(57)【要約】【課題】好適な放電性能を備えるにもかかわらず耐衝撃性に優れたアルカリ電池を提供すること。【解決手段】本発明のアルカリ電池１１は、正極缶２１、正極合剤３１、ゲル状負極合剤５１、セパレータ４１、封口ガスケット８１を含んで構成された負極集電体６０を備える。最も開口部寄りに配置された正極合剤３１の開口部側端面の内周縁部Ｐ１にて、電池中心軸線Ｃ１方向に平行な仮想線Ｓ１を想定する。仮想線Ｓ１に沿った当該内周縁部Ｐ１から封口ガスケット８１までの距離Ｌ１を０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下とする。保液率が２５０％以上３５０％以下のセパレータ材を使用して、厚さが２３０μｍ以上５７５μｍ以下となるようにセパレータ４１を形成する。ゲル状負極合剤５１中の亜鉛粉の量を２．００ｇ以上３．８１ｇ以下とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の正極缶と、前記正極缶の内面に沿って嵌着されたリング状をなす複数の正極合剤と、前記正極缶の中心部に配置されたゲル状負極合剤と、前記正極合剤と前記ゲル状負極合剤との間に介在されたセパレータと、封口ガスケットを含んで構成され前記正極缶の開口部を封口する負極集電体とを備えたアルカリ電池において、
最も開口部寄りに配置された正極合剤の開口部側端面の内周縁部にて電池中心軸線方向に平行な仮想線を想定した場合、その仮想線に沿った当該内周縁部から前記封口ガスケットまでの距離が０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下であり、
保液率が２５０％以上３５０％以下のセパレータ材を使用して厚さが２３０μｍ以上５７５μｍ以下となるように前記セパレータが形成され、
前記ゲル状負極合剤中の亜鉛粉の量が２．００ｇ以上３．８１ｇ以下である
ことを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
前記セパレータは、ビニロン繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維及びパルプからなるセパレータ材を使用して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記セパレータは、前記セパレータ材を２回以上５回以下巻回することで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極缶、正極合剤、ゲル状負極合剤、セパレータ、負極集電体等を備えたアルカリ電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における一般的なアルカリ電池は、有底筒状をなす正極缶にリング状の正極合剤を嵌着するとともに、その正極合剤の中空部にセパレータを介在した状態でゲル状負極合剤を充填した構造を有している。また、正極缶の開口部は、封口ガスケット、集電棒、負極端子板などを含んで構成された負極集電体により液密的に封口されている。この種のアルカリ電池では、衝撃を受けた場合に放電性能の低下を来すことがある。そこで、ゲル状負極合剤の一部を高粘度負極ゲル層とすることにより電池内でのゲル状負極合剤の流動を抑制して耐衝撃性を向上させる、といった技術が従来提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００５−８８７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、ゲーム機などのコントローラのように単３型のアルカリ電池を内蔵する機器が多く登場してきているが、使用状況によっては（例えば機器の落下時などには）アルカリ電池に非常に大きな衝撃が加わることが予想される。このような場合、衝撃の影響によりゲル状負極合剤が負極側に移動し、セパレータにおける特定部分（特に、最も開口部寄りに配置された正極合剤の開口部側端面の近傍）に破断が生じることがある。すると、破断した箇所からゲル状負極合剤が漏出する結果、内部ショートが起こり、電池が発熱するおそれがある。
【０００４】
また、近年においては上記のように耐衝撃性に対する要求が厳しくなる一方で、アルカリ電池の内部容量を増やして放電性能を向上させたいという要求も強い。そこで、ゲル状負極合剤を増やすべくセパレータ材の巻回数を少なくすると、セパレータの強度低下により破断が生じやすくなり、内部ショートが起こりやすくなる。逆に、セパレータ材を３重以上に巻いてセパレータの強度を増したとしても、内部ショートを確実に回避することが難しいばかりか、放電性能を悪化させる原因にもなってしまう。
【０００５】
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、好適な放電性能を備えるにもかかわらず耐衝撃性に優れたアルカリ電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段［１］〜［３］を以下に列挙する。
【０００７】
