JP3504207B2 - アルカリ電池 - Google Patents
アルカリ電池Info
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- Primary Cells (AREA)
Description
し、特に、有底円筒状の正極缶内に収納された中空円筒
状の正極合剤とこの合剤円筒内に注入される負極材との
間に介装されるセパレータの組成を改良したアルカリ電
池に関する。
形(LR14)アルカリ電池の概略構造を断面図として
示している。このアルカリ電池の製造工程としては、ま
ず、有底円筒状の正極缶1内に中空円筒状に成形した正
極合剤2を収納する。この正極合剤2の中空部に中空筒
状のセパレータ4を挿入する。そして、正極缶1の底部
に加熱したホットメルト樹脂(熱溶融型接着剤)3を充
填する。この樹脂3が冷却硬化するとセパレータ4と正
極缶1とが接着される。セパレータ4中空部に電解液を
注入してセパレータ3と正極合剤2とに電解液を含浸さ
せた後、セパレータ3中空部に亜鉛粉末と電解液とを混
合したゲル状の負極材5を充填する。そして、正極缶1
の開口端を別工程によって組み立てられた集電体を兼ね
た封口体(図示せず)で密閉する。
な電池缶の底面全体にホットメルト樹脂を行き渡らせる
ために大量のホットメルト樹脂を注入する必要があるの
で、ホットメルト樹脂の厚さが厚くなり、相対的に負極
材の充填量が低下し、放電性能が低調である。
伝導度が大きい。そのため、大きな正極缶内に注入され
たホットメルト樹脂は急速に冷却する。そこで、電池缶
底部全体にホットメルト樹脂を行き渡らせるために、必
要量以上のホットメルト樹脂を充填していた。この必要
量以上のホットメルト樹脂はセパレータの円筒内壁に這
い上がり、正極合剤と負極材との対向面積、すなわち発
電に関わる反応面積を減少させ、放電性能をさらに低下
させていた。
池の構造に起因する上記問題点を解決するためのアルカ
リ電池の製造方法を開発し、これを出願した(特願平1
0−240075号)。
行技術)では、セパレータの形状を底部外周部を備えた
有底円筒状としている。図2(A)(B)にそのセパレ
ータ形状の形成手順を示した。セパレータ14は、セパ
レータ原紙14cを円筒状に巻回するとともに(A)、
一方の円筒端部を筒軸方向に曲折しつつその曲折によっ
て互いに重なり合う部分を熱融着させることで底部外周
部14aを形成してなっている(B)。なお、この図で
は底部中央が開口しているが、この開口をなくすように
円筒端部を曲折・熱融着してもよい。
4を採用したアルカリ電池の概略構造を示している。こ
のアルカリ電池の製造工程としては、まず、正極合剤1
2が収納された正極缶11の底部にホットメルト樹脂1
3を注入する。次いで、上記有底円筒状のセパレータ1
4をその外周部14aが正極缶11底面に向くようにし
て正極合剤12の中空部に挿入する。それによって、セ
パレータ14の外周部14aが溶融状態にあるホットメ
ルト樹脂13を正極缶11の底面全体に行き渡らせるよ
うに押し広げる。この状態でホットメルト樹脂13が硬
化する。セパレータ14の円筒内部に電解液を注入して
セパレータ14と正極合剤12に電解液を浸潤させた
後、セパレータ14の円筒内部に負極材15を充填す
る。そして、正極缶11開口端を封口体(図示せず)で
密閉してこのアルカリ電池が形成される。
タ挿入時にその外周部がホットメルト樹脂を押し広げる
ため、正極缶と負極材とを確実に絶縁しつつ、ホットメ
ルト樹脂の量が少なくその厚さが薄い。もちろん、這い
上がりも防止できる。その結果、負極剤の充填量や反応
面積が増加し、放電性能が向上する。
パレータの構造を底部外周部を備えた円筒状とすること
で従来のアルカリ電池の問題点を解決している。セパレ
ータ自体の製造方法としては、矩形状にカッティングさ
れたセパレータ原紙をマンドレルに巻回して円筒状に成
形した後、加熱した所定形状の金型を使用して円筒端部
を筒軸方向に曲折させながら熱融着させる。したがっ
て、セパレータ原紙には熱融着するための熱可塑性樹脂
を含んでいることが条件となる。先行技術では、熱可塑
性樹脂を含んだセパレータ原紙としてビニロン・レーヨ
