(57)【要約】【課題】強放電特性に優れたアルカリ乾電池を提供する。【解決手段】アルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、正極合剤とゲル状負極との間に配されるセパレータと、ゲル状負極に挿入される負極集電体と、負極集電体と電気的に接続される負極端子板とを具備し、ゲル状負極は正極合剤の中空部内にセパレータを介して充填され、ゲル状負極の正極合剤への充填高さＬ１、および負極集電体のゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（１）：０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６を満たす。【選択図】図１
2008262732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、
亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、
前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、
前記ゲル状負極に挿入される負極集電体と、
前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板と、
を具備し、
前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（１）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たすことを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、
亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、
前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、
前記ゲル状負極に挿入される負極集電体と、
前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板と、
を具備し、
前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、１．５Ｗで２秒間定抵抗放電した後、０．６５Ｗで２８秒間定抵抗放電するサイクルを繰り返すパルス放電を、１時間あたり１０サイクル行い、閉路電圧が１．０５Ｖに達するまでの累計サイクル数が最大となる場合の前記Ｌ１に対する前記Ｌ２の割合をＰｍａｘとする場合、関係式（２）：
０．９Ｐｍａｘ≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０７Ｐｍａｘ
を満たすことを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項３】
二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、
亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、
前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、
前記ゲル状負極に挿入される棒状の胴部、および前記胴部の一方の先端に設けられた頂部を有する負極集電体と、
前記負極集電体の前記頂部と電気的に接続される負極端子板と、
を具備し、
前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記胴部は直径１．０〜１．３ｍｍの円柱状であり、かつ
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（３）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たすことを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項４】
前記負極集電体の体積抵抗率は、１６×１０-3μΩ・ｍ以上５５ ×１０-3μΩ・ｍ 以下である請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ乾電池。
【請求項５】
前記負極集電体は、銅または銅を７６重量％以上含有する真鍮からなる請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ乾電池の強放電特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチールカメラ等の電源に用いられるアルカリ乾電池では、強放電特性の向上のため、活物質の改良やその配合比の最適化による反応効率の向上および内部抵抗の低減、並びに部品のスリム化によるアルカリ乾電池の内容積の増大等の種々の取り組みがなされている。
【０００３】
また、強放電特性を向上させるために、ゲル状負極の集電効率を高めることも検討されている。例えば、特許文献１では、板状、らせん状、又は細い繊維を束ねた形状の負極集電体や、複数の負極集電体を用いて、集電面積を増大させることが提案されている。
【０００４】
