JP2011171158A - アルカリ電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池ケースの底部におけるセパレータを載置する部分に異物が留まることが抑制された、高い信頼性を有する電池を提供する。
【解決手段】アルカリ電池は、有底円筒形の電池ケース、電池ケースの内面に配される中空円筒形の正極、正極の中空部内に配されるゲル状の負極、正極と負極との間に配されるセパレータ、およびアルカリ電解液を備える。セパレータは、正極の内側面に配された円筒部セパレータと、円筒部セパレータにおける電池ケースの底部側の開口を覆う底部セパレータと、を含む。電池ケースの底部は、正極の底部を載置する環状の基部と、基部よりも内側に設けられた、底部セパレータを載置する環状の中間部と、中間部から下方に突出する端子部と、を含む。中間部は、電池ケースの内底面において、基部から端子部に向けて下方に傾斜する傾斜面を有する。
【選択図】図2
【解決手段】アルカリ電池は、有底円筒形の電池ケース、電池ケースの内面に配される中空円筒形の正極、正極の中空部内に配されるゲル状の負極、正極と負極との間に配されるセパレータ、およびアルカリ電解液を備える。セパレータは、正極の内側面に配された円筒部セパレータと、円筒部セパレータにおける電池ケースの底部側の開口を覆う底部セパレータと、を含む。電池ケースの底部は、正極の底部を載置する環状の基部と、基部よりも内側に設けられた、底部セパレータを載置する環状の中間部と、中間部から下方に突出する端子部と、を含む。中間部は、電池ケースの内底面において、基部から端子部に向けて下方に傾斜する傾斜面を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、アルカリ電池、さらに詳しくはアルカリ電池における電池ケースの改良に関する。
従来から、電池における発電部を収納する電池ケースに関して、様々な検討が行われている。
例えば、特許文献1では、鉛蓄電池において、有底角筒形の樹脂製の電池ケース(以下、樹脂ケース)を改良することが提案されている。具体的には、樹脂ケースは、複数の正極と、複数の負極とを、前記正極と前記負極との間にセパレータを介して積層した電極群を収納する。そして、正極および負極のうちの一方の電極の活物質の一部が樹脂ケースの底部に落下した場合に、その落下物が他方の電極と接触しないようにするために、その落下物を収納するためのスペースを樹脂ケースの底部に設けている。このスペースは、樹脂ケースの底部に傾斜を設けることにより形成される凹部により得られる。
例えば、特許文献1では、鉛蓄電池において、有底角筒形の樹脂製の電池ケース(以下、樹脂ケース)を改良することが提案されている。具体的には、樹脂ケースは、複数の正極と、複数の負極とを、前記正極と前記負極との間にセパレータを介して積層した電極群を収納する。そして、正極および負極のうちの一方の電極の活物質の一部が樹脂ケースの底部に落下した場合に、その落下物が他方の電極と接触しないようにするために、その落下物を収納するためのスペースを樹脂ケースの底部に設けている。このスペースは、樹脂ケースの底部に傾斜を設けることにより形成される凹部により得られる。
特許文献2では、アルカリ電池において、有底円筒形の金属製の電池ケースの底部において、中空円筒形の正極を載置する基部と、基部より突出する凸部(正極端子)との間に、段部を設けることが提案されている。この段部は、正極の軸方向に垂直な平坦面を有し、この平坦面の上にセパレータが載置される。
特許文献3では、電池の高容量化および軽量化を目的として、底部の厚みが0.130〜0.195mmおよび側部の厚みが0.070〜0.195mmである有底円筒形の金属製の電池ケースを、アルカリ電池に用いることが提案されている。
特許文献3では、電池の高容量化および軽量化を目的として、底部の厚みが0.130〜0.195mmおよび側部の厚みが0.070〜0.195mmである有底円筒形の金属製の電池ケースを、アルカリ電池に用いることが提案されている。
