JP5078482B2 - 密閉型電池および電池缶 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ電池等の密閉型電池および電池缶に関し、とくに、ニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶を用いたアルカリ電池に適用して有効なものに関する。

一般的なアルカリ電池は、ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板（ＮＰＳ：Nickel Plated Steelと呼ばれる）を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶を用いて作製される。この電池缶には、正極合剤、セパレータ、負極物質からなる発電要素が収容されている。電池缶はその内側面が正極合剤に接触することにより正極集電体を兼ねる。

この種の密閉型電池では、電池缶内側面の粗さが放電性能と耐漏液性に影響することが知られている。電池缶内側面の粗さは、深絞りプレス加工用の金型およびプレス方法によって決定することができる。そこで、従来においては、放電性能を向上させるために、電池缶の内側面を、耐漏液性を損なわない範囲で粗面化をすることが行われていた（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００２−１２４２１８

近年、デジタルカメラ等の高負荷機器の増加により、アルカリ電池等の密閉型電池では、大電流放電性能とくに高負荷パルス放電領域における放電性能の向上が大きな課題となっている。そこで、従来においては、その高負荷パルス放電性能を向上させるために、電池缶内側面の粗さ（Ｒａ値）を大きくする（粗くする）ことが模索されていた。

しかし、その粗さＲａ値を大きくすると、メッキ鋼板の地金であるＦｅの露出が多くなって、耐漏液性が低下してしまう。つまり、電池缶内側面の粗さによる放電性能の向上は耐漏液性と背反し、両者の両立は困難であるという問題があった。

本発明は以上のような背反する問題を解決するものであって、その目的は、ニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる電池缶を用いた密閉型電池にあって、耐漏液性を維持しつつ、高負荷パルス放電性能の向上を可能にすることにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面にてあきらかにする。

本発明は次のような解決手段を提供する。
（１）ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶内に、正極合剤、セパレータ、負極物質からなる発電要素が収容されるとともに、上記電池缶はその内側面が正極合剤に接触することにより正極集電体を兼ねている密閉型電池において、上記電池缶の少なくとも正極合剤と接触する内側面が、円周方向に沿って、１μｍ以上の深谷出現頻度が１０ヵ所／１ｍｍ以下、かつ０．１〜０．５μｍの小谷出現頻度が２００ヵ所／１ｍｍ以上となるような粗面状態を有することを特徴とする密閉型電池。

（２）上記手段（１）において、ニッケルメッキ鋼板のメッキ厚が１〜３μｍであることを特徴とする密閉型電池。
（３）上記手段（１）または（２）において、電池缶の胴部内側面に、樹脂を担体とした炭素系導電材が塗布されていることを特徴とする密閉型電池。
（４）上記手段（１）〜（３）のいずれかにおいて、有底円筒状に形成された電池缶内に、中空円筒状に成型された正極合剤が圧入状態で装填され、この正極合剤の内側にセパレータおよび負極物質が順次装填されてインサイドアウト型構造が形成されていることを特徴とする密閉型電池。

（５）ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶において、その胴部内側面が、円周方向に沿って、１μｍ以上の深谷出現頻度が１０ヵ所／１ｍｍ以下、０．１〜０．５μｍの小谷出現頻度が２００ヵ所／１ｍｍ以上となるような粗面状態を有することを特徴とする電池缶。

アルカリ電池等の密閉型電池の耐漏液性を維持しつつ、高負荷パルス放電性能を向上させることができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面にて明らかにする。

図１は、本発明の技術が適用された密閉型電池の一実施形態を示す。同図に示す電池はインサイドアウト型構造のＬＲ６型アルカリ電池であって、有底円筒状の電池缶１１内に、筒状固形の正極合剤２１、筒状セパレータ２２、ゲル状負極合剤２３からなる発電要素が装填されているとともに、その電池缶１１が負極端子板３１とガスケット３５により閉塞および密閉封止されている。

正極合剤２１は、二酸化マンガンおよび／またはオキシ水酸化ニッケル等の正極活物質に黒鉛等の導電助剤を添加したものであって、中空円筒状に成型されている。この正極合剤２１は電池缶１１内に圧入状態で挿入・装填される。

電池缶１１は、その内側面１１３に正極合剤２１が圧接することにより正極集電体を兼ねる。また、その外底部に凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。負極端子板３１はその内側面（電池内部側）に棒状の負極集電子２５が溶接接続されるとともに、その外側中央面が負極端子部を形成している。電池缶１１の端子部１２を除いた側胴部は外装材１５で被覆されている。

電池缶１１は、ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板（ＮＰＳ）を深絞りプレス加工したものが使用されている。この電池缶１１は、図１中に部分拡大して示すように、薄鋼板１１１の両面にニッケルを主とする金属のメッキ層１１２が形成されている。また、電池缶１１の内側面１１３は、少なくとも正極合剤２１と接触する面が所定の粗さ状態に形成されている。この所定の粗さ状態は、深絞りプレス加工用の金型およびプレス工程条件等により決定することができる。

ここで、図２の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、電池缶内側面の円周方向における凹凸の出現状態を示す。従来の電池で用いられていた電池缶の内側面は、同図の（ｂ）に示すように、円周方向に沿って現れる凹凸の谷（凹み）が概して大きく、１μｍ以上の深谷（大きな凹み）Ｂが高頻度で出現する一方、０．５μｍ以下の小谷（小さな凹み）Ａはそれほど多く出現していない。

これに対し、本発明の電池で用いている電池缶の内側面は、同図の（ａ）に示すように、円周方向に沿って現れる凹凸の谷が概して小さく、１μｍ以上の深谷Ｂの出現頻度が少ない一方、０．１〜０．５μｍの小谷Ａが高頻度で出現している。

