a crushing region having a thickness of 0.3 mm or less, and a part of the region 16 was a crushing region.
- An explosion-proof safety test was performed on the alkaline battery 1. Specifically, in FIG. 4, the distance d2 from the outer periphery of the thin portion toward the outer side with respect to the distance d1 from the outer periphery of the thin portion to the outer periphery of the facing region 16 with the negative electrode gel 5 in the partition wall portion 13, that is, the inner surface position of the separator 4.
- Various sealing gaskets 10 having a thickness up to ( ⁇ d1) of 0.3 mm and different distances d2 were produced. That is, a plurality of types of sealing gaskets in which the ratio of the projected area of the crushing area having a thickness of 0.3 mm (hereinafter referred to as occupation ratio) differs from the projected area when the entire area of the facing area 16 is viewed from above and below. 10 was produced. And the LR6 type alkaline battery 1 using various sealing gaskets 10 having different occupancy ratios in the crushing region was prepared as a sample, and the above explosion-proof safety test was performed on each sample. Again, 20 individuals were prepared for each sample. Table 2 below shows the occupancy ratio of the crushing area and the results of the explosion-proof safety test.
- the thin wall portion 15 is formed along the outer periphery of the boss portion 11.
- the thin wall portion 15 is formed in the region facing the negative electrode gel 5 when incorporated in the alkaline battery 1. What is necessary is just to be formed so that it may become a concentric circle with the part 11.
- region should just be formed in the annular
- an annular crushing region can be provided along the outer periphery of the boss portion 11, and the thin portion 15 can be provided along the outer periphery of the crushing region.
- two crushing regions may be formed on the outer peripheral side and the inner peripheral side with respect to the thin portion 15. That is, the crushing region may be divided into two annular regions on the inner peripheral side and the outer peripheral side by the thin portion 15.
