JP2007172859A

JP2007172859A - ボタン形アルカリ電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007172859A
Application number: JP2005364602A
Authority: JP
Inventors: Jiro Okamoto; 次郎岡本; Masahiko Yoshida; 正彦吉田; Toshihiko Ikehata; 敏彦池畠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】電池高容量化のため負極ケース終端部を折り返しのない構造とした時、電池組み立て工程において、負極ケースとガスケットを組み合わせた際に負極ケース終端部とガスケット底部上面との間に隙間があると耐漏液特性が低下する。
【解決手段】ガスケットに負極ケースが組み込まれた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面が接し、負極ケース周縁部外側面とガスケット内側面が接し、かつ負極ケース第一屈曲部とガスケットの凸部が接するガスケット形状とすることにより、電池組み立て工程において、ガスケットの変形により負極ケースがガスケットから浮き上がることを防止し、良好な耐漏液性を持った電池を提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボタン形アルカリ電池、特にボタン形空気亜鉛電池の高容量化と耐漏液特性の改良及びその製造法に関するものである。

ボタン形空気亜鉛電池は小型で軽量、同サイズのボタン形電池に比較し高容量という利点から、補聴器用電源として用いられている。補聴器用電源であるボタン形空気亜鉛電池にとって、機器の機能を損なわないための耐漏液性が特に重要である。従来、ボタン形空気亜鉛電池の負極ケースは内側面が銅、外側面がニッケル、中心部がステンレスからなるクラッドまたはメッキ材で構成され、その外周部に断面Ｕ字状の折り返し部を設け内面の銅層の延長部をガスケット内面と密着させることにより安定した耐漏液特性を維持していた。

また、近年、特に補聴器の多機能化により電源であるボタン形空気亜鉛電池に対して高容量化が求められている。これに対し、負極ケースの内容積をできるだけ大きく確保するために負極ケースの終端部に折り返し構造を持たない構造が考えられた。この負極ケースは周縁部壁面が一層の材料で構成されるため従来の折り返し構造の負極ケースと比較し内容積が拡大する。

折り返し部を持たない負極ケース終端部では銅、ステンレス、ニッケルの三種の材料が断面Ｌ字状のガスケット底部上面に露出する。

電池構成時は負極ケースの中に負極活物質としての負極亜鉛と電解液が充填されている。負極亜鉛は防食のため粒子表面が水銀で被覆されているため、負極ケースへの充填時にその水銀で銅表面も同様にアマルガム化され、負極亜鉛と銅表面は同一電位となる。しかし、負極ケース終端部はアマルガム化しないステンレスとニッケルが露出しているため電池中の電解液が侵入し付着した場合、亜鉛との電位差が発生し、負極ケース終端部で電解液が分解して水素ガスが発生する。その結果、ボタン形空気亜鉛電池の内部の圧力が上がり、正極ケースの底部に開孔した空気孔や負極ケースとガスケットの境界部、正極ケースとガスケットの境界部から電解液を押し出し漏液となる。

この問題の解決のために負極ケースとガスケットとの間に樹脂製のシール材を充填することが試されたが、十分な効果が得られなかった。

また、負極ケースの内容積を拡大し、かつ耐漏液性に優れた電池を得るために、特許文献１に示す通り、負極ケース周縁部の一部だけに折り返し構造を持たせる方法が提案されている。また、特許文献２に示す通り、負極ケース同形状でさらに耐漏液性を向上させるために、負極ケースの外周部の断面Ｕ字上の折り返し部の先端部と負極ケースの外周部側面部によって形成される凹部の空間に勘合する凸部をガスケット内周部に設ける方法が提案されている。しかし、これらの方法は負極ケース周縁部に一部折返し構造を持つため、まったく折り返し構造がない構造と比較し、内容積が小さいという問題がある。
特開平９−９２２３９号公報特開平９−４５２９７号公報

鋭意研究の結果、負極ケース終端部への電解液の侵入の原因は電池構成過程での負極ケ
ース終端部とガスケット底部との隙間であることが判明した。ガスケットにはナイロン６６などの弾性のある材料が用いられるが、これらの材料は湿度などの環境の条件によって変形する場合があり、電池構成の過程で負極ケースとガスケットを組み合わせる工程において、湿度等の影響でガスケットが変形し、負極ケースを押し上げて、負極ケースを浮き上がらせ、両部材が所定の位置に固定されない場合がある。このようにして生じた負極ケース終端部とガスケット底部上面との間に隙間を有する負極ケースとガスケットの組み合わせ部品を用いて電池を封口すると、この隙間へ電解液が侵入するために耐漏液性が悪くなる。

