注液式電池
【課題】正極と負極との間の液絡が確実に抑制された高信頼性の注液式電池を提供する。
【解決手段】電解液８を封入したアンプル９、および積層された複数個の単セルを含む発電部６を備え、発電部に電解液が流入することにより活性化する注液式電池において、単セルを正極、負極および正極と負極との間においてアンプル側に空隙を形成して配されたセパレータで形成し、発電部を単セルの端面がアンプル側に向くように配し、正極および負極の少なくとも一方のアンプル側端面を絶縁層で被覆する。
【解決手段】電解液８を封入したアンプル９、および積層された複数個の単セルを含む発電部６を備え、発電部に電解液が流入することにより活性化する注液式電池において、単セルを正極、負極および正極と負極との間においてアンプル側に空隙を形成して配されたセパレータで形成し、発電部を単セルの端面がアンプル側に向くように配し、正極および負極の少なくとも一方のアンプル側端面を絶縁層で被覆する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注液式電池に関し、さらに詳しくは、注液式電池の発電部に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、注液式電池は、電解液を収容したアンプルを内蔵し、使用に際して前記アンプルを破壊し、電解液を発電部に供給することにより活性化する。例えば、飛翔体に搭載される場合、その発射に際して加えられる大きな加速度に起因する衝撃によってアンプルが破壊される。そして、同時に飛翔体が受ける回転運動によって遠心力が与えられ、電解液が発電部に流入して電池が活性化する（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
ここで、一般的な注液式電池の一例について説明する。
注液式電池は、一般的に外装ケースを有し、外装ケースの内部には、押さえ板と、スペーサと、それらの間に挟まれた発電部が収容されている。押さえ板、スペーサ、および発電部からなる積層体には、中央部に空洞部が設けられている。
発電部は、例えば、正極、セパレータおよび負極からなる複数の単セルが積層されたものを含む。発電部の中央部には、空洞部が設けられており、その空洞部には、電解液を封入したアンプルが配置される。アンプルは、例えば、アンプルの底面が単セルの積層方向と垂直となるように、空洞部内に配置される。空洞部の上部および下部には、電解液が外部へ漏れないように、例えば鉄板がそれぞれ配されている。
外装ケースの開口部は、電池蓋により封口される。電池蓋には、例えば、発電部の正極に接続される正極端子ピンおよび負極に接続される負極端子ピンを設けられている。
【０００４】
外装ケースと、スペーサおよび発電部との隙間には、正極端子ピンおよび負極端子ピンを、発電部の正極に接続する正極リード線および負極に接続する負極リード線が配されている。そして、外装ケースと、押さえ板、スペーサおよび発電部との隙間、ならびにスペーサの上部に樹脂が充填されている。よって、正極リード線および負極リード線、ならびに空洞部の上部に配された鉄板は樹脂で埋め込まれている
【０００５】
例えば、単セルの積層方向に電池に衝撃を加えると、アンプルは空洞部の底部に衝突して破壊される。そして、電池に旋回力が与えられると、アンプルの破壊により外部に飛散した電解液は、遠心力によりアンプルの周囲に配された発電部に流入し、電池が活性化する。
しかし、アンプルの破片が遠心力により発電部へ飛散し、正極および負極を含む発電部の空洞部側の表面に付着することがある。この時に余剰の電解液が破片に残留すると、正負極間で液絡を生じる可能性がある。
【特許文献１】特開２００４−３１９１７６公報
【特許文献２】特開２００３−６８３１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３７３６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、電解液が残留したアンプルの破片が、正極および負極を含む発電部表面に付着しても、正負極間の液絡が確実に抑制される高信頼性の注液式電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の注液式電池は、
電解液を封入したアンプル、および積層された複数個の単セルを含む発電部を備え、前記発電部に前記電解液が流入することにより活性化する注液式電池であって、前記単セルは、前記単セルの積層方向と略平行な方向に積層された正極、セパレータおよび負極を含み、前記発電部は、前記積層方向に略垂直な方向における端面を有し、前記端面は、前記前記アンプルに対向しており、かつ前記端面において前記正極または前記負極の少なくとも一方が絶縁層で被覆されていること、を特徴とする。つまり、本発明においては、発電部は、アンプルに対向する端面を有し、かつ前記端面に露出する前記正極の端または前記負極の端の少なくとも一方が絶縁層で被覆されている。
なお、「略平行な方向」とは、所定の方向に平行な方向であってもよいし、その平行な方向から多少ずれている方向であってもよい。同様に、「略垂直な方向」とは、所定の方向に垂直な方向であってもよいし、その垂直な方向から多少ずれている方向であってもよい。
【０００８】
前記端面において、前記正極および前記負極の全てが、絶縁層で被覆されていることが好ましい。つまり、前記発電部は、前記端面に露出する前記正極の端および前記負極の端の両方を被覆する絶縁層を有することが好ましい。
【０００９】
本発明の注液式電池の第１の好ましい態様は、前記発電部は、前記積層方向に沿って前記発電部の中央を貫通する空洞部を有し、前記アンプルは、前記空洞部に配されており、前記セパレータは、前記正極の外周縁部と前記負極の外周縁部との間に配されている。つまり、前記セパレータは、前記正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、前記負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配されている。
【００１０】
本発明の注液式電池の第２の好ましい態様は、前記アンプルを収納するアンプル収納部、前記発電部を収納する発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体を含み、前記アンプルおよび前記発電部は前記注液路を介して対向するように配されており、前記セパレータは、前記正極の左端縁部、右端縁部および下端縁部と前記負極の左端縁部、右端縁部および下端縁部との間に配されている。つまり、前記発電部に含まれる前記単セルにおいて、前記正極、前記セパレータおよび前記負極は、前記アンプル収納部から前記発電部収納部へ向かう方向とは略垂直方向に積層されており、前記セパレータは、前記正極の縁と前記負極の縁との間に、前記アンプル収納部と対向する前記正極の縁と前記負極の縁との間を除いて、配されている。
【００１１】
上記注液式電池において、絶縁層は、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、および石油アスファルトよりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。なかでも、絶縁層は、石油アスファルトを含むことがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
発電部を構成する各単セルにおける正極および負極の少なくとも一方のアンプル側端面がそれぞれ絶縁層で被覆されているため、電解液が残留したアンプルの破片が正極および負極を含む発電部表面に付着することにより生じる正負極間の液絡を確実に防ぐことができ、高信頼性の注液式電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の注液式電池の第１の好ましい態様として、衝撃が加えられると同時に旋回することにより電解液が発電部に流入するタイプ（旋回仕様）の注液式電池を、図１〜３を参照しながら説明する。なお、図１において、絶縁層は省略している。
