JP6741422B2 - 円筒形電池の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は円筒形電池とその製造方法に関する。具体的には棒状集電子が挿通されるガスケットを備えた円筒形電池における漏液防止技術に関する。

本発明が対象とする円筒形電池の例として、円筒形アルカリ電池を挙げる。図１は、一般的なＬＲ６型の円筒形アルカリ電池（以下、アルカリ電池１）の構造を示しており、この図１では、円筒軸１００の延長方向を上下（縦）方向としたときの縦断面図を示している。図示したように、アルカリ電池１は、有底筒状の金属製電池缶２、環状に成形された正極合剤３、この正極合剤３の内側に配設された有底円筒状のセパレーター４、亜鉛合金を含んでセパレーター４の内側に充填される負極ゲル５、この負極ゲル５中に挿入された金属製の負極集電子６、皿状の金属製負極端子板７、封口用のガスケット（以下、ガスケット８）などにより構成される。この構造において、正極合剤３、セパレーター４、負極ゲル５が、電解液の存在下でアルカリ電池１の発電要素を形成する。なお以下では、電池缶２の底部側を下方として上下方向を規定することとする。

電池缶２は、電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤３に直接接触することにより、正極集電体を兼ねる。また電池缶２の底面には正極端子９が形成されている。皿状の負極端子板７は、フランジ状の縁がある皿状で、正極端子９を下方としたとき、その皿を伏せた状態で電池缶２の開口にガスケット８を介してかしめられている。

負極ゲル５中に挿入された棒状の負極集電子６は、上端に円板状の頭部６１を備えて、その頭部６１の下面に下方に延長する棒状の胴部６２が一体的に形成されてなり、頭部６１の上面６３が皿状の負極端子板７の下面７１に溶接されて電池缶２内に立設した状態で固定されている。なお負極端子板７、負極集電子６およびガスケット８は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット８が電池缶２の開口縁部と負極端子板７におけるフランジ状の縁との間に挟持されて電池缶２が封口される。

図２は電池缶２の封口構造を示す図であり、図２（Ａ）に図１に示したアルカリ電池１の上端側を拡大した図を示し、図２（Ｂ）に図２（Ａ）における円１０１内を拡大した図を示した。図２（Ａ）に示したように、ガスケット８は表面に起伏を有する円盤状で、外周には上方に立設する壁面（以下、外周部８１）が巡り、円盤の中心には負極集電子６が圧入状態で挿通される中空部（ボス孔８２）を備えた円筒状のボス部８３が形成されている。ボス部８３の外周から円盤の周縁に至る膜状の部分(以下、隔壁部８４）は同心円状の凹凸が形成され、この隔壁部８４によって電池缶２における発電要素の収納空間が密閉されて、電池缶２の内部が上下に仕切られる。そして負極端子板７、負極集電子６およびガスケット８は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット８の外周部８１が、電池缶２の開口縁部と負極端子板７の縁との間に挟持された状態でかしめられて、電池缶２が気密シールされている。またガスケット８の隔壁部８４の表面の一部には、溝などの薄肉部８５が形成されており、この薄肉部８５は、電池缶２内の圧力が異常に上昇した際に先行破断し、最終的に、その内圧の原因となったガスを負極端子板７に設けられた排気孔７２を介して大気開放させる防爆安全機構として機能する。

