JP5591070B2

JP5591070B2 - アルカリ電池用正極缶及びその製造方法、アルカリ電池

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Publication number: JP5591070B2
Application number: JP2010254312A
Authority: JP
Inventors: 秀典都築; 繁之國谷
Original assignee: FDK Energy Co Ltd
Current assignee: FDK Energy Co Ltd
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: JP2012104452A

Description

本発明は、鋼板をプレス加工して有底筒状の正極缶を製造するアルカリ電池用正極缶の製造方法、アルカリ電池用正極缶及びその正極缶を用いて構成されたアルカリ電池に関するものである。

一般に、アルカリ電池は、有底筒状の正極缶と、その正極缶内に収納されるリング状の正極合剤と、正極缶の中心部に配置されるゲル状負極合剤と、正極合剤とゲル状負極合剤との間に介在される有底筒状のセパレータと、正極缶の開口部に装着される集電体とを備えている。なお、集電体は、負極端子板、封口板、及び封口ガスケットからなる。また、アルカリ電池の正極缶は、ニッケルめっき鋼板を有底筒状にプレス成形することで作製されている。正極合剤は、二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケルを主成分とする正極合剤粉を整粒した後、円筒状にプレス成形することで作製され、正極缶の内側に圧入されている。

従来のアルカリ電池では、プレス加工時に正極缶の内面を粗くして、正極缶と正極合剤との密着性を良くし、放電性能を向上させている。また、特許文献１には、表面粗さＲａが０．８μｍ〜２μｍである表面処理鋼板を使用してアルカリ電池用正極缶を製造することが開示されている。

特開平１１−１１１２４３号公報

ところで、正極缶をプレス加工する際に内面の表面粗さを大きくする場合、その表面のニッケルめっきが割れ、下地の鉄が部分的に露出してしまうことがある。この場合、長期間の保存時において、正極缶の鉄素地がアルカリ電解液によって腐食され、電池内でガスが発生してしまう。このガス発生に伴い、電池内圧が上昇して封口ガスケットに設けられている安全弁が作動し、液漏れを起こす場合があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルカリ電池の漏液を確実に防止することができるアルカリ電池用正極缶の製造方法を提供することにある。また、別の目的は、耐漏液性能に優れ、信頼性の高いアルカリ電池用正極缶及びアルカリ電池を提供することにある。

上記課題を解決するための手段［１］〜［３］を以下に列挙する。

［１］厚さ１μｍ以上２μｍ以下のニッケルめっき層を有するニッケルめっき鋼板を用いて多段絞り加工によるプレス成形を行うことで、底部に正極端子が突設された有底筒状のアルカリ電池用正極缶を製造する方法であって、プレス成形前の前記ニッケルめっき鋼板において表面粗さを１．５μｍ以上３．０μｍ以下としたとき、プレス成形後の前記正極缶の内面の表面粗さが１．０μｍ以上２．５μｍ以下かつプレス成形前の前記正極缶の内面の表面粗さよりも小さくなるように、プレス成形を行うことを特徴とするアルカリ電池用正極缶の製造方法。

手段１に記載の発明によると、プレス加工によって正極缶を成形する際に、比較的表面粗さが大きな鋼板を多段絞りにて正極缶の内面を滑らかにしている。このようにすると、鉄素地の露出が少なくなり、アルカリ電解液に対して正極缶が腐食しにくくなる。この結果、電池の長期保存時において、電池内で発生するガスを抑制することができ、正極缶の耐漏液性能が向上する。

上記発明によると、鋼板の表面粗さＲａを１．５μｍ以上３．０μｍ以下とすることにより、プレス加工後において耐漏液性能に優れた表面粗さの正極缶を製造することができる。

また上記発明によると、プレス加工後に正極缶の内面の表面粗さＲａを１．０μｍ以上２．５μｍ以下とすることにより、鉄素地の露出が少なくなり、電池内で発生するガスを確実に低減することができる。

