JP5070664B2

JP5070664B2 - Alkaline manganese battery

Info

Publication number: JP5070664B2
Application number: JP2001192209A
Authority: JP
Inventors: 秀敏田中; 琢司小川; 吉郎原田; 勝博山下
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003007263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリマンガン電池に関し、特に封口部に含まれる負極端子の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、アルカリマンガン電池の負極端子部分の内部構造を示している。
図示のように、アルカリマンガン電池１は、正極端子を兼ねる有底円筒の正極缶２と、正極缶内に配置された中空円筒状の正極合剤３と、筒状のセパレータ４を介して前記正極合剤３の中空部に集電体６と共に充填されたゲル状の亜鉛負極５とで構成され、これら正極合剤３や亜鉛負極５を正極缶２内に収納した後、ガスケット７を介在してその開口部に負極端子８を含む封口部を挿入し、その開口部端を内側に屈曲させることにより密閉構造としている。
【０００３】
また、アルカリマンガン電池のような密閉構造の場合、外部ショートや逆挿入等、電池の誤使用が有った時、内部ガスの発生や発熱による異常な内圧上昇により、漏液や最悪の場合には電池破裂を招く危険性がある。このため、誤使用時にも電池が破裂しないよう、薄肉部を設けたガスケット７および負極端子８の縁部に異常内圧を逃がすガス抜孔９を設けて安全機構としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のアルカリマンガン電池は、漏液や破裂に影響する負極端子８の封口耐圧は、例えば、電池サイズがＬＲ２０形の場合で約３．２ＭＰａと低いため、何等かの原因で負極端子８のガス抜孔９が塞がれた場合、電池内部で大量のガス発生が有ると破裂する可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来電池の欠点を改善し、封口耐圧を向上して電池異常時の破裂の危険性を低下した安全性の高いアルカリマンガン電池を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
電池の封口耐圧を向上する方策として、正極缶の加締め部の強度を上げる方法、電池開口径を小さくする方法、或いは負極端子の強度を上げる方法等が有効である。本発明では、負極端子の強度アップによる封口耐圧の向上策を提案するものである。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、プレス成形されたカップ形状の負極端子を含む封口部で筒状正極缶の開口部を密閉した筒型アルカリマンガン電池において、前記負極端子材として、板厚が０．５〜１．０ｍｍ、且つ、抗張力が３７０〜５５０Ｎ／ｍｍ²のニッケルメッキ鋼板を用いたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明は、プレス成形されたカップ形状の負極端子を含む封口部で筒状正極缶の開口部を密閉した筒型アルカリマンガン電池において、前記負極端子材として、板厚が０．５〜１．０ｍｍ、且つ、抗張力が３７０〜５５０Ｎ／ｍｍ ² 、且つ、硬度が１３０〜１９０Ｈｖのニッケルメッキ鋼板を用いたことを特徴としている。
【０００９】
アルカリマンガン電池の負極端子材の板厚、抗張力、および硬度をそれぞれ前記請求項１〜請求項３に記載の範囲内に特定することにより、正極缶開口部の加締め時に変形しない強度の優れた負極端子が実現でき、封口耐圧が向上する。
ここで、負極端子材の板厚の上限を１ｍｍ、抗張力の上限を５５０Ｎ／ｍｍ²、硬度の上限を１９０Ｈｖとしたのは、上記上限値を越えると、プレス成形にてカップ形状の負極端子を作製できなくなるためである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、負極端子材の板厚、抗張力（耐力）、および硬度をそれぞれ前記請求項１〜請求項３に記載の範囲内に特定することにより、アルカリマンガン電池における封口耐圧の向上を図るものである。以下、図１を参考にしてアルカリマンガン電池の実施例を説明する。
【００１１】
［実施例］
本実施例のアルカリマンガン電池１の作製要領は以下の通りである。
先ず、正極活物質としての電解二酸化マンガン９１．２重量％に人造黒鉛５．６８重量％と保液材としてのポリアクリル酸０．０５％を添加して混合する。
次に、この混合合剤９６．９３重量％に対して約４０％の水酸化カリウム水溶液３．０７重量％を加えて良く混合し、ローラコンパクタで圧延して１８０〜１０００μｍの幅で篩ったものを正極合剤３とする。これを所定の大きさの円筒リング状に成形し、この成形体をニッケルメッキ鋼板の正極缶２に嵌合する。
次いで、これにビニロン繊維不織布から成る円筒状セパレータ４を挿入し、その内側に所定量の電解液と共に、亜鉛合金粉末２００重量部にゲル化剤としてのポリアリル酸を１．１重量部、ポリアクリル酸ナトリウムを３６．７重量部、水５６．５重量部、酸化亜鉛５．９重量部を組成としたゲル状負極５を充填する。
最後に、ニッケルメッキ鋼板よりプレス成形した負極端子８とガスケット９および集電体６を組み合わせた封口部を挿入し、正極缶２の開口部を内側に屈曲させることにより密閉し、アルカリマンガン電池を作製した。尚、本実施例で作製した電池のサイズはＬＲ２０形である。
【００１２】
（従来例）
上記構成のアルカリマンガン電池において、負極端子材として、厚さ０．４ｍｍ、抗張力３５０Ｎ／ｍｍ²、硬度（ビッカース硬度）９９Ｈｖの鋼板を用いた。
（参考例１）
上記従来例において、負極端子材として厚さ０．５ｍｍの鋼板を用いた。
（参考例２）
上記従来例において、負極端子材として厚さ１．０ｍｍの鋼板を用いた。
（比較例１）
上記従来例において、厚さ１．１ｍｍの鋼板を用いたが、同様の負極端子にはプレス成形できなかった。
（参考例３）
上記従来例において、負極端子材として抗張力が３７０Ｎ／ｍｍ²の鋼板を用いた。
（参考例４）
上記従来例において、負極端子材として抗張力が５５０Ｎ／ｍｍ²の鋼板を用いた。
（比較例２）
上記従来例において、抗張力が５６０Ｎ／ｍｍ²の鋼板を用いたが、同様の負極端子にはプレス成形できなかった。
（参考例５）
上記従来例において、負極端子材として硬度が１３０Ｈｖの鋼板を用いた。
（参考例６）
上記従来例において、負極端子材として硬度が１９０Ｈｖの鋼板を用いた。
（比較例３）
上記従来例において、硬度が２００Ｈｖの鋼板を用いたが、同様の負極端子にはプレス成形できなかった。
（実施例１）
上記従来例において、負極端子材として厚さが０．５ｍｍ、抗張力が５５０Ｎ／ｍｍ²、硬度が１９０Ｈｖの鋼板を用いた。
（実施例２）
上記従来例において、負極端子材として厚さが０．８ｍｍ、抗張力が５５０Ｎ／ｍｍ²、硬度が１９０Ｈｖの鋼板を用いた。
（実施例３）
上記従来例において、負極端子材として厚さが１．０ｍｍ、抗張力が５５０Ｎ／ｍｍ²、硬度が１９０Ｈｖの鋼板を用いた。
【００１３】
上記従来例および比較例によるアルカリマンガン電池の封口耐圧値と、各電池を４個直列接続にて１０時間の短絡試験を実施し、その一週間後の電池破裂数を調査し、その結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１から明らかなように、実施例１〜３に示す本発明のアルカリマンガン電池および参考例１〜６に示すアルカリマンガン電池は、従来のアルカリマンガン電池に比べて封口耐圧が向上しており、これに伴って電池の破裂数が減少していることが判る。特に、負極端子材の板厚、抗張力、および硬度を所定範囲内に特定した実施例１〜３にあっては、封口耐圧の大幅な改善が見られ、電池の破裂を完全に無くすことができた。
尚、比較例１〜３については、負極端子のプレス成形が不能で、電池が作製で
きなかった例である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負極端子材の板厚、抗張力、および硬度をそれぞれ請求項１〜請求項３に記載の範囲内に特定することにより、負極端子の強度が向上し、封口耐圧を大幅に改善することができる。これにより、電池の誤使用があっても、内圧上昇による電池破裂を招かない安全性に優れるアルカリマンガン電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルカリマンガン電池の負極端子の内部構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１アルカリマンガン電池
２正極缶
８負極端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alkaline manganese battery, and more particularly to improvement of a negative electrode terminal included in a sealing portion.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows the internal structure of the negative electrode terminal portion of the alkaline manganese battery.