前述の課題を解決するために本発明は、負極活物質として亜鉛、正極活物質として二酸化マンガンおよび酸化銀等の酸化物あるいは酸素、電解液としてアルカリ電解液を用い、終端部に折り返し部のない負極ケースの周縁にガスケットを配置し、正極ケースと嵌合後、正極ケース開口周縁部を電池内方にかしめ、ガスケットと負極ケースで液密封口されたボタン形アルカリ電池であって、ガスケットに負極ケースが組み込まれた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面とが接し、負極ケース周縁部外側面とガスケット内側面とが接し、かつ負極ケース第一屈曲部とガスケットの凸部とが接することを特徴とし、ガスケット内側部に環状あるいは断続的な環状の凸部を設け、この凸部とガスケット底部上面とで、負極ケースを挟み込むことにより、負極ケース終端部とガスケット底部上面との隙間を無くすることを特徴としたものである。

このようなガスケット形状と負極ケース形状との関係にすることにより、負極ケースとガスケットを組み合わせた際に、負極ケース周縁部をガスケット内面凸部と、底面上部とで挟み込み、２つの部材が上下方向で確実に固定されるため、湿度等の影響でガスケットが多少変形しても負極ケースのガスケットからの浮き上がりが防止される。その結果、負極ケース終端部とガスケット底部上面間に隙間が生じることが防止できるので電解液の漏出経路を遮断でき、電池の漏液を信頼性高く防止できる。

以下、本発明の実施形態を、ボタン形空気亜鉛電池を例として図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態におけるボタン形空気亜鉛電池の断面図である。図１において、正極ケース１は底部凹部に空気孔２を有し、上部端が開口型となる形状を有している。

正極ケース１の底部凹部内面には、空気拡散紙３、撥水膜４、空気極５、及びセパレータ６が順次、積層配置されている。一方、正極ケース１の底部凹部外面には、電池が未使用の状態では空気孔２を塞ぐようにシールテープ（図示しない）が貼付されており、このシールテープを正極ケース１から取り外すことで、電池内部に酸素が進入し、起電反応が開始される。この正極ケース１は、鉄またはステンレスにニッケルメッキした材料が用いられる。

空気拡散紙３は、空気孔２から取り入れた空気を均一に拡散させており、ビニロン不織紙などの材料から構成される。撥水膜５は、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）微多孔膜からなり、電解液の電池外部への漏出を防止すると同時に空気極５への酸素供給を行っている。負極ケース７は、正極ケース１と組み合わせて電池容器を形成するものであり、その内壁面が亜鉛負極８に電気的に接する一方、外壁面は正極ケース１の開口部を封止している。

亜鉛よりなる負極８はゲル状であり、３４質量％の水酸化カリウム水溶液からなる電解液に、カルボキシセルロース（ゲル化剤）、および亜鉛粉末もしくは亜鉛合金粉末を配合して調製される。負極ケース７と、正極ケース１との間にはポリアミド樹脂系の絶縁体を兼ねたガスケット９を介挿配置している。

上記構造の空気亜鉛電池において、負極ケースとガスケットの組み合わせ部品の断面図を図２に示す。ガスケット９の内側面にガスケット内側面凸部９ａを設け、ガスケット内側面９ｂとガスケット底部上面９ｃとで、負極ケース周縁部第一屈曲部７ａと負極ケース周縁部外側面７ｂと負極ケース終端部下面７ｃを挟み込む。

ＰＲ４４（直径１１．６ｍｍ、高さ５．４ｍｍ）用のガスケットを作製した。作製した実施例のガスケットはナイロン６６（東レ製：アラミンＣＭ３００１−Ｎ）を用い、図２に示す環状の凸部９ａを持ち、負極ケースとガスケットとを組み合わせた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面が接し、かつ負極ケース周縁部外側面とガスケット側部内側面が接し、かつ負極ケース外周第一屈曲部上面とガスケット上部凸部が接する。

また、比較例として図３に示す環状の凸部のないガスケットも作製した。

次にガスケット付き負極ケースを各１００個構成し、負極ケースの浮き上がりによる寸法不良の発生数を比較した。その結果を表１に示す。

本実施例では、それぞれのガスケットの内側面にシール剤を塗布し、負極ケースを挿入したものを４５℃雰囲気に１２時間放置し乾燥させた後、ガスケット底面から負極ケース上面までの寸法を測定した。そして、その寸法が負極ケースの浮き上がりにより、所定の寸法を超えたものを不良と判定した。

