JP2007005196A - Alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長期間の貯蔵を行っても電解液の漏液が生じ難いアルカリ電池に関する。 The present invention relates to an alkaline battery that hardly causes leakage of an electrolyte even after long-term storage.
特許文献1〜4には、円筒形状の外装缶の開口上端部を封口する樹脂製の封口体と、この封口体の中央部の挿通孔に挿通した状態で外装缶内に差し込まれる集電棒と、外装缶内に収容される電解液とを有するアルカリ電池が開示されている。
さらに特許文献2では、電解液の漏液防止のために、封口体の挿通孔の内周面と集電棒の外周面との間に封止剤を介在させており、特許文献3では、封口体の全体を界面活性剤の膜で覆ってから封口体の挿通孔に集電棒を挿通している。
Further, in
前記封口体を成形する際には、溶融樹脂がゲートを介して金型のキャビティへ注入されるが、成形後の封口体には、溶融樹脂の注入部分(ゲート部)およびその周辺に成形に伴う残留応力が保留される。このため、前記ゲート部の周辺にクラック(裂け目)が生じ易い。この対策としては、特許文献4に示すごとくゲート部およびゲート部の周辺に封止剤を配しておいて、クラックが発生してもそのクラックが封止剤で塞がれるようにすることが知られている。 When the sealing body is molded, the molten resin is injected into the cavity of the mold through the gate. The molded sealing body has a molten resin injection part (gate portion) and the periphery thereof for molding. The accompanying residual stress is withheld. For this reason, cracks (fissures) are likely to occur around the gate portion. As a countermeasure, as shown in Patent Document 4, a sealant is arranged around the gate portion and the gate portion so that even if a crack occurs, the crack is closed with the sealant. Are known.
特許文献4では、ゲート部が挿通孔の下端部の近傍に位置しており、したがって挿通孔の下端部の近傍に残留応力が保留されることになる。この挿通孔にあっては、集電棒との密着性をよくするために集電棒が圧入されており、しかも集電棒は挿通孔の上側から差し込まれるために、挿通孔の下端部の周辺に応力集中が生じる。つまり、特許文献4では、前記残留応力と前記応力集中とが重なって挿通孔の下端部の周辺に大きなストレスが生じてしまう。 In Patent Document 4, the gate portion is located in the vicinity of the lower end portion of the insertion hole, and therefore residual stress is retained in the vicinity of the lower end portion of the insertion hole. In this insertion hole, the current collecting rod is press-fitted in order to improve the adhesion to the current collecting rod, and since the current collecting rod is inserted from the upper side of the insertion hole, a stress is applied around the lower end of the insertion hole. Concentration occurs. That is, in Patent Document 4, the residual stress overlaps with the stress concentration, and a large stress is generated around the lower end portion of the insertion hole.
また、封口体を形成する樹脂は、耐漏液性や機械的強度などの点からポリアミド系樹脂が選択されるが、ポリアミド系樹脂は、経時的に脱水して脆化し易いうえに強アルカリ性の電解液によっても経時的に脆化するために、封口体は、電池を長期間貯蔵した場合に微細な亀裂が生じ易い。 As the resin forming the sealing body, a polyamide resin is selected from the viewpoints of liquid leakage resistance and mechanical strength. However, the polyamide resin is easily dehydrated and embrittled over time, and has strong alkaline electrolysis. Since the liquid embrittles over time, the sealing body is liable to cause fine cracks when the battery is stored for a long time.
このため、特許文献4では、電池を長期間貯蔵した場合に前記ストレスと相俟って、封口体に大きなクラックが生じるおそれがある。この場合、封止剤によってクラックを十分に塞ぐことができない。 For this reason, in patent document 4, when a battery is stored for a long time, there exists a possibility that a big crack may arise in a sealing body combined with the said stress. In this case, the crack cannot be sufficiently blocked by the sealant.
そこで本発明の目的は、長期間貯蔵しても電解液の漏液を確実に防止できるアルカリ電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an alkaline battery that can reliably prevent leakage of an electrolyte even when stored for a long period of time.
