JPH053034A - 円筒形アルカリ乾電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は円筒形無水銀アルカリ乾電池の重負
荷放電特性の落ち込みと回復現象を解決することを目的
としている。本発明は製造容易な負極集電棒５を用いる
ことで上記現象を解決した円筒形アルカリ乾電池を提供
するものである。 【構成】 本発明は金属缶１内の中空円筒状正極合剤２
の中空部に、セパレーター３を介してゲル状亜鉛負極４
を配置し、負極４の中央部に負極集電棒５が挿着されて
いる円筒形アルカリ乾電池である。本発明は負極集電棒
５の先端部５ａが、略円柱状負極４の半径ｒの３０％以
上中心から離れ、セパレーター３に近づいている電池で
ある。また、先端部５ａが、集電棒５と負極４と接して
いる長さ１の１０％以上の長さであるとさらに好まし
い。また、負極４の亜鉛は、無汞化亜鉛合金を使用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円筒形アルカリ乾電池の
負極集電体の改良に関するもので、重負荷放電特性の改
善を図ることを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】現在用いられている円筒形アルカリ乾電
池の負極集電体２０の集電棒１９の形状は、図２に示す
釘状のものが普通である。しかし、このような集電棒１
９を用いた円筒形無水銀アルカリ乾電池を重負荷放電し
た場合、図３のように汞化亜鉛粉を用いた場合の放電電
位（イ）とは異なり、図３（ロ）に示す放電電位の落ち
込みと回復の現象が起きていた。この現象は電池の内部
抵抗の上昇と低下に対応しており、ＩＲドロップによる
ものであることがわかっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この現象の原因は次の
ように考えられる。放電を開始すると正極合剤側の亜鉛
合金粉末から反応を始める。無汞化亜鉛合金粉末は凝集
しにくく、個々の亜鉛合金粉末が動き易い状態にあり、
かつ、放電中には正極合剤側に引きつけられる方向に力
が加わるため、亜鉛合金粉末が集電棒から離れようとす
る。そのために亜鉛合金粉末と集電棒の接触抵抗が高く
なり、電池の内部抵抗が上昇し、結果としてＩＲドロッ
プによって放電電位が急激に低下する。さらに放電が進
行すると、集電棒付近の亜鉛合金粉末も反応し、その表
面の反応生成物が集電棒に付着し、接触が確保される。
そのために徐々に接触抵抗が低下する結果、放電電位が
回復するのである。

【０００４】円筒形アルカリ乾電池の放電特性の改善を
目的とした集電体としては、表面積を増加させて亜鉛粉
との接触面積を確保するという観点から、板状、らせん
状及び細い繊維を束ねた形状のものなどがあった。しか
しながら、これらの集電体を組立てるのは複雑かつ困難
であった。

【０００５】本発明の目的は、円筒形無水銀アルカリ乾
電池の重負荷放電特性上の課題を解決し、かつ組立てが
容易である集電体を有する円筒形無水銀アルカリ乾電池
を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は金属缶内の中空
円筒状正極合剤の中空部に、セパレーターを介してゲル
状亜鉛負極を配置し、さらに該負極の中央部に負極集電
棒が挿着されている円筒形アルカリ乾電池において、該
集電棒の先端部が、該負極の略円柱形横断面の半径ｒの
３０％以上中心から離れ、セパレーターに近づいている
こと、または、さらに負極集電棒の先端部が、集電棒と
ゲル状負極と接している長さ１の１０％以上の長さであ
ること、または、さらに負極の亜鉛が、鉛、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、ビスマスのうち少なくとも
１つ以上との無汞化亜鉛合金であることを特徴とした円
筒形アルカリ乾電池である。

【０００７】

【作用】本発明は図２のような負極集電棒１９の先端部
を加圧成形し、図１のような屈曲した形状の集電棒５に
することによって、放電電位の落ち込みが始まる前に、
セパレーター３に近づけた集電棒５の先端部５ａと放電
反応生成物を接触させ、電池の内部抵抗の上昇を抑え
て、特に集電棒の表面積を増加させることなく、円筒形
無水銀アルカリ乾電池の重負荷放電特性の改善を図るこ
とができるのである。

【０００８】尚、上記の作用を得るためには、ゲル状亜
鉛負極４の半径ｒに対するゲル状亜鉛負極４の中心と集
電棒５の先端部との距離の割合（以下Ｙと表わす）が、
３０％以上であること、及びゲル状亜鉛負極４と接して
いる集電棒５の長さ１に対するセパレーター３に近づけ
た先端部５ａの長さの割合（以下Ｚと表わす）が、１０
％以上であることが必要である。

【０００９】

【実施例】以下、 実施例に基づき本発明を詳細に説明
する。 （実施例１）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝３０％、Ｚ＝１０％に
加圧成形し、図１の集電棒５のような屈曲した形状にす
る。得られた集電体を用いて、図１に示すＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組み立てた。この図１
において、１は正極端子を兼ねる有底円筒形の金属缶で
ある。該金属缶１内には、円筒状に加圧成形した正極合
剤２が充填されている。該正極合剤２は、二酸化マンガ
ン粉末とカーボン粉末を混合し、これを前記金属缶１内
に収納し、所定の圧力で中空円筒状に加圧成形したもの
である。