しかし、アルカリ電池では、その製造過程において、有底円筒形の電池ケース内に配された中空円筒形の正極の内壁から正極の一部が脱落し、脱落した正極の一部が、電池ケースの底部におけるセパレータを載置する部分に落下する場合がある。その落下物が電池ケースの底部におけるセパレータを載置する部分に留まると、セパレータが正しい位置に挿入されない等の不具合を生じる可能性がある。これは、インサイドアウト型構造を有するアルカリ電池に特有の不具合である。
特許文献2のアルカリ電池においても、電池ケースの段部に落下物が留まり、上記の不具合を生じる可能性がある。特許文献3の電池ケースをアルカリ電池に用いた場合でも、上記と同様の不具合を生じる可能性がある。
特許文献2のアルカリ電池においても、電池ケースの段部に落下物が留まり、上記の不具合を生じる可能性がある。特許文献3の電池ケースをアルカリ電池に用いた場合でも、上記と同様の不具合を生じる可能性がある。
そこで、本発明は、電池ケースの底部におけるセパレータを載置する部分に異物が留まることが抑制された、高い信頼性を有する電池を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、有底円筒形の電池ケースと、前記電池ケースの内面に配される中空円筒形の正極と、前記正極の中空部内に配されるゲル状の負極と、前記正極と前記負極との間に配されるセパレータと、アルカリ電解液と、を備えたアルカリ電池であって、
前記セパレータは、前記正極の内側面に配された円筒部セパレータと、前記円筒部セパレータにおける前記電池ケースの底部側の開口を覆う底部セパレータと、を含み、
前記電池ケースの底部は、前記正極の底部を載置する環状の基部と、前記基部よりも内側に設けられた、前記底部セパレータを載置する環状の中間部と、前記中間部から前記電池ケースの外側に突出する端子部と、を含み、
前記中間部は、前記電池ケースの内底面において、前記基部から前記端子部に向けて前記電池ケースの外側に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。
前記セパレータは、前記正極の内側面に配された円筒部セパレータと、前記円筒部セパレータにおける前記電池ケースの底部側の開口を覆う底部セパレータと、を含み、
前記電池ケースの底部は、前記正極の底部を載置する環状の基部と、前記基部よりも内側に設けられた、前記底部セパレータを載置する環状の中間部と、前記中間部から前記電池ケースの外側に突出する端子部と、を含み、
前記中間部は、前記電池ケースの内底面において、前記基部から前記端子部に向けて前記電池ケースの外側に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。
前記電池ケースの軸方向に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、2〜15°が好ましく、2〜10°がより好ましい。
前記基部と、前記中間部との間に、さらに段部が形成され、前記段部から前記端子部に向けて、前記傾斜面が形成されているのが好ましい。
前記段部の高さ寸法は、前記底部セパレータの厚み寸法よりも大きいのが好ましい。
前記電池ケースの底部に前記段部が形成される場合、前記電池ケースの軸方向に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、2〜5°であるのが好ましい。
前記段部の高さ寸法は、前記底部セパレータの厚み寸法よりも大きいのが好ましい。
前記電池ケースの底部に前記段部が形成される場合、前記電池ケースの軸方向に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、2〜5°であるのが好ましい。
前記電池ケースは、鋼板からなり、前記鋼板は、炭素を0.02〜0.05重量%含むのが好ましい。
前記電池ケースの内底面に、炭素被膜が形成されているのが好ましい。
前記電池ケースの内底面に、炭素被膜が形成されているのが好ましい。
本発明によれば、電池ケースの底部におけるセパレータを載置する部分に異物が留まることが抑制された、高い信頼性を有する電池を提供することができる。
(実施形態1)
以下、本発明のアルカリ電池の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。図1は、アルカリ電池の一部を断面とした正面図である。なお、図1中の矢印Xの方向は、電池ケースの軸方向に沿った方向を示す。
