JP2002198060A

JP2002198060A - 電池

Info

Publication number: JP2002198060A
Application number: JP2000395487A
Authority: JP
Inventors: Kuniyasu Oya; 邦泰大矢; Kazuyoshi Honda; 一良本田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】正極として用いるオキシ水酸化ニッケルが過
放電によって膨張することを予め見込んでおき、その膨
張分を考慮して封口ユニットとの間の隙間を設定したア
ルカリ乾電池。【解決手段】主たる活物質としてオキシ水酸化ニッケ
ルを含有する正極６を筒状に形成し、この正極６の内側
にセパレータ７を介して負極８を配置することにより電
極体３を構成すると共に、この電極体３を底のある筒状
の電池缶２内に収納し、この電池缶２の開口部に封口ユ
ニットを嵌合して封止した電池において、封口ユニット
と正極６との間に、この正極６の長さの５％以上１０％
以下の値となる隙間Ｓを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正極の主たる活物
質としてオキシ水酸化ニッケルを用い、この正極の内側
にセパレータを介して負極を配置した電池に関し、特
に、放電容量を損なうことなく過放電時における耐漏液
性が向上される電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、音響機器や通信機器等の電子機器
においては、機器の小型化、ポータブル化が進んでお
り、これに伴い小型で携帯性に優れた携帯用電源である
電池によって駆動される商品が増加してきている。この
ような電池としては、例えば、アルカリマンガン乾電池
（以下「アルカリ乾電池」という。）が広く普及されて
いる。

【０００３】この正極に金属酸化物の一例を示す二酸化
マンガンを用いたアルカリ乾電池は、その二酸化マンガ
ンの導電性が低いために、正極中に導電性の高い黒鉛等
が配合されている。特に、最近では、重負荷で駆動する
電子機器、例えば、携帯用ゲーム機器、デジタルカメラ
等が増えており、その電源として使用されるアルカリ乾
電池にも、より重負荷で放電特性の良いものが求められ
ている。そのため、従来のアルカリ乾電池の中には、正
極缶の内面に導電性塗料を塗布し、この導電性塗料によ
って正極缶と正極である二酸化マンガンとの間の導電性
を高めるようにした構造のものも提供されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電池においては、正極の導電性を高めるため
に、正極である二酸化マンガン中に導電性の高い黒鉛を
配合したり、正極缶の内面に導電性塗料を塗布して導電
性を高める手法が用いられていたため、電池の内部抵抗
を下げることに限界があり、期待されている程には重負
荷放電特性の向上を図ることができなかった。

【０００５】このため、二酸化マンガンの替わりに放電
電位の高いオキシ水酸化ニッケルを正極に用いる電池が
提案されている。ところが、オキシ水酸化ニッケルは、
放電電位が高いという点では優れているが、放電末期の
体積変化が大きいために、過放電時において電解液の液
漏れを生じやすいという課題があった。

【０００６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、正極として用いるオキシ水酸化ニ
ッケルが過放電によって膨張することを予め見込んでお
き、その膨張分を考慮して封口ユニットとの間の隙間を
設定しておくことにより、上述したような課題を解決す
ることができる電池を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述したような課題等を
解決し、上記目的を達成するために、本出願の電池は、
主たる活物質としてオキシ水酸化ニッケルを含有する正
極を筒状に形成し、この正極の内側にセパレータを介し
て負極を配置することにより電極体を構成すると共に、
この電極体を底のある筒状の電池缶内に収納し、この電
池缶の開口部に封口ユニットを嵌合して封止した電池に
おいて、封口ユニットと正極との間に、この正極の長さ
の５％以上１０％以下の値となる隙間を設けたことを特
徴としている。

