專利名稱：堿性干電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種筒形堿性干電池的密封技術(shù)。
背景技術(shù)：
《筒形堿性干電池的整體大概構(gòu)造》現(xiàn)有的筒形堿性干電池是，例如如圖15所示，在兼用正極端子的有底圓筒狀封裝殼1內(nèi)部(單元室C)，內(nèi)裝正極2和負極4、其間配置的隔板3、插入負極4的釘狀的負極集電棒5、浸漬隔板3和正極2的電解液(未圖示)，對封裝殼1的開口端部1a進行封口使得單元室C內(nèi)的電解液不會漏出外部的構(gòu)造。
《封裝殼的殼厚》作為一個筒形堿性干電池的單三號堿性干電池的外徑，按照JIS規(guī)格規(guī)定為13.5～14.5mm，但是統(tǒng)一使用電池的機器電池盒尺寸，外徑為14.0±0.1mm已成為事實上的標準。在外徑受限制之下，為了增加堿性干電池的內(nèi)部容積(單元容積)，謀求提高放電容量，可以減薄封裝殼的殼厚?？墒?，如果減薄堿性干電池一般使用的鎮(zhèn)靜鋼(鋁鎮(zhèn)靜鋼)制造封裝殼的殼厚，就容易發(fā)生或加工困難，或封裝殼輸送過程或電池裝配時的搬運工序中封裝殼變形等的問題。因此，現(xiàn)在國內(nèi)出售的單三號堿性干電池的封裝殼的殼厚最薄也要0.18mm。
《封口部分的構(gòu)造》在筒形堿性干電池的封口部分，如圖16放大所示，安裝有具有防止內(nèi)壓異常上升用即防爆用的安全閥機構(gòu)的樹脂制封口體6、從內(nèi)周將其支承的支承部件107、及向圖中上方形成凸狀(帽子狀)的負極端子板(負極端子)207。其中，樹脂制封口體6是由保持負極集電板5的凸起部61、與封裝殼1的內(nèi)周面接連的外周部62、一部分設(shè)置防爆用防爆用的薄壁部(安全閥的工作點)63a并連接凸起部61和外周部62的連接部63而構(gòu)成。而且，當電池內(nèi)壓即單元室C內(nèi)的壓力上升到規(guī)定壓力以上的時候，口圖中點劃線所示，連接部63膨脹變形，進一步內(nèi)壓上升時，如圖17所示，由于防爆用的薄壁部63a破裂(就是說安全閥動作)，內(nèi)壓就向外部釋放。并且，樹脂制封口體6封鎖單元室C的上方，防止電解液漏出，同時對變成正極集電體的封裝殼1與作為負極集電體的負極端子板207之間進行電絕緣。另外，圖16和圖17中，標號107f還07f分別表示用于單元室C內(nèi)發(fā)生的氣體向外部放出的排氣孔。
這種樹脂制封口體6，采用在使其外周部62位于支承部件107與封裝殼1之間的狀態(tài)下，與封裝殼1的開口端部1a的邊緣部分一起夾緊鉚接于內(nèi)側(cè)的辦法，安裝在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)(本說明書中，將這種封口方法稱為“橫夾緊引起的封口”或“橫夾緊封口”)。這時，鉚接力如果弱，即使最初的時候電池內(nèi)部的電解液(氫氧化鉀為主成分的強堿溶液)沒有漏出來，以后隨溫度變化等，樹脂制封口體6與封裝殼1之間的密合性下降，不久電池內(nèi)部的電解液將從樹脂制封口體6與封裝殼1的邊界部分向外部滲出來。因而，在現(xiàn)有的筒形堿性干電池中，作為從內(nèi)周支承樹脂制封口體6的支承部件107，采用具有所需厚度(一般，約0.6～0.75mm)的金屬墊圈(中央部分有孔的圓盤狀金屬板)，在對樹脂制封口體6的外周部62進行夾緊之際，通過從其內(nèi)側(cè)以金屬墊圈進行牢固地支承使之能夠從外側(cè)以足夠的力，把封裝殼1的開口端部1a與樹脂制封口體6的外周部62鉚接一起。
發(fā)明內(nèi)容
《課題1(共同的課題)》對于上述這種筒形堿性干電池，提高放電容量的一種方法就是增大電池的內(nèi)容積。本申請的各發(fā)明就是以通過增大電池內(nèi)容積提高放電容量作為共同目的，并以此為前提進而將以下敘述的這些課題作為解決的辦法。
《課題2》首先，本申請發(fā)明人，為了謀求在筒形堿性干電池之一的單三號堿性干電池中增大內(nèi)容積而提高放電容量，試圖采用厚度0.18mm以下的薄封裝殼。其結(jié)果是，由于采取種種改善措施，能夠克服前面說過的封裝殼加工上困難或輸送時變形的問題。但是將封裝殼的厚度減少到比0.18mm還要薄時，封口部分的鉚接強度降低的結(jié)果，遇到了從封口部分滲出內(nèi)部電解液的新問題。
裝配電池時上述的封口體6，是在其上組裝負極集電棒5或負極端子板207等以后，插入封裝殼1的開口端部1a內(nèi)，在該狀態(tài)下從外周借助于封裝殼1、從內(nèi)周借助于金屬墊圈(金屬板)107夾緊封口體6的外周部62，通過鉚接，安裝到封裝殼1的開口端部1a內(nèi)。這時封口體樹脂變形，以其彈性力使封口體6的外周部62擠壓封裝殼1的里面進行貼合。其結(jié)果是，覆蓋由封口體6的外周部62表面(與封裝殼1的接觸面)上存在的微小凹凸產(chǎn)生的間隙，防止裝于電池內(nèi)部的滲水性強的強堿性液(電解液)向外部滲出。
可是如采用厚度0.18mm以下的薄封裝殼，由于厚度減薄降低封裝殼1的強度，因而不可能用封裝殼1擠壓封口體樹脂的變形，其結(jié)果是，從封口體樹脂之間的微小凹凸向外部滲出電池內(nèi)部的電解液來。特別是，若加上電池急烈的溫度變化，隨著材料的膨脹、收縮而變得容易發(fā)生電解液的滲透出來。本發(fā)明人進行的耐漏液性試驗，具體點說，對于在重復(fù)每30分鐘從-10℃到60℃的溫度變化的恒溫槽中保存電池3日以后，研討有無從封口部分漏液的試驗，可以認為封裝殼厚度在0.18mm以下時發(fā)生漏液，而且不可能用現(xiàn)有的辦法防止發(fā)生漏液。
在本發(fā)明中，為了增加放電容量，即使在使用厚度為0.18mm以下的封裝殼的情況下，加上急烈的溫度變化時，也不會使電池內(nèi)部的電解液向外部漏出。這是本發(fā)明的一個目的。
《課題3》其次，本申請發(fā)明人為了謀求增大電池內(nèi)部容積，重視封口部分的厚度。對于筒形堿性干電池，由于負極端子板207的中央一側(cè)部分，即端子面的部分作成凸形狀事實上已成為標準，作為從內(nèi)周支承封口體6的外周部62的支承部件107，在具備金屬墊圈(以下，對金屬墊圈也根據(jù)需要使用標號107)的圖15和圖16中所示的這種現(xiàn)有封口構(gòu)造中，在挾持金屬支承板107的電池高度方向存在上下2個空隙部分，即封口體6的連接部63側(cè)的空間S1和負極端子板207側(cè)的空間S2。此后，前者的空間S1是為了允許隨著內(nèi)部壓力上升的封口體6的連接部63或其薄壁部63a變形也是必要的部分，然而后者的S2是由于負極端子板207表面?zhèn)茸兂赏蛊鹦螤疃纬傻?，而且是本來可以沒有的無用部分。由于封口部分存在這樣的無用S2，在現(xiàn)有的封口構(gòu)造中，不得不使整個封口部分的厚度即將體積過分增大到需要以上，顯然存在限制與那部分的放電容量有直接關(guān)系的填充活性物質(zhì)的單元室C的容積即電池的內(nèi)容積的問題。
于是，為了使封口部分的容積不要大于需要，可以考慮廢除金屬墊圈107，代之以利用負極端子板207，作為從內(nèi)側(cè)支承封口體6的支承部件。但是，因制作成本上的理由，將厚度比金屬墊圈107要薄的構(gòu)件(一般厚度為0.4mm)用于負極端子板207，在采用上述辦法時，鉚接封口體6之際，會使負極端子板207變形，夾緊封口體6的外周部62的力將不足夠充分。因此，加上電池中急烈溫度變化等的時候，就有經(jīng)由封裝殼1于封口體6之間向外部漏出內(nèi)部電解液的危險。
本發(fā)明中，在具備樹脂制封口體的筒形堿性干電池中，作為從內(nèi)周支承封口體的支承部件，使用1片兼任負極端子板(負極端子)的金屬板，同時通過對其外周部的形狀想辦法，使得封口部分的厚度或體積不會大于需要以上，進而增大電池的內(nèi)容積達到提高電池容量，而且即使有時溫度變化等時，也做到電池內(nèi)的電解液不會漏出外部。這也是本發(fā)明的一個目的。