ン不織布やポリオレフィン・レーヨン不織布を使用する
こととしている。あるいは、熱融着時に円筒端部に熱可
塑性樹脂を含浸させてもよいとしている。
きなアルカリ電池では、内蔵されるセパレータの径が大
きく、その大きな円筒形状を維持するためにセパレータ
原紙の厚さを厚くする必要がある。原紙が厚いと紙の厚
さ方向に熱が伝わりにくくなるため、曲折した円筒端部
の重なり部分を熱融着して底部外周を形成するのに長い
時間が掛かったり、融着が不十分なために歩留まりが低
下したりするという問題がある。電池の生産性を向上さ
せるためにはこの問題は是非とも解決しておきたい。
含む熱可塑性樹脂を以下の〜の事項を鑑みて最適な
素材を選定することとした。 融点が低い熱可塑性樹脂からなる繊維を含んだセパレ
ータ原紙を使用して熱融着しやすくする。 融点が低すぎると抄紙を乾燥させて原紙にする際に繊
維自体が溶けてしまう。 一般に、融点が低い繊維を使用したセパレータ原紙は
「こし」が少ない(セパレータ形状を維持するための強
度が不足する)。
プロピレンが最適であると判断した。しかし、熱融着を
容易にするために単純にポリプロピレン繊維を加えてセ
パレータ原紙にすると、その原紙には摩擦によって繊維
が容易に脱落する「毛羽立ち」という問題が新たに発生
した。周知のごとく、セパレータ原紙を作製するために
は、電解液の吸液材となるパルプにビニロン繊維を加え
これら各繊維材をビニロンバインダによって抄紙にす
る。上記の繊維の脱落は、ポリプロピレンとビニロンバ
インダとの接着性が悪いためと思われる。
するときに深刻な問題となる。すなわち、製造ライン中
にはセパレータ原紙の搬送や裁断、あるいはセパレータ
の形状に形成するときなどあらゆる工程で原紙に摩擦が
加わる。そのため、裁断用の刃やマンドレルなど、各工
程で使用される製造機械に脱落した繊維が付着する。付
着した繊維は製造機械に大きな負荷を与え、機械を停止
させたり、場合によっては故障の原因となることもあ
る。機械の停止や故障を防止するためには、定期的に製
造ラインの稼働を中断して各製造機械に付着した繊維を
取り除かなくてはならない。これではアルカリ電池の生
産性を向上させるどころか、逆に大きく低下させてま
う。そこで、ポリプロピレンの繊維構造も含めてセパレ
ータ原紙の組成を種々検討したところ、熱融着が容易で
あるとともにセパレータ製造時には毛羽立ちが無いセパ
レータ原紙の組成を見いだすことができた。
されたもので、有底筒状のセパレータ構造を採用したア
ルカリ電池において、熱融着工程時間を減少するととも
に毛羽立ちを防止するためのセパレータ原紙の組成を特
定し、電池の生産性向上やコストダウンを達成すること
を目的としている。
に、本発明のアルカリ電池は、有底円筒状の正極缶内に
収納された中空円筒状の正極合剤と、当該合剤の中空部
に充填されるゲル状の負極材との間に電解液を保持した
筒状のセパレータを介装してなり、前記セパレータは、
鞘部の融点が芯部の融点より低い芯鞘構造のポリプロピ
レンとビニロン繊維とパルプとビニロンバインダとを含
むセパレータ原紙を巻回して円筒状とするとともに、当
該円筒端部を筒軸方向に曲折しつつその曲折によって重
なり合う部分を熱融着することで底部外周部を備えた有
底筒状にしてなり、当該セパレータの前記外周部と前記
正極缶の底部とをホットメルト樹脂によって接着してな
っている。
ませてもよい。それによって、相対的にビニロンバイン
ダの含有率を減らすことができ、毛羽立ちを抑えるとと
もに、放電性能を向上させることが可能となる。
図3に示した構造と同様である。そして、セパレータの
製造工程も上記先行技術として示した工程と同じであ
る。しかし、本発明のアルカリ電池が内蔵するセパレー
タは、その原紙の組成が異なり、鞘部の融点が芯部の融
点より低い芯鞘構造の(以下、このような「芯鞘構造」
のことを「複合」という)ポリプロピレン繊維を含んで
いる。
レン(以下、複合PP)繊維の概略構造図を示してい
る。1本の複合PP繊維20は、チューブ状の鞘部20
aとそのチューブ内の芯部20bとがそれぞれ融点の異
なるポリプロピレン(PP)で構成されている複合繊維
であり、鞘部20aの融点が芯部20bの融点より低く
なっている。