本実施形態の注液式電池は、例えば、有底円筒状の外装ケース１を有する。前記外装ケース１は、例えば金属で構成される。外装ケース１の開口部は、端子ピン２ａおよび２ｂを設けた電池蓋３により封口されている。電池蓋３の構成材料としては、例えばフェノール樹脂が挙げられる。
【００１４】
外装ケース１の内部には、例えば金属製の押さえ板４と、例えばポリエチレン製のスペーサ５と、それらの間に挟まれた発電部６とからなる円筒状の積層体が収容されている。前記積層体の中央部には、押さえ板４と発電部６とスペーサ５の積層方向に沿って発電部６（すなわち積層体）を貫通するように、空洞部７が設けられている。空洞部７には、電解液８が封入された円筒状のアンプル９が配置されている。電解液８としては、例えば、過塩素酸水溶液が挙げられる。
【００１５】
発電部６は、図１に示す矢印の方向に略平行な方向において、中央部に開口を有する円盤状の複数の極板２５と複数のセパレータ２４とを交互に積層することにより構成された複数の単セル２６からなる。発電部６の空洞部７は、複数の極板２５が積層されたときに、各極板２５の有する開口によって形成される。
【００１６】
ここで、図２は本発明の一実施形態に係る注液式電池に含まれる発電部６の上面図であり、図３は、図２におけるＸ−Ｘ方向の要部断面図である。
発電部６を構成する単セル２６は、例えば二酸化鉛からなる正極２３と、例えば鉛からなる負極２１と、正極２３および負極２１の間に空隙を形成して配されるセパレータ２４とからなる。単セル２６間には導電性を有する基板２２が配され、この基板２２により各単セル２６は直列に接続されている。したがって、極板２５を構成する負極２１、基板２２および正極２３も、中央部に開口を有する円盤状である。
この発電部６を作製する際には、例えば、ニッケル等からなる基板２２の一方の面を二酸化鉛で被覆して正極２３を形成し、基板２２の他方の面を鉛で被覆して負極２１を形成して得られる極板２５を用いることができる。
【００１７】
上記のように、押さえ板４とスペーサ５と発電部６とからなる円柱状の積層体の中央部には、空洞部７が設けられている。図１において、発電部６は、空洞部７に収納されたアンプルに対向する端面を有する。前記端面は、正極２３、セパレータ２４、および負極２１の積層方向に略垂直な方向に位置する。つまり、前記端面の法線方向と、正極２３、セパレータ２４、および負極２１の積層方向とは、略垂直となっている。
また、前記端面には、正極の厚さ方向に略平行な端面および負極の厚さ方向に略平行な端面が露出している。
【００１８】
リング状のセパレータ２４は、正極２３の外周縁部と負極２１の外周縁部との間に配される。つまり、前記セパレータは、前記正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、前記負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配されている。
図３に示されるように、これら正極２３、負極２１およびセパレータ２４により、電解液が流入する凹部２８が形成されている。そして、発電部６は、単セルの積層方向に略垂直な方向における発電部６（各単セル２６）の内側の端面がアンプル９に対向するように配されている。すなわち、各単セル２６の凹部２８の開口部が空洞部７側に向くように、発電部６が配されている。
【００１９】
発電部６のアンプルに対向する端面、つまり極板２５の空洞部７側（アンプル９側）の端面には、当該端面全体を覆う絶縁層２７が設けられている。すなわち、各極板２５における正極２３、負極２１、および基板２２の空洞部７側の端面が、それぞれ絶縁層２７で覆われている。これにより、アンプル９の破片が正極２３および負極２１を含む発電部６の内周面に付着し、そこに余剰の電解液が残留することにより生じる正極２３と負極２１間の液絡（単セル２６間の短絡）を確実に防止することができる。なお、絶縁層２７は連続膜状であるのが好ましい。
【００２０】
絶縁層２７を構成する材料は、正極と負極との液絡を防止することができれば、特に限定されない。例えば、絶縁層２７は、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、および石油アスファルトよりなる群から選択される少なくとも１種から構成することができる。
【００２１】
なかでも、絶縁層２７は、石油アスファルトを含むことが好ましい。例えば、このような絶縁層は、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブテンと、キシレンとの混合物から構成することができる。
【００２２】
前記混合物の粘度は０．５〜５Ｐａ・ｓとすることが好ましい。このような混合物を用いることにより、塗布の量のバラツキが少なく、均一かつ安定な塗布状態を保つことができる。なお、前記混合物の粘度は、例えば、各成分の混合比を適宜調節することにより制御することができる。
【００２３】
絶縁層２７の厚さは、例えば、２００〜５００μｍである。絶縁層２７の厚さが２００μｍ未満でる場合、絶縁の効果が十分に得られない可能性がある。絶縁層２７の厚さが５００μｍより大きい場合、電解液の極板への流入が妨げられる可能性がある。よって、電池特性が低下することがある。
ここで、絶縁層２７の厚さとは、絶縁層２７が設けられた端面の法線方向における厚さである。
【００２４】
絶縁層２７は、例えば、発電部６を構成する前に、極板２５の端面に絶縁剤として塩化ビニル系接着剤またはシリコーン系接着剤を塗布することにより形成することができる。このときの塗布量は、例えば１．９５〜２．０５ｍｌ／ｍｍ2である。
【００２５】
極板２５の厚さは、例えば、０．１３〜０．１７ｍｍである。
セパレータ２４の厚さ（即ち、正極２３と負極２１との距離）は、例えば０．１〜０．５ｍｍである。
【００２６】
空洞部７の上部および下部には、電解液８が外部へ漏れないように鉄板１０ａおよび１０ｂが配されている。外装ケース１とスペーサ５および発電部６との隙間には、端子ピン２ａおよび２ｂと発電部６とを接続するリード線１１ａおよび１１ｂが配されている。そして、外装ケース１と、押さえ板４、スペーサ５、および発電部６とのそれぞれの隙間、ならびにスペーサ５の上部に、樹脂１２が充填されている。よって、リード線１１ａおよび１１ｂ、ならびに空洞部７の上部に配された鉄板１０ａは、樹脂１２で埋め込まれる構成となっている。また、樹脂１２は外装ケース１を封口するための電池蓋３を接着する役割も兼ねている。スペーサ５には、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル樹脂、またはフッ素樹脂が用いられる。
【００２７】
以下、本実施の形態の注液式電池の動作について説明する。図１の矢印の方向に電池に対して発射衝撃を加えると、アンプル９は空洞部７の底部に衝突して破壊される。そして、電池に旋回力が与えられると、アンプル９の破壊により外部に飛散した電解液８は、遠心力によりアンプル９の周囲に配された発電部６の凹部２８に速やかに流入する。これにより、電池が活性化して、電圧が生じる。
【００２８】
このとき、電解液が残留したアンプル９の破片が正極２３および負極２１を含む発電部６の内周面に付着しても、正極２３および負極２１の端面が絶縁層２７で覆われているため、正極２３と負極２１間の液絡を確実に防止することができる。
本実施の形態では、各極板２５の空洞部７側の端面全体に絶縁層２７が設けられているが、絶縁層２７は、各極板２５の空洞部７側の端面に露出した正極２３の端および負極２１の端よりなる群から選択される少なくとも一方に設けられていればよい。
【００２９】
（実施の形態２）
本発明の注液式電池の第２の好ましい形態として、発射時の衝撃のみで電解液が発電部に流入するタイプ（無旋回仕様）の注液式電池を以下に説明する。図４は、本発明の別の実施形態に係る注液式電池を概略的に示す縦断面図であり、図５は、図４の注液式電池の５−５線における縦断面図である。なお、図４および５において、絶縁層は示していない。
