JP2009181754A - アルカリ電池用正極缶、及びアルカリ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】反応物質を充填可能な有効内容積を十分に確保することができるアルカリ電池用正極缶を提供すること。
【解決手段】正極缶１１は、プレス加工により、開口部３１、胴部３２及び底部３３を有する筒状に成形されている。正極缶１１は、開口部３１の内径Ｄ１よりも胴部３２の内径Ｄ２のほうが小さく、開口部３１の板厚Ｔ１よりも胴部３２の板厚Ｔ２のほうが薄く形成されている。正極缶１１において、胴部３２の内面かつ開口部３１に隣接した位置に、開口部３１を封口するための集電体を支持可能な凸部４０が一体的に突設形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレス加工により開口部、胴部及び底部を有する筒状に成形されたアルカリ電池用正極缶、及びその正極缶を用いて構成されたアルカリ電池に関するものである。

図３には、従来のアルカリ電池５０が示されている。このアルカリ電池５０を製造する場合、まず、有底円筒状の正極缶５１内に中空円筒状に成形した正極合剤５２を収納し、その正極合剤５２の中空部に中空円筒状のセパレータ５３を挿入する。そして、セパレータ５３の中空部に電解液を注入してセパレータ５３と正極合剤５２とに電解液を含浸させた後、セパレータ５３の中空部にゲル状の負極合剤５４を充填する。その後、正極缶５１の上端開口部を集電体５６で密閉してアルカリ電池５０が完成する。集電体５６は、負極端子板６１、集電子６２、リング６３及び封口ガスケット６４を含んで構成されており、正極缶５１の上端開口部に封口ガスケット６４を介して負極端子板６１が嵌合されている。そして、正極缶５１の開口端縁をカール及び絞り加工することで、電池内が密封されている。

上記集電体５６（負極端子板６１及び封口ガスケット６４）の嵌合に先立ち、正極合剤５２、負極合剤５４等を挿入した正極缶５１には、その開口部付近の直径を少し細くして負極端子板６１や封口ガスケット６４を支えやすくする溝部（いわゆるビード部６５）が形成される。この操作はビーディング加工と呼ばれており、正極缶５１の側面に円盤状ローラーを押しつけ、正極缶周を回転させることで、ビード部６５が形成される。このビード部６５は、正極缶５１の開口端から所定寸法下方の位置において内周側に鉢巻き状に突出する部分であり、上記集電体５６を支持している（例えば、特許文献１，２参照）。

また、特許文献３には、正極缶において、正極合剤や負極合剤などの収納部側の厚さよりも開口部側の厚さを薄くすることにより、ガスケットを保持するための段差を設けたアルカリ電池が提案されている。
特開２００７−４８７３０号公報 特開２０００−２９４２３３号公報 特開平８−１４８１３２号公報

ところで、従来の筒型アルカリ電池５０においては、正極合剤５２などの反応物質を増量することで電池５０の放電性能を高めることができる反面、正極合剤５２の上端とビード部６５との位置が接近することとなる。この場合、正極合剤５２を正極缶５１内に挿入した後、ビーディング加工を施すと、正極合剤５２の上端部に機械的ストレスが加わることで、正極合剤５２の割れが発生しやすくなる。その結果、正極合剤５２の粉が周囲に飛散、付着することにより、製造工程上のトラブルの発生や組立不良の増加を招くといった問題が生じる。

また、正極缶５１にビーディング加工を施さずに電池５０を組み立てると、正極缶５１のカール及び絞り加工を行う工程で、負極端子板６１を含む集電体５６が電池５０内に落下してしまい、組立不良が発生しやすくなる。そのため、現状では、正極合剤５２の上端部に機械的ストレスが加わらないように、正極合剤５２から所定の間隔をあけた位置にビーディング加工を施して電池５０を組み立てている。このビーディング加工は、正極缶５１を塑性変形させるものであり、加工後の形状よりも大きく変形させなければならない。従って、正極合剤５２の割れを回避するためには、正極缶５１において加工後の形状による体積減少分よりもさらに大きな体積が利用できないといった問題が生じている。

