JP2002190303A - 筒形アルカリ電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セパレータ底部の簡易な形成と確実な保持が
でき、かつビード部を設けないことで電池内容積つまり
は電池性能を向上させた筒形アルカリ電池を得ることに
ある。 【解決手段】 有底筒状の正極缶１の内部に中空筒状の
正極合剤２を装填し、該正極合剤２の内側面にセパレー
タ３を介して負極合剤４を充填し、該セパレータ３の下
端開口部３ａを絶縁性底部材８で閉塞して負極合剤４と
正極缶１の底部を互いに絶縁し、上記負極合剤４中に挿
入した負極集電棒５の後端部をガスケット６を通して上
記負極端子板７で支持し、上記ガスケット６を介して正
極缶１の開口端部に上記負極端子板７を封止したアルカ
リ電池において、上記負極集電棒５を上記セパレータ３
の底部分まで延在させ、その負極集電棒５の先端側で上
記絶縁性底部材８を上記正極缶の内底面に押し付けてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒形アルカリ電池
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、円筒形アルカリ電池は、図２に示
すように、セパレータ３の外側にリング状コアに成形し
た正極合剤２が配置され、またその内側にゲル状の負極
合剤４が配置され、これにより同軸構造の発電要素が構
成される。そして、この同軸構造の発電要素は、円筒状
の正極缶１、ガスケット６及び負極端子板７から成る円
筒状電池ケース内に密封入される。また、負極合剤４に
は負極集電棒１５が挿入され、負極端子板７に溶接接続
される。正極缶１の内面には導電性皮膜（図示せず）が
形成されており、この導電性皮膜に正極合剤２が接触す
ることで放電性能及び利用率の向上が図られている。な
お、１８はセパレータの絶縁性底部材、９は正極端子、
１１はメタラベルである。

【０００３】かかるアルカリ電池の製造工程としては、
電池ケースを兼ねる有底円筒形の正極缶１内に、まずリ
ング状コアに成形した正極合剤２が装填される。そし
て、このリング状正極合剤２の内側中空部内に、ビニロ
ン、パルプなどの混抄紙からなる筒状のセパレータ３が
配設され、これにはアルカリ電解液が含浸される。さら
に、セパレータ３内には、亜鉛粉末を主体としアルカリ
性電解質などを混練したゲル状の負極合剤４が充填され
る。

【０００４】その際、セパレータ３の下端開口部３ａ
は、これに紙又はプラスチック製のカップ状の絶縁性底
部材１８を嵌め込むことによって閉塞され、負極合剤４
と正極缶１の内底面とが互いに絶縁される。このセパレ
ータ３の底部分は、例えば筒材料の一端を熱融着で封止
したり、ホットメルトなどを流し込んで固化させる等の
手段によって閉塞される場合もある。

【０００５】さらに、上記負極合剤４の中央に、電池総
高の１／２から３／４程度の長さを持つ負極集電棒１５
が挿入される。そして、正極缶１の上端開口部に封口ガ
スケット６を介して負極端子板７が嵌合され、正極缶１
の開口端縁を内側へカール形成する、いわゆる「かし
め」によって電池内が密封される。

【０００６】上記封口ガスケット６及び負極端子板７の
嵌合に先立ち、正極、負極合剤等を挿入した正極缶１に
は、その開口部付近の直径を少し細くして封口ガスケッ
ト６や負極端子板７を支えやすくする、いわゆるビード
部１０が形成される（この操作をビーディングと言
う）。ビード部１０は正極缶１を回転させながら側面か
ら円盤状ローラーで押して設けられる。このビード部１
０は、正極缶１の開口端から所定寸法下方の位置におい
て内周側に鉢巻き状に突出する部分であり、このビード
部１０により上記封口ガスケット６及び負極端子板７が
支持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
筒形アルカリ電池には次のような課題がある。 (1) 従来の筒形アルカリ電池の場合、セパレータの底部
分の形成は、例えば筒材料の一端を熱融着で封止した
り、図２に示すようなカップ状の紙又はプラスチック製
の絶縁性底部材で塞いだり、またはホットメルトなどを
流し込んで固化させる等の手段によって行っている。し
かし、熱融着方式による場合、材質に自由度が少なく、
かつ融着時の熱条件制御が必要となる。またホットメル
ト方式による場合も、熱制御が必要であるという点で、
同様に簡便な方法とは言い難い。これに対し、底紙やプ
ラスチック製のカップ状部材を用い、これをセパレータ
下端開口部内に嵌め込むだけで絶縁性底部材を固定保持
する方式の場合は、簡便な方法ではあるが、反面、例え
ば電池が床に落ちて絶縁性底部材に衝撃がかかったとき
には、絶縁性底部材が変位して隙間が生じやすく、その
後の信頼性を損なう。この変位をなくすべく、絶縁性底
部材を確実にセパレータに固定しようとすれば、接着な
どの追加の工程が必要となる。

