(57)【要約】【課題】電解液の漏洩を防止可能な偏平形電池を提供する。【解決手段】偏平形電池１０は、正極缶１と、正極合剤２と、セパレータ３と、電解液保持層４と、ガスケット５と、負極合剤６と、負極缶７とを備える。正極合剤２は、酸化銀と、黒鉛とからなり、電解液を含む。また、正極合剤２は、正極缶１の底面１Ａに接する凹部２１を有する。凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａの面内方向において正極合剤２の略中央部に形成される。また、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａから上に凸の放物線状の断面形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極缶と、
前記正極缶内に配置されるとともに電解液を含み、前記正極缶の底面に接する凹部を有する正極合剤と、
前記正極合剤上に配置された負極合剤と、
前記正極合剤と前記負極合剤との間に配置されたセパレータとを備える偏平形電池。
【請求項２】
前記凹部は、前記正極合剤の面内方向において前記正極合剤の略中央部に設けられている、請求項１に記載の偏平形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化銀を正極合剤に用いた偏平形電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化銀を正極合剤に用いた偏平形電池は、小型化および高容量化が可能であるため、軽負荷で長時間駆動させることができる時計、および医療機器等に用いられている。
【０００３】
このような偏平形電池として、従来、酸化銀を活物質とする正極合剤と、亜鉛または亜鉛合金を活物質とする負極合剤と、セパレータと、電解液とを備えた偏平形電池が知られている（特許文献１）。
【０００４】
そして、正極合剤、負極合剤、セパレータ、および電解液は、正極缶、負極缶および環状ガスケットによって形成される空間内に含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２０５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の偏平形電池においては、正極缶のかしめ時に電解液が漏洩し易いという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電解液の漏洩を防止可能な偏平形電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、偏平形電池は、正極缶と、正極合剤と、負極合剤と、セパレータとを備える。正極合剤は、正極缶内に配置されるとともに電解液を含み、正極缶の底面に接する凹部を有する。負極合剤は、正極合剤上に配置される。セパレータは、正極合剤と負極合剤との間に配置される。
【０００９】
好ましくは、凹部は、正極合剤の面内方向において正極合剤の略中央部に設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の実施の形態による偏平形電池は、正極缶の底面に接する凹部を有する正極合剤を備える。その結果、偏平形電池を作製する際、電解液を正極缶の底面に滴下し、凹部が正極缶の底面に接するように正極合剤を正極缶内に挿入すると、電解液は、凹部に溜まり、凹部から正極合剤に浸み込む。
【００１１】
従って、正極缶をかしめる時に電解液が外部へ漏洩するのを防止できる。
【００１２】
また、この発明の実施の形態による偏平形電池においては、凹部は、正極合剤の面内方向において正極合剤の略中央部に設けられている。その結果、偏平形電池を作製する際、電解液を正極缶の底面の略中央部に滴下すれば、電解液は、凹部に溜まり易くなる。
【００１３】
従って、正極缶をかしめる時に電解液が外部へ漏洩するのを正確に防止できる。また、電解液を正極缶の底面の略中央部に滴下することは容易であるので、偏平形電池の生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態による偏平形電池の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す正極合剤の断面図および平面図である。
【図３】図１に示す偏平形電池の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態による偏平形電池の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による偏平形電池１０は、正極缶１と、正極合剤２と、セパレータ３と、電解液保持層４と、ガスケット５と、負極合剤６と、負極缶７とを備える。
【００１７】
正極缶１は、中空の略円板形状からなる。正極缶１は、例えば、鉄にニッケルをメッキした構成からなる。そして、正極缶１は、正極端子を兼ねる。
【００１８】
正極合剤２は、粉末状の酸化銀と、黒鉛とからなり、電解液を含む。酸化銀は、正極活物質であり、黒鉛は、導電助剤である。なお、粉末状の酸化銀の粒径は、例えば、０．１〜５μｍである。
