(57)【要約】【課題】負極ゲルを効果的に配置することによって、正極合剤の内周側側面の表面積の全てを正負極間のイオン交換に有効に活用することができるアルカリ電池および電池缶を提供する。【解決手段】正極集電体を兼ねる有底円筒状の電池缶２と、前記電池缶の内部に封入される、円環状の正極合剤３と、前記正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーター４と、前記セパレーターの内側に配置される負極ゲル５とを備えるインサイドアウト型アルカリ電池１であって、前記電池缶の下底の中央に正極端子２１が設置されており、前記正極端子の周縁に、前記下底と前記正極端子とを連絡する、前記底部から前記電池缶の外方へ張り出しているドーム状の緩衝部２２が設置されており、前記セパレーターは、前記緩衝部の内部に、前記セパレーターの外面が前記緩衝部の内面と密着するように収納されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体を兼ねる有底円筒状の電池缶と、
前記電池缶の内部に封入される、円環状の正極合剤と、前記正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、前記セパレーターの内側に配置される負極ゲルとを備えるインサイドアウト型アルカリ電池であって、
前記電池缶の下底の中央に正極端子が設置されており、
前記正極端子の周縁に、前記下底と前記正極端子とを連絡する、前記底部から前記電池缶の外方へ張り出しているドーム状の緩衝部が設置されており、
前記セパレーターは、前記緩衝部の内部に、前記セパレーターの外面が前記緩衝部の内面と密着するように収納されている、
ことを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
請求項１に記載のアルカリ電池に使用されることを特徴とする電池缶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電池および電池缶に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的なＬＲ６型の円筒型アルカリ電池（以下、アルカリ電池１０１とも言う）の構造を示しており、この図１では、円筒軸１００の方向を上下（縦）方向としたときの縦断面図を示している。図示したように、アルカリ電池１０１は、有底円筒状の金属製電池缶１０２、環状に成形された正極合剤３、この正極合剤３の内側に配設された有底円筒状のセパレーター４、亜鉛合金を含んでセパレーター４の内側に充填される負極ゲル５、この負極ゲル５中に挿入された棒状の金属からなる負極集電子６、皿状の金属製負極端子板７、樹脂からなる封口ガスケット８などにより構成される。このようなインサイドアウト型の構造において、正極合剤３、セパレーター４、負極ゲル５が、電解液の存在下でアルカリ電池１０１の発電要素を形成する。なお、以下では、電池缶１０２の底部側を下方として上下方向を規定することとする。
【０００３】
電池缶１０２は、電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤３に直接接触することにより、正極集電体として機能する。この電池缶１０２の底面には、中央に正極端子２１が形成され、その周縁にはたとえばアルカリ電池１０１を落下させた場合などに電池缶１０２に加わる外力を緩衝し、電池缶１０２の底部の変形を抑制する緩衝部１２２が、正極端子２１と同心状に設けられている。皿状の負極端子板７は、フランジ状の縁がある皿状で、皿を伏せたように底面を上にした状態で電池缶１０２の開口に封口ガスケット８を介してかしめられている。
【０００４】
負極ゲル５中に挿入された棒状の負極集電子６は、その上端が皿状の負極端子板７の下面７ｄに溶接されることで立設固定されている。なお、負極集電子６、負極端子板７および封口ガスケット８は封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられている。アルカリ電池１０１を組み立てる際には、発電要素が収納された電池缶１０２の開口端側に封口体を挿入するとともに、この電池缶１０２の開口を内方に縮径加工する。それによって封口ガスケット８が電池缶１０２の開口縁部と負極端子板７におけるフランジ状の縁との間に挟持され、電池缶１０２が密閉状態で封口される。
【０００５】
ところで上記アルカリ電池１０１において、セパレーター４は、正負極間（３−５）を絶縁して内部短絡を防止するとともに、電解液を吸収することで正負極間（３−５）でイオンを透過させることをその基本機能とし、矩形に裁断された１枚の不織布を円筒状に巻回したのち、縁辺同士の重複領域を熱溶着させることによって、上端に開口を有し、下端に半球状の底部を有する有底円筒状に成形される。なお、アルカリ電池１０１の構造や材料、製造方法などについては以下の非特許文献１および２に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電池便覧編集委員会編「電池便覧」、第３版、丸善株式会社、２００１年２月、ｐ．７４−１００