以下、本発明のアルカリ電池の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。図1は、アルカリ電池の一部を断面とした正面図である。なお、図1中の矢印Xの方向は、電池ケースの軸方向に沿った方向を示す。
筒状側部、底部、および開口部を有する有底円筒形の電池ケース1の内面に、中空円筒形の正極2が密着している。正極2は、例えば、正極活物質、導電剤、およびアルカリ電解液を含む。正極活物質には、例えば、粉末状の二酸化マンガンが用いられる。二酸化マンガンのなかでも、比較的安価で入手し易い電解二酸化マンガンが好ましい。二酸化マンガンの平均粒径は、例えば、30〜70μmである。正極の一部をより脱落し難くするためには、二酸化マンガン粉末中における、粒径が200μm以上のサイズが大きい粒子の含有量を0.2重量%以下とするのが好ましい。
正極2中の導電剤の含有量は、正極活物質100重量部あたり3〜10重量部であるのが好ましい。導電剤には、例えば、粉末状の黒鉛が用いられる。黒鉛の平均粒径は、例えば、5〜20μmである。
二酸化マンガンの平均粒径Aに対する黒鉛の平均粒径Bの比率:B/Aは、好ましくは1/4〜1/8、より好ましくは1/5〜1/7である。これにより、二酸化マンガン粒子の表面が、黒鉛で均一に覆われ易くなり、正極から脱落した欠片のすべり性が向上し、正極の欠片が端子部へ容易に移動し易くなる。
二酸化マンガンの平均粒径Aに対する黒鉛の平均粒径Bの比率:B/Aは、好ましくは1/4〜1/8、より好ましくは1/5〜1/7である。これにより、二酸化マンガン粒子の表面が、黒鉛で均一に覆われ易くなり、正極から脱落した欠片のすべり性が向上し、正極の欠片が端子部へ容易に移動し易くなる。
アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液が用いられる。アルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、30〜40重量%が好ましい。アルカリ電解液中の酸化亜鉛の濃度は、1〜5重量%が好ましい。
なお、アルカリ電池の製造過程において、正極の内壁からの正極の一部の脱落を抑制するためには、正極の成形密度を調整するのが好ましい。例えば、正極の強度および結着性の観点から、正極中の二酸化マンガンの充填密度は2.75〜3.05g/cm3が好ましい。なお、二酸化マンガンの充填密度は、正極1cm3あたりの二酸化マンガン量を指す。正極中の二酸化マンガンの充填密度は、より好ましくは2.85〜3.05g/cm3、さらに好ましくは2.95〜3.00g/cm3である。
正極2の中空部内にゲル状の負極3が充填されている。負極3は、例えば、負極活物質、ゲル化剤、およびアルカリ電解液を含む。負極3中のゲル化剤の含有量は、負極活物質100重量部あたり0.5〜2重量部であるのが好ましい。アルカリ電解液の添加量は、負極活物質100重量部あたり40〜60重量部であるのが好ましい。
負極活物質には、例えば、平均粒径が80〜150μmの粉末状の亜鉛または亜鉛合金が用いられる。耐食性の観点から、亜鉛合金は、Bi、In、およびAlの少なくとも1種を含むのが好ましい。亜鉛合金中のBi含有量は、0.0025〜0.05重量%が好ましい。亜鉛合金中のIn含有量は、0.01〜0.1重量%が好ましい。亜鉛合金中のAl含有量は、0.003〜0.03重量%が好ましい。亜鉛合金中にて、亜鉛以外の元素が占める割合は、0.02〜0.08重量%が好ましい。
ゲル化剤には、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムのようなポリアクリル酸塩が用いられる。
ゲル化剤には、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムのようなポリアクリル酸塩が用いられる。
正極2と、負極3との間には、セパレータ4が配されている。より具体的には、有底円筒形のセパレータ4内に負極3が充填されることにより、正極2と負極3とが隔離されている。セパレータ4は、円筒部セパレータ4aおよび底部セパレータ4bからなる。
