JP2007173042A - Alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルカリ乾電池に関し、特に電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部の封口体に関する。 The present invention relates to an alkaline battery, and more particularly to a sealing body of an assembly sealing portion that closes an opening of a battery case.
従来から、アルカリ乾電池の耐漏液性を改善するために、その封口部分に関して種々の検討が行われている。
例えば、特許文献1では、電池ケースの開口部を樹脂製封口体および負極端子板を用いて封口する構成において、電池ケースと端子板との間に封口体の外周筒部を介在させ、電池ケースの開口端部を外周筒部の上端とともに内方へ屈曲して封口体の外周筒部を端子板の周縁部へ締め付けてかしめ加工する際における封口体の外周筒部の圧縮具合が提案されている。
Conventionally, in order to improve the leakage resistance of alkaline batteries, various studies have been made on the sealing portion.
For example, in
また、特許文献2では、長期保存時において、かしめ加工により生じる応力により封口体にクラックが発生するのを防止するために、かしめ加工後の封口体にかかる応力を緩和させる方法として、電池ケースとともにかしめ加工される封口体の外周筒部において、負極端子板周縁部の下面を受ける部分と、負極端子板周縁部の上面を抑える部分とを分割して設けることが提案されている。すなわち、負極端子板周縁部の上面を抑える部分を別に設けることにより、封口体の外周筒部の上端が予め内方へ向いた構造とすることが提案されている。
Moreover, in
しかし、特許文献1のような、かしめ加工時に外周筒部の上端が内方へ屈曲する封口体を用いる場合において、かしめ加工により生じる応力の緩和による、長期保存時におけるクラックの発生防止を目的とした封口体の形態に関する検討は依然として十分に行われていない。
また、特許文献2では、封口体を分割して使用するため、部品コストおよび電池の組立工程数が増加して、製造コストが増大するという問題があった。
Moreover, in
そこで、本発明は、上記の従来の問題を解決するため、かしめ加工時に封口体にかかる応力を抑制し、長期保存時においても耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a highly reliable alkaline battery that suppresses stress applied to the sealing body during caulking and has excellent liquid leakage resistance even during long-term storage in order to solve the above-described conventional problems. Objective.
本発明のアルカリ乾電池は、内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケース、および前記電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の周縁部を前記水平部上へ締め付けたアルカリ乾電池であって、
前記水平部の厚さに対する前記上部筒部の厚さの比が0.65以下であり、前記上部筒部の外径に対する前記上部筒部の厚さの比が0.015以上であることを特徴とする。
The alkaline battery of the present invention includes a battery case that also serves as a positive electrode terminal in which a power generation element is housed, and an assembly sealing portion that closes an opening of the battery case, and the assembly sealing portion includes a negative electrode terminal plate and the negative electrode terminal. A negative electrode current collector electrically connected to the plate, and a resin sealing body, the sealing body having a through hole into which the negative electrode current collector is inserted, a peripheral edge portion of the negative electrode terminal plate, An outer peripheral cylindrical portion interposed between the open end portion of the battery case and a connecting portion that connects the central cylindrical portion and the outer peripheral cylindrical portion, and the outer peripheral cylindrical portion receives a peripheral portion of the negative electrode terminal plate. An annular horizontal portion, an upper cylindrical portion that rises upward from the outer peripheral edge of the horizontal portion, and a lower cylindrical portion that extends downwardly from the inner peripheral edge of the horizontal portion. Wrap the top end of the upper cylinder of the sealing body Folded as writing, a peripheral portion of the negative electrode terminal plate is swaged its bent portion or inwardly an alkaline dry battery tightened onto the horizontal portion,
The ratio of the thickness of the upper cylinder part to the thickness of the horizontal part is 0.65 or less, and the ratio of the thickness of the upper cylinder part to the outer diameter of the upper cylinder part is 0.015 or more. Features.
前記連結部は薄肉部を有するのが好ましい。
前記封口体は、ポリアミド系樹脂からなるのが好ましい。
前記ポリアミド系樹脂は、6,12−ナイロンであるのが好ましい。
The connecting part preferably has a thin part.
The sealing body is preferably made of a polyamide resin.
The polyamide-based resin is preferably 6,12-nylon.
