(57)【要約】【課題】電池の破裂防止に必要な安全弁機能を備えたアルカリ乾電池において、長期保存による漏液発生率を比較的簡単かつ実現容易な手段で大幅に低減させる。【解決手段】負極端子板２１にガス抜き経路となる通気小孔２３が設けられた筒状アルカリ乾電池において、電池缶１１の胴部および上下周縁部を被覆する外装材１５を不透水性の材質で構成するとともに、その外装材１５の一端部で上記通気小孔２３を覆い、さらに、少なくともその一端部を負極端子板２１に接着することにより、ガスケット３１および通気小孔２３を含む部分を外部から気密遮断する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ電解液を含む発電要素を収容し、正極端子を兼ねる有底筒状の金属製電池缶と、この電池缶の開口部に介在して筒状電池の一端面をなす皿状の金属製負極端子板と、上記電池缶の開口部と上記負極端子板の間に介在して上記電池缶を気密封止する電気絶縁性の樹脂製封口ガスケットと、上記ガスケットの一部に形成されて電池内圧が異常上昇したときに作動する安全弁と、上記負極端子板の周辺面付近に形成されて上記安全弁が作動したときのガス抜き経路となる通気小孔と、上記電池缶の胴部および上下周縁部を被覆する外装材とを備えたアルカリ乾電池において、上記外装材が不透水性の材質を用いて構成されているとともに、その一端部が上記通気小孔を含む負極端子板の環状面部に覆い被さり、さらに、少なくともその一端部が負極端子板に接着されることにより、上記ガスケットおよび上記通気小孔を含む部分が外部から気密遮断されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
請求項１において、上記外装材がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂を基材に用いて構成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項３】
請求項１または２において、上記外装材が薄膜または箔からなる金属層を有するとともに、少なくとも上記負極端子板に掛かる部分が電気的に絶縁処理されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属製の負極端子板と樹脂製の封口ガスケットで気密封止されたアルカリ乾電池に関し、たとえばＬＲ２０（単１），ＬＲ１４（単２），ＬＲ６（単３）などの円筒型アルカリ乾電池に利用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来のアルカリ乾電池の要部を示す。同図において、（ａ）は封口部分の拡大断面図、（ｂ）は全体の外観斜視図を示す。なお、断面図は電池缶開口部の曲げ状態などを模式化して示してあるが、実際の断面は図示の状態よりも曲線的になっている。
【０００３】
同図に示す電池１０'は、ＬＲ２０やＬＲ１４などの円筒型アルカリ乾電池であって、発電要素を収容した有底円筒状の金属製電池缶１１の開口部が、皿状の金属製負極端子板２１と電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット３１により気密封止されている。
【０００４】
発電要素は、管状に成形された正極合剤１２、アルカリ電解液が含浸されたセパレータ１３、ゲル状亜鉛を用いた負極合剤１４により構成されている。負極合剤１４には棒状の金属製負極集電子２５が貫入している。
【０００５】
電池缶１１は、正極集電体および正極端子を兼ねていて、その底部には突起状正極端子部１１１がプレス加工により形成されている。この円筒状電池缶１１の胴部および上下周縁部は熱収縮性の外装材１５で筒状に被覆されている。この外装材１５は電池のラベルおよび化粧外装としての機能を担う。また、両端面の電池端子部分を除いた全体を電気絶縁被覆する（特許文献１参照）。
【０００６】
封口ガスケット３１は円盤状（またはハット状）の成形品であって、外周部３２、中央ボス部３３、中間隔壁部３４、および薄肉部３５などが形成されている。外周部３２は、電池缶１１と負極端子板２１の間に被圧状態で介在することにより、電池缶１１内を気密封止する。中央ボス部３３には上記負極集電子２５が貫通嵌挿する。薄肉部３５は安全弁を形成し、電池内圧が異常上昇したときに先行破断することにより、その内圧を逃がして電池の破裂を防止する。