ところで上記アルカリ電池１では、負極集電子６の外周面６４とボス孔８２の内面８６との接触界面における電解液の這い上がり（クリープ）現象に起因して図２（Ａ）中にて点線矢印で示した経路で漏液が発生する可能性がある。そこでそのクリープ現象に起因する漏液を防止するために、負極集電子６にピッチやエポキシ樹脂などのシール剤を塗布することが多い。そして図２（Ｂ）に示したように、シール剤２０はボス部８３の上面８７において負極集電子６を囲繞する領域に介在している。なおシール剤２０を図２（Ｂ）に示した領域に介在させるためには、負極集電子６の胴部６２の外周にシール剤２０を塗布しておき、この状態で負極集電子６をボス部８３のボス孔８２に上方から圧入するだけでよい。シール剤２０は負極集電子６がボス孔８２に圧入されていくのに伴って流動性を維持したまま当該集電子６の外周面６４からかき落とされ、そのかき落とされたシール剤２０がボス部８３の上面８７側に表面張力や自身の粘性によって累積していき、当該ボス部８３の上面８７に涙滴状に盛られた状態なる。そしてその涙滴状のシール剤２０に負極集電子６の頭部６１が付着し、最終的にこの図２（Ｂ）に示したようにシール剤２０が所定の領域に介在した状態となる。そしてこのようにシール剤２０が塗布されている状態では、図２（Ｂ）の図中に太線の矢印で示したように、負極集電子６とボス部８３の界面から電解液が這い上がっても、その電解液がシール剤２０の介在領域の内方に閉じ込められるようになっている。すなわち図２（Ａ）において点線矢印で示した負極端子板７の下面７１とガスケット８における隔壁部８４とによって形成された空間３０を経て負極端子板７に形成されている排気孔７２に至る漏液経路が遮断されている。

なお以下の特許文献１に記載のアルカリ乾電池では、ボス部の内面と負極集電子の外周との界面にシール剤を介在させている。概略的には封口ガスケットの中心孔（ボス孔）に負極集電子の外周面に密着する小径部と負極集電子の外周面と隙間を有する大径部を設け、その大径部と負極集電子との間に封止剤（シール剤）をあらかじめ介在させている。

特開２０１０−８０１８４号公報

上述したように、従来の円筒形電池では負極集電子の胴部外周面とボス部におけるボス孔内面との界面における電解液のクリープ現象に起因する漏液を防止するためにシール剤を適所に介在させている。上記特許文献１に記載の発明などではその界面自体にシール剤を介在させている。しかしながら当該文献１に記載の発明ではシール剤２０を狭小なボス孔８２の内面８６に塗布する必要があり、しかも封口ガスケットの射出成形工程において、ボス孔８２の内面に凹部を設けるための複雑金型が必要となり、製造コストが嵩む。したがって図２に示したようにシール剤２０をボス部８３の上面８７から負極端子板７の下面７１の至る領域に介在させる方が製造工程を簡略化して円筒形電池１を安価に提供できるという利点がある。

しかしその一方で図２に示したシール剤２０の介在領域は漏液を防止する原理を示すものであって、実際にはシール剤２０の介在領域を形成する工程などに起因してシール剤が偏在するという問題が生じる。図３に当該問題の発生メカニズムの一例を示した。なお図３は図２（Ａ）に示した円１０１内に対応している。図３に示したようボス部の上端面に均一に塗布されるべきシール剤２０が偏在すると、そのシール剤２０が不足している部分（例えば、図中符号２１）から漏液が発生する場合がある。また製造工程をより簡略化するために、シール剤２０を事前に負極集電子６の胴部６２に塗布する際、胴部６２の外周面６４の全周にわたって塗布せず、外周面６４の半周分など一部にのみ付着し、圧入時に負極集電子６の外周面６４の半周面のみからシール剤２０をかき落とさせ、そのかき落とされたシール剤２０を自発的に流動させて最終的に図２に示した領域にシール剤２０を介在させる場合がある。このような工程ではシール剤２０が偏在し易い。

もちろんシール剤の偏在を考慮してシール剤を多量に用いることも考えられるが、シール剤に掛かる部材コストによって円筒形電池自体の製造コストが増加する。また多量のシール剤が偏在すればシール剤がボス部の上端面の領域から流出して円筒形電池内を汚染させる可能性もある。すなわち必要最小限のシール剤を用いて効果的にクリープ現象に起因する漏液を防止することも必要である。

