JP2022018320A

JP2022018320A - アルカリ電池

Info

Publication number: JP2022018320A
Application number: JP2020121360A
Authority: JP
Inventors: 大輔藤波; Daisuke Fujinami; 繁之國谷; Shigeyuki Kuniya
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-01-27

Abstract

【課題】負極材料と正極材料との間のショートを防止できるアルカリ電池を提供する。【解決手段】アルカリ電池は、円筒状の電池缶と、前記電池缶内に、その内周面に沿って装填された円筒状の正極材料と、前記正極材料の内側に配置された円筒状のセパレータ部材とを有する。更に、アルカリ電池は、前記セパレータ部材の内側に装填された円筒状の負極材料と、前記電池缶の開口を封止するガスケット部材と、前記セパレータ部材の内側に配置され、前記負極材料と前記セパレータ部材の開口部との間を仕切る仕切板とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ電池に関する。

アルカリ電池では、円筒状の電池缶と、電池缶内に格納する正極材料と、電池缶内に格納する負極材料と、正極材料と負極材料との間を隔離する、円筒状のセパレータ部材と、電池缶の負極端子側の開口を封止するガスケット部材とを有する電池がある。

アルカリ電池では、電池缶の負極端子側の開口からゲル状の負極材料を円筒状のセパレータ部材内に注入することで、セパレータ部材内に負極材料を格納して保持することになる。

特開２００１－３５１５８５号公報

しかしながら、従来のアルカリ電池では、例えば、電池缶に対して外部から落下や輸送時の振動等で衝撃を加えられた場合、その衝撃によってセパレータ部材内部から負極材料がこぼれ出して正極材料に触れてしまう場合がある。その結果、負極材料と正極材料との間でショートが発生して発熱が生じる場合が考えられる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、負極材料と正極材料との間のショートを防止できるアルカリ電池を提供することを目的とする。

本願の開示するアルカリ電池の一態様は、円筒状の電池缶と、前記電池缶内に、その内周面に沿って装填された円筒状の正極材料と、前記正極材料の内側に配置された円筒状のセパレータ部材とを有する。更に、アルカリ電池は、前記セパレータ部材の内側に装填された円筒状の負極材料と、前記電池缶の開口を封止するガスケット部材と、前記セパレータ部材の内側に配置され、前記負極材料と前記セパレータ部材の開口部との間を仕切る仕切板とを有する。

本願の開示するアルカリ電池の一態様によれば、負極材料と正極材料との間のショートを防止できる。

図１は、実施例のアルカリ電池を示す縦断面図である。図２は、実施例のアルカリ電池の要部を示す縦断面図である。

以下に、本願の開示するアルカリ電池の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示するアルカリ電池が限定されるものではない。

（アルカリ電池の構成）
図１は、実施例のアルカリ電池を示す断面図である。図１に示すように、実施例のアルカリ電池１は、水溶液系一次電池、いわゆる乾電池である。アルカリ電池１は、開口３ａを有する円筒状の電池缶３と、集電棒４と、正極材料５と、負極材料６と、正極材料５と負極材料６とを仕切るセパレータ部材７と、電池缶３の開口３ａを封止するガスケット部材８と、仕切板９とを備える。また、アルカリ電池１は、電極端子として、電池缶３の一端に形成された正極端子１１と、電池缶３の他端に配置された負極端子１２とを有する。

電池缶３の一端には、正極端子１１が一体に形成されている。電池缶３の他端には、電池缶３の外周に沿ってビーディング加工されたくびれ部（ビーディング部）３ｂが形成されている。電池缶３のくびれ部３ｂには、開口３ａを塞ぐように負極端子１２及びガスケット部材８が設けられている。集電棒４は、電池缶３の内部の中央に配置されている。集電棒４は、基端部がガスケット部材８に支持されており、先端部が正極端子１１側に向かって延びている。集電棒４は、例えば、真鍮等で形成する。

