JP4966518B2 - アルカリ電池 - Google Patents

Description

本発明は、正極集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶と環状の正極合剤を用いたアルカリ電池に関し、たとえばＡＡ形のアルカリ乾電池に適用して有効なものに関する。

この種のアルカリ電池は、図３に示すように、有底筒状の金属製正極缶１１に環状の正極合剤２１が圧入状態で装填され、この正極合剤２１の内側にセパレータ２２および負極合剤２３がアルカリ電解液と共に装填されることにより発電要素が形成されている。
正極缶１１は電池ケースをなし、その外底部には凸状の正極端子部１２が形成されている。また、正極缶１１は正極合剤２１に接触して正極集電体をなす。
正極缶１１の開口部内側には負極端子板３１が位置し、この負極端子板３１と正極缶１１の間に樹脂製ガスケット３５が介挿されることにより正極缶１１が封止されている。

負極端子板３１は、負極集電子３２、金属製封口板３３、およびガスケット３５と共に封口体を形成する。この封口体のガスケット３５が、その周縁部にて、正極缶１１の環状ビード部（くびれ部）１３と内方にカール加工された正極缶１１の開口端部１４との間に挟圧されることにより、正極缶１１が密閉封止されている（たとえば特許文献１〜３を参照）。
特開２００３−１７０６８ 特開２００２−３５８９６８ 特開２００１−２９１５２１

たとえば上述したアルカリ電池は、放電末期に内部抵抗が大きく上昇して放電性能が低下するという問題を有していた。この内部抵抗上昇は電池容量がまだ残っている状態で生じる。

一般に、この種のアルカリ電池における内部抵抗上昇の原因としては、正極集電体をなす正極缶１１と正極合剤２１間の導電性低下が考えられる。そこで、従来は、たとえば特許文献１〜３に記載のように、正極缶１１の内側に導電性塗料または導電ペーストを塗布することで、正極缶１１と正極合剤２１間の導電性を向上させることが行われていた。

上記方法によれば、正極缶１１と正極合剤２１の電気的接触性を向上させることによる内部抵抗の低減効果を得ることが出来る。しかしながら、放電末期の内部抵抗上昇を是正するまでには至らなかった。

一般的なアルカリ乾電池は、二酸化マンガンと導電助剤（黒鉛等）の混合粉末を高密度成形した正極合剤を使用している。高密度化することで二酸化マンガンと導電助剤が密着するようになり、導電性が確保される。

ところが、電池の放電に伴って二酸化マンガンは膨張し、正極合剤の密度が低下する。これにより、成形時の合剤密度および導電性が維持できなくなって内部抵抗が上昇する。また、正極缶内の正極合剤は放電末期に膨張するが、この膨張は正極缶の軸方向に生じて径方向へは生じない。むしろ、正極合剤の密度低下によって正極缶との接触圧力が減じる。つまり、正極缶との間に緩みが生じる。これらの現象により、放電末期に内部抵抗が上昇することが、本発明者らによりあきらかにされた。

本発明は以上のような技術背景に基づくものであって、その目的は、放電末期での内部抵抗上昇を低減または抑制し、放電終了まで良好な放電特性を維持することを可能にしたアルカリ電池を提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本発明は次のような解決手段を提供する。
（１）上方に開口する有底筒状で正極集電体を兼ねる金属製正極缶内に、圧入状態で装填される環状の正極合剤と、この正極合剤の内側にセパレータを介して配置された負極合剤と、アルカリ電解液とからなる発電要素が収納されているとともに、
上記正極缶の開口部の内側に略円盤状の負極端子板が位置し、この負極端子板と、上記正極缶内面との間に樹脂製ガスケットが介挿されることにより上記正極缶が密閉封止されたアルカリ電池であって、
上記ガスケットは、上記正極合剤の上端面と対面する略円盤状の環状部を備え、当該環状部の周縁が上記正極缶の上部開口端の内面と上記負極端子板の周縁とによって挟圧され、
上記環状部の下面に接触しつつ、当該下面から前記環状部の周縁にて上記正極缶内面と接触する部分にまで跨る導電部が形成され、
初期状態において、上記環状部下面と上記正極合剤の上端面は、互いに離間して上記正極合剤と上記導電材とが非接触状態にあるとともに、放電に伴って上記正極合剤が膨張した際、上記上端面が上記環状部の下面に当接することで、上記正極合剤と上記導電材とが接触する、
ことを特徴とするアルカリ電池。

放電末期での内部抵抗上昇を低減または抑制し、放電終了まで良好な放電特性を維持することを可能にしたアルカリ電池を提供できる。
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は、本発明の一実施例をなすアルカリ電池の断面図を要部拡大図と共に示す。同図に示すアルカリ電池はＡＡ形アルカリ乾電池であって、有底筒状の金属製正極缶１１と環状（筒状）に成形された正極合剤２１を用いて構成されている。

正極缶１１には正極合剤２１が圧入状態で装填されている。この正極合剤２１の内側にセパレータ２２および負極合剤２３がアルカリ電解液と共に装填されることにより発電要素が形成されている。正極合剤２１は、二酸化マンガンと導電助剤（黒鉛等）の混合粉末を高密度成形したものが使用されている。

