JPH09213346A - ボタン形アルカリ電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水銀を使用することなく耐漏液性に優れた、
ボタン形アルカリ電池を提供する。 【解決手段】 ボタン形アルカリ電池は、粒状の亜鉛を
ゲル化剤、電解液と共に混合し、ペレット状に成形して
なる負極合剤１が負極カップ２内に収容され、また粒状
の二酸化マンガンや酸化銀を導電剤、電解液と共に混合
し、ペレット状に成形してなる正極合剤３が正極缶４内
に収容され、これら負極合剤１と正極合剤３とがセパレ
ータ５を介して積層されている。更に、この負極合剤１
と正極合剤３とをそれぞれ収容した負極カップ２と正極
缶４とがガスケット６を介してかしめられて形成されて
いる。負極カップ２の負極合剤１側に負極合剤１と接触
して集電する負極集電体７が負極カップ２と溶接等によ
り固着されていて、更に負極集電体７以外の負極カップ
２の負極合剤１側を樹脂等の電気絶縁物８で覆う構成と
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボタン形アルカリ電
池に関し、更に詳しくは水銀を不要とした構成のボタン
形アルカリ電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボタン形アルカリ電池は、電子腕時計や
電子卓上計算機等小型電子機器の供給電源として多用さ
れており、この電池はこれら小型電子機器の普及に伴っ
て、益々需要が高まる方向にある。

【０００３】このボタン形アルカリ電池の従来例につい
て図２および図３を参照して説明する。ボタン形アルカ
リ電池は、亜鉛を負極活性物質とし、二酸化マンガン、
酸化銀等を正極活性物質とし、これに高濃度の水酸化カ
リウム溶液、水酸化ナトリウム溶液等を電解液として用
いる電池である。

【０００４】その構成は図２に示すように、粒状の亜鉛
をゲル化剤、電解液と共に混合し、ペレット状に成形し
てなる負極合剤１が負極カップ２内に収容され、また、
粒状の二酸化マンガンや酸化銀を導伝剤、電解液と共に
混合し、ペレット状に成形してなる正極合剤３が正極缶
４内に収容され、これら負極合剤１と正極合剤３がセパ
レータ５を介して積層されている。更に、負極カップ２
と正極缶４がガスケット６を介してかしめられることで
電池が密封されている。

【０００５】ここで、上述したボタン形アルカリ電池で
は、負極活性物質となる亜鉛粒が腐食しないように、負
極合剤１中に水銀を亜鉛粒質量に対して５〜１０質量％
程度の割合で添加するのが通常である。水銀を使用せず
に負極合剤１を構成した場合には、亜鉛の自己消耗や腐
食に伴って電池内で水素ガスが発生する。水素ガスが発
生すると、それによって、電池内圧が上昇し、ついには
電池の密封性が損なわれ漏液を発生することになる。

【０００６】しかしながら、水銀は環境問題の観点か
ら、使用をできるだけ避ける方向にある。このため、上
述したボタン形アルカリ電池においても、水銀を不要と
するための多くの研究が成されているが、水銀を全く使
用せずに水素ガスの発生を防止する技術は見い出されて
いないのが実情である。

【０００７】そこで、本発明者等が詳細に検討したとこ
ろ、水素ガスの発生は主に図３の模試図で示すプロセス
で生じていることが推察された。即ち、亜鉛から発生し
た電子ｅ^- が負極カップを介して電解液中のＨ₃ Ｏ⁺ に
供給され、このＨ₃ Ｏ⁺ に電子ｅ^- が取り込まれる際に
水素ガスが発生する。また、この反応は超硬の材料であ
るタングステンカーバイト、鉄、コバルト、モリブデン
等の微量金属の存在により、これらの微量金属が水素ガ
スの発生触媒となり、水素ガスの発生を加速することが
確認された。よって、このプロセスが進行しないような
工夫を施すことで、この水素ガス発生が抑えられるもの
と考えられた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、負極合剤に水銀を添加することなく、亜鉛の腐食に
よる水素ガス発生を抑え、耐漏液性が高く、環境保護の
観点からも優れたボタン形アルカリ電池を提供しようと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
成されたものであり、負極カップを有するボタン形アル
カリ電池において、負極カップの負極合剤側に負極合剤
と接触して集電する負極集電体を、負極カップと電気的
導通性を確保して固設すると共に、前記負極カップの負
極合剤と接触する面を電気的絶縁物で被覆してボタン形
アルカリ電池を構成する。

