(57)【要約】【課題】かしめ加工時の封口体の連結部におけるクラックの発生を抑制し、耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池を提供する。【解決手段】アルカリ乾電池は、内部に発電要素を収納した電池ケース、および電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、組立封口部が、負極端子板、負極集電子、および樹脂製封口体からなり、負極端子板は、中央部に配された平坦部、平坦部の周縁部に配された鍔部、および鍔部の外側周縁部に設けられ、断面がＶ字状の折り返し部からなり、折り返し部は、鍔部の外側周縁部から下方に延びる第１の部分と、第１の部分の下側から外側へ傾斜して上方に延びる第２の部分とからなり、電池ケースの開口端部を封口体の上部筒部を包み込むように折り曲げて、その折り曲げ部を内方へかしめて、負極端子板の折り返し部を締め付ける。【選択図】図２
2008004428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケース、および前記電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、
前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、
前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、
前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、
前記負極端子板は、中央部に設けられた平坦部、前記平坦部の周縁部に設けられた鍔部、および前記鍔部の外側周縁部に設けられ、断面がＶ字状の折り返し部からなり、
前記折り返し部は、前記鍔部の外側周縁部から下方に延びる第１の部分と、前記第１の部分の下側から外側へ傾斜して上方に延びる第２の部分とからなり、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の折り返し部を締め付けたことを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
前記負極端子板において、前記平坦部に対して垂直な方向と、前記第２の部分とで形成される角度が１〜２０°である請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項３】
前記第２の部分の高さＨと、前記第１の部分の高さＨ１と、前記負極端子板の高さＨ２とが、関係式：１／２Ｈ１＜Ｈ＜Ｈ２を満たす請求項１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、アルカリ乾電池に関し、特に電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルカリ乾電池は、内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケースの開口部は、中央部に平坦部および周縁部に鍔部を有する負極端子板、負極集電子、および樹脂製封口体からなる組立封口部により封口されている。前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備える。前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなる。そして、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の周縁部が締め付けられている。
【０００３】
従来から、アルカリ乾電池の耐漏液性を改善するために、上記の組立封口部を備えたアルカリ乾電池に関して種々の検討が行われている。
例えば、特許文献１では、かしめ加工時に負極端子板周縁部の鍔部が変形することにより封口体にストレスがかかり、封口体にクラックが発生するのを抑制するために、上記の負極端子板において、鍔部を平坦部よりも厚くすることが提案されている。
しかし、特許文献１の封口部の構成においても、依然として、かしめ加工時に電池ケースの開口端部の締め付けにより封口体の上部筒部が巻き込まれると、連結部が外周筒部側に引っ張られる状態となり、封口体の連結部にストレスがかかり、連結部にクラックを生じる場合がある。
【０００４】
また、上記の組立封口部を用いた構造とは異なるが、特許文献２では、耐漏液性を改善するために、内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケースの開口部を負極端子板で封口したボタン型の酸化銀電池において、負極端子板の周縁部の端部を折り返して圧縮加工し、その折り返し部を周縁部に重ね合わせることが提案されている。この電池では、電池ケースの開口部と、負極端子板の周縁部との間にリング状の封口体を介在させて、電池ケースの開口部を内方にかしめることにより負極端子板の周縁部が締め付けられている。上記のように、負極端子板において、折り返し部を周縁部に重ね合わせることにより、負極端子板の周縁部の強度が上がり、封口性を改善することができる。
しかし、特許文献１のような組立封口部において、封口体の連結部におけるクラックの発生の防止を目的として、負極端子板の形状に関する詳細な検討は依然として行われていない。
【特許文献１】特開２００１−３１３０１０号公報
