JP2014157654A - アルカリ電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性を確保しつつ、優れた放電特性を有するアルカリ電池を提供する。
【解決手段】有底円筒形の電池ケース１に、中空円筒状の正極２と、前記正極２の中空部分に配置されている負極３と、前記正極２と前記負極３との間に配置されているセパレータ４と、電解液とを収容し、前記電池ケース１の開口部が、ガスケット５を介して封口板７で密封されたアルカリ電池であって、前記ガスケット５は、前記電池ケース１と前記封口板７の周縁部に介在する周壁部５ａと、電池の外側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した外側延出部５ｂと、電池の内側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した内側延出部５ｃを有し、前記内側延出部５ｃの径方向における端面に、前記セパレータ４を密着させる。
【選択図】図１
【解決手段】有底円筒形の電池ケース１に、中空円筒状の正極２と、前記正極２の中空部分に配置されている負極３と、前記正極２と前記負極３との間に配置されているセパレータ４と、電解液とを収容し、前記電池ケース１の開口部が、ガスケット５を介して封口板７で密封されたアルカリ電池であって、前記ガスケット５は、前記電池ケース１と前記封口板７の周縁部に介在する周壁部５ａと、電池の外側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した外側延出部５ｂと、電池の内側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した内側延出部５ｃを有し、前記内側延出部５ｃの径方向における端面に、前記セパレータ４を密着させる。
【選択図】図１
Description
本発明は、アルカリ電池に関し、さらに詳しくは封口構造に関する。
従来から、アルカリ電池の高容量化のために、アルカリ電池内の活物質の充填可能体積を増大させる検討がなされている。しかし、アルカリ電池の寸法はＩＥＣ規格やＪＩＳ規格により規定されているため、活物質の充填可能体積を向上させるためには、アルカリ電池内部の部品が占有する体積を減少させる検討が必須である。特に、ガスケット等の封口部品の占有体積を小さくすることが有効で、リング状のガスケットが検討されている。（特許文献１、２参照）
前述した特許文献１および２に係るリング状のガスケットを用いた封口構造（例えば特許文献１の図４Ａ）にあっては、信頼性の確保が困難である。例えば、落下や運搬時などの衝撃が加わると、セパレータの支えが無いために、負極がセパレータを乗り越えたり、セパレータが破れたりして、負極と正極とが接触して内部短絡を引き起こし、発熱してしまう可能性が高い。
そこで、本発明は上記の従来の問題を解決するものであり、ガスケットの形状を改良して優れた信頼性を有するアルカリ電池を提供することを目的とする。
有底円筒形の電池ケースに、中空円筒状の正極と、前記正極の中空部分に配置されている負極と、前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータと、電解液と、を収容し、前記電池ケースの開口部が、ガスケットを介して封口板で密封されたアルカリ電池であって、前記ガスケットは、前記電池ケースと前記封口板の周縁部に介在する周壁部と、電池の外側で、前記周壁部から径方向中央に向けて形成した外側延出部と、電池の内側で、前記周壁部から径方向中央に向けて形成した内側延出部とを有し、前記内側延出部の径方向における端面に、前記セパレータを密着させたことを特徴とする。
本発明によれば、ガスケットの内側延出部の径方向における端面とセパレータが密着した構造としたことによって、電池が落下したときなどの衝撃が加わり、負極が前記セパレータを乗り越える、または、押し破る力が作用した場合でも、前記ガスケットの内側延出部の径方向における端面が支えとなり、前記負極に作用した力を受け止め、前記負極の移動を押さえ込み、正極との接触を防止することで、内部短絡の起きにくい、より信頼性の高い電池を提供できる、という効果を奏するものである。
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態として単３形のアルカリ電池の半断面の正面図である。
本発明によれば、有底円筒形の電池ケース１に、中空円筒状の正極２と、前記正極２の中空部分に配置されている負極３と、前記正極２と前記負極３との間に配置されているセパレータ４と、電解液とを収容し、前記電池ケース１の開口部が、ガスケット５を介して封口板７で密封されたアルカリ電池であって、前記ガスケット５は、前記電池ケース１と前記封口板７の周縁部に介在する周壁部５ａと、電池の外側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した外側延出部５ｂと、電池の内側で前記周壁部５ａから径方向中央に向けて形成した内側延出部５ｃを有し、前記内側延出部５ｃの径方向における端面に、前記セパレータ４を密着させた構造としている。
