(57)【要約】【課題】絶縁不良が少なく、かつ生産性に優れた円筒形電池を提供する。【解決手段】正極端子を兼ねる有底円筒形状の正極容器１１と、前記正極容器１１内に配置された有底円筒形状のセパレータ１５と、前記正極容器１１の内周面と前記セパレータ１５の外周面の間に配置された正極合剤１４と、前記セパレータ１５内に充填されたゲル状負極１９とを備える円筒形電池であって、前記セパレータ１５の円筒部１５ａは、セパレータ原紙を着色された接着剤で円筒形状に貼り合せたものであることを特徴とする円筒形電池。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子を兼ねる有底円筒形状の正極容器と、前記正極容器内に配置された有底円筒形状のセパレータと、前記正極容器の内周面と前記セパレータの外周面の間に配置された正極合剤と、前記セパレータ内に充填されたゲル状負極とを備える円筒形電池であって、
前記セパレータの円筒部は、セパレータ原紙を着色された接着剤で円筒形状に貼り合せたものであることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
前記接着剤の着色は食品添加物によりなされていることを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。
【請求項３】
前記接着剤の着色は、染料系インクによりなされていることを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ乾電池のような円筒形電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコン、ＣＤプレーヤー、ＭＤプレーヤー、液晶テレビ等の携帯用ＡＶ機器、また、デジタルカメラ、携帯電話などの超重負荷、重負荷の用途が最近のアルカリ乾電池に要求されてきている中で、正負極充填量増加、すなわち高容量化に伴い、セパレータの薄膜化が進行している。
【０００３】
アルカリ乾電池のような円筒形電池のセパレータには、セパレータ原紙を接着剤で円筒形状に貼り合せた円筒部に底板部を一体化させたものが使用されている。円筒部と底板部との接着は例えば熱圧着によりなされており、特許文献１に示すように円筒状セパレータ（円筒部）の端面と底セパレータ（底板部）に浸透させる液体を着色することにより高い熱圧着強度を得られることが知られている。
【０００４】
一方、セパレータの円筒部の加工には接着剤が使用されており、セパレータ原紙の厚さを薄くすると、僅かな接着不良が元で絶縁不良に至りやすくなるという問題点がある。すなわち、セパレータの円筒部の接着にむらがあると、セパレータを正極容器内に挿入する際に剥がれやすくなる。セパレータ原紙の厚さが薄いと、この剥がれた部分が破れやすいため、絶縁不良の増加と製造ラインの稼働率低下が顕著になる。この対策としてセパレータの複数回巻きによる電気抵抗の増加やラインスピードの減速等を行うことが考えられるが、電池容量および稼働率の低下等を招くことになる。
【特許文献１】特開２００２−２１６７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、絶縁不良が少なく、かつ生産性に優れた円筒形電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る円筒形電池は、正極端子を兼ねる有底円筒形状の正極容器と、前記正極容器内に配置された有底円筒形状のセパレータと、前記正極容器の内周面と前記セパレータの外周面の間に配置された正極合剤と、前記セパレータ内に充填されたゲル状負極とを備える円筒形電池であって、
前記セパレータの円筒部は、セパレータ原紙を着色された接着剤で円筒形状に貼り合せたものであることを特徴とする。
【０００７】
接着剤の色は白色もしくは乳白色で、セパレータ原紙の色と同系統であるため、接着剤の塗布状態を正確に把握することは非常に困難であった。上述した円筒部を使用することにより、接着剤の塗布分布の確認を容易に行うことができるため、円筒状に成形されてはいるが接着が不十分なセパレータの判別を高精度で行うことが可能になる。その結果、正極容器内に収納する際のセパレータ円筒部の剥がれを低減することができるため、負極ゲルのセパレータからの染み出しによる絶縁不良を抑制することができると共に、セパレータの破れによる製造ラインの停止を回避することができる。
【０００８】
さらに、セパレータ原紙を薄くした際にも巻き数増加をすること無く、つまりは接着剤量を増加させる必要がないため、電気抵抗の上昇も回避することができる。また、製造ラインの停止が少なくなるばかりか、ラインスピードの減速も不要となるため、製造ラインの稼動率を向上することができる。
【０００９】
さらに、着色度合いで接着強度を確認することができるため、センサ等による人手によらない管理が可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、絶縁不良が少なく、かつ生産性に優れた円筒形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、円筒形電池を構成する正極合剤、セパレータ及びゲル状負極について説明する。