さらに、これらの実施例および比較例のガスケットを用いて以下の方法で電池を構成した。

空気孔として直径０．５ｍｍの孔を４個有する正極ケースを用い、撥水膜として厚さ０．１ｍｍ、空孔率２０％のＰＴＦＥ微多孔膜を用いた。空気拡散紙の素材は厚さ０．１３ｍｍのビニロン製不織布を用いた。正極ケースの上に、空気拡散紙を配置して固定し、撥水膜を挿入した後、ステンレス金網上にマンガン酸化物４０質量％、カーボン導電剤１０質量％、活性炭３２質量％、ＰＴＦＥ１８質量％の配合比で混練した正極を充填し、さらにＰＴＦＥ多孔体シートの撥水膜を圧着した正極とセルロースからなるセパレータを配置した。次に、ガスケットと負極ケースを組み合わせた中にゲル状負極を充填し、正極ケースと嵌合され、金型により正極ケース開口部を電池内方に屈曲し、電池を完成させた。

実施例および比較例のガスケットを用いて構成した電池について温度４５℃、相対湿度９０％の環境下でそれぞれ５０個を用いて１０週間の耐漏液特性を比較した。耐漏液性評価は電池を各５０個上記環境において１週間保存して、目視で封口部分の電解液および電解質結晶の有無を観察し、それを１０週間繰り返した。耐漏液特性の比較結果を表２示す。

表１、表２の試験結果からガスケット内側凸部がある実施例において負極ケースの浮き上がりを防止し、耐漏液特性が向上した効果が見られる。なお、本実施例では凸部１０ａが連続した環状であるガスケットを用いた際の結果のみを示したが、諸種実験を行ったところ、断続的な凸部をもつガスケットについても同様の効果があった。

本発明のように、負極活物質として亜鉛、正極活物質として二酸化マンガンあるいは酸化銀等の酸化物あるいは酸素、電解液としてアルカリ電解液を用い、終端部に折り返し部のない負極ケースの周縁にガスケットを配置し、正極ケースと嵌合後、正極ケース開口周縁部を電池内方にかしめ、ガスケットと負極ケースで液密封口されたボタン形アルカリ電池であって、ガスケットに負極ケースが組み込まれた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面が接し、負極ケース周縁部外側面とガスケット内側面が接し、かつ負極ケース第一屈曲部とガスケットの凸部が接することにより、耐漏液性に優れた電池を提供できる。

本発明の一実施例におけるボタン形空気亜鉛電池の断面図実施例のガスケット付き負極ケース断面図比較例のガスケット付き負極ケース断面図

符号の説明

１正極ケース
２空気孔
３空気拡散紙
４撥水膜
５空気極
６セパレータ
７負極ケース
７ａ負極ケース第一屈曲部
７ｂ負極ケース周縁部外側面
７ｃ負極ケース終端部下面
８負極
９ガスケット
９ａガスケット内側面凸部
９ｂガスケット内側面
９ｃガスケット底部上面

Claims

負極活物質として亜鉛、正極活物質として二酸化マンガンおよび酸化銀等の酸化物あるいは酸素、電解液としてアルカリ電解液を用い、終端部に折り返し部のない負極ケースの周縁にガスケットを配置し、正極ケースと嵌合後、正極ケース開口周縁部を電池内方にかしめ、ガスケットと負極ケースで液密封口されたボタン形アルカリ電池であって、ガスケットに負極ケースが組み込まれた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面とが接し、負極ケース周縁部外側面とガスケット内側面とが接し、かつ負極ケース第一屈曲部とガスケットの凸部とが接することを特徴とするボタン形アルカリ電池。
負極活物質として亜鉛、正極活物質として二酸化マンガンおよび酸化銀等の酸化物あるいは酸素、電解液としてアルカリ電解液を用い、終端部に折り返し部のない負極ケースの周縁にガスケットを配置し、正極ケースと嵌合後、正極ケース開口周縁部を電池内方にかしめ、ガスケットと負極ケースで液密封口されたボタン形アルカリ電池の製造方法であって、ガスケットに負極ケースが組み込まれた状態で、負極ケース終端部下面とガスケット底部上面とが接し、負極ケース周縁部外側面とガスケット内側面とが接し、かつ負極ケース第一屈曲部とガスケットの凸部とが接する組み込み部品を用いたことを特徴とするボタン形アルカリ電池の製造方法。