JP2008251206A - Cylindrical battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は円筒形電池に関する。 The present invention relates to a cylindrical battery.
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、その外装缶内に発電要素としての正極板、負極板及び電解質が収容され、外装缶の開口端部は封口体により密閉されている(特許文献1)。
Cylindrical batteries include primary batteries such as alkaline batteries and secondary batteries such as nickel metal hydride secondary batteries. For example, nickel metal hydride secondary batteries are widely used in portable electronic devices, electric vehicle batteries, and the like. Yes.
In a cylindrical battery, a positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrolyte as power generation elements are accommodated in an outer can, and an opening end of the outer can is sealed with a sealing body (Patent Document 1).
より詳しくは、封口体は、円板形状の封口板と、封口板と外装缶の開口端部との間に配置される絶縁ガスケットとを含み、開口端部と封口板の外周部との間は絶縁ガスケットによりシールされる。
封口板はその中央にガス抜き孔を有し、封口板の外面上には、ガス抜き孔を塞ぐように、弾性材料からなる弁体が配置され、更に、弁体を覆うようにカップ状の端子が固定されている。弁体は、封口板に対し、圧縮された状態で押し付けられ、所定の作動圧までガス抜き孔を閉塞する。すなわち、封口体は、安全弁としての機能を有する。
The sealing plate has a gas vent hole in the center, and a valve body made of an elastic material is disposed on the outer surface of the sealing plate so as to close the gas vent hole. Terminal is fixed. The valve body is pressed against the sealing plate in a compressed state, and closes the gas vent hole to a predetermined operating pressure. That is, the sealing body has a function as a safety valve.
電池の高容量化に伴い、発電要素を収容するための容積を増大すべく、封口板の厚さは削減されており、封口板は、例えば0.4mmの厚さを有する。
しかしながら、封口板の厚さが0.4mmになると、電池内の圧力が上昇したときに、封口板が外側に反ってしまう。封口板が反ると、弁体の圧縮率が高くなり、作動圧も上昇してしまう。この傾向は、電池内圧が3.0MPaを超えると顕著になるため、3.0MPaを超える範囲では、作動圧の微調整が困難になっていた。
As the capacity of the battery increases, the thickness of the sealing plate is reduced to increase the volume for accommodating the power generation element, and the sealing plate has a thickness of 0.4 mm, for example.
However, when the thickness of the sealing plate becomes 0.4 mm, the sealing plate warps outward when the pressure in the battery increases. When the sealing plate is warped, the compression ratio of the valve body is increased and the operating pressure is also increased. This tendency becomes prominent when the internal pressure of the battery exceeds 3.0 MPa, and therefore fine adjustment of the operating pressure has been difficult in the range exceeding 3.0 MPa.
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、電池の高容量化に伴い、発電要素を収容するための容積を増大すべく、封口板の厚さは削減したときに、封口板の反りを抑制することにより安全弁の作動圧上昇が抑制された円筒形電池を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and the purpose of the present invention is to reduce the thickness of the sealing plate in order to increase the capacity for accommodating the power generation element as the capacity of the battery increases. Sometimes, the present invention provides a cylindrical battery in which the increase in the operating pressure of the safety valve is suppressed by suppressing the warping of the sealing plate.
上記の目的を達成するために、本発明によれば、開口端部を有する円筒状の外装缶と、前記外装缶内に収容された発電要素と、前記外装缶の前記開口端部内に配置された封口板と、前記外装缶の開口端部と前記封口板との間に設けられ、前記開口端部をかしめることにより前記封口板の外周部と前記開口端部との間をシールする電気絶縁性の環状のガスケットと、前記封口板の中央に形成されたガス抜き孔と、前記封口板の外面上に圧縮された状態で配置され、前記ガス抜き孔を作動圧まで閉塞する弾性材料からなる弁体と、前記弁体を覆うカップ状の端子とを備え、前記封口板は、前記外周部よりも径方向内側に、前記外周部よりも厚い厚肉部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)。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a cylindrical outer can having an open end, a power generation element housed in the outer can, and the open end of the outer can are arranged. The sealing plate is provided between the opening end of the outer can and the sealing plate, and seals between the outer periphery of the sealing plate and the opening end by caulking the opening end. An insulating annular gasket, a gas vent hole formed in the center of the sealing plate, and an elastic material disposed in a compressed state on the outer surface of the sealing plate and closing the gas vent hole to an operating pressure. And a cup-shaped terminal that covers the valve body, and the sealing plate has a thick part thicker than the outer peripheral part on the radially inner side than the outer peripheral part. A battery is provided (claim 1).
