JP4721813B2 - アルカリ乾電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ乾電池の製造方法、さらに詳しくはその電池缶の内面への導電性塗膜層の形成方法に関する。

従来から、アルカリ乾電池では、正極を兼ねる電池缶と正極合剤との接触状態を良好にするために、電池缶の内面に、黒鉛、水、および樹脂を含む黒鉛塗膜剤を塗布した後、乾燥させて導電性を有する黒鉛塗膜を形成することが行われている。
例えば、特許文献１では、電池缶に塗布した黒鉛塗膜剤を誘導加熱により乾燥させることが提案されている。誘導加熱による乾燥方法では、常温放置による乾燥、熱風乾燥、および減圧乾燥に比べて乾燥時間が短く、生産性を向上させることができる。

しかし、電池缶内面の黒鉛塗膜中の樹脂が固化する前に、温度が水分の沸点以上にまで急上昇すると、黒鉛塗膜剤中に含まれる水が急に沸騰して蒸気となり、黒鉛塗膜外へ出ることとなる。そうすると、最終的に得られる黒鉛塗膜の表面には、水の蒸気により凹凸や穴部が形成され、正極合剤と電池缶内面との密着性が低下して電池性能を十分に向上させることが困難となる。

特開平５−２６６８９３号公報

本発明は、上記の問題を解決するため、効率よく安定して表面状態がなめらかな導電性塗膜層を電池缶内面に形成することが可能なアルカリ乾電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のアルカリ乾電池の製造方法は、有底円筒形の電池缶の内面に、黒鉛、水、および樹脂を含む導電性塗膜剤を塗布する工程（１）と、前記工程（１）の後、前記電池缶に塗布した前記塗膜剤中の水分が蒸発するまで、１００℃未満の温度かつ１０℃／秒以下の温度勾配で、前記電池缶を加熱する工程（２）とを含む。
前記工程（２）の後、電池缶を樹脂が蒸発する温度まで１０℃／秒以上の温度勾配で加熱する工程（３）を含むのが好ましい。

本発明によれば、効率よく安定して、表面状態がなめらかな導電性塗膜層を電池缶内面に形成することができる。この電池缶を用いたアルカリ乾電池では、電池缶に内接する正極合剤との接触状態が良好となることにより、内部抵抗が小さくなり、放電性能が向上する。

本発明は、有底円筒形の電池缶の内面に、導電性塗膜剤を塗布する工程（１）と、前記電池缶に塗布した前記塗膜剤中の水分が蒸発するまで、１００℃未満の温度かつ１０℃／秒以下の温度勾配で、前記電池缶を加熱して、電池缶の内面に導電性塗膜層を形成する工程（２）とを含むアルカリ乾電池の製造方法に関する。

電池缶内面に塗布した導電性塗布剤を水が急には沸騰しない温度範囲で加熱して、樹脂の固化に合わせて、水分を徐々に蒸発させることができる。これにより、導電性塗膜層の表面に凹凸や穴部を形成することなく、表面をなめらかに保持した状態で導電性塗膜層を形成することができる。この電池缶を用いたアルカリ電池缶では、電池缶に内接する正極合剤との接触状態が良好となるため、内部抵抗が小さくなり、放電性能が向上する。
さらに、乾燥工程における生産性の観点から、工程（２）の温度勾配は３℃／秒以上であるのが好ましい。

工程（１）の有底円筒形の電池缶は、例えば、カップ状の缶基材にＤＩ工法（Ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ Ｉｒｏｎｉｎｇ）を施すことにより得られる。ＤＩ工法では、カップ状の缶基材に絞り加工としごき加工とを一挙に連続的に施すことにより、所定形状の有底円筒状の電池缶が作製される。すなわち、ＤＩ工法では、絞り加工としごき加工の両方が一工程で行われる。
カップ状の缶基材は、例えば、片面または両面にニッケルメッキを施した冷間圧延鋼板などの鋼板をプレス機に供給し、所定形状に打ち抜き、絞り工法により得られたものが用いられる。

導電性塗布剤は、黒鉛、水および樹脂を含む。
樹脂には、例えば、アクリル樹脂が用いられる。
黒鉛には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックなどが用いられ、粒径が１〜１０μｍの粉末状のものが用いられる。
導電性塗布剤中において、黒鉛と水と樹脂との合計１００重量部あたり、黒鉛の含有量は５〜３０重量部であり、水の含有量は５０〜８０重量部であり、樹脂の含有量は１〜２０重量部であるのが好ましい。

電池缶内面にむらなく導電性塗膜層を形成するために必要な最小限の塗膜剤の量と、塗布量が多くなることによる電池缶の内容積の減少とを考慮して、電池缶内面への導電性塗布剤の塗布量は、乾燥後において０．２〜１．２ｍｇ／ｃｍ²であるのが好ましい。例えば、単３形アルカリ乾電池用の有底円筒形電池缶（ＡＡサイズ缶）では、塗布剤の塗布量は、乾燥後において５ｍｇ〜２０ｍｇであるのが好ましい。

工程（２）において、電池缶の温度が１００℃を超えないようにするためには、９０℃程度まで加熱するのが好ましい。例えば、加熱手段に誘導加熱装置を用い、誘導加熱装置と電池缶との距離を調整することにより、１００℃未満の温度でかつ温度勾配を１０℃／秒以下に制御しながら加熱することができる。

前記工程（２）の後、電池缶を、塗布剤中の樹脂が蒸発する温度まで１０℃／秒以上の温度勾配で加熱する工程（３）を含むのが好ましい。ここで、樹脂が蒸発する温度とは、樹脂の一部が蒸発して、塗膜剤中の樹脂量が減少し、残った樹脂が硬化する温度である。残った樹脂により電池缶と黒鉛とを十分に密着させることができる。また、生産性の観点からも工程（３）における温度勾配は１０℃／秒以上であるのが好ましい。