【００１０】また、該正極合剤２の中空部には、アセタ
ール化ポリビニルアルコール繊維の不織布からなる有底
円筒状のセパレーター３を介して無汞化亜鉛粉を用いた
ゲル状亜鉛負極４が充填されている。無汞化亜鉛粉は、
亜鉛と鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ビス
マスのうち少なくとも１つ以上の金属との合金粉であ
る。ｒは略円柱形のゲル状亜鉛負極４の横断面の半径で
ある。該ゲル状亜鉛負極４内には、上述の先端部５ａを
セパレーター３に近づけた形状の真鍮製の集電棒５がゲ
ル状亜鉛負極４と長さ１で接するように挿着されてお
り、その上端部はゲル状亜鉛負極４より突出している。

【００１１】該集電棒５の突出部外周面と該金属缶１の
上部内周面との間には、ポリアミド樹脂からなる絶縁ガ
スケット６が配設されている。また該ガスケット６の間
にはリング状の金属板７が配設されている。さらに負極
端子を兼ねる帽子形の金属封口板８が該集電棒５の頭部
に当接するように配設されている。そして該金属缶１の
開口縁を内方に屈曲させることにより、該ガスケット６
と該金属封口板８で該金属缶１内を密封口している。

【００１２】（実施例２）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝３０％，Ｚ
＝３０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （実施例３）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝３０％，Ｚ＝５０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （実施例４）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝３０％，Ｚ＝７０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１３】（実施例５）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝５０％，Ｚ
＝１０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （実施例６）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝５０％，Ｚ＝３０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１４】（実施例７）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝５０％，Ｚ
＝５０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （実施例８）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝５０％，Ｚ＝７０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１５】（実施例９）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝７０％，Ｚ
＝１０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （実施例１０）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝７０％，Ｚ＝３０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１６】（実施例１１）図２に示す従来の集電体２
０を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝７０％，
Ｚ＝５０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にして
ＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立て
た。 （実施例１２）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝７０％，Ｚ＝７０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１７】（比較例１）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝１０％，Ｚ
＝１０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （比較例２）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝１０％，Ｚ＝３０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１８】（比較例３）図２に示す従来の集電体２０
を組立てた後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝１０％，Ｚ
＝５０％に加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪ
ＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。 （比較例４）図２に示す従来の集電体２０を組立てた
後、真鍮製の集電棒１９を、Ｙ＝１０％，Ｚ＝７０％に
加圧成形した以外、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組立てた。

【００１９】このようにして得られた各電池各６個につ
いて、重負荷抵抗の２Ωを接続し、２０℃で連続放電を
行い、放電電位の落ち込みと回復の現象を有無を観察し
た。表１から明らかなように、本発明実施例１〜１２の
集電体を用いた円筒形アルカリ乾電池では、比較例１〜
８で見られた放電電位の落ち込みと回復の現象は見られ
なかった。また、本実施例１，２，３及び５では、放電
電位に若干の段差が認められたが、実用上問題はないと
考えられる。しかしながら、本発明による効果をより確
実にするためには、Ｙ＝５０％、Ｚ＝３０％以上である
ことが望ましい。

【００２０】なお表１中、Ｙは｛（ゲル状亜鉛負極の横
断面の中心と集電棒の先端部との距離）／（ゲル状亜鉛
負極の横断面の半径ｒ）｝×１００、Ｚは｛（セパレー
ターに近づけた先端部の長さ）／（ゲル状亜鉛負極と接
している集電棒の長さ１）｝×１００、である。また、
Ａは落ち込みなし、Ｂは若干の落ち込み（段差−１０ｍ
Ｖ以内）あり、Ｃは落ち込み（段差−１０ｍＶ以上）あ
りを表す。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、円筒形無水銀アルカリ
乾電池の重負荷放電途中に見られる放電電位の落ち込み
と回復の現象を、従来の集電棒を加圧成形するという簡
単な方法により解消することができ、重負荷放電の際に
も安定した放電電位を有する円筒形無水銀アルカリ乾電
池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明は円筒形アルカリ乾電池の縦断面図であ
る。

【図２】従来の集電体の断面図である。

【図３】汞化亜鉛粉を用いたアルカリ乾電池（イ）と、
図２の従来の集電棒と無汞化亜鉛粉とを用いた無水銀ア
ルカリ乾電池（ロ）との放電曲線図である。

【符号の説明】 １ 金属缶 ２ 正極合剤 ３ セパレーター ４ ゲル状亜鉛負極 ５ 負極集電棒 ５ａ 先端部 ｒ 負極半径 １ 負極と接する長さ １９ 集電棒 ２０ 集電体

【表１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属缶内の中空円筒状正極合剤の中空部
   に、セパレーターを介してゲル状亜鉛負極を配置し、さ
   らに該ゲル状亜鉛負極の中央部に負極集電棒が挿着され
   ている円筒形アルカリ乾電池において、該負極集電棒の
   先端部が、ゲル状負極の略円柱形横断面の半径ｒの３０
   ％以上中心から離れ、セパレーターに近づいていること
   を特徴とした円筒形アルカリ乾電池。
2. 【請求項２】 該負極集電棒の先端部が、該負極集電棒
   とゲル状亜鉛負極と接している長さ１の１０％以上の長
   さであることを特徴とした請求項１記載の円筒形アルカ
   リ乾電池。
3. 【請求項３】 該ゲル状亜鉛負極の亜鉛が、鉛、アルミ
   ニウム、ガリウム、インジウム、ビスマスのうち少なく
   とも１以上との無汞化亜鉛合金であることを特徴とした
   請求項１または請求項２記載の円筒形アルカリ乾電池。