【特許文献２】特開平５−３０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記の従来の問題を解決するため、かしめ加工時に封口体の連結部にかかるストレスを緩和し、長期保存時における連結部のクラックの発生を抑制し、耐漏液性に優れた高信頼性の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】
【０００６】
本発明のアルカリ乾電池は、内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケース、および前記電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、前記負極端子板は、中央部に設けられた平坦部、前記平坦部の周縁部に設けられた鍔部、および前記鍔部の外側周縁部に設けられ、断面がＶ字状の折り返し部からなり、前記折り返し部は、前記鍔部の外側周縁部から下方に延びる第１の部分と、前記第１の部分の下側から外側へ傾斜して上方に延びる第２の部分からなり、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の折り返し部を締め付けたことを特徴とする。
【０００７】
前記負極端子板において、前記平坦部に対して垂直な方向と、前記第２の部分とで形成される角度が１〜２０°であるのが好ましい。
前記第２の部分の高さＨと、前記第１の部分の高さＨ１と、前記負極端子板の高さＨ２とが、関係式：１／２Ｈ１＜Ｈ＜Ｈ２を満たすのが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、かしめ加工時に封口体の連結部にかかるストレスが緩和され、長期保存時における連結部のクラックの発生を防止することができるため、耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のアルカリ乾電池の一実施の形態を図１〜４を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態として単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）の一部を断面とした正面図である。
正極端子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が内接している。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が配されている。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。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。
【００１０】
正極合剤２には、例えば、正極活物質として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、導電剤として黒鉛粉末、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
ゲル状負極３には、例えば、負極活物質として亜鉛粉末、ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウム、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
【００１１】
ここで、図２は、図１のＸ部分（アルカリ乾電池の封口部分）の拡大断面図である。
電池ケース１は、正極合剤２等の発電要素を収納した後、開口部近傍に段部１ａが設けられ、電池ケース１の開口部は、組立封口部１２により封口される。段部１ａ上には、後述する封口体５の水平部１４ｂが配される。組立封口部１２は、負極端子板７、負極集電子６、および樹脂製封口体５で構成されている。
【００１２】
負極端子板７は、図２および３に示すように、中央部に円盤状の平坦部８ｂ、平坦部８ｂの周縁部に環状の鍔部８ａ、および鍔部８ａの外側周縁部に断面がＶ字状の折り返し部９を有する。折り返し部９は、鍔部８ａの外側周縁部から下方に延びる環状の第１の部分９ａと、第１の部分９ａの下側から外側へ傾斜して上方に延びる環状の第２の部分９ｂとからなる。
【００１３】
第１の部分９ａは、図２におけるアルカリ乾電池の長手方向を示す軸Ｐ（平坦部８ｂと垂直な方向）に対して、矢印Ｑの方向（すなわちアルカリ乾電池の内側方向）に傾斜しているが、軸Ｐに略平行であってもよい。一方、第２の部分９ｂは、軸Ｐに対して矢印Ｒの方向（すなわちアルカリ乾電池の外側方向）に傾斜している必要がある。この傾斜の程度（傾斜角）は適宜選択することができる。
【００１４】
負極端子板７の厚さｔは、例えば０．２〜０．４ｍｍであり、好ましくは０．２ｍｍである。
平坦部８ｂの径は、例えば７〜９ｍｍであり、好ましくは８．７ｍｍである。平坦部８ｂと鍔部８ａとの段差は、例えば１．０〜２．０ｍｍであり、好ましくは１．７ｍｍである。鍔部８ａの幅は、例えば０．４〜０．８ｍｍであり、好ましくは０．６ｍｍである。
負極端子板７の平坦部８ｂは負極集電子６の頭部６ａと電気的に接続され、ゲル状負極３の中央に負極集電子６が挿入されている。
【００１５】
