JP2005100761A - アルカリ乾電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機溶媒を用いることなく使用でき、安定して、金属ケースと封口体との間における電解液のクリーピングを防止しうる封止剤を備えるアルカリ乾電池を提供する。
【解決手段】 金属ケースの開口端部と封口体の周縁部との間に、混和ちょう度が１７５〜４７５の範囲にあるグリースが配置されている、アルカリ乾電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ乾電池、特に、内部に発電要素を収納する金属ケースと封口体との間に介在する封止剤が改良された、アルカリ乾電池に関する。

従来、アルカリ乾電池の金属ケースと前記ケースの開口部を塞ぐ樹脂製封口体との間には、封止剤が設けられている。封止剤は、電解液に対する安定性と毛細管現象による電解液のクリーピングを防止する作用を兼ね備える必要がある。このような封止剤としては、従来、ブロンアスファルトやポリブテンなどが使用されており、その希釈溶媒として、有機溶媒、例えば、キシレン、トルエンなどを用いる必要がある。

このような封止剤を用いる場合、封止剤を有機溶媒に溶解した溶液を金属ケースの開口端部に塗布し、溶媒を熱風で蒸発させる必要がある。しかし、有機溶媒は、地球環境を汚染することが知られている。近年の地球環境問題に対する意識の高まりから、特にＶＯＣ（揮発性有機溶媒）の使用の削減などが求められている。使用したＶＯＣの回収も行われているが、完全な回収は、現在のところ、困難である。

一方、有機溶媒を用いることなく、封止剤を溶融して、そのまま金属ケースの開口端部に塗布することも考えられる。しかし、封止剤を溶融するには、大量の熱エネルギーが必要であり、実用的ではない。

従来、鉛蓄電池においては、電槽蓋と極柱との間隙に耐酸性を有する撥水性グリースを充填する提案（特許文献１参照）がなされている。ここでは、電解液による極柱の腐食を防止するためにグリースが用いられている。
実開平６−４４０２１号公報

本発明は、有機溶媒を用いる必要のある封止剤の代替材料を提供するものである。すなわち、本発明は、有機溶媒を用いることなく使用でき、安定して、金属ケースと封口体との間における電解液のクリーピングを防止しうる封止剤を具備した耐漏液性に優れたアルカリ乾電池を提供することを目的とする。

本発明は、
（ａ）内部に発電要素を収納した金属ケース、および
（ｂ）前記金属ケースの開口部を塞ぐ組立封口板
を具備したアルカリ乾電池に関する。組立封口板は、負極端子、負極端子と電気的に接続された負極集電子、および封口体を具備する。封口体は、負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部および負極端子の周縁部と金属ケースの開口端部との間に介在する外周筒部を備える。金属ケースの開口端部と封口体の外周筒部との間には、混和ちょう度が１７５〜４７５の範囲にあるグリースが配置されている。
ここで、グリースとは、基油（潤滑油）に増ちょう剤を添加した、半固体状または固体状の物質をいう。

上記アルカリ乾電池において、グリースの混和ちょう度は、２６５〜４７５の範囲にあることが好ましい。

上記のように、混和ちょう度が１７５〜４７５、好ましくは２６５〜４７５の範囲にあるグリースを封止剤として使用することにより、耐漏液特性の優れたアルカリ乾電池を提供することができる。さらに、封止剤として上記のようなグリースを用いているので、金属ケースに塗布する前に封止剤を有機溶媒で希釈しなくても、封止剤は、塗布装置を用いて塗布する場合の圧送性に優れている。

本発明のアルカリ乾電池を、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明のアルカリ乾電池の一実施形態を示す縦断面図である。

本実施形態のアルカリ乾電池は、正極端子として機能する、内部に発電要素を収納した金属ケース１、および金属ケース１の開口部を塞ぐ組立封口板２を具備する。この組立封口板２は、鍔状周縁部３ａを有する円板状の負極端子３、負極端子３の内底面３ｂと平坦な頭頂部４ａにおいて電気的に接続された釘状の負極集電子４、ならびに封口体５を具備する。封口体５は、負極集電子４が挿入される貫通孔を有する中央筒部５ａおよび負極端子の鍔状周縁部と金属ケースの開口端部との間に介在する外周筒部５ｂを備える。封口体５の外周筒部５ｂの内側には、窪んだ溝部が形成されており、その溝部には、金属支持体６が嵌合している。さらに、金属ケース１の開口端部と封口体５の外周筒部５ｂとの間には、グリース７が封止剤として配置されている。

上記金属ケース１には、発電要素として、金属ケースの内壁に接するように配置された中空円筒型の正極合剤８、正極合剤８の内壁に接するように配置された有底円筒型のセパレータ９、セパレータ９内に充填されたゲル状負極１０、およびアルカリ電解液が含まれる。

