JPH0644951A - 角形ニッケル水素電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】密閉性を向上させた高信頼性の角形ニッケル水
素電池を得る。 【構成】有底角筒状の金属ケース１と電極群５とアルカ
リ電解液と封口板６と絶縁封口ガスケット８とを具備
し、前記金属ケース１は折曲部３と段部４とを有し、前
記封口板６は金属ケース１内の折曲部３と段部４とによ
り囲まれた位置にカシメ固定され、前記金属ケース１の
折曲部３の開口端２のコーナー部分１７の折り曲げ角度
を８０〜１００゜とし、かつ前記金属ケース１の折曲部
３の開口端２のストレート部分１８の折り曲げ角度を前
記金属ケース１の折曲部３の開口端２のコーナー部分１
７の折り曲げ角度よりも小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は角形ニッケル水素電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型の角形電池では、例えば次のよう
なカシメ方式（或いはクリンプ方式）と称される方法に
より封口がなされている。まず、有底角筒状の金属ケー
スの開口端付近を拡口して段部を形成する。つづいて、
前記金属ケース内に発電要素を収納する。ひきつづき、
前記金属ケース内の段部上方に合成樹脂製の絶縁封口ガ
スケットを介在させて封口板を挿入した後、前記金属ケ
ースの開口端付近を縮口する。ひきつづき、前記金属ケ
ースの開口端付近を内方にカーリングして折り曲げるこ
とによって、前記金属ケース内の開口端付近に封口板を
カシメ固定して封口する。かかる角形電池では、前記金
属ケースと前記封口板との間に介在された前記絶縁封口
ガスケットを圧縮状態にし、その反発弾性力により気密
かつ液密の封口を図っている。

【０００３】前記角形電池における金属ケースの開口端
部の折り曲げ形状（カール形状）については、従来より
全周に亘って一様に内方に折り曲げている形状のものが
知られている。しかしながら、金属ケースの開口端付近
を中心方向に向かって縮口する工程を有する封口法を採
用した場合には、縮口した時に金属ケースの開口端付近
のコーナー部分（角部分）に肉寄せや歪が発生し易く、
かつ金属ケースの開口端のコーナー部分がストレート部
分（辺部分）よりも上方に延伸する。更に次の折り曲げ
時においても金属ケースの開口端部のコーナー部分に肉
寄せや歪が発生し易いため、この折り曲げ時においては
金属ケースの開口端部のコーナー部分が曲り難くなって
しまうという問題点がある。このため、折り曲げ時に金
属ケース開口端部のストレート部分もコーナー部分と同
じように曲げようとするとコーナー部分に加わる上方か
らの力が過剰となり、金属ケースの胴部や底面でこの上
方からの力を支えることができなくなり、その結果、金
属ケースに凹みや歪等の変形が生じて密閉性の低下を招
く。

【０００４】ところで、上述した角形電池の一つとし
て、ニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とをセパレー
タを介して交互に重ね合わせた電極群をアルカリ電解液
と共に有底角筒状の金属ケース内に収納した構造を有す
る角形ニッケル水素電池が各種検討されている。

【０００５】上記角形ニッケル水素電池は、他の角形ア
ルカリ二次電池（例えば角形ニッケルカドミウム電池）
よりも高エネルギー密度化を達成できることから、電池
温度が高くなる等の厳しい使用条件下においても優れた
密閉性を十分に確保し得る対策が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の問題
点を解決するためになされたもので、密閉性を向上させ
た高信頼性の角形ニッケル水素電池を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上方に略四角
形の開口端を有する有底角筒状の金属ケースと、前記金
属ケース内に収納され、かつニッケル正極板と水素吸蔵
合金負極板とをセパレータを介して交互に重ね合わせた
構造の電極群と、前記金属ケース内に貯留されたアルカ
リ電解液と、前記金属ケースを封口するための略四角形
の封口板と、前記金属ケースと前記封口板との間に圧縮
状態で介在された合成樹脂製の絶縁封口ガスケットとを
具備する角形ニッケル水素電池であって、