本発明は、図1および図2に示すごとく、上端が開口する外装缶1と、外装缶1の開口上端部を封口する樹脂製の封口体7と、封口体7に設けた挿通孔11に挿通した状態で外装缶1内に差し込まれる集電棒6と、外装缶1内に収容される電解液とを有しており、封口体7は、溶融樹脂の注入部分19が封口体7の上面に位置するように成形されており、封口体7における挿通孔11の下端部の周辺を、電解液に対して安定な封止剤17が覆っていることを特徴とする。集電棒6は、負極集電棒の場合と正極集電棒の場合とがある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the present invention includes an
具体的には、封口体7の挿通孔11の下端部分を、挿通孔11の中間部分よりも内径を大きくしてあることで、集電棒6に接触しない非接触部16を封口体7の下面から上方に向けて凹入形成してあり、封止剤17が、非接触部16内を含む挿通孔11の下端部の周辺を覆っている。
Specifically, the lower end portion of the
低コストの点、塗り易さの点、不純物の少ない点および塗布による残留応力がない点などから、封止剤17はピッチ系封止剤であることが好ましい。
The
封止剤17の厚さ寸法は10μm以上であることが好ましい。封止剤17の厚さ寸法が10μmよりも小さいと、発生したクラックを封止剤17で確実には覆うことができない。封止剤17の厚さ寸法は大きい方が好ましいが、大きくする程に封止剤17に要するコストが上昇するとともに、封止剤17の分だけ電池の内部容量の低下を招いてしまう。
The thickness of the
本発明によれば、溶融樹脂の注入部分19が封口体7の上面に位置するように封口体7を成形してあるので、封口体7の成形に伴う残留応力が挿通孔11の下端部の周辺に保留されることが防止される。したがって、前記残留応力と、集電棒6が挿通孔11の上側から圧入されることで挿通孔11の下端部の周辺に生じる応力集中とが重なって、挿通孔11の下端部の周辺に大きなストレスが生じることが軽減され、その分だけ挿通孔11の下端部の周辺に大きなクラックが生じ難くなる。
According to the present invention, since the sealing
そのうえで、封口体7の挿通孔11の下端部の周辺が封止剤17で覆われるので、電池を長期間貯蔵したことで、ある程度のクラックが生じても、そのクラックを封止剤17で確実に塞ぐことができる。したがって、電解液の漏液を確実に防止できる。さらに、溶融樹脂の注入部分19が封口体7の上面に位置するので、前記残留応力が保留されてクラックが生じ易い溶融樹脂の注入部分19に電解液が接することがなく、これによってもクラックが生じ難くなる。
In addition, since the periphery of the lower end portion of the
非接触部16を封口体7の下面から上方に向けて凹入形成した場合には、その非接触部16を設けた分だけ集電棒6と挿通孔11との接触面積が減って、前記圧入の際における集電棒6と挿通孔11との接触抵抗が低減する。これによって、挿通孔11の下端部の周辺にクラックが生じることがより低減される。
When the
(実施例1) 図面は、本発明を単三形アルカリ電池(以下、単に電池という)に適用した実施例1を示したものである。この電池は、図2に示すごとく、上端が開口する有底円筒形状の外装缶1と、この外装缶1内に収容された中空円筒形状の正極2と、この正極2の中空部内に配置されたセパレータ3と、このセパレータ3内に充填された負極5と、この負極5内に差し込まれた釘形状の負極集電棒6と、水酸化カリウム水溶液を主成分とするアルカリ電解液とを有しており、外装缶1の開口上端部1a側が封口体7で封口されている。外装缶1の底部には、凸状の正極端子部分1bが形成されている。外装缶1は、正極端子を兼ねている。
(Example 1) The drawing shows Example 1 in which the present invention is applied to an AA alkaline battery (hereinafter simply referred to as a battery). As shown in FIG. 2, the battery is arranged in a bottomed cylindrical outer can 1 having an open upper end, a hollow cylindrical
外装缶1の開口上端部1a内には、前記封口体7と、これを介して外装缶1の開口上端に配される金属製の負極端子板9と、外装缶1の開口上端部1aの先端と負極端子板9との間に介在する鍔付き短筒形状の絶縁板10とが装着されている。絶縁板10は、絶縁性の高い合成樹脂で形成される。封口体7は、ナイロン6やナイロン66などのポリアミド系樹脂で成形される。