市販の単３形の円筒状アルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて調べたところ、負極集電体の胴部（ゲル状負極に挿入される円柱部分）の直径は１．３〜１．５ｍｍであり、ゲル状負極の充填高さ（円筒状アルカリ乾電池の軸方向における長さ）は約４２ｍｍであり、負極集電体の胴部のゲル状負極への挿入長さは、ゲル状負極の充填高さの約６５％に相当する寸法であることわかった。
【０００５】
また、特許文献２では、最大限の集電効果を発揮させるために、負極集電体のゲル状負極への挿入長さを、ゲル状負極の充填高さに相当する寸法とすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−９５４７５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９０３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような負極集電体は、加工が困難であることや、生産コスト高であるために実用化することが困難である。また、負極集電体の表面積（集電面積）が放電特性に及ぼす影響や、ゲル状負極に挿入する負極集電体の長さ（以下、実効長さ）が強放電特性に及ぼす影響は、単１形や単３形といったアルカリ乾電池のサイズの違いにより微妙に異なる。また、強放電特性は円筒形アルカリ乾電池の径方向におけるゲル状負極の長さに依存すると考えられる。
【０００７】
また、特許文献１のように、負極集電体の形状を変えて、負極集電体の集電面積を増大させる場合、負極集電体の体積が増大し、その分ゲル状負極の充填体積が減少して、電池容量が減少する可能性がある。このため、集電効果と活物質量とのバランスに細心の注意を払う必要がある。
そこで、本発明は、上記の従来の問題点を解決するため、簡便、かつ安価な構成で、優れた強放電特性を有するアルカリ乾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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される負極集電体と、前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（１）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たすことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される負極集電体と、前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、１．５Wで２秒間定抵抗放電した後、０．６５Wで２８秒間定抵抗放電するサイクルを繰り返すパルス放電を、１時間あたり１０サイクル行い、閉路電圧が１．０５Vに達するまでの累計サイクル数が最大となる場合の前記Ｌ１に対する前記Ｌ２の割合をＰｍａｘとする場合、関係式（２）：
０．９Ｐｍａｘ≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０７Ｐｍａｘ
を満たすことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される棒状の胴部、および前記胴部の一方の先端に設けられた頂部を有する負極集電体と、前記負極集電体の前記頂部と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記胴部は直径１．０〜１．３ｍｍの円柱状であり、かつ前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（３）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たすことを特徴とする。
【００１１】
前記負極集電体の体積抵抗率は、１６×１０-3μΩ・ｍ以上５５ ×１０-3μΩ・ｍ 以下であるのが好ましい。
前記負極集電体は、銅または銅を７６重量％以上含有する真鍮からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、最大限の集電効果を発揮し得るゲル状負極と負極集電体とが対向する実効的な長さを導き出して、負極集電体のゲル状負極に挿入する長さと、その挿入分に相当するゲル状負極の充填体積の喪失との良好なバランスを実現することにより、アルカリ乾電池の強放電特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される前記負極集電体、前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（１）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たすことを特徴とする。
このような構成とすることにより、アルカリ乾電池の強放電特性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の第２のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される負極集電体、前記負極集電体と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、１．５Ｗで２秒間定抵抗放電した後、０．６５Ｗで２８秒間定抵抗放電するサイクルを繰り返すパルス放電を、１時間あたり１０サイクル行い、閉路電圧が１．０５Ｖに達するまでの累計サイクル数が最大となる場合の前記Ｌ１に対する前記Ｌ２の割合をＰｍａｘとする場合、関係式（２）：