負極材料６は、電池缶３の内部における集電棒４の周囲に設けられた円筒状の材料であり、セパレータ部材７の内側に装填されている。また、負極材料６は、例えば、亜鉛を主成分とするゲル状の負極合剤が用いられる。正極材料５は、電池缶３内に、その内周面に沿って装填されている。そして、正極材料５は、電池缶３の内部に収容された負極材料６の外周側に、セパレータ部材７を挟んで設けられている。正極材料５としては、例えば、リング状の正極合剤が用いられており、集電棒４の軸方向に沿って複数のリング状の正極合剤が積層されて配置されている。セパレータ部材７は、例えば、不織布等によって円筒状に形成されており、正極材料５の内側、かつ、集電棒４の軸方向に沿って配置されている。

図２は、実施例のアルカリ電池１の要部を示す縦断面図である。図２に示すように、アルカリ電池１のガスケット部材８は、集電棒４の一端部を支持する支持部としての円筒状の中央部１５と、中央部１５の外周に沿って形成された環状の安全弁１６と、電池缶３の開口３ａに支持される環状の外周部１７とを有する。また、ガスケット部材８は、安全弁１６と外周部１７との間に形成された環状の中間部１８を有する。安全弁１６は、電池缶３の内部ガスによって破断される溝状の肉薄部分である。

中央部１５は、集電棒４が通される支持穴１５ａを有しており、図２に示すように、集電棒４が負極端子１２に接するように支持穴１５ａに支持されている。外周部１７は、電池缶３のくびれ部３ｂ近傍と負極端子１２の外周部との間に挟み込まれることで、ガスケット部材８が電池缶３に支持されている。

中間部１８には、図２に示すように、セパレータ部材７の端部が突き当てられており、負極材料６が収容された空間が、セパレータ部材７によって塞がれている。

また、仕切板９は、セパレータ部材７の内側に配置され、負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切る金属板である。更に、仕切板９は、セパレータ部材７内の負極材料６のゲル面を負極端子１２の開口側から抑えて負極材料６のゲル面と接触する。つまり、仕切板９は、負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切ることで、開口部１０から負極材料６のこぼれ出しを防止できる。仕切板９は、例えば、亜鉛板で構成する金属板である。また、仕切板９は、負極材料６内に挿入された集電棒４を支持する支持穴９ａを有し、集電棒４と支持穴９ａ内の支持部分とを電気的に接続する。更に、仕切板９は、開口部１０側の負極材料６のゲル面と接触して負極材料６と電気的に接続する。

アルカリ電池１は、セパレータ部材７によって負極材料６と正極材料５との間を仕切り、しかも、仕切板９によって負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切る構造となるため、負極材料６と正極材料５との間のショートを防止できる。

仕切板９は、セパレータ部材７の内側に配置され、負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切る。その結果、電池缶３に何らかの衝撃を加えられたとしても、仕切板９によって、セパレータ部材７内に注入された負極材料６の開口部１０からのこぼれ出しを防止できる。

本実施例のアルカリ電池１では、負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切る仕切板９をセパレータ部材７の内側に配置した。その結果、アルカリ電池１に衝撃が加えられたとしても、仕切板９によって、負極材料６と正極材料５との接触によるショートを抑制しながら、安全性に優れたアルカリ電池１を提供できる。

アルカリ電池１は、仕切板９を亜鉛板で構成し、電池缶３内の集電棒４の一部に仕切板９を電気的に接続する。その結果、集電表面積の拡大を図りながら、放電性能に優れたアルカリ電池を提供できる。

（試験例１）
以下、ＬＲ６のアルカリ電池（単３型アルカリ電池）毎の振動及び落下による負極材料６のこぼれ発生の有無を検証した試験例１の評価結果である。振動試験は、例えば、ＬＲ６のJIS C 8514（水溶液系一次電池の安全性）の輸送‐振動試験に定められた試験方法及び試験条件であって、アルカリ電池の負極材料６のこぼれ発生の有無を確認する評価試験である。

