JP4577702B2

JP4577702B2 - 扁平形空気電池

Info

Publication number: JP4577702B2
Application number: JP2000111741A
Authority: JP
Inventors: 祐一菊間; 真智大橋; 敦志塚越; 仁甲田
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001297802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は封口性を向上した扁平形空気電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気亜鉛電池に代表される空気中の酸素を正極とする空気電池は、正極活物質を電池内に詰め込む必要がないために、同じ大きさの電池であれば負極活物質をより多く詰め込むことが可能で、他のアルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して大容量が得られるという特徴がある。特に、ボタン形の空気亜鉛電池は従来のボタン形水銀電池の代替として補聴器に、コイン形の空気亜鉛電池はページャー等の機器に使用され、需要が拡大してきている。
【０００３】
近年、空気電池の他の用途への開発を進める中で、携帯機器への対応が検討されている。この種の機器へ対応するためには、電池容量の増大とともに、大電流対応や薄型化等が必要とされる。また、一般的に携帯電話等の携帯機器は本体形状が角形であるので、電池形状としては角形や小判形等の形状が適しており、これらの形状の扁平形空気電池が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の空気電池を、例えば角形化しようとした場合、次のような問題が発生する。このことを図３を用いて説明する。
図３は従来の円形ボタン形電池の断面図であり、正極容器１７の底面は空気孔２０を有する突出部１７ａとその外周にある平坦部１７ｂとからなっている。この平坦部１７ｂの上面に、撥水膜（ＰＴＦＥ膜）１８、正極体１５及びセパレータ１３が載置されている。正極体１５は正極触媒粉を正極集電体１６に圧着充填して一体化した正極触媒シートからなっている。正極触媒シートの上にはセパレータ１３が接着され、その反対面にＰＴＦＥ膜が圧着されている。１９は空気拡散紙であり、空気孔２０を覆うように正極容器１７の内側に載置されている。
【０００５】
１２はゲル状亜鉛負極で、亜鉛合金粉と電解液とゲル化剤とを混合したものである。このゲル状亜鉛負極を収納した負極容器１１と正極容器１７との間には、封口ガスケット１４が設けられており、正極容器１７の周辺をかしめ加工することにより封口されている。負極容器１１の周辺部は、その強度を向上させて封口性を向上させるために、またゲル状亜鉛負極を収納した部分から負極容器の終端部までの距離を稼ぐために、負極容器周縁に折り返し部１１ａを設けている。
【０００６】
このようにゲル状亜鉛負極と負極容器終端部との距離を稼ぐ理由は、ゲル状亜鉛負極内の電解液と負極容器終端部との接触を防ぐためである。すなわち、この種の電池は一般的に、局部反応による水素ガス発生を防止するために、水素過電圧の高い金属、例えば、銅などの金属で、鉄やステンレス鋼製の負極容器内表面を覆っているが、負極容器の終端面は基材が露出するため、電解液と反応しやすくなる。したがって、かかる終端面と電解液との接触を防ぐ必要がある。
【０００７】
従来の円形の負極容器であれば、この折り返し部は均一に成形できるが、角形や小判形の負極容器の場合、各角のＲ部と直線部とでは材料の伸びが異なるので、安定して成形することは不可能であった。
【０００８】
一方、従来の円形ボタン形電池でも、負極容器成形の簡略化と負極内容積の拡大を目的に、図４に示す如き空気電池が用いられてはいる。図４において、２１は負極容器、２２はゲル状亜鉛負極、２３はセパレータ、２４は封口ガスケット、２５は正極触媒シート、２６は正極集電体、２７は正極容器、２８は撥水膜、２９は空気拡散紙、３０は空気孔である。
【０００９】
この電池では、負極容器２１に折り返し部がないという点が図３の空気電池と異なっているが、このような形状にすると、角形や小判形の場合に負極容器を成形することがより容易となる。また、このような構成の場合、図４に示すように、封口ガスケット２４の底面部に前記負極容器終端面を食い込ませることで、負極容器終端面と電解液との隔離を行い、電解液の侵入を防止していた。