０．９Ｐｍａｘ≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０７Ｐｍａｘ
を満たす。
このような構成とすることにより、アルカリ乾電池の強放電特性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第３のアルカリ乾電池は、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む中空円筒状の正極合剤と、亜鉛合金粉末を含むゲル状負極と、前記正極合剤と前記ゲル状負極との間に配されるセパレータと、前記ゲル状負極に挿入される棒状の胴部、および前記胴部の一方の先端に設けられた頂部を有する負極集電体と、前記負極集電体の前記頂部と電気的に接続される負極端子板とを具備し、前記ゲル状負極は前記正極合剤の中空部内に前記セパレータを介して充填されたアルカリ乾電池であって、
前記胴部は、直径１．０〜１．３ｍｍの円柱状であり、かつ前記ゲル状負極の充填高さＬ１、および前記負極集電体の前記ゲル状負極中への挿入長さＬ２は、関係式（３）：
０．７２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８６
を満たす。
このような構成とすることにより、簡便かつ安価な構成で、強放電特性を向上させることができる。負極集電体の胴部の直径および長さを変化させることにより、集電面積および反応効率を容易に制御することができる。
【００１６】
前記負極集電体の体積抵抗率は１６〜５５ ×１０-3μΩ・ｍであるのが好ましい。アルカリ乾電池が誤って短絡した場合でも、負極端子板を流れる短絡電流による負極集電体の発熱が抑えられるため、電池短絡時の電子機器等の回路への熱ダメージを抑制することができる。これにより、アルカリ乾電池の強放電特性とともに信頼性が向上する。
産業的に広く流通していて安価で入手しやすい点で、前記負極集電体としては、銅、または銅を７６重量％以上含有する真鍮を用いるのが好ましい。
【００１７】
ここで、本発明のアルカリ乾電池の一実施の形態を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態の単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）の一部を断面とする正面図である。
正極集電体を兼ねる有底円筒形の電池ケース１には、中空円筒状の正極合剤２が内接して収納されている。電池ケース１は、底部に正極端子１ａを備える。正極合剤２の中空部には有底円筒形のセパレータ４を介してゲル状負極３が配置されている。電池ケース１の開口部は、組立封口体９により封口されている。
【００１８】
組立封口体９は、胴部６ａおよび頂部６ｂを有する釘型の負極集電体６と、負極集電体６と接触する円盤状の平坦部、および平坦部の周辺部に設けられた鍔部を有する負極端子板７と、樹脂封口体５とからなる。封口体５は、中央筒部５ａ、外周筒部５ｂ、および中央筒部５ａと外周筒部５ｂとを連絡する連絡部からなる。負極集電体６の胴部６ａは、ゲル状負極３中に挿入されている。
【００１９】
負極端子板７は、例えば、鍔部と平坦部との境界部に、電池内のガスを外部に放出させるための孔（図示しない）を有する。電池内圧が異常に上昇した時に、封口体５の連絡部に設けられた薄肉部５ｃが破断し、上記孔より外部にガスを放出させることができる。
組立封口体９において、負極集電体６の胴部６ａは中央筒部５ａに設けられた孔に挿入され、負極集電体６の頂部６ｂは溶接等により負極端子板７の平坦部に電気的に接続されている。電池ケース１の開口端部が封口体５の外周筒部５ｂとともに内方に折り曲げられ、その折り曲げ部が負極端子板７の周縁部（鍔部）にかしめつけられている。
この時、負極集電体６の胴部６ａは、正極合剤２の軸方向に沿って、ゲル状負極３の中心部に所定の長さだけ挿入されている。負極集電体６のゲル状負極３内に挿入されている部分において、ゲル状負極３と負極集電体６とが接触し、実効的に集電効果が発揮される。なお、電池ケース１の外表面は、外装ラベル８により被覆されている。
【００２０】
本発明の第１のアルカリ乾電池は、上記構成のアルカリ乾電池において、図１に示す、円筒形アルカリ乾電池の軸方向（すなわち、正極合剤２の軸方向）と略平行な方向における、ゲル状負極３の充填高さＬ１および負極集電体６のゲル状負極３への挿入長さＬ２が、上記の関係式（１）を満たす。この場合、強放電特性が向上する。
【００２１】
本発明の第２のアルカリ乾電池は、上記構成のアルカリ乾電池において、円筒形アルカリ乾電池の軸方向（すなわち、正極合剤２の軸方向）と略平行な方向における、ゲル状負極３の充填高さＬ１および負極集電体６のゲル状負極３への挿入長さＬ２が、１．５Ｗで２秒間定抵抗放電した後、０．６５Ｗで２８秒間定抵抗放電するサイクルを繰り返すパルス放電を、１時間あたり１０サイクル行い、閉路電圧が１．０５Ｖに達するまでの累計サイクル数が最大となる場合の前記Ｌ１に対する前記Ｌ２の割合をＰｍａｘとする場合、上記の関係式（２）を満たす。この場合、ゲル状負極３の電気的特性に関係なく、上記の強放電特性の向上効果が得られる。
【００２２】