【０００８】(2) 従来の筒形アルカリ電池の場合、負極
集電棒は電池総高の１／２から３／４程度の長さに設計
されている。従って、微弱電流で放電が行われる場合に
は問題がないが、高負荷放電（大電流放電）の場合に
は、集電効率が落ちることになる。

【０００９】(3) 従来の筒形アルカリ電池の場合、電池
の封口部分を形成する集電体部品の封止位置を確実にす
るために、電池缶に、その開口部付近の直径を少し細く
したビードと呼ばれる支え部分を設けている。しかし、
この缶にビード部分を設けることは、電池内の容積を減
少させることになり、反応物質の充填に対し不利である
ばかりか、製造上にも一加工分の工程を要するという課
題がある。

【００１０】本発明の目的は、上記課題を解決し、セパ
レータ底部の簡易な形成と確実な保持ができ、かつビー
ド部を設けないことで電池内容積つまりは電池性能を向
上させた筒形アルカリ電池、及びそのような筒形アルカ
リ電池を簡素な加工で製造することのできる製造方法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。 （１）請求項１の発明に係る筒形アルカリ電池は、有底
筒状の正極缶の内部に中空筒状の正極合剤を装填し、該
正極合剤の内側面にセパレータを介して負極合剤を充填
し、該セパレータの下端開口部を絶縁性底部材で閉塞し
て負極合剤と正極缶の底部を互いに絶縁し、上記負極合
剤中に挿入した負極集電棒の後端部をガスケットを通し
て負極端子板で支持し、上記ガスケットを介して正極缶
の開口端部に上記負極端子板を封止したアルカリ電池に
おいて、上記負極集電棒を上記セパレータの底部分まで
延在させ、その負極集電棒の先端側で上記絶縁性底部材
を上記正極缶の内底面に押し付けてなることを特徴とす
る。

【００１２】この筒形アルカリ電池によれば、負極集電
棒の先端側で絶縁性底部材を、また後端側でガスケット
及び負極端子板を支えているので、アルカリ電池を落と
してしまった場合等の衝撃にも強く、製品としてアルカ
リ電池が市場に出た後も、良好な封止作用が維持され
る。また、負極集電棒が絶縁性底部材に達するまで長く
延在され、絶縁性底部材に立脚する形で負極集電棒が固
定されることで、先端部分側の絶縁性底部材の係止位置
と、後端部側の負極端子板及びガスケットの係止位置が
決められるため、電池の封口加工における台座の加工
（ビード部）無しで組立を行うことができる。したがっ
て、加工工程を１工程省略することができる。また、正
極缶にビード加工を施す必要が無くなるため、ビード部
を省略した分だけ、正極合剤の容量を増加させることが
でき、電池容量の増大を図ることができる。さらにま
た、負極集電棒が従来より長くなり集電効率が良くなる
ので、高負荷放電（大電流放電）が改善される。

【００１３】（２）請求項２に記載の発明は、上記セパ
レータの底部分を形成する絶縁性底部材の内面の中央に
凹部を設け、この凹部に上記負極集電棒の先端部分を係
合させたことを特徴とする。この特徴によれば、負極集
電棒の先端部分を絶縁性底部材の内面の凹部に容易に係
合させることができ、また外部からの衝撃に対し負極集
電棒と絶縁性底部材の係合が外れ難く構成することがで
きる。

【００１４】（３）請求項３に記載の発明は、上記絶縁
性底部材がポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、
ポリサルホン系樹脂からなることを特徴とする。この特
徴によれば、上記絶縁性底部材が樹脂から構成されるた
め、上記凹部を含む肉厚を途中で変えた形状の絶縁性底
部材を容易に且つ安価に製造することができる。

【００１５】（４）請求項４に記載の発明は、上記絶縁
性底部材が電池容器である正極缶の底部に設けた凹状段
部内に嵌合して、その絶縁性底部材の外周面が凹状段部
の内周面との間でセパレータ端部を挟持し、かつ上記負
極集電棒で絶縁性底部材を内側から正極缶の底部に押し
付けることで、セパレータ底部を封止したことを特徴と
する。この特徴によれば、従来の底紙で絶縁性底部材を
形成し、これを単にセパレータ下端開口部内にはめ込ん
で取り付けた構造の場合に較べ、外部からの衝撃に強
く、より強固な絶縁性底部材の取り付け構造を得ること
ができる。