好ましくは、前記厚肉部の外径は、前記封口板の外径の65%以上である(請求項2)。
好ましくは、前記封口板は、前記厚肉部と前記外周部との間に、径方向外側に向かうに連れて厚さが小さくなるテーパ部を更に有し、前記テーパ部のテーパ角は45度以下である(請求項3)。
Preferably, the outer diameter of the thick portion is 65% or more of the outer diameter of the sealing plate (Claim 2).
Preferably, the sealing plate further includes a tapered portion between the thick portion and the outer peripheral portion, the thickness of which decreases as it goes radially outward, and the taper angle of the tapered portion is 45 degrees. (Claim 3)
本発明の請求項1の円筒形電池では、封口板が厚肉部を有するため、内圧が上昇したとしても、封口板の反りが抑制される。これにより、この円筒形電池では、内圧上昇に伴う弁体の圧縮率の増大が抑制され、作動圧の上昇が抑制される。この結果として、この円筒形電池では、設定された作動圧が3MPaを超えていても、設定した作動圧にて安全弁が確実に作動する。 In the cylindrical battery according to claim 1 of the present invention, since the sealing plate has a thick portion, even if the internal pressure increases, the warping of the sealing plate is suppressed. Thereby, in this cylindrical battery, an increase in the compression ratio of the valve body accompanying an increase in internal pressure is suppressed, and an increase in operating pressure is suppressed. As a result, in this cylindrical battery, even if the set operating pressure exceeds 3 MPa, the safety valve operates reliably at the set operating pressure.
一方、この円筒形電池では、封口板の外周部を厚くする必要が無いため、封口板の外周部を挟んでいる外装缶の部分の高さが増大することはない。この結果として、外装缶の外形寸法が同一であれば外装缶内の容積が十分に確保され、この円筒形電池は高容量化に適する。
請求項2の円筒形電池では、厚肉部の外径が封口板の外径の65%以上であるため、内圧上昇に伴う封口板の反りが確実に抑制される。この結果として、この円筒形電池では、内圧が上昇したときに、作動圧の上昇が確実に抑制される。
On the other hand, in this cylindrical battery, since it is not necessary to thicken the outer peripheral part of the sealing plate, the height of the portion of the outer can that sandwiches the outer peripheral part of the sealing plate does not increase. As a result, if the outer dimensions of the outer can are the same, a sufficient volume in the outer can is secured, and this cylindrical battery is suitable for increasing the capacity.
In the cylindrical battery according to the second aspect, since the outer diameter of the thick portion is 65% or more of the outer diameter of the sealing plate, the warping of the sealing plate accompanying the increase in the internal pressure is reliably suppressed. As a result, in this cylindrical battery, when the internal pressure increases, the increase in operating pressure is reliably suppressed.
請求項3の円筒形電池では、厚肉部と外周部との間にテーパ角が45度以下のテーパ部を設けたため、封口板に衝撃等が加わったときに、厚肉部と外周部との境界近傍での応力集中が緩和される。この結果として、この円筒形電池の封口板は、強度が確保され変形し難い。 In the cylindrical battery according to claim 3, since the taper portion having a taper angle of 45 degrees or less is provided between the thick portion and the outer peripheral portion, when an impact or the like is applied to the sealing plate, the thick portion and the outer peripheral portion The stress concentration in the vicinity of the boundary is relaxed. As a result, the sealing plate of the cylindrical battery has sufficient strength and is not easily deformed.
