JP2020184450A

JP2020184450A - マンガン乾電池

Info

Publication number: JP2020184450A
Application number: JP2019087960A
Authority: JP
Inventors: 正敏羽野; Masatoshi Uno
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12

Abstract

【課題】負極亜鉛缶の底部に負極端子を配置する際、電池の密封性を損なって開路電圧の低下や漏液に至る不具合を解消する。【解決手段】有底円筒形の負極亜鉛缶にセパレータを介して正極が充填され、前記負極亜鉛缶の開口部が封口ガスケットと正極端子とで密封され、前記負極亜鉛缶の底部に負極端子が配置され、前記負極亜鉛缶の周囲が合成樹脂フィルムを基材とする外装ラベルで被覆されたマンガン乾電池であって、前記負極端子を前記負極亜鉛缶の底部に溶接していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明はマンガン乾電池の負極端子に関する。

マンガン乾電池は、その外装の形態から、金属外装式とラベル外装式に大別することができる。ラベル外装式は、特許文献１、２に例示するように、有底円筒形の負極亜鉛缶の内部にセパレータを介して正極が充填され、負極亜鉛缶の開口部をガスケットと正極端子とで密封し、負極亜鉛缶の底部にカップ状の負極端子を圧入した後、合成樹脂や紙からなるラベルやチューブで負極亜鉛缶の外周を被覆する構成を有している。

特開平８−１５３４９８号公報実開平７−１４５５４号公報

負極亜鉛缶の底部へのカップ状の負極端子の圧入は、その反対側（正極端子側）を固定して行われる。良好な接触を維持するために強固な嵌合が不可欠であり、負極端子の外径を圧入前の負極亜鉛缶の外径に合わせる必要があるため、この負極端子の圧入によって、負極亜鉛缶の底部を縮径しなければならない。

このような理由から、負極亜鉛缶の底部にカップ状の負極端子を圧入する際は、負極亜鉛缶に相当の応力がかかってしまう。

この応力は負極亜鉛缶の不用意な変形をもたらしていた。特に正極端子側に位置する密封部分の変形が顕著であり、電池の密封性を損なって開路電圧の低下や漏液に至る不具合が発生していた。

本開示の一局面は、有底円筒形の負極亜鉛缶にセパレータを介して正極が充填され、前記負極亜鉛缶の開口部がガスケットと正極端子とで密封され、前記負極亜鉛缶の底部に負極端子が配置され、前記負極亜鉛缶の周囲が合成樹脂フィルムを基材とする外装ラベルで被覆されたマンガン乾電池であって、前記負極端子を前記負極亜鉛缶の底部に溶接していることを特徴とする。

負極亜鉛缶の底部に負極端子を配置する際、電池の密封性を損なって開路電圧の低下や漏液に至る不具合を解消する。

本発明の一実施の形態としてのマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。本発明の一実施の形態としてのマンガン乾電池の負極端子の溶接位置を示す説明図である。本発明の一実施の形態としての負極端子のフランジ部の形状を示す説明図で、（ａ）はフランジ部と負極亜鉛缶の外表面との間に僅かな隙間を設けた形態であり、（ｂ）は負極亜鉛缶の外表面の一部分にフランジ部が当接する形態である。

本開示のマンガン乾電池は、有底円筒形の負極亜鉛缶にセパレータを介して正極が充填され、前記負極亜鉛缶の開口部がガスケットと正極端子とで密封され、前記負極亜鉛缶の底部に負極端子が配置され、前記負極亜鉛缶の周囲が合成樹脂フィルムを基材とする外装ラベルで被覆されたマンガン乾電池であって、前記負極端子は前記負極亜鉛缶の底部に溶接されている。

負極端子は、その周縁部を平面状とすればよい。例えば、負極端子は単なる円板状であってもよく、周縁部を平面状でその中央に電池の外部へ突出する凸部を有するハット状であってもよい。また、適宜、機械的強度の補強用のリブ等を設けてもよい。なお、平面状の周縁部は、負極亜鉛缶の底部と平行である必要はなく、負極亜鉛缶の底部に対して最大５度ほど傾斜していても構わない。

負極亜鉛缶の底部に同心円状に負極端子を配置した状態で、負極端子側からその周縁部の１〜６箇所を溶接するとよい。ほぼ等間隔で２〜４箇所を溶接することが好ましい。ほぼ等間隔とは、製造上の誤差を許容することを意図し、例えば、最大０．５ｍｍのずれや、最大３度のずれがあってもよい。溶接方法は抵抗溶接やレーザー溶接等、公知の溶接方法を用いればよい。