円筒部セパレータ4aは、正極2の中空部の内面に配され、正極2と負極3とを隔離する。円筒部セパレータ4a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。
円筒部セパレータ4aは、正極2の中空部の内面に配され、正極2と負極3とを隔離する。円筒部セパレータ4a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。
底部セパレータ4bは、電池ケース1の底部に載置され、負極3と電池ケース1とを隔離する。底部セパレータ4bには、例えば、ポリビニルアルコール等の合成繊維、クラフト紙等が用いられる。また、再生セルロースからなる微孔性薄膜(セロハン)の片面もしくは両面にポリビニルアルコール系合成繊維からなる不織布をラミネートしたものが用いられる。底部セパレータ4bは、例えば、厚み50〜250μmである。
電池ケース1の開口部は、封口ユニット9により封口されている。封口ユニット9は、ガスケット5、負極端子を兼ねる負極端子板7、および負極集電体6からなる。負極集電体6は負極3内に挿入されている。負極集電体6の胴部6bはガスケット5の中央筒部5aに設けられた貫通孔に挿入され、負極集電体6の頭部6aは負極端子板7の中央部の平坦部7aに溶接されている。電池ケース1の開口端部は、ガスケット5の外周端部5bを介して負極端子板7の周縁部の鍔部7bにかしめつけられている。電池ケース1の外表面には外装ラベル8が被覆されている。
ここで、図2は、アルカリ電池の底部付近(図1のY部分)を拡大した要部断面図である。
電池ケース1の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部11と、基部11よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部12と、中間部12から下方(電池ケース1の外側)に突出する円柱状の端子部13と、を含む。電池ケース1の内部では、端子部13により凹部が形成されている。すなわち、端子部13は、筒状側部および底部とからなる。電池内部では、底部セパレータ4bと端子部13により形成される凹部により空間10が形成されている。
中間部12は、電池ケース1の内底面において、基部11から端子部13に向けて下方(電池ケース1の外側)に傾斜する傾斜面12aを有する。
電池ケース1の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部11と、基部11よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部12と、中間部12から下方(電池ケース1の外側)に突出する円柱状の端子部13と、を含む。電池ケース1の内部では、端子部13により凹部が形成されている。すなわち、端子部13は、筒状側部および底部とからなる。電池内部では、底部セパレータ4bと端子部13により形成される凹部により空間10が形成されている。
中間部12は、電池ケース1の内底面において、基部11から端子部13に向けて下方(電池ケース1の外側)に傾斜する傾斜面12aを有する。
中間部は傾斜面を有するため、電池作製時に、正極の内壁より脱落した正極の一部が電池ケースの中間部に落下しても、その落下物は電池ケースの中間部に留まることなく端子部により形成される凹部に移動する。よって、落下物等の異物が電池ケースの中間部に留まることによる不具合の発生を抑制することができる。
また、電池作製時には、落下物等の異物は、空間10内に閉じ込められるため、振動等により電池内を自由に移動することがない。よって、落下物等の異物により内部短絡を生じることはない。
また、電池作製時には、落下物等の異物は、空間10内に閉じ込められるため、振動等により電池内を自由に移動することがない。よって、落下物等の異物により内部短絡を生じることはない。
基部11と、中間部12との間に、さらに段部14が形成されている。