本実施形態の注液式電池は、電解液を封入したアンプル３１と、積層された複数個の単セルを含む発電部３２と、構造体３４とを、備える。構造体３４は、アンプル３１を収納するアンプル収納部３１ａ、発電部３２を収納する発電部収納部３２ａ、ならびにアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａを連絡する注液路３８および排気路３９を有する。アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとは、注液路３８で連通しているとともに注液路３８を介して対向する位置に配されている。
【００３０】
構造体３４は例えばステンレス鋼製であり、有底円筒形のステンレス鋼製ケース３６内に収納されている。そして、構造体３４は、上記のアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａに加えて、排気路３９の一部を形成する排気孔３９ａ、およびアンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを隔離するアンプル破壊機構３５を設置するための空間部３５ａを有する。
【００３１】
アンプル破壊機構３５は、例えばステンレス鋼製であり、アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを連絡する注液路３８、および排気路３９の一部を形成する排気孔３９ｂ、およびアンプル収納部３１ａ側に設けられた突起部３７を有する。排気路３９は、排気孔３９ａおよび３９ｂにより形成されており、突起部３７は、アンプル３１を破壊するためのものである。
【００３２】
アンプル収納部３１ａには、例えば、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル３１が設置されている。発電部収納部３２ａには、コの字状のセパレータ５４と四角形状の極板５５とを、図４に示す矢印Ｘの方向に垂直な方向（つまり、図５における矢印Ｚの方向）において、交互に積層することにより構成された単セル複数個からなる発電部３２が配されている。
【００３３】
ここで、図６は、図４および５に示す発電部３２の拡大断面図であり、図７は、図４および５に示す発電部３２の斜視図である。発電部３２を構成する単セル５６は、上記実施の形態１と同様に、例えば二酸化鉛からなる正極５３と、例えば鉛からなる負極５１と、正極５３および負極５１の間に空隙を形成して配されるセパレータ５４とを含む。単セル５６間には、導電性を有する基板５２が配され、この基板５２により各単セル５６は直列に接続されている。発電部３２を作製する際には、例えば、ニッケル等からなる基板５２の一方の面を二酸化鉛で被覆して正極５３を形成し、基板５２の他方の面を鉛で被覆して負極５１を形成して得られる極板５５を用いることができる。
【００３４】
そして、コの字状のセパレータ５４は、正極５３の左端縁部、右端縁部および下端縁部と、負極５１の左端縁部、右端縁部および下端縁部とのそれぞれの間に配されている。つまり、セパレータは、正極の縁と負極の縁との間に、アンプル収納部と対向する正極の縁と負極の縁との間を除いて、配されている。このように配置された正極５３、負極５１、およびセパレータ５４により、電解液が流入する凹部５８が形成されている。発電部３２は、単セル５６の積層方向に略垂直な方向における各単セル５６の端面が上方（アンプル３１側）に向くように、すなわち各単セル５６の凹部５８の開口部が注液路３８側に向くように配されている。アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとが注液路３８によって連通しているとともに、アンプル３１および発電部３２は注液路３８を介して図４に示す矢印Ｘの方向において対向するように直線状に配されている。
【００３５】
図６に示されるように、各極板５５の注液路３８側（アンプル３１側）の端面全体が絶縁層５７で覆われている。すなわち、単セルの積層方向に垂直方向に位置し、アンプル３１に対向する発電部３２の端面（本実施形態においては、単セルの積層方向に平行な発電部３２の端面）には、極板５５の端が露出しており、各極板５５における正極５３、負極５１、および基板５２の注液路３８側端面全体が、それぞれ絶縁層５７で覆われている。これにより、アンプル３１の破片が正極５３および負極５１を含む発電部３２の端面に付着し、そこに余剰の電解液が残留することにより生じる正極５３と負極５１間の液絡（単セル５６間の短絡）を確実に防止することができる。
【００３６】
絶縁層５７の厚さは、例えば、２００〜５００μｍである。絶縁層５７には、実施の形態１と同様のものを用いることができる。また、実施の形態１と同様の方法により絶縁層を形成するこができる。
【００３７】
極板５５の厚さ寸法は、例えば、０．１３〜０．１７ｍｍである。
極板５５の大きさが上記範囲の場合、セパレータ５４の厚さ（即ち、正極５３と負極５１との距離）は、例えば０．１〜０．５ｍｍであればよい。正極５３および負極５１の左右端縁部に対応する部分の高さ寸法は極板５５の縦の寸法と同じであり、正極５３および負極の下端縁部に対応する部分の幅寸法は極板５５の横の寸法と同じである。
【００３８】
アンプル破壊機構３５には、突起部３７の周囲に等間隔に例えば４つの注液路３８が設けられている。本実施の形態では、図４および５に示すように突起部３７の周囲に等間隔に４つの注液路３８を設けたが、注液式電池に必要な性能が発揮されるのであれば、注液路の形状や数は特に限定されない。各単セル５６に同時かつ均等に電解液を流入させるために、複数の注液路を、各単セル５６の上方に、各凹部５８の開口部と対向するように設けてもよい。また、注液路の形状としては、注液路の入口を一つとし、内部で分岐させて複数の流路を形成し、出口を複数としてもよい。
【００３９】
図４および５に示されるように、アンプル収納部３１ａの上部および発電部収納部３２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋４０がそれぞれ配されている。図５に示されるように、構造体３４とケース３６との間には、出力端子４１ａおよび４１ｂと発電部３２とを接続する一対のリード線４２ａおよび４２ｂが配されている。そして、ケース３６およびアンプル収納部３１ａの上部には、ポリエチレンなどの樹脂４３が充填され、これによりケース３６が封口される。
【００４０】
以下、本実施の形態の注液式電池の動作について説明する。図４に示す矢印Ｙの方向に発射衝撃による力が加わると、アンプル３１はアンプル破壊機構３５に設けられた突起部３７に衝突し、アンプル３１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル３１と発電部３２と注液路３８が一直線状に配置されているため、無旋回であるが発射衝撃により、電解液は注液路３８を通り、発電部３２の凹部５８内へ流入する（図４中の矢印Ｘの方向）。これにより、電池が活性化して、電圧を生じる。
【００４１】
このとき、電解液が残留したアンプル３１の破片が正極５３および負極５１を含む発電部３２の端面に付着しても、正極５３および負極５１の端面が絶縁層５７で覆われているため、正極５３と負極５１との間の液絡（単セル５６間の短絡）を確実に防止することができる。また、電池内部は密閉されているため、発電部収納部３２ａ内に流入した電解液の体積分の空気が、排気路３９を通り、アンプル収納部３１ａへ排気される。これにより、電解液がすばやく発電部３２へ流入することができるため、電池を迅速に活性化させることができる。
【００４２】
本実施の形態では、アンプル破壊機構３５は、アンプル収納部３１ａ側にアンプル３１を破壊するための突起部３７を有するが、アンプル破壊機構３５に突起部３７を設けなくても、発射衝撃により受ける力のみで、アンプル３１をアンプル破壊機構３５の上面に衝突させてアンプル３１を破壊することが可能である。また、本実施の形態では、各極板５５の注液路３８側端面の全体に絶縁層５７が形成されているが、絶縁層５７は、各極板５５の注液路３８側端面に露出した正極５３の端および負極５１の端よりなる群から選択される少なくとも一方に設けられていればよい。
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００４３】
