JP3331287B2 - アルカリ電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ電池に係
り、特に、短絡によって引き起こされるガス発生の防止
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ電池の内部は、一般的に図７に
示すよう、正極端子２が設けられた有底筒状の正極缶４
の内部に、正極缶４の内周面に沿って中空筒状の正極作
用物質が装填され、またこの正極作用物質６の内側面に
はセパレータ８が装着され、さらにこのセパレータ８の
内側には負極作用物質１０が充填された構造になってい
る。正極作用物質６は二酸化マンガン、黒鉛、バインダ
ーなどの混合物からなり、他方、負極作用物質１０は亜
鉛粉末、電解液、ゲル化剤などの混合物からなり、ま
た、セパレータ８はビニロン、パルプなどの混抄紙から
なり、これら正極作用物質６、セパレータ８及び負極作
用物質１０から電池の発電構造が形成されている。

【０００３】この他、セパレータ８の下端開口部８ａ
は、例えばホットメルト樹脂などからなる絶縁材１４に
よって閉塞され、負極作用物質１０と正極缶４の内底面
４ａとは互いに絶縁されている。また、正極缶４の開口
端部にはガスケット１６を介して負極板１８が封止され
ている。ガスケット１６の中央部には集電棒２０が挿通
されている。集電棒２０の下方部は前記負極作用物質１
０の中に挿入され、またその上端部は前記負極板１８に
接続されている。

【０００４】このようなアルカリ電池では、誤使用など
によって電池が充電または短絡された場合、電池内部で
大量のガスが急激に発生することがあるため、電池の破
裂や爆発などを防止するための様々な防爆安全機構が組
み込まれている。図７で示したアルカリ電池には、防爆
安全機構としてガスケット１６に一部肉薄な溝部２２が
形成されていて、発生したガスの圧力により破断され正
極缶４の内部のガスを外部に放出するようになってい
る。この他、ガスの発生を抑制するために、負極作用物
質１０の亜鉛粉末に対し特殊な仕様が施されたりするこ
ともある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電池の短絡
は、電池の２つの外部端子どうしが何らかの事故により
互いに電気的に結ばれて起こる。アルカリ電池の内部で
は、このような短絡がおこると、まず熱が発生して高温
状態になる。しかしながら、電池が短絡状態にある間は
ガスの大量発生が生ぜず、問題となるのは、この短絡状
態を解除した後に電池内部に大量のガスが急激に発生す
ることである。

【０００６】従って、実際の電池の使用状況では、使用
者が電池の異常な温度上昇から電池の外部短絡に気付
き、電池をその使用機器から取り外して廃棄した場合、
短絡状態が解除されたことにより、電池内部に大量のガ
スが発生し、危険な状態になるということである。

【０００７】本発明は、前記事情に鑑みなされたもので
あって、その目的は、電池短絡後においても短絡状態が
引き続き継続され、ガスの大量発生を防止できるような
アルカリ電池を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルカリ電
池によれば、有底筒状の正極缶の内部に該正極缶の内周
面に沿って中空筒状の正極作用物質を装填し、該正極作
用物質の内側面にセパレータを装着するとともに該セパ
レータの下端開口部を絶縁材で閉塞し、該セパレータの
内側に負極作用物質を充填するようにしたアルカリ電池
において、該絶縁材を１軸延伸または２軸延伸された熱
収縮材で形成し、該絶縁材が電池内部で発生した熱によ
り該正極缶の径方向に収縮して該セパレータの該下端開
口部を開放し得るようにしてなる。

【０００９】これにより、電池が短絡され電池内部が高
温状態になると、絶縁材が正極缶の径方向に沿って熱収
縮しセパレータの下端開口部が開放されるため、負極作
用物質と正極缶との間には絶縁されない部分が生じ、負
極作用物質と正極作用物質とは正極缶を介し互いに短絡
されるようになる。このことから、一度短絡された電池
は、外側の２つの異極端子間が短絡から開放されても、
内部において引き続き短絡状態が継続されているので、
ガスの大量発生を防止でき、電池の安全性の向上を図る
ことができる。