【００１０】前記負極集電体は亜鉛、スズ、インジウ
ム、銅からなる群の中の少なくとも１つの金属元素から
構成する。

【００１１】前記負極集電体の表面積は負極カップの内
面積の３０％以上であり、かつ、前記負極集電体の容積
は負極カップの内容積の１０％以下とする。

【００１２】前記電気的絶縁物は石油ピッチ系、フッ素
系、ナイロン系、ポリエステル系、ポリプロピレン系か
らなる群の中の少なくとも１つの高分子樹脂から構成す
る。

【００１３】前記電気的絶縁物の被覆厚は０．０２ｍｍ
以上であり、かつ、電気的絶縁物の容積は負極カップの
内容積の１０％以下として上記課題を解決する。

【００１４】本発明のボタン形アルカリ電池によれば、
負極カップの負極合剤側に負極合剤と接触して集電する
負極集電体が負極カップと電気的導通性を採られて設け
られ、更に、この負極集電体以外の負極カップの負極合
剤側を樹脂等の電気絶縁物で覆われているため、負極合
剤に水銀を添加することなく、亜鉛の自己消耗による水
素ガスの発生を抑え、電池内での水素ガス発生による漏
液を防止する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明によるボタン形アルカリ電
池の実施形態例について図１を参照して説明する。ボタ
ン形アルカリ電池とは亜鉛を負極活性物とし、二酸化マ
ンガン、酸化銀等を正極活性物とし、更に高濃度の水酸
化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液等を電解液とし
て用いる電池である。

【００１６】その構成は図１に示すように、粒状の亜鉛
をゲル化剤、電解液と共に混合し、ペレット状に成形し
てなる負極合剤１が負極カップ２内に収容され、また粒
状の二酸化マンガンや酸化銀を導電剤、電解液と共に混
合し、ペレット状に成形してなる正極合剤３が正極缶４
内に収容され、これら負極合剤１と正極合剤３とがセパ
レータ５を介して積層されている。更に、この負極合剤
１と正極合剤３とをそれぞれ収容した負極カップ２と正
極缶４とがガスケット６を介してかしめられて形成され
ている。

【００１７】本発明はこのようなボタン形アルカリ電池
において、負極カップ２の負極合剤１側に負極合剤１と
接触して集電する負極集電体７が負極カップ２と溶接等
により固着されていて、更に負極集電体７以外の負極カ
ップ２の負極合剤１側を樹脂等の電気絶縁物８で覆う構
成となっている。

【００１８】通常、負極カップ２は所定厚の銅、ステン
レススチールおよびニッケルの３層クラッド板を用い、
しごきが強い多段階のプレス工程でつくられる部品であ
る。従って、このプレス工程においてクラッド板の表面
にプレス金型の材料であるタングステンカーバイト、
鉄、コバルト、モリブデン等の付着が生じやすい。これ
らの付着した不純物は、洗浄やバレルではきれいに取り
除くことができず、亜鉛の腐食による水素ガス発生の活
性点になるものである。

【００１９】そこで、負極カップ２の負極合剤１側に負
極合剤１と接触して集電する負極集電体７を溶接し、負
極集電体７以外の負極カップ２の負極合剤１側を樹脂等
の電気絶縁物８で覆うと、負極カップ２の負極合剤１側
の表面に存在するタングステンカーバイト、鉄、コバル
ト、モリブデン等の影響を除去することができる。その
結果、負極カップ２を介して亜鉛からＨ₃ Ｏ⁺ に電子ｅ
^- が供給されることによって引き起こる水素ガスの発生
が効果的に抑えられ、従って、漏液が防止されることに
なる。また、このアルカリ電池は水銀を負極合剤１に添
加していないので、環境保護の点からも有利である。

【００２０】負極カップ２の負極合剤１側に負極合剤１
と接触して集電する負極集電体７の溶接は、抵抗溶接、
レーザ溶接といった手法で容易に行うことができる。ま
た、この負極集電体７以外の負極カップ２の負極合剤１
側を樹脂等の電気絶縁物８で覆うことは、例えば流動性
のある樹脂を塗布する手法で容易に行うことができる。

【００２１】この負極集電体７の材質としては亜鉛、ス
ズ、インジウム、銅の中の１つ、または２つ以上の金属
元素からなり、負極集電体７の表面積は負極カップ２内
面積の３０％以上で、容積は負極カップ２の内容積の１
０％以下であることが望ましい。これは、負極集電体７
の表面積は負極カップ２内面積の３０％以下では集電が
不十分となり電池の電気的特性が低下し、また、容積は
負極カップ２の内容積の１０％以上となると負極カップ
２の内容積が少なくなり、電池容量が小さくなるためで
ある。