In the opening
外装缶1は、キルド鋼板で形成してあり、その外表面に無光沢のニッケルメッキを施してある。外装缶1は、開口上端部1aの厚さ寸法が0.25mm、胴部分の厚さ寸法が0.16mmである。外装缶1の正極端子部分1bの厚さ寸法は、胴部分よりも厚くしてあって、電池を誤って落下させても正極端子部分1bが凹み難くしてある。
The
正極2は、二酸化マンガンと、黒鉛と、ポリテトラフルオロエチレンの粉末と、酸化亜鉛を2.9質量%だけ含有する56質量%の水酸化カリウム水溶液(電解液)とを87.6:6.7:0.2:5.5の質量比で、50℃の温度環境下において混合調製した正極合剤で形成した。セパレータ3は、不織布を三層に重ねて筒状に捲き、底部側を折り曲げ成形したのちに熱融着して、底部が閉じられたコップ形状に形成した。
The
負極5は、亜鉛合金粒子と、ポリアクリル酸ナトリウム(ポリアクリル酸ソーダ)と、ポリアクリル酸と、酸化亜鉛を2.2質量%だけ含有する33.5質量%の水酸化カリウム水溶液(電解液)とを39:0.2:0.2:18の質量比で混合し、ゲル状に調製した負極合剤で形成した。負極集電棒6は、真鍮に錫をメッキすることで形成してある。
The
封口体7は、図1および図3に示すごとく、負極集電棒6が挿通される挿通孔11を有するボス部12と、外装缶1の内周面と接する外周部13と、ボス部12と外周部13とを連結して、それらの間を密封する連結部15とで構成されている。そして、封口体7によって電解液の外部への漏出を防止し、且つ負極端子板9と外装缶1との間を絶縁板10と共に絶縁するようになっている。ボス部12の直径寸法は3mm、負極集電棒6の直径寸法は1.45mmである。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
封口体7の連結部15の内周側には、防爆用の安全弁としての薄肉部分15aが形成されており、電池の内圧が異常レベル以上になったときに薄肉部分15aが破断して、電池の内圧が解放される。封口体7の連結部15の外周側には、応力吸収部15bが形成されており、外装缶1の開口上端部1aをかしめて封口する際に、連結部15に作用する応力の一部を応力吸収部15bが吸収して、前記薄肉部分15aへの応力集中を防止している。
A thin-
負極集電棒6の棒状部分6aの外径寸法は、封口体7の挿通孔11の内径寸法よりも大きくなっており、負極集電棒6の棒状部分6aは挿通孔11に圧入される。具体的には、(棒状部分6aの外径寸法L1)/(挿通孔11の内径寸法L2)が1.01〜1.05の範囲内になるよう設定されている。L1/L2が1.01よりも小さい場合には、負極集電棒6の棒状部分6aと、封口体7の挿通孔11の内周面との密着性が低くなって漏液が生じ易くなる。L1/L2が1.05よりも大きい場合には、負極集電棒6の棒状部分6aが封口体7の挿通孔11の内周面に過度に強く押し付けられて、封口体7のボス部12にクラックが生じ易くなる。
The outer diameter of the rod-shaped portion 6 a of the negative electrode
封口体7の挿通孔11の上端部分11aの内径は、挿通孔11の中間部分よりも大きくなっており、負極集電棒6を挿通孔11に圧入したときには、負極集電棒6の上端の大径部分6bが、ボス部12の上面から僅かに突出した状態、またはそれとほぼ面一の状態で挿通孔11の上端部分11aに嵌合する。負極集電棒6の大径部分6bは、スポット溶接などで負極端子板9の中央部分の裏面に接合される。
The inner diameter of the
封口体7の挿通孔11の下端部分は、挿通孔11の中間部分よりも内径を大きくしてあり、これによって負極集電棒6に接触しない非接触部16が、ボス部12の下面から上方に向けて凹入形成される。非接触部16は、ボス部12の下面から0.7mmの高さ位置まで形成されている。非接触部16の上端部は、図3に示すごとく円弧状に湾曲していて、挿通孔11の中間部分に対して鈍角状に繋がっている。なお、非接触部16は、ボス部12の下面から0.5mm以上の高さがあればよい。
The lower end portion of the
非接触部16を設けた分だけ負極集電棒6と挿通孔11との接触面積が減って、前記圧入の際における負極集電棒6と挿通孔11との接触抵抗が低減する。しかも、非接触部16の上端部が挿通孔11の中間部分に鈍角状に繋がるので、前記圧入によって挿通孔11の下端に応力が集中することが緩和される。
The contact area between the negative electrode
ボス部12の下面および非接触部16内は、図1に示すごとく封止剤17が塗布されて覆われている。封止剤17としては、アルカリ電解質に対して安定な物質であるピッチやアスファルトやタールや松脂(ロジン)などのピッチ系封止剤、その他フッ素系樹脂などが使用される。本実施例1では、封止剤17として、ピッチを40重量%の濃度になるようトルエンに溶解したものを用いた。