本発明によれば、封口体が十分な強度を有し、かつかしめ加工された後の封口体にかかる応力を低減することができるため、長期保存時において封口体のクラックを防止し耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池が得られる。 According to the present invention, since the sealing body has sufficient strength and can reduce the stress applied to the sealing body after being swaged, it prevents cracking of the sealing body during long-term storage and has liquid leakage resistance. And a highly reliable alkaline dry battery.
本発明の一実施の形態を、図1および2を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施の形態としてアルカリ乾電池の一部を断面とした正面図である。
正極端子を兼ねる有底円筒形の電池ケース1には、中空円筒状の正極合剤2が内接している。正極合剤2の中空部には有底円筒形のセパレータ4を介してゲル状負極3が配されている。正極合剤2、セパレータ4、およびゲル状負極3には、アルカリ電解液が含まれている。セパレータ4には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view with a cross section of a part of an alkaline battery as an embodiment of the present invention.
A hollow cylindrical
正極合剤2には、例えば、正極活物質として二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方、導電剤として黒鉛粉末、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
ゲル状負極3には、例えば、負極活物質として亜鉛粉末、ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウム、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
For the
For the gelled
ここで、図2は、図1のX部分(アルカリ乾電池の封口部分)の拡大断面図である。
電池ケース1は、正極合剤2等の発電要素を収納した後、開口部近傍に段部1aが設けられ、電池ケース1の開口部は、組立封口部12により封口される。段部1a上には、後述する水平部14bが配される。組立封口部12は、周縁部の鍔部7aおよび中央部の平坦部7bを有する負極端子板7、負極端子板7の平坦部7bと電気的に接続された負極集電子6、ならびに樹脂製封口体5で構成されている。ゲル状負極3の中央には負極集電子6が挿入されている。
Here, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion X (a sealing portion of an alkaline battery) in FIG.
In the
封口体5は、図3に示すように、負極集電子6が挿入される貫通孔13aを有する中央筒部13、負極端子板7の周縁部と電池ケース1の開口端部との間に介在する外周筒部14、および中央筒部13と外周筒部14とを連結し、安全弁として働く環状薄肉部15aを有する連結部15からなる。外周筒部14は、負極端子板7の周縁部を受ける環状の水平部14b、水平部14bの外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部14a、および水平部14bの内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部14cからなる。電池ケース1の開口端部が封口体5の上部筒部14aの上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて負極端子板7の周縁部が水平部14b上へ締め付けられている。電池ケース1の外表面は、外装ラベル10により被覆されている。
As shown in FIG. 3, the
本発明は、図3に示す封口体5において、水平部14bの厚さBに対する上部筒部14aの厚さAの比(以下、A/Bと示す)が0.65以下であり、かつ上部筒部14aの外径Cに対する上部筒部14aの厚さAの比(以下、A/Cと示す)が0.015以上である点に特徴を有する。
In the
封口体5が、上記の構成を満たす場合、かしめ加工時に、水平部14bと内周筒部13との間の連結部15、特に薄肉部15aに応力が集中するのを防ぐことができ、これにより、長期保存においても応力による封口体5のクラックの発生を抑制することができ、耐漏液性に優れたアルカリ乾電池が得られる。また、従来のように、外周筒部14を分割して設ける必要がないため、部品コストおよび電池の組立工程数が増加して、製造コストが増大することがない。
A/Bが0.65を超えると、封口体5の連結部15にかかる応力が大きくなり、長期保存時にクラックが発生しやすくなる。一方、A/Cが0.015未満であると、封口体5の上部筒部14aの強度が低下し、封口体5の保管時に上部筒部14aが変形する場合がある。上記の効果がより顕著に得られる点で、A/Bが0.6以下であり、かつA/Cが0.02以上であるのが好ましい。
When the sealing
When A / B exceeds 0.65, the stress applied to the connecting
封口体5の強度を確保するために、上部筒部14aの厚さAおよび水平部14bの厚さBは0.2mm以上であるのが好ましい。
より好ましくは、上部筒部14aの厚さAは0.3〜0.8mmであり、水平部14bの厚さBは0.5〜1.5mmである。上部筒部14aの厚さAは0.8mmを超えると、かしめ加工時に大きな力を必要とし、それにともない連結部15にかかる応力が大きくなり、封口体5にクラックが生じやすくなる。また、水平部14bの厚さBは1.5mmを超えると、組立封口部12が分厚くなり、活物質の充填体積が減少する。
また、上部筒部14aの外径Cは、最小でLR8D425サイズの6mmであり、最大で単1形(LR20)サイズの33mmである。
上部筒部14aの厚さAおよび外径C、ならびに水平部14bの厚さBが、上記範囲である場合、例えば、A/Bは0.13〜0.65であり、A/Cは0.015〜0.13である。
In order to ensure the strength of the sealing