【００１６】（５）請求項５の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の筒形アルカリ電池の製造方法におい
て、上記先端部分がセパレータの絶縁性底部材と係合し
ている負極集電棒の後端部を上記ガスケットを通して上
記負極端子板で固定支持することにより、上記ガスケッ
ト及び上記負極端子板の負極集電棒の軸方向に沿った位
置を定め、上記正極缶にビーディングを施すことなく、
正極缶の開口瑞のかしめによって、上記ガスケット及び
上記負極端子板を保持したことを特徴とする。このアル
カリ電池の製造方法によれば、電池の封口部品である集
電体を支えるビード部を設けることなく、絶縁性底部材
で負極集電棒を支えることで集電体の位置決めを行い封
口加工を行うことができる。従って、従来よりも簡素な
製造方法となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。図１に示す筒形アルカリ電池は、基
本的構成は図２の場合と同じＬＲ２０型アルカリ電池の
例であり、正極端子９が設けられた有底筒状の正極缶１
の内部に、正極缶１の内周面に沿って中空筒状の正極合
剤２が装填され、またこの正極合剤２の内側面にはセパ
レータ３が装着され、さらにこのセパレータ３の内側に
ゲル状の負極合剤４が充填された構造になっている。正
極合剤２は二酸化マンガン、黒鉛、バインダーなどの混
合物からなり、他方、負極合剤４は亜鉛粉末、電解液、
ゲル化剤などの混合物からなり、また、セパレータ３は
ビニロン、パルプなどの混抄紙からなり、これら正極合
剤２、セパレータ３及び負極合剤４から電池の同軸構造
の発電要素が構成されている。しかし、図２の場合と異
なり、セパレータ３の下端開口部３ａは、ポリオレフィ
ン系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリサルホン系樹脂か
らなる絶縁性底部材８によって閉塞され、負極合剤４と
正極缶１の底部１ａ（正極端子９）とは互いに絶縁され
ている。

【００１８】この絶縁性底部材８は、電池容器である正
極缶１の底部１ａに設けた凹状段部１２内に嵌合して、
その絶縁性底部材８の外周面が凹状段部１２の内周面と
の間でセパレータ端部３ｂを挟持している。この場合、
セパレータ端部３ｂには内周面に段差部３ｃが形成さ
れ、これに絶縁性底部材８の外周縁部がはまり込んでい
る。

【００１９】また、この絶縁性底部材８は、正極缶１の
底部１ａに形成した正極端子９に形状に合わせて、外面
の中央が凸部８ａとして形成され、正極端子９との間の
隙間を充填する様に構成してある。さらにまた、この絶
縁性底部材８の内面の中央には、次に述べる負極集電棒
５の先端部分５ａが係合する凹部１３が設けられてい
る。そして、負極集電棒５で絶縁性底部材８を内側から
正極缶１の底部に押し付けることで、セパレータ底部を
封止するようになっている。

【００２０】上記負極合剤４中には負極集電棒５が挿入
されており、その後端部５ｂはガスケット６の中央部に
挿通され、かつ、負極端子板７に溶接接続されて支持固
定されている。この負極集電棒５は、図２の場合と異な
り、セパレータ３の底部分に達するまで長く延在され、
その負極集電棒５の先端側で絶縁性底部材８を支え、ま
た後端側で上記ガスケット６及び負極端子板７を支える
ようになっている。

【００２１】すなわち、負極集電棒５の先端部分５ａは
絶縁性底部材８の内面の中央に設けた上記凹部１３に入
れられて位置決めされ、そして、負極集電棒５で絶縁性
底部材８を内側から正極缶１の底部に押し付けること
で、セパレータ底部を封止している。また、負極集電棒
５の後端部５ｂは、ガスケット６に挿通固定されると共
に負極端子板７に溶接されており、かつ、負極集電棒５
は、その先端部分５ａが絶縁性底部材８に支えられてい
るため、結果的に、負極集電棒５が電池内の組立支柱と
して機能し、その先端部分５ａからの後端部５ｂの高さ
位置により、負極端子板７及びガスケット６の負極集電
棒５の軸方向に沿った位置が定まっている。このため正
極缶１にビーディングを施す必要が無くなる。図１のＡ
部にビード部が無いことを示す。

