JP2010161025A - アルカリ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな衝撃が加わったときに正極合剤と負極ゲルとが相対的にずれることによって、セパレータがリング状正極合剤の上端内周縁との接触部分で破損することに起因する内部短絡を確実に防止する。
【解決手段】下方を底部とした正極端子９を兼ねる有底円筒状の電池缶２内に、中空リング状のコアに成形された正極合剤３を装填するとともに、当該正極合剤のリング内側に円筒カップ状のセパレータ４を介して負極ゲル５を収納してなるアルカリ電池１ａであって、前記中空リング状の正極合剤の上端１２内周縁１３に相対するセパレータの外面、あるいは内面の少なくとも一方の側に絶縁性のリング状保護材２０ａを配置している。
【選択図】図１

Description

この発明はアルカリ電池に関し、具体的にはアルカリ電池における耐衝撃性の向上技術に関する。

ＬＲ６など、筒型の密封型アルカリ乾電池では、正極合剤、セパレータ、負極合剤からなるアルカリ発電要素が有底円筒状の金属製電池缶に収容されているとともに、その電池缶の開口部が樹脂製ガスケットを用いて気密封口されている。図３にＬＲ６型アルカリ乾電池１の構造を示した。当該電池１は、底部を下方にした有底筒状の金属製電池缶（正極缶）２、リング状のコアに成形された正極合剤３、この正極合剤３の内側に配設された円筒カップ状のセパレータ４、亜鉛合金を含んでセパレータ４の内側に充填される負極ゲル５、この負極ゲル５中に挿入された負極集電子６、負極端子板７、封口ガスケット８などにより構成される。この構造において、正極合剤３、セパレータ４、負極ゲル５が、電解液の存在下でアルカリ電池１の発電要素を形成する。

正極缶２は電池ケースであるとともに、正極合剤３が圧入されることで、この正極合剤３と直接接触し、正極集電体と正極端子９を兼ねる。負極ゲル５中に挿入された棒状の金属製負極集電子６は、皿状の金属製負極端子板７の内面に溶接により立設固定されている。負極端子板７、負極集電子６および封口ガスケット８は、あらかじめ一体に組み合わせられている。そして、封口ガスケット８の外周部が正極缶２の開口の下方に形成されたビーディング部１０を座にして載置され、この状態で当該正極缶２の開口がかしめられることで、負極端子板７の周縁部がガスケット８の縁部を介して当該開口に嵌着される。それによって正極缶２が気密シールされる。

ところで、セパレータ４は、電解液を透過させるとともに、正負極間（３−５）を絶縁して内部短絡を防止する機能を備えている。しかしながら、アルカリ電池１に外部から衝撃が加わると、負極ゲル５がセパレータの上端１１を超えて正極３側にあふれ出して内部短絡を起こす可能性がある。このような可能性に対し、以下の特許文献１では、正極合剤３の上端面１２を絶縁体で覆うことで、飛散した負極ゲル５が正極合剤３に接触しないようにしている。

特開平０８−１４８１５７号公報

エレクトロニクスの進歩に伴い、様々な形態の電子機器が出現している。そして、それらの電子機器の電源としてアルカリ電池が使用されている。例えば、最近の家庭用ＴＶゲーム機のコントローラは、人が手で握れるような太めのスティック形状で、その内部には３軸の加速度センサーが組み込まれている。そして、ＴＶ画面に表示されているテニスプレーヤやゴルファーを操作する際、コントローラをテニスラケットやゴルフクラブのグリップに見立てて振り回す。

ところで、このゲームコントローラのように振り回して使用する電子機器では、使用中に誤って機器を放り投げてしまい、放り投げられた電子機器が家具等に激突する、という事故が報告されている。このような事故では、機器の内部に収納されているアルカリ電池にも大きな衝撃が加わり、内部短絡が発生する場合がある。そして、本発明者らは、このように、単に電池を落下させる以上の衝撃に起因する内部短絡の態様（モード）は、負極ゲルがセパレータの上方から正極側にあふれ出して起こる従来のモードだけではなく、新たなモードがあることを知見した。

この新種の内部短絡モードでは、衝撃により、セパレータを挟んで正極合剤と負極ゲルが相対的にずれ、そのずれによって、セパレータが損傷する、というものである。図３に基づいて説明すると、電池１に大きな衝撃が加わると、主に、負極ゲル５が大きな加速度を伴って上下動する。このとき、特に、リング状正極合剤３の上端面１２の内円エッジ部分（内周縁）１３において大きな摩擦力がセパレータ４に加わる。この摩擦力は、剪断応力となり、セパレータ４が、この正極合剤３の内周縁１３に相対する位置１４で破れる。それによって、正極３と負極５が接触して内部短絡する、という従来では想定もしなかった内部短絡モードとなっている。

