JP2008103222A

JP2008103222A - アルカリ乾電池

Info

Publication number: JP2008103222A
Application number: JP2006285255A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Suzuki; 正彦鈴木; Yuji Tsuchida; 雄治土田; Kiyohide Tsutsui; 清英筒井
Original assignee: FDK Energy Co Ltd
Current assignee: FDK Energy Co Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】規格によって定められた外形状およびサイズの条件下で、耐漏液性などの基本機能を確保しつつ、放電容量の大幅な増量による性能向上を可能にしたアルカリ乾電池を提供する。
【解決手段】正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１５に、筒状の正極合剤２１、筒状セパレータ２２、ゲル状負極２３が順次充填されて同心状の発電要素２０が形成されるとともに、上記正極缶１５の開口部が金属製の負極端子板３０と樹脂製のガスケット４０を用いて密閉封口され、さらに上記負極端子板３０の内側に固設された棒状負極集電子２５が上記負極２３に挿入されているアルカリ乾電池１０において、上記ガスケット４０が上記筒状セパレータ２２の外周を取り巻く環状に形成されるとともに、上記負極端子板３０の内側面が耐アルカリ処理されている。
【選択図】図１

Description

本発明はアルカリ乾電池に関し、とくに、筒状正極缶に電極物質が同心状に装填されたＬＲ型アルカリ乾電池に適用して有効なものに関する。

図３は従来のアルカリ乾電池１０１の構成例を示す。同図に示す電池１０１はＬＲ型のアルカリ乾電池であって、正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１５にアルカリ電解液を含む発電要素２０が装填されるとともに、その正極缶１５の開口部が負極端子板３０１と封口ガスケット４０１を用いて密閉封口されている。

発電要素２０は、筒状の正極合剤２１が圧入状態で挿入・装填され、この正極合剤２１の内側に筒状セパレータ２２が装着され、このセパレータ２２の内側にゲル状負極２３が充填されて同心状（インサイドアウト型とも呼ばれる）に形成されている。

負極端子板３０１は金属製であって、その内側には棒状の負極集電子２５が立設・固設されている。この負極集電子２５は、封口ガスケット４０１の中央ボス部４１０を圧密状態で貫通してゲル状負極２３に挿入されることにより負極集電を行う。封口ガスケット４０１は樹脂の射出成型品であって、筒状の中央ボス部４１０、環状パッキング部４２０、および中間隔壁部４３０を有し、負極端子板３０１と発電要素２０の間に介在して両者間を気密隔離するように形成されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記封口ガスケット４０１の一部には薄肉部（図示省略）が形成されている。この薄肉部は、電池内圧が異常上昇したときに先行破断することにより、電池内圧を逃がして電池の破裂を防止する防爆安全弁の機能を形成する。この防爆安全弁を作動可能にするため、負極端子板３０１にはガス抜き孔（図示省略）が設けられている。
特開２００１−１２６６９４

上述したアルカリ乾電池１０１では、封口ガスケット４０１によって封口された気密空間内に発電要素２０が収容されている。封口ガスケット４０１は、負極端子板３０１と発電要素２０間の空間仕切りを形成し、負極端子板３０１側と発電要素２０側にそれぞれ所定の空間部１１，１２を形成するとともに、両空間部１１，１２間を密閉隔離している。発電要素２０は、その封口ガスケット４０１と干渉しないよう、正極缶１５の上部に空間部１１を残した状態で装填される。

一方、アルカリ乾電池の放電性能とくに放電容量はできるだけ多いことが望まれている。放電容量は発電物質の増量によって確実に増やすことができる。しかし、規格によって定められた外形状およびサイズの条件下で発電物質の増量をはかることは、上述した従来の構成では限界があった。

本発明は以上のような問題を解決するものであって、その目的は、規格によって定められた外形状およびサイズの条件下で、耐漏液性などの基本機能を確保しつつ、放電容量の大幅な増量による性能向上を可能にした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にてあきらかにする。

本発明は次のような解決手段を提供する。
（１）正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶に、筒状の正極合剤が圧入状態で挿入・装填され、この正極合剤の内側に筒状セパレータが装着され、このセパレータの内側にゲル状負極が充填されて同心状の発電要素が形成されるとともに、上記正極缶の開口部が金属製の負極端子板と樹脂製のガスケットを用いて密閉封口され、さらに上記負極端子板の内側に固設された棒状負極集電子が上記負極に挿入されているアルカリ乾電池において、上記ガスケットが上記筒状セパレータの上端部外周を取り巻く環状に形成されるとともに、上記負極端子板の内側面が耐アルカリ処理されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
（２）上記手段（１）において、負極端子板および負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とするアルカリ乾電池。
（３）上記手段（１）または（２）において、負極端子板の内側面および負極集電子の外表面を同一の耐アルカリ金属で連続的に被覆するメッキ処理が行われていることを特徴とするアルカリ乾電池。