このように構成することによって、電池が落下したときなどの衝撃が加わり、前記負極３が前記セパレータ４を乗り越える、または、押し破る力が作用した場合でも、前記ガスケットの内側延出部５ｃが支えとなり、前記負極３に作用した力を受け止め、前記負極３の移動を押さえ込み、前記正極２との接触を防止し、より信頼性の高い電池を提供できるという効果を奏するものである。
前記延出部とは、図１において、前記封口板７の周縁部を電池の内外から挟み込む形状になっている部分を指し、ガスケット５のうち、電池外部を外側延出部５ｂ、電池内部を内側延出部５ｃとしている。
正極端子と正極集電体を兼ねた有底円筒形の電池ケース１には、中空円筒状の正極２が内接するように収納されている。前記正極２の中空部には有底円筒形のセパレータ４を介して負極３が配置されている。前記電池ケース１の開口部は、ガスケット５を介して負極端子を兼ねる封口板７を配置した後、前記電池ケース１の開口部を内方へ折り曲げて封口されている。前記電池ケース１の外表面は、外装ラベル８により被覆されている。
前記ガスケット５は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの樹脂を所定の寸法、形状に射出成型して得られる。占有体積の低減と衝撃が加わった際の変位の抑制のため、前記内側延出部５ｃは、前記封口板７に沿って延出するように形成することが好ましい。
前記封口板７は、概帽子状の形状を有し、例えば、ニッケルめっき鋼板、スズめっき鋼板などを所定の寸法、形状にプレス成型して得られる。なお、封口板７とガスケット５の内側延出部５ｃの間には、封口部の補強のために厚さ０．４〜１．０ｍｍのワッシャーを配置してもよい。
前記封口板７には、胴部と鍔部を有する釘状の負極集電体６が電気的に接続されている。前記負極集電体６は銀、銅、真鍮等の線材を所定の寸法の釘状にプレス加工して得られる。なお、加工時の不純物の排除と隠蔽効果を得るためにその表面にスズやインジウムでメッキを施すとよい。
前記セパレータ４には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。例えば、セパレータ４は、特許第２９３８３１５号公報、特許第２９７８７８５号公報や特許第３３１０９３５号公報に記載の公知の方法に
より得られる。株式会社クラレ製のＦ３Ｔグレードやニッポン高度紙工業株式製のＶＬＲグレードが好適である。
より得られる。株式会社クラレ製のＦ３Ｔグレードやニッポン高度紙工業株式製のＶＬＲグレードが好適である。
また、セパレータ４には、優れた耐デンドライト性を有する、セロファンやポリオレフィン系の微孔性薄膜（厚さ５〜３０μｍ）を用いてもよい。前述した不織布と、微孔性薄膜とを併用してもよい。例えば、微孔性薄膜の片面または両面にシート状の不織布を貼り合わせるとよい。
前記電池ケース１は、ニッケルメッキ鋼板等をプレス製缶することによって得られる。電池の誤使用や異常時の安全性確保のために、前記電池ケース１は、防爆機構を備えることが好ましい。例えば、特開２００５−５６７１５号公報に開示されるように、電池ケースの開口端面にＶ字状の切り欠き部を設けるとよい。また、特許第３３９２６５６号公報に開示されるような、高圧で破断可能な薄肉の溝を形成させてもよい。
次に、本発明の他の実施の形態を図２を参照しながら説明する。図２は、他の実施の形態における説明図である。
図２に示すように、前記ガスケット５と前記封口板７が接触する部分に封止剤９を塗布することが好ましい。このように構成すると、電池内部からの電解液の漏出をより確実に防止することができる。
前記封止剤９として、ブローンアスファルト、ポリブテン、ポリアミド、クロロスルホン化ポリエチレン等を用いればよい。これらを溶媒に希釈または分散させてガスケット５に塗布するとよい。
また、図２に示すように、前記封口板７と前記負極集電体６の接続部分を被覆するように保護膜１０を形成することが好ましい。このように構成すると、接続加工の際の異物付着や部品の母材の露出による不具合（電池内部での局部電池の形成による腐食や水素ガス発生）を防止することができる。
前記保護膜１０として、ブローンアスファルト、ポリブテン、ポリアミド、クロロスルホン化ポリエチレン等を用いればよい。これらを溶媒に希釈または分散させて、前記封口板７と前記負極集電体６の接続部分に塗布するとよい。
以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
（１）封口部品の作製
ガスケット５は、図１に示す所定の形状に、６，６ナイロンを射出成型して得た。
ガスケット５は、図１に示す所定の形状に、６，６ナイロンを射出成型して得た。
負極集電体６は、真鍮線条を用いて、鍔部の直径が３．２ｍｍで、胴部の直径が１．１５ｍｍとなるように、全長が３３．０ｍｍの釘型にプレス加工し、表面にスズめっきを施した。
封口板７は、図１に示す所定の形状に、厚さ０．５ｍｍのニッケルメッキ鋼板をプレス加工して得た。
負極集電体６を封口板７に電気溶接することで、一体化した。
（２）正極の作製