特許文献３のアルカリ電池では、ガスケットを保持するための段差を設けるために、正極缶において反応物質（正極合剤や負極合剤など）の収納部側を厚く形成する必要がある。従って、正極缶において、反応物質を充填可能な有効内容積が小さくなる。このため、特許文献３のアルカリ電池では、放電性能を十分に確保することが困難となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応物質を充填可能な有効内容積を十分に確保することができるアルカリ電池用正極缶を提供することにある。また、別の目的は、正極缶内の反応物質を増量することにより、放電性能を高めることができるアルカリ電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、開口部、胴部及び底部を有する筒状のプレス加工品であり、前記開口部の内径よりも前記胴部の内径のほうが小さく、前記開口部の板厚よりも前記胴部の板厚のほうが薄いアルカリ電池用正極缶であって、前記胴部の内面かつ前記開口部に隣接した位置に、前記開口部を封口するためのアルカリ電池用集電体を支持可能な凸部を一体的に突設形成したことを特徴とするアルカリ電池用正極缶をその要旨とする。

請求項１に記載のアルカリ電池用正極缶によれば、胴部の内径よりも開口部の内径が大きいので、その開口部から胴部内に正極合剤などの反応物質を容易に充填することができる。また、開口部の板厚よりも胴部の板厚のほうが薄いため、反応物質を充填可能な有効内容積を増やすことができる。さらに、胴部の内面かつ開口部に隣接した位置に凸部が一体的に突設形成されているので、従来技術のようにビーディング加工を行わなくても、アルカリ電池用集電体を支持することができる。従って、正極缶のカール及び絞り加工を行う工程でアルカリ電池用集電体が落下して組立不良が発生するといった問題を回避することができる。また、ビーディング加工を行わないことから、その加工時の形状変化によるロスがなく、有効内容積を十分に確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記凸部は、プレス加工により形成されたものであることをその要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記凸部は、前記プレス加工時に前記胴部内面における周囲の金属素材を寄せ集めることで形成されたものであることをその要旨とする。

前記プレス加工時において、開口部よりも胴部を薄く形成するため、胴部内面における金属素材が余る。従って、請求項３に記載の発明のように、プレス加工時に胴部内面における周囲の金属素材を寄せ集めることにより、凸部を確実に形成することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２において、前記凸部は、缶内面の全周にわたって形成された高さ０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の環状突条であることをその要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、凸部は、缶内面の全周にわたって環状突条に形成されているため、缶内面の複数個所に凸部を突設する場合と比較して容易に形成することができる。また、凸部の高さは、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、アルカリ電池用集電体を支持するための適度な高さとなっている。すなわち、凸部は、０．０１ｍｍよりも低いと、アルカリ電池用集電体を支持することができず、組み付け時に電池内にその集電体が落下する確率が高まる。また、凸部が０．１ｍｍよりも高いと、プレス加工によってその凸部を形成することが困難となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の正極缶を用いて構成されたアルカリ電池をその要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、正極缶内に充填される反応物質を増量することができ、電池の放電性能を高めることができる。

以上詳述したように、請求項１〜４に記載の発明によると、反応物質を充填可能な有効内容積を十分に確保することができるアルカリ電池用正極缶を提供することができる。また、請求項５に記載の発明によると、正極缶内に充填される反応物質を増量することにより、放電性能を高めることができるアルカリ電池を提供することができる。

以下、本発明を筒型アルカリ電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態における筒型アルカリ電池の概略構成を示す断面図である。

図１に示されるように、筒型アルカリ電池１０は、有底筒状の正極缶１１（アルカリ電池用正極缶）と、その正極缶１１内に収納される中空円筒状の正極合剤１２と、正極合剤１２の内側に挿入される筒状のセパレータ１３と、セパレータ１３の中空部に充填されるゲル状の負極合剤１４と、正極缶１１の開口部に装着される集電体１６（アルカリ電池用集電体）とを備える。