もちろん、上記特許文献１に記載の技術では、このような新種の内部短絡を防止することができない。内部短絡は、正負極間の化学反応による熱とガスを発生させ、電池缶が高温になったり、ガスに起因する内圧上昇による漏液などを引き起こしたりする。それによって、アルカリ電池を使用する電子機器を破損させる可能性がある。

そこで本発明は、アルカリ電池において、大きな衝撃が加わったときに正極合剤と負極ゲルとが相対的にずれることによって、セパレータがリング状正極合剤の上端面の内周縁との接触部分で破損することに起因する内部短絡を確実に防止することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、下方を底部とした正極端子を兼ねる有底円筒状の電池缶内に、中空リング状のコアに成形された正極合剤を装填するとともに、当該正極合剤のリング内側に円筒カップ状のセパレータを介して負極ゲルを収納してなるアルカリ電池であって、前記中空リング状の正極合剤の上端内周縁に相対する前記セパレータの外面、あるいは内面の少なくとも一方の側に絶縁性のリング状保護材を配置しているアルカリ電池である。

また、前記リング状保護材が、前記リング状正極合剤の上端面の内周縁に接する位置を境に上下に渡って介在するように配置されていたり、前記リング状保護材が、前記リング状正極合剤の上端内周縁とセパレータとの間に挟持されていたりすればより好ましい。

なお、前記リング状保護材は、一体成形された樹脂や、セパレータの側面にリング状に塗布された熱可塑性樹脂を固化させることで形成することができる。

本発明のアルカリ電池によれば、大きな衝撃が加わったときにセパレータがリング状正極合剤の上端面の内側円周と摩擦で破損することに起因して内部短絡することを確実に防止することができる。

本発明の実施例におけるアルカリ電池の構造図である。 本発明のその他の実施例におけるアルカリ電池の構造の一部拡大図である。 従来のアルカリ電池の構造図である。

＝＝＝アルカリ電池の構造＝＝＝
本発明の本実施例におけるアルカリ電池の基本構造は、図３に示した従来のアルカリ電池１と同様であり、正極端子９を兼ねる有底筒状の電池缶２内に電解液を含む発電要素（３〜５）が収納されたのち、負極集電子６が溶接された負極端子板７が電池缶２の開口にガスケット８を介して嵌着されてなっている。しかし、本実施例のアルカリ電池は、大きな衝撃が加わったときに正極合剤３と負極ゲル５とが相対的にずれることに起因するセパレータ４の破損を確実に防止する構成を備えている。

図１に、本発明の実施例におけるアルカリ電池１ａの構造を示した。（Ａ）は有底円筒状の電池缶２の底を下方として、電池を立てた状態における縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ矢視方向の横断面図である。（Ｃ）は（Ａ）における要部１００の拡大図である。

本実施例のアルカリ電池１ａでは、リング状のコアに成形された正極合剤３の上端面１２で内周縁１３とセパレータ４とが相対する位置１４に絶縁性のリング状の保護材２０ａが配置されている。それによって、正極合剤３と負極ゲル５とがずれることによってセパレータ４の表面に加わる摩擦をこの保護材２０ａで緩和し、過度な剪断応力がセパレータ４に発生しないようにしている。

図示した例では、保護材２０ａは、上下に幅があるリング状で、円筒カップ状のセパレータ４の外側に正極合剤３の上端面１２を境にして上下に渡って配置されている。なお、保護材２０ａは、円筒カップ状のセパレータ４の内外いずれに設置してもよい。もちろん、内外の両側に配置してもよい。

図２に、保護材２０ｂをセパレータ４の内側の配置したアルカリ電池１ｂを例示した。（Ａ）はアルカリ電池１ｂの側断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における円１０１内の拡大図である。保護材２０ｂは、セパレータ４を挟んで正極合剤３の上記上端内周縁１３と対向するように配置されている。また、素材としては、アルカリ性の電解液に耐性がある、ポリプロピレン（ＰＰ）やナイロンなど、アルカリ電池用の封口ガスケット８などで一般的に使用されている樹脂の一体成形品や、熱可塑性樹脂（ホットメルト樹脂）を塗布して固化したものなどを採用することができる。この保護材（２０ａ，２０ｂ）の形成方法としては、熱可塑性樹脂であれば、円筒カップ状のセパレータ４にあらかじめ形成しておき、正極合剤３の中空筒内に挿入すればよい。一体成形品の場合は、電解液を除く発電要素（３〜５）を正極缶２内に収納した後に、セパレータ４の外側あるは内側に挿入すればよい。