【００１９】
粉末状の酸化銀の重量比率は、正極合剤２全体に対して９５〜９９．８重量％の範囲であり、黒鉛の重量比率は、正極合剤２全体に対して０．２〜５重量％の範囲である。
【００２０】
また、正極合剤２は、概略、円板形状からなり、底面２Ａ側に凹部２１を有する。そして、正極合剤２は、正極缶１の底面１Ａおよび側面１Ｂに接するように正極缶１内に配置される。その結果、正極合剤２の凹部２１は、正極缶１の底面１Ａに接する。このように、正極合剤２は、正極缶１の底面１Ａに接する凹部２１を有する。
【００２１】
セパレータ３は、正極合剤２に接して正極合剤２上に配置される。そして、セパレータ３は、例えば、特定の重合体で構成されるグラフトフィルムと、セロハンフィルムとを積層した構成からなる。
【００２２】
電解液保持層４は、セパレータ３の負極合剤６側の表面に接して配置される。電解液保持層４は、電解液を保持し、発電効率をより高めるための要素である。そして、電解液保持層４は、例えば、公知の電池のセパレータに用いられているビニロン−レーヨン混抄紙等からなる。
【００２３】
ガスケット５は、全体的には環状形状を有し、断面がＬ字形状である。そして、ガスケット５は、例えば、ナイロン６６等からなる。ガスケット５は、正極缶１の開口端縁に接して正極缶１と負極缶７との間に配置される。
【００２４】
負極合剤６は、電解液保持層４に接して負極缶７内に配置される。負極合剤６は、亜鉛または亜鉛合金からなり、アルカリ電解液を含む。亜鉛または亜鉛合金は、負極活物質である。そして、亜鉛合金は、例えば、インジウムまたはビスマスを含む。
【００２５】
負極合剤６は、亜鉛または亜鉛合金にアルカリ電解液を加えることによって作製される。
【００２６】
また、負極合剤６は、必要に応じてゲル化剤を更に含む。ゲル化剤は、ポリアクリル酸ソーダおよびカルボキシメチルセルロース等からなる。この場合、負極合剤６は、亜鉛または亜鉛合金とゲル化剤とに、アルカリ電解液を加えることによって作製される。
【００２７】
亜鉛または亜鉛合金は、粉末状であることが好ましい。亜鉛または亜鉛合金が粉末状である場合、その表面積が大きくなるので、負極活物質としての作用がより高められ、偏平形電池１０の負荷特性が更に向上する。
【００２８】
亜鉛または亜鉛合金の粉末の具体的な態様としては、全粉末中、粒径が１００〜２００μｍの粉末の割合が５０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましい。
【００２９】
また、亜鉛または亜鉛合金としては、水銀または鉛を含有していないものが好ましい。このような亜鉛または亜鉛合金を使用した偏平形電池であれば、例えば、人体内において、電池内部の亜鉛または亜鉛合金が漏れ出した場合においても、人体への悪影響を最小限に抑えることができ、また、電池の廃棄による環境汚染も抑制できるからである。
【００３０】
なお、上述した亜鉛または亜鉛合金の粒径は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌ社製のマイクロトラック粒度分布計「９３２０−Ｘ１００」を用いて、レーザ光の散乱により、粒子数ｎおよび各粒子の直径ｄを測定し、算出した平均粒子径である。
【００３１】
負極缶７は、その開口端部がガスケット５の内周縁に接するように配置される。負極缶７は、例えば、銅または銅合金と、ステンレス鋼と、ニッケルとを含む。銅または銅合金は、負極缶７のうち、負極合剤６に接する面側に形成される。そして、銅合金は、例えば、黄銅からなる。ニッケルは、負極缶７のうち、負極合剤６に接する面と反対側の面に形成される。
【００３２】
そして、負極缶７は、負極端子を兼ねる。
【００３３】
電解液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物からなる。そして、水酸化カリウムが電解液として特に好ましい。電解液の濃度は、例えば、水酸化カリウムの水溶液の場合、水酸化カリウムが２０重量％以上、より好ましくは３０重量％以上であって、４０重量％以下、より好ましくは３８重量％以下である。水酸化カリウムの水溶液の濃度をこのような値に調整することによって、導電性に優れた電解液とすることができる。
【００３４】
また、電解液には、上記の各成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて公知の各種添加剤を添加してもよい。例えば、負極合剤６に用いる亜鉛の腐食（酸化）を防止するために、酸化亜鉛を添加してもよい。
【００３５】
偏平形電池１０においては、負極合剤６を内填した負極缶７が断面Ｌ字状のガスケット５を介して正極缶１の開口端部と嵌合しており、正極缶１の開口端部が内方へ締め付けられる。これによって、ガスケット５が負極合剤６に当接する。その結果、正極缶１の開口部が封口され、偏平形電池１０の内部が密閉構造になる。
【００３６】
図２は、図１に示す正極合剤２の断面図および平面図である。図２において、（ａ）は、正極合剤２の断面図であり、（ｂ）は、正極缶１の底面１Ａ側から見た正極合剤２の平面図である。
【００３７】
