JP2007317531A

JP2007317531A - ボタン型アルカリ電池

Info

Publication number: JP2007317531A
Application number: JP2006146465A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shikoda; 将貴志子田; Hitoshi Koda; 仁甲田
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】耐漏液特性の向上されたボタン型アルカリ電池を提供する。
【解決手段】負極端子を兼ねる負極ケース８と、前記負極ケース８にかしめ固定された正極端子を兼ねる正極ケース１と、前記負極ケース８と前記正極ケース１との間に介在され、前記負極ケース８の周囲を囲むように環状に溝が形成された絶縁ガスケット９と、前記負極ケース８の内面と接し、亜鉛を含む負極作用物質を含有するゲル状負極１０とを具備することを特徴とするボタン型アルカリ電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボタン型アルカリ電池に関するものである。

亜鉛を負極に用いるボタン型アルカリ電池の正極活物質には、用途に応じて二酸化マンガン、酸化銀あるいは空気中の酸素が使用される。ボタン型アルカリ電池の耐漏液特性を向上させるために、負極ケースと絶縁ガスケットとの間にシール剤を介在させ、正極ケースの周縁を内方にかしめることで、負極ケース及び正極ケースの絶縁ガスケットに与える圧迫力により、相方との密着を図り、界面からの電解液の流出を防止することが知られている。また、特許文献１には、絶縁ガスケットの材料として結晶化度が４０〜４５％のナイロン６６を使用することにより、絶縁ガスケットの正極ケース及び負極ケースとの密着性を高めることが開示されている。このように今までは、正極ケースと負極ケースと絶縁ガスケットとをいかに隙間なく密着させるかが考えられてきた。

負極ケース、絶縁ガスケット、正極ケースの密着性を高めると、たとえば絶縁ガスケットについた傷等が耐漏液特性に与える影響が大きくなる。また、密着性を高めるためにかしめ固定時に加える力を強くすると、絶縁ガスケットにひずみが生じ、その部位から漏液が発生しやすくなる。これらの問題は、ガスケットの材質やシール剤の成分を変更することによりある程度改善されるが、充分な耐漏液特性を得られるものではない。

特許文献２には、Ｕ字断面形状のガスケットの底部（１ａ）内周部に環状突起部（１ｄ）を設けることにより、ボタン型電池の漏液を改善することが開示されている。また、特許文献３は、予めガスケットが取り付けられた内缶を外缶内に挿入し、外缶をかしめることで封口する扁平型電池に関するものであって、ガスケットの内缶外周の折り返し部頂点と隣接する部位に三角柱状の突起を内面に設けることによって、内缶を外缶に正規な位置で取り付けることを開示している。
特公昭６１−５５２２０号特開平８−１２４５４５号特開２００２−４８２４１号

本発明の目的は、耐漏液特性の向上されたボタン型アルカリ電池を提供することにある。

本発明に係るボタン型アルカリ電池は、負極端子を兼ねる負極ケースと、
前記負極ケースにかしめ固定された正極端子を兼ねる正極ケースと、
前記負極ケースと前記正極ケースとの間に介在され、前記負極ケースの周囲を囲むように環状に溝が形成された絶縁ガスケットと、
前記負極ケースの内面と接し、亜鉛を含む負極作用物質を含有するゲル状負極と
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、耐漏液特性の向上されたボタン型アルカリ電池を提供することができる。

本発明は、正極ケースの内面と負極ケースの表面との間に介在される環状の絶縁ガスケットに、負極ケースの周囲を囲むように環状に溝を形成することにより、ボタン型アルカリ電池の漏液が低減されることを見出したことに基づくものである。その明確な作用機構は明らかでないが、次のように推察される。負極ケースに接するガスケットの内周面に環状溝を設けることによって、封口時に締めつける際にかかる無理な力が分散され、ガスケットに生じるひずみが緩和される。また、溝以外の部分では負極ケースとの密着性が向上し、さらに溝と負極ケースとの間に形成された空間がバッファの役目をすることで内部からの電解液が外部に染み出しを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係るボタン型アルカリ電池を図１を参照して説明する。

図１に示すように、有底円筒形をなす正極ケース１は、例えばステンレス鋼などの金属から形成されており、正極端子を兼ねているものである。正極ケース１は、底部に空気孔２を有する。空気孔２は、未使用時の無駄な放電を防ぐため、正極ケース１の底面に貼られたシールテープ（図示しない）で一時的に塞がれる。正極触媒層に空気を均一に拡散させるための拡散紙３は、正極ケース１の底部内面に配置されている。拡散紙３には、例えば、クラフト紙を使用することができる。拡散紙３の厚さは５０〜１００μｍの範囲にすることが望ましい。酸素透過性を有する撥水膜４は、拡散紙３上に配置されている。この撥水膜４は、アルカリ電解液が正極ケース１の空気孔２から外部に漏れ出すのを防止するためのものである。撥水膜４は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルムのようなフッ素樹脂フィルムから形成することができる。なお、撥水膜４は、１枚に限らず、２枚以上重ねて使用することも可能である。