【０００８】前記金属ケースは、その開口端部を構成
し、かつ該開口端全周に亘って内方に折り曲げられた形
状の折曲部と、この折曲部の下方に形成され、かつその
内方に突出する形状の段部とを有し、前記封口板は、前
記金属ケース内の折曲部と前記段部とにより囲まれた位
置にカシメ固定され、

【０００９】前記金属ケースの折曲部の開口端のコーナ
ー部分の折り曲げ角度を８０〜１００゜とし、かつ前記
金属ケースの折曲部の開口端のストレート部分の折り曲
げ角度を前記金属ケースの折曲部の開口端のコーナー部
分の折り曲げ角度よりも小さくしたことを特徴とする角
形ニッケル水素電池である。

【００１０】

【作用】本発明によれば、金属ケースの折曲部の開口端
のストレート部分の折り曲げ角度を同金属ケースの折曲
部の開口端のコーナー部分の折り曲げ角度よりも小さく
することにより、金属ケースの折曲部となる開口端部の
コーナー部分の折れ曲がり性が向上するため、折り曲げ
時に加わる上方からの力によって金属ケースが変形する
のを防止できる。更に、前記金属ケースの折曲部の開口
端のコーナー部分の折り曲げ角度を８０〜１００゜とす
ることにより、気密かつ液密に封口することを可能とし
たものである。こうして密閉性を向上させた高信頼性の
角形ニッケル水素電池を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す角形ニッ
ケル水素電池の上面図、図２は図１のの対角線をなすＡ
−Ａ線に沿う断面図である。

【００１２】図中の１は、負極端子を兼ね、かつ有底角
筒状の金属ケースである。この金属ケース１は、上方に
略長方形の開口端２を有し、この開口端２部には該開口
端２全周に亘って内方に折り曲げられた形状の折曲部３
が形成されている。この金属ケース１の屈曲部３の下方
には、内方に突出した形状の段部４が形成されている。
金属ケース１内には、電極群５が収納されていると共に
アルカリ電解液が貯留されている。金属ケース１内の折
曲部３と段部４とにより囲まれた位置には、略長方形の
封口板６がカシメ固定されている。封口板６は、コーナ
ー部分に曲率を有し、かつ中央に排気孔７が穿設されて
いる。金属ケース１と封口板６との間には、合成樹脂製
の絶縁封口ガスケット８が圧縮状態で介在されている。
封口板６の下面には、電極群５の後述するニッケル正極
板から導出された正極リード９が溶接されている。封口
板６の上面には、その排気孔７を覆うように正極端子を
兼ねる帽子状の端子キャップ１０が溶接されている。端
子キャップ１０は、封口板６と共に弁室１１を形成し、
この弁室１１内には弾性弁体１２が排気孔７を塞ぐよう
に圧縮状態で配置されている。弾性弁体１２は、合成ゴ
ム等の材質からなる。封口板６の上方には、中央に穴を
有する略長方形の絶縁板１３が該封口板６と共に端子キ
ャップ１２の鍔部を挾持するように、かつその穴に端子
キャップ１２の突起部を通すように配置されている。金
属ケース１の外周面は、上下開口部を内方に屈曲させた
外装チューブ１４により被覆されている。外装チューブ
１４は、熱収縮の樹脂からなるチューブであり、絶縁板
１３の周縁部を金属ケース１の折曲部３上面との間で挾
持することにより該絶縁板１３を固定している。

【００１３】前記金属ケース１の折曲部３の開口端２
は、図３に示すようにコーナー部分の折り曲げ角度が８
０〜１００゜であり、かつストレート部分の折り曲げ角
度が前記コーナー部分の折り曲げ角度よりも小さくなっ
ている。これにより、金属ケース１の折曲部３となる開
口端２部のコーナー部分の折れ曲がり性が向上するた
め、折り曲げ時に加わる上方からの力によって金属ケー
ス１を変形させることなく気密かつ液密に封口すること
が可能となる。このため、上述した角形ニッケル水素電
池は密封性が向上して信頼性が高まっている。前記金属
ケース１は、下記式（１）及び下記式（２）を満足する
ことが望ましい。 １．５ｔｃ≦Ｒｃ≦４ｔｃ …（１） Ｒｂ≦Ｒｃ …（２）