【００２２】また、電気絶縁物８としては、石油ピッチ
系、フッ素系、ナイロン系、ポリエステル系、ポリプロ
ピレン系等の高分子樹脂で絶縁層の厚さが０．０２ｍｍ
以上で、容積が負極カップ２の内容積の１０％以下であ
ることが望ましい。これは絶縁層の厚さが０．０２ｍｍ
以下であると負極カップ２の負極合剤１側に存在するタ
ングステンカーバイト、鉄、コバルト、モリブデン等に
よる水素ガス発生反応を十分に抑えることが困難にな
り、一方、絶縁層の容積が負極カップ２の内容積の１０
％以上となると負極カップ２の内容積が少なくなり、電
池容量が小さくなるためである。

【００２３】つぎに、本発明の具体的な構成を実験結果
に基づき説明する。 実施例１ 亜鉛粉末をゲル化剤とアルカリ電解液と共に混合した混
合物を成形して負極合剤１を作成し、この負極合剤１を
所定厚のステンレススチールにニッケルメッキを施した
負極端子となる負極カップ２に収納する。また、酸化銀
を主成分とする混合物を加圧成形して正極合剤３を作成
し、この正極合剤３を所定厚のステンレススチールにニ
ッケルメッキを施した正極端子となる正極缶４内に収納
する。この負極カップ２には負極合剤１側に負極合剤１
と接触して集電する円柱状の直径２．０ｍｍ、長さ２．
５ｍｍの黄銅製の負極集電体７を抵抗溶接により固着
し、この負極集電体７以外の負極カップ２の負極合剤１
側は厚さ０．０５ｍｍのアスファルトで被覆する。この
被覆は負極カップ２の折り返し先端部まで行い、一部が
ガスケットと重なるようにし、更に負極合剤１と正極合
剤３は不織布、セロファン、およびポリエチレンをグラ
ファイト重合した膜の三層からなるセパレータ５を挟ん
で積層し、負極カップ２と正極缶４をナイロン製のガス
ケットを介してかしめ、電池（外径１１．６ｍｍ、高さ
５．４ｍｍ）を形成する。

【００２４】実施例２〜実施例７ 実施例１とは負極集電体７の構成材料において異なって
いて、他の構成とその材料は実施例１と同一であり、こ
こでの説明は省略する。負極集電体７の構成材料は表１
に示すものを用いる。

【００２５】

【表１】

【００２６】実施例８〜実施例１２ 実施例１とは負極カップ２の負極合剤１側を被覆する電
気絶縁物８の構成材料において異なっていて、他の構成
とその材料は実施例１と同一であり、ここでの説明は省
略する。電気絶縁物８の構成材料は表２に示すものを用
いる。

【００２７】

【表２】

【００２８】比較例１ 本発明の構成のボタン形アルカリ電池の特性と比較する
ために作成された、従来構成のボタン形アルカリ電池で
あって、負極カップ２には所定厚の銅、ステンレススチ
ールおよびニッケルの三層クラッド板を用い、負極集電
体７は配置せず、また、負極カップ２の負極合剤１側は
電気絶縁物８で覆わない。他の構成と材料は実施例と同
一である。

【００２９】比較例２ 負極合剤１に水銀を添加すること以外は比較例１と同一
である。

【００３０】上述したように作成された実施例１〜１２
と比較例１および２のボタン形アルカリ電池を、温度４
５℃、相対湿度９３％の環境下で保存し、１００日後、
１２０日後、１４０日後、１６０日後での漏液発生個数
を調べた。尚、調査に用いた電池の数は各々５０個であ
る。

【００３１】電池の漏液発生個数は使用した負極集電体
７の種類別に、前掲した表１に示されている。この表１
から分かるように、負極カップ２の負極合剤１側に負極
合剤１と接触して集電する円柱形の直径２．０ｍｍ、長
さ２．５ｍｍの負極集電体７を抵抗溶接により固着し、
この負極集電体７以外の負極カップ２の負極合剤１側は
膜厚０．０５ｍｍのアスファルトで覆った実施例１〜７
の電池は、従来型構造で負極合剤１に水銀を添加した比
較例２の電池と同等の耐漏液性が得られている。これに
対し、負極カップ２に負極集電体７を設けず、負極カッ
プ２の負極合剤１側を電気絶縁物８で覆わなかった、負
極合剤１に水銀を添加していない比較例１の電池は、１
６０日保存後で合計４２個に漏液が発生した。

【００３２】上述したように、負極カップ２に表１に示
す材料からなる負極集電体７を固着し、負極カップ２の
負極合剤１側を電気絶縁物８で覆うことにより、水銀を
使用しなくても漏液が防止でき、負極合剤１に水銀を添
加する必要のないボタン形アルカリ電池を構成すること
ができるものである。

【００３３】つぎに、負極集電体７の表面積について検
討する。負極集電体７の表面積を負極カップ２の内面積
に対して異なる割合で形成した５種類のボタン形アルカ
リ電池を作成した。電池のその他の構成は実施例１と同
一である。