More preferably, the thickness A of the upper
The outer diameter C of the upper
When the thickness A and outer diameter C of the upper
封口体5には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、または6−ナイロン、6,6−ナイロン、もしくは6,12−ナイロン等のポリアミド系樹脂が用いられる。
その中でも、ポリアミド系樹脂を用いるのが好ましい。ポリアミド系樹脂は、アルカリ電解液中に浸漬された状態では、樹脂の加水分解が進行し、脆化する性質を有する。この性質は、かしめ加工により生じる応力の低減により、クラック発生の抑制に対して更に有効に作用する。吸水性が小さく、寸法安定性に優れている点で、ポリアミド系樹脂の中でも、6,12−ナイロンがより好ましい。
For the sealing
Among these, it is preferable to use a polyamide-based resin. When the polyamide-based resin is immersed in an alkaline electrolyte, hydrolysis of the resin proceeds and the resin becomes brittle. This property is more effective for suppressing the generation of cracks by reducing the stress generated by caulking. Among polyamide-based resins, 6,12-nylon is more preferable in that it has a small water absorption and excellent dimensional stability.
封口体5の上部筒部14aにおいて、かしめ加工前の図3に示す高さh1に対する、かしめ加工により折り曲げられた後の図2に示す高さh2の比(以下、圧縮比(h2/h1)と示す)は0.6〜0.9であるのが好ましい。圧縮比が0.9を超えると、かしめ加工による圧縮が不十分となり、気密性が十分に得られない場合がある。圧縮比が0.6未満であると、封口体における連結部等への反力(応力)が増大し封口体のクラックが発生しやすくなる。
In the upper
アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウム水溶液が用いられる。水酸化カリウム水溶液の濃度は32〜40重量%であるのが好ましい。水酸化カリウム水溶液の濃度が40重量%を超えると、電池反応に寄与する水の絶対量が減少し、電池性能が低下する。一方、水酸化カリウム水溶液の濃度が32重量%未満であると、封口体を構成する樹脂の加水分解が進行しクラックが発生し易くなる。 For example, an aqueous potassium hydroxide solution is used as the alkaline electrolyte. The concentration of the aqueous potassium hydroxide solution is preferably 32 to 40% by weight. When the concentration of the potassium hydroxide aqueous solution exceeds 40% by weight, the absolute amount of water contributing to the battery reaction is reduced, and the battery performance is deteriorated. On the other hand, when the concentration of the potassium hydroxide aqueous solution is less than 32% by weight, hydrolysis of the resin constituting the sealing body proceeds and cracks are likely to occur.
負極端子板7は、例えば、鍔部7aと平坦部7bとの境界部に、電池内のガスを外部に放出させるための孔(図示しない)を有する。電池内圧が異常に上昇した時に、封口体5の薄肉部15aが破断し、上記の孔より外部にガスを放出させることができる。
The negative
以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
《実施例1〜6および比較例1〜4》
(1)正極合剤の作製
二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末とを、90:10の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として40重量%の水酸化カリウム水溶液とを100:3の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、10〜100メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤を得た。
Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples.
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(1) Preparation of positive electrode mixture Manganese dioxide powder and graphite powder were mixed at a weight ratio of 90:10. And this mixture and 40 weight% potassium hydroxide aqueous solution as alkaline electrolyte were mixed by the weight ratio of 100: 3, and after fully stirring, it compression-molded to flake shape. Next, the flaky positive electrode mixture was pulverized into granules, classified by a sieve, and pressed into a hollow cylinder to obtain a pellet-shaped positive electrode mixture.
