JP2007323896A - 電池缶用メッキ鋼鈑、電池、アルカリ乾電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供する。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供する。
【解決手段】ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑１１０において、メッキ下地となる鋼鈑１１１の片面をダル仕上げ面１１１ａとし、他方の面をブライト仕上げ面１１１ｂとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニッケルを主とするメッキを両面に施した電池缶用メッキ鋼鈑と、このメッキ鋼鈑を用いた電池およびアルカリ乾電池に関する。

近年は、たとえばデジタル・スチル・カメラなどのように、大電流を必要とする電池利用機器が多くなり、これに応じて、たとえばニッケル乾電池（ＺＲ型）のように、重負荷（大電流放電）用の高容量アルカリ乾電池が提供されるようになってきた。

電池は通常、負荷である機器に備えられた電池ホルダ（電池ケース）に装填され、そのホルダの接触端子を介して機器に動作電流を供給する。たとえばＬＲなどの乾電池の起電力は略１．５Ｖ程度の低電圧であるが、この低電圧電池から大電流を効率良く取り出すためには、電池と負荷（機器）間の電気接続状態を長期間にわたって良好に保つ必要がある。

アルカリ乾電池などの電池では、発電要素を密閉封止状態で収容するために金属製の電池缶を使用するが、この電池缶は正極または負極の電池端子を兼ねる。たとえばＬＲ型のアルカリ乾電池では、有低円筒状の金属製電池缶に筒状または環状の正極合剤を圧入状態で装填し、この合剤の内側に筒状セパレータおよびゲル状負極を装填することにより発電要素が形成されるが、この場合、電池缶は正極端子および正極集電体を兼ねる。

上記電池缶は電池缶用メッキ鋼鈑を絞りプレス加工して製造される。電池缶用メッキ鋼鈑は錆の発生などを低減するために、鋼鈑の両面にニッケルを主とするメッキが施されている。一方、接触抵抗を低減させる観点からは、メッキを施しただけでは不十分である。

接触抵抗を確実に低減させる手段としては、そのメッキ鋼鈑の表面を粗面化すること、いわゆるダル仕上げすることが提案されている（たとえば特許文献１）。ダル仕上げされた表面には微細な凹凸が形成されるが、その凹凸の凸部分に接触圧が集中することにより、低電圧でも安定な電気接触状態を確実に得ることができると考えられる。
特開２００２−１２４２１８

上述した技術には次のような問題のあることが判明した。
すなわち、表面がダル仕上げされたメッキ鋼鈑を用いた電池缶は、その表面の凸部で接触圧が高まることによって機器との間に安定かつ良好な電気接触状態を形成することができる。しかし、その電池缶が絞りプレス加工で作製される際に、表面が傷やメッキ剥れなどの損傷を受けやすい。このため、電池缶の内側面では下地の鉄が露出し、電池内部でガス発生が促進される、という背反が生じる。

そこで、本発明者は、鋼鈑の片面にダル仕上げのメッキを行い、他方の面にブライト仕上げのメッキを行い、ダル仕上げ面を電池缶の外側面とし、ブライト仕上げ面を電池缶の内側面とすることを検討した。この構成は、上記背反の克服に有効であることが判明した。しかし、これを実施するためには次のような困難があった。

すなわち、鋼鈑にニッケルを主とする金属をメッキする処理は、下地である鋼鈑をメッキ浴に浸漬して行う電気メッキによって行われるが、このようなメッキ処理において、鋼鈑の片面とその他方の面に互いに異なる仕上げのメッキを行うことは、現実に困難であることが判明した。

特許文献２には、グリッド仕上げローラと平滑ローラを上下に装着した圧延ローラによって、ニッケルメッキされた鋼鈑の片面をブライト仕上げ、その他方の面をダル仕上げにそれぞれ加工することが開示されている。しかし、このような機械的な加工処理が加えられたメッキ鋼鈑はメッキ面が弱くなって、絞りプレス加工による損傷をさらに受けやすくなってしまうという問題が生じる。少なくとも電池缶用メッキ鋼鈑において、圧延やプレス等の機械的加工は回数を重ねないことが望ましい。

本発明は以上のような技術的問題を克服するものであって、その目的は、電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑、およびこのメッキ鋼鈑を用いた電池、アルカリ乾電池を提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
特開平６−３１４５６３

本発明は次のような解決手段を提供する。

（１）ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑であって、メッキ下地となる鋼鈑の片面がダル仕上げであり、他方の面がブライド仕上げであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（２）上記手段（１）において、ダル仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ：ＪＩＳ Ｂ０６０ １９７６に規定された中心線平均粗さ、以下同じ）が０．６μｍ以上となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（３）上記手段（１）または（２）において、ブライト仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以下となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（４）上記手段（１）〜（３）のいずれかにおいて、少なくともダル仕上げ面のメッキは、メッキ工程にて硫黄化合物を添加しないで形成されたメッキであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（５）上記手段（１）〜（４）のいずれかにおいて、鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層を有しないことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（６）上記手段（１）〜（５）のいずれかにおいて、ブライト仕上げ面のメッキ厚を１．５μｍ以上としたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