本発明の第３のアルカリ乾電池は、上記構成のアルカリ乾電池において、円柱状の胴部６ａ（ただし、後述の先端部を除く。）の直径（正極合剤２の軸方向と略垂直な断面の直径）が１．０〜１．３ｍｍであり、かつ円筒形アルカリ乾電池の軸方向（すなわち、正極合剤２の軸方向）と略平行な方向における、ゲル状負極３の充填高さＬ１および負極集電体６のゲル状負極３への挿入長さＬ２が、上記の関係式（３）を満たす。この場合、簡便かつ安価な構成で、強放電特性を向上させることができる。なお、図１に示す胴部６ａは、頂部６ｂと反対側の端部において、円錐状の先端部を有する。円柱状の胴部６ａの長さは、例えば３５．５〜４１．５ｍｍである。
【００２３】
正極合剤２、セパレータ４、およびゲル状負極３には、アルカリ電解液が含まれている。アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムを３０〜４０重量％および酸化亜鉛を１〜３重量％を含有するアルカリ水溶液が用いられる。
【００２４】
電池ケース１は、例えば、ニッケルめっき鋼板を所定の寸法、形状にプレス成型することにより得られる。また、セパレータ４には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。
【００２５】
正極合剤２には、例えば、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む正極活物質、黒鉛粉末などの導電剤、およびアルカリ電解液からなる混合物が用いられる。また必要に応じて、上記混合物にポリエチレン粉末等の結着剤やステアリン酸塩等の滑沢剤を添加してもよい。
【００２６】
ゲル状負極３には、例えば、アルカリ電解液にポリアクリル酸ナトリウム等のゲル化剤を添加して得られたゲル状電解液に、負極活物質として亜鉛合金粉末を混合分散させたものが用いられる。ゲル状負極の耐食性を向上させるために、例えば、インジウムやビスマス等の水素過電圧の高い金属化合物や、リン酸エステル系の界面活性剤を添加してもよい。また、亜鉛のデンドライトの形成を抑制するために、例えば、微量のケイ酸やその塩などのケイ素を含む化合物を添加してもよい。
【００２７】
亜鉛合金は耐食性に優れたものを用いるのが好ましく、さらには、環境に配慮して水銀、カドミウム、もしくは鉛、またはそれら全てが無添加であるものがより好ましい。例えば、亜鉛合金は、インジウム、ビスマス、アルミニウムのような元素を含むのが好ましい。これらの元素を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、亜鉛合金は、０．０１〜０．１重量％のインジウム、０．００５〜０．０２重量％のビスマス、および０．００１〜０．００５重量％のアルミニウムを含むのがより好ましい。
【００２８】
樹脂封口体５は、例えば、ナイロン、ポリプロピレンなどを所定の寸法、形状に射出成形することにより得られる。
負極集電体６は、例えば、銀、銅、真鍮等の線材を所定の寸法の釘型にプレス加工して得られる。なお、加工時の不純物を排除し、隠蔽効果を得るため、表面にスズやインジウムでメッキを施すことが好ましい。
負極端子板７は、例えば、ニッケルめっき鋼板、スズめっき鋼板などを所定の寸法、形状にプレス成形することにより得られる。
【実施例】
【００２９】
以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
《実施例１》
下記の手順により、上記の図１と同様の単３形の円筒形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００３０】
（１）正極合剤の作製
二酸化マンガン粉末（平均粒径：３５μｍ）と黒鉛粉末（平均粒径：１０μｍ）とを９４：６の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液とを、１００：２の重量比で混合し、充分に攪拌した後、圧縮成形してフレーク状の正極合剤を得た。なお、アルカリ電解液には、３５重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有するアルカリ水溶液を用いた。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤２を得た。
【００３１】
（２）ゲル状負極の調製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウム粉末と、アルカリ電解液として上記と同じアルカリ水溶液と、負極活物質として亜鉛合金粉末とを、重量比０．８：３３．６：６５．６で混合し、ゲル状負極３を得た。なお、亜鉛合金粉末には、０．０２０重量％のインジウムと、０．０１０重量％のビスマスと、０．００４重量％のアルミニウムとを含有し、体積平均粒子径が１５０μｍで、７５μｍ以下の粒子を３５％含む亜鉛合金粉末を用いた。
【００３２】
（３）組立封口体の作製
封口体５は、６、１２ナイロンを所定の寸法、形状に射出成型して得た。
負極端子板７は、厚さ０．４ｍｍのニッケルメッキ鋼板を所定の寸法、形状にプレス加工して得た。
負極集電体６は、６４ ×１０-3μΩ・ｍの体積抵抗率を有する、銅を６６重量％含有した真鍮線条を用いて、特開平５−２８３０８０号公報および特開２００１−８５０１８号公報記載の公知の方法により、全長が３６．０ｍｍ、胴部の直径が１．４０ｍｍとなるように釘形にプレス加工した後、表面にスズめっきを施すことにより得た。
