(57)【要約】      （修正有）【課題】内部抵抗が小さく、優れた強負荷放電特性を有し、かつ安全性に優れた高信頼性のアルカリ電池を提供する。【解決手段】正極、負極、正極と負極との間に配されるセパレータ４、および電解液を含む発電要素と、正極と電気的に接続される正極端子部と、負極と電気的に接続される負極端子部１１と、を具備するアルカリ電池であって、負極は、負極活物質として、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含み、正極と正極端子部との間および負極と負極端子部との間の少なくとも一方において、電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子９ａを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、正極と負極との間に配されるセパレータ、および電解液を含む発電要素と、前記正極と電気的に接続される正極端子部と、前記負極と電気的に接続される負極端子部と、を具備するアルカリ電池であって、
前記負極は、負極活物質として、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含み、
前記正極と前記正極端子部との間および前記負極と前記負極端子部との間の少なくとも一方において、前記電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子を備えたことを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
前記負極は、粒径が７５μｍ以下の粒子を３０重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含む請求項１記載のアルカリ電池。
【請求項３】
さらに、前記発電要素を収納した前記正極端子部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、負極端子部、前記負極端子部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、前記負極端子部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、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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部の周縁部を締め付け、
前記負極端子部が前記ＰＴＣ素子を備えた請求項１または２記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板と、前記第１の負極端子板の平坦部と前記第２の負極端子板の平坦部との間に配された前記ＰＴＣ素子と、前記第１の負極端子板の鍔部と前記第２の負極端子板の鍔部との間に配された絶縁板とで構成され、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部と、前記絶縁板とを締め付けた請求項３記載のアルカリ電池。
【請求項５】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板と、前記第１の負極端子板の鍔部と前記第２の負極端子板の鍔部との間に配された前記ＰＴＣ素子とで構成され、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部と、前記ＰＴＣ素子とを締め付けた請求項３記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板、ならびに前記第２の負極端子板の平坦部上に設けられた前記ＰＴＣ素子からなり、
前記第２の負極端子板の平坦部および前記ＰＴＣ素子は、中央に前記負極集電子が挿入される貫通孔を有し、
前記負極集電子の頭部と前記中央筒部との間に前記第２の負極端子板とともに前記ＰＴＣ素子が配され、
前記ＰＴＣ素子は、前記負極集電子の頭部と前記第２の負極端子板の平坦部との間に配され、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部とを締め付けた請求項３記載のアルカリ電池。
【請求項７】
前記負極端子部は、周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する負極端子板、ならびに  前記負極端子板の平坦部上に配された前記ＰＴＣ素子からなり、
前記ＰＴＣ素子は前記負極集電体の頭部と前記負極端子板の平坦部との間に配され、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記負極端子板の鍔部を締め付けた請求項３記載のアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ素子を備えたアルカリ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、強負荷放電特性の向上を目的として、負極活物質の亜鉛粉末を微細化して内部抵抗を低減することが提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、負極の反応効率が高まり、短絡時に電池が著しく発熱するという問題があり、実用上亜鉛粉末の微粉化の度合いに制約があった。