【００１０】また、前記熱収縮材がポリプロピレン、ポ
リエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルまたはポリ
エステルであれば、耐アルカリ性を十分有する絶縁材を
形成することができる。

【００１１】さらに好ましくは、前記絶縁材がカップ状
に成形されていれば、カップ周壁部をセパレータ内側面
に密着させて、負極作用物質と正極缶の内底面とを確実
に断絶することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るアルカリ電池
の実施の形態について、添付図面に基づき説明する。
尚、従来と同一構成要素には、同一符号を付すものとす
る。本発明に係るアルカリ電池とは、例えばＬＲ２０や
ＬＲ１４といった筒形電池がある。

【００１３】図１は、本発明に係るアルカリ筒形電池の
内部構造を示したものである。このアルカリ電池は、ニ
ッケルメッキ鋼板よりプレス成形された有底筒状の正極
缶４の内部に、正極缶４の内周面に沿って中空筒状の正
極作用物質６が装填され、この正極作用物質６の内側面
にセパレータ８が筒状に装着され、さらにセパレータ８
の内側に負極作用物質１０が充填されている。正極作用
物質６は二酸化マンガン、黒鉛、バインダーなどの混合
物からなる成形体であり、他方、負極作用物質１０は亜
鉛粉末、電解液などにゲル化剤が添加されゲル状となっ
ている。また、セパレータ８はビニロン、パルプなどの
混抄紙からなり、これら正極作用物質６、セパレータ８
及び負極作用物質１０から電池の発電構造が形成されて
いる。

【００１４】セパレータ８の下端開口部８ａにはこれを
閉塞する絶縁材３０が配設され、正極缶４の内底面４ａ
と負極作用物質１０とは互いに絶縁されている。また、
正極缶４の開口端部には、ポリプロピレン、ポリエチレ
ンまたはナイロンからなるガスケット１６を介して、正
極缶４と同じくニッケルメッキ鋼板からプレス成形され
た負極板１８が封止されている。ガスケット１６の中央
部には真鍮（黄銅）製の集電棒２０が挿通されていて、
その下方部が負極作用物質１０の内部に挿入されている
一方、その上端部が負極板１８に接続されている。ま
た、正極缶４の外周にはポリエステル製の外装フィルム
３２が巻き付けられている。

【００１５】さらに、このアルカリ電池には、防爆安全
機構としてガスケット１６に一部肉薄な溝部２２が形成
されている。

【００１６】殊に、本発明にあっては、前記絶縁材３０
が熱収縮材で形成されていて、加熱されると収縮するよ
うになっている。つまり、この絶縁材３０は、厚さ０．
１乃至１．０ｍｍ程度の加工性のよいシュリンクフィル
ムからなり、図２に示すようにカップ状に成形されてい
る。シュリンクフィルムは、耐アルカリ性を十分備えた
ものが好ましく、具体的には、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはポリエステル（ＰＥ
Ｔ）よりなる。

【００１７】このシュリンクフィルムは、電池が短絡し
たと判断される十分高い温度、例えば８０℃程度になっ
たとき、熱収縮を開始するようになっている。また、シ
ュリンクフィルムは、１軸延伸または２軸延伸どちらの
製法で製造されても良く、所望の収縮方向に応じて適宜
選択するのが好ましい。また、その収縮率についても適
宜設定するのが好ましい。

【００１８】絶縁材３０の成形は、まず、図３（ａ）に
示すようなシュリンクフィルムから円形状の成形フィル
ム材３４を切り抜き、次いで、この成形フィルム材３４
を、図３（ｂ）に示すような絞り型３６内に配置してか
ら、上型３８によって成形フィルム材３４の周縁部を上
方に折り曲げるようにプレスして行われる。これにより
カップ状の絶縁材３０が成形され、絶縁材３０は、図２
に示すように、円形状の底部３０ａと、底部３０ａの周
縁に沿って起立形成された環状壁部３０ｂとを備えた形
になる。

