(57)【要約】【課題】放電性能が良好で、耐漏液性に優れ、生産性の高いアルカリ電池を提供する。【解決手段】発電要素として正極作用物質（２）、負極作用物質（４）、セパレータ（３）及び電解液を収納した有底筒状正極缶（１）が、負極端子板（２０）及びガスケット（４０）を備える封口体（１０）によって封止されるアルカリ電池において、正極作用物質と負極作用物質とを隔離するセパレータの側面部（３ｃ）軸方向の長さが、該セパレータの底面部（３ｂ）からガスケットの下面に至る軸方向の距離に比べて３ｍｍ以上長く、且つ該セパレータは、その開口端部（３ａ）が該ガスケットの下面に圧接して山谷状に折曲形成されている。好ましくは、前記セパレータの引張強度を約４．５ｋＮ／ｍ以下とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素として正極作用物質、負極作用物質、セパレータ及び電解液を収納した有底筒状正極缶が、負極端子板を備える封口体によってガスケットを介して封止され、前記セパレータは有底略筒形状をなして前記正極缶の中央部に設けられ、該セパレータの外側底面部は該正極缶の内側底面部に当接し、開口端部は前記ガスケットの下面に当接し、側面部が前記正極作用物質と前記負極作用物質とを隔離しているアルカリ電池において、
前記セパレータの側面部軸方向の長さが、該セパレータの外側底面から前記ガスケットの下面に至る軸方向の距離に比べて３ｍｍ以上長く、且つ該セパレータはその開口端部が該ガスケットの下面に圧接して山谷状に折曲形成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において、前記セパレータの引張強度は約４．５ｋＮ／ｍ以下であることを特徴とするアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリ電池の電解液の吸液量の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ電池は、発電要素として、例えばオキシ水酸化ニッケルを有する二酸化マンガンを主成分とする正極作用物質と、亜鉛合金粉末を主成分とするゲル状の負極作用物質、電解液、及びこれらを隔離するセパレータによって構成される。電解液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ性の水溶液が使用される。セパレータは例えばセルロース系あるいはポリエステル系繊維を抄紙し、不織紙としたものに電解液の吸液速度を上げるべく界面活性剤処理の施されたものが使用されている。
【０００３】
図２に従来のアルカリ電池の一例を示す。正極缶１に、正極作用物質２と、セパレータ３と、負極作用物質４と、電解液とが収容されている。より具体的には、正極缶１内部に、中空円筒形状をなして加圧成形された正極作用物質２が充填され、この正極作用物質２の中空円筒形状の内周面には、これに接して筒状に巻回されたセパレータ３が挿入されている。セパレータ３は有底円筒形状をなし、その底部は、正極缶１の正極端子１ｂを有する底部に当接している。上記のセパレータ３の筒状内部にアルカリ電解液を注入した後、ゲル状の負極作用物質４を充填する。
【０００４】
正極缶１の上方は開口され、上方周面にはビーディング部１ａが形成され、底部には正極端子１ｂが形成されている。正極缶１の開口部には、封口体１０がビーディング部１ａまで嵌め込まれ、正極缶１の開口端部１ｃは、封口体１０をビーディング部１ａまで挿入設置後に、縮径絞り加工され、正極缶１内部は略密閉されている。
【０００５】
封口体１０は、負極端子板２０、集電棒３０、ガスケット４０、ワッシャ５０、周縁部材６０の５つの部品からなる。負極端子板２０は金属製で、内面中央部には、金属の集電棒３０が溶接接合されている。ガスケット４０は樹脂製で、正極缶１の開口端部１ｃと負極端子３０の外周面部との間を封止する外筒部４１と、集電棒３０を囲繞するボス部４２と、外筒部４１とボス部４２とを一体にて連結し一部に環状Ｖ字溝を有する中間連結部４３とからなる。ワッシャ５０は金属製で、円盤形状をなし、その外周上面部は負極端子板２０のフランジ部２１に当接し、その外周側面部はガスケットの外筒部４１と密着して、正極缶１の開口端部１ｃ及び負極端子板２０のフランジ部２１の封止を支持する。周縁部材６０は、上記のようにかしめられた開口端部１ｃと負極端子板２０とに当接し、さらに正極缶１の外装フィルム７０に被われて、開口端部１ｃの仕上げ部分を隠して電池の美観を保持している。
【０００６】
電池の組立にあたり、正極缶１を封口体１０にて封口する時、図２に示されるように、セパレータ３の開口端部３ａはガスケット４０の中央連結部４３のＶ字溝の下側外部テーパー部位に当接する。これにより、正極作用物質２と負極作用物質４とは、セパレータ３、ガスケット４０、及び集電棒３０によって隔離されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セパレータ３の筒状内部にアルカリ電解液を注入する以前に、正極作用物質２及びセパレータ３は既に周囲の水分を含水しており、この含水量はその個体差を反映してばらついており、この含水量を制御することは容易ではない。従って、特にセパレータ３が一定時間内に吸液できる電解液の最大吸液量は上記の既に含水された水分量だけ減じられるために、この水分量がばらついていれば、これに対応して電解液の最大吸液量もばらつき、電池の放電持続時間もばらつく。一方、電池の放電持続時間を長くするためには、電池に対してできるだけ多くの電解液を注液する必要がある。このため、多数の電池に対して、セパレータ３の最大吸液量に相当すると思われる電解液を注入した場合、上記のばらつきに対応して、吸液不能な余剰電解液を有する電池が生じる。