［２］手段１の製造方法を用いて製造されたアルカリ電池用正極缶。

手段２に記載の発明によると、正極缶の耐漏液性能を向上させることができる。

［３］手段２に記載の正極缶を用いて構成されたアルカリ電池。

手段３に記載の発明によると、アルカリ電池の耐漏液性能を向上させることができる。

以上詳述したように、手段１に記載の発明によると、アルカリ電池の漏液を確実に防止することができるアルカリ電池用正極缶の製造方法を提供することができる。また、手段２に記載の発明によると、耐漏液性能に優れ、信頼性の高いアルカリ電池用正極缶を提供することができる。さらに、手段３に記載の発明によると、耐漏液性能に優れ、信頼性の高いアルカリ電池を提供することができる。

一実施の形態のアルカリ電池を示す断面図。

以下、本発明をアルカリ電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態におけるアルカリ電池１０の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態のアルカリ電池１０は、ＬＲ６タイプ（単３形）の電池である。

図１に示されるように、アルカリ電池１０は、有底筒状の正極缶１１と、リング状の正極合剤１２と、有底筒状のセパレータ１３と、ゲル状負極合剤１４と、集電体１５とを備える。アルカリ電池１０において、正極合剤１２は、正極缶１１の内面に沿って嵌着され、正極合剤１２の内側にセパレータ１３が挿入されている。ゲル状負極合剤１４は、正極缶１１の中心部となるセパレータ１３の中空部に配置される。

正極缶１１は、ニッケルめっき鋼板製のプレス加工品であり、開口部１６、胴部１７及び底部１８を有する有底筒状にプレス成形されている。この正極缶１１の胴部１７に正極合剤１２が圧入されるとともに、開口部１６に集電体１５が装着される。また、正極缶１１における底部１８の中央には正極端子１９が突設されている。

セパレータ１３は、ビニロン・レーヨン不織布やポリオレフィン・レーヨン不織布などのセパレータ原紙を円筒状に巻回し、重なり合う部分を熱融着させることで作製される。ゲル状負極合剤１４は、水と酸化亜鉛と水酸化カリウムとを混ぜて溶解し、ポリアクリル酸などのゲル化剤と亜鉛粉とを混合することで作製される。

集電体１５は、負極端子板２１、負極集電子２２、及び封口ガスケット２３を含んで構成されている。正極缶１１の開口部１６付近には、集電体１５を載置するためのビード部２４が形成されている。そして、そのビード部２４上に集電体１５を載置した状態で、正極缶１１の開口部１６にカール及び絞り加工を施すことにより、正極缶１１が封口されている。

集電体１５は、真鍮を用いて棒状に形成された負極集電子２２をその基端側の頭部で負極端子板２１に抵抗溶接するとともに、負極集電子２２の首部に封口ガスケット２３を嵌着することで、形成されている。そして、負極集電子２２の先端側がゲル状負極合剤１４に挿入されている。負極端子板２１は、正極缶１１と同じくニッケルめっき鋼板をプレス成形することで作製され、封口ガスケット２３を介して正極缶１１の開口部１６を封口している。

封口ガスケット２３は、樹脂材料を用いて射出成形された樹脂成形品である。封口ガスケット２３の形成材料としては、ポリプロピレン樹脂が好適であり、６，１２ナイロン樹脂、６，１０ナイロン樹脂、６，６ナイロン樹脂などのポリアミド樹脂を用いてもよい。

本実施の形態の封口ガスケット２３は、負極集電子２２が挿通されるボス部３１と、正極缶１１の内周面に接触した状態で固定される缶接触部３２と、ボス部３１と缶接触部３２とを連結すべくボス部３１の外周面から径方向に延びるように設けられた円盤状部３３とを備える。また、封口ガスケット２３におけるボス部３１と円盤状部３３との連結部分には、安全弁として機能する環状薄肉部３４が設けられている。アルカリ電池１０内において、ガスの発生により内圧が高まった場合には、その圧力上昇により封口ガスケット２３の環状薄肉部３４を破断させてガスを外部に放出する。