The lower surface of the
乾燥後の封止剤17の塗布層は、その厚さ寸法が0.1mmに設定される。非接触部16の内部空間は封止剤17によって埋められており、また負極集電棒6の棒状部分6aは、ボス部12の下側まで封止剤17が覆われる。これにより、ボス部12の下面や挿通孔11の内周面でクラックが発生しても、そのクラックが封止剤17で塞がれる。なお、封止剤17の厚さ寸法は、10μm以上であればよい。
The thickness of the coating layer of the
封止剤17は、負極集電棒6を挿通孔11に圧入してから塗布することになるが、圧入前に負極集電棒6の棒状部分6aや、ボス部12の下面および非接触部16内に封止剤17を予め塗布しておいてもよい。この場合には、負極集電棒6の棒状部分6aと、封口体7の挿通孔11の中間部分の内周面との間にも封止剤17が介在することになる。
The
封口体7の成形において金型のキャビティへ溶融樹脂を注入するゲートは、封口体7の上面に位置するように設定してある。つまり、封口体7は、溶融樹脂の注入部分(ゲート部)19が封口体7の上面である挿通孔11の上端部分11aの内底面に位置している。なお、ゲート部19は、挿通孔11の上端部分11aの内底面より僅かに低く、またはそれとほぼ面一の状態になっている。
The gate for injecting the molten resin into the mold cavity in the molding of the sealing
次に、前記電池の作製要領を説明する。前記正極合剤を適量ずつ外装缶1内に挿入して順に加圧成形することで、3個の中空円筒形状の正極合剤成形体を積み重ねた状態の正極2を外装缶1内に収容する。正極2の重量は約11gであり、各正極合剤成形体は3.21g/cm3 の密度である。外装缶1の内面には、外装缶1の開口上端から下方へ3.5mmの位置にグルーブを形成してあり、このグルーブの位置まで外装缶1の内面にピッチを塗布した。
Next, the manufacturing procedure of the battery will be described. The
次いで、前記コップ形状のセパレータ3を正極2の内側に装填して、酸化亜鉛を2.2質量%だけ含有する33.5質量%の水酸化カリウム水溶液の電解液を1.35gだけセパレータ3の内側に注入する。次に、前記ゲル状の負極合剤をセパレータ3の内側に5.74gだけ充填して負極5を形成する。
Next, the cup-shaped
この後、挿通孔11に負極集電棒6が圧入され、且つ封止剤17が塗布された状態の封口体7が外装缶1の開口上端部1a内に装着されて、負極集電棒6が負極5に差し込まれる。さらに負極端子板9と絶縁板10とが外装缶1の開口上端部1a内に装着される。
After that, the negative electrode
この状態で、外装缶1の開口上端部1aが外側からスピニング方式でかしめられ、負極集電棒6の大径部分6bがスポット溶接などで負極端子板9の裏面に接合されて、単三形アルカリ電池が作製される。
In this state, the upper
(実施例2) 実施例2では、封止剤17としてフッ素系樹脂をボス部12の下面および非接触部16内に塗布した。フッ素系樹脂の塗布層の厚さ寸法は0.05mmにした。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。
Example 2 In Example 2, a fluorine-based resin was applied as the
(比較例1) 比較例1では、ボス部12の下面および非接触部16内になにも塗布しなかった。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。
Comparative Example 1 In Comparative Example 1, nothing was applied to the lower surface of the
(漏液性能試験) 本発明の実施例1・2に係る電池と、比較例1に係る電池とをそれぞれ75個ずつ用意し、長期間の貯蔵による漏液性能を加速して判別するために、60℃の温度環境下において貯蔵した。 (Leakage performance test) To prepare 75 batteries according to Examples 1 and 2 of the present invention and 75 batteries according to Comparative Example 1, respectively, in order to accelerate and discriminate the leakage performance due to long-term storage And stored in a temperature environment of 60 ° C.