【０００８】
このような余剰電解液は、セパレータ３の内底部に残存し、セパレータ３内に負極作用物質４を注入した時に、ポンプアップ現象により電池の上部に移動する。即ち、余剰電解液は、負極作用物質４に比べて比重が小さいことにより、負極作用物質４の上部に浮いてくる。これにより、封口時に電解液が正極缶１の外に溢液し、電池の耐漏液性が不良になるというおそれがある。また、余剰電解液と伴に負極作用物質４の一部が正極作用物質２内に流れ込み、電池内の内部短絡が発生し、これが電圧降下を招くおそれがある。
【０００９】
一方、セパレータ３の電解液に対する吸液工程に要する時間を十分に長くし、余剰電解液を解消しようとすると、電池の生産性が低下する。また、個々の電池の電解液に対する最大吸液量のばらつきを低減させるべく、セパレータ３の周辺の温度及び湿度管理を十分に行おうとすると、温度及び湿度をモニタして制御するための大きな設備投資が必要になる。さらに、セパレータ３の吸液量を増大させるべく、セパレータ３を構成する原材料やその厚さを変更すると、セパレータの正負極間のバリア性の低下を招いたり、電池内部抵抗の上昇を引き起こしたりする。従って、これらの方法は現実的ではない。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、セパレータの含水量のばらつきに拘わらず電池反応に関与する最適な量の電解液を効率良く含有することができ、これにより放電性能が良好で、耐漏液性に優れ、生産性の高いアルカリ電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、発電要素として正極作用物質、負極作用物質、セパレータ及び電解液を収納した有底筒状正極缶が、負極端子板を備える封口体によってガスケットを介して封止され、前記セパレータは有底略筒形状をなして前記正極缶の中央部に設けられ、該セパレータの外側底面部は該正極缶の内側底面部に当接し、開口端部は前記ガスケットの下面に当接し、側面部が前記正極作用物質と前記負極作用物質とを隔離しているアルカリ電池であって、前記セパレータの側面部軸方向の長さが、該セパレータの外側底面から前記ガスケットの下面に至る軸方向の距離に比べて３ｍｍ以上長く、且つ該セパレータはその開口端部が該ガスケットの下面に圧接して山谷状に折曲形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記のように、前記セパレータの長さを従来より３ｍｍ以上長くしたことにより、電池反応に関与する最適な量の電解液を該セパレータ内に注入した時に、該セパレータの含水量のばらつきによる吸液量のばらつきを当該延長部分が吸収して確保し、放電性能が改善される。
【００１３】
また、前記セパレータの前記開口端部は前記ガスケットの下面に圧接して山谷状に折曲されるため、たとえ余剰電解液が該セパレータ内部に生じたとしても、その内部に閉じ込められて、耐漏液性が低下することはなく、また内部短絡も防止される。
【００１４】
また、前記セパレータの引張強度を約４．５ｋＮ／ｍ以下とすることが好ましい。
この場合には、前記セパレータは上記の引張強度に対応して十分に弾力性があるために、該セパレータと前記ガスケットの下面との圧密性が良好となり、該余剰電解液が封止され、電解液の溢液や短絡による電圧降下が発生しにくくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ電池の一実施形態を図１に示す。尚、従来例と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００１６】
本実施の形態のアルカリ電池では、セパレータ３の形状、寸法、素材が図２に示した従来例と異なるだけで、他の構造は従来例のものと実質的に同一である。セパレータ３は、引張強度が４．５ｋＮ／ｍのポリエステル繊維からなる熱融着性のシート材を三重巻きした後、正極缶１の正極端子１ｂを有する底面部の内側中央に当接するべき底面部３ｂを熱融着によって一体的にして形成した。
【００１７】
アルカリ電池は単３型で、セパレータ３のシート材の裁断長さは５３．５ｍｍで、底面部を熱融着したセパレータ３の側面部の長手方向の長さは４５．５ｍｍとした。このセパレータ３の側面部３ｃの長手方向の長さは図２の例より長く、開口端部３ａがガスケット４０の中間連結部４３に面接触しており、開口端部３ａは一部、蛇腹状（山谷状）に折曲げられている。
【００１８】
以下に、表１に示す仕様で、セパレータ３の長さと引張強度を変えて本実施例と比較例との単３型アルカリ電池を作製した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