落下試験は、例えば、アルカリ電池を高さ１ｍから、正極端子１１、負極端子１２及び電池缶３の胴部から夫々５回自由落下し、落下条件毎の１時間静置後の負極材料６のこぼれ発生の有無を確認する評価試験である。

従来例のアルカリ電池は、仕切板９なしの仕様である。実施例のアルカリ電池１は、仕切板９を有し、仕切板９を亜鉛板で構成した本実施例の仕様である。比較例１のアルカリ電池１は、仕切板９を有し、仕切板９を真鍮板で構成した仕様である。比較例２のアルカリ電池１は、仕切板９を有し、仕切板９を樹脂板で構成した仕様である。

従来例のアルカリ電池では、表１に示すように、振動試験において、負極材料６のこぼれ発生あり（○）、落下試験において、負極材料６のこぼれ発生あり（○）の評価結果を得た。

これに対して、実施例、比較例１及び比較例２のアルカリ電池１では、振動試験において、負極材料６のこぼれ発生なし（×）、落下試験において、負極材料６のこぼれ発生なし（×）の評価結果を得た。

つまり、振動試験及び落下試験では、仕切板９を有するアルカリ電池１の場合、負極材料６のこぼれ発生がなしのため、衝撃時の負極材料６のこぼれ発生によるショートを抑制できる。仕切板９を有するアルカリ電池１では、負極材料６のこぼれ発生なしの有用な効果が得られることが確認された。

（試験例２）
以下、ＬＲ６のアルカリ電池（単三型アルカリ電池）毎の放電性能の試験例２の評価結果である。放電試験は、例えば、ＬＲ６ＪＩＳ規格放電試験（JIS C 8515 一次電池個別製品仕様に基づく）である。放電試験では、例えば、軽負荷放電と、中負荷放電と、高負荷放電との各条件で検証した。

軽負荷放電では、例えば、１００ｍＡ／ｈの定電流放電の負荷で放電性能を検証する。中負荷放電では、例えば、２５０ｍＡ／ｈの定電流放電の負荷で放電性能を検証する。更に、高負荷放電では、例えば、１５００ｍＷの定電力放電で放電性能を検証する。

放電試験では、従来例と同等の放電性能の場合は（△）、従来例の放電性能よりも良好な場合は（○）、更に、従来例の放電性能よりも更に良好の場合は（◎）となる。△→○→◎の順に段々と放電性能が高くなっているものとする。

比較例２のアルカリ電池１では、低負荷放電、中負荷放電及び高負荷放電の何れも、従来例と同等の放電性能の評価（△）を得た。これに対して、比較例１のアルカリ電池１では、仕切板９が真鍮板であるため、亜鉛性の負極材料６と、真鍮の集電棒４と、真鍮板の仕切板９とが電気的に接続し、集電部分の表面面積が拡大する。その結果、比較例１のアルカリ電池１では、低負荷放電、中負荷放電及び高負荷放電の何れも、従来例の放電性能に比較して放電性能が良好との評価（○）を得た。

更に、実施例のアルカリ電池１では、仕切板９が亜鉛板であるため、亜鉛性の負極材料６と、真鍮の集電棒４と、亜鉛板の仕切板９とが電気的に接続し、集電部分の表面面積が拡大する。その結果、実施例のアルカリ電池１では、低負荷放電、中負荷放電及び高負荷放電の何れも、比較例１のアルカリ電池の放電性能に比較して放電性能が良好との評価（◎）を得た。

従って、実施例のアルカリ電池１では、亜鉛性の負極材料６と、真鍮の集電棒４と、亜鉛板の仕切板９とが電気的に接続し、集電部分の表面面積が拡大することで放電性能が高くなるとの評価を得た。