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、容器として有底円筒状の外装缶2を備え、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。
Hereinafter, an AA size nickel-hydrogen secondary battery will be described as a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the nickel hydride secondary battery includes a bottomed cylindrical
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の底壁との間には、円板形状の絶縁部材11が配置されている。
The
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30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、封口板14と電極群10との間には円板形状の絶縁部材15が配置され、正極リード12は、絶縁部材15に形成されたスリットを貫通している。
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。
On the opening end side of the
The
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14aを有する。封口板14の外面には、ガス抜き孔14a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。
The
The opening end of the
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。
Furthermore, on the outer surface of the
The
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14b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。
Further, the sealing
より詳しくは、図2及び図3に示したように、封口板14は、径方向でみて、ガス抜き孔14aから所定の径方向位置にまで渡る環状の厚肉部14cを有する。厚肉部14cの厚さT1は、外周部14bの厚さT2よりも大きく、厚さT1は、厚さT2の125%以上175%以下であるのが好ましい。また好ましくは、厚肉部14cの外径D1は、外周部14bの外径D2、即ち封口板14の外径の65%以上である。
More specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the
また、好ましくは、封口板14にはテーパ部14dが設けられる。テーパ部14dは、径方向でみて、厚肉部14cと外周部14bとの間に設けられ、テーパ部14dの厚さは、径方向外側に向かうに連れて減少する。テーパ部14dのテーパ角θは、45度以下であるのが好ましい。
上述した封口板14は、板状の材料をプレス成形することにより作製することができる。なお、図2及び図3では、厚肉部14cは段付けられているが、段付けられていなくてもよい。
Preferably, the sealing
The sealing
上述した円筒形電池では、電池の内圧が作動圧まで上昇すると、弁体20が更に圧縮されてガス抜き孔14aが開き、電池内のガスが外部に放出される。これにより、電池の内圧が異常に上昇するのが防止される。
また、この円筒形電池では、封口板14が厚肉部14cを有するため、内圧が上昇したとしても、封口板14の反りが抑制される。これにより、この円筒形電池では、内圧が上昇したときに、弁体20の圧縮率が増大するのが抑制され、作動圧の上昇が抑制される。この結果として、この円筒形電池では、組立て時における弁体20の圧縮率に基づいて設定される作動圧が3MPaを超えていても、設定された作動圧にて安全弁が確実に作動する。
In the above-described cylindrical battery, when the internal pressure of the battery rises to the operating pressure, the
Moreover, in this cylindrical battery, since the sealing
一方、この円筒形電池では、封口板14の外周部14bを厚くする必要が無いため、封口板14の外周部14bを挟んでいる外装缶2の部分の高さが増大することはない。この結果として、外装缶2の外形寸法が同一であれば外装缶2内の容積が十分に確保され、この円筒形電池は、高容量化に適する。
更に、上述した円筒形電池では、厚肉部14cの外径D1が外周部14bの外径D2の65%以上であることにより、内圧が上昇したときに、封口板14の反りが確実に抑制される。この結果として、この円筒形電池では、内圧が上昇したときに、作動圧の上昇が確実に抑制される。
On the other hand, in this cylindrical battery, since it is not necessary to thicken the outer
Further, in the above-described cylindrical battery, the outer diameter D1 of the
また更に、上述した円筒形電池では、厚肉部14cと外周部14bとの間にテーパ角θが45度以下のテーパ部14dを設けることにより、封口板14に衝撃等が加わったときに、厚肉部14cと外周部14bとの境界近傍での応力集中が緩和される。この結果として、この円筒形電池の封口板14は強度が確保され、変形し難い。
Furthermore, in the cylindrical battery described above, by providing a tapered
1.作動圧の評価方法
表1に示したように、厚肉部及び外周部の厚さがそれぞれ0.6mm、0.4mmであり、外周部の外径に対する厚肉部の外径の比率(外径比率)が異なる封口板を用いて、実施例1〜15の封口体をそれぞれ30個ずつ組み立てた。このとき封口板の外径及びテーパ部のテーパ角は、いずれも共通で、それぞれ12.7mm、40度であった。EPDM製の弁体の外径も共通であり、3.5mmであった。また、正極端子の外径は5.5mmで共通であったが、高さの異なる正極端子を用いることで、表1に示したように、弁体の圧縮率を変化させた。
1. Evaluation method of working pressure As shown in Table 1, the thickness of the thick part and the outer peripheral part is 0.6 mm and 0.4 mm, respectively, and the ratio of the outer diameter of the thick part to the outer diameter of the outer peripheral part (outside 30 sealing bodies of Examples 1 to 15 were each assembled using sealing plates having different diameter ratios. At this time, the outer diameter of the sealing plate and the taper angle of the taper portion were both common and were 12.7 mm and 40 degrees, respectively. The outer diameter of the EPDM valve body was also common and was 3.5 mm. Moreover, although the outer diameter of the positive electrode terminal was common at 5.5 mm, as shown in Table 1, the compressibility of the valve body was changed by using positive electrode terminals having different heights.