《課題4》并且，當把從內(nèi)部支承封口體6的支承部件只作為負極端子板時，通過鉚接形成封口部分以后，存在負極端子板的高度偏差。下面將詳細說明該高度偏差現(xiàn)象。另外，如后面敘述的那樣，如在負極端子板的外周部設(shè)置平均曲率半徑1mm以下而且角度比90度還大的彎曲部分(彎曲部)，隨著加工硬化形成良好鉚接，就可以防止內(nèi)部強堿電解液流出外部，因而，以下舉例說明對外周部施加了彎曲加工的負極端子板。
圖11是表示這種負極端子板的一個例圖。附圖所示例的負極端子板307可以區(qū)分為與電池應(yīng)用機器的端子接觸以供給電力為目的的端子面377、該端子面377的側(cè)面379和凸緣面378等3個區(qū)域。對負極端子板307的外周部施加彎曲加工時，凸緣面378可以區(qū)分為有彎曲加工的部分(彎曲部378b)和與其比較平坦的部分(凸緣面的平坦部)378a。
在堿性干電池封口的工序中，是以夾緊由負極端子板307和封裝殼挾持的樹脂制封口體為目的，通過鉚接使封裝殼塑性變形，然而這時徑向應(yīng)力分量加到負極端子板307上。由該應(yīng)力使負極端子板307變形，而且以應(yīng)力與平行面、應(yīng)力與接近90度角度的平面的交點)作為起點產(chǎn)生變形，在圖11中，就以點A(端子面377與端子面?zhèn)让?79的交點)和點B(端子面?zhèn)让?79與凸緣面的平坦部378a的交點作為支點進行變形。由于變形，點B有時隨原來位置升高有時降低，兩者引起負極端子板307的高度差。負極端子板307的高度比鉚接前或升高或降低都封口工序的不同條件，造成紊亂的動作不穩(wěn)定。
電池高變上一有偏差就是個問題。例如一個電池上高度偏差若0.5mm，在內(nèi)裝6個串聯(lián)電池的機器，則合計電池高度發(fā)生最大偏差3mm，機器的集合電就不會好，或發(fā)生電池不能裝到機器里的情況。因此，以國內(nèi)出售的單三號堿性干電池為例，電池的高度大約落在50.00mm±0.05mm范圍。
如果本發(fā)明，就在具備樹脂制封口體的堿性干電池中，采用負極端子板作為從內(nèi)周支承樹脂制封口體的支承部件時，要盡可能減少封口工序中由負極端子板的變形而引起的尺寸偏差。這也是本發(fā)明的一個目的。
《課題5》在裝配堿性干電池之際，如前面所述，樹脂制封口體6，是在其中組裝負極集電棒5或負極端子板207等后，插入封裝殼1的開口端部1a內(nèi)，在該狀態(tài)下封從外周借助于封裝殼1，從內(nèi)周借助于金屬墊圈(金屬板)107口體6的外周部62對進行夾緊，通過鉚接，安裝到封裝殼1的開口端部1a內(nèi)。這時封口體樹脂變形，以其彈性力使封口體6的外周部62擠壓封裝殼1的里面進行貼合。
可是，在連接部63的厚度比較薄，而且在其外周部62側(cè)的部分與凸起部61側(cè)的部分的壁厚差不太大的現(xiàn)有封口體構(gòu)造中，橫夾緊封口時封口體6或其連接部63整個變形大，連接部63的防爆用的薄壁部(安全閥的動作點)63a上負擔過重，即存在該薄壁部分63a應(yīng)力過大的問題。
在本發(fā)明，就在這樣的橫夾緊封口時，采用減少作用于防爆用的薄壁部應(yīng)力的辦法，提高作為安全閥功能的該薄壁部分的可靠性。這也是本發(fā)明的一個目的。
《課題6》在具備樹脂制封口體6的堿性干電池中，安全閥正常動作時，內(nèi)部的氣體通過設(shè)于金屬墊圈107或負極端子板207上的排氣孔107f、207f向外部排出去。安全閥隨電池內(nèi)壓上升而使封口體6的連接部向上方翹起，當內(nèi)壓變成規(guī)定壓力以上的時候，由于設(shè)于連接部63的防爆用的薄壁部63a被剪斷并進行動作。
可是，如果采用現(xiàn)有的封口體構(gòu)造，連接部63的厚度比較薄，而且因為在其外周部62側(cè)的部分與凸起部61側(cè)的部分沒有太大的壁厚差，所以例如短路發(fā)熱時封口體樹脂軟化，結(jié)果，或在安全閥動作前連接部63伸長堵塞了金屬墊圈107的氣體排氣孔107a，或在支承部件由于金屬墊圈內(nèi)使用負極端子板207時與負極端子板207接觸，發(fā)生內(nèi)部氣體不平穩(wěn)排出的問題。進而，在過放電擱置時，安全閥動作不正常，封口體6破裂，隨之內(nèi)裝物飛散或發(fā)生大的破裂聲響。
在本發(fā)明中，就通過變更樹脂制封口體的形狀，使安全閥正常動作，提高短路發(fā)熱時、過放電擱置時的安全性。這又是本發(fā)明的一個目的。
《第1發(fā)明》封裝殼的厚度一薄，電池的內(nèi)容積增加，另外封口部分的強度就下降。但是，由于封口部分的殼厚與電池的內(nèi)容積無關(guān)，本發(fā)明人研究，將封口部分的殼厚制作得比筒體部分的殼厚要厚，研討能否確保封口部分的鉚接強度。制作這種厚度不同的殼體，就需要使用具有與殼厚的部分相同或其以上厚度的原材料鋼板。因此，本發(fā)明人認為，在封口部分和筒體部分厚度有差別的殼體，厚度之比越大筒體部分的塑性變形量也大，加工硬化強烈起作用，這樣的筒體部分的加工硬化對封口部分的鉚接有好影響。
這樣一來，對單三號堿性干電池中使用的封裝殼厚度刻意進行研討的結(jié)果，本發(fā)明人查明，若將封口部分的殼厚制成比筒體部分的殼厚要厚一些，就可以確保封口部分的鉚接強度，而且，其結(jié)果，可以防止由溫度變化引起的液體泄漏現(xiàn)象。而且也斷定，特別是采用封口部分的殼厚為筒體部分殼厚的1.4倍以上，可以充分確保封口部分的鉚接強度，其結(jié)果是確實防止由溫度變化引起的液體泄漏現(xiàn)象。
本發(fā)明是通過以上的研討而完成的，而且為了解決前面所述的課題1和課題2，如圖1所示，在堿性干電池的有底圓筒狀的封裝殼1內(nèi)部，收容正極2和負極4、其間配置的隔板3及電解液，并在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)安裝樹脂制封口體和從內(nèi)周支承它的支承部件7，采用由封裝殼1和支承部件7夾緊樹脂制封口體6的辦法封口，其特征是封裝殼1的筒體部分B的厚度比0.18mm要薄，封裝殼1的封口部分A的厚度為筒體部分B厚度的1.4倍以上。并且，使用的殼體原材料鋼板越厚，通過減薄拉深使殼體的厚度(形成殼體的側(cè)壁厚度)變薄就越花費成本，因而理想的是封裝殼1的“封口部分A的厚度”/“筒體部分B的厚度”為2.5以下。封裝殼1的筒體部分B的厚度，理想的是0.1mm以上，以便確保一定的強度。
《第2發(fā)明》在具備樹脂制封口體的堿性干電池中，使用兼任負極端子板的金屬板作為支承部件的情況下，鉚接封口體時內(nèi)側(cè)的金屬板(負極端子板)的強度一變?nèi)?，擠壓封口體樹脂的力就減弱，其結(jié)果，導(dǎo)致電解液從封口體與外周部之間漏出的情況。因而，本發(fā)明人在金屬板的外周部施加特定的彎曲加工，通過增加金屬板的加工硬化、金屬板與封口體樹脂的接觸面積，解決了前面所述的課題1和課題2。
即，如圖1和圖2所示，本發(fā)明的堿性干電池，在有底圓筒狀的封裝殼1內(nèi)部，收容正極2和負極4、其間配置的隔板3及電解液(圖未示)，并在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)安裝樹脂制封口體6和從內(nèi)周支承它的支承部件，采用由封裝殼1和支承部件夾緊樹脂制封口體6的辦法封口，其特征是使用1片兼任負極端子板的金屬板7(以下，也稱為負極端子板7)作為上述支承部件，在該負極端子板7的外周部連續(xù)整個周緣，作為在與封裝殼1之間挾持樹脂制封口體6的部分，在通過負極端子板7的中心沿厚度方向?qū)⑵淝袛鄷r的剖面，設(shè)置有大致呈C字狀或弧狀的平均曲率半徑1mm以下的彎曲部78b。另外，所謂彎曲部78b的平均曲率半徑r，如后所述，是指對彎曲部78b剖面的外周鑲邊的曲線，距曲線上各點的距離總計為最小的這種圓形半徑(參照圖5～圖7)。