［１］有底筒状の正極缶と、前記正極缶の内面に沿って嵌着されたリング状をなす複数の正極合剤と、前記正極缶の中心部に配置されたゲル状負極合剤と、前記正極合剤と前記ゲル状負極合剤との間に介在されたセパレータと、封口ガスケットを含んで構成され前記正極缶の開口部を封口する負極集電体とを備えたアルカリ電池において、最も開口部寄りに配置された正極合剤の開口部側端面の内周縁部にて電池中心軸線方向に平行な仮想線を想定した場合、その仮想線に沿った当該内周縁部から前記封口ガスケットまでの距離が０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下であり、保液率が２５０％以上３５０％以下のセパレータ材を使用して厚さが２３０μｍ以上５７５μｍ以下となるように前記セパレータが形成され、前記ゲル状負極合剤中の亜鉛粉の量が２．００ｇ以上３．８１ｇ以下であることを特徴とするアルカリ電池。
【０００８】
［２］前記セパレータは、ビニロン繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維及びパルプからなるセパレータ材を使用して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
【０００９】
［３］前記セパレータは、前記セパレータ材を２回以上５回以下巻回することで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ電池。
【発明の効果】
【００１０】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、好適な放電性能を備えるにもかかわらず耐衝撃性に優れたアルカリ電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した一実施形態のアルカリ電池１１を図１〜図３に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、本実施形態の筒型のアルカリ電池１１（ＬＲ６：単３型）を構成する正極缶２１は、正極集電体を兼ねる有底円筒状の電池用金属部品であり、例えばニッケルめっき鋼板を深絞りプレス加工することで形成されている。正極缶２１の内部空間には、発電要素（即ち、正極合剤３１、セパレータ４１及びゲル状負極合剤５１）が装填可能となっている。正極缶２１の内部には、中空円筒状に成形された複数個の正極合剤３１が縦積みかつ同心状に圧入装填されている。発電要素の一部をなす正極合剤３１は、二酸化マンガンあるいはオキシ水酸化ニッケル等の酸化剤を含む環状（または管状）の成形合剤である。これら正極合剤３１の内側には有底円筒状のセパレータ４１が挿入されている。セパレータ４１及び正極合剤３１中には、アルカリ性の電解液が浸潤されている。
【００１３】
セパレータ４１の中空部には、亜鉛合金粉末、ゲル化剤、アルカリ電解液などを混合してなるゲル状負極合剤５１が充填されている。アルカリ電解液として、本実施形態では水酸化カリウム水溶液を用いている。亜鉛合金粉末として、本実施形態では数十〜数百ｐｐｍのインジウム、ビスマス及びアルミニウムを含有するものを用いている。また、ゲル化剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸及びその塩類、アルギン酸ソーダ、エーテル化デンプン等が好適である。
【００１４】
正極缶２１の開口部２２における内面側には、負極端子板６１と負極集電子７１と封口ガスケット８１とを組み付けてなる負極集電体６０が配置されかつカシメ付けられている。その結果、正極缶２１が液密的に封口されている。また、正極缶２１の胴部外面側には外装ラベル２３が貼り付けられている。
【００１５】
負極集電体６０の一部をなす封口ガスケット８１は中央部にボス部８２を備えており、そのボス部８２を貫通する断面円形状のボス孔８２ａ内には負極集電子７１が挿通可能となっている。ボス部８２の周囲には中間隔壁部８５が形成され、さらにその外周部にはコ字状をなす屈曲部８４を介して周縁パッキング部８３が形成されている。この封口ガスケット８１は、平面視で円形状を呈する合成樹脂製の部材であって、例えばナイロン等のようなポリアミド樹脂からなる射出成形部品である。なお、ポリアミド樹脂の代わりに、ポリプロピレン等のようなポリオレフィン樹脂等を用いてもよい。
【００１６】
負極集電体６０の一部をなす負極端子板６１は導電性金属製の板材からなる。この負極端子板６１は、外側面に平坦な端子面が形成された中央平板部と、この中央平板部の外周部に一体的に形成された環状凹部とを備えている。
【００１７】
負極集電体６０の一部をなす負極集電子７１は、導電性金属からなる棒材である。負極集電子７１の先端部の側は、セパレータ４１の開口部を介してゲル状負極合剤５１の中心部に挿入される。一方、負極集電子７１の基端部７２は、ボス部８２のボス孔８２ａに挿通されるとともに、負極端子板６１の内面側中央部に対してスポット溶接等により固着されている。なお、本実施形態では、負極集電子７１を構成する母材としてスズめっき真鍮線を使用している。本実施形態の負極集電子７１は、断面円形状かつ等断面形状（ただし基端部７２を除く部分）を呈している。図１の負極集電子７１の先端部は、先細りした形状には加工されていないが、先細りした形状としても勿論構わない。
【００１８】