【００１２】
１）セパレータ
セパレータは、円筒部と、円筒部の一方の開口端に配置される底板部とを有する。
【００１３】
円筒部は、セパレータ原紙を着色された接着剤で円筒形状に貼り合せることにより加工される。加工方法としては、平巻き方式、スパイラル方式等を挙げることができる。平巻き方式の場合、図１に示すように、帯状のセパレータ原紙１の両方の長辺部１ａ，１ｂに着色された接着剤を塗布し、これを短辺側を捲回軸として渦巻き状に捲回することにより円筒部を得る。あるいは、帯状のセパレータ原紙１の長辺部１ａ，１ｂに接着剤を塗布することなく、短辺側を捲回軸として渦巻き状に捲回した後、短辺側の巻き終り端部のコーナ１ｃ，１ｄまたは短辺側の巻き終り端部全体に着色接着剤を塗布して固定し、円筒部を得る。スパイラル方式の場合、図２に示すように、帯状のセパレータ原紙２〜４を３組用意する。それぞれの長辺部５〜１０に着色された接着剤を塗布する。セパレータ原紙２〜４を少しずつずらしながら重ね合わせつつ、渦巻状に捲回することにより円筒部を得る。なお、使用するセパレータ原紙の枚数は３枚に限らず、２枚または４枚以上にすることが可能である。
【００１４】
セパレータ原紙としては、例えば、不織布などの絶縁性の多孔質シートを挙げることができる。セパレータ原紙は、親水性を有する材料から形成されていることが好ましい。
【００１５】
セパレータ原紙の厚さは１００〜１４０μｍの範囲にすることができる。セパレータ原紙の厚さを１００μｍ未満にすると、接着剤が均一に塗布されていてもセパレータの強度不足によりセパレータに破れを生じる恐れがある。一方、セパレータ原紙の厚さが１４０μｍを超えると、高容量を得られない可能性がある。より好ましい範囲は１１０〜１３０μｍである。
【００１６】
接着剤としては、例えば、酢酸ビニル樹脂を主成分とするものを挙げることができる。
【００１７】
接着剤に添加する着色剤としては、天然色素及び／または合成色素を含む食品添加物、染料を含有するインク等が好ましい。中でも、食品添加物は、毒性が低いために電池内での副反応の恐れを少なくすることができ、好ましい。また、食品添加物は、粉末にすることが容易なため、濃度調整が容易であるという利点もある。
【００１８】
天然色素を含む食品添加物としては、紅麹色素を含む赤色系（例えば、品名がＫＣレッドＭＹ、ＫＣレッドＭＡ、ＫＣレッドＭＡ−２、ＫＣレッドＭＲ、ＫＣレッドＭＲ−２）、緑色素製剤（例えば、品名がＫＣグリーンＭ、ＫＣグリーンＧＯ−２）、クチナシ青色色素（例えば、品名がＫＣブルーＮｏ．５Ｐ、ＫＣブルーＫＢ−６、ＫＣブルーＮｏ．９）、青色色素系（例えば、品名がＫＣブルーＫＢ−１５）、アントシアニン系色素を含む赤色系（例えば、品名がＫＣレッドＡＣ、ＫＣレッドＲＡ−２０、ＫＣレッドＲＡ−２、ＫＣレッドＲＣ−５、ＫＣレッドＥＬ、ＫＣレッドＲＤ−２、ＫＣレッドＭＶ、ＫＣレッドＮＮＫ、しそカラー２０、しそカラー１００）等を挙げることができる。
【００１９】
合成色素を含む食品添加物としては、赤系食品添加物（例えば赤色１０２号）等を挙げることができる。
【００２０】
インクは、電池内での副反応の恐れを少なくできることから、染料系が望ましい。
【００２１】
インクの重金属濃度は１ｐｐｍ以下が好ましい。これは、重金属濃度が１ｐｐｍを超えると、電解液に混入した重金属によって副反応を生じる恐れがあるからである。重金属としては、例えば、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｈｇ等が挙げられる。
【００２２】
重金属濃度が１ｐｐｍ以下の染料系インクとしては、例えば、Shachihata スタンプインキ（ゾルスタンプ台専用）Ｓ−１，Ｓ−３（シャチハタ株式会社）の赤、藍色、緑を挙げることができる。
【００２３】
着色剤の色の種類は、視認性の点から、赤、青、緑が好ましい。
【００２４】
着色剤の添加量は、接着剤１００重量部に対して０．５〜１０重量％にすることが望ましい。添加量を０．５重量％未満にすると、視認性が不十分となる恐れがある。一方、添加量が１０重量％を超えると、接着剤の接着機能が損なわれる恐れがある。添加量のより好ましい範囲は０．５〜５重量％で、さらに好ましい範囲は０．５〜３重量％である。
【００２５】
底板部は、セパレータ原紙から形成することが可能である。セパレータ原紙としては、円筒部で説明したのと同様なものを挙げることができる。底板部は、円筒部に例えば熱圧着により一体化することができる。
【００２６】
２）正極合剤
正極合剤は、正極作用物質を含むもので、必要に応じて導電剤及び結着剤を含有させることができる。正極作用物質としては、例えば、二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル等を挙げることができる。
【００２７】
３）ゲル状負極
ゲル状負極には、例えば、無汞化亜鉛合金粉末、アルカリ電解液及びゲル化剤（例えばポリアクリル酸）を含むゲル状亜鉛負極を使用することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態であるアルカリ乾電池を図３を参照して説明する。