平均粒径が３５μｍを有する電解二酸化マンガン粉末と平均粒径が９μｍを有する黒鉛粉末とを９３：７の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として３９重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液と、オキシ水酸化チタン粉末を１００：１．５：０．２の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極２を得た。
（２）正極の作製
平均粒径が３５μｍを有する電解二酸化マンガン粉末と平均粒径が９μｍを有する黒鉛粉末とを９３：７の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として３９重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液と、オキシ水酸化チタン粉末を１００：１．５：０．２の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極２を得た。
（３）負極の調製
ゲル化剤には増粘剤としてポリアクリル酸の粉末と、吸水性ポリマーとして架橋分岐型ポリアクリル酸ナトリウムの粉末とを併用し、アルカリ電解液と、無汞化の亜鉛合金粉末とを０．２４：０．４７：３３．６６：６５．６３の重量比で混合して負極３を得た。なお、亜鉛合金粉末は、０．０５重量％のインジウムと、０．００５重量％のビスマスと、０．００６重量％のアルミニウムとを含有し、体積平均粒子径が１２０μｍを有するものを用いた。
ゲル化剤には増粘剤としてポリアクリル酸の粉末と、吸水性ポリマーとして架橋分岐型ポリアクリル酸ナトリウムの粉末とを併用し、アルカリ電解液と、無汞化の亜鉛合金粉末とを０．２４：０．４７：３３．６６：６５．６３の重量比で混合して負極３を得た。なお、亜鉛合金粉末は、０．０５重量％のインジウムと、０．００５重量％のビスマスと、０．００６重量％のアルミニウムとを含有し、体積平均粒子径が１２０μｍを有するものを用いた。
（４）アルカリ電池の組立
図１に示す構造の単３形のアルカリ電池（ＬＲ６）を下記の手順により作製した。上記で得られた５．９ｇのペレット状の正極２を電池ケース１内に２個挿入し、加圧治具により正極２を加圧して電池ケース１の内壁に密着させた。電池ケース１の内壁に密着させた正極２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置した。セパレータ４内にアルカリ電解液として３３重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液を１．７ｇ注入した。所定時間経過した後、上記で得られた負極３をセパレータ４内に６．５ｇ充填した。なお、セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。電池ケース１の開口端部にガスケット５を配置して、その内側延出部５ｃの径方向における端面にセパレータ４を密着させた。その後、封口板７を設置し、電池ケース１の開口部を内方へ円弧状にかしめることによって封口した後、外装ラベル８で電池ケース１の外表面を被覆して電池１を得た。
図１に示す構造の単３形のアルカリ電池（ＬＲ６）を下記の手順により作製した。上記で得られた５．９ｇのペレット状の正極２を電池ケース１内に２個挿入し、加圧治具により正極２を加圧して電池ケース１の内壁に密着させた。電池ケース１の内壁に密着させた正極２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置した。セパレータ４内にアルカリ電解液として３３重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液を１．７ｇ注入した。所定時間経過した後、上記で得られた負極３をセパレータ４内に６．５ｇ充填した。なお、セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。電池ケース１の開口端部にガスケット５を配置して、その内側延出部５ｃの径方向における端面にセパレータ４を密着させた。その後、封口板７を設置し、電池ケース１の開口部を内方へ円弧状にかしめることによって封口した後、外装ラベル８で電池ケース１の外表面を被覆して電池１を得た。
一方、比較例として、特許文献１の図４Ａに記載の封口構造と同様の電池２を作成した。すなわち、電池２は、セパレータとリング状のガスケットが接することなく、セパレータの開口部は封口板によって蓋着された構成である。
次に、これらの電池の評価について以下に説明する。電池１および電池２を２０本ずつ準備した。各々の電池を２本直列に並べてテープで電池の側面を固定した組電池を１０組ずつ作成し、落下試験として、これらを負極端子が下向きになるように、１．５ｍの高さから５回連続でプラスチックタイルに落下させた。そして、落下し終えた組電池をＮＥＣ
Ａｖｉｏ製のサーモグラフィー（品番Ｈ２６３０）で観察し、落下した衝撃で負極と正極が内部短絡を起こして４０℃以上に達する発熱が起こった組電池の数をカウントした。