【００１４】（ただし、式（１），（２）中、ｔｃは金
属ケース１のコーナー部分の板厚、Ｒｃは金属ケース１
の折曲部３のコーナー部分の縦方向の曲率半径、Ｒｂは
金属ケース１の底面周縁の折曲部１５のコーナー部の縦
方向の曲率半径）

【００１５】この理由は、前記金属ケース１が上述した
式（１）及び式（２）を満足することにより、金属ケー
ス１の板厚による強度及び金属ケース１の底面周縁の折
曲部１５による強度が十分に確保されるため、金属ケー
ス１の折曲部３となる開口端２付近の折り曲げ時に加わ
る上方からの力によって該金属ケース１が変形するのを
より確実に防止できるからである。例えば前述した式
（１）及び式（２）中のｔｃを０．４ｍｍ、Ｒｃを１ｍ
ｍ、Ｒｂを０．８ｍｍとした場合、折り曲げ時に加わる
上方からの力によって金属ケース１が変形するのを確実
に防止できる。

【００１６】前記金属ケース１内に収納される電極群５
は、複数枚の水素吸蔵合金負極板と袋状のセパレータで
包まれた複数枚のニッケル正極板とを縦置きに交互に重
ね合わせ、かつ水素吸蔵合金負極板が両側に配置されて
金属ケース１の長辺側の内面と圧接するように積層され
ている（図示せず）。水素吸蔵合金負極板は、水素吸蔵
合金を活物質とするものであり、図示しない負極リード
により互いに接続されている。セパレータには、アルカ
リ電解液が含浸されている。ニッケル正極板は、水酸化
ニッケルを活物質とするものである。

【００１７】前記金属ケース１内に貯留されるアルカリ
電解液としては、水酸化カリウムを主体とするものが用
いられる。この水酸化カリウムを主体とするアルカリ電
解液の液量は、電極群５の占有体積（電極群５の高さ×
金属ケース１内の底面積）からニッケル正極板、水素吸
蔵合金負極板及びセパレータの実体積（ポロシティーを
除く）を差し引いた空隙体積に対して９０体積％以下で
あり、かつ電池容量１Ａｈ当り２ｍｌ以上であることが
望ましい。この理由は、例えば表１に示すように前記ア
ルカリ電解液の液量を電極群６の空隙体積に対して９０
体積％以下とし、かつ電池容量１Ａｈに対して２ｍｌ以
上とした場合（例１〜３）、充電時において正極から発
生する酸素ガスを負極表面で素早く吸収できるため、電
池内圧上昇の抑制と良好な充放電サイクル特性の確保を
同時に達成することが可能となるからである。

【００１８】

【表１】

【００１９】前記金属ケース１内の折曲部３と段部４と
により囲まれた位置に封口板６をカシメ固定する加工工
程は、次のように行なわれる。まず、図４に示すように
金属ケース１の開口端２付近を外方に拡口することによ
り段差部１６を形成する。この金属ケース１の開口端２
は、４つのコーナー部分１７と各コーナー部分１７を結
ぶ４つのストレート部分１８とからなる略長方形状をな
す。つづいて、図５（ａ）に示すように金属ケース１内
の段差部１６上方に絶縁封口ガスケット６を介して前記
封口板６を挿入した後、金属ケース１の上方から絞り型
１９を下降させる。これにより、図５（ｂ）に示すよう
に金属ケース１の予め拡口された開口端２付近が該金属
ケース１の胴部寸法まで縮口されて絶縁封口ガスケット
８が横方向から圧縮されると共に段差部１６が内方に移
動し、内方に突出する形状の段部４が形成される。ひき
つづき、図６（ａ）に示すように金属ケース１の上方か
ら折り曲げ型２０を下降させる。これにより、図６
（ｂ）に示すように金属ケース１の開口端２部に該開口
端２全周に亘って内方に折り曲げられた形状の折曲部３
が形成されると共に金属ケース１内の折曲部３と段部４
とにより囲まれた位置に封口板６がカシメ固定される。
なお、この折り曲げ加工は、前述したように金属ケース
１の開口端２のコーナー部分１７の折り曲げ角度を８０
〜１００゜とし、かつ金属ケース１の開口端２のストレ
ート部分１８の折り曲げ角度を前記金属ケース１の開口
端２のコーナー部分１７の折り曲げ角度よりも小さくす
る。また、前記縮口加工及び折り曲げ加工は、金属ケー
ス１の底部をこの底部形状に合致する下型に嵌めた状態
で行なわれる。