そして、電池作製直後、15日の貯蔵後、30日の貯蔵後、45日の貯蔵後および60日の貯蔵後に、実施例1・2に係る電池と比較例1に係る電池とをそれぞれ15個ずつ任意に抜き出して分解し、封口体7のボス部12におけるクラック発生の有無を目視で確認した。表1は、その結果を示す。なお、60日の貯蔵は、通常の環境下での約9年の貯蔵に相当する。
Then, 15 batteries each of the batteries according to Examples 1 and 2 and the battery according to Comparative Example 1 were obtained immediately after the battery production, after 15 days of storage, after 30 days of storage, after 45 days of storage and after 60 days of storage. Each was arbitrarily extracted and disassembled, and the presence or absence of cracks in the
表1に示すごとく、実施例1の電池では60日の貯蔵後、実施例2の電池では45日の貯蔵後においてもクラックの発生が全く見られず、長期間の貯蔵でも電解液の漏れ出しが生じないことが確認できた。 As shown in Table 1, the battery of Example 1 did not show any cracks after 60 days of storage and the battery of Example 2 after 45 days of storage, and the electrolyte leaked out even after long-term storage. It was confirmed that no occurred.
これに対して、比較例1の電池では、60日の貯蔵後に7個、45日の貯蔵後でも2個の電池でそれぞれクラックの発生が見られた。なお、実施例2の電池では、60日の貯蔵後に3個の電池でクラックの発生が見られたが、その数は比較例1の電池に比べて半分以下である。つまり、比較例1の電池は、長期間の貯蔵において、実施例1・2の電池よりも電解液の漏れ出しの可能性が高いことになる。 On the other hand, in the battery of Comparative Example 1, generation of cracks was observed in 7 batteries after 60 days storage and in 2 batteries even after 45 days storage. In the battery of Example 2, cracks were observed in three batteries after 60 days of storage, but the number was less than half that of the battery of Comparative Example 1. That is, the battery of Comparative Example 1 has a higher possibility of leakage of the electrolyte than the batteries of Examples 1 and 2 during long-term storage.
1 外装缶
1a 開口上端部
6 負極集電棒
7 封口体
9 負極端子板
10 絶縁板
11 挿通孔
11a 上端部分
12 ボス部
16 非接触部
17 封止剤
19 ゲート部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記封口体は、溶融樹脂の注入部分が前記封口体の上面に位置するように成形されており、
前記封口体における前記挿通孔の下端部の周辺を、前記電解液に対して安定な封止剤が覆っていることを特徴とするアルカリ電池。 An outer can whose upper end is open, a resin sealing body that seals the upper end of the opening of the outer can, a current collecting rod that is inserted into the outer can in a state of being inserted into an insertion hole provided in the sealing body, and Having an electrolyte contained in an outer can,
The sealing body is shaped such that the molten resin injection portion is located on the upper surface of the sealing body,
An alkaline battery characterized in that a sealant that is stable with respect to the electrolytic solution covers a periphery of a lower end portion of the insertion hole in the sealing body.
前記封止剤が、前記非接触部内を含む前記挿通孔の下端部の周辺を覆っている請求項1記載のアルカリ電池。 The lower end portion of the insertion hole of the sealing body has a larger inner diameter than the middle portion of the insertion hole, so that a non-contact portion that does not contact the current collector rod is recessed upward from the lower surface of the sealing body. Formed,
The alkaline battery according to claim 1, wherein the sealant covers a periphery of a lower end portion of the insertion hole including the inside of the non-contact portion.
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