次に、正極缶１１の製造方法について詳述する。

先ず、厚さが０．２５ｍｍであり、正極缶１１の内面となる面の表面粗さＲａが１．５μｍ以上３．０μｍ以下である鋼板を準備する。そして、その鋼板の表面に対してニッケルめっきを施し、１μｍ〜２μｍ程度の厚さのニッケルめっき層を有するニッケルめっき鋼板を作製する。その後、ニッケルめっき鋼板を用いて段階的に深絞り加工（多段絞り加工）を行うことにより、開口部１６及び胴部１７の厚さが０．２ｍｍである有底筒状の正極缶１１をプレス成形する。本実施の形態では、多段絞り加工により、表面粗さＲａが１μｍ〜２．５μｍの範囲内となるよう胴部１７の内面を加工前の鋼板よりも滑らかに形成している。また、底部１８に突設された正極端子１９の外面の表面粗さＲａは、１．５μｍ以上３．０μｍ以下であり、加工前の鋼板の表面粗さＲａと同じ粗さとなっている。つまり、正極端子１９の外面の表面粗さは、胴部１７の内面よりも大きくなっている。

さらに、正極缶１１の胴部１７の内面には導電塗料が塗布されており、正極合剤１２との接触抵抗が低く抑えられている。また、正極缶１１において、封口ガスケット２３が装着される開口部１６の内面にはシール剤２５が塗布されている。本実施の形態では、シール剤２５として、アスファルトとポリブデンとを含むシール剤が用いられている。このように、正極缶１１の開口部１６と封口ガスケット２３との間にシール剤２５を介在させることで密着性が増し、正極クリープ（正極缶１１と封口ガスケット２３との間を電解液が這う現象）による漏液が防止される。
［実施例］

本実施例では、上記製造方法で作製したＬＲ６タイプ（単３形）のアルカリ電池１０のサンプルを１３種類用意し、これらを対象として、表１に示す試験を行った。その試験結果を表２に示している。

具体的には、放電性能の評価試験では、アルカリ電池１０を６０℃で２０日間保存した後、１０００ｍＡで１分間に１０秒、１日に１時間の放電モードで放電を繰り返し行い、最終電圧が０．９Ｖとなるまでの性能（放電モードのサイクル数）を確認した。そして、試験の判定基準としては、３６０サイクル以上の放電が行われた場合に「○」、３００サイクル以上３６０サイクル未満の放電が行われた場合に「△」、３００サイクル未満の放電では「×」としている。

また、耐漏液性能の評価試験では、６０℃の温度、９０％の湿度で各アルカリ電池１０を保存する。そして、試験の判定基準としては、１００日間の試験後に安全弁作動による漏液がない場合に「○」、８０日以上１００日未満の試験期間中に漏液があった場合に「△」、８０日未満で漏液がある場合には「×」としている。

表２に示されるように、サンプル１〜７では、プレス加工前の鋼板の表面粗さＲａを１．０μｍ〜４．０の範囲で変更し、プレス加工後の缶胴部（正極缶１１の胴部１７）の内面の表面粗さＲａを０．５μｍ〜３μｍの範囲で変更している。また、サンプル１〜７では、鋼板の表面粗さが缶胴部１７の表面粗さよりも大きくなっている。

サンプル８〜１３では、鋼板の表面粗さＲａと缶胴部１７の内面の表面粗さＲａとを０．５μｍ〜４．０の範囲で変更している。また、サンプル８，１０〜１３では、鋼板の表面粗さと缶胴部１７の表面粗さとがそれぞれ等しくなっており、サンプル９では、鋼板の表面粗さが缶胴部１７の表面粗さよりも小さくなっている。