【００１９】そして、このカップ状の絶縁材３０は、図
３（ｃ）に示すように、電池の組立工程において、正極
缶４の内部に正極作用物質６及びセパレータ８が配設さ
れた後、セパレータ８の下端開口部８ａに配設される。
配設された絶縁材３０は、その底部３０ａの外形がセパ
レータ８の内側にぴったりはまり込み、またその環状壁
部３０ｂの外周面がセパレータ８の内周面に密着して、
セパレータ８の下端開口部８ａは閉塞された形となっ
て、負極作用物質１０と正極缶４とを確実に断絶するこ
とができる。

【００２０】以上のように絶縁材３０が組み込まれたア
ルカリ電池にあっては、電池が短絡され電池内部で熱が
発生し高温状態になると、絶縁材３０が正極缶の径方向
に沿って収縮し、図４に示すような状態になる。収縮し
た絶縁材３０は、例えば、１軸延伸製法により製造され
たシュリンクフィルムよりなれば１方向に沿って収縮
し、図５に示すように外形形状が楕円状になる。このよ
うに絶縁材３０が収縮することで、セパレータ８と絶縁
材３０との間に間隙が一部形成されて、セパレータ８の
下端部は開放されることになる。このため、負極作用物
質１０と正極缶４との間には絶縁されない部分が生じ
て、負極作用物質１０と正極作用物質６とは正極缶４を
介し互いに短絡された状態となる。従って、短絡された
電池は、短絡により発生した熱で内部に短絡した状態が
形成され、２つの外部端子が短絡から開放されても、内
部において引き続き短絡されているので、ガスの大量発
生を防止でき、電池の安全性の向上を図ることができ
る。

【００２１】特に、このように絶縁材３０の材質を熱収
縮材にするだけで、短絡された電池の短絡状態を継続さ
せることができ、実施が比較的に容易で、大きなコスト
アップを招く虞もない。

【００２２】また、例えばガスケット１６に設けられた
一部肉薄な溝部２２のような防爆安全機構と併設される
ことで電池の安全性がさらに向上する。

【００２３】尚、前記熱収縮材としては、前記シュリン
クフィルムに限ることなく、このほか熱収縮可能なプラ
スチック材である場合もあり、またプラスチック材以外
に、熱収縮性に加え絶縁性を有するものである場合もあ
る。

【００２４】次いで、図１に示したアルカリ電池に対し
確認試験を行った。試験にはＬＲ２０タイプの筒形電池
を用いた。従来と比較を行うために、従来品として絶縁
材がホットメルト樹脂で形成されたものを用意した。他
方、本発明品として、シュリンクフィルムよりなり図２
に示すようなカップ状に成形された絶縁材３０を内部に
組み込み用意した。ここで用いられたシュリンクフィル
ムは、１軸延伸により製造され、収縮開始温度８０℃、
収縮率４０％に設定された厚さ０．２ｍｍのポリ塩化ビ
ニル（ＰＶＣ）を採用した。絶縁材３０の大きさは、底
部３０ａの直径が２０ｍｍ、環状壁部３０ｂの高さが３
ｍｍである。

【００２５】そして、本発明品及び従来品の外部端子を
短絡させたときの放電電流及び放電電圧を測定し、図６
のグラフ示した。尚、グラフの横軸は短絡開始からの経
過時間を示し、他方、縦軸は放電電圧及び放電電流を示
すものとする。

【００２６】このグラフから、従来品の放電電流及び放
電電圧は、共に短絡当初急激に低下した後ほぼ安定して
横這い状態が続き、短絡開始から相当の時間、電流及び
電圧の放電が行われている。これに対し、本発明品で
は、放電電流及び放電電圧共に、前記横這いの途中から
ほぼ同じ時間が経過したときにおいて急激に低下してい
る。これは前記絶縁材３０が熱収縮したことで内部が短
絡されたためと考えられる。