《実施例１》
本実施例においては、上述した図１〜３に示す構造を有する実施の形態１に係る注液式電池を作製した。極板２５としては、ニッケル基板２２の一方の面に鉛粉を活物質とする負極２１を配し、他方の面に二酸化鉛を活物質とする正極２３を配したものを用いた。なお、極板２５の厚さは０．１５ｍｍとした。
そして、極板２５の内周側端面全体（すなわち、負極２１、正極２３および基板２２のうちのアンプル９に対向する端面全体）にそれぞれ絶縁剤として塩化ビニル系接着剤を塗布し、絶縁層２７を形成した。このとき、絶縁剤の塗布量は２．０ｍｌ／ｍｍ2であった。電解液８には、過塩素酸水溶液を用いた。
【００４４】
上記で得られた極板２５と、セルロース製のセパレータ２４（厚さ（正極２３と負極２１との間の距離）０．２５ｍｍ）とを交互に積層して、図３に示されるような発電部６を構成した。このとき、極板２５は８枚用い、これらの極板２５は、所定の極板２５の正極と、別の極板２５の負極とが対向するように配置した。前記セパレータは、正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配した。
【００４５】
《実施例２》
各極板２５において、それぞれ正極の内周側端面に塩化ビニル系接着剤を塗布して絶縁層を形成した。すなわち、負極および基板の端面には絶縁層を形成しなかった。この正極を含む発電部を用いた以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４６】
《実施例３》
極板２５の内周側端面全体に、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブテンと、キシレンとを含む絶縁剤を塗布して、絶縁層２７を形成した。前記絶縁剤の粘度は２Ｐａ・ｓであり、その塗布量は２．０ｍｌ／ｍｍ2とした。前記以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
ここで、用いた石油アスファルトは、平均分子量が数万〜数十万の多分散性の高分子化合物を含んだ。また、−（Ｃ4Ｈ8）n−で表され、平均分子量が３００〜３，０００の範囲にあるポリブテンを用いた。
【００４７】
《実施例４》
各極板２５において、それぞれ正極の内周側端面に、実施例３で用いた絶縁剤を塗布して絶縁層２７を形成した。すなわち、負極および基板の端面には絶縁層２７を形成しなかった。この正極を含む発電部を用いた以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４８】
《比較例１》
極板の端面に接着剤を塗布しない以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４９】
上記で作製した実施例１〜４の電池、ならびに比較例１の電池について、以下のような電圧の立ち上がり特性の評価を行った。
常温にて、図１中に示す矢印の方向から衝撃を加えてアンプルを破壊するとともに電池を旋回数２５０００ｒｐｍで旋回させた。そして、アンプルに封入されていた電解液が発電部に流入することにより発生した電圧の立ち上がり時間を調べた。このときの負荷電流は５０ｍＡとし、各電池の試験数は５０個とした。そして、上記で得られた電圧の立ち上がり挙動および電池分解後の極板の調査より、液絡の発生した電池の数を調べた。
結果を表１に示す。なお、表１中の電圧の立ち上がり時間は、アンプルが破壊されてから電圧が４Ｖに到達するまでの時間とした。
【００５０】
【表１】
【００５１】
正極の端面が絶縁層で被覆された実施例２の注液式電池は、極板の端面が絶縁層で覆われていない比較例１の注液式電池よりも、電圧の立ち上がりが早く、液絡の発生が抑制された。極板の端面全体が絶縁層で被覆された実施例１の注液式電池では、実施例２の電池よりもさらに優れた電圧立ち上がり特性が得られ、いずれの電池も液絡しなかった。
【００５２】
さらに、極板の端面全体が、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブデンと、キシレンとを含む絶縁剤で被覆された実施例３の注液式電池、ならびに正極の端面が、前記絶縁剤で被覆された実施例４の注液式電池では、実施例１の電池よりもさらに優れた電圧立ち上がり特性が得られた。さらに、実施例３および４の電池は、液絡も生じなかった。
【００５３】
なお、実施例１〜４では、旋回仕様の注液式電池を作製したが、無旋回仕様の注液式電池でも、実施例１〜４の場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の注液式電池は高信頼性を有し、飛翔体に搭載する電源として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１の注液式電池を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の注液式電池における発電部の上面図である。
【図３】図２の発電部のＸ−Ｘ方向における要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の注液式電池を概略的に示す縦断面図である。
【図５】図４の注液式電池の５−５線における縦断面図である。
【図６】図４の発電部の拡大断面図である。
【図７】図４の発電部の斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 外装ケース
２ａ、２ｂ 端子ピン
３ 電池蓋
４、１４ 押さえ板
５ スペーサ
６ 発電部
７ 空洞部
８ 電解液
９ アンプル
１０ａ、１０ｂ 鉄板
１１ａ、１１ｂ リード線
１２ 樹脂
１３ 網状包装体
２１ 負極
２２ 基板
２３ 正極
２４ セパレータ
２５ 極板
２６ 単セル
２７ 絶縁層
２８ 凹部
３１ アンプル
３２ 発電部
３４ 構造体
３５ アンプル破壊機構
３６ ケース
３７ 突起部
３８ 注液路
３９ 排気路
３９ａ、３９ｂ 排気孔
４０ 仮蓋
４１ａ、４１ｂ 出力端子
４２ａ、４２ｂ リード線
４３ 樹脂
５１ 負極
５２ 基板
５３ 正極
５４ セパレータ
５５ 極板
５６ 単セル
５７ 絶縁層
５８ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注液式電池に関し、さらに詳しくは、注液式電池の発電部に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、注液式電池は、電解液を収容したアンプルを内蔵し、使用に際して前記アンプルを破壊し、電解液を発電部に供給することにより活性化する。例えば、飛翔体に搭載される場合、その発射に際して加えられる大きな加速度に起因する衝撃によってアンプルが破壊される。そして、同時に飛翔体が受ける回転運動によって遠心力が与えられ、電解液が発電部に流入して電池が活性化する（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
ここで、一般的な注液式電池の一例について説明する。
注液式電池は、一般的に外装ケースを有し、外装ケースの内部には、押さえ板と、スペーサと、それらの間に挟まれた発電部が収容されている。押さえ板、スペーサ、および発電部からなる積層体には、中央部に空洞部が設けられている。
発電部は、例えば、正極、セパレータおよび負極からなる複数の単セルが積層されたものを含む。発電部の中央部には、空洞部が設けられており、その空洞部には、電解液を封入したアンプルが配置される。アンプルは、例えば、アンプルの底面が単セルの積層方向と垂直となるように、空洞部内に配置される。空洞部の上部および下部には、電解液が外部へ漏れないように、例えば鉄板がそれぞれ配されている。
外装ケースの開口部は、電池蓋により封口される。電池蓋には、例えば、発電部の正極に接続される正極端子ピンおよび負極に接続される負極端子ピンを設けられている。
【０００４】