As shown in the drawing, the alkaline manganese battery 1 includes a bottomed cylindrical positive electrode can 2 that also serves as a positive electrode terminal, a hollow cylindrical positive electrode mixture 3 disposed in the positive electrode can, and a cylindrical separator 4. It is composed of a gel-like zinc negative electrode 5 filled in the hollow portion of the positive electrode mixture 3 together with the current collector 6. After the positive electrode mixture 3 and the zinc negative electrode 5 are accommodated in the positive electrode can 2, the gasket 7 is interposed. A sealing portion including the negative electrode terminal 8 is inserted into the opening, and the end of the opening is bent inward to form a sealed structure.
[0003]
Also, in the case of a sealed structure such as an alkaline manganese battery, if the battery is misused, such as when it is externally shorted or reversely inserted, due to abnormal internal pressure generation due to generation of internal gas or heat generation, leakage or worst case There is a risk of battery explosion. For this reason, in order to prevent the battery from rupturing even when used incorrectly, a safety mechanism is provided by providing a gasket 7 having a thin wall portion and a gas vent hole 9 for releasing an abnormal internal pressure at the edge of the negative electrode terminal 8.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional alkaline manganese battery, the sealing pressure resistance of the negative electrode terminal 8 that affects leakage and rupture is, for example, as low as about 3.2 MPa when the battery size is the LR20 type. When the gas vent hole 9 is closed, there is a possibility of explosion if a large amount of gas is generated inside the battery.
[0005]
An object of the present invention is to provide a highly safe alkaline manganese battery in which the drawbacks of the conventional battery are improved, the sealing pressure resistance is improved, and the risk of explosion when the battery is abnormal is reduced.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Effective measures for improving the sealing pressure resistance of the battery include a method of increasing the strength of the crimped portion of the positive electrode can, a method of reducing the battery opening diameter, and a method of increasing the strength of the negative electrode terminal. The present invention proposes a measure for improving the sealing pressure resistance by increasing the strength of the negative electrode terminal.
[0007]
That is, the present invention is defined in claim 1, in cylindrical alkaline-manganese battery was sealed the opening of the cylindrical cathode can with a sealing unit comprising a negative terminal of a cup shape is press-formed, as the negative electrode Kozai, plate A nickel-plated steel sheet having a thickness of 0.5 to 1.0 mm and a tensile strength of 370 to 550 N / mm ² is used .
[0008]
Further, the invention of claim 2, in cylindrical alkaline-manganese battery was sealed the opening of the cylindrical cathode can with a sealing unit comprising a negative terminal of a cup shape is press-formed, as the negative electrode Kozai, plate A nickel-plated steel sheet having a thickness of 0.5 to 1.0 mm , a tensile strength of 370 to 550 N / mm ² , and a hardness of 130 to 190 Hv is used .
[0009]
By specifying the plate thickness, tensile strength, and hardness of the negative electrode terminal material of the alkaline manganese battery within the ranges of claims 1 to 3, the strength of the positive electrode can opening that is not deformed when caulking is excellent. A negative electrode terminal can be realized and the sealing pressure resistance is improved.
Here, the upper limit of the thickness of the negative electrode terminal material is 1 mm, the upper limit of the tensile strength is 550 N / mm ² , and the upper limit of the hardness is 190 Hv. It is because it becomes impossible to produce.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention aims to improve the sealing withstand voltage in alkaline manganese batteries by specifying the thickness, tensile strength (proof strength), and hardness of the negative electrode terminal material within the ranges of claims 1 to 3, respectively. It is. Hereinafter, an embodiment of an alkaline manganese battery will be described with reference to FIG.