【非特許文献２】ＦＤＫ株式会社、”アルカリ電池のできるまで”、[online]、[平成３０年４月１２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/denchi_club/denchi_story/arukari.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のアルカリ電池１０１においては、正極合剤と負極ゲルとが対面している面積が広いほど高い放電性能が得られる。しかし、有底円筒状のセパレーターの底部においては不織布同士が溶着されているため、その厚みによって、内部に充填可能な負極ゲルの量が制約される。そのため、環状に成形された正極合剤の内周側側面の表面積の全てを正負極間のイオン交換に有効に活用することができない。
【０００８】
そこで本発明は、負極ゲルを効果的に配置することによって、正極合剤の内周側側面の表面積の全てを正負極間のイオン交換に有効に活用することができる電池缶およびアルカリ電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、正極集電体を兼ねる有底円筒状の電池缶と、前記電池缶の内部に封入される、円環状の正極合剤と、前記正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、前記セパレーターの内側に配置される負極ゲルとを備えるインサイドアウト型アルカリ電池であって、前記電池缶の下底の中央に正極端子が設置されており、前記正極端子の周縁に、前記下底と前記正極端子とを連絡する、前記底部から前記電池缶の外方へ張り出しているドーム状の緩衝部が設置されており、前記セパレーターは、前記緩衝部の内部に、前記セパレーターの外面が前記緩衝部の内面と密着するように収納されている、ことを特徴とするアルカリ電池としている。
【００１０】
また上記のアルカリ電池に使用されることを特徴とする電池缶も本発明の範囲である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負極ゲルを効果的に配置することによって、正極合剤の内周側側面の表面積の全てを正負極間のイオン交換に有効に活用することができる電池缶およびアルカリ電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的なアルカリ電池１０１を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るアルカリ電池１の正極側の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ以下で説明する。なお、説明に用いた以下の図面においては、同一又は類似の部分に同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略することがある。また、図面によっては、説明の際に不要な符号を省略することがある。
【００１４】
＝＝＝実施例＝＝＝
＜アルカリ電池１の構成＞
まず、本発明の一実施例に係るアルカリ電池の構造について説明する。図２は、本発明の一実施例に係るアルカリ電池１の下端側を拡大した縦断面図である。図２に示したように、アルカリ電池１の基本的な構造や構成は、図１に示した一般的なアルカリ電池１０１と同様である。しかし、アルカリ電池１は、正極端子２１の周縁に同心状に設けられている緩衝部２２の形状が、電池缶２の底部から外方へ張り出すドーム状である。
【００１５】
このドーム状の緩衝部２２は、当然のことながら内側が中空であり、曲率がセパレーターの下端と一致するように形成されているため、図２に示したように、電池缶２の内部に収納されているセパレーター４の下端が、緩衝部２２の内側に密着するように収納される。これにより、外面が鉛直でないために、鉛直面である正極合剤３の内周側の側面と正対することができないセパレーター４の底部を、緩衝部２２の内側に落とし込むことができ、セパレーター４の外面に含まれるすべての鉛直面を正極合剤３の内周側の側面と正対させることができる。その結果、正極合剤３の内周側の側面の全てを負極ゲル５と対向させることができ、アルカリ電池１０１と比較してアルカリ電池１の放電性能を向上させることができる。
【００１６】
また、セパレーター４の下端が緩衝部２２の内側に収納されるため、セパレーター４の高さを従来のものと比較して高くすることができる。その結果、内部に充填することができる負極ゲル５の量が増加して、電池容量増加の効果も得ることができる。
【００１７】
＜性能評価＞
次に、以上に説明したドーム状の緩衝部２２を備えたアルカリ電池１における負極ゲル５の充填量、正極合剤３の量、および緩衝部２２の緩衝効果の有無を評価するために、緩衝部２２の基部の外径と、セパレーター４の外径とが異なる７種類のＬＲ６型アルカリ電池１をサンプルとして作製した。このサンプル１〜７は、いずれも電池缶２の外方へ張り出しているドーム型の緩衝部２２を有するアルカリ電池である。また、左記のサンプルに加えて、略皿状の緩衝部１２２を備える従来のアルカリ電池１０１も比較例として作製した。各サンプルの電池缶（２、１０２）には、ニッケルめっきが施された冷間圧延鋼板に絞り加工やしごき加工などを加えて、中央部の板厚が０．１５ｍｍ、それ以外の部分の板厚が０．３ｍｍの有底円筒状に成形したものを用いた。このニッケルめっき鋼板の差厚缶への加工には、周知のトランスファー型プレス機械を用いた。また、各サンプルのセパレーター４には、いずれも、セルロースおよびビニロンを主成分とした、上下高１００ｍｍの長方形の不織布を有底円筒状に２回巻回したものを用いた。そして、これらのサンプルおよび比較例の全個体に対して、負極ゲル５の充填量と、緩衝部（２２、１２２）の緩衝効果の有無との各項目について評価試験を行った。なお、評価試験においては、評価項目ごとに、同じ種類のサンプルを１０個ずつ用意した。