外装ケースと、スペーサおよび発電部との隙間には、正極端子ピンおよび負極端子ピンを、発電部の正極に接続する正極リード線および負極に接続する負極リード線が配されている。そして、外装ケースと、押さえ板、スペーサおよび発電部との隙間、ならびにスペーサの上部に樹脂が充填されている。よって、正極リード線および負極リード線、ならびに空洞部の上部に配された鉄板は樹脂で埋め込まれている
【０００５】
例えば、単セルの積層方向に電池に衝撃を加えると、アンプルは空洞部の底部に衝突して破壊される。そして、電池に旋回力が与えられると、アンプルの破壊により外部に飛散した電解液は、遠心力によりアンプルの周囲に配された発電部に流入し、電池が活性化する。
しかし、アンプルの破片が遠心力により発電部へ飛散し、正極および負極を含む発電部の空洞部側の表面に付着することがある。この時に余剰の電解液が破片に残留すると、正負極間で液絡を生じる可能性がある。
【特許文献１】特開２００４−３１９１７６公報
【特許文献２】特開２００３−６８３１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３７３６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、電解液が残留したアンプルの破片が、正極および負極を含む発電部表面に付着しても、正負極間の液絡が確実に抑制される高信頼性の注液式電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の注液式電池は、
電解液を封入したアンプル、および積層された複数個の単セルを含む発電部を備え、前記発電部に前記電解液が流入することにより活性化する注液式電池であって、前記単セルは、前記単セルの積層方向と略平行な方向に積層された正極、セパレータおよび負極を含み、前記発電部は、前記積層方向に略垂直な方向における端面を有し、前記端面は、前記前記アンプルに対向しており、かつ前記端面において前記正極または前記負極の少なくとも一方が絶縁層で被覆されていること、を特徴とする。つまり、本発明においては、発電部は、アンプルに対向する端面を有し、かつ前記端面に露出する前記正極の端または前記負極の端の少なくとも一方が絶縁層で被覆されている。
なお、「略平行な方向」とは、所定の方向に平行な方向であってもよいし、その平行な方向から多少ずれている方向であってもよい。同様に、「略垂直な方向」とは、所定の方向に垂直な方向であってもよいし、その垂直な方向から多少ずれている方向であってもよい。
【０００８】
前記端面において、前記正極および前記負極の全てが、絶縁層で被覆されていることが好ましい。つまり、前記発電部は、前記端面に露出する前記正極の端および前記負極の端の両方を被覆する絶縁層を有することが好ましい。
【０００９】
本発明の注液式電池の第１の好ましい態様は、前記発電部は、前記積層方向に沿って前記発電部の中央を貫通する空洞部を有し、前記アンプルは、前記空洞部に配されており、前記セパレータは、前記正極の外周縁部と前記負極の外周縁部との間に配されている。つまり、前記セパレータは、前記正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、前記負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配されている。
【００１０】
本発明の注液式電池の第２の好ましい態様は、前記アンプルを収納するアンプル収納部、前記発電部を収納する発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体を含み、前記アンプルおよび前記発電部は前記注液路を介して対向するように配されており、前記セパレータは、前記正極の左端縁部、右端縁部および下端縁部と前記負極の左端縁部、右端縁部および下端縁部との間に配されている。つまり、前記発電部に含まれる前記単セルにおいて、前記正極、前記セパレータおよび前記負極は、前記アンプル収納部から前記発電部収納部へ向かう方向とは略垂直方向に積層されており、前記セパレータは、前記正極の縁と前記負極の縁との間に、前記アンプル収納部と対向する前記正極の縁と前記負極の縁との間を除いて、配されている。
【００１１】
上記注液式電池において、絶縁層は、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、および石油アスファルトよりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。なかでも、絶縁層は、石油アスファルトを含むことがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
発電部を構成する各単セルにおける正極および負極の少なくとも一方のアンプル側端面がそれぞれ絶縁層で被覆されているため、電解液が残留したアンプルの破片が正極および負極を含む発電部表面に付着することにより生じる正負極間の液絡を確実に防ぐことができ、高信頼性の注液式電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の注液式電池の第１の好ましい態様として、衝撃が加えられると同時に旋回することにより電解液が発電部に流入するタイプ（旋回仕様）の注液式電池を、図１〜３を参照しながら説明する。なお、図１において、絶縁層は省略している。
本実施形態の注液式電池は、例えば、有底円筒状の外装ケース１を有する。前記外装ケース１は、例えば金属で構成される。外装ケース１の開口部は、端子ピン２ａおよび２ｂを設けた電池蓋３により封口されている。電池蓋３の構成材料としては、例えばフェノール樹脂が挙げられる。
【００１４】
外装ケース１の内部には、例えば金属製の押さえ板４と、例えばポリエチレン製のスペーサ５と、それらの間に挟まれた発電部６とからなる円筒状の積層体が収容されている。前記積層体の中央部には、押さえ板４と発電部６とスペーサ５の積層方向に沿って発電部６（すなわち積層体）を貫通するように、空洞部７が設けられている。空洞部７には、電解液８が封入された円筒状のアンプル９が配置されている。電解液８としては、例えば、過塩素酸水溶液が挙げられる。
【００１５】
発電部６は、図１に示す矢印の方向に略平行な方向において、中央部に開口を有する円盤状の複数の極板２５と複数のセパレータ２４とを交互に積層することにより構成された複数の単セル２６からなる。発電部６の空洞部７は、複数の極板２５が積層されたときに、各極板２５の有する開口によって形成される。
【００１６】
ここで、図２は本発明の一実施形態に係る注液式電池に含まれる発電部６の上面図であり、図３は、図２におけるＸ−Ｘ方向の要部断面図である。
発電部６を構成する単セル２６は、例えば二酸化鉛からなる正極２３と、例えば鉛からなる負極２１と、正極２３および負極２１の間に空隙を形成して配されるセパレータ２４とからなる。単セル２６間には導電性を有する基板２２が配され、この基板２２により各単セル２６は直列に接続されている。したがって、極板２５を構成する負極２１、基板２２および正極２３も、中央部に開口を有する円盤状である。
この発電部６を作製する際には、例えば、ニッケル等からなる基板２２の一方の面を二酸化鉛で被覆して正極２３を形成し、基板２２の他方の面を鉛で被覆して負極２１を形成して得られる極板２５を用いることができる。
【００１７】
上記のように、押さえ板４とスペーサ５と発電部６とからなる円柱状の積層体の中央部には、空洞部７が設けられている。図１において、発電部６は、空洞部７に収納されたアンプルに対向する端面を有する。前記端面は、正極２３、セパレータ２４、および負極２１の積層方向に略垂直な方向に位置する。つまり、前記端面の法線方向と、正極２３、セパレータ２４、および負極２１の積層方向とは、略垂直となっている。
また、前記端面には、正極の厚さ方向に略平行な端面および負極の厚さ方向に略平行な端面が露出している。
【００１８】
リング状のセパレータ２４は、正極２３の外周縁部と負極２１の外周縁部との間に配される。つまり、前記セパレータは、前記正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、前記負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配されている。