したがって本発明の目的は、ボス部におけるボス孔の内面と負極集電子の外周面との界面を介して電解液が這い上がることに起因する漏液を確実に防止できる円筒形電池をより安価に提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、下方を底部とした有底円筒状の電池缶内に電解液が充填されているとともに、前記電池缶の開口に電極端子板が樹脂製円盤状で中央に上下方向を軸とした中空円筒状のボス部が形成されてなる封口ガスケットを介して嵌着されてなる円筒形電池の製造方法であって、
前記円筒形電池は、
上下方向に棒状に延長する胴部の上端に円板状の頭部が形成されてなる集電子を備え、当該集電子の前記胴部の上端側が前記ボス部の中央に形成されている挿通孔に圧入され、前記頭部の上面が前記電極端子板の下面に取り付けられ、
前記ボス部の上面には、前記挿通孔に対して同軸となるように拡径して上方に開口する凹部が形成され、
前記凹部は、前記ボス部の上面と前記集電子の前記頭部の下面とによって閉鎖されておらず、
シール剤が当該凹部の内方を満たしており、
前記製造方法は、
前記集電子の頭部より下方に前記シール剤を塗布するシール剤塗布ステップと、
前記電極端子板に溶接された状態の前記集電子を前記ボス部に対して上方から圧入するステップと、
を含み、
前記シール剤塗布ステップでは、長手方向に移動するベルトの表面に前記シール剤を塗布しておき、当該ベルトの前記表面に前記集電子の胴部を押しつけ、
前記圧入ステップでは、前記集電子に塗布されたシール剤を前記ボス部の前記挿通孔の上方縁端にてかき落とさせるとともに、当該かき落としたシール剤で前記凹部の内方を満たさせる、
ことを特徴とする円筒形電池の製造方法としている。

本発明の円筒形電池では、封口ガスケットのボス部におけるボス孔の内面と負極集電子の外周面との界面を介して電解液が這い上がることに起因する漏液を確実に防止することができる。またより安価に提供することも期待できる。

円筒形電池の一般例となる円筒形アルカリ電池の構造を示す図である。 上記一般例に係る円筒形アルカリ電池の封口構造を示す図である。 上記一般例に係る円筒形アルカリ電池において、シール剤が偏在する問題を説明するための図である。 本発明の実施例に係る円筒形電池である円筒形アルカリ電池の上端側を拡大した図である。 上記実施例に係る円筒形電池の製造手順を示す図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。ある図面において符号を付した部分について、不要であれば他の図面ではその部分に符号を付さない場合もある。

＝＝＝円筒形電池の構造＝＝＝
本発明の実施例に係る円筒形電池としてアルカリ電池を挙げる。本実施例に係るアルカリ電池の基本構成は先に図１に示した一般的なアルカリ電池１と同様であるが、ガスケットの構造に特徴を有して、ボス孔の内面と負極集電子の胴部外周面との界面における電解液のクリープ現象に起因する漏液を防止することができるようになっている。

図４に本発明の実施例に係るアルカリ電池１ａを示した。図４は当該電池１ａの上端側を拡大した縦断面図を示しており、この図４でも図１〜図３と同様に円筒軸１００や上下の各方向を規定することとしている。そしてこの図４に示したように、ガスケット８ａはボス部８３ａの上面８７が平坦ではなく、ボス孔８２と同軸で、当該ボス孔８２に対して拡径して上方に円形に開口する凹部８８が当該ボス部８３ａの上面８７に形成されている。そしてシール剤２０がその凹部８８を満たしている。なおここに示した例ではボス部８３ａの高さＨ＝４ｍｍ、外径φ＝４ｍｍであり、ボス孔８２には負極集電子６が圧入されている。そして上述した凹部８８はボス孔８２の周縁から幅Ｗ＝０．４ｍｍ、ボス部８３ａの上面８７から深さＤ＝１ｍｍとなるように形成されている
このように本実施例に係るアルカリ電池１ａでは、ガスケット８ａのボス部８３ａの上面８７にボス孔８２と同軸となる凹部８８が形成され、ボス孔８２に対して同軸に挿通されている負極集電子６も凹部８８と同軸となるように上下方向に延長するように配置されている。そのため凹部８８にシール剤２０を充填すると、ボス孔８２から電池外部に至る経路がシール剤２０によって確実に遮断される。したがってボス孔８２の内面８６と負極集電子６の外周面６４との界面から電解液が這い上がってきても確実に漏液を防止することができる。またシール剤２０が偏在しないため、シール剤２０の使用量も必要最小限でよい。すなわちシール剤２０に掛かる部材コストを抑制することができる。