【０００３】
短絡時の電池の急激な温度上昇を抑制する方法としては、電池内部に短絡電流を遮断する機能を有するＰＴＣ素子を設けることが検討されている。
例えば、特許文献２では、負極集電体の表面を、ポリエチレンを主体とする、ＰＴＣ機能を備えた電子伝導体で被覆することが提案されている。また、特許文献３では、外装缶の開口端部がガスケットを介して封口板周縁部の鍔部をかしめる構造のリチウム二次電池において、封口板の鍔部と、ガスケットとの間にＰＴＣ素子を配することが提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献２では、負極集電体表面に被覆された電子伝導体により、活物質との接触抵抗が高くなり、集電効果が阻害されるため、放電性能が低下する可能性がある。また、この電子伝導体はアルカリ電解液によって分解されやすく、ＰＴＣ機能が十分に発揮されない場合がある。
また、特許文献３のリチウム二次電池は、集電体や防爆機構等の封口部の構造がアルカリ電池と異なるため、アルカリ電池の構造に適したＰＴＣ素子の組み込み方を新たに検討する必要があった。
【特許文献１】米国特許６２８４４１０号明細書
【特許文献２】特開２００３−２１７５９６号公報
【特許文献３】特開平９−１９９１０６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、内部抵抗が小さく優れた強負荷放電特性を有するとともに、安全性に優れた高信頼性のアルカリ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】
本発明は、正極、負極、正極と負極との間に配されるセパレータ、および電解液を含む発電要素と、前記正極と電気的に接続される正極端子部と、前記負極と電気的に接続される負極端子部と、を具備するアルカリ電池であって、前記負極は、負極活物質として、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含み、前記正極と前記正極端子部との間および前記負極と前記負極端子部との間の少なくとも一方において、前記電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子を備えたことを特徴とする。上記「電解液が接触しない通電経路」は、電解液に接触しない部分を意味するため、正極端子部および負極端子部を含み、正極および負極を含まない。
前記負極は、粒径が７５μｍ以下の粒子を３０重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含むのが好ましい。
【０００７】
さらに、前記発電要素を収納した前記正極端子部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、負極端子部、前記負極端子部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、前記負極端子部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、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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部の周縁部を締め付け、前記負極端子部が前記ＰＴＣ素子を備えるのが好ましい。
【０００８】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板と、前記第１の負極端子板の平坦部と前記第２の負極端子板の平坦部との間に配された前記ＰＴＣ素子と、前記第１の負極端子板の鍔部と前記第２の負極端子板の鍔部との間に配された絶縁板とで構成され、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部と、前記絶縁板とを締め付けるのが好ましい。
【０００９】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板と、前記第１の負極端子板の鍔部と前記第２の負極端子板の鍔部との間に配されたＰＴＣ素子とで構成され、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部と、前記ＰＴＣ素子とを締め付けるのが好ましい。
【００１０】
前記負極端子部が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する第１の負極端子板および第２の負極端子板、ならびに前記第２の負極端子板の平坦部上に設けられた前記ＰＴＣ素子からなり、前記第２の負極端子板の平坦部および前記ＰＴＣ素子は、中央に前記負極集電子が挿入される貫通孔を有し、前記負極集電子の頭部と前記中央筒部との間に前記第２の負極端子板とともに前記ＰＴＣ素子が配され、前記ＰＴＣ素子は、前記負極集電子の頭部と前記第２の負極端子板の平坦部との間に配され、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記第１の負極端子板の鍔部と、前記第２の負極端子板の鍔部とを締め付けるのが好ましい。
【００１１】