【００２９】
正極缶（正極容器）１１は、有底円筒状で、底面が外側に凸状に張り出しており、この凸部は正極端子１２として機能する。また、正極缶１１の開口部付近には、後述する絶縁ガスケットが配置されるように内方に突出した段差１３（ビード部）が設けられている。正極缶１１は、例えば、ニッケルメッキまたはニッケル合金メッキ層を形成した冷間圧延鋼板材のような金属から形成することが可能である。
【００３０】
正極缶１１の内周面のうち、段差１３よりも上方に位置する部分には、黒鉛粉末を主成分とする導電性被膜（図示しない）が形成されている。
【００３１】
円筒形状の正極合剤１４は、正極缶１１内に収納され、その外周面が正極缶１１の内面の導電性被膜と接している。正極合剤１４は、例えば、正極作用物質と導電剤を混合し、これを成形型を用いて所定の圧力で中空円筒状に加圧成形することにより得られる。有底円筒状のセパレータ１５は、セパレータ原紙を着色された接着剤で円筒形状に貼り合せることにより加工された円筒部１５ａと、円筒部１５ａの開口部に一体化された底板部１５ｂとを有する。このようなセパレータ１５は、正極合剤１４の中空部内に配置されている。
【００３２】
二重環状構造の絶縁ガスケット１６は、正極缶１１内にセパレータ１５の開口部を塞ぐように配置されている。絶縁ガスケット１６は、例えばナイロン６，６のようなポリアミド樹脂から形成されている。負極端子板１７は、正極缶１１の封口板を兼ねているもので、正極缶１１の開口部に絶縁ガスケット１６を介してカシメ固定されている。負極端子板１７は、例えば、ニッケルメッキまたはニッケル合金メッキ層を形成した冷間圧延鋼板材のような金属から形成することが可能である。金属製ワッシャー１８は、絶縁ガスケット１６の二重環状部の間に介在されている。
【００３３】
ゲル状負極１９は、セパレータ５内に充填されている。例えば真鍮製の負極集電棒２０は、負極端子板１７の内面に固定され、絶縁ガスケット１６を貫通し、先端部がゲル状負極１９中に挿入されている。
【００３４】
[実施例]
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００３５】
（実施例１）
予め厚さ１〜２μｍのニッケル−鉄合金メッキ層を形成した冷間圧延鋼板材を使用し、有底円筒形の正極缶を作製した。この正極缶の内面に開口部のガスケットと接する部分を除いて黒鉛粉末を主成分とする導電性被膜を形成した。導電性被膜の塗布方法は、黒鉛粉末を主成分とする導電性塗料をメチルエチルケトン等の低沸点有機溶剤にて希釈し、スプレーガンによって霧状に正極缶内面に塗布することによって行ない、正極缶開口部のガスケットに接する部分には塗布しないようにした。導電塗料をスプレーガンにて塗布した後、乾燥機にて溶剤を蒸発させた。残った導電膜の厚さは１〜１０μｍ程度が望ましい。
【００３６】
二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末を混合し、これを成形型を用いて所定の圧力で中空円筒状に加圧成形することにより正極合剤を得た。放電容量の高容量化のために正極合剤中の黒鉛粉末含有率は３〜１０重量％にすることが好ましい。
【００３７】
ビニロン及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維の不織布からなる厚さ４０μｍのセパレータ原紙を３枚用意し、それぞれの原紙の長辺部に着色済みの接着剤を塗布した。接着剤には、酢酸ビニル樹脂を主成分として含むものを使用した。この接着剤１００ｇに対し、緑色の染料系インク（シャチハタ株式会社のShachihata スタンプインキ（ゾルスタンプ台専用）Ｓ−１で、重金属（Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ及びＨｇ）含有量が０ｐｐｍ）を０．５重量％添加し、接着剤を着色した。次いで、３枚のセパレータ原紙からスパイラル方式によって円筒部を作製した。
【００３８】
ビニロン及びＰＶＡ繊維の不織布からなる厚さ４０μｍのセパレータ原紙を円形に打ち抜き、底板部を得た。円筒部の一方の開口端に底板部を熱圧着し、有底円筒形状のセパレータを得た。
【００３９】
無汞化亜鉛合金粉末、アルカリ電解液及びゲル化剤としてのポリアクリル酸を混合し、ゲル状亜鉛負極を得た。
【００４０】
導電性被膜が形成された正極缶、正極合剤、セパレータ及びゲル状亜鉛負極を用いて、前述した図１に示すＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１で説明したのと同様な接着剤に天然色素を原料とした赤色の食品添加物（品名  KCレッド MA-2）を０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４２】
（実施例３）
実施例１で説明したのと同様な接着剤に合成色素を原料とした赤色の食品添加物（品名  赤色102号）を０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４３】
（実施例４）