PP繊維(チッソ株式会社製)を使用したセパレータを
内蔵したアルカリ電池(サンプルA、B)と、この複合
PP繊維の芯部と同じPPからなる繊維を使用したセパ
レータを内蔵したアルカリ電池(サンプルC、D)との
性能比を示している。各サンプルはともにLR20であ
り内部構造も図3に示したものと同じである。また、セ
パレータ以外の各部材(正極合剤、負極材、電解液な
ど)の組成や構造あるいは使用量なども全て同じであ
る。なおこの実施例において、複合PP繊維は、鞘部の
融点が140℃、芯部の融点が165℃のものを使用し
ている。したがって、サンプルC、Dに使用されたPP
繊維は融点が165℃のものである。
の連続放電特性をサンプルCの性能を100としたとき
の指数として示している。また、「毛羽立ち」はセパレ
ータ原紙からセパレータに形成するまでの製造ライン中
で脱落した繊維の総量を目視で判断したものである。
「ほとんどない」「少し」「多い」の順に「○」「△」
「×」で示している。
Bは毛羽立ちがほとんど発生していない。また、サンプ
ルAは、サンプルCと同等の放電性能を確保している。
さらに、サンプルBはサンプルAにおけるセパレータ原
紙の組成にレーヨンを加え、電解液の吸液に寄与しない
ビニロンバインダの量を減らしている。それによって、
サンプルC以上の放電性能が達成できた。
て繊維同士を強固に接着させようという目的で作製され
たものであるが、完全に毛羽立ちを抑えることができな
かった。もちろん、電解液の吸液に寄与しないバインダ
が増えたため放電性能が大幅に劣化している。
が発生せず、サンプルDで発生したことについて考察す
ると、サンプルAとBは複合PP繊維を使用しており、
その複合PP繊維は外側の鞘部の融点が低いということ
に気が付く。周知のごとく、セパレータ原紙は、繊維材
を湿式で抄紙してそれを加熱乾燥することで得られる。
そのため、この加熱乾燥工程において、複合PP繊維の
鞘部同士あるいは鞘部と他の繊維とが融着して抄紙を構
成する繊維同士が強固に接着されたものと思われる。な
お、複合PP繊維における芯部はセパレータ形状の維持
に寄与するためのものである。そのため、複合PP繊維
を低融点PP繊維に代替したセパレータ原紙からセパレ
ータを作製しても、そのセパレータは自身の形状を維持
するための強度が低い。
備えた有底円筒状のセパレータ構造を採用するととも
に、セパレータ原紙に複合ポリプロピレンを含んでい
る。それによって、セパレータの底部外周部を形成する
際の熱融着工程に掛かる時間を短縮することができる。
また、複合ポリプロピレンが複合ポリプロピレン同士、
あるいは複合ポリプロピレンと他の繊維とを強固に接着
させて、セパレータの製造工程におけるセパレータ原紙
からの繊維の脱落がない。そのため、製造機械の停止や
故障を防止し、脱落した繊維を除去するためのラインの
定期的なメンテナンスも必要が無くなり、電池の生産性
が大きく向上する。
せることで放電性能をさらに向上させることが可能とな
る。
るセパレータの概略構造図であり、(A)(B)にセパ
レータ形状の形成手順を示した。
造図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 有底円筒状の正極缶内に収納された中空
円筒状の正極合剤と、当該合剤の中空部に充填されるゲ
ル状の負極材との間に電解液を保持した筒状のセパレー
タを介装してなるアルカリ電池において、前記セパレー
タは、鞘部の融点が芯部の融点より低い芯鞘構造のポリ
プロピレン繊維とビニロン繊維とパルプとビニロンバイ
ンダとを含んだセパレータ原紙を巻回して円筒状とする
とともに、当該円筒端部を筒軸方向に曲折しつつその曲
折によって重なり合う部分を熱融着することで底部外周
部を備えた有底筒状にしてなり、当該セパレータの前記
外周部と前記正極缶の底部とをホットメルト樹脂によっ
て接着してなることを特徴とするアルカリ電池。 - 【請求項2】 請求項1において、前記セパレータ原紙
にレーヨン繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池。
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