前記負極端子部は、周縁部に鍔部および中央部に平坦部を有する負極端子板、ならびに前記負極端子板の平坦部上に配された前記ＰＴＣ素子からなり、前記ＰＴＣ素子は前記負極集電体の頭部と前記負極端子板の平坦部との間に配され、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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、前記負極端子板の鍔部を締め付けるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池にＰＴＣ素子を設けることにより、亜鉛粉末中の微粉の含有比率を増大させても、短絡時の電池の急激な温度上昇を抑制することができる。すなわち、負極と負極端子部との間および正極と正極端子部との間において、アルカリ電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子を組み込むことで、短絡時の電池の急激な温度上昇を抑制し、その分だけ亜鉛粉末中の微粉の含有比率をできるだけ減らさずに、その許容範囲を増大させることができる。そして、電池の内部抵抗が低減されて、優れた強負荷放電特性が得られる。これにより、長期にわたり安全性に優れ、かつ高出力のアルカリ電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述のように、従来から、亜鉛粉末を微粉化すると内部抵抗が減少し、強負荷放電特性が向上することが知られているが、短絡時の電池の発熱量が大きいため安全性の面で問題があった。
そこで、本発明者らは、亜鉛粉末の微粉化による強負荷放電特性の向上と、安全性の向上を同時に実現するために、アルカリ電池へのＰＴＣ素子の組み込み方、および亜鉛粉末の微粉化の程度について種々検討を行い、ＰＴＣ素子の設置箇所および亜鉛粉末の粒子形態の最適化を行った。
その結果、負極と負極端子部との間および正極と正極端子部との間において、アルカリ電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子が設けられ、負極活物質として用いられる亜鉛粉末または亜鉛合金粉末が、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有した場合に、外部短絡時の電池の急激な温度上昇が十分に抑制されるとともに、内部抵抗が低減され、電池の安全性の向上と、強負荷放電特性の向上とを両立できることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明は、正極、負極、正極と負極との間に配されるセパレータ、および電解液を含む発電要素と、前記正極と電気的に接続される正極端子部と、前記負極と電気的に接続される負極端子部と、を具備するアルカリ電池に関する。そして、前記負極は、負極活物質として、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有する亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含み、前記正極と前記正極端子部との間および前記負極と前記負極端子部との間の少なくとも一方において、前記電解液が接触しない通電経路にＰＴＣ素子を備えた点に特徴を有する。
【００１５】
これにより、ＰＴＣ素子を設けることによる内部抵抗の増加は、亜鉛粉末または亜鉛合金粉末の微細化により抑制され、亜鉛粉末または亜鉛合金粉末の微細化による外部短絡時の電池温度の急激な上昇は、ＰＴＣ素子を設けることにより抑制される。また、電解液と接触しない通電経路にＰＴＣ素子が設けられるため、ＰＴＣ素子の電解液による劣化を防ぐことができる。
前記亜鉛粉末または亜鉛合金粉末は、粒径が７５μｍ以下の粒子を３０重量％以上含有するのが好ましい。
【００１６】
粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有する亜鉛粉末は、例えば、以下の方法により得ることができる。亜鉛を約５００℃まで加熱して溶融状態とし、これを細流状に滴下し、圧縮空気を噴射させて噴霧を行い、亜鉛粉末を得る。この亜鉛粉末を目開き７５μｍ及び４２５μｍの篩にてそれぞれ分級を行う。そして、７５〜４２５μｍの間で篩い分けされた粒子に７５μｍ以下の粒子を所定重量混合する。
また、例えば、目開き７５μｍの篩にて亜鉛粉末を篩い分けし秤量することにより、亜鉛粉末が、粒径が７５μｍ以下の粒子を１５重量％以上含有することを確認することができる。
【００１７】
上記アルカリ電池は、例えば、さらに、前記発電要素を収納した電池ケース、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する。前記組立封口部が、負極端子部、前記負極端子部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する。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、前記負極端子部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。前記電池ケースの開口端部が前記封口体の外周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部の周縁部を締め付け、前記負極端子部が前記ＰＴＣ素子を備える。