具體點說，例如如圖5所示，在1片由鋼板構(gòu)成的負極端子板(金屬板)7的外周部連續(xù)整個周緣，對通過其中心沿厚度方向切斷負極端子板7時的剖面，平均曲率半徑r在1mm以下而且大于90度的角度范圍內(nèi)，設(shè)置C字狀或弧狀彎曲挾持的彎曲部78b。
用加工硬化法增加負極端子板7的強度，可以看作是在整個區(qū)域范圍，對假設(shè)把負極端子板7分割成微小區(qū)域時的各微小區(qū)域中的變形量進行積分的值越大就越增加的程度。所以，彎曲部分(本發(fā)明中彎曲部78b)的曲率半徑變得過大時，微小區(qū)域中的變形量減少，因而由加工硬化帶來的強度增加無法估計，相反彎曲部分的曲率半徑過小時，局部的變形量增大，但是進行變形部分的總體積小，因而加工硬化帶來的強度增加無法估計。就試驗上來說，曲率半徑為0.1mm～1.0mm時，塑性變形的強度增加大。
并且，理想的是彎曲部78b的角度越大，變形發(fā)生的區(qū)域體積越增加，因而加工硬化的強度增加也大。若角度是90度以下，金屬板7的邊緣成為八字形擴展的形狀，電池內(nèi)壓異常上升時，封口部分容易泄漏，因此90度以上是可取的。但是，負極端子板7的彎曲部78b角度如果超過180度，就難以沖壓加工，增大成本，所以角度還是180度以下為好。
彎曲部78b與封口體6接連的角度范圍越大，防止液體滲出的面積加大就越好。該角度是以大于設(shè)置上述負極端子板7的彎曲部78b角度的下限值90度為合適。但是，若超過180度，就以通常的封口方式使負極端子板7與封口體樹脂的擠壓將無效，而沒有意義。
在這里，本發(fā)明中所謂設(shè)置叫做彎曲部78b的角度范圍，例如如圖5所示，當用具有將上述平均曲率半徑r作為半徑的假設(shè)圓形近似彎曲部78b時，指的是以該圓形中心O為基準，彎曲部分7c兩端構(gòu)成的角度θ1。并且，與彎曲部78b和封口體6接觸的部分的角度范圍也同樣，當用具有上述平均曲率半徑r作為半徑的假設(shè)圓形近似彎曲部78b時，指的是以該圓形中心O為基準，與封口體6接觸的彎曲部78b的該接觸部分兩端構(gòu)成的角度θ2。
本發(fā)明中，作為上述負極端子板(金屬板)7，一般使用厚度約0.4mm的電鍍鋼板。在本發(fā)明中，這是因為作為封口體的支承部件的金屬板兼任負極端子板，對負極端子板而言，一般使用成本方面等有利上述這種厚度的電鍍鋼板。
為了使具有作為支承封口體6的支承部件功能的金屬板，合并具有作為負極端子板的功能，換句話說，為了使金屬板構(gòu)成的負極端子板7具有作為支承部件的功能，將成為負極端子面的金屬板7中央側(cè)部分(以下，稱為端子面)，象通常負極端子板的那樣，從內(nèi)側(cè)向外側(cè)的方向成凸狀，整體形成盤狀。因此，兼任負極端子板的金屬板7作為整體的形狀為圓盤狀，但是其外周部設(shè)有厚度方向剖面形狀呈C字狀或弧狀的彎曲部78b，該彎曲部78b的平均曲率半徑r為1mm以下，就是作成在該彎曲部78b遍及封口體6和上述的角度范圍進行接觸的構(gòu)成。
《第3發(fā)明》為了解決上述的課題1和課題4，本發(fā)明人刻意研討，在使用負極端子板作為樹脂制封口體的支承部件的堿性干電池中，封口前后的負極端子板的高度或提高或降低，設(shè)法使其變成一方的條件。其結(jié)果，可以看出不使凸緣面的平坦部對于端子面平行，要是帶有傾斜的話，就可以控制負極端子板成為哪一種形狀。就是，對凸緣面帶有傾斜，使得凸緣面的平坦部與端子面?zhèn)让娴膴A角增大的話，封口后的負極端子板高度一定比原來的高度提高，若相反傾斜則端子板的高度一定降低。
具體點說，例如如圖1和圖2所示，在有底圓筒狀的封裝殼1內(nèi)部，收容正極2和負極4、其間配置的隔板3及電解液(圖未示)，并在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)安裝樹脂制封口體6和從內(nèi)周支承它的支承部件7，采用由封裝殼1和支承部件7間夾緊樹脂制封口體6的辦法封口的堿性干電池中，本發(fā)明構(gòu)成如下。即，作為上述支承部件7，使用例如圖3和圖4所示的負極端子板7(采用與支承部件相同的標號)。該負極端子板7具有中央部分形成凸狀的端子面77、從垂直貫穿該端子面77的方向來看，按包圍端子面77形成的外周部的凸緣面78。而且，在凸緣面78的內(nèi)周一側(cè)設(shè)置平坦部(凸緣面平坦部)78a，該凸緣面平坦部78a與端子面77成為不平行的結(jié)構(gòu)。這時，規(guī)定端子面77與凸緣面平坦部78a的夾角α為4度以上，特別理想的是為4～20度。這是因為端子面77與凸緣面平坦部78a的交角α如果大于4度，則封口后負極端子板7的高度提高方面一致，但是該交角α如果超過20度，負極端子板7的高度變大，設(shè)計自由度減少了的緣故。
另外，本說明書中所謂凸緣面平坦部78a，不一定僅限定于曲率無限大的平面，具有大曲率半徑的緩緩彎曲面也沒有關(guān)系。這時，所謂凸緣面平坦部78a的傾斜，是指連接位于彎曲面兩端的兩個變曲點的平面與端子面77的交角α(參照圖4)。
《第4發(fā)明》使用負極端子板當作樹脂制封口體的支承部件的堿性干電池中，在其橫夾緊封口時，由設(shè)于樹脂制封口體的防爆用的薄壁部分承擔，是因為現(xiàn)有的封口體中，連接部分的壁厚除防爆用的薄壁部分以外就比較地一樣，變成由整個該連接部承受作用于連接部的應(yīng)力的構(gòu)造，結(jié)果上可以認為是由于變?yōu)閼?yīng)力集中于防爆用的薄壁部分的構(gòu)造的緣故。
因此，本發(fā)明中，為了解決上述課題1和課題5，使用負極端子板當作樹脂制封口體的支承部件的堿性干電池中，采用在封口體的連接部設(shè)置吸收橫夾緊封口時的一部分應(yīng)力的相對薄壁狀的應(yīng)力吸收部的辦法，防止應(yīng)力向防爆用的薄壁部分集中。具體點說，本發(fā)明如圖1所示在有底圓筒狀的封裝殼1內(nèi)部，收容正極2和負極4、其間配置的隔板3及電解液(圖未示)，并在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)安裝樹脂制封口體6和從內(nèi)周支承它的支承部件，通過用封裝殼1和支承部件間夾緊樹脂制封口體6在使封裝殼1的開口端部1a封口的堿性干電池中，形成以下的構(gòu)成。
即，首先為了謀求放電容量的增大，如圖2放大所示，作為上述支承部件，使用兼任負極端子板的1片金屬板7(負極端子板7)。然后，有關(guān)樹脂制封口體6，作成具備保持插入負極4中心部的負極集電棒5的凸起部61、用上述負極端子板(支承部件7)從內(nèi)周支承并接連封裝殼1的內(nèi)周面的外周部62、連接凸起部61和外周部62的連接部63的構(gòu)成。該樹脂制封口體6的連接部63在位于上述凸起部61一側(cè)的根部分設(shè)置防爆用的薄壁部63a。而且，為了減輕夾緊封口時的防爆用的薄壁部63a的負擔，在連接部63的上述外周部62一側(cè)的根部分設(shè)置吸收作用于該連接部63的一部分應(yīng)力的應(yīng)力吸收部63c，使得要將封裝殼1的開口端部1a進行封口而夾緊樹脂制封口體6時應(yīng)力不會集中到上述防爆用的薄壁部63a。該應(yīng)力吸收部63c與其很近內(nèi)周側(cè)的部分63d比較，要形成使璧厚不連續(xù)變薄而且與位于上述內(nèi)周側(cè)的部分63d之間具有臺階高度差。
《第5發(fā)明》因短路發(fā)熱等造成高溫時或過放電放置時樹脂制封口體的安全閥動作不正常，可以認為是因為安全閥動作前，就是連接部的防爆用的薄壁部分破裂前，封口體的連接部膨大成圓頂狀，該狀態(tài)下接觸金屬墊圈或負極端子板(不設(shè)金屬墊圈時)的緣故。即，本來在與金屬墊圈或負極端子板接觸以前，應(yīng)該使封口體的連接部的防爆用薄壁部分必須破裂，而由于封口體的連接部壁厚整體上比較薄等的形狀上或構(gòu)造上的原因，使連接部圓頂狀變形，在薄壁部分破裂發(fā)生前，變成圓頂狀的連接部就破裂了。