正極合剤１２は、電解二酸化マンガン、黒鉛、水酸化カリウム、及びバインダーを混合した正極合剤粉を整粒した後、円筒状にプレス成形することで作製される。

セパレータ１３は、ビニロン・レーヨン不織布やポリオレフィン・レーヨン不織布などのセパレータ原紙を円筒状に巻回し、重なり合う部分を熱融着させることで作製される。

負極合剤１４は、水と酸化亜鉛と水酸化カリウムとを混ぜて溶解し、ポリアクリル酸などのゲル化剤と亜鉛粉とを混合することで作製される。

集電体１６は、負極端子板２１、集電子２２、リング２３及び封口ガスケット２４を含んで構成されている。具体的には、集電体１６は、真鍮からなる棒状の集電子２２（集電棒）をその頭部で負極端子板２１に抵抗溶接するとともに、集電子２２の首部に封口ガスケット２４を嵌着することで形成されている。負極端子板２１は、正極缶１１と同じくニッケルメッキ鋼板をプレス成形することで作製される。この集電体１６における集電子２２の下端側が負極合剤１４に挿入されている。リング２３はニッケルメッキ鋼板を打ち抜くことで作製される。また、正極缶１１において、封口ガスケット２４と接触する上端部内周面にはシール剤２５が塗布されており、その接触部のシール性が確保されている。

図２に示されるように、本実施の形態における正極缶１１は、開口部３１、胴部３２及び底部３３を有する筒状のプレス加工品であり、ニッケルメッキ鋼板を有底筒状にプレス成形することで作製される。正極缶１１は、開口部３１の内径Ｄ１よりも胴部３２の内径Ｄ２のほうが小さく、開口部３１の板厚Ｔ１（例えば、０．３ｍｍ）よりも胴部３２の板厚Ｔ２（例えば、０．２５ｍｍ）のほうが薄く形成されている。この正極缶１１の開口部３１において、胴部３２との境界部分には、その胴部３２側（図２では下側）ほど縮径するよう傾斜面３４が形成されている。また、正極缶１１の底部中央には、正極端子３５が突設されている。

さらに、正極缶１１において、胴部３２の内面かつ開口部３１に隣接した位置（図２では胴部３２の上端となる位置）には、集電体１６を支持可能な凸部４０が一体的に突設形成されている。本実施の形態の凸部４０は、缶内面の全周にわたって形成された高さ０．０３ｍｍ程度、幅０．１ｍｍ程度の環状突条である。より詳しくは、正極缶１１は、複数種類の金型を用いて複数回のプレス加工を行うことにより、円板状の鋼板を比較的に太く短い円筒形状に成形した後、徐々に細長くする加工を段階的に行うことで製造されている。このプレス加工時に胴部３２内面における周囲の金属素材を寄せ集めることで環状突条の凸部４０が形成されている。この凸部４０は、集電体１６を載置するための台座として機能する。

次に、本実施の形態における筒型アルカリ電池１０の製造方法を説明する。

まず、あらかじめ中空円筒状に成形された正極合剤１２を有底円筒状の正極缶１１内に圧入する。その後、正極缶１１において開口部３１の内周面にシール剤２５を塗布する。

さらに、正極合剤１２の中空部に中空円筒状のセパレータ１３を挿入するとともに、セパレータ１３の円筒内部に電解液を注入してセパレータ１３と正極合剤１２に電解液を浸潤させた後、セパレータ１３の円筒内部にゲル状の負極合剤１４を充填する。

その後、負極端子板２１、集電子２２、リング２３及び封口ガスケット２４を含んで構成された集電体１６を台座である凸部４０上に載置して位置決めする。その状態で正極缶１１の開口部３１にカール及び絞り加工を施して封口する。以上の工程を経て本実施の形態の筒型アルカリ電池１０が完成する。

上記のように製造した筒型アルカリ電池１０において、正極合剤１２や負極合剤１４などの反応物質を充填可能な正極缶１１の有効内容積を従来例のアルカリ電池５０（図３参照）と比較した。その比較結果を表１に示している。