ここで、表１の長さ増分とは、図２の従来例におけるセパレータ３の上端がガスケット４０に突き当たるまでのセパレータ３の側面部３ｃの長さ（４２．５ｍｍ）に対する、図１の本実施の形態及び比較例におけるセパレータ３の側面部３ｃの長さの増分である。引張強度は、セパレータ素材の引張強度である。電解液吸液量の最大値／最小値とは、各１００個の乾電池について１．５０ｇの電解液注液３０分後に吸液されなかった余剰電解液を取り除き、注液電解液量１．５０ｇから該余剰電解液量を差し引いた値の最大値と最小値とである。
【００２１】
上記表１の仕様にて作製した電池に電解液注液量を種々変えて注液し、溢液による漏液率、０．９Ｖ終止の１Ａ連続放電持続時間、電圧降下及びセパレータ３とガスケット４０との密着面積比を表２に示した。
【００２２】
【図２】
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【００２３】
ここで、電圧降下割合とは、１００個のアルカリ電池を振幅１ｍｍ、振動数を６０Ｈｚで振動させた後、電圧降下が３ｍＶ以上となった電池の個数を示す。また、密着面積比とは、セパレータ３の開口端部３ａとガスケット４０の中間連結部４３の下面との密着面積の大きさを、第１比較例の場合の密着面積の大きさを１とした場合の相対値を示す。
【００２４】
表２によれば、第１実施例の電解液の注液量は１．２６ｇであり、セパレータ３の電解液吸液量の最小値１．２５ｇを越えている。即ち余剰電解液が生じるおそれがある。しかしながら、第１実施例においては、セパレータ３の側面部３ｃが十分に長く、開口端部３ａがガスケット４０の中間連結部４３の下面に十分な面積で密着しているために、余剰電解液がポンプアップ現象により電池上部に移動したとしても、電解液は該密着部で封止されていたと考えられる。従って、電解液の溢液及び電圧降下は生じていない。また、電解液注液量は６つの例の中で最も多いために、これに対応して放電時間が最も長い。
【００２５】
第２実施例及び第３実施例においては、電解液の注液量がそれぞれ１．２４ｇ及び１．２２ｇであること以外の条件は、第１実施例の場合と全く同じである。そしてまた、電解液の漏液及び電圧降下は発生しない。第１実施例、第２実施例、及び第３実施例の順に電解液注液量が少なくなっているため、この順序で放電時間も短くなっている。
【００２６】
第１比較例の電解液の注液量は第３実施例と同じ１．２２ｇであるが、セパレータ３の側面部３ｃの長さ増分が１．５ｍｍでしかないために、注液量が電解液吸液量の最小値１．２１ｇを越えている。即ち余剰電解液が生じるおそれがある。ここで、セパレータ３の側面部３ｃの長さが十分ではなく、開口端部３ａとガスケット４０の中間連結部４３の下面との密着面積も小さいために、余剰電解液のポンプアップ現象が発生すると、電解液の溢液が最も多く発生し、電圧降下も３％発生している。
【００２７】
第２比較例の注液量は電解液吸液量の最小値よりも少ないが、電圧降下が１％発生している。
【００２８】
第３比較例のセパレータ３の引張強度は５．０ｋＮ／ｍであって、６つの例の中で最も強く、従ってセパレータ３は比較的剛直であるために、開口端部３ａとガスケット４０の中間連結部４３の下面との圧密面積が、第１実施例、第２実施例、及び第３実施例の場合に比較して小さくなる。従って、振動試験によって電解液と伴に負極作用物質４が、開口端部３ａと中間連結部４３の下面との間隙から正極側に放出されるために、電解液の溢液には至らないまでも、電池内の内部短絡が生じて、電圧降下は１６％と大きくなっている。
【００２９】
以上から、セパレータ３の側面部３ｃ軸方向の長さが、底面部３ｂからガスケット４０の中間連結部４３の下面に至る軸方向の距離に比べておよそ３ｍｍ以上長く、且つ引張強度がおよそ４．５ｋＮ／ｍ以下で表わされるほどにセパレータ３が弾性を有するならば、電解液の吸液量が増大し、セパレータ３とガスケット４０との境界が液密になるために、余剰電解液を低減させ、この溢液を防止し、電圧降下を抑制できることがわかった。さらにこれにより、電解液の一定の注液量に対してセパレータ３に吸液されない余剰電解液が低減されるために、個々の電池における電解液量のばらつきが低減され、従って放電性能のばらつきも低減されることになる。
【００３０】
以上、いくつかの実施の形態に基づき本発明に係るアルカリ電池を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると伴に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のアルカリ電池によれば、セパレータは、含水量のばらつきに拘わらず電池反応に関与する最適な量の電解液を効率良く含有することができる。これにより放電性能が良好で、耐漏液性に優れ、生産性の高いアルカリ電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のアルカリ電池の構造を示した断面図である。
【図２】代表的なアルカリ電池の従来の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
１　　正極缶
２　　正極作用物質
３　　セパレータ
４　　負極作用物質
１０　封口体
２０　負極端子板
３０　集電棒
４０　ガスケット
５０　ワッシャ
６０　周縁部材
７０　外装フィルム
【図１】
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【図２】
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