JP2007213957A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池封止剤として優れた特性を持つ粘着性封止剤を使用する場合、高温において粘度が低下するため封止部分よりガスケット等の封止応力により徐々に押し出され、電池外部に漏出し、外観上の汚れとなるだけでなく、電池や機器側端子の表面に付着し電気的接触不良を引き起こす。
【解決手段】ガスケットの正極外装缶または負極外装缶に接触する面に環状に窪みを設けることにより、高温時など封止剤が漏出しやすい環境においても、封止剤はガスケットの窪み部分に滞留し、封口部分よりの漏出を遅延させることができ、良好な耐漏液性を持った電池を提供できる。
【選択図】図１

Description

正極端子を兼ねる正極外装缶と、負極端子を兼ねる負極外装缶および前記正極外装缶及び前記負極外装缶との間に備えられたガスケットとを有する電池に関するものである。

現在、産業上利用されている電池には鉛蓄電池のように開放構造のものと、乾電池を含むその他多数の密閉構造の電池に大別される。密閉型電池は外装缶の間に各種プラスチックよりなる封止体をはさみ、かしめることにより密閉するものや、ガラス等の溶融体により内部を密閉するものがある。密閉構造を持つ乾電池やリチウム電池等各種電池は、開放型電池と比較して放電時の電池の方向や使用環境等の制約が少なく、また手軽に使用可能なため、広範囲で使用されている。

多岐にわたる分野で使用されている密閉型電池であるが、近年の使用機器、使用環境の変化にともない、様々な厳しい使用環境化で使用される場合が増加している。たとえば自動車用途で使用される機器に搭載される場合は、８５℃から場合によっては１００℃を超える使用環境となる場合がある。また極地で使用される観測機器の場合は−４０℃程度での動作が必要となり、また砂漠や航空機中などの乾燥、低圧環境下といった、従来の使用環境と全く異なる条件で使用される場合が増加している。このような場合は開放型電池では厳しい環境に追随できない。また各種医療用機器や自動車用機器など高度な信頼性を要求される場合も急激に増加している。

使用環境条件が変化し、使用される機器の要求信頼性が増加するにともない、電池に対する要求信頼性も急速に高まっている。特に密閉型電池の場合、各種電気特性は勿論であるが耐漏液性が非常に重要である。

耐漏液性を向上させるために、例として特許文献１に示されるように、外装缶の一部に凸部を設け、局部的に圧縮応力を向上させることにより耐漏液性を向上させる方法が考えられている。また特許文献２に示されるように、ガスケット側に凸部を設けることによっても同様の効果が得られる。
特開２０００−３５３５０３号公報 特開平１０−１９９４９５号公報

密閉型電池では高まる市場の耐漏液性要望に対応するために、ガスケット樹脂材料や封止材料の改良がされてきた。封止剤はアスファルト等が使用されていたが、各種合成ゴムや接着剤等、弾性や粘着性等を持つ材料への変更が行われてきた。

スチレンブタジエンゴム等の弾性を持つ合成ゴム等の材料は、比較的高温環境下で用いられる電池に使用される場合が多い。この封止剤は外装缶とガスケットの間に充填され両者間に働く応力により封止される。一方、変性ポリアミドアミン等粘着性を持つ封止材料の場合、外装缶とガスケットの双方を粘着力により封止するため、常温域等で使用される場合長期間封止力を維持することが可能である。

しかし粘着性を持つ封止剤は、高温において粘度が低下するため封止部分よりガスケット等の封止応力により徐々に押し出され、電池外部に漏出する場合がある。この漏出した封止剤は、外観上の汚れとなるだけでなく、電池や機器側端子の表面に付着し電気的接触
不良を引き起こす。この粘着性を持つ封止剤は、特許文献１および２に示されているように部分的に封止応力を高めた場合、より多量の封止剤が漏出する。これは封口部分に塗布された封止剤が、封止応力により徐々に封口部分より漏出することによる。

前述の課題を解決するために、本発明の電池は、正極端子を兼ねる正極外装缶と、負極端子を兼ねる負極外装缶と、前記正極外装缶と前記負極外装缶との間に備えられたガスケットとを有する電池において、前記正極外装缶及び前記負極外装缶と接触する前記ガスケットの側面部の少なくとも一部に環状の窪み部分を有することを特徴とする電池であって、ガスケットの一部に環状に窪み部分を設けることで封止剤の漏出を抑制し、同時に耐漏液性の向上を行うものである。

環状に窪み部分を設けることで、その部分より内側から外側に漏出する封止剤は、窪み部分に一時的に滞留する。また、窪み部分よりさらに外側に漏出しようとする封止剤あるいは電解液は、ガスケットあるいはケースと電解液の間に生ずる表面張力により漏出するためには高い圧力が必要になる。

本発明は、正極端子を兼ねる正極外装缶と、負極端子を兼ねる負極外装缶と、前記正極外装缶と前記負極外装缶との間に備えられたガスケットとを有する構造の電池に関し、高温を含めた使用環境において、該電池の耐漏液性を向上させ、高い信頼性をもつ電池を提供するものである。すなわち高温時など封止剤の粘度が低下し封止剤および電解液が漏出しやすい環境においても、封止剤がガスケットと正極または負極外装缶との接触面に設けられた窪み部分に滞留するため、封口部分からの漏出を遅延させることができ、良好な耐漏液性を持った電池を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、ボタン型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である。図１において、正極外装缶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。

正極外装缶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、正極外装缶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外装缶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。この正極外装缶１は、ニッケルメッキした鉄が用いられる。

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４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。負極外装缶７は、正極外装缶１と組み合わせて電池容器を形成するものであり、その内壁面が負極８に電気的に接する一方、外壁面は正極外装缶１の開口部を封止している。