図２を参照して、正極合剤２は、例えば、５．４ｍｍの直径Ｒと、例えば、０．４３ｍｍの厚みＤとを有する。
【００３８】
凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａの面内方向において正極合剤２の略中央部に配置される。そして、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａにおいて略円形の平面形状を有し、底面２Ａにおける直径ｒは、例えば、１．９ｍｍである。また、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａから上に凸の放物線状の断面形状を有し、深さｄは、例えば、０．０５ｍｍである。
【００３９】
図３は、図１に示す偏平形電池１０の製造方法を示す工程図である。なお、図３においては、正極合剤２は、見易くするために工程（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｈ），（ｉ）において拡大されて図示されており、負極合剤６は、見易くするために工程（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）において拡大されて図示されている。
【００４０】
図３を参照して、偏平形電池１０の製造が開始されると、９５〜９９．８重量％の酸化銀と、０．２〜５重量％の黒鉛とを混合し、その混合した混合粉を板状に加圧成形する。そして、その加圧成形した板状の混合粉を打ち抜き、各々が円板形状を有する複数の正極合剤２を作製する（工程（ａ）参照）。この場合、正極合剤２の打ち抜きと同時に、凹部２１が形成される。
【００４１】
正極合剤２の作製後、ニッケルをメッキした鉄をプレス加工して正極缶１を作製し、その作製した正極缶１の略中央部に電解液１１を滴下する（工程（ｂ）参照）。
【００４２】
その後、凹部２１が正極缶１の底面１Ａに接するように、電解液１１が滴下された正極缶１内に正極合剤２を挿入する（工程（ｃ）参照）。これにより、電解液１１は、凹部２１内に溜まるとともに、凹部２１から正極合剤２に浸み込む。
【００４３】
引き続いて、セパレータ３を正極合剤２に接して正極合剤２上に配置し、電解液保持層４をセパレータ３に接してセパレータ３上に形成する。そして、電解液保持層４の略中央部に電解液１２を滴下する（工程（ｄ）参照）。
【００４４】
一方、工程（ａ）〜（ｄ）と並行して、負極合剤６および負極缶７の作製、および負極合剤６の負極缶７への挿入等が行なわれる。
【００４５】
即ち、亜鉛または亜鉛合金からなる粉末にアルカリ電解液を加えて板状の粉末を作製する。そして、その作製した板状の粉末を打ち抜き、各々が円板形状を有する複数の負極合剤６を作製する（工程（ｅ）参照）。
【００４６】
銅または銅合金と、ステンレス鋼と、ニッケルとからなる金属板をプレス加工して負極缶７を作製する。そして、その作製した負極缶７に負極合剤６を挿入する（工程（ｆ）参照）。
【００４７】
その後、負極合剤６が挿入された負極缶７の開口端部が環状のガスケット５の内側に接するように負極缶７をガスケット５に嵌合する（工程（ｇ）参照）。
【００４８】
引き続いて、ガスケット５の内側に嵌合された負極缶７を負極合剤６が電解液保持層４に接するように正極缶１内に配置する（工程（ｈ）参照）。
【００４９】
そして、正極缶１の開口端部をかしめる。これによって、偏平形電池１０が完成する（工程（ｉ）参照）。
【００５０】
この発明の実施の形態においては、正極合剤２は、正極缶１の底面１Ａに接する凹部２１を有するので、電解液１１は、凹部２１に溜まり、凹部２１から正極合剤２に浸み込む。
【００５１】
従って、正極缶１の開口端部をかしめる時に、電解液が正極缶１とガスケット５との間を介して漏洩するのを防止できる。
【００５２】
また、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａの面内方向において正極合剤２の略中央部に形成されるので、偏平形電池１０を作製する場合、電解液１１を正極缶１の略中央部に滴下すれば、電解液１１は、凹部２１に溜まり易くなる。
【００５３】
従って、正極缶１の開口端部をかしめる時に、電解液の漏洩を正確に防止できる。
【００５４】
また、電解液１１を正極缶１の底面１Ａの略中央部に滴下することは、容易である。
【００５５】
従って、偏平形電池１０の生産性を向上できる。
【００５６】
なお、偏平形電池１０の製造工程においては、酸化銀と黒鉛を混合した板状の混合粉を円板形状に打ち抜いた後に、円板形状の混合粉の一方の面の略中央部を押すことによって凹部２１を形成し、複数の正極合剤２を作製するようにしてもよい。
【００５７】
上記においては、正極合剤２は、粉末状の酸化銀と、黒鉛とを含むと説明したが、この発明の実施の形態においては、好ましくは、正極合剤２は、顆粒の酸化銀と、黒鉛とを含む。
【００５８】
この場合、顆粒の酸化銀の粒径は、５０μｍ〜５００μｍであり、好ましくは、７５μｍ〜３００μｍである。また、顆粒の酸化銀の重量比率は、酸化銀が粉末からなる場合と同じである。
【００５９】