- the configuration and structure of the sealing gasket 10 in the above embodiment are not limited to the LR6 type alkaline battery 1, but may be applied to other types of alkaline batteries 1 as long as they are cylindrical.
- a thin portion 15 that is broken by a predetermined pressure and an annular crushing region that is in contact with the thin portion 15 may be formed in a region facing the negative electrode gel 5.
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Abstract
有底円筒状の電池缶2内に発電要素(3~5)が収納されてなるアルカリ電池1に組み込まれて電池缶の上部開口と負極端子板7との間を絶縁する樹脂製の封口ガスケット10であって、円盤状の隔壁部13の周縁から上方に立設する外周部14と、隔壁部の中心にて棒状の負極集電子6を立設させる中空円筒状のボス部11と、ボス部の外周に沿って溝状に形成されて隔壁部の他の部位より薄い薄肉部15とを備え、薄肉部はアルカリ電池に組み込まれた際に電池缶内が所定の圧力となったときに破断する厚さに設定され、隔壁部においてアルカリ電池に組み込まれた際に負極ゲルに対面する領域16には薄肉部に接しつつ0.3mm以下の厚さの領域の投影面積が負極ゲルに対面する領域の投影面積に対して25%以上である。
Description
本発明は、円筒形アルカリ電池の封口ガスケットおよび円筒形アルカリ電池に関する。
図1は、LR6型の円筒形アルカリ電池(以下、アルカリ電池1とも言う)の構造を示しており、この図1では、円筒軸100の方向を上下(縦)方向としたときの縦断面図を示している。図1に示したように、アルカリ電池1は、有底筒状の金属製電池缶2、環状に成形された正極合剤3、この正極合剤3の内側に配設された有底円筒状のセパレーター4、亜鉛合金を含んでセパレーター4の内側に充填される負極ゲル5、この負極ゲル5中に挿入された棒状の金属からなる負極集電子6、皿状の金属製負極端子板7、樹脂からなる封口ガスケット10などにより構成される。この構造において、正極合剤3、セパレーター4、負極ゲル5が、電解液の存在下でアルカリ電池1の発電要素を形成する。なお、以下では、電池缶2の底部側を下方として上下方向を規定することとする。
電池缶2は、電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤3に直接接触することにより、正極集電体として機能する。この電池缶2の底面には正極端子8が形成されている。皿状の負極端子板7は、フランジ状の縁がある皿状で、皿を伏せたように底面を上にした状態で電池缶2の開口に封口ガスケット10を介してかしめられている。そしてセパレーター4の上端が封口ガスケット10の下面に当接している。それによって、電池缶2内における負極ゲル5の収納領域が閉塞され、アルカリ電池1を傾けた際に負極ゲル5が正極合剤3の収納領域に流入して内部短絡が発生するのを防止している。
負極ゲル5中に挿入された棒状の負極集電子6は、その上端が皿状の負極端子板7の下面7dに溶接されることで立設固定されている。なお、負極端子板7、負極集電子6および封口ガスケット10は封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられている。アルカリ電池1を組み立てる際には、発電要素が収納された電池缶2の開口端側に封口体を挿入するとともに、この電池缶2の開口を内方に縮径加工する。それによって封口ガスケット10が電池缶2の開口縁部と負極端子板7におけるフランジ状の縁との間に挟持され、電池缶2が密閉状態で封口される。
図2は、アルカリ電池1における封口構造を示す図であり、ここでは、アルカリ電池1の上端側の縦断面を拡大図にして示している。封口ガスケット10は、表面に凹凸のある円盤の周囲に上方に立設する壁面(以下、外周部)14が巡るカップ状で、円盤の中心は、負極集電子6が圧入される中空部(ボス孔)12を備えた円筒状のボス部11となっている。そして、ボス部11の外周から円盤の周縁に至る膜状の部分(以下、隔壁部)13が電池缶2における発電要素の収納空間を密閉している。
ところで、封口ガスケット10の隔壁部13において、負極ゲル5に対面する領域16には、ボス部11と同心円をなす溝状の薄肉部15が形成されている。図2に示した例では、ボス部11の外周に沿って薄肉部15が形成されている。そしてこの薄肉部15は、電池缶2内の圧力が異常に上昇した際に封口ガスケット10の他の部位に先行して破断し、最終的に、その内圧の原因となったガスを負極端子板7に設けられた通気孔9を介して大気開放させる防爆安全機構として機能する。なおアルカリ電池1の構造や製造方法については以下の非特許文献1に記載されている。また以下の非特許文献2には市販のアルカリ電池1について記載されている。