上記金属ケース１、負極端子３、負極集電子４、封口体５および金属支持体６としては、当該分野で公知のものを使用することができる。
金属ケース１内に収納される発電要素である正極合剤８、セパレータ９、ゲル状負極１０、およびアルカリ電解液としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、正極合剤としては、正極活物質である二酸化マンガンと導電材である黒鉛を混合したもの等を用いることができる。セパレータとしては、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等を用いることができる。ゲル状負極としては、負極活物質である亜鉛粉末とゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウムとアルカリ電解質である水酸化カリウムとを混合したものなどを用いることができる。

次に、本発明において、封止剤として使用されるグリースについて説明する。
本発明において使用されるグリースは、毛細管現象によるアルカリ電解液のクリーピングを防止する作用、および塗布装置を用いて塗布する場合に良好な圧送性（グリースを供給する場合に、グリースが配管、ノズル等を流れるときの流動性）を有する必要がある。

毛細管現象によるアルカリ電解液のクリーピングを防止するためには、封口体の外周筒部と金属ケースとの間にグリースが均一に塗布されることを要する。また、グリースは、アルカリ電解液と接触しても、金属ケースと封口体の外周筒部との間から流れ出すことがないように、耐アルカリ電解液性を必要とする。均一な塗布は、その混和ちょう度を好適化することによって可能となる。一方、耐アルカリ電解液性は、グリースを構成する基油および増ちょう剤の種類と量により、制御することができる。

好ましい混和ちょう度と耐アルカリ電解液性を有するグリースを与える基油としては、ジエステル油、シリコーン油等が挙げられる。また、増ちょう剤としては、金属石鹸（ひまし油系のカルシウム石鹸、アルミニウム石鹸、リチウム石鹸）、複合型石鹸（複合カルシウム石鹸、複合アルミニウム石鹸、複合リチウム石鹸）、ジウレア化合物（芳香族ジウレア、脂肪族ジウレア、脂環式ジウレア）、有機化合物（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナトリウムテレフタラメート）等が挙げられる。

ただし、グリースを金属ケースに均一に塗布することができるとしても、グリースの金属ケースへの塗布時の圧送性が悪いと、生産性が低下する。クリーピングの防止だけでなく、圧送性を好適化するためには、グリースは、１７５〜４７５の範囲、好ましくは２６５〜４７５の範囲にある混和ちょう度（ＡＳＴＭ Ｄ２１７）を有する必要がある。混和ちょう度は、基油および増ちょう剤の種類、ならびに基油と増ちょう剤との混合比を変化させることにより、当業者であれば任意に調節することができる。

本発明において、グリースの混和ちょう度が１７５未満になると、圧送性が不十分となり、また、グリースを金属ケースに均一に塗布することが困難となるため、アルカリ電解液のクリーピングを防止する作用が低下する。一方、グリースの混和ちょう度が、４７５を越えると、流動性が高まるために、ノズルからのタレが生じたり、塗布量がばらついたりして、生産性に支障をきたす。

ここで、混和ちょう度とは、グリースの見かけの硬さをいい、グリースを、規定の混和器で２５℃に保ちながら、６０往復混和した直後に、規定の円すいがグリースに進入する深さを測定し、その深さ（ｍｍで表されたもの）を１０倍した値が混和ちょう度となる。混和ちょう度の測定は、ＪＩＳ Ｋ２２２０に準じて行うことができる。

具体的には、試料をＪＩＳ Ｋ２２２０に準じて準備したのち、ちょう度計において、表面を平坦にされた試料に、保持具に保持された円すい（円すいおよび保持具の総重量：１４８ｇ）を、試料の表面から試料中に５秒間垂直に進入させる。次いで、その進入深さを測定し、得られた値を１０倍する。この測定を３回繰り返し、得られた値を平均して、混和ちょう度とする。

本実施例では、図１のような乾電池を作製した。
（ｉ）電池の組み立て
正極端子となる鉄製金属ケース１に、中空円筒型の正極合剤８を挿入し、加圧治具により成型して、金属ケース１の内壁に正極合剤８を密着させた。正極合剤８に接するように、有底円筒形のセパレータ９を配置し、セパレータ９内に所定量のアルカリ電解液を注入した。こののち、ゲル状負極１０をセパレータ９内に充填した。

次に、基油としてジエステル油を用い、増ちょう剤としてリチウム石鹸を用いたグリースを、金属ケース１の開口端部に塗布した。ここで、グリースとしては、ジエステル油とリチウム石鹸との混合比を変化させることによって、表１に示されるような、混和ちょう度が１７５〜４７５の範囲にあり、ＪＩＳ分類で０００号から４号までの７種類の混和ちょう度をそれぞれ有するグリースを使用した。また、表１には、使用したグリースの実際の混和ちょう度も同時に示す。ここで、ジエステル油としては、ジステアリン酸ポリエチレングリコールを使用し、リチウム石鹸としては、ひまし油系のリチウム石鹸を使用した。表１に示されるように、混和ちょう度の値が大きいものほど、硬さは小さくなる。