以上のように構成された負極集電体６０は、正極缶２１の開口部２２に配置されるとともに、開口部２２側の端部が周縁パッキング部８３とともに径方向中心に向けて直角に折曲されている。その結果、負極集電体６０が正極缶２１の開口部２２に強固にかつ液密的に取り付けられている。
【００１９】
ここで、本実施形態のアルカリ電池１１では、所定部分の距離Ｌ１（ｍｍ）、セパレータ材の保液率（％）、セパレータ４１の厚さ（ｍｍ）、ゲル状負極合剤５１中の亜鉛粉の量（ｇ）が、それぞれ下記の好適条件を満たすように設定している。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態のアルカリ電池１１では、セパレータ４１における負極側の開口端が封口ガスケット８１の内側面に当接するようにして配置されている。ここで、最も開口部２２寄りに配置された正極合剤３１について着目し、その正極合剤３１の開口部側端面の内周縁部Ｐ１にて電池中心軸線Ｃ１の方向に平行な仮想線Ｓ１を想定する。ちなみに「内周縁部Ｐ１」を基準点として選択したのは、セパレータ４１において内周縁部Ｐ１に接した領域に最も破断が起こりやすいからである。そしてこの場合、仮想線Ｓ１に沿った当該内周縁部Ｐ１から封口ガスケット８１までの距離Ｌ１（ｍｍ）を０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下に設定する。この部分の距離Ｌ１が２．７５ｍｍ超になると、セパレータ４１の側部開口側部分において正極合剤３１により包囲（補強）される部分の長さが少なくなり、その分だけ正極合剤３１の開口部側端面から露出する部分の長さが多くなってしまう。ゆえに、セパレータ４１の側部開口側部分に破断が起こりやすくなる傾向がある。その点、距離Ｌ１を上記範囲内に設定しておくと、セパレータ４１の側部開口側部分が補強され、破断が起こりにくくなる。ただし、距離Ｌ１が短すぎると電池の漏液や破裂の原因になる可能性があることから、より好ましくは距離Ｌ１を１．０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下、さらに好ましくは２．０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下に設定することがよい。
【００２１】
本実施形態のアルカリ電池１１では、さらに保液率（％）が２５０％以上３５０％以下のセパレータ材を使用してセパレータ４１を形成している。保液率が低いセパレータ材を用いて形成されたセパレータ４１は、電池内に収容したときに電解液を保液しにくいので、その分強度を保持することができ、破断が起こりにくくなる。その反面、保液率が低いと放電性能の低下を招くという欠点がある。逆に、保液率が高いセパレータ材を用いて形成されたセパレータ４１は、放電性能の向上の観点からすると好ましいが、電池内収容時に所定の強度を保持することができず、破断が起こりやすいという欠点がある。その点、セパレータ材の保液率を２５０％以上３５０％以下の範囲内に設定しておけば、放電性能の維持及びセパレータ４１の強度保持の両方が達成しやすくなる。
【００２２】
セパレータ材の種類は特に限定されず任意であるが、例えば、ビニロン繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維及びパルプからなるセパレータ材を使用することが好ましい。このような繊維構成のセパレータ材は、強度や保液性に優れており、セパレータ４１を構成したときに好適な物性を付与しやすいからである。
【００２３】
また、本実施形態のアルカリ電池１１では、厚さが２３０μｍ以上５７５μｍ以下となるようにセパレータ４１を形成している。厚さが２３０μｍ未満であると、セパレータ４１に十分な強度を保持できず、破断が起こりやすくなる。逆に、厚さが５７５μｍ超であると、所定の強度を保持できる反面、合剤充填許容量が減ってしまうため放電性能が悪化してしまう。その点、厚さを２３０μｍ以上５７５μｍ以下の範囲内に設定しておけば、放電性能の維持及びセパレータ４１の強度保持の両方が達成しやすくなる。
【００２４】
ここで「セパレータ４１の厚さ」とは、セパレータ材を複数回巻回してセパレータ４１を形成しているときにはそのセパレータ材の巻回数分に相当する厚さを意味する。なお、セパレータ４１は、セパレータ材を２回以上５回以下巻回することで形成されていることが好ましい。巻回数が２未満であると、セパレータ４１の強度低下により破断が生じやすくなり、内部ショートが起こりやすくなる。逆に、巻回数が５回より多いと、セパレータ４１の強度が増す反面、セパレータ４１の肉厚化により放電性能を悪化させる原因となる。
【００２５】
本実施形態のアルカリ電池１１では、ゲル状負極合剤５１中の亜鉛粉の量を２．００ｇ以上３．８１ｇ以下に設定している。亜鉛粉の量が２．００ｇ未満であると、負極活物質の量が少なくなる結果、放電性能が悪化してしまう。逆に、亜鉛粉の量が３．８１ｇ超であると、放電性能は維持される反面、ゲル状負極合剤５１自体の重量が増すことで耐衝撃性が悪化してしまう。その点、亜鉛粉の量を２．００ｇ以上３．８１ｇ以下に設定しておけば、放電性能の維持及び耐衝撃性の低下防止の両方が達成しやすくなる。
【００２６】
