(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に凹部を設けて有底円筒形に形成された電池ケース内に、円筒形に形成された正極合剤が収容され、その内側に円筒形に形成された筒状セパレータを介してゲル状負極が収容され、電池ケースの開口端が封口板により封口されてなるアルカリ乾電池において、
前記筒状セパレータの厚さより薄く、筒状セパレータの直径より大きな寸法の１枚のシートにより形成され、その底面部が平面状で、その周辺部が筒状セパレータの外側で立ち上がるように形成されてなる底部セパレータにより、前記ゲル状負極と電池ケース底面との間を隔離するように構成されてなり、前記凹部と底部セパレータの底面部との間に空間が存在するように構成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
底部セパレータの厚さが、０．０３〜０．２ｍｍとなるように形成されてなる請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項３】
底部セパレータが、イオン透過シートにより形成されてなる請求項１または２記載のアルカリ乾電池。
【請求項４】
底部セパレータは四角形のシートから形成されてなるものである請求項１、２または３記載のアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ乾電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）に従来技術に係るアルカリ乾電池の構成を示す。電池ケース２０は正極端子とする正極凸部２１をその底面中央に形成した有底円筒形に形成された正極端子一体型に形成されている。この電池ケース２０内に、中央にゲル状負極２４、その外側にセパレータ２３を介して正極合剤ペレット２２が収容され、電池ケース２０の開口端は、樹脂製の封口板２５で封口され、この封口板２５に負極集電棒２９に接続された負極端子２６が取り付けられる。前記セパレータ２３はセパレータ原紙を巻回して円筒状に形成され、その電池ケース２０の底面に接する端部は、図４（ｃ）に示すように、内側に絞り込んで底部２３ａが形成されている。この底部２３ａには中央部分に開口部が生じるので、この開口部を塞ぐために、セパレータ２３の内径より大きな外径に形成された円形の底紙２７がセパレータ２３の内側に挿入され、ゲル状負極２４と電池ケース２０との間が内部短絡されてしまうことを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成になるセパレータ２３の構造では、その端部の絞り込みにより形成される底部２３ａの厚さが大きく、また、底部２３ａと底紙２７との二重構造となるため、ゲル状負極２４の収容量が減少するだけでなく、ゲル状負極２４が正極合剤ペレット２２とセパレータ２３を介して対面する反応面積も減少するため、放電性能が低下する問題点があった。
【０００４】
また、過放電によりゲル状負極２４が膨張したとき、ゲル状負極２４の底面側にある厚い底部２３ａと底紙２７とによる二重構造はゲル状負極２４の膨張により変形し難いので、膨張したゲル状負極２４が封口板２５側に進出し、図４（ｂ）に示すように、封口板２５に過大な内圧を開放するために設けられた薄肉部２５ａを破断して漏液を発生させてしまう問題点があった。
【０００５】
更に、電池を落下させたり輸送時等のような大きな衝撃や振動を受けた際に、ゲル状負極２４の流動に伴って底紙２７が移動することにより、ゲル状負極２４が底部２３ａの開口部から電池ケース２０の底面側に漏れ出して内部短絡を発生させる問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来構造の課題に鑑みて創案されたもので、電池性能を向上させると共に、漏液や内部短絡を防止して信頼性の高いアルカリ乾電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、底面に凹部を設けて有底円筒形に形成された電池ケース内に、円筒形に形成された正極合剤が収容され、その内側に円筒形に形成された筒状セパレータを介してゲル状負極が収容され、電池ケースの開口端が封口板により封口されてなるアルカリ乾電池において、前記筒状セパレータの厚さより薄く、筒状セパレータの直径より大きな寸法の１枚のシートにより形成され、その底面部が平面状で、その周辺部が筒状セパレータの外側で立ち上がるように形成されてなる底部セパレータにより、前記ゲル状負極と電池ケース底面との間を絶縁するように構成されてなり、前記凹部と底部セパレータの底面部との間に空間が存在するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、筒状セパレータは円筒形で下端部に内側方向に絞り込みを設けることなく形成され、ゲル状負極の底部は薄い底部セパレータのみで電池ケース底面との間を隔離しているので、ゲル状負極の収容量が増し、正極合剤ペレットと対面する反応面積も増加し、電池の放電性能を向上させることができる。
【０００９】