封口体５は、図２に示すように、負極集電子６が挿入される貫通孔１３ａを有する中央筒部１３、負極端子板７の折り返し部と電池ケース１の開口端部との間に介在する外周筒部１４、および中央筒部１３と外周筒部１４とを連結し、安全弁として働く環状薄肉部１５ａを有する連結部１５からなる。
封口体５において、外周筒部１４の厚さは、例えば０．５〜０．８ｍｍであり、好ましくは０．６ｍｍである。連結部１５の厚さは、例えば０．６〜１．２ｍｍであり、好ましくは０．８ｍｍである。肉薄部１５ａの厚さは、例えば０．１５〜０．４０ｍｍであり、好ましくは０．２５ｍｍである。
中央筒部１３の高さは、例えば５．０〜１０．０ｍｍであり、好ましくは６．０ｍｍである。中央筒部１３の外径は、例えば４〜６ｍｍであり、好ましくは４ｍｍである。中央筒部１３の内径は、例えば１〜２ｍｍであり、好ましくは１．３７５ｍｍである。
【００１６】
外周筒部１４は、負極端子板７の周縁部を受ける環状の水平部１４ｂ、水平部１４ｂの外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部１４ａ、および水平部１４ｂの内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部１４ｃからなる。電池ケース１の開口端部が封口体５の上部筒部１４ａの上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて負極端子板７の折り返し部９が水平部１４ｂ上へ締め付けられている。電池ケース１の外表面は、外装ラベル１０により被覆されている。
【００１７】
負極端子板７の最外周部（折り返し部の第２の部分９ｂ）は、第１の部分９ａの下側から外側へ傾斜して上方に延びているため、その部分が封口時に封口体５の上部筒部１４ａにくい込むことにより、かしめ加工時における上部筒部１４ａの巻き込みを抑制し、封口体５の連結部１５にかかるストレスを緩和することができる。従って、このストレスによる連結部１５のクラックの発生を抑制することができ、長期保存時においても耐漏液性に優れたアルカリ乾電池が得られる。
上部筒部１４ａにくい込みやすいため、第２の部分９ｂにおける最外周側の端面（切り口）は外側を向いているのが好ましい。
【００１８】
ここで、図４は、図３のＹ部分（負極端子板７の折り返し部９）の拡大断面図である。図４に示すように、アルカリ乾電池の長手方向を示す軸Ｐ（平坦部８ｂに対して垂直な方向）と、第２の部分９ｂとで形成される角度θは１〜２０°であるのが好ましい。角度θが１°未満であると、連結部１５にクラックが生じやすい。角度θが２０°を超えると、電池ケース１の開口端部の締め付けが不十分となることによる電池ケース１と上部筒部１４ａとの間からの漏液（封口クリープ）を生じやすい。
【００１９】
第２の部分９ｂの高さＨと、第１の部分９ａの高さＨ１と、負極端子板７の高さ（平坦部８ｂから折り返し部８の最下部までの高さ）Ｈ２とが、関係式：１／２Ｈ１＜Ｈ＜Ｈ２を満たすのが好ましい。Ｈが１／２Ｈ１以下であると、封口クリープを生じやすい。ＨがＨ２以上であると、発電要素を収納するスペースが減少し、電池容量が低下する。
【００２０】
折り返し部９の最大幅Ｗは、例えば０．４〜１．５ｍｍであり、好ましくは０．５ｍｍである。第１の部分９ａの高さＨ１は、例えば０．６〜１．２ｍｍであり、好ましくは０．８ｍｍである。第２の部分９ｂの高さＨは、例えば、０．３〜２．０ｍｍであり、好ましくは０．８ｍｍである。負極端子板７の平坦部８ｂから折り返し部８の最下部までの高さＨ２は、例えば１．５〜３．０ｍｍであり、好ましくは２．１ｍｍである。
【００２１】
負極端子板７は、例えば、鍔部８ａと平坦部８ｂとの境界部（段差部）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の薄肉部１５ａが破断し、上記の孔より外部にガスを放出させることができる。上記の連結部１５のクラックの発生による漏液は、クラックから漏れ出した電解液がこの孔を通じて外部に流出することにより起こる。
【実施例】
【００２２】
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るものではない。
《実施例１〜８および比較例１》
（１）正極合剤の作製
二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末とを、９０：１０の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液とを１００：３の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。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を得た。
【００２３】
（２）ゲル状負極の作製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛粉末とを１：３３：６６の重量比で混合し、ゲル状負極を得た。
【００２４】
（３）円筒形アルカリ乾電池の組み立て
図１に示す構造の単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を下記の手順により作製した。図１は、円筒形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。また、図１のＸ部分（封止部分）の拡大断面図を図２に示す。