図３に示されるように、これら正極２３、負極２１およびセパレータ２４により、電解液が流入する凹部２８が形成されている。そして、発電部６は、単セルの積層方向に略垂直な方向における発電部６（各単セル２６）の内側の端面がアンプル９に対向するように配されている。すなわち、各単セル２６の凹部２８の開口部が空洞部７側に向くように、発電部６が配されている。
【００１９】
発電部６のアンプルに対向する端面、つまり極板２５の空洞部７側（アンプル９側）の端面には、当該端面全体を覆う絶縁層２７が設けられている。すなわち、各極板２５における正極２３、負極２１、および基板２２の空洞部７側の端面が、それぞれ絶縁層２７で覆われている。これにより、アンプル９の破片が正極２３および負極２１を含む発電部６の内周面に付着し、そこに余剰の電解液が残留することにより生じる正極２３と負極２１間の液絡（単セル２６間の短絡）を確実に防止することができる。なお、絶縁層２７は連続膜状であるのが好ましい。
【００２０】
絶縁層２７を構成する材料は、正極と負極との液絡を防止することができれば、特に限定されない。例えば、絶縁層２７は、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、および石油アスファルトよりなる群から選択される少なくとも１種から構成することができる。
【００２１】
なかでも、絶縁層２７は、石油アスファルトを含むことが好ましい。例えば、このような絶縁層は、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブテンと、キシレンとの混合物から構成することができる。
【００２２】
前記混合物の粘度は０．５〜５Ｐａ・ｓとすることが好ましい。このような混合物を用いることにより、塗布の量のバラツキが少なく、均一かつ安定な塗布状態を保つことができる。なお、前記混合物の粘度は、例えば、各成分の混合比を適宜調節することにより制御することができる。
【００２３】
絶縁層２７の厚さは、例えば、２００〜５００μｍである。絶縁層２７の厚さが２００μｍ未満でる場合、絶縁の効果が十分に得られない可能性がある。絶縁層２７の厚さが５００μｍより大きい場合、電解液の極板への流入が妨げられる可能性がある。よって、電池特性が低下することがある。
ここで、絶縁層２７の厚さとは、絶縁層２７が設けられた端面の法線方向における厚さである。
【００２４】
絶縁層２７は、例えば、発電部６を構成する前に、極板２５の端面に絶縁剤として塩化ビニル系接着剤またはシリコーン系接着剤を塗布することにより形成することができる。このときの塗布量は、例えば１．９５〜２．０５ｍｌ／ｍｍ2である。
【００２５】
極板２５の厚さは、例えば、０．１３〜０．１７ｍｍである。
セパレータ２４の厚さ（即ち、正極２３と負極２１との距離）は、例えば０．１〜０．５ｍｍである。
【００２６】
空洞部７の上部および下部には、電解液８が外部へ漏れないように鉄板１０ａおよび１０ｂが配されている。外装ケース１とスペーサ５および発電部６との隙間には、端子ピン２ａおよび２ｂと発電部６とを接続するリード線１１ａおよび１１ｂが配されている。そして、外装ケース１と、押さえ板４、スペーサ５、および発電部６とのそれぞれの隙間、ならびにスペーサ５の上部に、樹脂１２が充填されている。よって、リード線１１ａおよび１１ｂ、ならびに空洞部７の上部に配された鉄板１０ａは、樹脂１２で埋め込まれる構成となっている。また、樹脂１２は外装ケース１を封口するための電池蓋３を接着する役割も兼ねている。スペーサ５には、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル樹脂、またはフッ素樹脂が用いられる。
【００２７】
以下、本実施の形態の注液式電池の動作について説明する。図１の矢印の方向に電池に対して発射衝撃を加えると、アンプル９は空洞部７の底部に衝突して破壊される。そして、電池に旋回力が与えられると、アンプル９の破壊により外部に飛散した電解液８は、遠心力によりアンプル９の周囲に配された発電部６の凹部２８に速やかに流入する。これにより、電池が活性化して、電圧が生じる。
【００２８】
このとき、電解液が残留したアンプル９の破片が正極２３および負極２１を含む発電部６の内周面に付着しても、正極２３および負極２１の端面が絶縁層２７で覆われているため、正極２３と負極２１間の液絡を確実に防止することができる。
本実施の形態では、各極板２５の空洞部７側の端面全体に絶縁層２７が設けられているが、絶縁層２７は、各極板２５の空洞部７側の端面に露出した正極２３の端および負極２１の端よりなる群から選択される少なくとも一方に設けられていればよい。
【００２９】
（実施の形態２）
本発明の注液式電池の第２の好ましい形態として、発射時の衝撃のみで電解液が発電部に流入するタイプ（無旋回仕様）の注液式電池を以下に説明する。図４は、本発明の別の実施形態に係る注液式電池を概略的に示す縦断面図であり、図５は、図４の注液式電池の５−５線における縦断面図である。なお、図４および５において、絶縁層は示していない。
本実施形態の注液式電池は、電解液を封入したアンプル３１と、積層された複数個の単セルを含む発電部３２と、構造体３４とを、備える。構造体３４は、アンプル３１を収納するアンプル収納部３１ａ、発電部３２を収納する発電部収納部３２ａ、ならびにアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａを連絡する注液路３８および排気路３９を有する。アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとは、注液路３８で連通しているとともに注液路３８を介して対向する位置に配されている。
【００３０】
構造体３４は例えばステンレス鋼製であり、有底円筒形のステンレス鋼製ケース３６内に収納されている。そして、構造体３４は、上記のアンプル収納部３１ａおよび発電部収納部３２ａに加えて、排気路３９の一部を形成する排気孔３９ａ、およびアンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを隔離するアンプル破壊機構３５を設置するための空間部３５ａを有する。
【００３１】
アンプル破壊機構３５は、例えばステンレス鋼製であり、アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとを連絡する注液路３８、および排気路３９の一部を形成する排気孔３９ｂ、およびアンプル収納部３１ａ側に設けられた突起部３７を有する。排気路３９は、排気孔３９ａおよび３９ｂにより形成されており、突起部３７は、アンプル３１を破壊するためのものである。
【００３２】
アンプル収納部３１ａには、例えば、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル３１が設置されている。発電部収納部３２ａには、コの字状のセパレータ５４と四角形状の極板５５とを、図４に示す矢印Ｘの方向に垂直な方向（つまり、図５における矢印Ｚの方向）において、交互に積層することにより構成された単セル複数個からなる発電部３２が配されている。
【００３３】
ここで、図６は、図４および５に示す発電部３２の拡大断面図であり、図７は、図４および５に示す発電部３２の斜視図である。発電部３２を構成する単セル５６は、上記実施の形態１と同様に、例えば二酸化鉛からなる正極５３と、例えば鉛からなる負極５１と、正極５３および負極５１の間に空隙を形成して配されるセパレータ５４とを含む。単セル５６間には、導電性を有する基板５２が配され、この基板５２により各単セル５６は直列に接続されている。発電部３２を作製する際には、例えば、ニッケル等からなる基板５２の一方の面を二酸化鉛で被覆して正極５３を形成し、基板５２の他方の面を鉛で被覆して負極５１を形成して得られる極板５５を用いることができる。
【００３４】