FDK株式会社、"アルカリ電池のできるまで"、[online]、[平成28年11月4日検索]、インターネット<URLttp://www.fdk.co.jp/denchi_club/denchi_story/arukari.htm>
FDK株式会社、"アルカリ乾電池―プレミアムタイプ"、[online]、[平成28年11月4日検索]、インターネット<URL:http://www.fdk.co.jp/denchi/premium/index.html>
アルカリ電池1は、防爆安全機構として、封口ガスケット10の隔壁部13に薄肉部15が形成されている。しかしながら、一次電池であるアルカリ電池1が充電されるなどして電池缶2内でガスが発生し、所定の圧力に達すると、防爆安全機構が動作するが、その際にセパレーター4を破損し内部短絡が発生する場合がある。図3に、アルカリ電池1における防爆安全機構の動作を説明するための図を示した。図3はアルカリ電池1の上端側を拡大した縦断面図である。図3では、電池缶2の円筒軸100に対して紙面右側に内部短絡の状態を示している。防爆安全機構が動作すると、太線矢印で示したように、封口ガスケット10において破断した薄肉部15から負極端子板7に形成された通気孔9を経てガスが放出される。しかし、薄肉部15の破断箇所は細い溝状に開口するため、放出ガスと共に移動した負極ゲル5は隔壁部13により行き場を失う。そして、その行き場を失った負極ゲル5はセパレータ4を破断し正極合剤3の収納領域に流出し、負極ゲル5が正極合剤3に直接触れ、内部短絡が発生する場合がある。
そこで本発明は、薄肉部15の破断時に負極ゲル5を隔壁部13の上面側に導き、負極ゲル5が正極合剤3の収納領域に流入するのを防止し、負極ゲル5と正極合剤3との接触に起因する内部短絡を防止することができる円筒形アルカリ電池1の封口ガスケット10、およびその封口ガスケット10を備えた円筒形アルカリ電池1を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための本発明は、上下方向に円筒軸を有して上方に開口する有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが発電要素として収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が嵌着されてなる円筒形アルカリ電池に組み込まれて前記電池缶の開口と前記負極端子板との間を絶縁するための封口ガスケットであって、
当該封口ガスケットの上下の各方向を前記電池缶における上下の各方向として、
樹脂材料からなり、棒状の負極集電子を立設させるために上下方向に中空円筒状に形成されたボス部と、当該ボス部の外周に接続する円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の外周縁から上方に立設する外周部と、前記隔壁部に前記ボス部と同心円をなして溝状に形成された薄肉部とを備え、
前記薄肉部は、前記アルカリ電池に組み込まれた際に、前記負極ゲルに対面する領域に形成されているともに、前記隔壁部の他の領域よりも薄く、
前記薄肉部の厚さは、前記アルカリ電池に組み込まれた際、前記電池缶内が所定の圧力となったときに破断するように設定され、
前記隔壁部において、前記負極ゲルに対面する領域には、前記薄肉部に接しつつ厚さが0.3mm以下となる円環状の破砕領域が形成され、
当該破砕領域は、上下方向から見たときの投影面積が、前記負極ゲルに対面する全領域の投影面積の25%以上である、
ことを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケットとしている。そして、LR6型以下のサイズの円筒形アルカリ電池に組み込まれることを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケットとすれば好適である。
当該封口ガスケットの上下の各方向を前記電池缶における上下の各方向として、
樹脂材料からなり、棒状の負極集電子を立設させるために上下方向に中空円筒状に形成されたボス部と、当該ボス部の外周に接続する円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の外周縁から上方に立設する外周部と、前記隔壁部に前記ボス部と同心円をなして溝状に形成された薄肉部とを備え、
前記薄肉部は、前記アルカリ電池に組み込まれた際に、前記負極ゲルに対面する領域に形成されているともに、前記隔壁部の他の領域よりも薄く、
前記薄肉部の厚さは、前記アルカリ電池に組み込まれた際、前記電池缶内が所定の圧力となったときに破断するように設定され、
前記隔壁部において、前記負極ゲルに対面する領域には、前記薄肉部に接しつつ厚さが0.3mm以下となる円環状の破砕領域が形成され、