次に、組立封口板２の負極集電子４をゲル状負極１０の中央部に差し込んで、負極端子３により金属ケース１の開口部を封口した。最後に、グリースが塗布された金属ケース１の開口端部を、封口体５の外周筒部５ｂを介して、金属支持体６に接した負極端子３の鍔状周縁部３ａにかしめつけて、金属ケース１の内部を密封し、単３形アルカリ乾電池を完成させた。上記７種類の混和ちょう度値を有するグリースを備えるアルカリ乾電池を、それぞれ、電池１、電池２、電池３、電池４、電池５、電池６、および電池７とした。
また、混和ちょう度が１６０〜８５の間にあり、ＪＩＳによる分類で５号と６号の混和ちょう度を有するグリースを備える電池を、同様にして作製し、比較電池ＡおよびＢとした。

各混和ちょう度について、１００個のアルカリ乾電池を作製した。これらの電池を、４５℃、湿度９０％ＲＨの条件で保存して、漏液した電池の数を調べた。得られた結果を表２に示す。

比較例１

封止剤として、グリースの代わりにブロンアスファルトを使用し、ブロンアスファルトをトルエンに溶解して、鉄製金属ケースに塗布し、トルエンを蒸発させて、封止剤膜を形成したこと以外、実施例１と同様にして、単３形アルカリ乾電池を作製した。このようにして作製されたアルカリ乾電池を比較電池Ｃとした。１００個の比較電池Ｃについて、４５℃、湿度９０％ＲＨの環境下で保存したときの漏液数を調べた。得られた結果を表２に示す。

表２から理解されるように、電池１〜７は、従来の電池（比較電池Ｃ）と同等レベルの耐漏液特性を示した。電池６および７については、混和ちょう度が低く粘度が高いために、生産性が多少低下するが、所定の耐漏液特性を満たしている。以上により、グリースの混和ちょう度は、１７５〜４７５の範囲にある必要があることが理解できる。特に、グリースの混和ちょう度は、アルカリ乾電池の生産性が低下しないように、２６５〜４７５の範囲にあることが好ましい。

一方、比較電池ＡおよびＢに用いたグリースは、電池６および７に用いたグリースよりもさらに混和ちょう度が低く粘度が高いために、金属ケースの開口端部にグリースを塗布する際に、塗布ムラが生じ、グリースを均一に塗布することが困難であった。このため、電池の耐漏液特性が低下したものと考えられる。

なお、基油としてシリコーン油を用い、増ちょう剤として他の金属石鹸、ジウレア化合物（芳香族ジウレア、脂肪族助ジウレア、脂環式ジウレア）、有機化合物（ＰＴＦＥ、ナトリウムテレフタラメート）を用いたグリースにおいても、その混和ちょう度を１７５〜４７５の範囲にすることにより、従来の封止剤と同等の耐漏液特性を有すること、および混和ちょう度が１７５未満では、耐漏液特性が低下することが確認された。

このように、封止剤として混和ちょう度が１７５〜４６５の範囲にあるグリースを用いたアルカリ乾電池は、優れた耐漏液特性を示し、生産性にも問題がない。

本発明においては、所定のグリースを使用することから、アルカリ乾電池の製造時に、有機溶媒を使用する必要がなく、生産性にも優れている。また、本発明によれば、前記グリースを使用することにより、耐漏液特性の優れた電池を提供することができる。

本発明のアルカリ乾電池の一実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 金属ケース
２ 組立封口板
３ 負極端子
３ａ 鍔状周縁部
３ｂ 内底面
４ 負極集電子
４ａ 平坦な頭頂部
５ 封口体
５ａ 中央筒部
５ｂ 外周筒部
６ 金属支持体
７ グリース
８ 正極合剤
９ セパレータ
１０ ゲル状負極

Claims (2)

1. アルカリ乾電池であって、
   （ａ）内部に発電要素を収納した金属ケース、および
   （ｂ）前記金属ケースの開口部を塞ぐ組立封口板
   を具備し、
   前記組立封口板は、負極端子、前記負極端子と電気的に接続された負極集電子、および封口体を具備し、
   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および前記負極端子の周縁部と前記金属ケースの開口端部との間に介在する外周筒部を備え、
   前記金属ケースの開口端部と前記封口体の外周筒部との間に、混和ちょう度が１７５〜４７５の範囲にあるグリースが配置されている、アルカリ乾電池。
2. 前記グリースの混和ちょう度が、２６５〜４７５の範囲にある、請求項１に記載のアルカリ乾電池。

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