【０００８】上述のように構成したことにより、本出願
の電池では、正極が主たる活物質としてオキシ水酸化ニ
ッケルを含有するため、放電末期に過放電の状態になる
と、正極の体積が膨張する側に大きく変化するが、この
正極の体積変化を見込んだ隙間が予め封口ユニットとの
間に設定されているため、膨張した正極が封口ユニット
に当接するのを防止し、又はその当接を抑制することが
できる。そのため、正極の膨張に起因して封口ユニット
が変形したりすることがなく、又は封口ユニットに変形
が生じた場合でもその変形を最小限に抑制することがで
き、この封口ユニットの変形による電解液の液漏れの発
生を防止し、又は液漏れ量を最小限に抑制することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明の実施
の例を示すもので、図１は電池の第１の実施例を示す縦
断面図、図２は電池の第２の実施例の要部を示す断面図
である。

【００１０】図１は、本発明の電池の第１の具体例を示
すニッケル亜鉛電池の中央部を縦方向に断面した説明図
である。

【００１１】電池缶２は、例えば、鉄Ｆｅ等の導電性を
有する金属によって中空で有底の円筒体として形成され
ている。この電池缶２の底２ａには、中央部を円筒状に
膨出させることによって正極端子部４が設けられてい
る。この電池缶２の内面には、例えば、ニッケルめっき
を施したり導電性塗料を塗布する等して、電池缶２の導
電性を高める構成とすることが好ましい。また、電池缶
２の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によ
って形成された外装ラベル５で覆われている。

【００１２】この電池缶２内に収納される電極体３は、
軸方向の両端に開口された中空円筒状の正極６と、この
正極６の内側である孔内に挿入される底を有する有底円
筒状のセパレータ７と、このセパレータ７の穴内に収納
される負極８とを備えている。正極６は、図１に示す実
施例では、正極合剤を中空円筒状に成形した正極ペレッ
ト６ａを４個積層することによって構成されている。

【００１３】正極ペレット６ａは、主たる活物質として
用いられたオキシ水酸化ニッケルと、導電剤である黒鉛
粉末と、電解液である水酸化カリウム水溶液とを混合す
ることによって形成される正極合剤からなる。この正極
合剤における正極活物質としてのオキシ水酸化ニッケル
には、ベータ型オキシ水酸化ニッケルとガンマ型オキシ
水酸化ニッケルとがある。

【００１４】このような正極６の内側に配置されるセパ
レータ７は、正極６と負極８が直接接触しないように電
極間に介在されて両者を分離させるものである。このセ
パレータ７の外周面の全面に正極６が接触され、その内
周面の全面に負極８が接触される。このセパレータ７の
材質としては、電解液がこれを通して移動できるように
通液性に優れた、例えば、ポリビニルアルコール繊維
（通称「ビニロン」）不織布を使用することができる。
この有底円筒状に形成されたセパレータ７の穴内に、負
極８と電解液とが収納されている。

【００１５】負極８は、負極活物質となる粒状亜鉛と、
水酸化カリウム水溶液を使用した電解液と、負極合剤を
ゲル状として粒状亜鉛と電解液を均一に分散させておく
ためのゲル化剤とを有する負極合剤からなる。この負極
８をセパレータ７の穴内に収納すると共に、そのセパレ
ータ７を正極６の内側に挿入することにより、電極体３
が構成される。尚、セパレータ７の開口側周縁部は、正
極６の開口側端面９ａ及び負極８の開口側端面９ｂより
外側に突出されている。

【００１６】このような電極体３が収納される電池缶２
の開口部には、封口ユニット１０が嵌合されている。封
口ユニット１０は、封口部材１１と補強部材１２と負極
端子板１３と集電ピン１４とを備えている。封口部材１
１は、セパレータ７が内側に折り込まれるようにセパレ
ータガイド部１１ａを有している。