以下、上述した実施形態をより具体化した実施例を挙げて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２７】
Ａ．評価用サンプルの作製及び評価試験の方法
【００２８】
ここでは、アルカリ電池１１（ＬＲ６）を実際にいくつか作製し、評価用サンプルとした。その際、距離Ｌ１（ｍｍ）、セパレータ材の保液率（％）、セパレータ４１の厚さ（ｍｍ）、セパレータ材の巻回数（回）、ゲル状負極合剤５１中の亜鉛粉の量（ｇ）を、表１に示すように設定した。
【００２９】
亜鉛粉としては、見掛け比重が２．８０ｇ／ｃｍ３以上３．００ｇ／ｃｍ３以下、かつ、粒度分布７０μｍ以下の粒子が２０％以下のものを使用した。
【００３０】
なお、保液率が３２０％である実施例（即ち実施例１，２，４，５，６，７，９，１０）については、ビニロン繊維５０％、レーヨン繊維１５％、ポリビニルアルコール繊維１０％及びパルプ２５％からなるセパレータ材を使用した。保液率が３２０％以外の実施例（即ち実施例３，８）については、上記のものと同じ繊維組成であるが含有比を若干変更したものを使用した。
【００３１】
保液率が４１１％である従来例については、アセタール化ビニロン繊維、セルロース及びビニロンバインダ繊維からなるセパレータ材を使用した。
【００３２】
保液率が３６０％である比較例２については、アセタール化ビニロン繊維、マーセル化木材パルプ及びビニロンバインダ繊維からなるセパレータ材を使用した。保液率が３２０％あるいは２４０％である比較例については、ビニロン繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維及びパルプからなるセパレータ材を使用した。
【００３３】
本実施例では、各評価用サンプルに対する評価試験として、図２に示すような条件で落下試験を行った。まず、評価用サンプルであるアルカリ電池１１を２本直列に配置してテープ９１で止めておき、これを３０ｍｍ角の木片９２の直上にて負極側を下向きにして配置する。そして、この状態の評価用サンプルを１．５ｍの高さから垂直に自由落下させて、木片９２と衝突させることを１０回行った。その後、各評価用サンプルの内部を観察し、内部ショートが発生しているものの数をカウントした（ｎ＝３０）。その結果を表１に併せて示す。ちなみに、図３は、落下による衝撃が加わった結果、ゲル状負極合剤５１が負極側に大きく移動した状態のアルカリ電池１１を示している。
Ｂ．評価試験の結果
【表１】
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【００３４】
表１に示す結果から明らかなように、従来例では、内部ショート発生率がかなり高かった（２４／３０）。比較例１〜５では、いずれも内部ショートが発生しており、特に比較例１，５でそれが顕著であった。比較例６では、内部ショートが発生しなかったが、満足のいく放電性能を得ることができなかった。
【００３５】
これに対して、各実施例では、従来品と同等レベルの満足のいく放電性能を備えるにもかかわらず、内部ショートが全く発生しておらず、優れた耐衝撃性を備えるものとなっていた。
【００３６】
以上詳述したように、本実施形態のアルカリ電池１１によれば、好適な放電性能を備えるにもかかわらず、耐衝撃性に優れたアルカリ電池１１を提供することができる。よって、例えばゲーム機などのコントローラに内蔵して使用したときに、非常に大きな衝撃が加わったとしても、内部ショートの発生を防止して電池の発熱を回避することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
・上記実施形態では、図１等に示すような形状の封口ガスケット８１を使用したが、例えば屈曲部８４を有しない単純形状の封口ガスケットなどを使用してもよい。また、本実施形態では、負極端子板６１と負極集電子７１と封口ガスケット８１とを用いて負極集電体６０を構成したが、さらに絶縁ワッシャなどの部材を追加して負極集電体６０を構成してもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、１枚のセパレータ材を複数回巻回して１つのセパレータ４１を形成したが、これに限定されず、例えば、２枚のセパレータを十文字に配置してこれを互いに貼り付けて円筒状に成形することで１つのセパレータを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を具体化した一実施形態のアルカリ電池を示す断面図。
【図２】実施形態において行った落下試験の方法を説明するための概略図。
【図３】落下による衝撃が加わった状態のアルカリ電池を示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１１…アルカリ電池
２１…正極缶
２２…開口部
３１…正極合剤
４１…セパレータ
５１…ゲル状負極合剤
６０…負極集電体
８１…封口ガスケット
Ｃ１…電池中心軸線
Ｌ１…距離
Ｐ１…開口部側端面の内周縁部
Ｓ１…仮想線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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