また、上記アルカリ電池は、例えば、前記電池ケースの底部に前記正極端子部が配され、前記正極端子部が前記ＰＴＣ素子を備える。
【００１８】
以下に、ＰＴＣ素子を備えた電池の好ましい形態について説明する。
実施の形態１
本発明の一実施の形態を、図１および２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。
【００１９】
正極合剤２には、例えば、二酸化マンガン粉末、オキシ水酸化ニッケル粉末、もしくはそれらの混合物を含む正極活物質、黒鉛粉末などの導電剤、および水酸化カリウム水溶液などのアルカリ電解液の混合物が用いられる。
ゲル状負極３には、例えば、亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を含む負極活物質、ポリアクリル酸ナトリウムなどのゲル化剤、および水酸化カリウム水溶液などのアルカリ電解液の混合物が用いられる。なお、負極活物質には、耐食性に優れた亜鉛合金粉末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。上記亜鉛合金としては、例えば、インジウム、アルミニウム、およびビスマスを含む亜鉛合金が挙げられる。
【００２０】
ここで、図２は、図１のＸ部分（アルカリ電池の封口部分）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。組立封口部１２は、負極端子部１１、負極端子部１１と電気的に接続された負極集電子６、および樹脂製封口体５で構成されている。ゲル状負極３の中央には負極集電子６が挿入されている。
【００２１】
封口体５は、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、負極端子部１１の周縁部と電池ケース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、安全弁として働く肉薄部１５ａを有する連結部１５からなる。外周筒部１４は、負極端子部１１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部１１の周縁部が段部１ａとの間で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。
【００２２】
本発明は、アルカリ電池の組立封口部１２における負極端子部１１の構造に特徴を有する。負極端子部１１は、互いに離間して設けられた第１の負極端子板７および第２の負極端子板８、ならびに第１の負極端子板７と第２の負極端子板８との間に配されたＰＴＣ素子９ａからなる。
【００２３】
すなわち、図２に示すように、第１の負極端子板７は、周縁部に鍔部７ａおよび中央部に平坦部７ｂを有し、第２の負極端子板８は、周縁部に鍔部８ａおよび中央部に平坦部８ｂを有する。第１の負極端子板７の平坦部７ｂと、第２の負極端子板８の平坦部８ｂとの間にＰＴＣ素子９ａが配され、第１の負極端子板７の鍔部７ａと、第２の負極端子板８の鍔部８ａとの間に絶縁板９ｂが配されている。電池ケース１の開口端部が封口体５の外周筒部１４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、第１の負極端子板７の鍔部７ａと、第２の負極端子板８の鍔部８ａと、絶縁板９ｂとが締め付けられている。負極集電子６は、その頭部６ａを第２の負極端子板８の平坦部８ｂに溶接することにより、物理的および電気的に接続されている。ＰＴＣ素子９ａは、所定の温度に達すると抵抗が急激に大きくなる機能を有する。
【００２４】
円盤状のＰＴＣ素子９ａは、例えば、厚さが０．２〜０．４ｍｍ、および径が５〜７．５ｍｍである。
リング状の絶縁板９ｂは、例えば、厚さが０．２〜０．４ｍｍ、内径が５〜８ｍｍ、および外径が１１〜１２ｍｍである。
また、第1の負極端子板７と第２の負極端子板８が直に接するとＰＴＣ素子９ａを介さずに電流が流れて、ＰＴＣ素子が機能せず、電流を遮断できない現象を確実に防ぐため、第１の負極端子板７における鍔部７ａと平坦部７ｂとの境界部と、第２の負極端子板８における鍔部８ａと平坦部８ｂとの境界部との間が、０．２〜１ｍｍ離れるように、第１の負極端子板７および第２の負極端子板８が配置されるのが好ましい。
【００２５】
このアルカリ電池は、上記のように、第１の負極端子板７および第２の負極端子板８との間の通電経路をＰＴＣ素子９ａのみで構成している。従って、電池が外部短絡して短絡電流が流れて電池温度が所定の温度に達すると、ＰＴＣ素子９ａの抵抗が増大して、確実に短絡電流を低減することができる。すなわち、短絡時の電池の急激な温度上昇を抑制することができる。ＰＴＣ素子には、例えば、タイコエレクトロニクスレイケム（株）製のポリスイッチの名で販売されている材料等が用いられる。
また、図２のように、負極端子部１１が２枚の負極端子板７および８で構成されるため、電解液のはい上がり経路が長くなり、またその経路が分断され易くなることにより、電解液の漏出を抑制することができる。
【００２６】
絶縁板９ｂには、例えば、紙やポリプロピレン等の樹脂が用いられる。
第１の負極端子板７には、例えば、ニッケルめっき鋼板が用いられる。