【００１７】封口部材１１のセパレータガイド部１１ａ
は、半径方向の中途部においてＶ字形の断面が円周方向
に連続するリング状の尖頭形突条部として形成されてい
る。このセパレータガイド部１１ａの内側の傾斜面には
セパレータ７の上端周縁部が接触可能とされている。こ
のセパレータガイド部１１ａの先端が、封口ユニット１
０の中で最も正極６の開口側端面９ａに近い部分であ
る。そのため、このセパレータガイド部１１ａの先端と
正極６の開口側端面９ａとの間の隙間（最短距離）Ｓ
を、過放電等による正極６の膨張が最も大きいときに両
者が丁度接触することになるか又はギリギリ接触しない
範囲内で、正極６の膨張量を考慮して適当な値に設定す
る。

【００１８】この隙間Ｓの大きさは、正極６の全高さＨ
の５％以上１０％以下の範囲内で任意の値を選択するこ
とができる。ここで、正極６の全高さＨとは、正極６の
電池缶２の底２ａ側の端面から開口側端面９ａまでの長
さを言う。即ち、図１に示す実施例のように、４個の正
極ペレットを高さ方向に積み重ねることにほって１つの
正極６が構成されている場合には、４個の正極ペレット
の高さｈを加え合わせた合計の高さ（４×ｈ）が、正極
６の全高さＨ（＝４ｈ）である。従って、例えば、正極
が１個の正極ペレットで形成されている場合には、その
正極ペレットの高さが正極の全高さであり、また、正極
が３個の正極ペレットを積み重ねることによって形成さ
れている場合には、その積層された正極ペレットの合計
高さが正極の全高さである。

【００１９】封口部材１１には、安全弁としての働きを
なす安全弁部１１ｂが設けられている。この安全弁部１
１ｂは、周方向に連続する環状溝を設けて肉厚を最も薄
く設定し、他の部分よりも強度を低くして破壊され易い
部分として構成されている。この安全弁部１１ｂは、過
放電等によって電池内部の圧力が所定圧力以上に上昇し
たときに、この安全弁部１１ｂから破壊され、ガス抜き
を行って内部圧力を下げることにより安全性を確保する
ようにされている。このような構成を有する封口部材１
１の材質としては、例えば、絶縁性の高いナイロン（ポ
リアミド＝ＰＡ）が好適であるが、その他のエンジニア
リングプラスチックを用いることもできる。

【００２０】このような構成を有するニッケル亜鉛電池
１は、例えば、次のようにして組み立てることができ
る。まず、電池缶２の内部に所定個数（図１に示す実施
例では４個）の正極ペレット６ａを挿入し、その内側に
底のある側からセパレータ７を挿入する。次に、このセ
パレータ７の凹部内に負極合剤を所定量注入して負極８
を形成し、この負極８をセパレータ７を介して正極６に
対向させる。これにより、電池缶２内に電極体３がセッ
トされる。

【００２１】次に、電池缶２の開口部に封口ユニット１
０を嵌合させる。このとき、封口ユニット１０と正極６
との最短距離、即ち、封口部材１１のセパレータガイド
部１１ａの先端と正極６の開口側端面９ａとの間の隙間
Ｓが、正極６の全高さＨの５〜１０％の値となるように
嵌め込む。このとき、封口ユニット１０の集電ピン１４
が負極８内に挿入され、また、セパレータ７の開口側周
縁部が封口部材１１のセパレータガイド部１１ａ内に入
り込む。

【００２２】その後、封口装置等を用いて電池缶２の開
口側周縁部をカシメ加工する。その結果、図１に示すよ
うに、電池缶２の開口側周縁部によって封口部材１１
が、その全周に渡って内側にカシメられ、電池缶２の開
口部が封口ユニット１０によって液密に封止される。こ
れにより、正極６にオキシ水酸化ニッケルを含有し、且
つ、負極８に亜鉛を含有するニッケル亜鉛電池を製造す
ることができる。