負極８は亜鉛粉末または亜鉛を主材料とした合金であり、３４重量％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。負極外装缶７と、正極外装缶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、ガスケット９の側面に、ガスケット９を一周するよう窪みを設ける。ガスケット９の表面の、正極外装缶１または負極外装缶７に接する部分にこの窪みが設けられガスケット９を途切れることなく一周する。この窪みは一本である必要はなく、２本以上であってもよい。本発明によるガスケット９の例を図２に示す。

（実施例１）
実施例として、上記構造を有するボタン形空気亜鉛電池として、直径１１．６ｍｍ、高さ５．４ｍｍの形状を有する「ＰＲ４４」ボタン形アルカリ電池（ＪＩＳ規格）を作製し、評価を行った。ここで、空気孔２として直径０．５ｍｍの孔を４個有する正極外装缶１を用い、撥水膜４として厚さ０．１ｍｍ、空孔率２０％のＰＴＦＥ微多孔膜を用いた。

ガスケット９はナイロン６６を用い、外径１１．１ｍｍの形状にモールド成型したものを用いた。窪みは正極外装缶１側に、１辺が０．０５ｍｍの正三角形を成すくさび型で、図中Ｂに示すとおり中心線がガスケット９下端より２．５ｍｍの位置に設定した。

空気拡散紙３の素材は厚さ０．１３ｍｍのビニロン製不織布を用いた。正極外装缶１の上に、空気拡散紙３を配置して固定し、撥水膜４を挿入した後、ステンレス網上にマンガン酸化物５重量％、カーボン導電剤５重量％、活性炭７０重量％、ＰＴＦＥ２０重量％の重量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を配置した。

（実施例２）
ガスケットの窪みを正極外装缶側のガスケット下端から１．０ｍｍの位置に設定したこと以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

（実施例３）
ガスケットの窪みを負極外装缶側のガスケット下端から２．５ｍｍの位置に設定したこと以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

（実施例４）
ガスケットとしてナイロン６６を用い、ガスケットの窪みを負極外装缶側のガスケット下端から１．０ｍｍの位置に設定こと以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

（実施例５）
ガスケットとしてナイロン６６を用い、ガスケットの窪みを正極外装缶側のガスケット下端から１．０ｍｍの位置と２．５ｍｍの位置の２箇所に設定したこと以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

（実施例６）
ガスケットとしてナイロン６６を用い、ガスケットの窪みを負極外装缶側のガスケット下端から１．０ｍｍの位置と２．５ｍｍの位置の２箇所に設定したこと以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

（比較例１）
ガスケットを窪みがない形状にモールド成型したものを用いた以外は実施例１と同一にして電池を作製した。

実施例１及び実施例２に使用したガスケットはガスケット外側、すなわち正極側ケースに接触する面の異なる位置に環状に窪みを設けている。このうち実施例１は実施例２よりも正極缶開口端に近い部分に環状の窪みを設けている。また実施例３及び実施例４に使用したガスケットはガスケット内側の負極側封口板に接触する面の異なる位置に環状に窪みを設けている。実施例３は実施例４よりも負極外装缶上部の正極缶開口端に近い部分に環状の窪みを設けている。

実施例および比較例の電池を組み立てた後、温度４５℃、相対湿度９０％の環境下で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。また封止剤の封口部分への漏出も同様に目視にて観察を行った。耐漏液特性の比較結果を表１に、封止剤の漏出比較結果を表２に示す。

表中の実施例ではいずれも比較例１との比較において良好な結果を示している。各実施例ではいずれも封止剤の漏出および電解液の漏出に対して遅延効果が認められる。特に正極外装缶に接する面に窪みを設けた実施例１では顕著な改善が認められる。これはボタン型空気亜鉛電池の場合には正極外装缶とガスケットの間隙より封止剤や電解液が漏出する場合が多いためであると考えられる。

また、実施例の１０週間保存後の電池を分解観察すると、ガスケットの窪み部分に封止剤が滞留しているが、比較例１の電池を同様に分解観察すると、ガスケット表面全体に封止剤が広がり、一部はガスケットと正極外装缶の間隙より漏出していることが観察できた。これより実施例の電池では、比較例１と同様の設計では外部に漏出する封止剤や電解液が、窪み部分に滞留して耐漏液性を向上させていると考えられる。

実施例１から実施例４では窪みの位置による耐漏液性の比較を行ったが、実施例５およ
び実施例６に示すとおり異なる位置に複数の環状の窪みを設けても同様に耐漏液性を向上させることが可能である。実施例５および実施例６では２箇所まで窪みを設置したが、これより３箇所以上に窪みを設けた場合でも効果があると容易に推定できる。

本発明のように、正極端子を兼ねる正極外装缶と、負極端子を兼ねる負極外装缶および前記正極外装缶と前記負極外装缶との間にガスケットを有する電池において、ガスケット上の、正極外装缶または負極外装缶に接触する部分に環状に窪みを設けることにより、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構成を示す断面図 正極外装缶側に窪みを設けた場合のガスケット断面図 負極外装缶側に窪みを設けた場合のガスケット断面図 比較例におけるガスケット断面図

符号の説明

１ 正極外装缶
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 負極外装缶
８ 負極
９ ガスケット
１０ 断面拡大部
１１ ガスケット窪み

Claims (1)

1. 正極端子を兼ねる正極外装缶と、負極端子を兼ねる負極外装缶と、前記正極外装缶と前記負極外装缶との間に備えられたガスケットとを有する電池において、前記正極外装缶及び前記負極外装缶と接触する前記ガスケットの側面部の少なくとも一部に環状の窪み部分を有することを特徴とする電池。