また、過放電によりゲル状負極が膨張したとき、薄い底部セパレータは変形しやすく、底部セパレータの下面には正極凸部を外方に突出させたことによる凹部、あるいは正極端子を電池ケースとは別体で取り付けるための凹部が形成された空間が存在しているので、ゲル状負極の膨張に伴って変形した底部セパレータは前記凹部の空間に逃げて膨張量を吸収する。従って、ゲル状負極が膨張したことによる内圧により封口板に形成された内圧開放口から漏液することが防止される。
【００１０】
また、底部セパレータの周辺立ち上がり部分は、筒状セパレータの下部を外側から包み込み、筒状セパレータと正極合剤ペレットとの間に挟まれた状態になるので、電池に大きな衝撃や振動が加わったときにも底部セパレータに位置ずれが生じず、底部セパレータの位置ずれによるゲル状負極が漏れ出しが防止され、内部短絡を発生させることがない。
【００１１】
上記構成における底部セパレータの厚さは、０．０３〜０．２ｍｍとなるように形成することにより、薄いシートでゲル状負極を受け止めて電池ケースとの間を隔離するので、従来の厚い二重構造によりゲル状負極を受け止める場合に比してゲル状負極の収容量が増し、反応面積が増加することは明らかである。また、その薄さにより変形しやすくなり、過放電時のゲル状負極の膨張をその変形により電池ケース底面に形成された凹部の空間に逃がして膨張を吸収しやすくする。
【００１２】
底部セパレータの厚さは０．０３ｍｍ以下では均質な状態に薄膜を作ることが難しく強度も低下する。厚さを０．２ｍｍ以上にすると変形による膨張の吸収作用が低下するので、この範囲内の厚さが適正なものとなる。
【００１３】
また、底部セパレータは、イオン透過シートにより形成することにより、その立ち上がり部分が正極合剤ペレットとゲル状負極との間に介在しても反応を阻害することはない。
【００１４】
また、底部セパレータは、四角形のシートから形成されるようにすることにより、原紙からの切り出しのロスをなくすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１（ａ）において、本実施形態に係るアルカリ乾電池は、底部に正極凸部６を外方に向けて突出形成することにより有底円筒形ケース内の底面に凹部が形成された正極端子一体型の電池ケース１内に、その外側から正極合剤ペレット２、筒状セパレータ３及び底部セパレータ５、ゲル状負極４の順に収納し電池ケース１の開口端を封口板７で封口すると共に、ゲル状負極４中に挿入された負極集電棒９に負極端子８を接続して構成されている。このアルカリ乾電池の底部は、図１（ｂ）に拡大図示するように、円筒形に形成された筒状セパレータ３の端部をその外側から包み込む立ち上がり部５ａを設けた底部セパレータ５が配設され、ゲル状負極４と正極端子となる電池ケース１との間が内部短絡しないように隔離している。
【００１７】
前記筒状セパレータ３は、化学繊維による不織布によって形成されたセパレータ原紙を４枚重ねになるように巻回して円筒形に形成される。また、底部セパレータ５は、イオンのみを透過させる微孔性フィルムを用いて形成されるもので、ここではセロファンの両面に不織布をラミネートして、その厚さが０．０３〜０．２ｍｍとなるように形成された原紙を、一辺の長さが前記セパレータ３の直径より大きな正方形に切断して用いている。底部セパレータ５は円形のシートから形成してもよいが、円形の場合では原紙（フープ材）からの切り出し時にロス部分が多く、このロス部分が切り出し屑として残り、屑処理の手間が必要となるので、四角形に形成することが望ましい。これらの筒状セパレータ３及び底部セパレータ５は、電池ケース１内に正極合剤ペレット２が収納された後、治具を用いて筒状セパレータ３の先端を底部セパレータ５が包み込むような状態にして電池ケース１内に同時に挿入される。この後、筒状セパレータ３と底部セパレータ５とにより囲まれた中央空間内にゲル状負極４を収納し、電池ケース１の開口端を封口板７及び負極端子８で封口する。
【００１８】
上記構成により、ゲル状負極４の下部は、薄い底部セパレータ５のみで電池ケース１の底面との間を絶縁した状態で収納されるので、図示するように正極合剤ペレット２と筒状セパレータ３を介して対面する反応面に段差が生じず、ゲル状負極４の収容量も増加するので、放電性能の向上を図ることができる。また、底部セパレータ５の立ち上がり部５ａが筒状セパレータ３と正極合剤ペレット２との間に介在することになるが、前記のように底部セパレータ５はイオン透過性フィルムにより形成されているので、反応を阻害することはない。
【００１９】
また、底部セパレータ５は０．０３〜０．２ｍｍの厚さに薄く形成され、その下面に正極凸部６の空間が存在しているので、過放電によりゲル状負極４が膨張したときには、図２に示すように、底部セパレータ５は正極凸部６を形成した凹部側に変形して、ゲル状負極４の膨張を吸収することができる。従って、ゲル状負極４の膨張による内圧上昇により封口板７のベント７ａが破断して漏液が発生することが防止される。底部セパレータ５を０．２ｍｍより厚くすると、このような変形によるゲル状負極４の膨張を吸収する作用は充分になされない。また、０．０３ｍｍより薄くすることは、均質な薄膜を得ることが困難となり、充分な強度を得ることも難しくなる。前記薄肉部７ａは、電池の短絡や逆装填等の誤った使用により内圧が異常上昇した際に破断して内圧を外部に開放して電池の破裂を防止するもので、ゲル状負極４の膨張で破断することは望ましくなく、ゲル状負極４の底部が薄い底部セパレータ５のみで形成されていることが有効に作用する。