工程（２）で塗膜中の水分を蒸発させた後に、工程（３）を行うことにより、上記のように塗膜中の樹脂成分を適度に蒸発させながら、残った樹脂を硬化させることができるため、抵抗の少ない塗膜層が得られ、優れた導電性を有する塗膜層を形成することができる。
得られる塗膜層中の黒鉛と樹脂との含有重量比は、６〜８：１であるのが好ましい。
上記の工程（２）および（３）において電池缶を加熱する方法としては、例えば、誘導加熱装置を用い、電池缶と誘導加熱装置との距離を調整することにより加熱温度を制御することができる。

本発明のアルカリ乾電池の作製方法の一実施形態を図１を参照しながら説明する。図１は、単３形の円筒形アルカリ乾電池（ＬＲ６）の一部を断面とする正面図である。
上記の製造方法により得られた内面（正極合剤２と接する部分）に導電性塗膜層を有する電池缶１内に、複数個の短筒状の正極合剤２を充填する。正極合剤２は、電池缶内に挿入した後、再加圧して、導電性塗膜層と密着させる。

正極合剤２の中空内面および電池缶の底部内面に、それぞれセパレータ４を配する。セパレータ４内にアルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液を所定量注入する。所定時間経過した後、ゲル状負極３をセパレータ４内に充填する。セパレータ４には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。

次いで、ゲル状負極３の中央に負極集電体６を差し込む。負極集電体６は、樹脂製封口体５および負極端子を兼ねる底板７と予め一体に組み立てられている。そして、電池缶１の開口端部を、封口体５の周縁端部を介して底板７の周縁部にかしめることにより、開口部を密封する。最後に、電池缶１の外表面を外装ラベル８で被覆する。
正極合剤２が、内面になめらかな導電性塗膜層を有する電池缶１に内接するため、正極合剤２と電池缶１との接触状態を良好な状態に確保することができる。これにより、電池の内部抵抗が低減し、放電性能、特に高率放電性能が向上する。

正極合剤２は、例えば、以下の手順で得られる。
正極活物質と、導電材と、アルカリ電解液とを混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形する。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤を得る。
正極活物質には、二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケルなどが用いられる。導電材には、黒鉛などが用いられる。アルカリ電解液には、４０重量％の水酸化カリウム水溶液などが用いられる。

ゲル状負極３は、例えば、ゲル化剤と、アルカリ電解液と、負極活物質とを混合することにより得られる。ゲル化剤には、ポリアクリル酸ナトリウムなどが用いられる。負極活物質には、例えば、ビスマス、インジウム、アルミニウムなどを含む亜鉛合金粉末が用いられる。

《実施例１》
単３形アルカリ乾電池用の有底円筒形電池缶（ＡＡサイズ缶）の内面に、重量比３０：６５：５の黒鉛、水、および水溶性アクリル樹脂からなる導電性塗膜剤を塗布した。その後、誘導加熱により表面温度が２４０℃となるまで電池缶を加熱乾燥させて、電池缶の内面に導電性塗膜層を形成した。この時、以下の条件で電池缶を加熱した。また、電池缶の内面に塗布する塗膜剤の量は乾燥後において２０ｍｇとした。

加熱には誘導加熱装置を用い、誘導加熱装置と電池缶との距離を調整することにより、５℃／秒の温度勾配で１８秒間加熱して、９０℃まで上昇させて、水を蒸発させた。その後、上記よりも誘導加熱装置と電池缶との距離を近づけて調整することにより、５０℃／秒の温度勾配で３秒間加熱し、２４０℃まで上昇させた。

《比較例１》
導電性塗膜剤を塗布した後の電池缶を、１０℃／秒の温度勾配で２５秒間加熱し、２５０℃まで上昇させた以外は、実施例１と同様の方法により、電池缶の内面に導電性塗膜層を形成した。

内面に導電性塗膜層を形成した電池缶を縦割りに切断し、電池缶内面の塗膜層の形成状態（表面状態）を目視で確認した。その結果、比較例１では、１０℃／秒の温度勾配で急激に加熱したため、塗膜剤中の水分が煮沸し、図３に示すように、得られた導電性塗膜層の表面には凹凸や穴部がみられた。このような凹凸や穴部の存在により、電池缶に内接する正極合剤との接触状態は悪くなる。

一方、実施例１では、５℃／秒の温度勾配で、９０℃まで上昇させる加熱条件であったため、導電性塗膜剤中の水分は煮沸することなく導電性塗膜剤は効率よく乾燥し、図２に示すように、乾燥後の電池缶内面に形成された導電性塗膜層の表面状態はなめらかであった。

本発明のアルカリ電池乾電池の製造方法により得られたアルカリ乾電池は、携帯機器や情報機器等の電子機器の電源に好適に用いられる。

本発明の製造方法により得られたアルカリ乾電池の一部を断面とした正面図である。 本発明の実施例１の電池缶内面を示す図である。 従来の比較例１の電池缶内面を示す図である。

Claims (2)

1. 有底円筒形の電池缶の内面に、黒鉛、水、および樹脂を含む導電性塗膜剤を塗布する工程（１）と、
   前記工程（１）の後、前記電池缶に塗布した前記塗膜剤中の水分が蒸発するまで、１００℃未満の温度かつ１０℃／秒以下の温度勾配で、前記電池缶を加熱する工程（２）とを含むアルカリ乾電池の製造方法。
2. 前記工程（２）の後、樹脂が蒸発する温度まで１０℃／秒以上の温度勾配で前記電池缶を加熱する工程（３）を含む請求項１記載のアルカリ乾電池の製造方法。