また、表1に示したように、厚肉部を有さず、厚さが0.4mmで一定の封口板を用いたこと以外は実施例1〜5と同様にして、比較例1〜5の封口体を組み立てた。
組み立てた実施例1〜15及び比較例1〜5の各封口体を、図4に示したワークホルダに固定し、ワークホルダ内に、窒素ガスボンベからレギュレータを通じて窒素ガスを導入した。これにより正極端子とは反対側から封口体に圧力を加え、安全弁の作動圧を測定した。なお、作動圧は、封口体の正極端子周辺に石鹸水を滴下しておき、泡が発生したときの圧力表示計の値として測定した。測定結果を、30個の平均値として表1及び図5に示す。
Further, as shown in Table 1, Comparative Examples 1 to 5 were carried out in the same manner as in Examples 1 to 5 except that a constant sealing plate having a thickness of 0.4 mm was used without having a thick part. Assemble the sealing body.
The assembled sealing bodies of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 5 were fixed to the work holder shown in FIG. 4, and nitrogen gas was introduced into the work holder through a regulator from a nitrogen gas cylinder. Thereby, pressure was applied to the sealing body from the side opposite to the positive electrode terminal, and the operating pressure of the safety valve was measured. The working pressure was measured as a pressure indicator value when bubbles were generated by dropping soap water around the positive electrode terminal of the sealing body. A measurement result is shown in Table 1 and FIG. 5 as an average value of 30 pieces.
2.強度測定方法
表2に示したように、テーパ角の異なる封口板を用いて封口体を組立てた。そして、得られた封口体を用いて、実施例16〜19として、単三サイズの円筒形ニッケル水素二次電池をそれぞれ5個ずつ製造した。このとき封口板の外径はいずれも共通で、12.7mmであった。封口板の厚肉部及び外周部の厚さもいずれも共通で、それぞれ0.6mm、0.4mmであった。EPDM製の弁体の外径も共通であり、3.5mmであった。また、正極端子の外径は、5.5mmで共通であった。
2. Strength measurement method As shown in Table 2, sealing bodies were assembled using sealing plates having different taper angles. And using the obtained sealing body, as Example 16-19, 5 each of AA size cylindrical nickel-hydrogen secondary batteries were manufactured. At this time, the outer diameters of the sealing plates were the same and were 12.7 mm. The thickness of the thick part and the outer peripheral part of the sealing plate were both common, and were 0.6 mm and 0.4 mm, respectively. The outer diameter of the EPDM valve body was also common and was 3.5 mm. Moreover, the outer diameter of the positive electrode terminal was common at 5.5 mm.
一方、比較例として、厚肉部を有さず、厚さが0.4mmで一定の封口板を用いたこと以外は実施例16の場合と同様にして、比較例6の単三サイズの円筒形ニッケル水素二次電池を5個製造した。
得られた実施例16〜20及び比較例1の円筒形ニッケル水素二次電池を、正極端子を下に向けて、1mの高さから落下させた。落下前後での各電池の高さの変化量(全高変化量)を、5個の平均値として表2に示す。
On the other hand, as a comparative example, the AA size cylinder of Comparative Example 6 was used in the same manner as in Example 16 except that a constant sealing plate having a thickness of 0.4 mm was used without having a thick portion. Five nickel-metal hydride secondary batteries were produced.
The obtained cylindrical nickel metal hydride secondary batteries of Examples 16 to 20 and Comparative Example 1 were dropped from a height of 1 m with the positive electrode terminal facing downward. The amount of change in the height of each battery before and after dropping (total height change) is shown in Table 2 as an average value of five pieces.