このように、本発明に係る電池は、０．１〜０．５μｍの小谷Ａをなす微少凹凸がとくに多くなるように粗面加工された電池缶１１を用いているが、これにより、電池缶１１と正極合剤２１とが密着および対向する面積が増加し、高負荷パルス放電性能を効果的に向上させることができる。

一方、０．１〜０．５μｍの小谷Ａによる微少凹凸では、メッキ鋼板の表面に地金であるＦｅが露出することがほとんどなく、これにより、耐漏漏液性については粗面加工を行っていない電池缶を用いたのと同等の性能を確保することができる。

上記効果は、電池缶１１の少なくとも正極合剤２１と接触する内側面１１３が、円周方向に沿って、１μｍ以上の深谷出現頻度が１０ヵ所／１ｍｍ以下、０．１〜０．５μｍの小谷出現頻度が２００ヵ所／１ｍｍ以上となるような粗面状態を有することにより、確実に得られることが判明した。

また、上記の粗面条件において、ニッケルメッキ鋼板のメッキ厚を１〜３μｍとすることにより、耐漏液性も一層確実に得られることが判明した。これは、そのメッキ厚１〜３μｍではＦｅが露出するようなメッキの剥離やひび割れ等がなく、Ｆｅの表面露出がほぼ確実に抑えられるためと考えられる。

また、上記電池缶１１の内側面に樹脂を担体とした炭素系導電材を塗布しておくと、その炭素系導電材が０．１〜０．５μｍの微細凹部に入り込むことにより、電池缶１１と正極合剤２１との導電性を高め、高負荷パルス放電性能をさらに向上させることが可能になった。この導電性向上の効果をより良く得るためには、塗布した炭素系導電材が微細凹部に過不足無く入り込むことが要件になるが、０．１〜０．５μｍの微細凹部はその要件にちょうど適合すると考えられる。

電池缶１１内側面の粗面状態は、電池缶１１を深絞りプレス加工する際の金型やプレス条件等によって所定の状態に調整することができる。たとえば、ニッケルメッキ鋼板を引っ張りながら絞り加工およびしごき加工の工程を同時に行って電池缶胴部を薄く加工することにより、その胴部内側面での粗さを所定の粗面状態に調整することができる。

（実施例）
メッキ厚２μｍのニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工して有底円筒状電池缶を作製した。その作製に際し、深絞りプレス加工の工程条件を操作することにより、表１に示すように、胴部内側面の粗面状態が異なる複数種類の有底円筒状電池缶（Ｎｏ．１〜８）を作製した。その粗面状態は、株式会社エリオニクス社製３Ｄ−ＳＥＭ「ＥＲＡ−８８００ＦＥ」を使用し、５００倍の倍率にて電子プローブ方式（非接触）で測定した。

作製した電池缶（Ｎｏ．１〜８）を用いてそれぞれ、図１に示したインサイドアウト型構造のＬＲ６アルカリ電池（Ｎｏ．１〜８）を作製し、高負荷パルス放電性能と耐漏液性の試験を行った。その結果を表１に示す。

表１に示されるように、０．１〜０．５μｍの小谷（凹み）が２００ヵ所／１ｍｍ以上で、１μｍ以上の深谷が１０ヵ所／１ｍｍ以下の粗面状態となるように作製した電池缶（Ｎｏ．１，２）では、耐漏液性を確保しながら良好な高負荷パルス放電性能を示す電池を得ることができた。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明はアルカリ電池以外の電池にも適用可能である。

アルカリ電池等の密閉型電池の耐漏液性を維持しつつ、高負荷パルス放電性能を向上させることができる。

本発明に係る密閉型電池の一実施形態を示す断面図である。 本発明で用いる電池缶と従来の電池缶の胴部内側面での粗面状態を例示するグラフである。

符号の説明

１１ 電池缶
１１１ 鋼板（メッキ下地）
１１２ メッキ層
１１３ 内側面
１２ 正極端子部
１５ 外装材
２１ 正極合剤
２２ セパレータ
２３ 負極合剤
２５ 負極集電子
３１ 負極端子板
３５ ガスケット
Ａ 小谷（０．１〜０．５μｍ）
Ｂ 深谷（１μｍ以上）

Claims (5)

1. ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶内に、正極合剤、セパレータ、負極物質からなる発電要素が収容されるとともに、上記電池缶はその内側面が正極合剤に接触することにより正極集電体を兼ねている密閉型電池において、上記電池缶の少なくとも正極合剤と接触する内側面が、円周方向に沿って、１μｍ以上の深谷出現頻度が１０ヵ所／１ｍｍ以下、かつ０．１〜０．５μｍの小谷出現頻度が２００ヵ所／１ｍｍ以上となるような粗面状態を有することを特徴とする密閉型電池。
2. 請求項１において、ニッケルメッキ鋼板のメッキ厚が１〜３μｍであることを特徴とする密閉型電池。
3. 請求項１または２において、電池缶の胴部内側面に、樹脂を担体とした炭素系導電材が塗布されていることを特徴とする密閉型電池。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、有底円筒状に形成された電池缶内に、中空円筒状に成型された正極合剤が圧入状態で装填され、この正極合剤の内側にセパレータおよび負極物質が順次装填されてインサイドアウト型構造が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
5. ニッケルを主とするメッキが施されたニッケルメッキ鋼板を深絞りプレス加工してなる筒型電池缶において、その胴部内側面が、円周方向に沿って、１μｍ以上の深谷出現頻度が１０ヵ所／１ｍｍ以下、０．１〜０．５μｍの小谷出現頻度が２００ヵ所／１ｍｍ以上となるような粗面状態を有することを特徴とする電池缶。

Images