そして、負極端子板７の中央の平坦部に負極集電体６の頂部を電気溶接した後、封口体５の中央の貫通孔に圧入して、組立封口体９を作製した。
【００３３】
（４）アルカリ乾電池の組立
上記で得られた正極合剤２の５．５ｇを、電池ケース１内に２個挿入し、加圧治具により正極合剤２を加圧して電池ケース１の内壁に密着させた。正極合剤２内側に有底円筒形のセパレータ４を配置した。セパレータ４内に上記と同じアルカリ電解液を１．７ｇ注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極３をセパレータ４の内側に６．３９ｇ充填した。なお、セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。電池ケース１の開口端部を、組立封口体９を用いて封口した後、電池ケース１の外表面を外装ラベル８で被覆した。
【００３４】
また、上記で得られたアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６のゲル状負極３への挿入長さは３０．３ｍｍであった。すなわち、（負極集電体６の実効長さＬ２）／（ゲル状負極３の充填高さＬ１）は０．７２であった。
【００３５】
《実施例２〜５および比較例１〜２》
ゲル状負極３の充填高さを、実施例１の場合と同様に４２．０ｍｍと一定として、負極集電体６の実効長さを種々に変えて検討した。すなわち、組立封口体９の組立において、全長が、順に３７．０、３８．０、３９．５、４２．０、３４．５、４４．０ｍｍの負極集電体６を用いた。これに対して、アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を順に６．３８、６．３８、６．３７、６．３６、６．３９，６．３５ｇ充填した。これら以外は、実施例１と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）をそれぞれ作製した。
アルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、全てゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは、順に３１．３、３２．３、３３．８、３６．３、２８．８、３８．３ｍｍであることがわかった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は順に０．７５、０．７７、０．８０、０．８６、０．６９、０．９１であった。
【００３６】
《比較例３》
組立封口体の作製において、全長が３３．０ｍｍの負極集電体６を用いた。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を６．４０ｇ充填した。これら以外は、実施例１と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
また、このアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは２７．３ｍｍであった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は０．６５であった。
【００３７】
《比較例４》
組立封口体の作製において、全長が４７．７ｍｍの負極集電体６を用いた。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を６．３４ｇ充填した。これら以外は、実施例１と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
また、このアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは４２．０ｍｍであった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は１．００であった。
【００３８】
次に、実施例１〜５および比較例１〜４のアルカリ乾電池について、以下の手順で強放電特性を評価した。この評価は、ＡＮＳＩ  Ｃ１８．１Ｍに定められた放電試験の方法を準用する。
各々５個ずつのアルカリ乾電池を２１±２℃の恒温環境の中で、１．５Ｗで２秒間放電した後、０．６５Ｗで２８秒間放電するサイクルを繰り返すパルス放電を、１．０５Ｖに達するまで、１時間あたり１０サイクル行った。このようにして、１．０５Ｖに達するまでの累計サイクル数を求めた。そして、サイクル数が、比較例３の電池の（市販の単３形アルカリ乾電池に相当）のサイクル数よりも１０％以上向上した場合（１１０サイクル以上の場合）、強放電特性が良好であると判断した。
その評価結果を表１に示す。なお、表１中のサイクル数は、５個の電池の平均値を示す。なお、表１中の負極集電体の実効長さとは、負極集電体のゲル状負極への挿入長さを意味する。
【００３９】
【表１】
2008262732.tif 000003
【００４０】
Ｌ２／Ｌ１が０．６９である比較例１の電池では比較例３の電池よりもサイクル数は６％増大した。Ｌ２／Ｌ１が０．７２〜０．８６である本発明の実施例１〜５の電池では、比較例３の電池よりも、サイクル数が１０％以上向上し、良好な強放電特性が得られた。また、実施例１〜５の電池の中でも、Ｌ２／Ｌ１が０．８０である実施例４の電池において、最大のサイクル数（１１３サイクル）が得られ、特に優れた強放電特性が得られた。