因此，本發(fā)明中，為了解決上述的課題1和課題6，在使用負極端子板當作樹脂制封口體的支承部件的堿性干電池中，采用變更樹脂制封口體的形狀的辦法，使安全閥正常動作，提高短路高溫時或過放電放置時的安全性。具體點說，本發(fā)明如圖1所示，在有底圓筒狀的封裝殼1內(nèi)部，收容正極2和負極4、其間配置的隔板3及電解液(圖未示)，并在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)安裝樹脂制封口體6和從內(nèi)周支承它的支承部件，通過用封裝殼1和支承部件夾緊樹脂制封口體6在使封裝殼1的開口端部1a封口的堿性干電池中，形成以下的構(gòu)成。
就是，首先為了謀求放電容量的增大，如圖2放大所示，作為上述支承部件，使用兼任負極端子板的1片金屬板7(負極端子板7)。然后，有關(guān)樹脂制封口體6，作成具備保持插入負極4中心部的負極集電棒5的凸起部61、用上述負極端子板(支承部件)7從內(nèi)周支承并接連封裝殼1的內(nèi)周面的外周部62、連接凸起部61和外周部62的連接部63的構(gòu)成。該樹脂制封口體6的連接部63，在上述凸起部61一側(cè)的根部分設(shè)置防爆用的薄壁部63a。該薄壁部63a與包圍它的很近外側(cè)的部分63b比較，要形成使壁厚不連續(xù)變薄，而且與上述外側(cè)的部分63b之間具有臺階高度差。
《第6發(fā)明》第6發(fā)明，通過對上述第4及第5兩發(fā)明組合，使安全閥的可靠性更進一步提高。就是，在具有具備上述這樣的凸起部61、外周部62和連接部63的樹脂制封口體6的堿性干電池中，其特征是在樹脂制封口體6的連接部63中的上述凸起部61一側(cè)的根部分，設(shè)置形成與將其包圍的很近外側(cè)的第1厚壁部63b比較壁厚不連續(xù)變薄而且與第1厚壁部63b之間具有臺階高度差的防爆用的薄壁部63a；在連接部63中的上述外周部62一側(cè)的根部分，設(shè)置吸收作用于該連接部63的一部分應(yīng)力的應(yīng)力吸收部63c，使得要將封裝殼1的開口端部1a進行封口并夾緊樹脂制封口體6時應(yīng)力不集中到防爆用的薄壁部63a；形成該應(yīng)力吸收部63c，使其與位于其很近內(nèi)周側(cè)的第2厚壁部63d比較，壁厚不連續(xù)變薄而且與第2厚壁部63d之間具有臺階高度差。
這時，第1厚壁部63b的壁厚設(shè)定為0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚設(shè)定為第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍的壁厚是理想的。在使用負極端子板7當作樹脂制封口體6的支承部件的單三號堿性干電池中，封口體6的連接部63接觸到負極端子板7為止的撓曲量(變位量)為1.2mm。在樹脂制封口體(例如6，6尼龍制造的封口體)6，如上述那樣將第1厚壁部63b和第2厚壁部63d的各壁厚設(shè)定為比較厚一些時，可在溫度150～200℃的條件下，使連接部63的撓曲量為1.2mm以下，連接部63的內(nèi)部應(yīng)力為100mmNs(現(xiàn)有構(gòu)造的約60％)以下。因此，可以防止，高溫時(150～200℃)防爆用的薄壁部63a破裂之前封口體6圓頂狀膨脹而與負極端子板7接觸，或過放電放置時封口體6破裂的情況。
圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的堿性干電池整體構(gòu)造的剖面圖。
圖2是表示放大圖1的單三號堿性干電池封口部分的部分放大圖。
圖3是表示本發(fā)明所用的負極端子板(金屬板)一例的平面圖。
圖4是表示圖3的負極端子板剖面構(gòu)造的縱剖面圖。
圖5是表示負極端子板的另一例圖，是表示一部分省略和簡化其周邊部分構(gòu)造的剖面圖。
圖6是表示負極端子板的又一例圖，是表示一部分省略和簡化其周邊部分構(gòu)造的剖面圖。
圖7是表示負極端子板的再一例圖，是表示一部分省略和簡化其周邊部分構(gòu)造的剖面圖。
圖8是表示將本發(fā)明的比較例3所用金屬板的周邊部分構(gòu)造一部分省略和簡化的剖面圖。
圖9是表示將比較例4所用金屬板的周邊部分構(gòu)造一部分省略和簡化的剖面圖。
圖10是表示將本發(fā)明的比較例6所用金屬板的周邊部分構(gòu)造一部分省略和簡化的剖面圖。
圖11是表示為了說明封口工序中發(fā)生問題所用負極端子板的縱剖面圖。
圖12是表示本發(fā)明實施例10中所用樹脂制封口體構(gòu)造的縱剖面圖。
圖13是表示比較例9中所用樹脂制封口體構(gòu)造的縱剖面圖。
圖14是記載本發(fā)明實施例10中進行試驗條件的說明圖。
圖15是表示現(xiàn)有堿性干電池(單三號堿性干電池)的一般性構(gòu)造的剖面圖。
圖16是放大表示圖15堿性干電池的封口部分的部分放大圖。
圖17是表示現(xiàn)有堿性干電池(單三號)封口體的連接部堵塞了金屬板(金屬墊圈)排氣體孔的狀態(tài)方式圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明應(yīng)用于單三號堿性干電池(以下，也稱為單堿性干電池或電池)的例圖。該堿性干電池具有兼任正極端子的有底圓筒狀的封裝殼1、收容于該封裝殼1內(nèi)(單元室C內(nèi))的圓筒狀的正極2、配置于該正極2的中空部內(nèi)由杯狀無紡布構(gòu)成的隔板3、填充到該隔板3內(nèi)的糊狀負極4、插入該負極4內(nèi)的釘狀負極集電棒(負極集電體)5、以浸含于隔板3和正極2中的氫氧化鉀水溶液為主要成分的電解液(圖未示出)，是對封裝殼1的開口端部1a側(cè)進行封口的構(gòu)成。封裝殼1的底部形成凸狀的正極端子部分1b。在這里，圖1中的符號A表示封裝殼1的封口部分，符號B表示封裝殼1的筒體部分。進一步詳細點說，在圖1所示的狀態(tài)下，所謂封裝殼1的封口部分A是指由凹槽引起的變形使封裝殼1的外形比原來尺寸縮小的部分起上面的部分，筒體部分B是指由此以下的部分。
而且，對于應(yīng)用本發(fā)明的上述堿性干電池，封裝殼的筒體部分B的殼厚(壁厚)為0.18mm以下，而且密封部分A的殼厚設(shè)定為筒體部分B的殼厚的1.4倍以上。
封裝殼1內(nèi)收容的圓筒狀正極2是由二氧化錳和石墨(導(dǎo)電材料)的混合物構(gòu)成。上述的堿性干電池中，在混合該二氧化錳和石墨(導(dǎo)電材料)形成正極2之際，使用提高了氫氧化鉀濃度的電解液。這是因為通過使用提高了氫氧化鉀濃度的電解液成形正極2，可以提高變成正極2的成型體強度。其結(jié)果，就不需要使用為了結(jié)合二氧化錳和石墨(導(dǎo)電材料)的粘合劑(結(jié)合劑樹脂)，可以提高與該部分放電特性有關(guān)的材料的填充率，因而變成改善電池放電特性。并且，由于提高封裝殼1內(nèi)收容的正極2強度，即便是封裝殼1使用象上述那樣的壁厚的薄鋼板時，也難以受外力發(fā)生變形。
在封裝殼1的開口端部1a內(nèi)，即封口部分A內(nèi)，安裝有由具有防爆用的安全閥機構(gòu)，例如聚酰胺或聚丙烯等樹脂(圖示例中6，6尼龍)構(gòu)成的封口體6、從內(nèi)周支承它的支承部件而且兼任負極端子板的1片金屬板7(負極端子板7)、以及由使封裝殼1的開口端部1a與負極端子板7之間電絕緣的帶凸緣短筒狀樹脂構(gòu)成的絕緣板8。
如圖2中放大所示，封口體6是由具有插入集電板5的孔61a的凸起部61、接連封裝殼1的內(nèi)周面的外周部62、及連接凸起部61和外周部62而且封鎖從前者到后者的連接部63構(gòu)成。而且，借助于該封口體6，封閉收容電池活性物質(zhì)的單元室C，防止單元室C內(nèi)的電解液向外部漏出，并且已使負極端子板7與封裝殼1之間與上述絕緣板8一起電絕緣。