(2)ゲル状負極の作製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として40重量%の水酸化カリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛粉末とを1:33:66の重量比で混合し、ゲル状負極を得た。
(2) Preparation of gelled negative electrode Sodium polyacrylate as a gelling agent, 40 wt% potassium hydroxide aqueous solution as an alkaline electrolyte, and zinc powder as a negative electrode active material were mixed at a weight ratio of 1:33:66. Thus, a gelled negative electrode was obtained.
(3)円筒形アルカリ乾電池の組み立て
図1に示す構造の単3形アルカリ乾電池(LR6)を下記の手順により作製した。図1は、円筒形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。また、図1のX部分(封止部分)の拡大断面図を図2に示す。
上記で得られた正極合剤2を電池ケース1内に2個挿入し、加圧治具により正極合剤2を再成形して電池ケース1の内壁に密着させた。電池ケース1の内壁に密着させた正極合剤2の中央に有底円筒形のセパレータ4を配置した。セパレータ4内にアルカリ電解液として40重量%の水酸化カリウム水溶液を所定量注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極3をセパレータ4内に充填した。なお、セパレータ4には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。
(3) Assembly of cylindrical alkaline battery An AA alkaline battery (LR6) having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following procedure. FIG. 1 is a front view with a cross section of a part of a cylindrical alkaline battery. Further, FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of an X portion (sealing portion) in FIG.
Two of the
電池ケース1の開口部近傍に溝入れを施して段部1aを形成し、その段部1a上で組立封口部12の水平部14bを受けるように、電池ケース1の開口部に組立封口部12を設置した。このとき、負極集電子6の一部は、ゲル上負極3中に挿入された。組立封口部12は、負極集電子6の頭部6aと、負極端子板7の平坦部7bとを電気溶接し、負極集電子6をナイロン製封口体5の中央筒部13の貫通孔13aに挿入することにより得た。
そして、電池ケース1の開口端部を折り曲げ、封口体5の上部筒部14aの上端を包み込んで内方へかしめ、負極端子板7の周縁部を、外周筒部14を介して電池ケース1の開口端部により締め付けて電池ケース1の開口部を封口した。外装ラベル10で電池ケース1の外表面を被覆した。
A groove portion is formed in the vicinity of the opening portion of the
And the opening edge part of the
射出成形により6,6−ナイロンからなる上記の封口体5を得た。この時、上部筒部14aの厚さAの寸法を種々に変えて、水平部14bの厚さBに対する上部筒部14aの厚さAの比(A/B)、および上部筒部14aの外径Cに対する上部筒部14aの厚さAの比(A/C)の異なる封口体5を作製した。なお、水平部14bの厚さBは0.8mmであり、上部筒部14aの外径Cは13.1mmであった。
また、この時の上部筒部14aの圧縮比は0.75であった。
そして、これらの封口体5を用いてそれぞれアルカリ乾電池を作製した。
The sealing
Moreover, the compression ratio of the
And the alkaline dry battery was produced using these sealing
[評価]
(1)電池の耐漏液性の評価
上記で得られた各電池を60個ずつ準備し、温度80℃の高温環境下で、4ヶ月間保存し、保存後において漏液した電池の数を調べた。なお、漏液の有無は目視により判断した。
[Evaluation]
(1) Evaluation of battery leakage resistance Prepare 60 batteries obtained above, store them in a high temperature environment of 80 ° C for 4 months, and examine the number of batteries that leaked after storage. It was. In addition, the presence or absence of liquid leakage was judged visually.
(2)封口体の放置試験
上記で得られた各封口体を1000個ずつ準備し、これらの封口体を箱詰めにし、常温にて1週間放置した後、変形した封口体の数を調べた。このとき、封口体を内径13.4mmのゲージに通し、ゲージに引っかかった上部筒部の外径Cが0.3mmを超える部分が存在する封口体を変形したものと判断した。
上記の評価結果を表1に示す。
(2) Leaving test of sealing bodies Each of the sealing bodies obtained as described above was prepared in 1000 pieces, the sealing bodies were boxed and allowed to stand at room temperature for 1 week, and the number of deformed sealing bodies was examined. At this time, the sealing body was passed through a gauge having an inner diameter of 13.4 mm, and it was determined that the sealing body in which a portion where the outer diameter C of the upper cylindrical portion caught by the gauge exceeded 0.3 mm was present was deformed.
The evaluation results are shown in Table 1.