当該破砕領域は、上下方向から見たときの投影面積が、前記負極ゲルに対面する全領域の投影面積の25%以上である、
ことを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケットとしている。そして、LR6型以下のサイズの円筒形アルカリ電池に組み込まれることを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケットとすれば好適である。
また下方を底部として上方が開口する有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが発電要素として収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が嵌着されてなる円筒形アルカリ電池も本発明の範囲であり、当該円筒形アルカリ電池は、前記負極端子板が、前記いずれかのアルカリ電池用封口ガスケットを介して嵌着されていることを特徴とする円筒形アルカリ電池である。
本発明に係る円筒形アルカリ電池の封口ガスケットによれば、電池缶内に組み込まれた状態で薄肉部が破断し、電池内ガスが放出される際に負極ゲルが正極合剤の収納領域へ流出することを防止することができる。そしてこの封口ガスケットを備えた本発明のアルカリ電池は、負極ゲルと正極合剤との接触に起因する内部短絡が発生し難いものとなる。
関連出願の相互参照
この出願は、2016年12月19日に出願された日本特許出願、特願2016-245146に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
この出願は、2016年12月19日に出願された日本特許出願、特願2016-245146に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
===防爆安全機構===
上述したように、アルカリ電池1の封口ガスケット10では、電池缶2に組み込まれた状態で電池缶2内が所定の圧力まで上昇すると、その圧力によって溝状の薄肉部15が破断するものの、薄肉部15は細い溝状に開口するため、内圧上昇の原因となった気体を開放することはできても、気体と共に流出しようとする負極ゲル5は隔壁部13に阻まれてしまう。
上述したように、アルカリ電池1の封口ガスケット10では、電池缶2に組み込まれた状態で電池缶2内が所定の圧力まで上昇すると、その圧力によって溝状の薄肉部15が破断するものの、薄肉部15は細い溝状に開口するため、内圧上昇の原因となった気体を開放することはできても、気体と共に流出しようとする負極ゲル5は隔壁部13に阻まれてしまう。
そこで本発明者は、薄肉部15を先行破断させるとともに、その破断箇所を起点として隔壁部13の薄肉部15以外の部位も破断させて隔壁部13を線状ではなく面状に開口させることができれば、負極ゲル5を封口ガスケット10の隔壁部13の上方へ導くことができると考えた。そして本発明者は、電池缶2内の内圧が上昇した際に、薄肉部15を先行破断させつつ、隔壁部13を面状に開口させるための構造について鋭意研究を重ね、本発明に想到した。
===実施例===
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
本発明の実施例に係るアルカリ電池1の封口ガスケット10(以下、封口ガスケット10とも言う)の形状や基本的な構造は、図1や図2に示したアルカリ電池1に使用される封口ガスケット10と同様である。しかし、封口ガスケット10を構成する隔壁部13において、負極ゲル5に対面する領域16の厚さが最適化されて、電池缶2内の圧力が急激に上昇しても、破断した薄肉部15を閉塞させることなく、隔壁部13を面状に開口(以下、破砕とも言う)させ、負極ゲル5を確実に隔壁部13の上方へ導くことができるようになっている。
図4に本発明の実施例に係る封口ガスケット10による防爆安全機構の動作を説明するための図を示した。図4は、アルカリ電池1の上端側を拡大した縦断面図であり、本実施例の封口ガスケット10では、アルカリ電池1に組み込まれた際、隔壁部13の負極ゲル5との対面領域16の一部あるいは全部が所定の厚さとなるように成形されている。それによって、電池缶2内の圧力が上昇して薄肉部15が破断した際、その所定の厚さになっている領域(以下、破砕領域とも言う)が薄肉部15の破断箇所を起点にして割れ、隔壁部13の一部が切り開かれたり、隔壁部13の一部が砕けて穴が開いたりして、面状に開口した破砕状態になる。
<破砕領域の厚さ>
まず、隔壁部13が確実に破砕する厚さを求めるために、隔壁部13の負極ゲル5との対面領域16の厚さが異なるLR6型アルカリ電池用の封口ガスケット10を複数種類作製し、上記対面領域16の厚さが異なる各種封口ガスケット10を用いてLR6型のアルカリ電池1をサンプルとして作製した。すなわち上記対面領域16の全領域を破砕領域とした。また同じ封口ガスケット10を用いたサンプルをそれぞれ20個ずつ作製した。そして、各サンプルを150mAの電流で充電して薄肉部15を破断させる防爆安全試験を行った。そして内部短絡の有無を調べた。また試験後のサンプルを分解して封口ガスケット10の破断状態を目視により調べた。