正極触媒層５は、正極ケース１内に撥水膜４と対向するように収納されている。正極触媒層５は、酸素還元触媒を含む。酸素還元触媒としては、例えば、活性炭と、助触媒としてのマンガン酸化物（例えば二酸化マンガン）とを含むものを挙げることができる。正極触媒層５は、例えば、酸素還元触媒と導電性材料と結着剤とを混合し、得られた混合物を正極集電体６に圧着充填することにより得られる。結着剤には、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂を使用することができる。また、導電性材料としては、例えば、膨張化黒鉛のような炭素材料を用いることができる。正極集電体６としては、例えば、ニッケルメッキされたステンレスネットなどの導電性多孔質板を使用することができる。

セパレータ７は、正極触媒層５上に配置されている。セパレータ７は、例えば、ポリプロピレンのようなポリオレフィン製の微多孔膜と不織布とから形成されている。

負極ケース８は、有底円筒形をなし、負極集電体及び負極端子を兼ねている。負極ケース８は、例えば、ニッケル層と、ステンレス層と、銅層とから構成された三層クラッド材を、内面が銅層となるように絞り加工により有底円筒形に成型することによって得られる。負極ケース８には、三層クラッド材の銅面に錫メッキを施した基材等から形成したものも使用できる。クラッド材のニッケル層は、ニッケル合金層に変更することができる。また、銅層の代わりに銅合金層を使用しても良い。

負極ケース８は、正極ケース１の開口部に挿入されている。正極ケース１の開口部上端部分を内方に折り曲げ、負極ケース８に正極ケース１をかしめ固定することにより、電池の封口がなされている。環状の絶縁ガスケット９は、正極ケース１の内周面１ａと負極ケース８の外周面８ａの間に介在されている。絶縁ガスケット９は、例えば、耐アルカリ性樹脂から形成される。耐アルカリ性樹脂としては、例えば、表面がポリアミドでコーティングされたナイロンや、ポリプロピレン等を挙げることができる。

ゲル状の負極１０は、負極ケース８とセパレータ７で囲まれた空間内に充填されており、その一部が負極ケース８の内面と接している。ゲル状負極は、負極作用物質及びアルカリ電解液を含むものである。

負極作用物質としては、例えば亜鉛などが安価なために望ましいが、こればかりに限らず他の金属も使用できる。またＩｎ，Ｂｉ，Ｇａ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｃｄ，Ａｌ及びＣｏよりなる群から選択される少なくとも一種類の元素を含ませた無汞化亜鉛合金は、水素ガスの発生が抑えられるため、好ましい。

アルカリ電解液としては、例えば、水酸化カリウムと酸化亜鉛を含むアルカリ水溶液等を挙げることができる。

ゲル状負極には、アルカリ電解液の粘性を増加させてゲル化させる機能を有する増粘剤を添加することができる。このような増粘剤としては、例えば、ポリアクリル酸のような吸水性高分子を挙げることができる。

ゲル状負極には、水素ガスの発生を抑制するためのインヒビターを添加することが望ましい。インヒビターには、酸化インジウム、水酸化インジウム、酸化ビスマス等の化合物が、放電休止状態での水素ガス発生を抑えることができるため、望ましい。

絶縁ガスケット９を図２を参照して説明する。図２は、電池に組み込まれていない状態の絶縁ガスケットを示している。図２に示すように、絶縁ガスケット９は、円筒形状で、一方の端部（図２では下端部分）が直角に折り曲げられて円環状の底部９ａが形成されている。底部９ａの端部は、上方に折り曲げられ、負極ケース８の開口端が絶縁ガスケット９の底部９ａに固定されるようになっている。円環状の溝１１ａ，１１ｂは、絶縁ガスケット９の内周面９ｂに、負極ケース８の外周面８ａの周囲を囲むように形成されている。溝１１ａの幅Ｌ₁と溝１１ｂの幅Ｌ₂は、その合計ΔＬが、絶縁ガスケット９の内周面９ｂの高さＨの１％以上、５０％以下となる大きさにすることが望ましい。

溝１１ａ，１１ｂの幅Ｌ₁，Ｌ₂と絶縁ガスケット９の内周面９ｂの高さＨは、以下に説明する方法で測定される。ボタン型アルカリ電池をその中心を通過するように切断し、得られた断面において、絶縁ガスケット９の任意の１箇所での総高さ及び底部９ａの厚さｔを工具顕微鏡で測定し、総高さから底部９ａの厚さｔを除いた値を、絶縁ガスケット９の内周面９ｂの高さＨとする。なお、底部９ａの厚さｔは、絶縁ガスケット９の底面と底部９ａの上面との距離とする。また、同じ断面において、絶縁ガスケット９の溝１１ａ，１１ｂそれぞれについて任意の１箇所の幅（絶縁ガスケット９の総高さと平行な幅）を工具顕微鏡で測定し、溝１１ａ，１１ｂの幅Ｌ₁，Ｌ₂を得る。