在封口體6的連接部63的凸起部61一側(cè)的根部分，設(shè)置構(gòu)成防爆用的安全閥機構(gòu)的薄壁部分63a。該薄壁部分63a，在電池內(nèi)壓上升到規(guī)定壓強以上時連接部63向圖中的上方一側(cè)變形，內(nèi)壓進一步上升時由于該薄壁部分63a破裂，起到通過負極端子板7后述的排氣體孔，向單元室C外釋放一部分內(nèi)壓的功能。可是，在現(xiàn)有的封口體中，防爆用的薄壁部與其很近外側(cè)部分之間的壁厚并不大，但是連接部的壁厚比較薄而且是一樣的，因此不能斷定，或短路高溫時在薄壁部分破裂以前，圓頂狀膨脹照舊接觸負極端子板堵塞了排氣孔，或過放電放置時在剪斷薄壁部分以前，使圓頂狀膨脹的連接部破裂的可能性完全沒有。因此，為了做到不發(fā)生這種問題，對本發(fā)明的堿性干電池中配備的封口體6，這樣形成設(shè)置于連接部63的防爆用的薄壁部63a，使其與包圍該部分的很近外側(cè)的部分(第1厚壁部)63b比較，具有壁厚不連續(xù)變薄而且與第1厚壁部63b之間具有規(guī)定的臺階高度差。
在封口體6的連接部63的外周部62一側(cè)的根部分，設(shè)置比較地薄壁的應(yīng)力吸收部63c。這樣形成該應(yīng)力吸收部63c，使其與位于此很近內(nèi)周側(cè)的部分(第2厚壁部)63d比較，壁厚不連續(xù)變薄而且與第2厚壁部63d之間具有臺階高度差。因此，要對封裝殼1的開口端部1進行封口并緊固封口體6時，吸收作用于連接部63的一部分應(yīng)力，防止應(yīng)力向防爆用的薄壁部63a集中。
形成從封口體6的連接部63的第1厚壁部63b到第2厚壁部63d的部分，以便隨著從第1厚壁部63b到第2厚壁部63d壁厚連續(xù)地變厚。圖示例的封口體6中，第1厚壁部63b的壁厚為0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚設(shè)為第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍。而且，隨著這樣的連接部63形狀、與現(xiàn)有的形狀比較時的連接部63的厚壁化、在與第1厚壁部63b之間具有規(guī)定臺階高度差的防爆用的薄壁部63a的構(gòu)造，就進一步確實能夠防止上述的高溫短路時或過放電放置時的不合適。
在封口體6的凸起部61中，穿插負極集電棒5的圖2中孔61a的上端部分，形成有大于其余孔部分內(nèi)徑的大內(nèi)徑的大直徑孔部分61b，在穿插安裝負極集電棒5后的圖示狀態(tài)下，負極集電棒5的大直徑端部5a嵌合在凸起部61的大直徑孔部分61b中，該大直徑端部5a的上端成為稍稍突出凸起部61上端面的狀態(tài)或與其大致同平面的狀態(tài)。圖2中，凸起部61的周壁部分與外周部62的周壁部分比較加厚了壁厚，然而這是因為對封口時鉚接外周部62而變形部分，凸起部61與在其中穿插的負極集電棒5一起處于負極端子板7中央部分的背面一側(cè)，該部分也具有從背面支承負極端子板7的作用使其不因外力向內(nèi)側(cè)凹陷。
另一方面，負極端子板7是由1片鋼板構(gòu)成如圖3和圖4用單體所示，是由凸狀形成的中央部端子面77、從垂直貫穿該端子面77方向看，形成包圍端子面77的外周部凸緣面78、及從端子面77外周到凸緣面78內(nèi)周的圓筒狀端子面?zhèn)让?9構(gòu)成。再在端子面77上，圍繞其中心部，形成稍稍凹陷俯視呈圓形凹槽77a，圍著該凹槽77a的中央部分的背面一側(cè)，采用點焊法等，焊接負極集電棒5的大直徑端部5a(參照圖2)。
負極端子板7的凸緣面78包括內(nèi)周側(cè)的平坦部78a，和鉚接封口體6時以從內(nèi)周牢固支承其外周部62為目的遍及負極端子板7的整個周邊設(shè)置的外周側(cè)的彎曲部78b。內(nèi)周側(cè)的平坦部78a，在圖4所示的厚度方向剖面，與外周側(cè)的彎曲部78b比較具有相對地平坦的形狀。而且，該平坦部78a對端子面77a，由于形成與外側(cè)往下的方向成4度以上傾斜的構(gòu)造，可使封口工序中負極端子板7變形引起的高度方向尺寸偏差減少。另外，圖示例就規(guī)定凸緣面平坦部78a與端子面77的交角α，即連接位于凸緣面平坦部78a的外周端(彎曲部78b側(cè))的變曲點與位于內(nèi)周端(端子面?zhèn)让嬉粋?cè)79側(cè))的變曲點的平面與端子面77的交角α為8度。
負極端子板7外周側(cè)設(shè)置的彎曲部78b，如前面的“解決課題的方案”一項中所述，在通過其中心在厚度方向切斷負極端子板7時的剖面，平均曲率半徑為1mm以下，而且在大于90度的角度范圍彎曲形成大致C字狀或弧狀，而且已經(jīng)說過的意思是其外周側(cè)在遍及大于90度的角度范圍與封口體6的外周部62的內(nèi)周側(cè)接觸。而且，在該接觸部分，封口體6的外周部62，用位于其內(nèi)周側(cè)的負極端子板7的彎曲部78b和位于外周側(cè)的封裝殼1的開口端部1a通過鉚接夾緊，如圖2所示將封口體6安裝封裝殼1的開口端部1a內(nèi)規(guī)定位置，在該狀態(tài)下將單元室C內(nèi)的上方封口，同時在封口體6的連接部63與負極端子板7之間就形成用于確保安全閥(薄壁部分63a)動作的所需空間的構(gòu)造。另外，圖3和圖4中的符號7f表示安全閥動作時，使單元室內(nèi)發(fā)生的氣體向外部逃逸用的排氣孔。
另外，所謂設(shè)置上述彎曲部78b的角度范圍，如表示負極端子板7另一例的圖5中記載的那樣，當用具有上述平均曲率半徑r作為半徑的假設(shè)圓形近似彎曲部78b的時候，意味著以該圓形中心O作為基準，彎曲部78b的兩端構(gòu)成的角度θ1。彎曲部78b與封口體6接觸部分的角度范圍也同樣，當用具有上述平均曲率半徑r作為半徑的假設(shè)圓形近似彎曲部78b的時候，意味著以該圓形中心O作為基準，與封口體6接觸的彎曲部78b的該接觸部分兩端構(gòu)成的角度θ2。
另一方面，由帶凸緣短筒狀的樹脂體構(gòu)成的絕緣板8，在安裝封口體6以后，通過把該絕緣板8的短筒部分8a嵌入負極端子板7的端子面77與封裝殼1的開口端和與封口體6的外周部62一端之間形成的間隙部分，裝配到圖示的規(guī)定位置，因此使負極端子板7與封裝殼1之間電絕緣。
另外，負極端子板(金屬板)7外周側(cè)設(shè)置的彎曲部78b只要滿足前面所述的平均曲率半徑r和角度范圍θ1、θ2的條件，就不管其彎曲方法或彎曲方向。圖5到圖7是表示彎曲部78b的其它例子圖。其中的圖5表示形成彎曲部78b的例子，使其在與負極端子板7的端子面7a相同方向或相同一側(cè)變凸。圖6表示形成彎曲部78b的例子，使其向負極端子板7半徑方向的外方變凸。圖7表示形成彎曲部78b的例子，使其在與端子面77的突出方向相反一側(cè)的方向，一次彎曲負極端子板7的外周部，由此進一步反向彎曲使外周側(cè)與封口體6的外周部62在規(guī)定的狀態(tài)下接連。并且，因例如即使電池墮落時或從外部強推端子面77時也不會簡單地弄癟，或封口體6鉚接時不會使負極端子板7整個變形的目的，也可以在負極端子板7上，同心圓狀設(shè)置與設(shè)于中央部的凹槽77a同樣的凹凸。
在堿性干電池中，作為從內(nèi)周支承樹脂制封口體的支承部件，廢除以前使用的金屬墊圈，取而代之使用如圖1到圖5所示的負極端子板(金屬板)7，把封口體6的外周部挾持于該負極端子板7與封裝殼1之間進行鉚接，根據(jù)以下的二個方面理由，可以使封口部分的厚度減薄。
第一方面，由于廢除金屬墊圈，能使封口部分至少減薄金屬墊圈的厚度。把國內(nèi)制造的，采用金屬墊圈擠壓封口體的辦法的單三號堿性干電池做例子，使用0.6mm以上，厚度約0.75mm的金屬墊圈，通過廢除該金屬墊圈，至少可以減薄在這個厚度部分的封口部分的厚度。
第二方面，可以舉出，不需要特別設(shè)置封口體6的連接部63受內(nèi)壓變形的空間。對此將進一步詳細敘述。