【００２３】

【実施例】次に、上述したニッケル亜鉛電池（アルカリ
電池）の漏液特性試験について説明する。この試験は、
オキシ水酸化ニッケルを正極の主たる活物質として使用
した電池、特に、放電特性が良いとされるβ（ベータ）
型オキシ水酸化ニッケルを正極に用いた電池では、過放
電時に正極の体積膨張が大きく、そのため正極高さが増
大し、その正極が封口部材に当接して押圧し、その封口
部材を変形させて液漏れ状態を引き起こすことを確認し
たことによるものである。このときの試験は、従来のニ
ッケル亜鉛電池（単三形電池）の正負極間、即ち、正極
端子部と負極端子板との間に１０Ωの抵抗をつなぎ、こ
の状態で３日間放置して液漏れの状態を観察したもので
ある。

【００２４】上述した本発明の効果を確認すべく、図１
に示したような構成の円筒型アルカリ電池（例えば、単
三形のニッケル亜鉛電池）を作成し、その放電特性を評
価した。そして、本発明との比較例として、２種類のア
ルカリ電池についても、同様の試験を行って放電特性を
評価した。

【００２５】〔実施例１〕β型オキシ水酸化ニッケル８
６重量％、黒鉛８重量％、水酸化カリウム水溶液６重量
％からなる正極合剤を中空円筒状のペレットに成形し
た。この正極ペレット６ａの寸法は、外径１３．２ｍ
ｍ、内径９．０ｍｍ、高さｈは９．７５ｍｍである。ま
た、この正極ペレット６ａの質量は２．４４ｇであっ
た。この正極ペレット６ａの４個を電池缶２に挿入し、
その内側に挿入されたセパレータ７の内部に水酸化カリ
ウム水溶液と負極合剤とを充填した。そして、電池缶２
の開口部に封口ユニット１０を嵌合してカシメ、内部を
密封して円筒形のアルカリ電池を作成した。

【００２６】このとき、封口ユニット１０と正極６との
間の最短距離、即ち、封口部材１１のセパレータガイド
部１１ａの先端と正極６の開口側端面９ａとの間の隙間
Ｓは、２．０ｍｍであった。そして、正極６は４個の正
極ペレット６ａによって構成されているため、正極６の
全長Ｈは３９．０ｍｍ（＝９．７５ｍｍ×４）である。
従って、正極６の全長Ｈに対する隙間Ｓの比率Ｒは５％
（２．０÷３９．０＝０．０５１≒０．０５）であっ
た。

【００２７】〔実施例２〕実施例１に示す組成の正極合
剤を用い、外径１３．２ｍｍ、内径９．０ｍｍ、高さｈ
は９．５ｍｍ、質量２．３８ｇの正極ペレット６ａを作
成した。この正極ペレット６ａを用いて実施例１と同様
の手順で電池を作成した。このとき、隙間Ｓは、３．０
ｍｍであった。また、正極６の全長Ｈは３８．０ｍｍ
（＝９．５ｍｍ×４）である。従って、正極６の全長Ｈ
に対する隙間Ｓの比率Ｒは８％（３．０÷３８．０＝
０．０７９≒０．０８）であった。

【００２８】〔実施例３〕実施例１に示す組成の正極合
剤を用い、外径１３．２ｍｍ、内径９．０ｍｍ、高さｈ
は９．３ｍｍ、質量２．３３ｇの正極ペレット６ａを作
成した。この正極ペレット６ａを用いて実施例１と同様
の手順で電池を作成した。このとき、隙間Ｓは、３．８
ｍｍであった。また、正極６の全長Ｈは３７．２ｍｍ
（＝９．３ｍｍ×４）である。従って、正極６の全長Ｈ
に対する隙間Ｓの比率Ｒは１０％（３．８÷３７．２＝
０．１０２≒０．１０）であった。