正極缶１１は電池ケースをなし、その外底部には凸状の正極端子部１２が形成されている。また、正極缶１１は正極合剤２１に接触して正極集電体をなす。

正極缶１１の開口部内側には負極端子板３１が位置し、この負極端子板３１と正極缶１１の間に樹脂製ガスケット３５が介挿されることにより正極缶１１が封止されている。

負極端子板３１は、負極集電子３２、金属製封口板３３、およびガスケット３５と共に封口体を形成する。この封口体のガスケット３５が、その周縁部にて、正極缶１１の環状ビード部（くびれ部）１３と内方にカール加工された正極缶１１の開口端部１４との間に挟圧されることにより、正極缶１１が密閉封止されている。

ガスケット３５は、正極合剤２１の上端面が電池の放電に伴って膨張したときに、その上端面が当接する環状部３６を有する。この環状部３６から正極缶１１との接触部分に跨って導電部４１が形成されている。

導電部４１は、導電性塗料または導電ペーストをあらかじめ塗布することによって形成されている。この導電部４１は、正極缶１１の環状ビード部１３に当接する部分からガスケット３５の環状部３６を跨ぐ範囲に環状に設けられている。

図２は、上記電池の放電前（放電初期）と放電後（放電末期）の状態を示す。放電初期には、同図の（ａ）に示すように、ガスケット３５の環状部３６と正極合剤２１の上端面とは離れている。ところが、放電末期になると、同図の（ｂ）に示すように、正極合剤２１は正極缶１１の軸方向に膨張する。すると、この軸方向の膨張に伴い、正極合剤２１と正極缶１１間の接触圧力が低下する。この状態になると、集電体を兼ねる正極缶１１と正極合剤２１間の電気的接触抵抗が上昇してしまう。

しかし、この状態になると、同図の（ｂ）に示すように、軸方向に膨張した正極合剤２１の上端面がガスケット３５の環状部３６に当接する。そして、正極合剤２１の膨張が大きく放電末期には、正極合剤２１の上端面がガスケット３５の環状部３６に圧接するようになる。

このとき、ガスケット３５の環状部３６から正極缶１１との接触部分に跨って導電部４１が形成されており、正極合剤２１はその導電部４１を介して正極缶１１との間に導電性を維持することができる。これにより、放電末期での内部抵抗上昇を低減または抑制し、放電終了まで良好な放電特性を維持させることが可能になる。

図１に示した実施形態の構成を有するＡＡ形アルカリ乾電池（本発明品）と、上記導電部４１を有しないＡＡ形アルカリ乾電池（従来品）をそれぞれ１０個ずつ用意して、放電前（放電初期）と放電後（放電末期）における内部抵抗の変化を調べる試験を行った。内部抵抗は１ｋＨｚの交流法で測定した。

この試験結果を表１に示す。

表１からもあきらかなように、本発明の電池では、放電末期での内部抵抗上昇を大幅に低減させることができた。これにより、放電終了まで良好な放電特性を維持させることができた。

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、ガスケット３５およびその環状部３６は図示以外の形状であってももちろんよい。導電部４１は、導電性塗料または導電ペーストを塗布する以外の方法、たとえばメッキ等によって設けてもよい。また、導電部４１のパターンは環状が望ましいが、たとえば放射状などであってもよい。

放電末期での内部抵抗上昇を低減または抑制し、放電終了まで良好な放電特性を維持させることが可能なアルカリ電池を提供できる。

本発明の一実施例をなすアルカリ電池を、要部を拡大しながら示す断面図である。 本発明による電池の放電前（放電初期）と放電後（放電末期）の状態を示す。 従来のアルカリ電池の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１１ 集電体を兼ねる正極缶
１２ 正極端子部
１３ ビード部
１４ 開口端部
２１ 正極合剤
２２ セパレータ
２３ 負極合剤
３１ 負極端子板
３２ 負極集電子
３３ 封口板
３５ ガスケット
３６ 環状部
４１ 導電部

Claims (2)

1. 上方に開口する有底筒状で正極集電体を兼ねる金属製正極缶内に、圧入状態で装填される環状の正極合剤と、この正極合剤の内側にセパレータを介して配置された負極合剤と、アルカリ電解液とからなる発電要素が収納されているとともに、
   上記正極缶の開口部の内側に略円盤状の負極端子板が位置し、この負極端子板と、上記正極缶内面との間に樹脂製ガスケットが介挿されることにより上記正極缶が密閉封止されたアルカリ電池であって、
   上記ガスケットは、上記正極合剤の上端面と対面する略円盤状の環状部を備え、当該環状部の周縁が上記正極缶の上部開口端の内面と上記負極端子板の周縁とによって挟圧され、
   上記環状部の下面に接触しつつ、当該下面から前記環状部の周縁にて上記正極缶内面と接触する部分にまで跨る導電部が形成され、
   初期状態において、上記環状部下面と上記正極合剤の上端面は、互いに離間して上記正極合剤と上記導電材とが非接触状態にあるとともに、放電に伴って上記正極合剤が膨張した際、上記上端面が上記環状部の下面に当接することで、上記正極合剤と上記導電材とが接触する、
   ことを特徴とするアルカリ電池。
2. 請求項１において、上記導電部が導電性塗料または導電ペーストの塗布によって形成されていることを特徴とするアルカリ電池。
   
   

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