通常，封口體6用尼龍或聚丙烯等做成，已經(jīng)說過其一部分設(shè)置防爆用的薄壁部。不管什么原因電池內(nèi)壓升高時，例如如圖16所示的封口體6如該圖點劃線所示的樣子變形，內(nèi)壓進一步升高時，由于連接部63的薄壁部分63a撕裂釋放一部分內(nèi)壓，防止內(nèi)壓的上升。圖16和圖17所示現(xiàn)有的堿性干電池中，封口體6的薄壁部分63a與金屬墊圈107之間設(shè)有間隙(空間S1)，而如果該間隙小內(nèi)壓不高時，變形后的封口體6的連接部63或薄壁部分63a被金屬墊圈107抑制而不能變形，不管內(nèi)壓升高也不能撕裂薄壁部分63a，因而不能釋放內(nèi)壓。為此，需要在封口體6的薄壁部分(安全閥的動作點)63a與支承封口體6的金屬墊圈107之間設(shè)置一定范圍的間隔，以國內(nèi)制造的單三號堿性干電池為例，一般設(shè)置約1.0～1.5mm的間隔。
再說，如圖15和圖16所示，把堿性干電池的負極端子板207作成凸形形狀已是事實上的標準，可是為了鉚接封口體6，采用金屬墊圈作為支承部件時，如前面所述的那樣，在金屬墊圈107與負極端子板207之間發(fā)生就電池說來不怎么需要的無用空間S2。但是，如本發(fā)明的那樣廢除金屬墊圈，如果使用象圖1到圖7舉例所示的負極端子板(金屬板)7作為支承部件，可以把以前無用的空間S2用作封口體6變形所需要的空間，因此作為整體可使封口部分的厚度減薄下來。
根據(jù)上述的理由，如圖1到圖7所示，通過將作為從內(nèi)部支承封口體6的支承部件的金屬板制成只有負極端子板7，并且使該負極端子板的厚度減到比以前的金屬墊圈厚度還要薄(例如為0.3～0.7mm)，可以減少封口部分的體積，因此，就可以增大電池的內(nèi)容積(單元室C的容積)。如圖1、圖2示出的例子所說，圖1的構(gòu)造中封口部分A，相對于對電池高度占有10％以上的厚度(電池高度方向的厚度)，與此相對應(yīng)在圖2的構(gòu)造中將封口部分的厚度抑制到電池高度的8％，其結(jié)果，電池內(nèi)容積增加4％。如果把電池活性物質(zhì)填充到該增加體積內(nèi)，電池容量就增加4％，即使照舊留下空隙，也因作為電池內(nèi)部發(fā)生氣體時的緩和壓力上升的吸收裝置功能，而在安全上有效利用。
此外，該堿性干電池中，由于在負極端子板7中的端子面77與凸緣面平坦部78設(shè)置4度以上的傾斜，封口后的負極端子板7變形也全都比原來的高度高。因此，可以消除封口工序中負極端子板7變形使尺寸偏差的問題。
但是，廢除金屬墊圈，代之以只使用也是負極端子板的金屬板，當在電池上加有激烈的溫度變化等時，仍有內(nèi)部強堿電絕緣經(jīng)由封裝殼與封口體之間漏出的危險。由于作為從內(nèi)側(cè)推壓封口體的支承部件的金屬板變薄，鉚接時負極端子板會變形，是因為對封口體加擠壓力不充分的緣故。
這種變形只有象本發(fā)明的負極端子板7那樣，在其外周部設(shè)置平均曲率半徑具有1mm以下大致C字狀或弧狀剖面形狀的彎曲部78b，在遍及規(guī)定的角度范圍使該彎曲部78b與封口體6接觸才能防止。這是因為通過伴隨該彎曲部78b形成的加工硬化不但使負極端子板7難以變形，而且通過封裝殼1加到封口體6上的擠壓力也作用于負極端子板7的外周部，通過與封口體6比較寬的角度范圍接觸的彎曲部78b，在整個負極端子板上牢固支撐封口體6的緣故。因而，可以向內(nèi)側(cè)彎曲封裝殼1的開口端部1a的周緣部分，在與負極端子板7之間用強力夾緊封口體6，其結(jié)果是，能夠提高封裝殼1與封口體6之間的密合性，即耐漏液性(液密性)。而且，由于在鉚接封口體6的狀態(tài)下，負極端子板7的彎曲部78b與封口體6在大于90度角度范圍進行接觸，封口體6與封裝殼1的接觸面積也比較大，因此可以對封口體6與封裝殼1的邊界部分提供足夠的耐漏液性。
除此之外，本發(fā)明的堿性干電池中，如下所述，通過改造樹脂制封口體6的形狀以至構(gòu)造，可以確實正常使設(shè)于封口體6的連接部63的防爆用的薄壁部63a構(gòu)成的安全閥動作，并可提高其可靠性或安全性。
首先，在封口體6的連接部63的外周部62側(cè)的帶根部分設(shè)置應(yīng)力吸收部63c，通過由該應(yīng)力吸收部63c吸收橫夾緊封口時作用于連接部63的一部分應(yīng)力，可防止應(yīng)力向橫夾緊封口時的防爆用的薄壁部63a集中。因此，可以控制安全閥工作壓力變動，就可以提高該部分安全閥的可靠性。
其次，在封口體6的連接部63的凸起部61側(cè)的根部分，通過設(shè)置形成的防爆用的薄壁部63a，使其與包圍其很近外側(cè)的部分(第1厚壁部)63b比較，壁厚不連續(xù)變薄而且與上述第1厚壁部63b之間具有臺階高度差，在短路高溫時或過放電放置時就能確實剪斷該薄壁部分63a，即，隨短路時發(fā)熱引起封口體樹脂的軟化和電池內(nèi)壓的上升而發(fā)生連接部63變形時，通過應(yīng)力集中于防爆用的薄壁部63a，在因連接部63的圓頂狀變形而發(fā)生與負極端子板7接觸以前，讓薄壁部分63a剪斷破壞并釋放內(nèi)壓。并且，過放電放置時雖然不發(fā)生因發(fā)熱引起的封口體樹脂的軟化，但是因內(nèi)壓上升使應(yīng)力作用于連接部63，這時也由于應(yīng)力向上述薄壁部分63a集中，在連接部63破裂發(fā)生以前，讓薄壁部分63a剪斷破壞并釋放內(nèi)壓。這樣，短路高溫時或過放電放置時通過安全閥正常動作，使封口體6的連接部63不破裂就釋放內(nèi)壓，可以防止因連接部63的破裂發(fā)生的內(nèi)裝物飛散或發(fā)生破裂聲響。
特別是，形成從封口體6的連接部63的第1厚壁部63b到第2厚壁部63d的部分，以便隨著從前者進行到后者，使壁厚連續(xù)地變厚，在第1厚壁部63b的壁厚設(shè)定為0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚設(shè)定為第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍的情況下，隨著這種連接部63的厚壁形狀和與第1厚壁部63b之間具有規(guī)定臺階高度差的防爆用的薄壁部63a的構(gòu)造，確實能夠防止短路高溫時或過放電放置時的封口體6破裂。
以下，說明本發(fā)明的實施例，當然本發(fā)明并不是限定于這些實施例。另外，以下所說的“％”特別是不要不事先說明全部指“重量百分比(wt％)”。
《實施例1～4》對板厚0.25mm的鏌靜鋼板采用深拉深加工，形成單三號堿性干電池的封裝殼。這時，封口部分的殼厚保留原來的鋼板厚度，將筒體部分的厚度加工成比原來鋼板要薄。表1中，合并表示本發(fā)明實施例1～4所用封裝殼的筒體部分和封口部分的殼厚和后述的比較例所用封裝殼的這些部分。
并且，在實施例1～4中，為了防止電池落下時正極端子的凹陷，將封裝殼的正極端子部分1b也加工成比筒體部分殼厚要加厚。
其次，把按92∶5∶3的比例(重量比)混合電解法獲得的二氧化錳、石墨和水的正極材料11.0g，加壓成形成內(nèi)徑9.1mm、外徑13.3mm、高43.0mm的圓筒狀正極，將該正極插入單三號堿性干電池用的封裝殼中。而后，從封裝殼的開口端在高度方向3.7mm位置施加溝紋。這是為了以后插入封口體時在溝紋位置支撐封口體，使其不能擠到溝紋位置里面去。進而，在封裝殼的內(nèi)側(cè)，從開口端直到高度方向3.7mm的部分，以與封裝殼與封口體之間粘合性良好作為目的，涂布瀝青。另外，瀝青涂布量在20mg以下時耐漏液性降低，若其量以上可以確認為耐漏液性沒有差別。
其次將由厚度100μm的維尼龍和人造絲組成的無織布，三層重疊卷成杯狀的隔板裝填到先前的圓筒狀正極的內(nèi)側(cè)，使其浸漬濃度39％的氫氧化鉀水溶液1.5g作為電解液。接著，把純度99.0％、通過篩網(wǎng)網(wǎng)孔425μm，不通過篩網(wǎng)網(wǎng)孔75μm的粉末鋅4.0g和濃度38％的氫氧化鉀水溶液2.0g及聚丙烯酸鈉0.04g攪拌成的糊狀負極填入隔板內(nèi)部。
接著，用于提取負極集電的鍍錫黃銅制造的負極集電板穿插安裝于封口體的凸起部，用點焊法焊接負極集電棒和負極端子板。該負極端子板安裝在尼龍6，6(6，6尼龍)制造的封口體中，將其安裝到先前充填了正極和負極的封裝殼后，從封裝殼的開口端外側(cè)，用旋壓方式通過鉚接辦法，制成單三號堿性干電池。