【００２０】前記絶縁封口ガスケット８の材質として
は、カーボンブラック又はグラファイトが配合されたナ
イロン６６などのポリアミド系樹脂が望ましい。これは
次のような理由によるものである。かかるポリアミド系
樹脂から成形された絶縁封口ガスケット８は、成形時に
カーボンブラック又はグラファイトが結晶の核剤となり
結晶化度が高まるため、圧縮反発特性（圧縮クリープ特
性）が向上すると共に耐候性や耐酸化性が向上する。こ
のため、電池の密閉性をより向上させることができる。
例えば図７に示すようにカーボンブラックを０．２重量
％添加したナイロン６６からなる絶縁封口ガスケット８
を用いた場合、ナイロン６６からなる絶縁封口ガスケッ
ト８を用いた場合よりも電池の漏液率が小さくなる。

【００２１】前記絶縁封口ガスケット８の圧縮状態とし
ては、ストレート部分（金属ケース１のストレート部分
と封口板６との間に位置する部分）の圧縮率を１５〜４
０体積％とし、かつコーナー部分（金属ケース１のコー
ナー部分と封口板６との間に位置する部分）の圧縮率を
ストレート部分の圧縮率以下とすることが望ましい。こ
れは次のような理由によるものである。かかる圧縮状態
の絶縁封口ガスケット８は、コーナー部分の過圧縮が防
止されると共に、電池内圧上昇によって電池ケース１の
開口端２付近のストレート部分が外方に膨らんだ時にお
いても反発弾性力が全周に亘って十分に維持される。こ
のため、電池により安定した密閉性を与えることができ
る。

【００２２】前記絶縁封口ガスケット８の形状として
は、図８に示すように縦断面が略Ｌ字形状であり、底部
８ａと該底部８ａの周縁に設けられた立ち上がり壁部８
ｂとを有すると共に、封口板６の上面角部分に接して該
封口板６を仮固定するアンダーカット部（内方突出部）
８ｃを内面に有するものが挙げられる。このようなアン
ダーカット部８ｃを有する絶縁封口ガスケット８の場
合、成形性、電池に組込んだ時の封口性、及び封口板の
挿入性を高める観点から、コーナー部分に位置するアン
ダーカット部８ｃを除去するか、或いは他の部分（スト
レート部分）に位置するアンダーカット部８ｃより小さ
くすることが望ましい。更に好ましくは、封口板６の長
辺側を仮固定するアンダーカット部８ｃのみにするか、
或いは封口板６の短辺側を仮固定するアンダーカット部
８ｃを封口板６の長辺側を仮固定するアンダーカット部
８ｃよりも小さくすることが望ましい。例えば下記表２
に示すようにコーナー部分に位置するアンダーカット部
８ｃを除去し、更に封口板６の短辺側を仮固定するアン
ダーカット部８ｃを長辺側を仮固定するアンダーカット
部８ｃよりも小さくした絶縁封口ガスケット８（例
１）、及び封口板６の長辺側を仮固定するアンダーカッ
ト部８ｃのみにした絶縁封口ガスケット８（例２）は、
成形性、電池に組込んだ時の封口性、及び封口板の挿入
性のいずれもが良好となる。