【０００７】
負極端子板２１は、電池側面（内側面）の中央に上記負極集電子２５がスポット溶接等により接続・固定されている。また、上記安全弁（薄肉部３５）が作動したときのガス抜き路となる通気小孔２３が形成されている。この通気小孔２３は、負極端子板２１とガスケット３１間の空間部に通じる位置に設けられている。この通気小孔２３は外部に露出している。したがって、上記外装材１５の先端１５ｅはその通気小孔２３よりも外側に位置している。
【特許文献１】特開平９−２５９８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この種のアルカリ乾電池では耐漏液性能の向上が大きな課題となっている。その解決手段は昔から色々と提案され、一部は実際に使用されて効果をあげている。しかし、まだ完全とは言えない。
【０００９】
本発明者らはアルカリ乾電池の漏液とくに長期保存により生じる漏液現象について鋭意研究を重ねた結果、上述したアルカリ乾電池の構造に特有の漏液発生原因があることを突き止めた。
【００１０】
すなわち、図５に示した従来構造のアルカリ乾電池は、電池内圧の異常上昇による破裂を防止するために、ガスケット３１の一部に薄肉部３５による安全弁を形成するとともに、負極端子板２１にガス抜き用の通気小孔２３を設けている。
【００１１】
この場合、ガスケット３１は耐アルカリ性のポリアミド樹脂（ナイロン）などで構成されている。負極端子版２１の内側（電池側）空間部は、上記通気小孔２３により外気と連通としているが、電池内部からは上記ガスケット３１により気密隔離されている。したがって、機械構造的に見れば、アルカリ電解液はガスケット３１の内側すなわち電池内部に閉じ込められるようになっている。
【００１２】
しかし、この種のアルカリ乾電池はアルカリ電解液として高濃度のアルカリ溶液を使用しているため、高湿度環境下で長期間保存すると、外部の水分がガスケット３１を透過してアルカリ電解液に吸収されるという現象が生じる。
【００１３】
ガスケット３１は、アルカリ電解液の直接的な漏液を機械構造的に阻止するように構成されてはいるが、長期保存中における水分の透過を完全に阻止することはできない。ガスケット３１を透過して電池内部に浸入した水分は、その電池内部の空気室を占領して内部圧力の上昇に荷担するため、早期に漏液を生じさせる原因となる。
【００１４】
ここで、本発明者らがあきらかにしたところによれば、負極端子板２１に設けられた上記通気小孔２３が上記水分の主な浸入経路になっていることが判明した。そこで、本発明者らは、本発明に先立ち、その通気小孔２３を塞ぐような構造手段を検討した。
【００１５】
上記通気小孔２３を塞ぐような構造を有するアルカリ乾電池は従来にも存在した。たとえば、特許文献２に記載のアルカリ電池は、負極端子板の上に絶縁リングを載置しているが、この絶縁リングは負極端子板の通気小孔を塞ぐ位置に載置されている。
【００１６】
しかし、上記絶縁リングは本来、負極端子同士が誤接続されるのを形状的に防止する一種の絶縁スペーサであって、通気小孔からの水分浸入を抑制することについては、若干の効果は認められたが、早期漏液発生の原因を解消するまでには至らないことが判明した。
【００１７】
この発明は、以上のような問題を鑑みてなされたもので、電池の破裂防止に必要な安全弁機能を備えたアルカリ乾電池において、長期保存による漏液発生率を比較的簡単かつ実現容易な手段で大幅に低減させることにある。
【特許文献２】特開平１０−１８８９４８号公報
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の手段は、アルカリ電解液を含む発電要素を収容し、正極端子を兼ねる有底筒状の金属製電池缶と、この電池缶の開口部に介在して筒状電池の一端面をなす皿状の金属製負極端子板と、上記電池缶の開口部と上記負極端子板の間に介在して上記電池缶を気密封止する電気絶縁性の樹脂製封口ガスケットと、上記ガスケットの一部に形成されて電池内圧が異常上昇したときに作動する安全弁と、上記負極端子板の周辺面付近に形成されて上記安全弁が作動したときのガス抜き経路となる通気小孔と、上記電池缶の胴部および上下周縁部を被覆する外装材とを備えたアルカリ乾電池において、上記外装材が不透水性の材質を用いて構成されているとともに、その一端部が上記通気小孔を含む負極端子板の環状面部に覆い被さり、さらに、少なくともその一端部が負極端子板に接着されることにより、上記ガスケットおよび上記通気小孔を含む部分が外部から気密遮断されていることを特徴とする。