＝＝＝耐衝撃試験＝＝＝
本発明の実施例におけるアルカリ電池について、耐衝撃性能試験を行った。試験のために用意した電池は、図３に示した従来のアルカリ電池（従来品）と、本発明の実施例として保護材の位置や素材を変えた各種アルカリ電池（発明品）である。なお、各電池は、ＬＲ６型であり、セパレータ４には、保液量４１１％の素材を２重に重ねた（巻回した）もので、その２重の厚さが２４０μｍのものを使用した。

表１に各種発明品における保護材の位置と素材とを示した。

上記各発明品と、従来品とについて、耐衝撃試験を行った。試験は、同じ構造の電池を二つ直列にした状態でテープで固定し、負極端子板７側を下方にして１．５ｍの高さから、厚さ３０ｍｍの木製の板の上に１０回落下させることで行った。そして、試験後に電池缶２を開封し、直列状態にあった二つの電池の何れかに内部短絡があれば不合格とした。なお、直列状態にある電池二つを一組のサンプルとして、従来品と発明品１〜６について、それぞれ３０組のサンプルを用意した。

表２に上記試験結果を示した。

従来品では、３０組のサンプルの内２４組のサンプルに内部短絡が発生した。一方、発明品は、保護材の位置や素材によらず、全てのサンプルにおいて内部短絡が発生しなかった。すなわち、本発明のアルカリ電池では、大きな衝撃が加わったときにセパレータがリング状正極合剤の上端面の内側円周と摩擦で破損することに起因する内部短絡を確実に防止できることが確認できた。

＝＝＝リング状保護材の配置や素材について＝＝＝
保護材（２０ａ，２０ｂ）は、上述したように、セパレータ４の内外いずれに配置されていても効力を発揮するが、図２に示したように、セパレータ４の内側に配置する場合では、保護材２０ｂを下方から支持する部材がなく、保護材２０ｂが一体型の成形品である場合には、リング状コアに成形された正極合剤３の中空筒内に圧入することになる。

一方、図１に示したように、セパレータ４の外側に保護材２０ａを配置する場合には、下方に正極合剤３が存在するためセパレータ４と正極合剤３の中空筒内の壁面との間に挟み込むことができる。なお、図１に示したように、正極合剤３の上端面１２を境に上下に渡って保護材２０ａを配置すれば、正極缶２内に圧入されて負極ゲル５と比較して上下動が少ない正極合剤が極めて大きな衝撃によって上方にずれたとしても、確実にセパレータ４を保護することができる。もちろん、図１に示した例に限らず、セパレータ４の内側において、正極合剤３の上端面１２を境に上下に渡って配置しても同様に正極合剤３の上下動に対してセパレータ４を保護する効果が期待できる。

１、１ａ アルカリ電池
２ 電池缶
３ 正極合剤
４ セパレータ
５ 負極ゲル
６ 負極集電子
７ 負極端子板
８ 封口ガスケット
９ 正極端子
１２ 正極合剤の上端面
１３ 正極合剤上端面の内周縁
２０ａ、２０ｂ 保護材

Claims (5)

1. 下方を底部とした正極端子を兼ねる有底円筒状の電池缶内に、中空リング状のコアに成形された正極合剤を装填するとともに、当該正極合剤のリング内側に円筒カップ状のセパレータを介して負極ゲルを収納してなるアルカリ電池であって、
   前記中空リング状の正極合剤の上端内周縁に相対する前記セパレータの外面、あるいは内面の少なくとも一方の側に絶縁性のリング状保護材を配置している
   ことを特徴とするアルカリ電池。
2. 前記リング状保護材は、前記リング状正極合剤の上端内周縁に接する位置を境に上下に渡って介在するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
3. 前記リング状保護材は、前記リング状正極合剤の上端内周縁とセパレータとの間に挟持されてい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。
4. 前記リング状保護材は、一体成形された樹脂製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池。
5. 前記リング状保護材は、セパレータの側面にリング状に塗布された熱可塑性樹脂を固化してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池。

Images