【００４１】
胴部の直径が同じ釘型の負極集電体６を用いた場合、負極集電体の実効長さに応じて負極集電体６の集電面積およびゲル状負極３の充填体積が変わる。必要以上の負極集電体６の実効長さは、活物質の充填量の低下だけでなく、強放電時の集電効率の低下をもたらすと考えられる。
【００４２】
次に、本発明の実施例４の電池を基準にして説明する。最大の強放電特性を有する本発明の実施例４の電池では、Ｌ２／Ｌ１がＰｍａｘである。Ｐｍａｘを用いてＬ２／Ｌ１を表すと、実施例１の電池では、Ｌ２／Ｌ１は０．９０Ｐｍａｘで、実施例５の電池では、Ｌ２／Ｌ１は１．０７Ｐｍａｘである。従って、良好な強放電特性が得られるＬ２／Ｌ１の範囲は、０．９０Ｐｍａｘから１．０７Ｐｍａｘまでとなる。
【００４３】
Ｌ２／Ｌ１が上記の範囲を満たすようにアルカリ乾電池を構成すれば、例えば、微細な亜鉛合金粉末を用いて、活物質粒子間の接触点をより多く確保したゲル状負極や、湾曲した針金状やリボン状、またはそれらを切断した形状の亜鉛合金塊などを用いて活物質粒子間のネットワークを確保したゲル状負極など、ゲル状負極の電気特性が著しく異なる場合であっても、最大限の集電効果を発揮させて強放電特性を向上させることができる。
【００４４】
《実施例６〜９》
次に、負極集電体６の胴部の直径について検討した。負極集電体６の実効長さを一定にして、負極集電体６の胴部の直径を変化させることによって、集電面積を制御し、その強放電特性への影響を調べた。
組立封口体の組立において、全長を３９．５ｍｍと一定とし、胴部の直径を順に１．３０ｍｍ、１．２０ｍｍ、１．１０ｍｍ、１．００ｍｍと変えた負極集電体５を用いた。これに対して、アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を順に６．３９、６．４１、６．４３、６．４４ｇ充填した。これら以外は、実施例４と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
また、実施例６〜９のアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは、３３．８ｍｍであることがわかった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は０．８０であった。
【００４５】
《比較例５および６》
組立封口体の組立において、全長を３４．５ｍｍと一定とし、胴部の直径を順に１．２０ｍｍ、１．００ｍｍと変えた負極集電体５を用いた。これに対して、アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を順に６．４３、６．４６ｇ充填した。これら以外は、比較例３と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００４６】
また、比較例５および６のアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは、２７．３ｍｍであることがわかった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は比較例３と同様に０．６５であった。
そして、実施例６〜９と比較例５および６のアルカリ乾電池について、上記と同様に強方放電特性を評価した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
2008262732.tif 000004
【００４８】
Ｌ２／Ｌ１が０．６５である比較例３、５および６の電池では、負極集電体６の胴部の直径が小さくなるとゲル状負極３の充填量が増大するにもかかわらず、強放電特性が低下した。集電効果が不十分な領域では、負極集電体６の胴部の直径が小さくなることによる表面積の低下が、強放電特性に大きな影響を与えると考えられる。
【００４９】
これに対して、Ｌ２／Ｌ１が０．８０である本発明の実施例４および６〜９の電池では、集電効果が充分に発揮されるため、負極集電体６の胴部の直径が小さくなっても、強放電特性の低下は見られず、ゲル状負極３の充填量が増大することによる強放電特性の向上が見られた。特に負極集電体６の胴部の直径が１．３ｍｍ以下の実施例６〜９では、サイクル数が１５％以上増大し、強放電特性が大幅に向上した。
【００５０】
なお、胴部の直径が１．０ｍｍ未満の負極集電体６では、機械的強度が不足し、組立封口体９を作製する場合、樹脂封口体５の中心の貫通孔に圧入する際に曲がりやすく、実用的でないことがわかった。従って、負極集電体６の胴部の直径は、１．０ｍｍ以上であるのが好ましい。
次に、高性能および高信頼性が求められる近年の市場動向を鑑み、以下の本発明の実施例について強放電特性の評価に加えて、誤ってアルカリ乾電池で短絡を生じた場合の電池の発熱に関する評価を行った。
【００５１】
《実施例１０〜１２》
組立封口体９の組立において、負極集電体に５５ ×１０-3μΩ・ｍの体積抵抗率を有する銅を７６重量％含有する真鍮線条を用い、負極集電体の胴部の直径を順に１．２０ｍｍ、１．１０ｍｍ、１．００ｍｍとした。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を順に６．４１ｇ、６．４３ｇ、６．４４ｇ充填した。これら以外は、実施例７と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００５２】