【００１９】
上記手段において、上記外装材は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂を基材に用いて構成することが望ましい。また、上記手段おいて、上記外装材は、薄膜または箔からなる金属層を有するとともに、少なくとも上記負極端子板に掛かる部分が電気的に絶縁処理されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
電池の破裂防止に必要な安全弁機能を備えたアルカリ乾電池において、長期保存による漏液発生率を比較的簡単かつ実現容易な手段で大幅に低減させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の一実施形態によるアルカリ乾電池の要部を示す。同図において、（ａ）は封口部分の拡大断面図、（ｂ）は全体の外観斜視図を示す。なお、断面図は電池缶開口部の曲げ状態などを模式化して示してあるが、実際の断面は図示の状態よりも曲線的になっている。
【００２２】
同図に示す電池１０は、ＬＲ２０やＬＲ１４などの円筒型アルカリ乾電池であって、発電要素を収容した有底円筒状の金属製電池缶１１の開口部が、皿状の金属製負極端子板２１と電気絶縁性の樹脂製封口ガスケット３１により気密封止されている。
【００２３】
発電要素は、正極合剤１２、セパレータ１３、負極合剤１４を用いて構成されている。正極合剤１２は管状に成形・固化されたものが電池缶１１に嵌挿されている。この正極合剤１２の内側に筒状のセパレータ１３が配置されている。このセパレータ１３には、高濃度のアルカリ溶液（強アルカリ）からなるアルカリ電解液が含浸される。セパレータ１３の内側にはゲル状亜鉛を用いた負極合剤１４が充填されている。負極合剤１４には棒状の金属製負極集電子２５が貫入している。
【００２４】
電池缶１１は、正極集電体および正極端子を兼ねていて、その底部には突起状正極端子部１１１がプレス加工により形成されている。この電池缶１１の胴部および上下周縁部は熱収縮性の外装材１５で筒状に被覆されている。この外装材１５は電池のラベルおよび化粧外装としての機能を担う。また、両端面の電池端子となる部分を除いた全体を電気絶縁被覆する。
【００２５】
封口ガスケット３１は同軸円盤状の樹脂成形品であって、外周部３２、中央ボス部３３、中間隔壁部３４、および薄肉部３５などが形成されている。外周部３２は、電池缶１１と負極端子板２１の間に被圧状態で介在することにより、電池缶１１内を気密封止する。中央ボス部３３には上記負極集電子２５が貫通嵌挿する。薄肉部３５は安全弁を形成し、電池内圧が異常上昇したときに先行破断することにより、その内圧を逃がして電池の破裂を防止する。
【００２６】
負極端子板２１は皿状（あるいはハット状）の金属製であって、電池側面（内側面）の中央に上記負極集電子２５がスポット溶接等により接続・固定されている。また、上記安全弁（薄肉部３５）が作動したときのガス抜き路となる通気小孔２３が形成されている。この通気小孔２３は、負極端子板２１とガスケット３１間の空間部に通じる位置に設けられている。
【００２７】
ここで、この実施形態では、上述した構成において、上記外装材１５を、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂などの不透水性材質を基材に用いて構成してある。これとともに、この外装材１５の一端部を上記負極端子板２１の通気小孔２３を含む環状面部に覆い被せてある。このため、外装材１の先端１５ｅは通気小孔２３よりも内側に達している。さらに、少なくともその一端部を負極端子板２１に接着剤１６で接着している。これにより、上記ガスケット３１および上記通気小孔２３を含む部分を外部（外気）から気密遮断している。
【００２８】
外装材１５の材質（基材）としては上記ＰＥＴの他にＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂も使用可能である。しかし、本発明者らが知得したところによれば、上記通気小孔２３を確実に気密遮断するためには、ＰＥＴがとくに適していることが判明した。ＰＥＴは、気体の透過を阻止する機能いわゆるガス遮断性がとくに良好であり、このＰＥＴ樹脂を用いた外装材１５で上記通気孔２３等を覆うとともに、その一端部を接着剤１６で負極端子板２１に接着することにより、電池内部への水分浸入を大幅に低減させて早期の漏液発生を効果的に防止することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施例とその比較例を示す。  