（アルカリ電池１の製造工程）
以上のように構成されたアルカリ電池１の製造工程について、工程順に説明する。
（１）例えば、電解二酸化マンガン、黒鉛、バインダー、水酸化カリウム溶液を用いて、正極材料５としての正極合剤を作り、正極合剤をリング状に成型する。
（２）亜鉛合金粉、電解液等を用いて、負極材料６としてのゲル状の負極合剤を作る。
（３）電池缶３の内部に、リング状の正極合剤を収容する。
（４）電池缶３の端部にビーディング加工によってくびれ部３ｂを形成し、ガスケット部材８と電池缶３との接触面にシール剤を塗布する。
（５）電池缶３に収容した正極合剤の内側にセパレータ部材７を挿入する。
（６）セパレータ部材７に水酸化カリウム電解液を含浸させる。
（７）電池缶３に設けられたセパレータ部材７の内側に負極端子１２側の開口３ａからゲル状の負極合剤を注入する。
（８）仕切板９、ガスケット部材８、集電棒４、負極端子１２を組み付けた集電体を作る。
（９）仕切板９がセパレータ部材７内に注入された負極材料６のゲル面を押さえ込むように集電体を電池缶３の開口３ａに組み付けて、集電体によって開口３ａを封止する。

（実施例の効果）
本実施例のアルカリ電池１では、負極材料６とセパレータ部材７の開口部１０との間を仕切る仕切板９を備えた。その結果、開口部１０への負極材料６のこぼれ出しを防止することで、負極材料６と正極材料５との間のショート発生を抑制し、安全性に優れたアルカリ電池１を提供できる。

本実施例のアルカリ電池１では、亜鉛板の仕切板９と集電棒４とを電気的に接続した。その結果、亜鉛板の仕切板９と、集電棒４とを電気的に接続した。その結果、集電部分の表面面積が広くするため、放電性能に優れたアルカリ電池１を提供できる。

本実施例のアルカリ電池１では、亜鉛成分の負極材料６のゲル面と、亜鉛板の仕切板９とを接触して仕切板９と負極材料６との間を電気的に接続した。その結果、集電部分の表面面積を広くするため、放電性能に優れたアルカリ電池１を提供できる。

（変形例）
尚、説明の便宜上、アルカリ電池１の仕切板９は亜鉛板を例示したが、亜鉛板に限定されるものではなく、樹脂板でも良い。この場合、樹脂板の仕切板９によって、セパレータ部材７内の負極材料６と開口部１０との間を仕切るため、開口部１０への負極材料６のこぼれ出しを抑制できる。

また、アルカリ電池１の仕切板９は亜鉛板を例示したが、亜鉛板に限定されるものではなく、真鍮等の金属板でも良い。この場合、仕切板９によって、開口部１０への負極材料６のこぼれ出しを抑制できることは勿論のこと、金属製の仕切板９と、集電棒４と、負極材料６との間が電気的に接続することで集電部分の表面面積が拡大することで、放電性能の向上を図ることができる。

１アルカリ電池
３電池缶
３ａ開口
４集電棒
５正極材料
６負極材料
７セパレータ部材
８ガスケット部材
９仕切板
１０開口部
１２負極端子

Claims

円筒状の電池缶と、
前記電池缶内に、その内周面に沿って装填された円筒状の正極材料と、
前記正極材料の内側に配置された円筒状のセパレータ部材と、
前記セパレータ部材の内側に装填された円筒状の負極材料と、
前記電池缶の開口を封止するガスケット部材と、
前記セパレータ部材の内側に配置され、前記負極材料と前記セパレータ部材の開口部との間を仕切る仕切板と
を有するアルカリ電池。
前記仕切板は、
金属板である、請求項１に記載のアルカリ電池。
前記金属板は、
亜鉛板である、請求項２に記載のアルカリ電池。
前記仕切板は、
前記負極材料内に挿入される集電棒と電気的に接続する、請求項１～３の何れか一つに記載のアルカリ電池。
前記仕切板は、
前記負極材料のゲル面と接触して前記負極材料と電気的に接続する、請求項４に記載のアルカリ電池。