Ａｖｉｏ製のサーモグラフィー（品番Ｈ２６３０）で観察し、落下した衝撃で負極と正極が内部短絡を起こして４０℃以上に達する発熱が起こった組電池の数をカウントした。
その結果、比較例の電池２で構成された組電池では９組で発熱が観察された。そのうち２組の組電池では８０℃に達する著しい発熱が検知された。
しかしながら、本発明の電池１で構成された組電池では一切の発熱が検知されることはなく、優れた信頼性が確認できた。
次に、本発明の改変例について図３を参照しながら以下に説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施の形態における封口要部の断面図である。
図３（ａ）に示すガスケット１５は、その周壁部から径方向中央に向けて、内側延出部
１５ｃの厚さを増大させた構成としている。前記ガスケット内側延出部１５ｃがセパレータ４を支える面積が大きくなるためセパレータ４を支える力が大きくなり、より信頼性が向上する。
１５ｃの厚さを増大させた構成としている。前記ガスケット内側延出部１５ｃがセパレータ４を支える面積が大きくなるためセパレータ４を支える力が大きくなり、より信頼性が向上する。
図３（ｂ）に示すガスケット２５は、その内側延出部の径方向における端面の、前記封口板７の接する側に、第１の切り欠き部２５ｄを設けた構成としている。この構成では、落下等の衝撃で負極３がセパレータ４を乗り越えてしまうような場合に、セパレータ４が前記ガスケットの第１の切り欠き部２５ｄに沿って変形してカバーとなることで、負極３が零れ出ることを更に防ぐことが出来る。
図３（ｃ）に示すガスケット３５は、その内側延出部の径方向における端面の、正極２が配置された側に、第２の切り欠き部３５ｅを設けた構成としている。この第２の切り欠き部３５ｅは、セパレータ４と内側延出部３５ｃを密着させる際の誘い込みとして機能する。電池を作製する際に、ガスケットの内側延出部がセパレータに密着させやすくでき、生産性を向上させることが出来る。
さらに、図３（ｄ）に示すように、図３（ａ）〜（ｃ）の特徴を併せ持った構成とすることも、信頼性を向上させるために効果的である。ガスケット４５は、その周壁部から径方向中央に向けて内側延出部の厚さを増大させた構成としている。そして、第１の切り欠き部４５ｄと、第２の切り欠き部４５ｅを設けた構成としている。
図３（ａ）〜（ｄ）に示した構成の電池で、前述した落下試験を調べたところ、いずれも発熱に至ったものはなかった。そして、同条件でさらに５回落下させた後にも（累計１０回）、発熱に至った電池はなく、優れた信頼性を有することが確認できた。
本発明のアルカリ電池は優れた信頼性を有し、乾電池を電源とするあらゆる機器に好適に用いられる。
１ 電池ケース
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ ガスケット
５ａ 周壁部
５ｂ 外側延出部
５ｃ 内側延出部
６ 負極集電体
７ 封口板
８ 外装ラベル
９ 封止剤
１０ 保護膜
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ ガスケット
５ａ 周壁部
５ｂ 外側延出部
５ｃ 内側延出部
６ 負極集電体
７ 封口板
８ 外装ラベル
９ 封止剤
１０ 保護膜
Claims (6)
- 有底円筒形の電池ケースに、中空円筒状の正極と、前記正極の中空部分に配置されている負極と、前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータと、電解液とを収容し、前記電池ケースの開口部が、ガスケットを介して封口板で密封されたアルカリ電池であって、前記ガスケットは、前記電池ケースと前記封口板の周縁部に介在する周壁部と、電池の外側で前記周壁部から径方向中央に向けて形成した外側延出部と、電池の内側で前記周壁部から径方向中央に向けて形成した内側延出部とを有し、前記内側延出部の径方向における端面に、前記セパレータを密着させたことを特徴とするアルカリ電池。
- 前記ガスケットの周壁部から径方向中央に向けて、内側延出部の厚さを増大させたことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
- 前記ガスケットの内側延出部の径方向における端面の、前記封口板の接する側に、第１の切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
- 前記ガスケットの内側延出部の径方向における端面の、前記正極が配置された側に、第２の切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
- 前記ガスケットと前記封口板が接触する部分に、封止剤を塗布したことを特徴とする請求項１〜４に記載のアルカリ電池。
- 前記封口板は、集電体が電気的に接続され、この接続部を被覆するように保護膜を形成したことを特徴とする請求項１〜４に記載のアルカリ電池。
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