【００２３】

【表２】

【００２４】前記絶縁封口ガスケット８としては、少な
くとも２箇所のゲートから射出成形したものが望まし
い。例えば図９に示すように枠状の射出成形用金型２１
の互いに対称となる位置の２箇所のゲートから樹脂を射
出して成形することにより、１箇所のゲートから射出成
形した場合と比べて成形時の樹脂の温度差及び密度差が
が小さくなるため、絶縁封口ガスケット８中に発生する
ウエルドラインが減少する。このため、このウエルドラ
インに起因する絶縁封口ガスケット８の強度低下を防止
できる。

【００２５】更に、前記絶縁封口ガスケット８として
は、図１０に示すように底部８ａに位置するゲートから
射出成形したものが望ましい。これは次のような理由に
よるものである。ゲート付近の樹脂は密度と結晶化度が
その他の部分に対して差を生じるため、封口時に圧縮さ
れたり延ばされたりした際にクラックを生じ易い。この
ため、絶縁封口ガスケット８を底部８ａ付近のゲートか
ら射出成形することにより、封口時に最も力が加わる絶
縁封口ガスケット８の立ち上がり壁部８ｂの強度低下を
防止できるため、電池の密閉性をより向上させることが
できる。

【００２６】前記端子キャップ１０としては、図１１に
示すように鍔部１０ａ下面の４つの各コーナー部におけ
る突出部１０ｂに対してそれぞれ点対称となる位置に、
封口板６に向かって突出する抵抗溶接用のプロジェクシ
ョン２２が設けられていると共に、各プロジェクション
２２の突出寸法が板厚の０．５〜２倍であり、かつ各プ
ロジェクション２２の曲率半径が板厚の１．５〜２．４
倍であることが望ましい。これは次のような理由による
ものである。上述したような特定形状の４つプロジェク
ション２２を鍔部１０ａ下面の各コーナー部分に設ける
ことにより、長辺側からのせん断力に対する端子キャッ
プ１０の取付強度が高まると共に溶接時におけるプロジ
ェクション２２の溶融寸法のバラツキが低減されて封口
板６と端子キャップ１０と間の寸法が安定化するため、
電池の信頼性をより高めることができる。

【００２７】前記弾性弁体１２としては、引張強度が１
００ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、かつ耐オゾン性劣化試験
（５０ｐｐｍ、４０℃、７２時間）後の引張強度の劣化
率が２％以下レベルの耐酸化性を有することが望まし
い。この場合、更に、図１２に示すように弾性弁体１２
に接触する封口板６の排気孔７の角部分（Ｒ）の曲率半
径が０．０５ｍｍ以上であることが望ましい。これは次
のような理由によるものである。弾性弁体１２の材質及
び封口板６の排気孔７の角部分（Ｒ）の曲率半径を上述
したようにすることにより、長期間に亘る過充電状態で
の酸化性雰囲気下においても弾性弁体１２の酸化による
物理的特性の低下を抑制できると共に、弾性弁体１２の
亀裂に起因する安全弁機能の消失を防止できるため、電
池の信頼性をより高めることができる。

【００２８】図１３に示すように、前記端子キャップ１
０の突出部１０ｂの形状を扁平形状（或いは略四角形）
とし、かつ前記絶縁板１３の穴の形状を端子キャップ１
０の突出部１０ｂの形状とほぼ等しくすることが望まし
い。これは次のような理由によるものである。端子キャ
ップ１０の突出部１０ｂの形状と絶縁板１３の穴の形状
とを上述したようにすることにより、絶縁板１３を端子
キャップ１０の突出部１０ｂに挿入する際に自然に適正
な位置に誘導でき、挿入後においても絶縁板１３の回転
が防止されて絶縁板１２のはずれ等の不具合を低減させ
ることができるため、電池の信頼性をより高めると共に
生産効率を高めることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば密閉
性を向上させた高信頼性の角形ニッケル水素電池が提供
された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す角形ニッケル水素電池
の平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】金属ケースの開口端の折り曲げ角度を説明する
ための断面図。