＝＝＝製造手順＝＝＝
つぎに図４に示したアルカリ電池１ａの製造手順としては、シール剤２０が塗布されていない負極集電子６の胴部６１をボス孔８２に圧入しつつ凹部８８にシール剤２０を充填していく手順も考えられるが、ここでは、より簡素な手順で確実にシール剤２０を所定の領域に介在させる手順について説明する。図５は当該製造手順の一例を示す図であり、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）に製造手順の流れを示した。なお図５でも上下方向を図４に示したアルカリ電池１ａにおける円筒軸１００によって規定している。まず図４（Ａ）に示したように、負極端子6の頭部６１の上面６３を負極端子板7の下面71にスポット溶接した上で負極集電子６の胴部６２にシール剤２０を塗布する。ここに示した例では図５（Ｂ）に示したように矢印方向に移動するベルト４０の表面にシール剤２０を塗布しておき、このベルト４０に負極集電子６の胴部６２を押しつける。なお図５（Ｂ）では負極集電子とベルトとの位置関係が把握し易いように負極集電子の頭部に溶接されている負極端子板を省略している。それによって図５（Ｃ）に示したように、負極集電子６における胴部６２の外周面６４において、ベルト４０に押しつけられた側の面にシール剤２０が塗布される。つぎに図５（Ｄ）に示したように負極集電子６をガスケット８ａのボス孔８２に上方から挿入していく。このとき負極集電子６の胴部６２がボス孔８２に圧入されるため、胴部６２に塗布されているシール剤２０がボス孔８２の上方縁端に当接してそぎ落とされる。シール剤２０は胴部６２の全周にわたって塗布されていないので、シール剤２０は軸１００に対して非対称となるようにかき落とされる。しかしながらボス部８３ａの上面８７には凹部８８が形成されているため、図５（Ｅ）に示したように、シール剤２０が凹部８８内で流動して凹部８８の内方に充填されていき、負極集電子６の周囲に均一に配置される。負極集電子６をさらに圧入していくと、図５（Ｆ）に示したように凹部８８の内方にシール剤２０が満たされ、最終的な封口体（図４参照）に組み立てられる。そしてこのようにして組み立てられた封口体は発電要素が収納された電池缶の開口に嵌着されて、アルカリ電池が完成する。

＝＝＝耐漏液性能＝＝＝
本発明の実施例にかかる円筒形電池の耐漏液性能を確認するために、図４に示した手順で作製したＬＲ６型アルカリ電池と、図２に示した従来の構造のガスケットを用いて同様の手順で作成したＬＲ６型アルカリ電池を、それぞれサンプルＡとサンプルＢとして作製した。また各サンプルについて５０個の個体を作成した。そして全個体に対して６０℃９０％の高温高湿度環境下で１００日間保存する耐漏液試験を行い、試験後の各個体における漏液状態を目視により確認した。なおサンプルＡとＢはガスケットの構造以外は全く同じ構成や構造を有し、製造手順も全く同じである。