負極端子は、厚さ０．１〜０．５ｍｍのスズ、ニッケルをメッキした鋼板やステンレス鋼板を用いて所定の形状にプレス成型すればよく、電池のサイズに応じて、適宜、厚みを設定するとよい。

また、不用意に電池を落下させてしまうと、その衝撃で溶接した負極端子がはずれてしまう場合があり得る。こうした不具合を想定すると、負極端子の外径は、負極亜鉛缶の外径よりもある程度小さく設定しておくとよい。具体的には、負極端子と負極亜鉛缶との外径差が負極端子の厚さの１．０〜３．５倍となるように、負極端子の外径を負極亜鉛缶の外径よりも小さく設定するとよい。このように設定すると、負極端子の外周のエッジ部に直接衝撃が加わりにくくなり、負極端子がはずれにくくなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、外装ラベル９を備えた実施形態に係るマンガン乾電池の一部を断面とした正面図である。

有底円筒形の負極亜鉛缶３には、正極合剤６がセパレータ７を介して収納されている。負極亜鉛缶３の開口している側では、正極合剤６の上に鍔紙５が載せられ、その上側でガスケット２が負極亜鉛缶３の開口部を閉じて、電池を密封している。

正極合剤６には、活物質として二酸化マンガン、導電材としてアセチレンブラックなどの炭素粉末、および電解液として少量の塩化アンモニウムを添加した塩化亜鉛水溶液を混合したものが用いられる。

二酸化マンガンは、高い放電容量が得られる電解二酸化マンガンを用いることが好ましいが、本発明により、従来と比較して充分な放電性能が得られるため、製造コストを考慮して、安価な天然二酸化マンガンや化学マンガンを適宜使用しても構わない。

負極亜鉛缶３は、高い機械的強度と優れた耐食性を有するものが好ましく、ビスマス、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、インジウム等を添加した亜鉛合金から作製されていることが好ましい。

負極亜鉛缶３の側部の厚さは、例えば、単１形では０．２０〜０．５０ｍｍ、単２形では０．２０〜０．５０ｍｍ、単３形では０．１０〜０．３５ｍｍ、単４形で０．１０〜０．３５ｍｍ、単５形では０．１０〜０．３５ｍｍとしてもよい。

正極合剤６の充填量を増加させて高容量化を図る場合には、上述した負極亜鉛缶３の厚みを薄く設定することが好ましく、例えば、単１形では０．２０〜０．４０ｍｍ、単２形では０．２０〜０．４０ｍｍ、単３形では０．１０〜０．２５ｍｍ、単４形では０．１０〜０．２５ｍｍ、単５形では０．１０〜０．２５ｍｍとすればよい。

このように負極亜鉛缶３の側部の厚さを薄く設定する場合、負極亜鉛缶３の強度が低下して変形しやすくなるため、本発明の効果をより奏しやすくなる。

セパレータ７には、クラフト紙の片面に架橋デンプンと酢酸ビニルを主とする結着剤とをアルコール系溶媒に溶かした糊材を塗布し乾燥させたものが用いられる。そして、その塗布面が負極亜鉛缶３に対向して接するようにセパレータ７が配されている。正極合剤６の中央部には、炭素粉末を焼結して得られた炭素棒４が挿入されている。正極合剤６の底部と負極亜鉛缶３の底部との間には、絶縁を確保するために底紙８が配置されている。つまり、負極亜鉛缶３の円筒部分の内周面を覆うようにセパレータ７が配置され、正極合剤６はセパレータ７と底紙８と鍔紙５とによって囲まれている。

ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂やナイロンからなるガスケット２は、負極亜鉛缶３の開口部を封口している。ガスケット２は、炭素棒４の頂部に嵌合させた正極端子１の外周縁部と、負極亜鉛缶３の開口端部のかしめ部とにより締め付けられている。

負極亜鉛缶３の底部には負極端子１０が溶接されている。従来のように、負極端子を負極亜鉛缶に圧入しないため、負極亜鉛缶３の不用意な変形をもたらす虞がない。

図２を用いて溶接箇所について説明する。図２は、本発明の一実施の形態としての負極端子の溶接位置を示す説明図である。電池の外側から電池の底部を見た視点で模式的に溶接位置を示している。負極亜鉛缶３の底部に負極端子１０を同心円状に配置し、負極端子１０の周縁部に１２０度間隔で配置した３カ所の溶接位置１０ｗにおいて、負極亜鉛缶３と負極端子１０を溶接している。