まず、隔壁部13が確実に破砕する厚さを求めるために、隔壁部13の負極ゲル5との対面領域16の厚さが異なるLR6型アルカリ電池用の封口ガスケット10を複数種類作製し、上記対面領域16の厚さが異なる各種封口ガスケット10を用いてLR6型のアルカリ電池1をサンプルとして作製した。すなわち上記対面領域16の全領域を破砕領域とした。また同じ封口ガスケット10を用いたサンプルをそれぞれ20個ずつ作製した。そして、各サンプルを150mAの電流で充電して薄肉部15を破断させる防爆安全試験を行った。そして内部短絡の有無を調べた。また試験後のサンプルを分解して封口ガスケット10の破断状態を目視により調べた。
なお、各サンプルに用いた封口ガスケット10は、隔壁部13の負極ゲル5との対面領域16が、薄肉部15を除いた全領域で同じ厚さとなっている。薄肉部15は、破断させたい作動圧力に応じて0.15~0.20mmの所定の厚さに設定されており、ここでは一律に0.15mmとしている。もちろん薄肉部15の厚さはこの厚さに限定されない。薄肉部15は、隔壁部13の他の部位よりも薄くなるように形成されて、隔壁部13において他の部位に先行して破断するように設定されていればよい。
また各サンプルに用いた封口ガスケット10は、隔壁部13における負極ゲル5との対面領域16の厚さ以外は、市販品(例えば、上記非特許文献2に記載のアルカリ乾電池1)と同様の構成や構造を備えている。具体的には、封口ガスケット10は、ナイロン6-12からなる成形品であり、図4におけるセパレーター4の内径φ、すなわち封口ガスケット10における負極ゲル5との対面領域16がφ=10mmとなっている。
以下の表1に防爆安全試験の結果を示した。
図5に防爆安全試験後のサンプルにおける封口ガスケット10の破断状態を示した。ここでは、負極端子板7、負極集電子6および封口ガスケット10からなる封口体を下方から見たときの図を示しており、ここでは、サンプル3おける封口ガスケット10の破断状態を示した。図5に示したように、全ての個体で内部短絡が発生しなかったサンプル3に組み込まれた封口ガスケット10では、隔壁部13における負極ゲル5との対面領域16が大きく欠けている。この例では負極ゲル5との対面領域16のほぼ全領域が破砕している。そして、ボス部11の外周を取り巻くように円環の一部を残してC字状に抜け落ち、そのC字状の開口20から負極端子板7の下面7dが露出している。また負極ゲル5が、その開口20から隔壁部13の上面に導かれていることも分かる。なお、図5中では、破砕した領域の破断面21をハッチングで示した。
一方、内部短絡が発生した個体の封口ガスケット10では、隔壁部13が破砕せず、隔壁部13に負極ゲル5が付着する。すなわち、内部短絡が発生したサンプルでは、隔壁部13が破砕せず薄肉部15のみが線状に破断され、負極ゲル5がその薄肉部15の破断箇所を通過できず、代わりにセパレーター4を破損させて正極合剤3側へ流出することが確認できた。以上より、アルカリ電池1の防爆安全機構が動作したときに、封口ガスケット10の隔壁部13を破砕させるためには、隔壁部13における負極ゲル5との対面領域16を0.3mm以下の厚さにすることが必要となる。
<破砕領域の占有率>
つぎに、上記対面領域16の全領域を厚さが0.3mm以下となる破砕領域にせず、一部の領域を破砕領域にした封口ガスケット10を用いてLR6型のアルカリ電池1を作製した。そしてそのアルカリ電池1に対して防爆安全試験を行った。具体的には、図4において、薄肉部外周から隔壁部13における負極ゲル5との対面領域16の外周、すなわちセパレーター4の内面位置までの距離d1に対し、薄肉部外周から外側に向かう距離d2(≦d1)までの領域の厚さを0.3mmとし、距離d2が異なる各種封口ガスケット10を作製した。すなわち対面領域16の全領域を上下方向から見たときの投影面積に対し、厚さが0.3mmとなる破砕領域の投影面積の割合(以下、占有率)が異なっている複数種類の封口ガスケット10を作製した。そして破砕領域の占有率が異なる各種封口ガスケット10を用いたLR6型のアルカリ電池1をサンプルとして作製し、各サンプルに対して上記の防爆安全試験を行った。なおここでも各サンプルについて20個の個体を用意した。 以下の表2に破砕領域の占有率と防爆安全試験の結果を示した。
つぎに、上記対面領域16の全領域を厚さが0.3mm以下となる破砕領域にせず、一部の領域を破砕領域にした封口ガスケット10を用いてLR6型のアルカリ電池1を作製した。そしてそのアルカリ電池1に対して防爆安全試験を行った。具体的には、図4において、薄肉部外周から隔壁部13における負極ゲル5との対面領域16の外周、すなわちセパレーター4の内面位置までの距離d1に対し、薄肉部外周から外側に向かう距離d2(≦d1)までの領域の厚さを0.3mmとし、距離d2が異なる各種封口ガスケット10を作製した。すなわち対面領域16の全領域を上下方向から見たときの投影面積に対し、厚さが0.3mmとなる破砕領域の投影面積の割合(以下、占有率)が異なっている複数種類の封口ガスケット10を作製した。そして破砕領域の占有率が異なる各種封口ガスケット10を用いたLR6型のアルカリ電池1をサンプルとして作製し、各サンプルに対して上記の防爆安全試験を行った。なおここでも各サンプルについて20個の個体を用意した。 以下の表2に破砕領域の占有率と防爆安全試験の結果を示した。