（７）上記手段（１）〜（６）のメッキ鋼鈑を有低筒状にプレス加工してなる電池缶であって、缶の外側をダル仕上げ面とし、内側をブライト仕上げ面としたことを特徴とする電池缶。

（８）上記手段（７）の電池缶に発電要素を収容して密閉封止するとともにその電池缶に一方極の電池端子を兼ねさせたことを特徴とする電池。

（９）一方極の電池端子を兼ねる有低筒状の金属製電池缶を用いたアルカリ乾電池であって、上記手段（７）の電池缶を用いたことを特徴とするアルカリ乾電池。

電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供することができる。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供することができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は本発明の技術が適用された電池の一実施形態を示す。同図に示す電池はＬＲ６型アルカリ乾電池であって、有底円筒状の電池缶１１内に、固形状正極合剤２１、電解液を含浸する筒状セパレータ２２、ゲル状負極合剤２３からなる発電要素が装填されるとともに、その電池缶１１が負極端子板３１とガスケット３５により閉塞および密閉封止されている。

電池缶１１は正極集電体を兼ねるとともに、その外底部に凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。負極端子板３１はその内側面（電池内部側）に棒状の負極集電子２５が溶接接続されるとともに、その外側中央面が負極端子部を形成している。電池缶１１の端子部１２を除いた側胴部は外装材１５で被覆されている。

電池缶１１は電池缶用ニッケルメッキ鋼鈑１１０を絞りプレス加工したものが使用されている。この電池缶１１の作製に用いたメッキ鋼鈑１１０は、図１に部分拡大して示すように、薄鋼鈑１１１の両面にニッケルを主とする金属のメッキ層１１２を形成したものであるが、本発明では、そのメッキ層１１２の下地である鋼鈑１１１の片面をダル仕上げ面１１１ａとし、他方の面をブライト仕上げ面１１１ｂとしている。

この鋼鈑１１１の両面にニッケルを主とする金属を電気メッキすると、そのメッキ層１１２の表面状態は下地の表面状態を反映し、ダル仕上げ面１１１ａに施されたメッキ層１１２の表面はダル仕上げ面（粗面）となり、ブライト仕上げ面１１１ｂに施されたメッキ層１１２の表面はブライト仕上げ面（平滑面）となる。上記電池缶１１は、外側面が上記ダル仕上げ面で、内側面が上記ブライト仕上げ面となるように作製されている。

上記電池缶１１は、端子面となる外側面がダル仕上げとなっていることにより、低電圧でも安定かつ良好な電気接触状態を確実に得ることができる一方、その内側面がブライト仕上げとなっていることにより、絞りプレス加工の際に受ける損傷が少なく、下地の鉄の露出によるガス発生を抑制する効果が高い。

この場合、注目すべきことは、電池缶１１の製造工程において、メッキ鋼鈑１１に対して行われる主要な機械加工が、絞りプレス加工だけに限定できるということである。鋼鈑のメッキ面は、圧延やプレス等の機械加工を重ねることによって受ける損傷が大きくなるが、その機械加工を絞りプレス加工だけに限定することで、受ける損傷を最小限に抑えることができる。

これにより、電池缶１１の内側面で下地の鉄が露出するのを抑制できる。これとともに、その外側面もメッキ剥れや下地の鉄の露出による錆び等を抑制することができる。したがって、電池缶１１の外側面では長期にわたって良好な電気接触端子面を保持することができる。

さらに、上記効果を確実に得るためには、次のような構成が望ましいことが知見された。

すなわち、ダル仕上げ面１１１ａに形成されたメッキ層１２の表面における平均粗さ（Ｒａ）は、０．６μｍ以上とすることが望ましい。平均粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ未満では接触抵抗の低減効果が十分に得られないことが知見された。

ブライト仕上げ面１１１ｂに形成されたメッキ層１２の表面における平均粗さ（Ｒａ）は、０．４μｍ以下とすることが望ましい。０．４μｍを超えると、下地の鉄の露出によるガス発生が多くなって、耐漏液性が十分に確保されなくなることが知見された。

少なくともダル仕上げ面１１１ａのメッキは、メッキ工程にて光沢剤である硫黄化合物を添加しないで形成することが好ましい。メッキ面には長期の間に、接触抵抗増大の原因となる化成皮膜（たとえば酸化膜）が生成することがあるが、上記硫黄化合物はその化成膜の生成原因となることが判明した。

鋼鈑１１１とメッキ層１１２の間には、ニッケル−鉄の拡散層を有しないことが望ましい。ニッケル−鉄の拡散層はアニール処理によって形成されるが、このアニール処理は接触抵抗を増大させてしまうことが知見された。