【００２２】このようにビーディングを施すことなく、
負極集電棒５によって、上記ガスケット６及び負極端子
板７を所定位置に保持する。そして、正極缶１の開口瑞
のかしめ１４のみによって、正極缶１の開口端部にガス
ケット６を介して負極端子板７を封止する。なお、ガス
ケット６には、防爆安全機構として一部肉薄な溝部６ａ
が形成されている。

【００２３】かかるアルカリ電池の製造工程としては、
電池ケースを兼ねる有底円筒形の正極缶１内に、まずリ
ング状コアに成形した正極合剤２が装填される。そし
て、このリング状正極合剤２の内側中空部内に、ビニロ
ン、パルプなどの混抄紙からなる筒状のセパレータ３が
配設され、これにはアルカリ電解液が含浸される。さら
に、セパレータ３内には、亜鉛粉末を主体としアルカリ
性電解質などを混練したゲル状の負極合剤４が充填され
る。

【００２４】その際、セパレータ３の下端開口部３ａ
は、これにプラスチック製の絶縁性底部材８を嵌め込む
ことによって閉塞され、負極合剤４と正極缶１の内底面
４ａとが互いに絶縁される。

【００２５】さらに、上記負極合剤４の中央に、電池総
高の全長に亘る長さを持つ負極集電棒５が挿入される。
この負極集電棒５の先端部分５ａは絶縁性底部材８の凹
部１３内に入れて位置決めし、その負極集電棒５の先端
側で絶縁性底部材８を、また後端側でガスケット６及び
負極端子板７を支える。そして、正極缶１の上端開口部
に封口ガスケット６を介して負極端子板７を嵌合させ、
正極缶１の開口端縁を内側へカール形成する（かしめ
る）ことによって電池内を密封する。

【００２６】表１に、上記図２の実施形態と、従来の実
施形態による作用効果を比較して示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】本実施形態では、円筒状のセパレータ３の
内側底部分に、正極缶端子部の凹状段部１２との間でセ
パレータ３を挟持するように、絶縁性底部材８を挿入
し、それを集電子たる負極集電棒５の先端で内側から支
持し固定するように構成したので、製品としてアルカリ
電池が市場に出た後も、良好な封止作用が維持される。

【００２９】すなわち、従来の図２では底紙折れ等の組
み付け不具合による電圧不良が１３／１０００００個の
割合で発生し、また１ｍの高さから正極端子９を下向き
にしてコンクリート床面に自重落下させたときの内部シ
ョートによる電圧不良（底紙変形により負極ゲル状物質
のはみ出し、正極缶内面とのショート）も３／１００個
の割合で発生するのに対し、本実施形態の場合かかる不
良は皆無であった。

【００３０】また、本実施形態の場合、負極集電棒５が
絶縁性底部材８に達するまで長く延在され、絶縁性底部
材８に立脚する形で負極集電棒５が固定される。すなわ
ち、先端部分５ａ側の負極集電棒５と絶縁性底部材８の
係止位置と、後端部５ｂ側の負極端子板５及びガスケッ
ト６の係止位置が決められるため、電池の封口加工にお
ける台座の加工（ビード部）無しで組立を行うことがで
きる。したがって、加工工程を１工程省略することがで
きる。

【００３１】また、本実施形態によれば、正極缶１にビ
ード加工を施す必要が無く、ビード部１０を省略した分
だけ、正極合剤の容量を増加させることができ、電池容
量の増大を図ることができる。なお、負極集電棒５が従
来より長くなったために、負極合剤の充填量が減少し
て、正極容量の増大という長所が相殺されてしまうので
はないか、との疑問が生じるかもしれないが、量的にそ
のようなことは生じない。例えばＬＲ２０型アルカリ電
池の場合、負極集電棒５が径２．０ｍｍ程度であり、長
さが例えば１７ｍｍ伸びても占有体積は＋０．０５ｃｃ
である。これはゲル状負極の１４．３ｃｃの＋０．３％
にしかならず、負極充填量を減少させるものではない。
これに対し、正極合剤の充填量は３％増加が可能となる
ことから、全体として電池容量の増大が可能となる。

【００３２】さらにまた、本実施形態によれば、負極集
電棒５が従来より長くなったために集電効率が良くなる
ので、高負荷放電（大電流放電）が改善される。その改
善の程度は、例えば２０℃、２Ａ連続の高負荷放電のと
きの従来例の図２の場合を指数１００とすると、図１の
実施形態では正極合剤の増大分を含めて考えたとき、指
数１０７程度が見込まれる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明（請求項１〜
５）によれば、負極集電棒の先端側で絶縁性底部材を、
また後端側でガスケット及び負極端子板を支えているの
で、アルカリ電池を落としてしまった場合等の衝撃にも
強く、製品としてアルカリ電池が市場に出た後も、良好
な封止作用が維持される。