規格によって定められた外形状およびサイズの条件下で、耐漏液性などの基本機能を確保しつつ、放電容量の大幅な増量による性能向上を可能にした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にてあきらかにする。

図１は本発明の第１実施形態をなすアルカリ乾電池１０の断面図を示す。同図に示す電池１０はＬＲ型アルカリ乾電池であって、正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１５にアルカリ電解液を含む発電要素２０が装填されるとともに、その正極缶１５の開口部が金属製の負極端子板３０と樹脂製の封口ガスケット４０を用いて密閉封口されている。

発電要素２０は、筒状の正極合剤２１、セパレータ２２、およびゲル状負極２３が同心状に配置されて形成され、アルカリ電解液とともに正極缶１５に収容されている。正極合剤２１は、二酸化マンガン等の正極作用物質に黒鉛等の導電助剤を添加して筒状に加圧成形したものであって、電池缶１５に圧入状態で装填されている。この正極合剤２１の内側に円筒状のセパレータ２２が装填され、このセパレータ２２の内側にゲル状負極２３が充填されている。負極２３にはゲル状化した亜鉛が使用されている。

ゲル状負極２３には棒状の金属製負極集電子２５が貫入させられている。負極集電子２５は、その基端が負極端子板３０の内側面（電池内部側）にスポット溶接等により接続・固定されているとともに、その先端側がゲル状負極２３に挿入されることにより負極集電を行う。

封口ガスケット４０は筒状セパレータ２２の上端部外周を取り巻く環状に形成され、その内側は筒状セパレータ２２が入り込む透孔となっている。つまり、封口ガスケット４０は、負極端子板３０の周縁部と正極缶１５のカシメ加工された開口部との間に被圧縮状態で介在する環状パッキング部４２と、正極合剤２１の上端面を上方から覆う環状鍔部４６だけからなる環状体であって、負極端子板３０と正極缶１５内部との間を気密隔離する空間仕切りは形成されていない。また、負極集電子２５が貫通する中央ボス部も有しない。

このため、負極端子板３０の内側面は正極缶１５内の発電要素２０に直接露呈するようになっているが、この露呈面は耐アルカリ処理されている。この耐アルカリ処理は、負極端子板３０および負極集電子２５の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成することで好適に達成することができる。同種の金属とすることにより、アルカリ電解液に曝されたときの局部電池の形成を防止し、電気化学的な安定状態を保つことができる。

具体的には、負極端子板３０の内側面および負極集電子２５の外表面を同一の耐アルカリ金属３５で連続的に被覆するメッキ処理を行えばよい。この場合の耐アルカリ金属３５としてはＳｎまたはＺｎ、Ｃｕとその合金が特に好適である。めっき後には必要に応じてキリンス処理等の化学研磨を施しても構わない。

上記のように構成された負極端子板３０および封口ガスケット４０によって密閉された正極缶１５では、正極缶１５の上部空間部１１を従来よりも大幅に縮小させることができ、その分、正極缶１５の有効発電容積が拡大することにより、収容可能な発電物質を大幅に増量させることができる。

また、上記実施形態では、封口ガスケット４０の環状鍔部４６がセパレータ２２を安定に位置決めするとともに、正極合剤２１と負極２３間で電極物質の移動を確実に阻止するという効果を呈する。

以上のようにして、耐漏液性を確保しつつ、正極缶１５内の発電物質量を増量させることによる放電容量の増大をはかることができる。

上述した封口構造では、封口ガスケット４０が空間仕切りを形成せず、負極端子板３０の内側がそのままが正極缶１５の内部に通じている。このため、負極端子板３０には防爆安全弁用のガス抜き孔を設けることができない。そこで、この実施形態では、正極缶１５の底部に防爆安全弁５０を設置している。

この防爆安全弁５０は、キャップ状の正極端子部材５１を正極缶１５の底壁部５２外面に冠着させるとともに、その正極端子部材５１との底壁部５２の間に弾性弁体５３を被圧縮状態で介装させることにより形成される。