[0011]
[Example]
The preparation procedure of the alkaline manganese battery 1 of the present example is as follows.
First, 5.68% by weight of artificial graphite and 0.05% of polyacrylic acid as a liquid retaining material are added to and mixed with 91.2% by weight of electrolytic manganese dioxide as a positive electrode active material.
Next, about 40% potassium hydroxide aqueous solution (3.07% by weight) was added to 96.93% by weight of this mixture and mixed well, rolled with a roller compactor and sieved to a width of 180 to 1000 μm. This is designated as positive electrode mixture 3. This is formed into a cylindrical ring shape of a predetermined size, and this formed body is fitted to the positive electrode can 2 of a nickel-plated steel plate.
Next, a cylindrical separator 4 made of vinylon fiber non-woven fabric is inserted into this, along with a predetermined amount of electrolyte, 200 parts by weight of zinc alloy powder, 1.1 parts by weight of polyallylic acid as a gelling agent, and polyacrylic The gelled negative electrode 5 composed of 36.7 parts by weight of sodium acid, 56.5 parts by weight of water, and 5.9 parts by weight of zinc oxide is filled.
Finally, a sealing portion formed by combining the negative electrode terminal 8, the gasket 9 and the current collector 6 press-formed from a nickel-plated steel plate is inserted, and the opening of the positive electrode can 2 is bent inward to seal the alkaline manganese battery. Produced. Note that the size of the battery manufactured in this example is the LR20 type.
[0012]
(Conventional example)
In the alkaline manganese battery having the above configuration, a steel plate having a thickness of 0.4 mm, a tensile strength of 350 N / mm ² and a hardness (Vickers hardness) of 99 Hv was used as the negative electrode terminal material.
( Reference Example 1)
In the above conventional example, a steel plate having a thickness of 0.5 mm was used as the negative electrode terminal material.
( Reference Example 2)
In the above conventional example, a steel plate having a thickness of 1.0 mm was used as the negative electrode terminal material.
(Comparative Example 1)
In the above conventional example, a steel plate having a thickness of 1.1 mm was used, but the same negative electrode terminal could not be press-formed.
( Reference Example 3)
In the above conventional example, a steel plate having a tensile strength of 370 N / mm ² was used as the negative electrode terminal material.
( Reference Example 4)
In the above conventional example, a steel plate having a tensile strength of 550 N / mm ² was used as the negative electrode terminal material.
(Comparative Example 2)
In the above conventional example, a steel plate having a tensile strength of 560 N / mm ² was used, but the same negative electrode terminal could not be press-formed.
( Reference Example 5)
In the above conventional example, a steel plate having a hardness of 130 Hv was used as the negative electrode terminal material.
( Reference Example 6)
In the above conventional example, a steel plate having a hardness of 190 Hv was used as the negative electrode terminal material.
(Comparative Example 3)
In the conventional example described above, a steel plate having a hardness of 200 Hv was used, but the same negative electrode terminal could not be press-formed.
(Example 1 )
In the conventional example, a steel plate having a thickness of 0.5 mm, a tensile strength of 550 N / mm ² , and a hardness of 190 Hv was used as the negative electrode terminal material.
(Example 2 )
In the above conventional example, a steel plate having a thickness of 0.8 mm, a tensile strength of 550 N / mm ² and a hardness of 190 Hv was used as the negative electrode terminal material.
(Example 3 )
In the above conventional example, a steel plate having a thickness of 1.0 mm, a tensile strength of 550 N / mm ² and a hardness of 190 Hv was used as the negative electrode terminal material.
[0013]
The sealing pressure resistance value of the alkaline manganese battery according to the above conventional example and the comparative example, and a short circuit test for 10 hours with four batteries connected in series, the number of battery ruptures after one week was investigated, and the results are shown. It was shown in 1.
[0014]
[Table 1]