顆粒の酸化銀を用いることによって、次の効果がある。通常、酸化銀は、粒径が０．１〜５μｍの粉末状で供される。この粉末状の酸化銀を造粒して顆粒状の酸化銀を作製し、その作製した顆粒状の酸化銀を用いると、粉末の状態で用いた場合よりも抵抗が低くなる。その結果、酸化銀を用いた電池の負荷特性を向上させることができる。
【００６０】
酸化銀を粉末の状態で用いた場合には、抵抗を低減するために多量の導電助剤を添加する必要があるが、導電助剤として使用する黒鉛は、かさ密度が小さいため、黒鉛を多量に添加すると、活物質である酸化銀の充填量が低くなる。
【００６１】
しかし、顆粒状の酸化銀を用いると、秤量性が向上してバラツキが低減したり、また、加圧成形した場合に充填性が高まり、成形性が向上する。
【００６２】
従って、酸化銀の抵抗が低減するとともに、複数の正極合剤２（結果的に偏平形電池１０）を製造した場合に、個々の正極合剤２の特性が安定する。更に、導電助剤として添加する黒鉛の使用量も、粉末の酸化銀を用いる場合よりも低減でき、酸化銀の充填量を増やすこともできる。
【００６３】
更に、例えば、酸化第一銀では、黒鉛と次式のような反応を起こして還元されるため、放電性能が低下する。
【００６４】
２Ａｇ２Ｏ＋Ｃ→４Ａｇ＋ＣＯ２
しかし、顆粒の酸化銀を用いることによって、上記反応が抑制される上に、上述したように黒鉛の添加量も低減されるので、酸化銀の還元反応が更に抑制される。従って、放電特性（特に、低温重負荷特性）の低下を抑制することができる。
【００６５】
本発明に係る正極合剤２に用いる顆粒の酸化銀のかさ密度は、好ましくは、１．５ｇ／ｃｍ３〜３．５ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは、１．８ｇ／ｃｍ３〜２．６ｇ／ｃｍ３である。
【００６６】
このような形態の酸化銀であれば、粉末状の酸化銀に比べて流動性がよく、上述したように、秤量性および成形性が向上し、抵抗が低下して反応性が向上する。
【００６７】
その結果、偏平形電池１０は、負荷特性に優れたものとなり、また、製造される正極合剤２（結果的に偏平形電池１０）の個々の特性が安定化する。
【００６８】
なお、上述した酸化銀の粒径は、上述した方法によって計測された平均粒子径である。また、顆粒の酸化銀のかさ密度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６２８に規定のかさ密度測定方法に準じて、所定量の顆粒の酸化銀を容器に入れ、かさ密度測定装置を用いて求めた値である。
【００６９】
また、上記においては、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａの面内方向において正極合剤２の略中央部に形成されると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、凹部２１は、正極合剤２の底面２Ａの面内方向において正極合剤２の中央部以外の部分に形成されていてもよい。
【００７０】
更に、上記においては、凹部２１は、１個、設けられると説明したが、この発明の実施の形態においては、凹部２１は、複数個、設けられていてもよい。
【００７１】
複数個の凹部２１を設けることによって、より多くの電解液１１が凹部２１内に溜まり、電解液１１が複数の箇所から正極合剤２に浸み込む。従って、電解液の漏洩をより確実に防止できる。
【００７２】
更に、上記においては、凹部２１の断面形状は、正極合剤２の底面２Ａから上に凸の放物線状であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、凹部２１の断面形状は、矩形または円錐であってもよい。
【００７３】
更に、上記においては、凹部２１の底面２Ａにおける形状は、円形であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、凹部２１の底面２Ａにおける形状は、三角形、四角形および五角形等であってもよく、一般的には、多角形であればよい。この場合、凹部２１の断面形状は、上述したような放物線状であってもよく、矩形、三角錐、および四角錐等であってもよい。
【００７４】
更に、正極合剤２に設けられる凹部は、溝状であってもよい。この場合、溝は、単一の溝であってもよく、平行に配置された複数の溝であってもよく、相互に交差する複数の溝であってもよく、碁盤目状に配置された複数の溝であってもよい。そして、凹部の断面形状は、矩形であってもよく、Ｖ字形状であってもよい。
【００７５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明は、ボタン形またはコイン形と呼ばれる偏平形電池に適用される。
【符号の説明】
【００７７】
１  正極缶、１Ａ，２Ａ  底面、１Ｂ  側面、２  正極合剤、３  セパレータ、４  電解液保持層、５  ガスケット、６  負極合剤、７  負極缶、１０  偏平形電池、１１，１２  電解液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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