サンプル８〜１３のように、鋼板の表面よりも缶胴部１７の表面を滑らかにしない場合には、耐漏液性能が悪くなっている。これに対し、サンプル１〜７のように、鋼板の表面よりも缶胴部１７の内面を滑らかにする場合、耐漏液性能が向上されることが確認された。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のアルカリ電池１０では、プレス加工によって正極缶１１を成形する際に、比較的表面粗さが大きな鋼板をしごいて正極缶１１の内面を滑らかにしている。このようにすると、鉄素地の露出が少なくなり、アルカリ電解液に対して正極缶１１が腐食しにくくなる。従来技術では、プレス加工によって正極缶１１の内面を粗くしているため、耐蝕性を高めるために鋼板表面のニッケルめっき層を厚く（例えば、３μｍ以上の厚さで）形成する必要がある。これに対して、本実施の形態のように正極缶１１の内面を滑らかにすると、ニッケルめっき層を厚くしなくても耐蝕性を高めることができる。この結果、アルカリ電池１０の長期保存時において、電池内で発生するガスを抑制することができ、正極缶１１の耐漏液性能が向上する。また、ニッケルめっき鋼板のニッケルめっき層を１μｍ〜２μｍ程度と薄くできることから、正極缶１１の製造コストを抑えることができる。

（２）本実施の形態のアルカリ電池１０では、加工前の鋼板の表面粗さＲａを１．５μｍ以上３．０μｍ以下とし、プレス加工後に正極缶１１の内面の表面粗さＲａを１．０μｍ以上２．５μｍ以下（サンプル２〜６）としている。このようにすると、放電性能及び耐漏液性能を十分に確保することができ、信頼性の高いアルカリ電池１０を製造することができる。

（３）本実施の形態のアルカリ電池１０において、正極缶１１の底部１８に突設された正極端子１９の外面の表面粗さが、正極缶１１の内面の表面粗さよりも大きくなっている。このように正極端子１９の外面を粗くすることにより、正極端子１９と外部機器との接触面積が増し、アルカリ電池１０の放電性能を十分に確保することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、ニッケルめっき鋼板を用いて正極缶１１を成形していたが、ニッケルめっき鋼板に熱処理を施すことで下地の鉄とめっき層の界面にＦｅ−Ｎｉ拡散層を形成した鋼板を用いて正極缶１１を成形してもよい。このようにすれば、正極缶１１の耐蝕性をより高めることができる。

・上記実施の形態では、ＬＲ６タイプ（単３形）のアルカリ電池１０に具体化したが、ＬＲ２０タイプ（単１形）、ＬＲ１４タイプ（単２形）、ＬＲ０３タイプ（単４形）等の他の電池に具体化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段１乃至３のいずれか１項において、プレス加工前の前記鋼板に対してニッケルめっきを施した後にプレス加工を行うことで、加工前の前記鋼板の表面よりも加工後の前記正極缶の内面を滑らかにすることを特徴とするアルカリ電池用正極缶の製造方法。

（２）手段５において、前記正極缶の底部に突設された正極端子の外面の表面粗さが、前記正極缶の内面の表面粗さよりも大きいことを特徴とするアルカリ電池。

１０…アルカリ電池
１１…正極缶
１２…正極合剤

Claims

厚さ１μｍ以上２μｍ以下のニッケルめっき層を有するニッケルめっき鋼板を用いて多段絞り加工によるプレス成形を行うことで、底部に正極端子が突設された有底筒状のアルカリ電池用正極缶を製造する方法であって、
プレス成形前の前記ニッケルめっき鋼板において表面粗さを１．５μｍ以上３．０μｍ以下としたとき、
プレス成形後の前記正極缶の内面の表面粗さが１．０μｍ以上２．５μｍ以下かつプレス成形前の前記正極缶の内面の表面粗さよりも小さく
なるように、プレス成形を行う
ことを特徴とするアルカリ電池用正極缶の製造方法。
請求項１の製造方法を用いて製造されたアルカリ電池用正極缶。
請求項２に記載の正極缶を用いて構成されたアルカリ電池。