弾性弁体５３が着座する底壁部５２には弁孔（図示省略）が設けてある。また、正極端子部材５１にはガス抜き孔（図示省略）が設けてある。電池内圧が異常上昇すると、電池内部の高圧ガスが底壁部５２の弁孔から弾性弁体５３を押し退けながら電池外部へ抜けることにより、電池の破裂を防止する防爆動作が行われる。弾性弁体５３の材質としては、たとえばエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）が好適である。

上述した防爆安全弁５０は、正極缶１５内の有効発電容積をとくに減じることなく設置することができる。

図２は、本発明の第２実施形態をなすアルカリ乾電池１０の断面図を示す。第１実施形態との相違に着目して説明すると、この第２の実施形態の電池１０では、負極端子板３０の一部に薄肉部３１を形成することで防爆安全弁５０の機能を形成している。薄肉部３１と防爆安全弁５０の両方を備え、信頼性をより高める方策も好適である。

以下、本発明の具体的な実施例を示す。
＜＜実施例１＞＞
本発明電池Ａとして、図１に示した構造のＬＲ２０（単１）型アルカリ乾電池を作製した。また、比較のための従来電池Ｂとして、図３に示した構造のＬＲ２０型アルカリ乾電池を作製した。この場合、本発明電池Ａでは、従来電池Ｂに対し、負極２３の重量、負極集電子２５の長さをそれぞれ１．２倍とした。
両電池Ａ，Ｂについてそれぞれ、１５００ｍＡの連続放電時間（終止電圧０．９Ｖ）を測定したところ、表１に示すように、本発明電池Ａでは放電容量の大幅な増大（指数比較）を達成できることが確認された。

＜＜実施例２＞＞
図１に示した構造のＬＲ２０型アルカリ乾電池において、負極端子板３０および負極集電子２５にＺｎメッキを行ったものを本発明電池Ｃとして作製した。同じく、負極端子板３０および負極集電子２５にＳｎメッキを行ったものを本発明電池Ｄとして作製した。また、比較のための従来電池Ｅとして、図３に示した構造のＬＲ２０型アルカリ乾電池を作製した。この場合、各電池Ｃ，Ｄ，Ｅの発電物質量は同じに揃えた。
各電池Ｃ，Ｄ，Ｅについてそれぞれ、６０℃の温度環境に置いた場合に電池内部で発生するガス量（流動パラフィン中置換で測定されるガス体積）を、１０日、３０日、６０日の経過ごとに調べたところ、表２に示すように、負極端子板３０の内側面が発電要素２０に対して直接露呈する本発明電池Ｃ，Ｄでもそれほど大きなガス発生は認められず、耐漏液性を十分に確保できることが確認された。

規格によって定められた外形状およびサイズの条件下で、耐漏液性などの基本機能を確保しつつ、放電容量の大幅な増量による性能向上を可能にしたアルカリ乾電池を提供することができる。

本発明によるアルカリ乾電池の第１実施形態を示す断面図である。本発明によるアルカリ乾電池の第２実施形態を示す断面図である。従来のアルカリ乾電池の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０アルカリ乾電池（本発明）
１１，１２空間部
１５正極缶
２０発電要素
２１正極合剤
２２セパレータ
２３ゲル状負極
２５負極集電子
３０負極端子板（本発明）
３１薄肉部
３５耐アルカリ金属
４０封口ガスケット（本発明）
４２環状パッキング部
４６環状鍔部
５０防爆安全弁
５１正極端子部材
５２正極缶１５の底壁部
５３弾性弁体
１０１アルカリ乾電池（従来）
３０１負極端子板（従来）
４０１封口ガスケット（従来）
４１０中央ボス部
４２０環状パッキング部
４３０中間隔壁部

Claims

正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶に、筒状の正極合剤が圧入状態で挿入・装填され、この正極合剤の内側に筒状セパレータが装着され、このセパレータの内側にゲル状負極が充填されて同心状の発電要素が形成されるとともに、上記正極缶の開口部が金属製の負極端子板と樹脂製のガスケットを用いて密閉封口され、さらに上記負極端子板の内側に固設された棒状負極集電子が上記負極に挿入されているアルカリ乾電池において、上記ガスケットが上記筒状セパレータの上端部外周を取り巻く環状に形成されるとともに、上記負極端子板の内側面が耐アルカリ処理されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
請求項１において、負極端子板および負極集電子の少なくとも電池内部に露呈する部分を同種の金属で形成したことを特徴とするアルカリ乾電池。
請求項１または２において、負極端子板の内側面および負極集電子の外表面を同一の耐アルカリ金属で連続的に被覆するメッキ処理が行われていることを特徴とするアルカリ乾電池。