なお、負極亜鉛缶３と負極端子１０の中心のずれは、負極亜鉛缶３の外径と負極端子１０の外径の差の最大８０％程度に抑えるとよい。

負極亜鉛缶３と負極端子１０の中心のずれを抑える観点から、負極端子１０の周縁部が、負極亜鉛缶３の外表面に沿う方向に延出するフランジ部を有していてもよい。

図３を用いてこのフランジ部について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施の形態としての負極端子のフランジ部の形状を示す説明図である。負極端子１０は、平面状の周縁部１０ａと、さらにその外周にフランジ部１０ｂを有する。フランジ部１０ｂは負極亜鉛缶３の外表面に沿うように形成されている。このフランジ部１０ｂによって、負極端子１０を負極亜鉛缶３の底部に配置する際の位置決めが容易となる。

また、このように構成にすると、不用意に電池を落下させたしまった際の衝撃に対しても、溶接した負極端子がはずれにくくなる。

負極端子１０を負極亜鉛缶３の底部に配置する際に余計な応力が加わることを抑制するため、図３（ａ）に示すように、フランジ部１０ｂと負極亜鉛缶３の外表面（底部のコーナー３ａ）との間に僅かな隙間（例えば、０．０１〜０．２ｍｍ）を設けておいてもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、負極亜鉛缶３の外表面（底部のコーナー３ａ）の一部分にフランジ部１０ｂが当接するように形成してもよい。なお、平面状の周縁部１０ａを負極亜鉛缶３の底部に対して傾斜させてもよい。

フランジ部１０ｂは、負極亜鉛缶３の外側面まで延出させる必要はなく、負極亜鉛缶３の底部のコーナー３ａに沿わせる位置（点線Ｅ）まででよい。したがって、フランジ部１０ｂを有する負極端子１０の外径は、負極亜鉛缶３の外径よりも僅かに小さく設定される。具体的には、負極端子１０と負極亜鉛缶３との外径差が負極亜鉛缶３の側面の厚さの０．１〜１．５倍となるように、負極端子１０の外径を負極亜鉛缶３の外径よりも小さく設定するとよい。

負極亜鉛缶３の外側面には、外部との電気的絶縁を確保するために熱収縮性樹脂製の外装ラベル９を密着させている。外装ラベル９は、負極亜鉛缶３の開口端部のかしめ部と、負極端子の周縁部１０ａを覆うとよい。

外装ラベル９は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む熱収縮性樹脂フィルムが好ましい。熱風で熱収縮性樹脂フィルム全体を熱収縮させることにより、負極亜鉛缶３を直接覆っている。外装ラベル９が乾電池の円筒部分の最外層になる。

また、前記熱収縮性樹脂フィルムは、予め端面を貼り合わせて筒状にしたものを用い、その中へ発電要素を収納して密封した負極亜鉛缶３を挿入し、熱風で筒状の熱収縮性樹脂フィルム全体を熱収縮させてもよい。

本発明のマンガン乾電池は優れた密封性を有しており耐漏液特性に優れるため、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正極端子
２ガスケット
３負極亜鉛缶
４炭素棒
５鍔紙
６正極合剤
７セパレータ
８底紙
９外装ラベル
１０負極端子

Claims

有底円筒形の負極亜鉛缶にセパレータを介して正極が充填され、前記負極亜鉛缶の開口部がガスケットと正極端子とで密封され、前記負極亜鉛缶の底部に負極端子が配置され、前記負極亜鉛缶の周囲が合成樹脂フィルムを基材とする外装ラベルで被覆されたマンガン乾電池であって、
前記負極端子を前記負極亜鉛缶の底部に溶接していることを特徴とするマンガン乾電池。
前記負極端子の周縁部が平面状であることを特徴とする請求項１に記載のマンガン乾電池。
前記負極端子は、前記周縁部のさらに外周に、前記負極亜鉛缶の外表面に沿う方向に延出するフランジ部を有することを特徴とする請求項２に記載のマンガン乾電池。
前記負極亜鉛缶の側部の厚さを０．１０〜０．３５ｍｍの範囲としたことを特徴とする単３形の請求項１に記載のマンガン乾電池。
前記負極亜鉛缶の側部の厚さを０．１０〜０．３５ｍｍの範囲としたことを特徴とする単４形の請求項１に記載のマンガン乾電池。