＜比較例＞
まず、比較例１，２として、次の２種類のアルカリ乾電池（仕様Ａ，Ｂ）を作製した。  
＝＝＝＝比較例１（仕様Ａ）＝＝＝＝＝
図５に示した構造を有するアルカリ乾電池を作製した。外装材１５の材質（基材）にはＰＶＣ樹脂を使用した。この外装材１５の先端１５ｅは図５に示したように、通気小孔２３よりも外側に位置している。
【００３０】
＝＝＝＝比較例２（仕様Ｂ）＝＝＝＝＝
比較例１の構成において、特許文献２に記載のものと同様に、ガス抜き用の通気小孔の上に絶縁リング（ワッシャー）を載置したアルカリ乾電池を作製した。絶縁リングは外装材の端部に挟み込ませて固定した。外装材の材質（基材）にはＰＶＣ樹脂を使用した。この外装材の先端は通気小孔よりも外側に位置しているが、通気小孔は上記絶縁リングで塞がれている。これ以外の基本的構造は比較例１（仕様Ａ）と同様である。
【００３１】
＜実施例＞
次に、本発明の実施例１，２として、次の２種類のアルカリ乾電池（仕様Ｃ，Ｄ）を作製した。
【００３２】
＝＝＝＝実施例１（仕様Ｃ）＝＝＝＝＝
図１に示した構造を有するアルカリ乾電池を作製した。外装材１５の材質（基材）にはＰＶＣ樹脂を使用した。この外装材１５の一端部は上述したように、通気小孔２３に覆い被さるとともに、負極端子板３１に接着されている。
【００３３】
＝＝＝＝実施例２（仕様Ｄ）＝＝＝＝＝
実施例１と同様、図１に示した構造を有するアルカリ乾電池を作製した。この実施例２では、外装材１５の材質（基材）にＰＥＴ樹脂を使用したが、その他は実施例１と同様である。
【００３４】
＜試験１＞
比較例１，２（仕様Ａ，Ｂ）および実施例１，２（仕様Ｃ，Ｄ）の各アルカリ乾電池についてそれぞれ、６０℃９０％Ｒ．Ｈ．の環境下で保存した場合の漏液発生状況を調べる試験を行った。この試験では、各仕様（Ａ〜Ｄ）ごとにそれぞれ２０本のサンプルを使用し、最初の１本が漏液するまでの保存日数を調べた。
【００３５】
その結果を表１に示す。
【表１】
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【００３６】
表１からもあきらかにように、実施例１，２（仕様Ｃ，Ｄ）と比較例１，２（仕様Ａ，Ｂ）を比較した場合、最初の漏液発生までの期間は、実施例１，２の方が大幅に長くなっている。このことは、実施例１，２の構成が長期保存による漏液発生率を大幅に低減する効果のあることを示している。また、実施例１（仕様Ｃ）と実施例２（仕様Ｄ）を比較した場合、最初の漏液発生までの期間は実施例２（仕様Ｄ）の方が格段に長くなっている。このことは、実施例２の構成が長期保存による漏液発生率を低減させる上で、より有効であることを示している。
【００３７】
ここで、実施例１，２（仕様Ｃ，Ｄ）の効果は、外装材１５の一端部における構成により達成される。また、実施例２（仕様Ｄ）の効果は、外装材１５の材質構成により達成される。このように比較的簡単かつ実現容易な構成でもって、長期保存による漏液発生率を大幅に低減させることができる。
【００３８】
なお、通気小孔２３に覆い被さっている外装材１５の一端部は、上記薄肉部３５による安全弁を作動させるような大きな電池内圧に対しては、比較的低圧で剥離あるいは破断させられる。したがって、危険な破裂を防止することを目的とする安全弁の機能は保持される。負極端子板２１に接着された外装材１５の一端部も、上記薄肉部３５と同様、先行破断型（または先行破壊型）の安全弁として作用する。
【００３９】
図２は長期保存試験による水分の浸入状況を調べた試験結果を示すグラフである。この試験では、比較例１，２（仕様Ａ，Ｂ）および実施例１，２（仕様Ｃ，Ｄ）の各アルカリ乾電池をそれぞれ、６０℃９０％Ｒ．Ｈ．の環境下で保存した場合の重量増加量（ｇ）を調べた。この場合は、重量増加量は水分浸入量にほぼ対応し、重量増加量が少ないほど水分浸入量が少ないことを示す。
【００４０】
＜試験２＞