段部14により、電池ケースの底部にて、セパレータを安定して正しい位置に固定することができる。また、正極の最下部までセパレータを確実に密着させることができる。よって、セパレータが正しい位置に配されないことにより、負極がセパレータ内から溢れ出し、内部短絡するという不具合を生じることが抑制される。
電池ケースの内容積の観点から、段部14の基部11からの高さT1bは、0.1〜0.5mmが好ましい。
段部14により、電池ケースの底部にて、セパレータを安定して正しい位置に固定することができる。また、正極の最下部までセパレータを確実に密着させることができる。よって、セパレータが正しい位置に配されないことにより、負極がセパレータ内から溢れ出し、内部短絡するという不具合を生じることが抑制される。
電池ケースの内容積の観点から、段部14の基部11からの高さT1bは、0.1〜0.5mmが好ましい。
段部14の基部11からの高さT1bの寸法は、底部セパレータ4bの厚みの寸法よりも大きいのが好ましい。このとき、正極の最下部までを、負極と対向させることができる。すなわち、正極の内面全体を負極と対向させることができ、有効反応面積を増大させることができる。また、セパレータ4の内容積が増大するため、負極の充填量を増やすことができる。よって、電池を高容量化することができる。
段部14の大部分において段差が形成される。段差は、X方向に沿って形成されてもよく、基部11から中間部12に向けて若干傾斜してもよい。
底部セパレータ4bを安定して配置し易くするために、段部14は、図2の断面において、少なくとも、中間部12側の下端部にてR部が形成されているのが好ましい。
加工性の観点から、R部の曲率半径は、0.1〜0.5mmが好ましい。
底部セパレータ4bを安定して配置し易くするために、段部14は、図2の断面において、少なくとも、中間部12側の下端部にてR部が形成されているのが好ましい。
加工性の観点から、R部の曲率半径は、0.1〜0.5mmが好ましい。
電池ケースの底部に正極が安定して載置され、かつ正極より脱落した正極の欠片が、中間部に確実に落下し、端子部により形成された凹部へ移動するためには、正極の径方向の寸法L2(正極の外径と内径との差)は、基部の径方向の寸法L1(基部の外径と内径との差)よりも若干小さいか、または基部の径方向の寸法L1と同じであるのが好ましい。
すなわち、正極の径方向の寸法L2と、基部の径方向の寸法L1との比:L2/L1は、0.95以上1以下が好ましい。さらに好ましくは0.98以上1以下である。
すなわち、正極の径方向の寸法L2と、基部の径方向の寸法L1との比:L2/L1は、0.95以上1以下が好ましい。さらに好ましくは0.98以上1以下である。
電池ケースの強度および内容積の観点から、基部11の厚みT1aは、0.25〜0.50mmが好ましい。電池ケースの内容積の観点から、中間部12の基部11からの高さT1bは、0.1〜0.5mmが好ましい。電池ケースの内容積の観点から、端子部13の基部11からの高さT1cは、1.4〜3.0mmが好ましい。
X方向に垂直な面に対して、中間部12の下面は傾斜せずに、基部11の下面と平行であり、同一面を形成している。この場合、電池ケース1において、大きな内容積を確保しつつ、端子部13および傾斜面12aを形成することができる。
この場合、X方向に垂直な面に対する傾斜面12aの傾斜角度θ1は、2〜5°であるのが好ましい。傾斜角度θ1が、2°未満であると、傾斜が不十分であり、正極の欠片が中間部12に留まる可能性がある。傾斜角度θ1が、5°超であると、中間部12における端子部13側の厚みが小さくなり、中間部12の強度が低下する場合がある。
この場合、X方向に垂直な面に対する傾斜面12aの傾斜角度θ1は、2〜5°であるのが好ましい。傾斜角度θ1が、2°未満であると、傾斜が不十分であり、正極の欠片が中間部12に留まる可能性がある。傾斜角度θ1が、5°超であると、中間部12における端子部13側の厚みが小さくなり、中間部12の強度が低下する場合がある。
電池ケース1は、金属製であり、正極端子を兼ねる。電池ケース1は、表面にニッケル層を有する鋼板からなるのが好ましい。電池ケースの導電性および耐食性の観点から、鋼板の表面に形成されるニッケル層の厚みは、1〜3μmが好ましい。表面にニッケル層を有する鋼板は、例えば、鋼板にニッケルめっきを施すことにより得られる。