第２の負極端子板８には、接触抵抗が小さい点で、錫めっき鋼板やニッケルめっき鋼板を用いるのが好ましい。
第１および第２の負極端子板７および８は、例えば、鍔部７ａと平坦部７ｂとの境界部および鍔部８ａと平坦部８ｂ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の肉薄部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。
【００２７】
実施の形態２
本実施の形態における封口部分を図３に示す。組立封口部２２における負極端子部２１は、互いに離間して設けられた第１の負極端子板７および第２の負極端子板８、ならびに第１の負極端子板７の鍔部７ａと第２の負極端子板８の鍔部８ａとの間に配されたリング状のＰＴＣ素子１９ａ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、第１の負極端子板７の鍔部７ａと、第２の負極端子板８の鍔部８ａと、ＰＴＣ素子１９ａとが締め付けられている。この締め付けにより、ＰＴＣ素子１９ａと両負極端子板７および８との間の電気的な接触抵抗の値を小さく保つことができる。第１の負極端子板７の平坦部７ｂと、第２の負極端子板８の平坦部８ｂとの間に絶縁板が配されていてもよい。
【００２８】
リング状のＰＴＣ素子１９ａは、例えば、厚さが０．２〜０．４ｍｍ、内径が５〜８ｍｍ、および外径が１１〜１２ｍｍである。
また、第1の負極端子板７と第２の負極端子板８が直に接するとＰＴＣ素子９ａを介さずに電流が流れて、ＰＴＣ素子が機能せず、電流を遮断できない現象を確実に防ぐため、第１の負極端子板７および第２の負極端子板８は、平坦部７ｂと平坦部８ｂとの間が０．２〜１ｍｍ離れるように配置されるのが好ましい。
【００２９】
実施の形態３
本実施の形態における封口部分を図４に示す。組立封口部３２における負極端子部３１が、互いに離間して設けられ、それぞれ周縁部に鍔部１７ａ、１８ａおよび中央部に平坦部１７ｂ、１８ｂを有する第１の負極端子板１７および第２の負極端子板１８、ならびに第２の負極端子板１８の平坦部１８ｂ上に設けられたＰＴＣ素子２９からなる。
第２の負極端子板１８の平坦部１８ｂおよびＰＴＣ素子２９は、それぞれ中央に負極集電子６が挿入される貫通孔１８ｃおよび２９ａを有する。負極集電子６の頭部６ａと封口体５の中央筒部１３との間に第２の負極端子板１８とともにリング状のＰＴＣ素子２９が配されている。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、第１の負極端子板１７の鍔部１７ａと、第２の負極端子板１８の鍔部１８ａとが締め付けられている。負極集電体６の頭部６ａと第１の負極端子板１７の平坦部１７ｂとの間には隙間が設けられており、その隙間に絶縁板が配されていてもよい。
【００３０】
円盤状のＰＴＣ素子２９は、例えば、厚さが０．２〜０．４ｍｍ、径が４〜７ｍｍであり、中央の貫通孔２９ａの径は１．３〜２．０ｍｍである。
また、負極端子板１７と負極集電子６が接するとＰＴＣ素子２９を介さずに電流が流れて、ＰＴＣ素子が機能せず、電流を遮断できない現象を確実に防ぐため、第１の負極端子板１７の平坦部１７ｂと、負極集電子６の頭部６ａとの間が、０．２〜１．０ｍｍ離れるように配置されるのが好ましい。
【００３１】
実施の形態４
本実施の形態における封口部分を図５に示す。組立封口部４２における負極端子部４１は、周縁部に鍔部２７ａおよび中央部に平坦部２７ｂを有する負極端子板２７、および負極端子板２７の平坦部２７ｂ上に配された円盤状のＰＴＣ素子３９からなる。ＰＴＣ素子３９は、負極集電体６の頭部６ａと負極端子板２７の平坦部２７ｂとの間に配されている。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２７の鍔部２７ａが締め付けられている。
円盤状のＰＴＣ素子３９は、例えば、厚さ０．２〜０．４ｍｍ、および径が４〜７ｍｍである。
【００３２】
上記実施の形態では、負極端子部にＰＴＣ素子を設けたが、正極端子部にＰＴＣ素子を設けてもよい。例えば、正極端子を兼ねる電池ケース１の代わりに、正極端子を兼ねない有底円筒形の電池ケースと、正極端子板および前記正極端子板の端子面と反対側の面に配されたＰＴＣ素子からなる正極端子部とを用い、正極端子部を、電池ケースと正極端子板との間にＰＴＣ素子が位置するように電池ケースの底面に配してもよい。
【実施例】
【００３３】
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。
（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：１５μｍ）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３６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。
【００３４】
（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３６重量％の水酸化カリウム水溶液と、負極活物質とを１：３３：６６の重量比で混合し、ゲル状負極を得た。なお、負極活物質には、０．０２５重量％のインジウム、０．０１５重量％のビスマス、および０．００４重量％のアルミニウムを含み、水銀と鉛が無添加の亜鉛合金粉末（平均粒径：１３５μｍ）を用いた。