【００３４】この電池について電流特性を評価した。
尚、電流特性は温度−１０℃下、負荷抵抗２ｋΩで５秒
間放電を行い、その放電後の閉路電圧を測定することで
評価した。この閉路電圧の測定は放電深度が０％、４０
％および４０％のそれぞれの時点で行った。また、調査
に用いた電池の数は２０個であり、データはそれらの平
均値で記録した。尚、負極合剤インプット量はそれぞれ
負極集電体７の容積分を減らしてある。

【００３５】この電流特性の測定結果を表３に示す。

【表３】

【００３６】表３から負極集電体７の表面積が負極カッ
プ２の内面積に対し３０％未満になると、電流特性が劣
化してくることが分かる。これは集電に必要な面積が不
足するためであり、従って負極集電体７の表面積は負極
カップ２の内面積に対し３０％以上必要であるという結
果が得られた。

【００３７】前掲した表２に示すように、負極カップ２
の負極集電体７が固着されている部位以外の負極合剤１
側に、厚膜０．０５ｍｍの電気絶縁性樹脂で覆った実施
例８〜１２の電池は、従来の構造で負極合剤１に水銀を
添加した比較例２の電池と同等の耐漏液性が得られるこ
とが分かる。このことから、負極カップ２の負極集電体
７を固着し、負極カップ２の負極合剤１側を表２に示す
材料からなる電気絶縁層８で覆うことにより、負極合剤
１に水銀を添加しなくても漏液が防止できるようにな
り、水銀を使用しないボタン形アルカリ電池を形成する
ことができることが分かる。

【００３８】つぎに、電気絶縁層８の厚さについて検討
する。負極集電体７以外の負極カップ２の負極合剤１側
を被覆する電気絶縁層８の厚さとして、表４に示すもの
を用いたボタン形アルカリ電池を作成して耐漏液性を評
価した。他の構成と材料は実施例と同一である。

【００３９】表４に耐漏液性の測定結果を示す。

【表４】

【００４０】表４から電気絶縁層８の厚さが０．０２ｍ
ｍ未満では負極カップ２の負極合剤１側に存在するタン
グステンカーバイト、鉄、コバルト、モリブデン等によ
る水素ガス発生反応を十分に抑えることが困難となり、
漏液を起こす虞れが大きい。このことから、負極集電体
７以外の負極カップ２の負極合剤１側を被覆する電気絶
縁層８の厚さは０．０２ｍｍ以上必要であることが分か
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボタン形アルカリ電池において、負極カップの負極合剤
側に負極合剤と接触して集電する負極集電体が負極カッ
プと導電性を採られて設けられていて、更に、この負極
集電体以外の負極カップの負極合剤側を樹脂等の電気絶
縁物で覆うことにより、負極合剤に水銀を添加すること
なく、亜鉛の自己消耗による水素ガスの発生を抑え、電
池内での水素ガス発生による漏液が防止できる。また、
水銀の使用が不要になるので、環境保護の点からも好ま
しいボタン形アルカリ電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用したボタン形アルカリ電池の構
成例を示す断面側面図である。

【図２】 従来のボタン形アルカリ電池の構成例を示す
断面側面図である。

【図３】 ボタン形アルカリ電池の水素ガス発生機序を
説明するための模試図である。

【符号の説明】

１ 負極合剤 ２ 負極カップ ３ 正極合剤 ４ 正極缶 ５ セパレータ ６ ガスケット ７ 負極集電体 ８ 電気絶縁物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極カップを有するボタン形アルカリ電
   池において、 負極カップの負極合剤側に負極合剤と接触して集電する
   負極集電体を、負極カップと電気的導通性を確保して固
   設すると共に、 前記負極カップの負極合剤と接触する面を電気的絶縁物
   で被覆することを特徴とするボタン形アルカリ電池。
2. 【請求項２】 前記負極集電体は亜鉛、スズ、インジウ
   ム、銅からなる群の中の少なくとも１つの金属元素から
   なることを特徴とする、請求項１に記載のボタン形アル
   カリ電池。
3. 【請求項３】 前記負極集電体の表面積は負極カップの
   内面積の３０％以上であり、 かつ、前記負極集電体の容積は負極カップの内容積の１
   ０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のボ
   タン形アルカリ電池。
4. 【請求項４】 前記電気的絶縁物は石油ピッチ系、フッ
   素系、ナイロン系、ポリエステル系、ポリプロピレン系
   からなる群の中の少なくとも１つの高分子樹脂からなる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のボタン形アルカリ
   電池。
5. 【請求項５】 前記電気的絶縁物の被覆厚は０．０２ｍ
   ｍ以上であり、 かつ、電気的絶縁物の容積は負極カップの内容積の１０
   ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のボタ
   ン形アルカリ電池。