比較例1および2では、外周筒部の厚さの寸法が大きすぎるため、かしめ加工後の封口体にかかる応力が大きくなり、保存期間中に封口体にクラックが生じたため、漏液を生じた電池がみられた。また、比較例3および4の封口体では、外周筒部が薄すぎるため強度が小さくなり、コンテナに箱詰めして保管した後において外周筒部が変形した封口体がみられた。 In Comparative Examples 1 and 2, since the dimension of the thickness of the outer peripheral cylindrical portion was too large, the stress applied to the sealing body after caulking was increased, and a crack occurred in the sealing body during the storage period, resulting in leakage. A battery was found. Moreover, in the sealing bodies of Comparative Examples 3 and 4, since the outer peripheral cylindrical portion was too thin, the strength was reduced, and a sealing body in which the outer peripheral cylindrical portion was deformed after being packaged and stored in a container was observed.
実施例1〜6では、封口体の強度が十分であり、形状が維持されるため、コンテナに箱詰めした後において、いずれの封口体も変形しなかった。また、かしめ加工後において封口体の連結部にかかる応力が低減され、保存期間中にクラックが発生しないため、いずれの電池も漏液しなかった。このように、実施例1〜6の電池では、優れた耐漏液性が得られた。 In Examples 1-6, since the intensity | strength of a sealing body is enough and a shape is maintained, after packing into a container, none of the sealing bodies deform | transformed. In addition, since the stress applied to the connecting portion of the sealing body after the caulking process was reduced and no crack was generated during the storage period, none of the batteries leaked. Thus, in the batteries of Examples 1 to 6, excellent leakage resistance was obtained.
本発明のアルカリ乾電池は高信頼性を有し、電子機器や携帯機器の電源等に好適に用いられる。 The alkaline dry battery of the present invention has high reliability and is suitably used for power supplies for electronic devices and portable devices.
1 電池ケース
2 正極合剤
3 ゲル状負極
4 セパレータ
5 封口体
6 負極集電子
7 負極端子板
10 外装ラベル
12 組立封口部
13 中央筒部
13a 貫通孔
14 外周筒部
14a 上部筒部
14b 水平部
14c 下部筒部
15 連結部
15a 薄肉部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、
前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、
前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の周縁部を前記水平部上へ締め付けたアルカリ乾電池であって、
前記水平部の厚さに対する前記上部筒部の厚さの比が0.65以下であり、
前記上部筒部の外径に対する前記上部筒部の厚さの比が0.015以上であることを特徴とするアルカリ乾電池。 A battery case that also serves as a positive electrode terminal that houses a power generation element therein, and an assembly sealing portion that closes an opening of the battery case,
The assembly sealing portion comprises a negative electrode terminal plate, a negative electrode current collector electrically connected to the negative electrode terminal plate, and a resin sealing body,
The sealing body includes a central cylindrical portion having a through-hole into which the negative electrode current collector is inserted, an outer peripheral cylindrical portion interposed between a peripheral edge portion of the negative electrode terminal plate and an opening end portion of the battery case, and the central cylindrical portion A connecting portion for connecting the portion and the outer cylindrical portion,
The outer peripheral cylindrical portion extends from the annular horizontal portion that receives the peripheral edge of the negative electrode terminal plate, the upper cylindrical portion that rises upward from the outer peripheral edge of the horizontal portion, and the inclined downward from the inner peripheral edge of the horizontal portion. It consists of a lower cylinder part,
An alkali in which the opening end of the battery case is bent so as to wrap around the upper end of the upper cylindrical portion of the sealing body, and the bent portion is crimped inward to tighten the peripheral edge of the negative terminal plate onto the horizontal portion A dry cell,
The ratio of the thickness of the upper cylinder part to the thickness of the horizontal part is 0.65 or less,
The alkaline dry battery, wherein a ratio of a thickness of the upper cylindrical portion to an outer diameter of the upper cylindrical portion is 0.015 or more.
The alkaline dry battery according to claim 3, wherein the polyamide-based resin is 6,12-nylon.
Priority Applications (1)
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JP2005369300A JP2007173042A (en) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | Alkaline battery |
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JP2005369300A Pending JP2007173042A (en) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | Alkaline battery |
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2005
- 2005-12-22 JP JP2005369300A patent/JP2007173042A/en active Pending
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