【００２９】〔比較例１〕実施例１に示す組成の正極合
剤を用い、外径１３．２ｍｍ、内径９．０ｍｍ、高さｈ
は１０．０ｍｍ、質量２．５ｇの正極ペレット６ａを作
成した。この正極ペレット６ａを用いて実施例１と同様
の手順で電池を作成した。このとき、隙間Ｓは、１．０
ｍｍであった。また、正極６の全長Ｈは４０．０ｍｍ
（＝１０．０ｍｍ×４）である。従って、正極６の全長
Ｈに対する隙間Ｓの比率Ｒは３％（１．０÷４０．０＝
０．０２５≒０．０３）であった。

【００３０】〔比較例２〕実施例１に示す組成の正極合
剤を用い、外径１３．２ｍｍ、内径９．０ｍｍ、高さｈ
は９．１ｍｍ、質量２．２８ｇの正極ペレット６ａを作
成した。この正極ペレット６ａを用いて実施例１と同様
の手順で電池を作成した。このとき、隙間Ｓは、４．６
ｍｍであった。また、正極６の全長Ｈは３６．４ｍｍ
（＝９．１ｍｍ×４）である。従って、正極６の全長Ｈ
に対する隙間Ｓの比率Ｒは１３％（４．６÷３６．４＝
０．１２６≒０．１３）であった。

【００３１】以上のようにして、実施例１〜３及び比較
例１及び２の電池をそれぞれ３０個ずつ作成した。それ
ぞれの実施例及び比較例において、３０個の電池のうち
２０個の電池にそれぞれ１０Ωの抵抗を接続し、室温の
温度条件下において３日間放置して、それぞれについて
液漏れ発生の有無を観察した。また、実施例１〜３及び
比較例１及び２の電池について、それぞれ１個を１００
０ｍＡの負荷で放電させ、終止電圧が０．９Ｖになるま
での放電時間を測定した。これら漏液発生率及び放電時
間の平均値を、表１として示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】この表１から明らかなように、実施例１〜
３の電池では、いずれの場合にも漏液は発生しなかっ
た。また、放電時間については、判断の基準を４５分に
すると、実施例１では４８分、実施例２では４７分、実
施例３では４６分となっており、実施例１〜３の電池の
いずれの場合にも、判断の目安となる基準時間４５分を
超えていた。

【００３４】これに対して、比較例１では２０％の割合
で漏液が発生していた。一方、比較例２の電池では、漏
液の発生はなかった。しかしながら、比較例２の電池の
場合には、放電時間が４４分と短くなっており、放電特
性が劣化していることが確認された。この放電特性の劣
化の原因は、正極６の高さを短くしたことによるものと
考えられる。即ち、比較例２の電池では、封口部材１１
のセパレータガイド部１１ａの先端と正極６の開口側端
面９ａとの距離を確保するため隙間Ｓを４．６ｍｍと広
くしたところ、相対的に正極６の高さＨが短くなり、正
極６に質量低下を生じたことによるものと考えられる。
その結果、正極６の放電容量が低下してしまい、放電時
間が大きく減少することになったものと推測される。

【００３５】また、比較例１の電池のうち漏液した電池
を解体調査したところ、正極６が封口部材１１のセパレ
ータガイド部１１ａに当接し、封口部材１１に変形を生
じさせて安全弁部１１ｂを破壊していることが確認され
た。この封口部材１１の変形によって安全弁部１１ｂを
破壊して開放することにより、電解液が補強部材１２の
貫通孔１２ａと負極端子板１３の通気孔１３ａを通って
外部に漏出し、漏液に至ったことが確認された。

【００３６】このような結果に鑑みると、正極６と封口
部材１１との間の最短距離、即ち、隙間Ｓを、正極６の
高さＨの５％以上１０％以下の値に設定することによ
り、放電容量を大きく損なうことなしに過放電時の漏液
を防止又は抑制して、耐漏液性の向上を図ることができ
ることが確認できた。