《比較例1和比較例2》除如表1所示設(shè)定封裝殼的封口部分和筒體部分的殼厚以外，都與實施例1～4同樣制作單三號堿性干電池。
如以上那樣制成的各個實施例和比較例的電池之中，各取100個，在每30分鐘重復(fù)-10℃和60℃溫度變化的恒溫槽中保存3天時間，保存后，用堿性識別液的甲酚紅溶液，檢查能不能從封裝殼與封口體之間滲出內(nèi)部強堿液(電解液)來。表1表示其結(jié)果。
由該表可知，本發(fā)明實施例1～4所得的堿性干電池，溫度變化激烈的環(huán)境下，即使保存一定期間以后，完全沒有認出任何漏液。于此相反，比較例1所得的堿性干電池，100個樣品中有15個認出滲出液體，而比較例2的堿性干電池，100個樣品中有17個認出滲出液體。
《實施例5》把按92∶5∶3的比例(重量比)混合電解法獲得的二氧化錳、石墨和水的正極材料11.0g，加工成形成內(nèi)徑9.1mm、外徑13.3mm、高43.0mm的圓筒狀的正極，將該正極插入單三號堿性干電池用的封裝殼中。接著，從封裝殼的開口端在高度方向3.7mm位置施加溝紋。這是為了以后插入封口體時在溝紋位置支撐封口體，使其不能擠入到溝紋位置里面去。進而，在封裝殼的內(nèi)側(cè)，從開口端直到高度方向3.7mm的部分，以封裝殼與封口體之間粘合性良好作為目的，涂布瀝青。
其次，將由厚度100μm的維尼龍和人造絲組成的無織布，三層重疊卷成杯狀的隔板裝填到先前的圓筒狀正極的內(nèi)側(cè)，使其浸漬濃度39％的氫氧化鉀水溶液1.5g作為電解液。接著，把純度99.0％、通過篩網(wǎng)網(wǎng)孔425μm，且不能通過篩網(wǎng)網(wǎng)孔75μm的粉末鋅4.0g和濃度39％的氫氧化鉀水溶液2.0g及聚丙烯酸鈉0.04g攪拌成的糊狀負極填入隔板內(nèi)部。
接著，用于提取負極集電的鍍錫黃銅制造的負極集電板穿插安裝于封口體的凸起部，用點焊法焊接負極集電棒和負極端子板。在這里，所用的負極端子板是圖5中示意性表示式樣的金屬板7，其彎曲部78b的平均曲率半徑r為0.6mm，形成彎曲部分7c的角度范圍(θ1)為150度，彎曲部78b與封口體6接連的角度(θ2)為120度。這些負極端子板經(jīng)過沖切、壓力加工制成厚度0.4mm鍍鎳鋼板。把該負極端子板安裝到尼龍6，6(6，6尼龍)制造的封口體中，將其安裝到先前充填了正極和負極的封裝殼后，從封裝殼的開口端外側(cè)，用旋壓方式通過鉚接的辦法，制成如圖1所示的單三號堿性干電池。
另外，在以上的實施例5和后述的實施例6、7以及比較例3～6，任何負極端子板也都采用電鍍鋼板，而這是因為它是加工容易、耐蝕性好、廉價的材料。國內(nèi)出售的堿性干電池全部使用這種電鍍鋼板。并且，之所以這種鋼板的厚度為0.4mm，是由于鋼板厚度若0.5mm以上，由原板沖切負極端子板時，模具的磨損嚴重，成本方面就不利。
《實施例6》除金屬板(負極端子板)的外周部的彎曲部分的平均曲率半徑設(shè)為0.8mm以外，制成與實施例5同樣的單三號堿性干電池。
《實施例7》除金屬板(負極端子板)的外周部的彎曲部分的平均曲率半徑設(shè)為1.0mm以外，制成與實施例5同樣的單三號堿性干電池。
《比較例3》如圖8所示，除金屬板(負極端子板)7的外周部上不設(shè)置彎曲部分或撓曲部分，用金屬板7的平坦的外周部和封裝殼1挾持封口體6進行鉚接以外，都與實施例5同樣制成單三號堿性干電池。
《比較例4》如圖9所示，除金屬板(負極端子板)7的外周部上設(shè)置90度彎曲的曲折部分20，用彎曲部分20和封裝殼1夾緊封口體6以外，都與實施例5同樣制成單三號堿性干電池。另外，這時的彎曲部分20外側(cè)的棱角成為微小的曲面，而且該曲面的平均曲率半徑r是0.3mm。
《比較例5》除金屬板(負極端子板)7的外周部中的彎曲部78b的平均曲率半徑設(shè)為1.4mm以外，制成與實施例5同樣的單三號堿性干電池。
《比較例6》如圖10所示，除金屬板(負極端子板)7的外周部上設(shè)置向內(nèi)側(cè)90度曲折，進而向外側(cè)稍稍彎曲其外周端側(cè)的彎曲部分30，用該彎曲部分30和封裝殼1夾緊封口體6以外，都與實施例5同樣制成單三號堿性干電池。另外，這時的彎曲部分30外側(cè)存在有形成棱角的第1彎曲面31和末端側(cè)的第2曲折面32，兩個彎曲面31、32的平均曲率半徑r分別為0.3mm和0.4mm。
在如以上那樣制成各個實施例和比較例的電池中，各自100個，在每30分鐘重復(fù)-10℃和60℃溫度變化的恒溫槽中保存3天時間，保存后，用堿性識別液的甲酚紅溶液檢查能不能從封裝殼與封口體之間浸出內(nèi)部強堿液(電解液來。表2中表示其結(jié)果。
由該表可知，本發(fā)明實施例5～7所得的堿性干電池，溫度變化激烈的環(huán)境下，即使保存一定期間以后，完全沒有認出任何漏液。于此相反，比較例3所得的堿性干電池，100個樣品中100個全部認出滲出液體，即使表示最好耐漏液性的比較例6的堿性干電池，100個樣品之中有2個認出了發(fā)生漏液。
《實施例8》200把按規(guī)定比例混合電解法獲得的二氧化錳、石墨和水構(gòu)成的正極材料，加壓成形成圓筒狀制成正極，將該正極插入單三號堿性干電池用的封裝殼中。接著，從封裝殼的開口端在高度方向3.7mm位置施加溝紋。這是為了以后插入封口體時在溝紋位置支撐封口體，使其不能擠入到溝紋位置里面去。進而，在封裝殼的內(nèi)側(cè)，從開口端直到高度方向3.7mm的部分，以封裝殼與封口體之間粘合性良好作為目的，涂布瀝青。其次，將卷成杯狀的隔板裝填到先前的圓筒狀正極的內(nèi)側(cè)，使其浸漬電解液后，把糊狀的負極填入隔板內(nèi)部。
關(guān)于負極端子板，作為本發(fā)明實施例的電池用，分別使用凸緣面平坦部與端子面的交角為8度的(實施例8)和4度的(實施例9)，作為比較例的電池用分別使用凸緣面平坦部與端子面的交角為2度的(比較例7)和0度的(比較例8)。該角度規(guī)定凸緣面平坦部與端子面的交角增大方向為正(參照圖4)。前面圖4中所示的負極端子板是實施例8中使用的，圖11就是比較例8中使用的負極端子板。兩幅圖4、圖11中所示的負極端子板(金屬板)7、307，周圍平均曲率半徑為0.6mm并設(shè)有180度的彎曲部78b、378b，而且這是采用加工硬化增加負極端子板的強度，增加鉚接部分強度的辦法，如沒有該彎曲部78b、378b，負極端子板擠壓封口體樹脂的力就削弱，是內(nèi)部強堿電解液變成容易漏出外部的原因。
這些負極端子板都由沖切、壓力加工厚度0.4mm鍍鎳鋼板制成。將負極集電棒與該負極端子板點焊，并安裝到尼龍6，6(6，6尼龍)制造的封口體中，將其安裝到先前充填了正極和負極的封裝殼以后，從封裝殼的開口端外側(cè)，用旋壓方式采用鉚接的辦法，按照各個實施例和每個比較例，制成如圖1所示的單三號堿性干電池，各自100個。
另外，關(guān)于本發(fā)明實施例和比較例，任何負極端子板也都采用電鍍鋼板，而這是因為它是加工容易、耐蝕性好、廉價的材料。國內(nèi)出售的堿性干電池全部使用這種電鍍鋼板。并且，之所以這種鋼板的厚度為0.4mm，是由于鋼板厚度一厚，模具的磨損又嚴重，鋼材的消耗量又大，成本上也不利。
象以上一樣，對制成的電池用透過X射線進行攝影，研討封口前后負極端子板升高還是降低，并且測定高度，求出高度最大值與最小值之差。將結(jié)果表示在表3里。
如表3所示，由于在端子面與凸緣面平坦部設(shè)置4度以上的傾斜，封口后的負極端子板變形使其全都比原來的高度高。其結(jié)果是，電池的高度偏差與比較例比較可以受到格外抑制。端子面與凸緣面平坦部的交角如果大于4度，封口后負極端子板的高度升高更一致，然而該交角過大時，負極端子板的高度將增大，設(shè)計的自由度減少，因而20度以下是理想的。
《實施例10》為了確認本發(fā)明樹脂制封口體的效果，對單三號堿性干電池中使用的樹脂制封口體進行了以下的試驗。本試驗中，作為實施例10，采用如圖12所示的6，6尼龍制造的封口體，作為比較例9采用圖13中所示的6，6尼龍制造的封口體。兩幅圖中記載的壁厚尺寸單位都是mm。