鋼板の加工性および強度の観点から、鋼板は、炭素を0.02〜0.05重量%含むのが好ましい。この場合、十分な強度を有する電池ケース(特に、中間部)を得ることができる。
また、鋼板は、電池缶の強度を向上させる観点から、マンガンおよびリンの少なくとも一方を含むのが好ましい。鋼板中のマンガン含有量は、0.1重量%以上0.3重量%以下であるのが好ましい。鋼板中のリン含有量は、0.02重量%以上0.05重量%以下であるのが好ましい。
鋼板の加工性および強度の観点から、鋼板は、炭素を0.02〜0.05重量%含むのが好ましい。この場合、十分な強度を有する電池ケース(特に、中間部)を得ることができる。
また、鋼板は、電池缶の強度を向上させる観点から、マンガンおよびリンの少なくとも一方を含むのが好ましい。鋼板中のマンガン含有量は、0.1重量%以上0.3重量%以下であるのが好ましい。鋼板中のリン含有量は、0.02重量%以上0.05重量%以下であるのが好ましい。
電池ケース1の内底面(少なくとも基部および中間部)には、炭素被膜が形成されているのが好ましい。内底面(傾斜面)のすべり性が改善し、傾斜面に落下した正極の欠片が端子部へ容易に移動する。
炭素被膜の厚みは、1〜50μmが好ましい。炭素被膜の形成には、黒鉛を用いるのが好ましい。炭素被膜のすべり性の観点から、黒鉛の形状は鱗片状が好ましい。炭素被膜のすべり性の観点から、黒鉛の平均粒径は1〜15μmが好ましい。
炭素被膜は、例えば、日本黒鉛(株)製のバニーハイト、アチソン社製のエレクトロダグ、ティムカル社製のLB1000等の黒鉛を含むペーストを1cm2あたり1〜10mg塗布して乾燥すれば得られる。
上記の炭素被膜は、さらに、正極の内側面にも形成されているのが好ましい。炭素被膜は、優れた導電性を有するため、電池ケースと正極との接触抵抗を低減することができ、電池の内部抵抗が小さくなる。
上記の炭素被膜は、さらに、正極の内側面にも形成されているのが好ましい。炭素被膜は、優れた導電性を有するため、電池ケースと正極との接触抵抗を低減することができ、電池の内部抵抗が小さくなる。
以下、本発明のアルカリ電池の製造方法について説明する。
本発明のアルカリ電池の製造方法は、例えば、
(1)上記の図2の電池ケースを作製する工程と、
(2)正極活物質、導電剤、およびアルカリ電解液からなる中空円筒形の正極ペレットを得る工程と、
(3)電池ケース内に正極ペレットを挿入した後、正極ペレットを加圧成形し、電池ケースに密着させて中空円筒形の正極を得る工程と、
(4)前記正極の中空部に有底円筒形のセパレータを配置する工程と、
(5)前記工程(4)の後、前記電池ケース内に電解液を注入する工程と、
(6)前記正極の中空部内に前記セパレータを介してゲル状の負極を充填する工程と、
(7)前記電池ケースを封口ユニットで密閉する工程と、を含む。
本発明のアルカリ電池の製造方法は、例えば、
(1)上記の図2の電池ケースを作製する工程と、
(2)正極活物質、導電剤、およびアルカリ電解液からなる中空円筒形の正極ペレットを得る工程と、
(3)電池ケース内に正極ペレットを挿入した後、正極ペレットを加圧成形し、電池ケースに密着させて中空円筒形の正極を得る工程と、
(4)前記正極の中空部に有底円筒形のセパレータを配置する工程と、
(5)前記工程(4)の後、前記電池ケース内に電解液を注入する工程と、
(6)前記正極の中空部内に前記セパレータを介してゲル状の負極を充填する工程と、
(7)前記電池ケースを封口ユニットで密閉する工程と、を含む。
[工程(1):電池ケース作製工程]
以下、工程(1)の電池ケースの作製方法の一例を示す。
電池ケースの作製方法では、例えば、DI(Drawing and Ironing)工法またはトランスファー工法を採用することができる。
DI工法を採用する場合、電池ケースの作製方法は、例えば、
(A)ニッケルめっき鋼板をカップ状に加工し、第1中間製品を得る工程と、
(B)前記第1中間製品に予備加工を施し、底部に突出部を有する第2中間製品を得る工程と、
(C)前記第2中間製品に、少なくとも1つの絞りダイスによる絞り加工と、多段配置したしごきダイスによるしごき加工とを施した後、前記突出部を加圧成形し、図2に示す底部を有する電池ケースを得る工程と、を含む。