【００１０】
しかし、負極容器終端面をこのように封口ガスケットで押さえ付けた場合、その下方に位置する正極体へ局部的な加圧が生じ、正極体が潰れて正極体の反りが生じることがある。円形の電池の場合、この正極体の反りは円形状となり、全面で均等化するが、角形電池の場合はこの反りが各角のＲ部近傍に集中し、局所的に過度の変形が発生する。これにより正極体に亀裂が発生し、漏液するといった問題があった。また、正極缶のかしめ時に過度の加圧がかかった場合、封口ガスケットの弾性範囲を超えて割れが発生し、漏液につながる場合もあった。
【００１１】
このような問題の解決策として、図５に示すような構造の空気電池が提案されている。すなわち、負極容器３１の終端部は平坦になっていて、この部分が封口ガスケット３４によって挟持され、この封口ガスケットを介して正極容器３７の側壁部をかしめることによって、電池を密封口している。３２はゲル状亜鉛負極、３３はセパレータ、３５は正極触媒シート、３６は正極集電体、３８は撥水膜、３９は空気拡散紙、４０は空気孔である。
【００１２】
しかしこのような構造とした場合、正極体の過度の局部的変形は抑えることができるが、角形電池の外形の直線部分に相当する箇所では、かしめ時のスプリングバックが生じやすく、各Ｒ部と比較して封口部の加圧が不均一で不十分となり、封口性が悪化する。特に高温高湿度下においては漏液が発生しており、用途の拡大を図る場合に問題を生じていた。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、角形や小判形のような少なくとも一部に直線部分を有する形状の扁平形空気電池において、封口性を向上させることによって、安全で信頼性の高い扁平形空気電池を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極体を収納した正極容器と、負極作用物質を収納した負極容器とを、封口ガスケットを介して正極容器の外壁部を内方へかしめることにより封口してなり、かつ封口部分の電池外形が少なくとも一つの直線部分を有する扁平形空気電池において、負極容器は、上面平坦部、該上面平坦部に連続する直線状の側壁部、該側壁部に連続する平坦部を有し、該平坦部のほぼ中央に正極体と反対方向に突出した突出部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の扁平形空気電池では、正極容器の開口部を内方へかしめて封口する時に、負極容器の突出部が加圧力により適宜変形するので、各Ｒ部と直線部での加圧力を均一化することができる。したがって本発明では、図４の電池の場合のような正極体の反りの発生や、図５の電池の場合のような直線部分における封口性の低下がなく、良好な封口性が得られる。
【００１６】
なお、負極容器の周縁平坦部の板厚を、電池の形状や、かしめ加圧力を勘案して、他の部分より薄肉化することで、突出部の変形量や加圧力を調整することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例である角形空気電池の全体図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図である。また、図２は、図１のＸ部分の拡大断面図である。
【００１８】
図２に示すように、本実施例の角形空気電池は、正極容器７の底面の外周平坦部の上面に、ＰＴＦＥ膜からなる撥水膜８と正極体及びセパレータ３が載置されている。正極体は、活性炭、マンガン酸化物、導電材、ＰＴＦＥ粉からなる正極触媒粉をニッケルメッキされたステンレスネット製の正極集電体６に圧着充填して一体化した正極触媒シート５とし、さらに撥水膜８とは別のＰＴＦＥ膜をセパレータ３と反対面に圧着して構成したものである。９は拡散紙であり、空気孔１０を覆うように正極容器７の内側に載置されている。
【００１９】
一方、ニッケル−ステンレス−銅の３層クラッド材を成形加工した負極容器１は、その周縁が平坦部となっており、この周縁平坦部のほぼ中央部には突出部１ｂが形成されている。この周縁平坦部を断面Ｌ字型のポリアミド樹脂からなる封口ガスケット４と嵌合することによって負極容器１と封口ガスケット４とは一体化している。この嵌合は次のようにして行なう。平坦部にはポリアミド樹脂を基剤としたシール剤が予め塗布してあり、封口ガスケット４にも予めシール剤を塗布乾燥してある。これらを１２０℃で加熱圧着してすることによって嵌合し、一体化する。
【００２０】