《実施例１３》
組立封口体９の組立において、負極集電体に４０ ×１０-3μΩ・ｍの体積抵抗率を有する銅を９０重量％含有する真鍮線条を用い、負極集電体の胴部の直径を１．２０ｍｍとした。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を６．４１ｇ充填した。これら以外は、実施例７と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００５３】
《実施例１４》
組立封口体９の組立において、負極集電体に１７ ×１０-3μΩ・ｍの体積抵抗率を有する銅の線材を用い、負極集電体の胴部の直径を１．２０ｍｍとした。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を６．４１ｇ充填した。これら以外は、実施例７と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００５４】
《実施例１５》
組立封口体９の組立において、負極集電体に１６ ×１０-3μΩ・ｍの体積抵抗率を有する銀の線材を用い、負極集電体の胴部の直径を１．２０ｍｍとした。アルカリ乾電池の組立において、ゲル状負極３を６．４１ｇ充填した。これら以外は、実施例７と同様の方法により単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を作製した。
【００５５】
また、実施例１０〜１５のアルカリ乾電池の内部を、Ｘ線透視カメラを用いて撮影した。その結果、実施例７と同様に、ゲル状負極３の充填高さは４２．０ｍｍであり、負極集電体６の実効長さは３３．８ｍｍであることがわかった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１は実施例７と同様に０．８０であった。
【００５６】
これら実施例１０〜１５のアルカリ乾電池について、上記と同様の方法により強放電特性を評価した。その評価結果を表３に示す。
さらに、実施例７および１０〜１５のアルカリ乾電池を、ニッケルリード線（厚さ０．１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を用いて、電池ケース１の正極端子１ａと負極端子板７とを接続して、短絡させた。そして、このときの負極端子板７の表面温度を熱電対にて測定し、そのときの最高温度を調べた。最高表面温度が１００℃以下であれば良好であると判断した。その測定結果を表３に示す。なお、電池の試験数は、５個とし、表３中の数値はその平均値を示す。
【００５７】
【表３】
2008262732.tif 000005
【００５８】
本発明の実施例１０〜１５の電池では、１１５サイクル以上の優れた強放電特性が得られた。
【００５９】
ついで、アルカリ乾電池が短絡した場合の発熱について説明する。
負極集電体６の胴部の直径が１．３〜１．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１が０．６５前後である従来のアルカリ乾電池では、負極集電体６の発熱の配慮は成されてこなかった。本発明においては強放電特性の向上を目的とするため、アルカリ乾電池が短絡した場合の発熱についての検討が必要不可欠であると考えた。
【００６０】
体積抵抗率が５５ ×１０-3μΩ・ｍ以下である本発明の実施例１０〜１５のアルカリ乾電池では、負極端子板７の表面の最高到達温度が１００℃以下であった。負極端子板７を流れる短絡電流による負極集電体６の発熱が抑えられ、電子機器等の電源にアルカリ乾電池を用いた場合、電子機器内部の回路への熱ダメージを抑制することができ、優れた強放電特性と信頼性とが同時に得られることがわかった。なお、負極集電体の体積抵抗率を１６ ×１０-3μΩ・ｍ（銀の場合）未満とすることは、技術的に困難である。
【００６１】
なお、上記実施例では、単３形アルカリ乾電池を示したが、単１形や単４形などの他のサイズのアルカリ乾電池の場合でも、上記と同様の本発明の効果が得られる。
また、上記実施例では、正極活物質に二酸化マンガンを単独で使用した場合を示したが、正極活物質にオキシ水酸化ニッケルを単独で用い場合や、二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとを組み合わせて用いた場合でも、上記と同様の本発明の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のアルカリ乾電池は優れた強放電特性を有し、デジタルスチールカメラのような電子機器等の電源に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態としての単３形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    電池ケース
１ａ  正極端子
２    正極合剤
３    ゲル状負極
４    セパレータ
５    樹脂封口体
５ａ  中央筒部
５ｂ  外周筒部
５ｃ  薄肉部
６    負極集電体
６ａ  胴部
６ｂ  頂部
７    負極端子板
８    外装ラベル
９    組立封口体
【図１】
2008262732.tif 000006