1、試驗中所用的分析裝置使用3DCAD Pro-Engineer和構(gòu)造分析軟性Pro-Mechanica(日本パラメトリックテクノロヅ一公司制造)。
2、實施條件坐標軸采用r(封口體的半徑方向)、θ(封口體的圓周方向)、z(凸起部的軸方向)的極坐標。
(1)約束條件(參照圖14)①考慮壓入負極端子棒，在r方向使封口體凸起部的內(nèi)徑強制位移0.05mm。
②考慮旋壓封口時的橫夾緊，在r方向使封口體的外徑強制位移0.05mm。
③封口體凸起部上面規(guī)定為z方向固定、r方向、θ方向自由。
④與負極端子板的接觸部分表面規(guī)定為z方向固定、r方向、θ方向自由。
(2)負荷條件向封口體下面，用6.5MPa、7.0MPa、7.5MPa全面擠壓。
(3)溫度條件在常溫(23℃)和高溫(150℃)下分別進行測定。
(4)尺寸參數(shù)按照圖14中所示的D部臺階高度差尺寸(第1壁厚部分的壁厚)，分別準備0.25mm、0.35mm、0.45mm，探討哪一種是最佳形狀。
3、測定和結(jié)果電池內(nèi)壓上升，研討連接部的薄壁部分剛破裂前的位移和應(yīng)力分布。其結(jié)果，可以知道如下。
(1)考慮旋壓封口情況的橫夾緊時的位移、應(yīng)力分布①位移在實施例10和比較例9的哪種封口體中，最大位移也發(fā)生在連接部中的外周部一側(cè)。
②應(yīng)力實施例10的封口體中，在設(shè)置于連接部的外周側(cè)的根部分的應(yīng)力吸收部發(fā)生應(yīng)力集中，而在連接部沒有觀察到顯著的應(yīng)力分布。于此相反，在比較例9的封口體中相反沒有顯著應(yīng)力集中，連接部整體受到應(yīng)力，觀察到了連接部整體變形，并且，已經(jīng)確認，沒有設(shè)置應(yīng)力吸收部的比較例9的封口體，應(yīng)力集中于連接部的凸起部側(cè)的根部分上設(shè)置的防爆用的薄壁部。
(2)在常溫(23℃)下內(nèi)壓6.5MPa作用時的位移、應(yīng)力分布①位移實施例10的封口體中，從連接部中央起進而在凸起部側(cè)發(fā)生最大位移0.24mm，比較例9的封口體中，在連接部的大致中央發(fā)生最大位移0.48mm。
②應(yīng)力實施例10和比較例9的8最大應(yīng)力也都發(fā)生在連接部中的防爆用的薄壁部。在比較例9的封口體中，也有應(yīng)力分散在設(shè)置于連接部上面的肋根部分的傾向。
(3)在高溫(150℃)下內(nèi)壓6.5MPa作用時的位移、應(yīng)力分布①位移與常溫時同樣，實施例10的封口體中，從連接部中央起進而在凸起部側(cè)發(fā)生最大位移0.91mm，比較例9的封口體中，在連接部的大致中央發(fā)生最大位移1.90mm。
②應(yīng)力實施例10和比較例9的8最大應(yīng)力也都發(fā)生在連接部中的防爆用的薄壁部。比較例9的封口體中，在設(shè)于連接部上面的肋根部分也分散應(yīng)力，進而有縮頸形狀的變形傾向。
(4)內(nèi)壓上升(安全閥動作壓力增加)與連接部最大位移的關(guān)系比較例9的封口體中，在安全閥動作壓力最大6.5MPa下，高溫時連接部最大位移為1.9mm。于此相反，實施例10的封口體中，即使把內(nèi)壓(安全閥動作壓力)一直增加到7.5MPa，連接部最大位移也是1.13mm，即便高溫時也確認，也可以避免并防止與負極端子板接觸。
(5)第1壁厚部分的壁厚與位移的關(guān)系就是取決于內(nèi)壓(最大安全閥動作壓力)的設(shè)定，然而為了防止高溫時與負極端子板接觸，為了設(shè)定連接部的最大位移為1.2mm以下，可以確認需要把第1壁厚部分的壁厚設(shè)定0.45mm。
4、評價根據(jù)以上的結(jié)果，可作如下的評價。
(1) 關(guān)于考慮旋壓封口情況的橫拉夾緊時的位移與應(yīng)力分布實施例10的封口體中，在連接部設(shè)置吸收橫拉夾緊產(chǎn)生的應(yīng)力的應(yīng)力吸收部，因而可以減輕防爆用的薄壁部的負擔。
(2)關(guān)于內(nèi)壓6.5MPa作用時的位移與應(yīng)力分布在常溫時(23℃)，實施例10和比較例9的哪種封口體的安全閥也是可動作的位移量(封口體的連接部接觸負極端子板之前的位移量為1.2mm)?？墒牵诟邷貢r(150℃)，比較例9的封口體中，連接部的最大位移量為1.9mm，安全閥動作前封口體接觸負極端子板。并且，可以認為，從連接部的縮頸形狀，由于連接部的壁厚薄而發(fā)生正伸。根據(jù)這幾個方面可以認為，高溫時安全閥不動作，封口體變成圓頂狀。于此相反，實施例10的封口體中，連接部的最大位移量為0.91mm，在封口體接觸負極端子板之前，可以斷定安全閥進行動作。
(3)關(guān)于過放電放置時的封口體陷落破裂作為過放電放置時的封口體陷落破裂的主要原因，可以舉出封口體連接部的薄壁與隨薄壁而來的連接部變形量大這一點，然而根據(jù)上述試驗結(jié)果，與比較例9比較，倘采用使連接部厚壁化的實施例10的封口體，就可以使連接部的變形量減少。并且，關(guān)于連接部的內(nèi)部應(yīng)力，對實施例10的封口體與比較例9的封口體進行比較的話，可以把實施例10的封口體中內(nèi)部應(yīng)力抑制到比較例9封口體的約60％的內(nèi)部應(yīng)力。所以，在實施例10的封口體中，由于這樣的連接部內(nèi)部應(yīng)力的降低，也可以消除過放電放置時的封口體破裂。
(4)關(guān)于安全閥動作壓力的改善和封口體的形狀可以認為上述試驗中封口體連接部的位移與應(yīng)力分布主要取決于連接部的壁厚，把D部臺階高度差(第1壁厚部分的壁厚)作為參數(shù)進行分析。可認為封口體連接部進程負極端子板接觸前的位移量為1.2mm時，按安全閥動作壓力最大為6.5MPa的現(xiàn)有封口體(比較例9)的規(guī)格，可將D部臺階高度差一直減薄到0.35mm，但是
權(quán)利要求
1.一種堿性干電池，在有底圓筒狀的封裝殼內(nèi)部，收容正極和負極、其間配置的隔板、及電解液，在封裝殼的開口端部內(nèi)安裝有樹脂制封口體和從內(nèi)周支承它的支承部件，并采用以封裝殼和支承部件緊固樹脂制封口體的辦法，使封裝殼的開口端部封口，其特征是，作為上述支承部件，使用1片兼任負極端子板的金屬板；該金屬板具有中央部分形成凸狀的端子面，從垂直貫穿該端子面的方向來看，形成包圍端子面的外周部的凸緣面；在凸緣面的內(nèi)周一側(cè)設(shè)置平坦部；以及該凸緣面平坦部與上述端子面不平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性干電池，其特征是金屬板的端子面與凸緣面平坦部之間的夾角為4度以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿性干電池，其特征是在金屬板的外周部，在凸緣面平坦部的外周側(cè)遍及的整個周緣，作為在與封裝殼之間挾持樹脂制封口體的部分，在通過該金屬板的中心沿厚度方向?qū)⑵淝袛鄷r的剖面，設(shè)置平均曲率半徑為1mm以下的彎曲部。
全文摘要
一種堿性干電池，在有底圓筒狀的封裝殼內(nèi)部，收容正極和負極、其間配置的隔板、及電解液，在封裝殼的開口端部內(nèi)安裝有樹脂制封口體和從內(nèi)周支承它的支承部件，并采用以封裝殼和支承部件緊固樹脂制封口體的辦法，使封裝殼的開口端部封口。其中，作為上述支承部件，使用1片兼任負極端子板的金屬板；該金屬板具有中央部分形成凸狀的端子面，從垂直貫穿該端子面的方向來看，形成包圍端子面的外周部的凸緣面；在凸緣面的內(nèi)周一側(cè)設(shè)置平坦部；以及該凸緣面平坦部與上述端子面不平行。
文檔編號H01M2/00GK101083314SQ20071010988
公開日2007年12月5日 申請日期2001年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者浦出誠, 立石昭一郎, 小出浩二, 巖本真一, 牛島三七十郎 申請人:日立馬庫塞魯株式會社