3.評価結果
表1、表2及び図5から、以下のことが明らかである。
(1)実施例1〜15と比較例1〜5とを比べると、封口板の中央に厚肉部を設けることにより、3.0MPa以上の領域でも、封口板の反りによる作動圧の上昇が抑制されることがわかる。特に、外径比率が65%以上の実施例1〜10では、作動圧の上昇が抑制され、弁体圧縮率に対して平均作動圧力が比例していることがわかる。
(2)実施例16〜19と比較例6とを比べると、テーパ部の角度を45度以下にすることで、全高変化量の増加が抑制されていることがわかる。これは、45度以下のテーパ部を設けたことで、落下の衝撃が厚肉部と外周部との境界領域に集中するのが緩和され、封口板の強度低下が抑制されたためと考えられる。
3. Evaluation Results From Tables 1 and 2 and FIG.
(1) Comparing Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 5, by providing a thick portion at the center of the sealing plate, the operating pressure rises due to the warping of the sealing plate even in the region of 3.0 MPa or more. It turns out that it is suppressed. In particular, in Examples 1 to 10 in which the outer diameter ratio is 65% or more, it is understood that the increase in the operating pressure is suppressed and the average operating pressure is proportional to the valve body compression rate.
(2) Comparing Examples 16 to 19 with Comparative Example 6, it can be seen that the increase in the total height change amount is suppressed by setting the angle of the tapered portion to 45 degrees or less. This is presumably because the provision of the tapered portion of 45 degrees or less mitigates the concentration of the drop impact in the boundary region between the thick wall portion and the outer peripheral portion, and suppresses the strength reduction of the sealing plate.
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。
一実施形態では、封口板の中央に環状の厚肉部を形成したけれども、厚肉部の形状は環状でなくてもよい。ただし、封口板の反りを確実に防止するためには、厚肉部の形状は環状であるのが好ましい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications are possible. For example, the cylindrical battery may be a nickel cadmium secondary battery, a lithium ion secondary battery, or the like. It may be a primary battery. Further, the outer diameter of the battery is not particularly limited.
In one embodiment, although the annular thick part was formed in the center of the sealing plate, the shape of the thick part may not be annular. However, in order to reliably prevent the sealing plate from warping, the shape of the thick portion is preferably annular.
一実施形態では、外周部の外径に対する厚肉部の外径の比率の上限は、電池の外径寸法によって変化するが、電池の外径寸法の変化を防止するため、かしめ加工により外装缶の開口端部によって挟まれる領域の手前に設定される。 In one embodiment, the upper limit of the ratio of the outer diameter of the thick portion to the outer diameter of the outer peripheral portion varies depending on the outer diameter size of the battery, but in order to prevent a change in the outer diameter size of the battery, the outer can can be formed by caulking. It is set in front of the region sandwiched between the opening ends of the.
2 外装缶
8 セパレータ
10 電極群
14 封口板
14a ガス抜き孔
14b 外周部
14c 厚肉部
14d テーパ部
16 封口体
2 Outer can 8
Claims (3)
前記外装缶内に収容された発電要素と、
前記外装缶の前記開口端部内に配置された封口板と、
前記外装缶の開口端部と前記封口板との間に設けられ、前記開口端部をかしめることにより前記封口板の外周部と前記開口端部との間をシールする電気絶縁性の環状のガスケットと、
前記封口板の中央に形成されたガス抜き孔と、
前記封口板の外面上に圧縮された状態で配置され、前記ガス抜き孔を作動圧まで閉塞する弾性材料からなる弁体と、
前記弁体を覆うカップ状の端子と
を備え、
前記封口板は、前記外周部よりも径方向内側に、前記外周部よりも厚い厚肉部を有する
ことを特徴とする円筒形電池。 A cylindrical outer can having an open end; and
A power generation element housed in the outer can,
A sealing plate disposed in the opening end of the outer can;
An electrically insulating annular seal is provided between the opening end of the outer can and the sealing plate, and seals between the outer peripheral portion of the sealing plate and the opening end by caulking the opening end. A gasket,
A vent hole formed in the center of the sealing plate;
A valve body made of an elastic material that is disposed in a compressed state on the outer surface of the sealing plate and closes the vent hole to an operating pressure;
A cup-shaped terminal covering the valve body,
The said sealing board has a thick part thicker than the said outer peripheral part inside radial direction rather than the said outer peripheral part, The cylindrical battery characterized by the above-mentioned.
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