従来例のアルカリ電池５０では、ビーディング加工時の正極缶５１の変形による正極合剤５２へのダメージを回避するために、ビード部６５から十分離れたところに正極合剤５２を配置せざるを得ない。これに対して、本実施の形態のアルカリ電池１０（実施例）では、缶変形による体積ロスがなく、凸部４０の直下の位置に正極合剤５２を配置することができる。また、ビード部６５の幅は１ｍｍ程度であるのに対し、凸部４０の幅は０．１ｍｍ程度と短い。この結果、本実施の形態のアルカリ電池１０では、有効内容積が４４．６ｃｃとなり、従来例のアルカリ電池５０の有効内容積（４２．８ｃｃ）よりも４％増すことができた。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の正極缶１１は、胴部３２の内径Ｄ２よりも開口部３１の内径Ｄ１が大きいので、開口部３１から胴部３２内に正極合剤１２を容易に充填することができる。また、正極缶１１は、開口部３１の板厚Ｔ１よりも胴部３２の板厚Ｔ２のほうが薄いため、反応物質を充填可能な有効内容積を増やすことができる。さらに、胴部３２の内面かつ開口部３１に隣接した位置に凸部４０が一体的に突設形成されているので、従来技術のようにビーディング加工を行わなくても、集電体１６を支持することができる。従って、正極缶１１のカール及び絞り加工を行う工程で集電体１６が落下して組立不良が発生するといった問題を回避することができる。また、ビーディング加工を行わないことから、その加工時の形状変化によるロスがなく、有効内容積を十分に確保することができる。

（２）本実施の形態の正極缶１１は、開口部３１よりも胴部３２を薄く形成している。この場合、プレス加工時において、胴部３２内面における金属素材が余るため、その金属素材を寄せ集めることにより、凸部４０を確実に形成することができる。

（３）本実施の形態の正極缶１１における凸部４０は、缶内面の全周にわたって環状突条に形成されているため、缶内面の複数個所に凸部を突設する場合と比較して容易に形成することができる。

（４）本実施の形態のアルカリ電池１０では、正極缶１１内に充填される反応物質を増量することができ、電池１０の放電性能を高めることができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、凸部４０は、正極缶１１の内面の全周にわたって環状突条に形成されていたがこれに限定されるものではない。例えば、正極缶１１の内面における複数個所に突起状の凸部を設けてもよい。

・上記実施の形態では、ＬＲ２０タイプ（単１形）のアルカリ電池１０に具体化したが、ＬＲ１４タイプ（単２形）やＬＲ６タイプ（単３形）等のアルカリ電池に具体化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項４において、前記凸部の幅は、０．２ｍｍ以下であることを特徴とするアルカリ電池用正極缶。

本発明を具体化した一実施の形態のアルカリ電池を示す断面図。 正極缶を示す断面図。 従来のアルカリ電池を示す断面図。

符号の説明

１０…アルカリ電池
１１…アルカリ電池用正極缶としての正極缶
１６…アルカリ電池用集電体としての集電体
３１…開口部
３２…胴部
３３…底部
４０…凸部
Ｄ１…開口部の内径
Ｄ２…胴部の内径
Ｔ１…開口部の板厚
Ｔ２…胴部の板厚

Claims (5)

1. 開口部、胴部及び底部を有する筒状のプレス加工品であり、前記開口部の内径よりも前記胴部の内径のほうが小さく、前記開口部の板厚よりも前記胴部の板厚のほうが薄いアルカリ電池用正極缶であって、前記胴部の内面かつ前記開口部に隣接した位置に、前記開口部を封口するためのアルカリ電池用集電体を支持可能な凸部を一体的に突設形成したことを特徴とするアルカリ電池用正極缶。
2. 前記凸部は、プレス加工により形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池用正極缶。
3. 前記凸部は、前記プレス加工時に前記胴部内面における周囲の金属素材を寄せ集めることで形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載のアルカリ電池用正極缶。
4. 前記凸部は、缶内面の全周にわたって形成された高さ０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の環状突条であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ電池用正極缶。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の正極缶を用いて構成されたアルカリ電池。
   

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