そして、コの字状のセパレータ５４は、正極５３の左端縁部、右端縁部および下端縁部と、負極５１の左端縁部、右端縁部および下端縁部とのそれぞれの間に配されている。つまり、セパレータは、正極の縁と負極の縁との間に、アンプル収納部と対向する正極の縁と負極の縁との間を除いて、配されている。このように配置された正極５３、負極５１、およびセパレータ５４により、電解液が流入する凹部５８が形成されている。発電部３２は、単セル５６の積層方向に略垂直な方向における各単セル５６の端面が上方（アンプル３１側）に向くように、すなわち各単セル５６の凹部５８の開口部が注液路３８側に向くように配されている。アンプル収納部３１ａと発電部収納部３２ａとが注液路３８によって連通しているとともに、アンプル３１および発電部３２は注液路３８を介して図４に示す矢印Ｘの方向において対向するように直線状に配されている。
【００３５】
図６に示されるように、各極板５５の注液路３８側（アンプル３１側）の端面全体が絶縁層５７で覆われている。すなわち、単セルの積層方向に垂直方向に位置し、アンプル３１に対向する発電部３２の端面（本実施形態においては、単セルの積層方向に平行な発電部３２の端面）には、極板５５の端が露出しており、各極板５５における正極５３、負極５１、および基板５２の注液路３８側端面全体が、それぞれ絶縁層５７で覆われている。これにより、アンプル３１の破片が正極５３および負極５１を含む発電部３２の端面に付着し、そこに余剰の電解液が残留することにより生じる正極５３と負極５１間の液絡（単セル５６間の短絡）を確実に防止することができる。
【００３６】
絶縁層５７の厚さは、例えば、２００〜５００μｍである。絶縁層５７には、実施の形態１と同様のものを用いることができる。また、実施の形態１と同様の方法により絶縁層を形成するこができる。
【００３７】
極板５５の厚さ寸法は、例えば、０．１３〜０．１７ｍｍである。
極板５５の大きさが上記範囲の場合、セパレータ５４の厚さ（即ち、正極５３と負極５１との距離）は、例えば０．１〜０．５ｍｍであればよい。正極５３および負極５１の左右端縁部に対応する部分の高さ寸法は極板５５の縦の寸法と同じであり、正極５３および負極の下端縁部に対応する部分の幅寸法は極板５５の横の寸法と同じである。
【００３８】
アンプル破壊機構３５には、突起部３７の周囲に等間隔に例えば４つの注液路３８が設けられている。本実施の形態では、図４および５に示すように突起部３７の周囲に等間隔に４つの注液路３８を設けたが、注液式電池に必要な性能が発揮されるのであれば、注液路の形状や数は特に限定されない。各単セル５６に同時かつ均等に電解液を流入させるために、複数の注液路を、各単セル５６の上方に、各凹部５８の開口部と対向するように設けてもよい。また、注液路の形状としては、注液路の入口を一つとし、内部で分岐させて複数の流路を形成し、出口を複数としてもよい。
【００３９】
図４および５に示されるように、アンプル収納部３１ａの上部および発電部収納部３２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋４０がそれぞれ配されている。図５に示されるように、構造体３４とケース３６との間には、出力端子４１ａおよび４１ｂと発電部３２とを接続する一対のリード線４２ａおよび４２ｂが配されている。そして、ケース３６およびアンプル収納部３１ａの上部には、ポリエチレンなどの樹脂４３が充填され、これによりケース３６が封口される。
【００４０】
以下、本実施の形態の注液式電池の動作について説明する。図４に示す矢印Ｙの方向に発射衝撃による力が加わると、アンプル３１はアンプル破壊機構３５に設けられた突起部３７に衝突し、アンプル３１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル３１と発電部３２と注液路３８が一直線状に配置されているため、無旋回であるが発射衝撃により、電解液は注液路３８を通り、発電部３２の凹部５８内へ流入する（図４中の矢印Ｘの方向）。これにより、電池が活性化して、電圧を生じる。
【００４１】
このとき、電解液が残留したアンプル３１の破片が正極５３および負極５１を含む発電部３２の端面に付着しても、正極５３および負極５１の端面が絶縁層５７で覆われているため、正極５３と負極５１との間の液絡（単セル５６間の短絡）を確実に防止することができる。また、電池内部は密閉されているため、発電部収納部３２ａ内に流入した電解液の体積分の空気が、排気路３９を通り、アンプル収納部３１ａへ排気される。これにより、電解液がすばやく発電部３２へ流入することができるため、電池を迅速に活性化させることができる。
【００４２】
本実施の形態では、アンプル破壊機構３５は、アンプル収納部３１ａ側にアンプル３１を破壊するための突起部３７を有するが、アンプル破壊機構３５に突起部３７を設けなくても、発射衝撃により受ける力のみで、アンプル３１をアンプル破壊機構３５の上面に衝突させてアンプル３１を破壊することが可能である。また、本実施の形態では、各極板５５の注液路３８側端面の全体に絶縁層５７が形成されているが、絶縁層５７は、各極板５５の注液路３８側端面に露出した正極５３の端および負極５１の端よりなる群から選択される少なくとも一方に設けられていればよい。
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００４３】
《実施例１》
本実施例においては、上述した図１〜３に示す構造を有する実施の形態１に係る注液式電池を作製した。極板２５としては、ニッケル基板２２の一方の面に鉛粉を活物質とする負極２１を配し、他方の面に二酸化鉛を活物質とする正極２３を配したものを用いた。なお、極板２５の厚さは０．１５ｍｍとした。
そして、極板２５の内周側端面全体（すなわち、負極２１、正極２３および基板２２のうちのアンプル９に対向する端面全体）にそれぞれ絶縁剤として塩化ビニル系接着剤を塗布し、絶縁層２７を形成した。このとき、絶縁剤の塗布量は２．０ｍｌ／ｍｍ2であった。電解液８には、過塩素酸水溶液を用いた。
【００４４】
上記で得られた極板２５と、セルロース製のセパレータ２４（厚さ（正極２３と負極２１との間の距離）０．２５ｍｍ）とを交互に積層して、図３に示されるような発電部６を構成した。このとき、極板２５は８枚用い、これらの極板２５は、所定の極板２５の正極と、別の極板２５の負極とが対向するように配置した。前記セパレータは、正極の前記端面に露出した端とは反対側の端部と、負極の前記端面に露出した端とは反対側の端部との間に配した。
【００４５】
《実施例２》
各極板２５において、それぞれ正極の内周側端面に塩化ビニル系接着剤を塗布して絶縁層を形成した。すなわち、負極および基板の端面には絶縁層を形成しなかった。この正極を含む発電部を用いた以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４６】
《実施例３》
極板２５の内周側端面全体に、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブテンと、キシレンとを含む絶縁剤を塗布して、絶縁層２７を形成した。前記絶縁剤の粘度は２Ｐａ・ｓであり、その塗布量は２．０ｍｌ／ｍｍ2とした。前記以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
ここで、用いた石油アスファルトは、平均分子量が数万〜数十万の多分散性の高分子化合物を含んだ。また、−（Ｃ4Ｈ8）n−で表され、平均分子量が３００〜３，０００の範囲にあるポリブテンを用いた。
【００４７】
《実施例４》
各極板２５において、それぞれ正極の内周側端面に、実施例３で用いた絶縁剤を塗布して絶縁層２７を形成した。すなわち、負極および基板の端面には絶縁層２７を形成しなかった。この正極を含む発電部を用いた以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４８】
《比較例１》
極板の端面に接着剤を塗布しない以外は、実施例１と同様の方法により注液式電池を作製した。
【００４９】
上記で作製した実施例１〜４の電池、ならびに比較例１の電池について、以下のような電圧の立ち上がり特性の評価を行った。