耐漏液特性向上の効果を十分に得るには、合計ΔＬを高さＨの１％以上にすることが望ましい。但し、合計ΔＬを大きくすると、かしめ固定により絶縁ガスケットに加わる力が溝に分散されやすいため、絶縁ガスケットの圧縮強度が低下する傾向がある。よって、十分な耐漏液特性を得るために、合計ΔＬを高さＨの１％以上、５０％以下にすることが望ましい。より好ましい範囲は、５％以上、２５％以下である。なお、溝の本数を１本にする場合、この溝の幅を高さＨの１％以上、５０％以下にすることにより、耐漏液特性を向上することができる。

前述した図２では、溝の数を２本にしたが、１本にすることも、あるいは３本以上にすることも可能である。より好ましい範囲は、１本以上、６本以下である。

前述した図２では、リバース部を持たない負極ケースを用いる形態を説明したが、負極ケースの開口端が外周面側に折り返されたリバース部を有するものであっても良い。この場合、溝は、リバース部を囲むように形成することが望ましい。

[実施例]
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。

（実施例１）
ニッケル−ステンレス−銅の３層クラッド材からＰＲ５３６型空気亜鉛電池用の負極集電体を兼ねた負極ケースを作製した。負極ケースの外周面（開口端付近）を囲む環状の溝を下記表１に示す本数と合計幅ΔＬで設けたポリアミド製の絶縁ガスケットを用意した。なお、絶縁ガスケットの内周面の高さＨは２．３ｍｍとした。

Ｉｎ、Ｂｉ及びＡｌを含む無汞化亜鉛合金粉末、３５重量％水酸化カリウム水溶液、ポリアクリル酸を攪拌混合してゲル状亜鉛負極を調製した。

活性炭と、二酸化マンガンと、導電性材料として膨張化黒鉛と、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン粉末とを混合し、得られた混合物をニッケルメッキされたステンレス製ネット（正極集電体）に圧着充填することにより、正極集電体の両面に正極触媒層を形成した。

上記負極ケース、絶縁ガスケット、ゲル状亜鉛負極及び正極触媒層を用いて、前述した図１に示すようなＰＲ５３６型空気亜鉛電池を作製した。

（実施例２〜１５）
溝の本数、溝の幅の合計ΔＬを下記表１に示すように設定すること以外は、実施例１と同様にしてＰＲ５３６型空気亜鉛電池を作製した。

（比較例）
溝を設けない絶縁ガスケットを使用した以外は実施例１と同様な方法でＰＲ５３６型空気亜鉛電池を作製した。

以上のように作製した空気亜鉛電池をシールテープを貼り付けた状態で６０℃−９３％ＲＨで３０日間貯蔵し、ガスケットと負極ケースの隙間からの漏液を目視調査した。表１にこれらの試験結果を示す。

表１から明らかな通りに、負極ケースの外周面を囲むように環状に溝が形成された絶縁ガスケットを用いた実施例１〜１５の電池は、溝が設けられていない絶縁ガスケットを用いた比較例の電池に比して、漏液発生率が低いことがわかる。特に、溝幅の合計ΔＬが５％以上、２５％以下の実施例１〜６，１０〜１２の電池では、漏液発生が皆無であった。

なお、本発明は上記実施例により限定されるものではなく、本発明に直接影響を及ぼさない、亜鉛合金、ゲル化剤、電解液濃度、正極触媒、負極ケース素材等の要素については本発明の範囲を逸脱しない限り、変更して差し支えない。また、実施例、比較例に使用した電池は空気亜鉛電池であるが、負極集電体を兼ねた負極ケースを使用したようなボタン型の電池すべてに該当する技術である。

以上説明したように、本発明によれば、電池内部からの電解液の漏れを抑制し、貯蔵中の性能劣化を防止した高性能なボタン型アルカリ電池を提供することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係るボタン型アルカリ電池を示す模式的な断面図。図１のボタン型アルカリ電池に用いられる絶縁ガスケットの模式的な断面図。

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…正極触媒層、６…正極集電体、７…セパレータ、８…負極ケース、９…絶縁ガスケット、１０…ゲル状亜鉛負極、１１ａ，１１ｂ…環状溝。

Claims

負極端子を兼ねる負極ケースと、
前記負極ケースにかしめ固定された正極端子を兼ねる正極ケースと、
前記負極ケースと前記正極ケースとの間に介在され、前記負極ケースの周囲を囲むように環状に溝が形成された絶縁ガスケットと、
前記負極ケースの内面と接し、亜鉛を含む負極作用物質を含有するゲル状負極と
を具備することを特徴とするボタン型アルカリ電池。
前記溝の幅は、前記絶縁ガスケットの内周面の高さの１％以上、５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のボタン型アルカリ電池。
前記溝の本数は、１本以上、６本以下であることを特徴とする請求項１または２記載のボタン型アルカリ電池。