【００３４】また、負極集電棒が絶縁性底部材に達する
まで長く延在され、絶縁性底部材に立脚する形で負極集
電棒が固定されることで、先端部分側の絶縁性底部材の
係止位置と、後端部側の負極端子板及びガスケットの係
止位置が決められるため、電池の封口加工における台座
の加工（ビード部）無しで組立を行うことができる。し
たがって、加工工程を１工程省略することができる。

【００３５】また、正極缶にビード加工を施す必要が無
くなるため、ビード部を省略した分だけ、正極合剤の容
量を増加させることができ、電池容量の増大を図ること
ができる。

【００３６】さらにまた、負極集電棒が従来より長くな
り集電効率が良くなるので、高負荷放電（大電流放電）
が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の筒形アルカリ電池の内部構造を示す断
面図である。

【図２】従来の筒形アルカリ電池の内部構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 正極缶 １ａ 底部 ２ 正極合剤 ３ セパレータ ３ａ 下端開口部 ３ｂ セパレータ端部 ３ｃ 段差部 ４ 負極合剤 ５ 負極集電棒 ５ａ 先端部分 ５ｂ 後端部 ６ ガスケット ６ａ 溝部 ７ 負極端子板 ８ 絶縁性底部材 ８ａ 凸部 ９ 正極端子 １０ ビード部 １１ メタラベル １２ 凹状段部 １３ 凹部 １４ かしめ １５ 負極集電棒 １８ 絶縁性底部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 廣彦 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA03 AA04 CC06 DD15 DD21 DD26 5H017 AA02 AS07 AS10 BB11 CC14 HH03 5H022 AA04 BB03 CC12 CC30 KK03 5H024 AA03 AA14 BB14 CC02 CC07 CC14 DD02 DD04 DD10 DD15 HH13 HH15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底筒状の正極缶（１）の内部に中空筒
   状の正極合剤（２）を装填し、該正極合剤（２）の内側
   面にセパレータ（３）を介して負極合剤（４）を充填
   し、該セパレータ（３）の下端開口部（３ａ）を絶縁性
   底部材（８）で閉塞して負極合剤（４）と正極缶（１）
   の底部を互いに絶縁し、上記負極合剤（４）中に挿入し
   た負極集電棒（５）の後端部をガスケット（６）を通し
   て上記負極端子板（７）で支持し、上記ガスケット
   （６）を介して正極缶（１）の開口端部に上記負極端子
   板（７）を封止したアルカリ電池において、上記負極集
   電棒（５）を上記セパレータ（３）の底部分まで延在さ
   せ、その負極集電棒（５）の先端側で上記絶縁性底部材
   （８）を上記正極缶の内底面に押し付けてなることを特
   徴とする筒形アルカリ電池。
2. 【請求項２】 上記セパレータ（３）の底部分を形成す
   る絶縁性底部材（８）の内面の中央に凹部（１３）を設
   け、この凹部（１３）に上記負極集電棒（５）の先端部
   分を係合させたことを特徴とする請求項１記載の筒形ア
   ルカリ電池。
3. 【請求項３】 上記絶縁性底部材（８）がポリオレフィ
   ン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリサルホン系樹脂から
   なることを特徴とする請求項１又は２記載の筒形アルカ
   リ電池。
4. 【請求項４】 上記絶縁性底部材（８）が電池容器であ
   る正極缶（１）の底部（１ａ）に設けた凹状段部（１
   ２）内に嵌合して、その絶縁性底部材（８）の外周面が
   凹状段部（１２）の内周面との間でセパレータ端部を挟
   持し、かつ上記負極集電棒（５）で絶縁性底部材（８）
   を内側から正極缶（１）の底部に押し付けることで、セ
   パレータ底部を封止したことを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の筒形アルカリ電池。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の筒形ア
   ルカリ電池を製造する方法において、先端部分（５ａ）
   がセパレータ（３）の絶縁性底部材（８）と係合してい
   る負極集電棒（５）の後端部（５ｂ）を上記ガスケット
   （６）を通して上記負極端子板（７）で固定支持するこ
   とにより、上記ガスケット（６）及び上記負極端子板
   （７）の負極集電棒（５）の軸方向に沿った位置を定
   め、上記正極缶（１）にビーディングを施すことなく、
   正極缶（１）の開口瑞のかしめによって、上記ガスケッ
   ト（６）及び上記負極端子板（７）を保持したことを特
   徴とするアルカリ電池の製造方法。