【００３５】
（３）円筒形アルカリ電池の組み立て
図１に示す構造の単３形アルカリ電池（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を加圧して電池ケース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３６重量％の水酸化カリウムを含有する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。
【００３６】
次に、正極合剤２等の発電要素を収納した電池ケース１を、組立封口部１２を用いて以下のように封口した。
負極集電子６の頭部６ａと、厚さ０．２ｍｍの錫めっき鋼板からなる第２の負極集電板８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の中央筒部１３の貫通孔１３ａに挿入することにより組立封口部の中間体を得た。
【００３７】
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上で中間体の水平部１４ｂを受けるように、電池ケース１の開口部に中間体を設置した。このとき、負極集電子６の一部は、ゲル状負極３中に挿入された。そして、中間体の第２の負極端子板８における鍔部８ａ上にポリプロピレンからなるリング状の絶縁板９ｂ（厚さ０．３ｍｍ、内径８ｍｍ、外径１１ｍｍ）を配した。中間体の第２の負極端子板８における平坦部８ｂ上に厚さ０．３ｍｍおよび直径７．２ｍｍの円盤状のＰＴＣ素子９ａ（タイコエレクトロニクスレイケム（株）製のポリスイッチ）を配した。さらに、ＰＴＣ素子９ａに平坦部７ｂが対応し、絶縁板９ｂ上に鍔部７ａが対応するように、ＰＴＣ素子９ａおよび絶縁板９ｂ上に、厚さ０．４ｍｍの、ニッケルめっき鋼板からなる第１の負極端子板７を配置した。このＰＴＣ素子９ａは、２０℃では抵抗値が０．０３Ωであるが、１２０℃の高温下では、抵抗値が１０4Ωと大幅に増大する性質を有する。
【００３８】
これにより、第１の負極端子板７の平坦部７ｂと、第２の負極端子板８の平坦部８ｂとの間にＰＴＣ素子９ａが配され、第１の負極端子板の鍔部７ａと、第２の負極端子板８の鍔部８ａとの間に絶縁板９ｂが配された負極端子部１１を構成した。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、負極端子部１１の周縁部を、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。このようにして、負極端子部１１、封口体５、および負極集電子６からなる組立封口部１２（組立封口部Ａ）で、電池ケース１の開口部を塞いだ。外装ラベル１０で電池ケース１の外表面を被覆した。
【００３９】
また、上記の組立封口部Ａ以外に、以下の組立封口部Ｂ〜Ｆも作製した。
（４）組立封口部Ｂの作製
第１の負極端子板７の鍔部７ａと、第２の負極端子板８の鍔部８ａとの間にリング状の実施例１と同じＰＴＣ素子１９ａ（厚さ０．３ｍｍ、外径１１ｍｍ、内径８ｍｍ）を配し、絶縁板を用いない負極端子部２１を構成した以外は、組立封口部Ａと同じ方法で図３に示す組立封口部２２（組立封口部Ｂ）を作製した。
【００４０】
（５）組立封口部Ｃの作製
負極集電子６を、封口体５、第２の負極端子板１８、および円盤状のＰＴＣ素子２９（厚さ０．３ｍｍ、外径５ｍｍ、孔径１．５ｍｍ）の貫通孔２９ａに挿入し組立封口部の中間体を得た。このとき、負極集電子６の頭部６ａと封口体５の中央筒部１３との間に第２の負極端子板１８とともにＰＴＣ素子２９を配した。電池ケース１の開口部に中間体を設置した後、第１の負極端子板１７の鍔部１７ａと、第２の負極端子板１８の鍔部１８ａとが接触し、第１の負極端子板１７の平坦部１７ｂが負極集電子６の頭部と接触しないように、第１の負極端子板１７を第２の負極端子板１８上に設置し、図４と同じ組立封口部３２（組立封口部Ｃ）を作製した。
【００４１】
（６）組立封口部Ｄの作製
負極集電子６を、封口体５の貫通孔１３ａに挿入し、負極集電体６の頭部６ａを、円盤状のＰＴＣ素子３９（厚さ０．３ｍｍ、外径５ｍｍ）を介して負極集電板２７の平坦部２７ｂと電気的に接触させ、図５と同じ組立封口部４２（組立封口部Ｄ）を作製した。
【００４２】
（７）組立封口部Ｅの作製
負極端子部を第１の負極端子板３７のみで構成して、組立封口部Ａの中間体に相当する図６に示す組立封口部５２（組立封口部Ｅ）を作製した。
【００４３】
（８）組立封口部Ｆの作製
室温における導電率が５Ｓ／ｃｍであり、１２０℃（動作温度）における導電率が５μＳ／ｃｍであるポリエチレンを主成分とするＰＴＣ機能を備えた電子伝導性材料の粉末９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部とを、Ｎ−メチルピロリジノン中に分散させてペーストを得た。負極集電子６の頭部６ａと第1の負極端子板１７の平坦部１７ｂとを溶接した後、このペーストを負極集電体６の全表面に塗布し、これを６０℃で１２時間乾燥させた。この負極集電体を用いた以外は組立封口部Ｅと同じ組立封口部Ｆを作製した。
【００４４】