===その他の実施例===
上記実施例における封口ガスケット10では、ボス部11の外周に沿って薄肉部15が形成されていたが、薄肉部15は、アルカリ電池1に組み込まれた際に負極ゲル5に対面する領域にボス部11と同心円となるように形成されていればよい。そして破砕領域は、薄肉部15に接するように円環状に形成されていればよい。例えば、ボス部11の外周に沿って円環状の破砕領域を設け、その破砕領域の外周に沿って薄肉部15を設けることができる。隔壁部13の負極ゲル5に対面する領域において、薄肉部15に対して外周側と内周側に二つの破砕領域を形成してもよい。すなわち、薄肉部15によって破砕領域が内周側と外周側の二つの円環領域に分断されていてもよい。
上記実施例における封口ガスケット10では、ボス部11の外周に沿って薄肉部15が形成されていたが、薄肉部15は、アルカリ電池1に組み込まれた際に負極ゲル5に対面する領域にボス部11と同心円となるように形成されていればよい。そして破砕領域は、薄肉部15に接するように円環状に形成されていればよい。例えば、ボス部11の外周に沿って円環状の破砕領域を設け、その破砕領域の外周に沿って薄肉部15を設けることができる。隔壁部13の負極ゲル5に対面する領域において、薄肉部15に対して外周側と内周側に二つの破砕領域を形成してもよい。すなわち、薄肉部15によって破砕領域が内周側と外周側の二つの円環領域に分断されていてもよい。
なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
例えば、上記実施例における封口ガスケット10の構成や構造は、LR6型アルカリ電池1に限らず、円筒形であれば、他の型のアルカリ電池1にも適用することができる。隔壁部13において負極ゲル5に対面する領域に、所定の圧力で破断する薄肉部15と、当該薄肉部15に接する円環状の破砕領域が形成されていればよい。
1 アルカリ電池、2 電池缶、3 正極合剤、4 セパレーター、5 負極ゲル、6 負極集電子、7 負極端子板、7d 下面、8 正極端子、9 通気孔、10 封口ガスケット、11 ボス部、12 ボス孔、13 隔壁部、14 外周部、15 薄肉部、16 隔壁部における負極ゲルとの対面領域、20 開口、21 破断面、100 円筒軸
Claims (3)
- 上下方向に円筒軸を有して上方に開口する有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが発電要素として収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が嵌着されてなる円筒形アルカリ電池に組み込まれて前記電池缶の開口と前記負極端子板との間を絶縁するための封口ガスケットであって、
当該封口ガスケットの上下の各方向を前記電池缶における上下の各方向として、
樹脂材料からなり、棒状の負極集電子を立設させるために上下方向に中空円筒状に形成されたボス部と、当該ボス部の外周に接続する円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の外周縁から上方に立設する外周部と、前記隔壁部に前記ボス部と同心円をなして溝状に形成された薄肉部とを備え、
前記薄肉部は、前記アルカリ電池に組み込まれた際に、前記負極ゲルに対面する領域に形成されているともに、前記隔壁部の他の領域よりも薄く、
前記薄肉部の厚さは、前記アルカリ電池に組み込まれた際、前記電池缶内が所定の圧力となったときに破断するように設定され、
前記隔壁部において、前記負極ゲルに対面する領域には、前記薄肉部に接しつつ厚さが0.3mm以下となる円環状の破砕領域が形成され、
当該破砕領域は、上下方向から見たときの投影面積が、前記負極ゲルに対面する全領域の投影面積の25%以上である、
ことを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケット。 - 請求項1において、LR6型以下のサイズの円筒形アルカリ電池に組み込まれることを特徴とする円筒形アルカリ電池の封口ガスケット。
- 下方を底部として上方が開口する有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが発電要素として収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が嵌着されてなるアルカリ電池であって、前記負極端子板が、請求項1または2に記載の前記アルカリ電池用封口ガスケットを介して嵌着されていることを特徴とする円筒形アルカリ電池。
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