赤色の染料系インク｛シャチハタ株式会社のShachihata スタンプインキ（ゾルスタンプ台専用）Ｓ−１；重金属（Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ及びＨｇ）含有量が０ｐｐｍ｝に酸化鉛をＰｂ濃度が１ｐｐｍになるように添加した。これを実施例１で説明したのと同様な接着剤に０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４４】
（実施例５）
実施例１で説明したのと同様な接着剤に藍色の染料系インク（シャチハタ株式会社のShachihata スタンプインキ（ゾルスタンプ台専用）Ｓ−１で、重金属（Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ及びＨｇ）含有量が０ｐｐｍ）を０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４５】
（実施例６）
実施例１で説明したのと同様な接着剤に天然色素を原料とした緑色の食品添加物（品名  KCグリーンM）を０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４６】
（実施例７）
実施例１で説明したのと同様な接着剤に天然色素を原料とした青色の食品添加物（品名  KCブルーKB-15）を０．５重量％添加し、接着剤を着色すること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４７】
（実施例８）
着色剤の添加量を３重量％にすること以外は、前述した実施例２と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４８】
（実施例９）
着色剤の添加量を５重量％にすること以外は、前述した実施例２と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００４９】
（実施例１０）
着色剤の添加量を１０重量％にすること以外は、前述した実施例２と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）のアルカリ乾電池を組み立てた。
【００５０】
（比較例）
接着剤を着色しないこと以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。
【００５１】
得られた実施例１〜１０及び比較例のアルカリ乾電池において、剥がれ調査、電気特性及びライン稼働率比較を実施した。その結果を下記表１に示す。剥がれ調査はセパレータの円筒部に底板部を一体化させる前に行い、１万個中の剥がれ数を表１に示した。開回路電圧（ＯＶ）、内部抵抗（Ｉｍｐ）、閉回路電圧（ＣＶ）及び短絡電流（ＳＣ）は、電池１０００個の平均値を示した。また、稼働率（％）は、｛（６０万個の電池を製造するのに要した時間−セパレータ不良によるラインの休止時間）／（前記製造時間）×１００｝から算出した。
【表１】
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【００５２】
表１から明らかなように、セパレータの円筒部を作製する際に使用する接着剤を着色した実施例１〜１０では、セパレータの剥がれがなく、電圧、抵抗及び短絡電流の電気特性に優れ、製造ラインの稼働率も比較例に比して約１０％の向上が見られ、効果の大きさが確認された。
【００５３】
実施例２，８〜１０の比較により、着色剤の添加量を０．５〜１０重量％、０．５〜５重量％、０．５〜３重量％と少なくするに従って、セパレータの剥がれ数が減少し、電気特性が良好になることがわかる。
【００５４】
これに対し、着色なしの接着剤を使用した比較例では、セパレータの剥がれが多いために稼働率が低くなるばかりか、剥がれ検査の精度が低いために組立後に剥がれて微小短絡を生じるものがあり、短絡電流の平均値が実施例１〜１０に比べて低くなった。
【００５５】
以上説明したように、接着剤を着色することにより、アルカリ乾電池製造方法のセパレータ工程における剥がれ及び破れの発生を少なくすることができ、また、不良品の選別精度を向上できることから電池特性を良好にすることができる。さらに、稼働率の向上も見込める。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】セパレータの円筒部の作製方法の一例である平巻き方式を示す模式図。
【図２】セパレータの円筒部の作製方法の一例であるスパイラル方式を示す模式図。
【図３】本発明の一実施形態であるアルカリ乾電池を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１〜４…セパレータ原紙、１１…正極缶、１２…正極端子、１４…正極合剤、１５…セパレータ、１５ａ…円筒部、１５ｂ…底板部、１６…絶縁ガスケット、１７…負極封口板、１８…金属ワッシャー、１９…ゲル状負極、２０…負極集電棒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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