【図４】封口前の金属ケースを示す斜視図。

【図５】金属ケース内の開口端付近の縮口加工工程を説
明するための断面図。

【図６】金属ケース内の開口端付近の折り曲げ加工工程
を説明するための断面図。

【図７】貯蔵月数に対する漏液率の変化を示す特性図。

【図８】絶縁封口ガスケットの形状を説明するための断
面図。

【図９】絶縁封口ガスケットの射出成形用金型を示す説
明図。

【図１０】絶縁封口ガスケットの射出成形用のゲート位
置を説明するための断面図。

【図１１】端子キャップを示す底面図。

【図１２】弾性弁体に接触する封口板の排気孔の角部分
を説明するための断面図。

【図１３】端子キャップの突出部及び絶縁板を示す平面
図。

【符号の説明】

１…金属ケース、２…金属ケースの開口端、３…金属ケ
ースの折曲部、４…金属ケースの段部、５…電極群（内
部省略）、６…封口板、７…排気孔、８…絶縁封口ガス
ケット、８ａ…絶縁封口ガスケットの底部、８ｂ…絶縁
封口ガスケットの立ち上がり壁部、８ｃ…絶縁封口ガス
ケットのアンダーカット部、１０…端子キャップ、１０
ａ…端子キャップの鍔部、１０ｂ…端子キャップの突出
部、１１…弁室、１２…弾性弁体、１３…絶縁板、１４
…外装チューブ、１５…金属ケースの底面周縁の折曲
部、１７…金属ケースの開口端のコーナー部分、１８…
金属ケースの開口端のストレート部分、１９…絞り型、
２０…折り曲げ型、２１…絶縁封口ガスケットの射出成
形用金型、２２…端子キャップの抵抗溶接用のプロジェ
クション。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方に略四角形の開口端を有する有底角
   筒状の金属ケースと、前記金属ケース内に収納され、か
   つニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とをセパレータ
   を介して交互に重ね合わせた構造の電極群と、前記金属
   ケース内に貯留されたアルカリ電解液と、前記金属ケー
   スを封口するための略四角形の封口板と、前記金属ケー
   スと前記封口板との間に圧縮状態で介在された合成樹脂
   製の絶縁封口ガスケットとを具備する角形ニッケル水素
   電池であって、 前記金属ケースは、その開口端部を構成し、かつ該開口
   端全周に亘って内方に折り曲げられた形状の折曲部と、
   この折曲部の下方に形成され、かつその内方に突出する
   形状の段部とを有し、 前記封口板は、前記金属ケース内の折曲部と前記段部と
   により囲まれた位置にカシメ固定され、 前記金属ケースの折曲部の開口端のコーナー部分の折り
   曲げ角度を８０〜１００゜とし、かつ前記金属ケースの
   折曲部の開口端のストレート部分の折り曲げ角度を前記
   金属ケースの折曲部の開口端のコーナー部分の折り曲げ
   角度よりも小さくしたことを特徴とする角形ニッケル水
   素電池。
2. 【請求項２】 前記アルカリ電解液として水酸化カリウ
   ムを主体とするものを用いると共に、前記アルカリ電解
   液の液量が前記電極群の空隙体積に対して９０体積％以
   下であり、かつ電池容量１Ａｈ当り２ｍｌ以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の角形ニッケル水素電池。
3. 【請求項３】 前記絶縁封口ガスケットとしてカーボン
   ブラック又はグラファイトが配合されたポリアミド系樹
   脂からなるものを用いたことを特徴とする請求項１記載
   の角形ニッケル水素電池。
4. 【請求項４】 前記金属ケースのストレート部分と前記
   封口板との間に位置する前記絶縁封口ガスケットの圧縮
   率を１５〜４０体積％とし、かつ前記金属ケースのコー
   ナー部分と前記封口板との間に位置する前記絶縁封口ガ
   スケットの圧縮率を前記金属ケースのストレート部分と
   前記封口板との間に位置する前記絶縁封口ガスケットの
   圧縮率以下としたことを特徴とする請求項１記載の角形
   ニッケル水素電池。