以下の表１に耐漏液試験の結果を示した。

表１に示したように、従来のガスケットを用いたサンプルＢでは５０個中１０個の個体に漏液が発生し、本実施例のアルカリ電池に対応するサンプルＡでは５０個の個体の全てにおいて漏液が発生しなかった。サンプルＡとサンプルＢは、ガスケットの構造以外は全て同じ条件で作製されているので本実施例のアルカリ電池ではシール剤が負極集電子の胴部外周面とボス孔の内面との界面におけるクリープ現象に起因する漏液が発生しないことが確認できた。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
ボス部の上端面に形成する凹部の幅や深さは、円筒形電池やボス部自体のサイズに応じて適宜に変更すればよい。例えばボス部には負極集電子を立設させたた状態で保持する機能も担っている。そして凹部の深さが深すぎるとその機能が阻害される可能性があるものの、当該凹部の深さは設計事項であり、ボス部の長さやボス孔の内径と負極集電子の外径との差などに応じて上記機能を阻害しない高さに設定しておけばよい。幅については、上述した電解液の這い上がりに起因する漏液の経路にシール剤を介在させることができれば適宜に設定してよい。例えば負極集電子の頭部の下面がボス部の上端面以下の位置となるように円筒形電池が設計されているのであれば、凹部の内径を頭部の外径より大きくしておけばよい。もちろん凹部の内径が頭部の外径よりも小さくてもボス部の上端面と頭部の下面とを離間させれば上記漏液経路を閉鎖するようにシール剤を介在させることができる。いずれにしてもシール剤を負極集電子に塗布する際には、その塗布量を上記凹部を満たすのに十分な量とすればよい。また凹部の平面形状を円形とせず、正多角形などとすることもできる。いずれにしてもボス孔に対して同心状で、シール剤を最終的に負極集電子の胴部の周縁を覆う形状に介在させることができればよい。

本発明の実施例として円筒形のアルカリ電池を挙げたが、本発明は、電解液を含む発電要素が収納された電池缶の開口にガスケットを介して電極端子板が嵌着されているとともに、上端に円板状の頭部を備えた棒状の集電子がボス部のボス孔に圧入され、頭部の上面が電極端子板の下面に取り付けられている構成を備えた円筒形電池を対象としている。

１、１ａ 円筒形電池（円筒形アルカリ電池）、２ 電池缶（電池缶）、３ 正極合剤、
４ セパレーター、５ 負極ゲル、６ 負極集電子、７ 負極端子板、
８,８ａ 封口ガスケット、９ 正極端子、２０ シール剤、６１ 負極集電子の頭部、
６２ 負極集電子の胴部、６３ 負極集電子の頭部上面、
６４ 負極集電子の胴部外周面、７１ 負極端子板の下面、７２ 負極端子板の排気孔、８２ ボス孔、８３,８３ａ ボス部、８４ ガスケットの隔壁部、
８６ ボス孔の内面、８７ ボス部の上面、８８ 凹部

Claims (1)

1. 下方を底部とした有底円筒状の電池缶内に電解液が充填されているとともに、前記電池缶の開口に電極端子板が樹脂製円盤状で中央に上下方向を軸とした中空円筒状のボス部が形成されてなる封口ガスケットを介して嵌着されてなる円筒形電池の製造方法であって、
   前記円筒形電池は、
   上下方向に棒状に延長する胴部の上端に円板状の頭部が形成されてなる集電子を備え、当該集電子の前記胴部の上端側が前記ボス部の中央に形成されている挿通孔に圧入され、前記頭部の上面が前記電極端子板の下面に取り付けられ、
   前記ボス部の上面には、前記挿通孔に対して同軸となるように拡径して上方に開口する凹部が形成され、
   前記凹部は、前記ボス部の上面と前記集電子の前記頭部の下面とによって閉鎖されておらず、
   シール剤が当該凹部の内方を満たしており、
   前記製造方法は、
   前記集電子の頭部より下方に前記シール剤を塗布するシール剤塗布ステップと、
   前記電極端子板に溶接された状態の前記集電子を前記ボス部に対して上方から圧入する圧入ステップと、
   を含み、
   前記シール剤塗布ステップでは、長手方向に移動するベルトの表面に前記シール剤を塗布しておき、当該ベルトの前記表面に前記集電子の胴部を押しつけ、
   前記圧入ステップでは、前記集電子に塗布されたシール剤を前記ボス部の前記挿通孔の上方縁端にてかき落とさせるとともに、当該かき落としたシール剤で前記凹部の内方を満たさせる、
   ことを特徴とする円筒形電池の製造方法。