1つ以上の絞りダイスおよび複数のしごきダイスを多段配置してもよい。
一組のパンチおよび金型、絞りダイスおよびしごきダイスを用いて、製缶加工および底部の成形を工程(C)の一工程で行うことができる。
以下、工程(1)の電池ケースの作製方法の一例を示す。
電池ケースの作製方法では、例えば、DI(Drawing and Ironing)工法またはトランスファー工法を採用することができる。
DI工法を採用する場合、電池ケースの作製方法は、例えば、
(A)ニッケルめっき鋼板をカップ状に加工し、第1中間製品を得る工程と、
(B)前記第1中間製品に予備加工を施し、底部に突出部を有する第2中間製品を得る工程と、
(C)前記第2中間製品に、少なくとも1つの絞りダイスによる絞り加工と、多段配置したしごきダイスによるしごき加工とを施した後、前記突出部を加圧成形し、図2に示す底部を有する電池ケースを得る工程と、を含む。
1つ以上の絞りダイスおよび複数のしごきダイスを多段配置してもよい。
一組のパンチおよび金型、絞りダイスおよびしごきダイスを用いて、製缶加工および底部の成形を工程(C)の一工程で行うことができる。
工程(A)では、例えば、ニッケルめっき鋼板(例えば、厚み0.25〜0.50mm)を円形に打ち抜き、カップ状に絞り加工を行うことにより、図3に示すカップ状の第1中間製品82を得る。このとき、少なくとも第1中間製品82の外側にニッケル層が配されるように加工する。
ニッケルめっき鋼板は、例えば、めっき法にて鋼板の少なくとも一方の表面(電池ケースの外面側に対応する表面)にニッケル層を形成することにより得られる。鋼板には、例えば、東洋鋼鈑(株)のNi−TOP鋼帯が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、0.25〜0.50mmである。ニッケル層の厚みは、例えば、1〜3μmである。
ニッケルめっき鋼板は、例えば、めっき法にて鋼板の少なくとも一方の表面(電池ケースの外面側に対応する表面)にニッケル層を形成することにより得られる。鋼板には、例えば、東洋鋼鈑(株)のNi−TOP鋼帯が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、0.25〜0.50mmである。ニッケル層の厚みは、例えば、1〜3μmである。
以下、工程(B)の一例を説明する。
例えば、図3に示すように、円錐台状の凸部83aを有する予備成形パンチ83で、第1中間製品82の底部を内方より押圧する。このとき、凸部83aの下端面83bが加圧面となる。このようにして、底部が円錐台状の突出部84aを有するカップ状の第2中間製品84を得る。突出部84aは、後の工程(C)にて段部、中間部、および端子部となる部分である。
円錐台状の凸部83aにおける角部の曲率半径Rを小さくする(例えば、曲率半径Rを0.5mm以下とする)ことにより、突出部84aの角部の肉厚を薄くすることができる。
これにより、後の工程(C)にて、段部、中間部、および端子部を容易に形成することができ、中間部にて傾斜面を容易に形成することができる。
例えば、図3に示すように、円錐台状の凸部83aを有する予備成形パンチ83で、第1中間製品82の底部を内方より押圧する。このとき、凸部83aの下端面83bが加圧面となる。このようにして、底部が円錐台状の突出部84aを有するカップ状の第2中間製品84を得る。突出部84aは、後の工程(C)にて段部、中間部、および端子部となる部分である。
円錐台状の凸部83aにおける角部の曲率半径Rを小さくする(例えば、曲率半径Rを0.5mm以下とする)ことにより、突出部84aの角部の肉厚を薄くすることができる。
これにより、後の工程(C)にて、段部、中間部、および端子部を容易に形成することができ、中間部にて傾斜面を容易に形成することができる。
以下、工程(C)の一例を説明する。
具体的には、図3に示すパンチ85および金型86を用いる。パンチ85は、図2の電池ケースの内底面の形状に対応する凸部85aを有する。凸部85aは、中間部の傾斜面に対応する傾斜部85bを含む。金型86は、図2の電池ケースの外底面の形状に対応する凹部86aを有する。