【００２７】さらに、本発明品及び従来品を１時間短絡
させた後、外部端子を短絡から開放し、それぞれ温度６
０℃の中に放置して加速試験を行った。試験は５日間行
われて５日後のガス発生量の測定を行った。本発明品及
び従来品それぞれ３個ずつ用意し、表１に３個の平均ガ
ス発生量を示した。

【００２８】

【表１】 この表１から明らかなように、従来品では７２ｃｃ／ｃ
ｅｌであるのに対し、本発明品ではガス発生を測定でき
ず、０ｃｃ／ｃｅｌとなり、本発明品ではガスの大量発
生が防止されていることが確認できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るアルカリ電池によれば、セ
パレータの下端開口部を閉塞する絶縁材を１軸延伸また
は２軸延伸された熱収縮材で形成し、該絶縁材が電池内
部で発生した熱により正極缶の径方向に収縮してセパレ
ータの下端開口部を開放し得るようにするだけで、簡単
に一度短絡された電池の短絡状態を引き続き電池内部に
おいて継続させることができ、ガスの大量発生を防止し
て電池の安全性の向上を容易に図ることができる。

【００３０】また、前記熱収縮材がポリプロピレン、ポ
リエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルまたはポリ
スチレンであれば、耐アルカリ性を十分備えた絶縁材を
形成することができる。

【００３１】さらにまた、前記絶縁材がカップ状に成形
されていれば、カップ外壁部をセパレータ内側面に密着
させて、負極作用物質と正極缶の内底面とを確実に断絶
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアルカリ電池の内部構造を示した
縦断面図である。

【図２】本発明に係る絶縁材を示した斜視図である。

【図３】（ａ）成形フィルム材を示した平面図である。 （ｂ）成形フィルム材がカップ状に成形されるところ示
した説明図である。 （ｃ）正極缶内部に配設された絶縁材を示した縦断面図
である。

【図４】電池内部において熱収縮した絶縁材を示した縦
断面図である。

【図５】熱収縮した絶縁材を示した斜視図である。

【図６】本発明品及び従来品を短絡したときの放電電流
及び放電電圧の特性示したグラフである。

【図７】従来のアルカリ電池の内部構造を示した縦断面
図である。

【符号の説明】

２ 正極端子 ４ 正極缶 ４ａ 内底面 ６ 正極作用物質 ８ セパレータ ８ａ 下端開口部 １０ 負極作用物質 １４ 絶縁材 １６ ガスケット １８ 負極板 ２０ 集電棒 ２２ 溝部 ３０ 絶縁材 ３０ａ 底部 ３０ｂ 環状壁部 ３２ 外装フィルム ３４ 成形フィルム材 ３６ 絞り型 ３８ 上型

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−89458（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216760（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−158067（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−28995（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−31068（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−113965（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 6/08 H01M 2/34 H01M 2/16 H01M 2/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底筒状の正極缶（４）の内部に該正極
   缶（４）の内周面に沿って中空筒状の正極作用物質
   （６）を装填し、該正極作用物質（６）の内側面にセパ
   レータ（８）を装着するとともに該セパレータ（８）の
   下端開口部（８ａ）を絶縁材（３０）で閉塞し、該セパ
   レータ（８）の内側に負極作用物質（１０）を充填する
   ようにしたアルカリ電池において、該絶縁材（３０）を
   １軸延伸または２軸延伸された熱収縮材で形成し、該絶
   縁材（３０）が電池内部で発生した熱により該正極缶
   （４）の径方向に収縮して該セパレータ（８）の該下端
   開口部（８ａ）を開放し得るようにしてなることを特徴
   とするアルカリ電池。
2. 【請求項２】 前記熱収縮材はポリプロピレン、ポリエ
   チレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルまたはポリエス
   テルであることを特徴とする請求項１記載のアルカリ電
   池。
3. 【請求項３】 前記絶縁材（３０）はカップ状に成形さ
   れていることを特徴とする請求項１または２記載のアル
   カリ電池。