同図のグラフによれば、実施例１，２（仕様Ｃ，Ｄ）と比較例１，２（仕様Ａ，Ｂ）を比較した場合は、実施例１，２の重量増加率が大幅に低くなっている。これは保存中の水分浸入が大幅に小さくなっていることを意味する。また、実施例１（仕様Ｃ）と実施例２（仕様Ｄ）の間で比較した場合は、実施例２の重量増加率が特異的に低くなっている。つまり、外装材１５の基材にＰＥＴ樹脂を用いることにより、水分浸入の抑制効果を格段に高めて、漏液発生率を大幅に低減させることができる。
【００４１】
実施例２の水分浸入阻止効果はＰＥＴ樹脂のガス遮断性が高いことによる。このガス遮断性は、図３に示すように、上記外装材１５にアルミニウムなどの金属層１５２を積層することにより、さらに高めることができる。
【００４２】
図３は本発明の別の実施形態についてその要部をなす外装材部分の断面を示す。同図の（ａ）（ｂ）はそれぞれ、上記外装材１５の一端部における断面構造を模式的に示したものであって、その外装材１５は樹脂からならフィルム基材１５１にアルミニウム等の金属層１５２が積層されている。金属層１５２は金属箔とくにアルミニウム箔の貼り合わせ（ラミネート）により形成されたものが、ガス遮断性およびコスト等において最適である。しかし、メッキ等により形成される他の金属薄膜も上記金属層１５２として利用可能である。
【００４３】
上記のような外装材１５の使用により、漏液発生原因となる水分浸入の抑制効果を確実に高めて、漏液発生率を大幅に低減させることができる。この場合、上記外装材１５は電池の正極端子部と負極端子部にまたがって覆い被さるため、その両極端子部間が上記金属層１５２で架橋短絡される恐れが生じる。この短絡を確実に回避させるためには、同図の（ａ）または（ｂ）に示すように、上記外装材１５の少なくとも負極端子板２１に掛かる部分を絶縁処理すればよい。
【００４４】
同図の（ａ）に示す実施形態では、外装材１５のうち、負極端子板に覆い被さる部分の金属層１５２に絶縁層１５３を被せることにより、上記短絡を回避させている。また、同図の（ｂ）に示す実施形態では、上記金属層１５２の全面に絶縁層１５３を積層することにより、上記短絡を回避させている。絶縁層１５３は、樹脂等による絶縁材の貼り合せ（ラミネート）または塗布により形成することができる。
【００４５】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、図１に示した実施形態では、外装材１５が負極端子板２１に隙間なく全に密着状態で接着しているが、図４に示すように、外装材１５と通気小孔２３の間に空間部（空気室）ができるような状態で接着していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
電池の破裂を防止する安全弁機能を備えたアルカリ乾電池において、長期保存による漏液発生率を比較的簡単かつ実現容易な手段で大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるアルカリ乾電池の要部断面図および外観斜視図である。
【図２】アルカリ乾電池を長期保存したときの水分浸透による重量増加率を示すグラフである。
【図３】外装材の一端部における断面構造の実施形態を示す断面図である。
【図４】外装材と負極端子板の間の接着状態に関する別の実施形態を示す要部断面図である。
【図５】従来の雨仮乾電池の要部断面図および外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    アルカリ乾電池（本発明）
１０’  アルカリ乾電池（従来）
１１    金属製電池缶
１１１  突起状正極端子部
１２    正極合剤
１３    セパレータ
１４    負極合剤
１５    外装材
１５ｅ  外装材の先端１５ｅ
１５１  基材
１５２  金属層
１５３  絶縁層
１６    接着剤
２１    負極端子板
２３    通気小孔
２５    負極集電子
３１    樹脂製封口ガスケット
３２    外周部
３３    中央ボス部
３４    中間隔壁部
３５    薄肉部（安全弁）
【図１】
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【図２】
2005100707.tif 000005
【図３】
2005100707.tif 000006
【図４】
2005100707.tif 000007
【図５】
2005100707.tif 000008