[0015]
As is clear from Table 1, the alkaline manganese batteries of the present invention shown in Examples 1 to 3 and the alkaline manganese batteries shown in Reference Examples 1 to 6 have improved sealing pressure resistance compared to conventional alkaline manganese batteries, Along with this, it can be seen that the number of battery ruptures has decreased. In particular, in Examples 1 to 3 in which the plate thickness, tensile strength, and hardness of the negative electrode terminal material were specified within a predetermined range, a significant improvement in the sealing pressure resistance was seen, and the battery burst could be completely eliminated. It was.
Comparative Examples 1 to 3 are examples in which the negative electrode terminal could not be press-molded and the battery could not be manufactured.
[0016]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, the strength of the negative electrode terminal is improved by specifying the thickness, tensile strength, and hardness of the negative electrode terminal material within the ranges of claims 1 to 3, respectively. The sealing pressure resistance can be greatly improved. Thereby, even if the battery is misused, it is possible to provide an alkaline manganese battery excellent in safety that does not cause battery explosion due to an increase in internal pressure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an internal structure of a negative electrode terminal of an alkaline manganese battery.
[Explanation of symbols]
1 Alkaline manganese battery 2 Positive electrode can 8 Negative electrode terminal

Claims

プレス成形されたカップ形状の負極端子を含む封口部で筒状正極缶の開口部を密閉した筒型アルカリマンガン電池において、
前記負極端子材として、板厚が０．５〜１．０ｍｍ、且つ、抗張力が３７０〜５５０Ｎ／ｍｍ²のニッケルメッキ鋼板を用いたことを特徴とするアルカリマンガン電池。 In the cylindrical alkaline manganese battery in which the opening of the cylindrical positive electrode can is sealed with a sealing portion including a cup-shaped negative electrode terminal formed by pressing ,
A nickel-plated steel sheet having a plate thickness of 0.5 to 1.0 mm and a tensile strength of 370 to 550 N / mm ² is used as the negative electrode terminal material.

プレス成形されたカップ形状の負極端子を含む封口部で筒状正極缶の開口部を密閉した筒型アルカリマンガン電池において、
前記負極端子材として、板厚が０．５〜１．０ｍｍ、且つ、抗張力が３７０〜５５０Ｎ／ｍｍ ² 、且つ、硬度が１３０〜１９０Ｈｖのニッケルメッキ鋼板を用いたことを特徴とするアルカリマンガン電池。 In the cylindrical alkaline manganese battery in which the opening of the cylindrical positive electrode can is sealed with a sealing portion including a cup-shaped negative electrode terminal formed by pressing ,
An alkaline manganese battery using a nickel-plated steel sheet having a plate thickness of 0.5 to 1.0 mm , a tensile strength of 370 to 550 N / mm ² , and a hardness of 130 to 190 Hv as the negative electrode terminal material. .