【００２０】
また、底部セパレータ５は、その周辺部を立ち上げた立ち上がり部５ａにより筒状セパレータ３の底部側を外側から包み込むように形成され、立ち上がり部５ａは筒状セパレータ３と正極合剤ペレット２との間に挟まれた状態になるので、落下等の大きな衝撃や輸送時の振動を受けた際に、ゲル状負極４の流動に伴って位置移動することがなく、ゲル状負極４の漏れ出しによる内部短絡は防止される。
【００２１】
尚、本実施形態では、電池ケース１は正極端子一体形として形成されているが、有底円筒形ケースの底面に正極端子を取り付けるための凹部を形成し、この凹部形成により底面の外方に膨らんだ膨出部に被せて正極端子を別付けする正極端子別体形の電池ケースにおいても、ケース底面に形成された凹部をゲル状負極の膨張を吸収する空間に利用することができる。
【００２２】
以上説明したように、本構成では筒状セパレータ３の下部には内側への絞り込みがなく、ゲル状負極４の底部は薄い底部セパレータ５だけで隔離しているので、従来構成においてセパレータの底部絞り込みの厚さを吸収してゲル状負極４と正極合剤ペレット２との反応面を少しでも一致させるべく電池ケース１の底部に形成される段差部１ａを設けずに電池ケース１を形成することもできる。即ち、図３に示すように、電池ケース１の底面は正極凸部６が形成されただけで、段差部１ａのない形状に形成することもできる。この場合でも、底部セパレータ５は薄いのでゲル状負極４と正極合剤ペレット２との間の反応面に大きな段差を生じさせない。
【００２３】
上記構成により達成される漏液防止性能及び放電性能の向上について、実証テストを実施した結果について以下に説明する。実証テストは、単三形アルカリ乾電池（ＬＲ６）について、従来構造により製造したものと、本実施構造により製造したものとを比較検証した。
【００２４】
まず、漏液については、電池が新旧混用して用いられた場合、あるいは使用機器のスイッチの切り忘れによる過放電状態を想定して、一定負荷のもと、通常寿命の１００％〜５００％の過放電を行い、環境温度４５℃で３ヵ月保存した後の漏液発生数を求めた。この結果は、表１に示すように、従来構成の場合では２００％以上の放電がなされると、多くの漏液が発生し、５００％の放電にいたっては重負荷の場合では全数漏液が発生している。これに比して、本構成の場合では、５００％の放電でも１０本のサンプル数のうち１〜２本に漏液が発生するのみで、底部セパレータ５によるゲル状負極４の膨張吸収の効果が発揮されている。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
次に、放電性能については、１０００ｍＡ及び５００ｍＡの定電流連続放電を行い、終止電圧が０．９Ｖになるまでの時間を測定した。この結果は、表２に示すように、従来構成に比して放電性能が向上していることが明確であり、筒状セパレータ３の底部の絞り込みを廃止して、底部セパレータ５のみでゲル状負極４を受ける構成により、ゲル状負極４の収納量が増加し、ゲル状負極４と正極合剤ペレット２との間の反応面が一致した効果が発揮されていることがわかる。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、ゲル状負極の底部は薄い底部セパレータのみで電池ケースとの間を隔離しているので、ゲル状負極の収容量が増し、ゲル状負極と正極合剤ペレットとの間の反応面の高さが一致して放電性能を向上させたアルカリ乾電池を構成することができる。また、底部セパレータは筒状セパレータの底部側をその外側から包み込むようにして配設されるので、強い衝撃や振動を受けたときにも位置ずれせず、ゲル状負極の漏れ出しによる内部短絡を発生させることがない。また、過放電によるゲル状負極の膨張は底部セパレータが電池ケース底面に形成された凹部の空間側に変形して吸収するので、ゲル状負極の膨張に伴う漏液は防止され、信頼性の高いアルカリ乾電池を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るアルカリ乾電池の構成を示す（ａ）は１／２断面図、（ｂ）は底部の拡大断面図。
【図２】ゲル状負極の膨張を底部セパレータの変形により吸収する状態を示す断面図。
【図３】電池ケースの底面の段差部をなくした構成を示す断面図。
【図４】従来技術に係るアルカリ乾電池の構成を示す（ａ）は１／２断面図、（ｂ）は上部の拡大断面図、（ｃ）は底部の拡大断面図。
【符号の説明】
１  電池ケース
２  正極合剤ペレット
３  筒状セパレータ
４  ゲル状負極
５  底部セパレータ
５ａ  立ち上がり部
６  正極凸部
７  封口板
７ａ  薄肉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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