【００３７】図２は、上述したニッケル亜鉛電池１の変
形実施例を示すものである。この実施例に示すアルカリ
電池２１は、封口部材２２のセパレータガイド部１１ａ
の先端を平らな平面部として、広い面積でセパレータガ
イド部１１ａが正極６の開口側端面９ａに当接するよう
に構成したものである。

【００３８】また、電池缶２の開口部の近傍には、半径
方向内側にＵ字状又は半円状に突出すると共にその断面
形状が円周方向に連続する突条部２３がビーディングに
よって設けられている。この突条部２３は、封口ユニッ
ト１０を所定位置に位置決めし、電池缶２の開口側周縁
部のカシメを確実なものとするために設けられたもので
ある。このように、封口部材１１，２２の形状は、図示
した実施例に限定されるものではなく、例えば、半円
形、角形その他の形状を用いることができる。他の構成
は、上記実施例と同様であり、同一部分には同一符号を
付して、それらの説明は省略する。

【００３９】以上説明したが、本発明は上記実施の例に
限定されるものではなく、例えば、上記実施例において
は水酸化カリウム水溶液を使用した場合について説明し
たが、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液
を用いることによっても同様の効果を得ることができ
る。更に、この結果から、これらアルカリ性水溶液を混
合して用いた場合も、同様の結果が得られると考えられ
る。

【００４０】また、本発明は、オキシ水酸化ニッケルを
主たる正極活物質として用いる電池に適用されるもので
あり、負極活物質は適宜に選択して使用できるもので、
亜鉛を主たる負極活物質として用いる電池に限定される
ものではない。このように、本発明は、その趣旨を逸脱
しない範囲で種々変更できるものである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の電池によ
れば、正極が主たる活物質としてオキシ水酸化ニッケル
を含有する電池において、封口ユニットと正極との隙間
を正極の長さの５％以上１０％以下の値に設定する構成
としたため、放電末期に過放電となって正極の体積が膨
張して大きくなった場合にも、その正極の体積変化を予
め見込んだ隙間が正極と封口ユニットとの間に設定され
ていることから、膨張した正極が封口ユニットに当接す
るのを防止し、又はその当接が最小限となるように抑制
することができる。その結果、正極の膨張に起因して封
口ユニットが変形したりすることがなく、又は封口ユニ
ットに変形が生じた場合でもその変形を最小限に抑制す
ることができるため、封口ユニットの変形による電解液
の漏液の発生を防止し、又は液漏れ量を最小限に抑制す
ることができるという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電池の第１の実施例を示すニッケ
ル亜鉛電池の中央部を縦方向に断面した説明図である。

【図２】図１に示す電池の封口ユニットの変形実施例を
示すもので、要部を断面した説明図である。

【符号の説明】

１，２１ニッケル亜鉛電池（電池）、２電池缶
（正極缶）、３電極体、４正極端子部、６
正極、７セパレータ、８負極、１０封口ユニ
ット、１１，２２封口部材、１１ａセパレータ
ガイド部、１１ｂ安全弁部、１２補強部材、
１３負極端子板、１４集電ピン、Ｓ隙間、Ｈ
正極の高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H024 AA01 AA14 CC02 CC07 CC14 DD03 DD14 FF36 HH13 5H028 AA01 AA07 BB01 EE05 HH05 5H050 AA04 AA20 BA04 CA03 CB13 DA17 FA07 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主たる活物質としてオキシ水酸化ニッケ
ルを含有する正極を筒状に形成し、当該正極の内側にセ
パレータを介して負極を配置することにより電極体を構
成すると共に、当該電極体を底のある筒状の電池缶内に
収納し、当該電池缶の開口部に封口ユニットを嵌合して
封止した電池において、上記封口ユニットと上記正極との間に、当該正極の高さ
の５％以上１０％以下の値となる隙間を設けたことを特
徴とする電池。
【請求項２】上記オキシ水酸化ニッケルは、ベータ型
オキシ水酸化ニッケルであることを特徴とする請求項１
記載の電池。