ブライト仕上げ面のメッキ厚については、１．５μｍ以上とすることが望ましい。これは電池内部のガス発生原因となる下地の鉄の露出を確実に防ぐためであるが、本発明者らの知見によれば、ガス発生を確実に抑制するためには、メッキ厚を１．５μｍ以上とすればよいことが判明した。

（実施例１）
試験用のサンプル電池として、図１示した構成を有するＬＲ６型アルカリ乾電池を作製したが、その構成は次の３通りの組み合わせで異ならせた。

（１）電池缶はニッケルメッキ鋼鈑をトランスファーによる多段絞りプレス加工して作製したが、そのメッキ鋼鈑の下地となる鋼鈑は、電池缶の内側となる面を同一粗さ（平滑度）のブライト仕上げとする一方、外側となる面の平均粗さ（Ｒａ）を０．４〜３μｍまで段階的に異ならせた。メッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）はその下地面の粗さで設定される。

（２）メッキ鋼鈑に対するアニール処理の有無で構成を異ならせた。アニール処理が有りの鋼鈑では鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層が形成されているが、アニール処理が無しではそれが形成されていない。

（３）メッキ工程にて光沢剤である硫黄添加物を使用するか否かにより構成を異ならせた。

上記構成の組み合わせで作製した多種類のサンプル電池の電池缶表面における接触抵抗値（ｍΩ）を測定してその良否を判定したところ、表１に示すような結果を得た。なお、接触抵抗値はサンプル電池を温度６０℃、湿度９０％で２週間保存後に接触荷重３０ｇｆで測定した値である。

以下に表１を示す。

表１は、電池缶の外側となる面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上となるようにし、アニール処理は行わず、さらに硫黄添加物も使用しないことが、接触抵抗値を低減させるのにとくに有効であることを示している。

（実施例２）
電池缶の内側となる面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）を異ならせた試験用のサンプル電池を作製し、各サンプルの漏液発生率を調べた。この場合、メッキ厚は各サンプル共に１．５μｍとした。漏液発生率は９０℃で１０日保存した後の２０個中の発生数を計数した。

表２は、各サンプルの漏液発生状態を示す。

表２は、電池缶の内側となる面の平均粗さ（Ｒａ）を０．４μｍ以下とすることが漏液防止に有効であることを示している。これは、メッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以下となるようなブライト仕上げとすることにより、下地の鉄の露出を少なくなって、ガス発生が抑制されるためと考えられる。

（実施例３）
電池缶に用いたニッケルメッキ鋼鈑のメッキ厚を異ならせた試験用サンプル電池を作製し、各サンプルの漏液発生率を調べた。この場合、電池缶の内側となる面は、そこに形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）が一律に０．４μｍとなるようにした。漏液発生率は９０℃で１０日保存した後の２０個中の発生数を計数した。

この試験結果を表３に示す。

表３は、ニッケルメッキ鋼鈑のメッキ厚を１．５μｍ以上とすることが漏液防止にとくに有効であることを示している。これは、メッキ厚をある程度以上確保することにより、下地の鉄が露出し難くなって、ガス発生が抑制されるためと考えられる。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明はアルカリ乾電池以外の電池、たとえばニッケル乾電池（ＺＲ型）やリチウムイオン電池にも適用可能である。

電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供することができる。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供することができる。

本発明の好適な適用例であるアルカリ乾電池の断面図である。

符号の説明

１１ 電池缶、
１１０ 電池缶用ニッケルメッキ鋼鈑、
１１１ 鋼鈑（メッキ下地）、
１１１ａ ダル仕上げ面、
１１１ｂ ブライト仕上げ面、
１１２ メッキ層、
１２ 正極端子部、
１５ 外装材、
２１ 正極合剤、
２２ セパレータ、
２３ ゲル状負極合剤、
２５ 負極集電子、
３１ 負極端子板、
３５ ガスケット。

Claims (9)

1. ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑であって、メッキ下地となる鋼鈑の片面がダル仕上げであり、他方の面がブライト仕上げであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
2. 請求項１において、ダル仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ：ＪＩＳ Ｂ０６０ １９７６に規定された中心線平均粗さ、以下同じ）が０．６μｍ以上となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
3. 請求項１または２において、ブライト仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以下となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、少なくともダル仕上げ面のメッキは、メッキ工程にて硫黄化合物を添加しないで形成されたメッキであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層を有しないことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、ブライト仕上げ面のメッキ厚を１．５μｍ以上としたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。
7. 請求項１〜６のメッキ鋼鈑を有低筒状にプレス加工してなる電池缶であって、缶の外側をダル仕上げ面とし、内側をブライト仕上げ面としたことを特徴とする電池缶。
8. 請求項７の電池缶に発電要素を収容して密閉封止するとともにその電池缶に一方極の電池端子を兼ねさせたことを特徴とする電池。
9. 一方極の電池端子を兼ねる有低筒状の金属製電池缶を用いたアルカリ乾電池であって、請求項７の電池缶を用いたことを特徴とするアルカリ乾電池。
   
   

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