この負極容器１の中央空隙部に負極亜鉛ゲル２を充填した後、前記正極容器内のセパレータ３に負極亜鉛ゲル２が接するように負極容器１を載置する。その後、正極容器７の側壁部を開口部内方へかしめることで、電池を密封口している。正極体の周縁部は、負極容器１の周縁平坦部の１ａ及び１ｃと正極容器底面の外周平坦部とで挟持されている。
【００２１】
なお上記において、ゲル状亜鉛負極２は、亜鉛合金粉、アルカリ電解液、ゲル化剤を混合攪拌したものである。ここで亜鉛合金粉は１００〜３００μｍ程度の粒度でアルミニウム、ビスマス、インジウム、鉛等を添加した汞化あるいは無汞化のもので、アルカリ電解液は２５〜４０質量％程度の水酸化カリウム水溶液、ゲル化剤はポリアクリル酸等を使用している。
【００２２】
本実施例では、厚さ０．４ｍｍの正極体、底面厚さ０．５ｍｍの封口ガスケット、板厚０．３ｍｍの負極容器及び正極容器を用いて、上記空気電池を作成した。この電池は短辺２５ｍｍ、長辺５０ｍｍ、厚さ４．５ｍｍの角形空気亜鉛電池である。
【００２３】
（比較例）
図５に示すように、負極容器としてその周縁平坦部に突出部がないものを用い、それ以外は実施例と同じ角形空気亜鉛電池を作製し、比較例とした。
【００２４】
上記実施例及び比較例の角形空気亜鉛電池を、温度４５℃で湿度９３％の条件、温度６０℃で湿度９３％の条件で、それぞれ４０日間貯蔵し、漏液発生数を調査した。表１に結果を示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示されるように、比較例では４５℃での漏液の発生はなかったが、６０℃で漏液が発生した。これに対し、実施例では漏液の発生は全くなく、封口が保たれていた。
【００２７】
比較例で漏液が発生した原因としては、正極容器の側壁部を開口部内方へかしめ密封する際、直線部がスプリングバックを生じて直線部の加圧が不十分となり、封口性が低下したためである。なお、同じ構成でかしめ時の加圧力を上げたものについて同様に調査したが、比較例では各Ｒ部の加圧力が上昇し過ぎて、正極体に局部的な加圧力がかかり、局部的な変形が生じた。また、正極体及びＰＴＦＥ膜に亀裂を生じ、漏液が発生した。
【００２８】
これに対し、実施例では負極容器１の突出部１ｂが加圧力により適宜変形するので、各Ｒ部と直線部での加圧力が均一化し、正極体の反りの発生がなく、封口性も良好であった。
【００２９】
なお、本発明は上記実施例により限定されるものではない。例えば、前記負極容器の周縁平坦部の板厚を、電池の形状や、かしめ加圧力を勘案して、他の部分より薄肉化することで、突出部１ｂの変形量や加圧力を調整することができる。
また、上記実施例では角形の扁平形空気電池について説明したが、例えば小判形でも同様の効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、扁平形空気電池において、封口性を高めて漏液発生を防止し、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である角形空気電池の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図。
【図２】図１のＸ部拡大断面図。
【図３】従来のボタン形空気電池の断面図。
【図４】従来のボタン形空気電池の断面図。
【図５】比較例として用いた従来の角形空気電池の断面図。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１…負極容器、２，１２，２２，３２…ゲル状亜鉛負極、３，１３，２３，３３…セパレータ、４，１４，２４，３４…封口ガスケット、５，１５，２５，３５…正極触媒層、６，１６，２６，３６…正極集電体、７，１７，２７，３７…正極容器、８，１８，２８，３８…撥水膜、９，１９，２９，３９…空気拡散紙、１０，２０，３０，４０…空気孔、１ｂ…負極容器周縁平坦部の突出部１ｂ。

Claims

正極体を収納した正極容器と、負極作用物質を収納した負極容器とを、封口ガスケットを介して正極容器の外壁部を内方へかしめることにより封口してなり、かつ封口部分の電池外形が少なくとも一つの直線部分を有する扁平形空気電池において、負極容器は、上面平坦部、該上面平坦部に連続する直線状の側壁部、該側壁部に連続する平坦部を有し、該平坦部のほぼ中央に正極体と反対方向に突出した突出部が形成されていることを特徴とする扁平形空気電池。
負極容器の外周方向へ伸びた平坦部の板厚が、負極容器の他の部分の板厚より薄い請求項１記載の扁平形空気電池。