上記で得られた正極合剤２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を再成形して電池ケース１の内壁に密着させた。電池ケース１の内壁に密着させた正極合剤２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置した。セパレータ４内にアルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液を所定量注入した。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内に充填した。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。
【００２５】
電池ケース１の開口部近傍に溝入れを施して段部１ａを形成し、その段部１ａ上で組立封口部１２の水平部１４ｂを受けるように、電池ケース１の開口部に組立封口部１２を設置した。このとき、負極集電子６の一部は、ゲル上負極３中に挿入された。組立封口部１２は、負極集電子６の頭部６ａと、負極端子板７の平坦部８ｂとを電気溶接し、負極集電子６をナイロン製封口体５（外周筒部１４の厚さ：０．６ｍｍ、連結部１５の厚さ：０．８ｍｍ、肉薄部１５ａの厚さ０．２ｍｍ）の中央筒部１３の貫通孔１３ａに挿入することにより得た。
そして、電池ケース１の開口端部を折り曲げ、封口体５の上部筒部１４ａの上端を包み込んで内方へかしめ、負極端子板７周縁の折り返し部を、外周筒部１４を介して電池ケース１の開口端部により締め付けて電池ケース１の開口部を封口した。外装ラベル１０で電池ケース１の外表面を被覆した。
【００２６】
上記アルカリ乾電池の製造時において、打ち抜き加工により、負極端子板５（厚さｔ：０．４ｍｍ、径：１１．５ｍｍ、第１の部分８ａの高さＨ１：０．８ｍｍ、負極端子板７の高さＨ２：２．０ｍｍ）を作製した。この時、第１の部分９ａと第２の部分９ｂとで形成される角度θ、および第２の部分９ｂにおける高さＨの寸法を表１に示すように変えた。
そして、これらの負極端子板７を用いてそれぞれアルカリ乾電池を作製した。
【００２７】
【表１】
2008004428.tif 000003
【００２８】
《比較例２》
負極端子板７の代わりに、折り返し部を有しない負極端子板、すなわち、中央部に平坦部１８ｂ（径：８．０ｍｍ）および周縁部に鍔部１８ａを有する負極端子板１７（厚さ：０．４ｍｍ、径：１１．５ｍｍ、高さ（鍔部１８ａと平坦部１８ｂとの段差）：２．０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の方法によりアルカリ乾電池を作製した。
【００２９】
［評価］
上記で得られた各電池を１００個ずつ作製し、以下の方法で電池の耐漏液性を評価した。
各電池について、温度−２０℃の環境下で１２時間保存した後、温度８０℃の環境下で１２時間保存する工程を繰り返すヒートサイクル試験を行った。そして、６ヶ月および８ヶ月間経過した時点で電池を分解して、封口体の連結部にクラックが発生し、負極端子板における鍔部と平坦部との間に設けられた孔より漏液していないかどうかを調べた。また、封口体と電池ケースとの間からの漏液（封口クリープ）を生じていないかどうかを調べた。
上記の評価結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2008004428.tif 000004
【００３１】
比較例１および２の電池では、封口体の連結部にクラックが発生することにより漏液した電池がみられた。これに対して、実施例１〜８では、いずれの電池においても封口体の連結部にクラックはなく、クラックの発生による漏液を抑制することができた。特に、実施例１〜５では、いずれの電池においても、電池ケースと封口体との間からの漏液もなく、優れた耐漏液性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のアルカリ乾電池は優れた耐漏液性を有し、電子機器や携帯機器の電源等に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアルカリ乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図２】図１における封口部分（Ｘ部分）を拡大した縦断面図である。
【図３】図１の負極端子板７の縦断面図である。
【図４】図３における折り返し部（Ｙ部分）を拡大した縦断面図である。
【図５】従来の比較例２のアルカリ乾電池における負極端子板の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池ケース
２  正極合剤
３  ゲル状負極
４  セパレータ
５  封口体
６  負極集電子
７  負極端子板
８ａ  鍔部
８ｂ  平坦部
９  折り返し部
９ａ  第１の部分
９ｂ  第２の部分
１０  外装ラベル
１１  負極端子板
１２  組立封口部
１３  中央筒部
１３ａ  貫通孔
１４  外周筒部
１４ａ  上部筒部
１４ｂ  水平部
１４ｃ  下部筒部
１５  連結部
１５ａ  薄肉部
【図１】
2008004428.tif 000005
【図２】
2008004428.tif 000006
【図３】
2008004428.tif 000007
【図４】
2008004428.tif 000008
【図５】
2008004428.tif 000009