【００１８】
以下の表１に、作製したサンプル１〜７の内訳と、各サンプルに対する評価試験の結果を示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１において、負極ゲル５の充填量については、アルカリ電池１０１における負極ゲル５の量を基準とし、アルカリ電池１０１よりも５％以上増加した場合は「〇」、アルカリ電池１０１と比較して±５％未満の増減に止まった場合は「---」、アルカリ電池１０１よりも５％以上減少した場合は「×」と評価した。
【００２１】
緩衝部（２２、１２２）の緩衝効果の有無については、周知の落下試験機を用いてアルカリ電池（１、１０１）を正極端子２１が下向きになる姿勢で１ｍの高さから５回落下させ、電池缶（２、１０２）が変形した場合は「〇」、変形しなかった場合は「×」として判定した。
【００２２】
従来のアルカリ電池１０１において、緩衝部１２２の基部の外径は、通常、電池缶１０２の外径のおよそ６０％前後である。そこで、本発明者は、まず、アルカリ電池１０１を構成する既存の正極合剤３とセパレーター４とを用いて、電池缶の外径に対する緩衝部の基部の外径の割合が４０〜７０％のアルカリ電池を１０％刻みで作製し、それぞれサンプル１〜４とした。その結果、アルカリ電池１０１と比較して負極ゲルの充填量が５％以上増加したサンプルはなかった。これは、いずれのサンプルも緩衝部２２の基部の内径と、セパレーター４の外径とが一致していないことから、セパレーター４の下端を緩衝部２２の内側に収納することができなかったため、と考えられる。また、サンプル１〜４に対して落下試験を行ったところ、緩衝部２２の基部の外径が電池缶２の外径に対して６０％のサンプル２と、５０％のサンプル３とについては、緩衝部２２の緩衝効果を確認することができた。一方、緩衝部２２の基部の外径が電池缶２の外径に対して７０％のサンプル１と、４０％のサンプル４とについては、緩衝部２２の緩衝効果を確認することができなかった。このうち、サンプル１については、緩衝部２２の基部の外径が電池缶２の外径に対して７０％と大きすぎることから、床面との衝突によって作用する荷重が正極端子３に集中したため、と考えられる。
【００２３】
本発明者は、次に、緩衝部２２の基部の外径が外径の６０％を占める、上述したサンプル２に用いた電池缶２に対し、外径が緩衝部２２の基部の内径と一致するセパレーター４と、内周側の寸法を調整した正極合剤３ａ（不図示）とを組み込んだサンプル６を作製した。その結果、負極ゲル５の充填量が５％以上増加するという顕著な効果が確認された。また、落下試験の結果、緩衝部２２の緩衝効果も確認された。
【００２４】
しかし、本発明を実際に市販するアルカリ電池１に適用する場合、正極合剤３およびセパレーター４には、上述したサンプル１〜４に用いた従来品を使用することが、製造コストの観点から好ましい。そこで、本発明者は、従来品の正極合剤３とセパレーター４とを用いた場合に、緩衝部２２の基部が、セパレーター４の下端を緩衝部２２の内側に収納することができる外径を求めるため、電池缶２の外径に対する緩衝部２２の基部の外径が６５％、５５％の電池缶２を作製し、従来品の正極合剤３とセパレーター４とを組み込んで、それぞれサンプル５、７とした。その結果、サンプル５、７ともに、負極ゲル５の充填量がアルカリ電池１０１よりも５％以上増加するという顕著な効果が確認され、緩衝部２２の緩衝効果も確認された。
【００２５】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
なお、上述した実施例についての説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。本発明は、上記実施例の趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。
【００２６】
上記実施例においては、緩衝部２２の基部の外径が、電池缶２の外径に対して５５〜６５％となる場合に顕著な効果を奏するとして説明したが、電池缶の外径に対する緩衝部の基部の外径は、緩衝効果が損なわれない限りにおいて適宜決定されればよい。
【００２７】
上記実施例において顕著な効果を奏したサンプル５〜７の、電池缶の外径に対する緩衝部の基部の外径の比率は、いずれもＬＲ６型のアルカリ電池の場合の数値である。すなわち、電池缶の外径に対する緩衝部の基部の外径の比率は、負極ゲルの充填量と正極合剤の量とをともに発電要素として充分に確保することができればよく、アルカリ電池のサイズに応じて適宜増減させることができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２８】
１，１０１  アルカリ電池、２，１０２  電池缶（正極缶）、３，３ａ  正極合剤、４  セパレーター、５  負極ゲル、６  負極集電子、７  負極端子板、８  封口ガスケット、２１  正極端子、２２，１２２  緩衝部、１００  円筒軸
【図１】
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【図２】
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