常温にて、図１中に示す矢印の方向から衝撃を加えてアンプルを破壊するとともに電池を旋回数２５０００ｒｐｍで旋回させた。そして、アンプルに封入されていた電解液が発電部に流入することにより発生した電圧の立ち上がり時間を調べた。このときの負荷電流は５０ｍＡとし、各電池の試験数は５０個とした。そして、上記で得られた電圧の立ち上がり挙動および電池分解後の極板の調査より、液絡の発生した電池の数を調べた。
結果を表１に示す。なお、表１中の電圧の立ち上がり時間は、アンプルが破壊されてから電圧が４Ｖに到達するまでの時間とした。
【００５０】
【表１】
【００５１】
正極の端面が絶縁層で被覆された実施例２の注液式電池は、極板の端面が絶縁層で覆われていない比較例１の注液式電池よりも、電圧の立ち上がりが早く、液絡の発生が抑制された。極板の端面全体が絶縁層で被覆された実施例１の注液式電池では、実施例２の電池よりもさらに優れた電圧立ち上がり特性が得られ、いずれの電池も液絡しなかった。
【００５２】
さらに、極板の端面全体が、主剤である石油アスファルト（ブロンアスファルト）と、ポリブデンと、キシレンとを含む絶縁剤で被覆された実施例３の注液式電池、ならびに正極の端面が、前記絶縁剤で被覆された実施例４の注液式電池では、実施例１の電池よりもさらに優れた電圧立ち上がり特性が得られた。さらに、実施例３および４の電池は、液絡も生じなかった。
【００５３】
なお、実施例１〜４では、旋回仕様の注液式電池を作製したが、無旋回仕様の注液式電池でも、実施例１〜４の場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の注液式電池は高信頼性を有し、飛翔体に搭載する電源として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１の注液式電池を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の注液式電池における発電部の上面図である。
【図３】図２の発電部のＸ−Ｘ方向における要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の注液式電池を概略的に示す縦断面図である。
【図５】図４の注液式電池の５−５線における縦断面図である。
【図６】図４の発電部の拡大断面図である。
【図７】図４の発電部の斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 外装ケース
２ａ、２ｂ 端子ピン
３ 電池蓋
４、１４ 押さえ板
５ スペーサ
６ 発電部
７ 空洞部
８ 電解液
９ アンプル
１０ａ、１０ｂ 鉄板
１１ａ、１１ｂ リード線
１２ 樹脂
１３ 網状包装体
２１ 負極
２２ 基板
２３ 正極
２４ セパレータ
２５ 極板
２６ 単セル
２７ 絶縁層
２８ 凹部
３１ アンプル
３２ 発電部
３４ 構造体
３５ アンプル破壊機構
３６ ケース
３７ 突起部
３８ 注液路
３９ 排気路
３９ａ、３９ｂ 排気孔
４０ 仮蓋
４１ａ、４１ｂ 出力端子
４２ａ、４２ｂ リード線
４３ 樹脂
５１ 負極
５２ 基板
５３ 正極
５４ セパレータ
５５ 極板
５６ 単セル
５７ 絶縁層
５８ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を封入したアンプル、および積層された複数個の単セルを含む発電部を備え、前記発電部に前記電解液が流入することにより活性化する注液式電池であって、
前記単セルは、前記単セルの積層方向と略平行な方向に積層された正極、セパレータおよび負極を含み、
前記発電部は、前記単セルの積層方向に略垂直な方向における端面を有し、前記端面は、前記アンプルに対向しており、かつ前記端面において前記正極または前記負極の少なくとも一方が絶縁層で被覆されていること、を特徴とする注液式電池。
【請求項２】
前記絶縁層が、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂および石油アスファルトよりなる群か選択される少なくとも１種を含む、請求項１記載の注液式電池。
【請求項３】
前記絶縁層が、石油アスファルトを含む、請求項２記載の注液式電池。
【請求項４】
前記端面において、前記正極および前記負極の全てが、前記絶縁層で被覆されている、請求項１〜３のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項５】
前記発電部は、前記積層方向に沿って前記発電部の中央を貫通する空洞部を有し、
前記アンプルは、前記空洞部に配されており、
前記セパレータは、前記正極の外周縁部と前記負極の外周縁部との間に配されている、請求項１〜４のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項６】
前記アンプルを収納するアンプル収納部、前記発電部を収納する発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体を含み、
前記アンプルおよび前記発電部は前記注液路を介して対向するように配されており、
前記発電部に含まれる前記単セルにおいて、前記正極、前記セパレータおよび前記負極は、前記アンプル収納部から前記発電部収納部へ向かう方向とは略垂直方向に積層されており、
前記セパレータは、前記正極の縁と前記負極の縁との間に、前記アンプル収納部と対向する前記正極の縁と前記負極の縁との間を除いて、配されている、請求項１〜４のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項１】
電解液を封入したアンプル、および積層された複数個の単セルを含む発電部を備え、前記発電部に前記電解液が流入することにより活性化する注液式電池であって、
前記単セルは、前記単セルの積層方向と略平行な方向に積層された正極、セパレータおよび負極を含み、
前記発電部は、前記単セルの積層方向に略垂直な方向における端面を有し、前記端面は、前記アンプルに対向しており、かつ前記端面において前記正極または前記負極の少なくとも一方が絶縁層で被覆されていること、を特徴とする注液式電池。
【請求項２】
前記絶縁層が、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂および石油アスファルトよりなる群か選択される少なくとも１種を含む、請求項１記載の注液式電池。
【請求項３】
前記絶縁層が、石油アスファルトを含む、請求項２記載の注液式電池。
【請求項４】
前記端面において、前記正極および前記負極の全てが、前記絶縁層で被覆されている、請求項１〜３のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項５】
前記発電部は、前記積層方向に沿って前記発電部の中央を貫通する空洞部を有し、
前記アンプルは、前記空洞部に配されており、
前記セパレータは、前記正極の外周縁部と前記負極の外周縁部との間に配されている、請求項１〜４のいずれかに記載の注液式電池。
【請求項６】
前記アンプルを収納するアンプル収納部、前記発電部を収納する発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体を含み、
前記アンプルおよび前記発電部は前記注液路を介して対向するように配されており、
前記発電部に含まれる前記単セルにおいて、前記正極、前記セパレータおよび前記負極は、前記アンプル収納部から前記発電部収納部へ向かう方向とは略垂直方向に積層されており、
前記セパレータは、前記正極の縁と前記負極の縁との間に、前記アンプル収納部と対向する前記正極の縁と前記負極の縁との間を除いて、配されている、請求項１〜４のいずれかに記載の注液式電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７１７４５（Ｐ２００８−７１７４５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０６２６９（Ｐ２００７−２０６２６９）
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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