また、上記アルカリ電池の作製時において、負極活物質に用いた亜鉛合金粉末の総重量に対する７５μｍ以下の粒子が占める割合を５重量％、１５重量％、３０重量％、および５０重量％と変えて、粉末形態の異なる亜鉛合金粉末Ａ〜Ｄをそれぞれ作製した。亜鉛合金粉末Ａ〜Ｄは、亜鉛合金粉末を目開き７５μｍ及び４２５μｍの篩にて分級を行い、７５〜４２５μｍの間で篩い分けされた粒子に７５μｍ以下の粒子を所定重量混合させることにより得られた。
そして、上記組立封口部Ａ〜Ｆと負極活物質として亜鉛合金粉末Ａ〜Ｄとを種々に組み合わせ、それぞれアルカリ電池を作製した。
【００４５】
［評価］
（９）強負荷放電特性の評価
１５００ｍＷで２秒間放電し、次いで６５０ｍＷで２８秒間放電する放電試験を、１時間毎に１０回（５分間）繰り返し行い、終止電圧１．０５Ｖに達した時点のサイクル数を調べた。サイクル数が８０以上の場合に、強負荷放電特性が良好であると判断した。
【００４６】
（１０）電池の短絡試験
上記で得られた各電池について、厚さ０．１ｍｍのニッケルリード線を介して、電池ケースと第１の負極端子板とを接続させて、電池を外部短絡させた。そして、このときの電池胴体部の表面温度を熱電対にて測定し、電池表面における最高温度を調べた。なお、電池表面の温度が９０℃以下の場合、ＰＴＣ素子による電流遮断機能が良好に作動したと判断した。電池温度が９０℃を超えると、電池の発熱や内圧の上昇による漏液により、周辺の使用機器が損傷する可能性がある。
【００４７】
（１１）電池の内部抵抗の測定
上記で得られた各電池について、松下通信工業（株）製のDIGITAL MILLIOHM METER VP-2811Aにより１ｋHzの交流電流を電池に流したときの端子間電圧を測定し、電池の内部抵抗を調べた。
上記の評価結果を表１に示す。表１中における組立封口部Ｅと亜鉛合金粉末Ａ〜Ｄとの組み合わせ、および組立封口部Ａ〜ＤおよびＦと亜鉛合金粉末Ａとの組み合わせが比較例である。組立封口部Ａ〜Ｄと亜鉛合金粉末Ｂ〜Ｄとの組み合わせが実施例である。また、表１中における上段は内部抵抗、中段は外部短絡時の電池最高温度、下段は強負荷放電時のサイクル数を示す。
【００４８】
【表１】
2007141829.tif 000003
【００４９】
組立封口部Ｅを用いた比較例の電池では、微細化した亜鉛合金粉末の増大により、内部抵抗が低減され、良好な強負荷放電特性が得られたが、外部短絡時に電池の発熱量が増大した。
組立封口部Ｆを用いた比較例の電池では、外部短絡時の電池の発熱量が大幅に抑制されたが、内部抵抗が大きく、強負荷放電特性が大幅に低下した。また、これらの電池を室温で3ヶ月保存した後に上記と同じ短絡試験を行った結果、短絡時の電池の最高温度が１２５℃となり、電池温度が大幅に上昇した。これは、発電要素内の電解液に接する状態でＰＴＣ素子が設置されているため、負極集電子の表面に設けられたＰＴＣ機能を有する電子伝導体が保存期間中にアルカリ電解液との接触により分解されて、ＰＴＣ機能が発揮されなくなったためである。
【００５０】
亜鉛合金粉末Ａを用いた比較例の電池では、具備したＰＴＣ素子の機能により外部短絡時の電池の発熱量が大幅に抑制されたが、内部抵抗が上昇し、強負荷放電特性が低下した。
これに対して、組立封口部Ａ〜Ｄと亜鉛合金粉末Ｂ〜Ｄとを組み合わせた本発明の実施例の電池では、外部短絡時の電池の発熱量が大幅に抑制されると同時に、内部抵抗の上昇が最小限に抑えられ、良好な強負荷放電特性が得られた。特に、組立封口部Ａ〜Ｄと亜鉛合金粉末ＣまたはＤとを組み合わせた電池では、外部短絡時に電池の発熱量がさらに抑制されるとともに、強負荷放電特性が向上した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のアルカリ電池は高信頼性を有し、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】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアルカリ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】本発明の実施の形態２における封口部分の縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３における封口部分の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４における封口部分の縦断面図である。
【図６】従来のアルカリ電池の封口部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
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、１７、２７、３７  第１の負極端子板
８  第２の負極端子板
７ａ、８ａ  鍔部
７ｂ、８ｂ  平坦部
９ａ、１９ａ、２９、３９  ＰＴＣ素子
９ｂ、１９ｂ  絶縁板
１０  外装ラベル
１１、２１、３１  負極端子部
１２、２２、３２、４２  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  肉薄部
【図１】
2007141829.tif 000004
【図２】
2007141829.tif 000005
【図３】
2007141829.tif 000006
【図４】
2007141829.tif 000007
【図５】
2007141829.tif 000008
【図６】
2007141829.tif 000009