パンチ85の凸部85aが第2中間製品84の突出部84aと突出する方向が同じになるように、パンチ85を第2中間製品84の開口より挿入し、パンチ85とともに第2中間製品84を多段配置された絞りダイスおよびしごきダイス内に通過させる。このようにして、第2中間製品84に絞り加工およびしごき加工を連続して行うことができる。
次いで、絞り加工およびしごき加工が施された第2中間製品84をパンチ85に装着した状態で、パンチ85の凸部85aを金型86の凹部86aに向けて押圧する。これにより、第2中間製品84の突出部84aを、基部11、段部14、中間部12、および端子部13に加工することができる。
具体的には、図3に示すパンチ85および金型86を用いる。パンチ85は、図2の電池ケースの内底面の形状に対応する凸部85aを有する。凸部85aは、中間部の傾斜面に対応する傾斜部85bを含む。金型86は、図2の電池ケースの外底面の形状に対応する凹部86aを有する。
パンチ85の凸部85aが第2中間製品84の突出部84aと突出する方向が同じになるように、パンチ85を第2中間製品84の開口より挿入し、パンチ85とともに第2中間製品84を多段配置された絞りダイスおよびしごきダイス内に通過させる。このようにして、第2中間製品84に絞り加工およびしごき加工を連続して行うことができる。
次いで、絞り加工およびしごき加工が施された第2中間製品84をパンチ85に装着した状態で、パンチ85の凸部85aを金型86の凹部86aに向けて押圧する。これにより、第2中間製品84の突出部84aを、基部11、段部14、中間部12、および端子部13に加工することができる。
電池ケース1の基部11および端子部13の下端面13aの肉厚は、カップ状に加工される前のそれ(ニッケルめっき鋼板の厚み)とほとんど同一である。一方、電池ケースの側部の肉厚は、しごき加工が施されたことにより減少する。すなわち、電池の側部の肉厚は、基部の肉厚よりも小さくなる。
基部の肉厚T1aと側部の肉厚T1dとの比:T1a/T1dは、1.2〜5であるのが好ましい。T1a/T1dを1.2以上とすることで、電池ケースの側部の肉厚を小さくすることができ、高容量化が可能である。T1a/T1dを5以下とすることで、側部の厚みおよび強度を十分に確保することができる。
この比T1a/T1dは、しごき率を適正に制御すること、すなわち、しごきダイスの内径などを適正に設定することにより調整することができる。
基部の肉厚T1aと側部の肉厚T1dとの比:T1a/T1dは、1.2〜5であるのが好ましい。T1a/T1dを1.2以上とすることで、電池ケースの側部の肉厚を小さくすることができ、高容量化が可能である。T1a/T1dを5以下とすることで、側部の厚みおよび強度を十分に確保することができる。
この比T1a/T1dは、しごき率を適正に制御すること、すなわち、しごきダイスの内径などを適正に設定することにより調整することができる。
図3に示す第2中間製品84の突出部84aの内底面の直径Aと、端子部13の外径B1と、端子部13の中間部12からの高さC1とは、関係式:0.92≦(B1+C1)/A≦1.12を満たすのが好ましい。なお、高さC1は、図3中の(=T1c−T1b)に等しい。この場合、端子部13の側面13bでの割れや加工しわの発生が抑制され、かつ端子部13の端面13aでの接触抵抗を低減できる。
トランスファー工法を用いる場合、電池ケースの作製方法は、例えば、
(a)ニッケルめっき鋼板をカップ状に加工し、中間製品Aを得る工程と、
(b)前記中間製品Aに絞り加工を施し、中間製品Bを得る工程と、
(c)前記中間製品Bに予備加工を施し、底部に突出部を有する中間製品Cを得る工程と、
(d)前記中間製品Cの突出部を加圧成形し、図2に示す底部を有する電池ケースを得る工程と、を含む。
工程(b)の絞り加工は、複数回(例えば、3〜6回)実施する。
工程(b)〜工程(d)では、それぞれ独立してパンチおよび金型が用いられ、搬送手段(フィンガー等)により工程間を移動する。これにより、工程(b)〜(d)の複数の工程を一工程として実施することができる。
工程(c)では、上記と同じ凸部83aを有する予備成形パンチを用い、上記の突出部84aと同じ形状の突出部を形成する。
工程(d)では、上記の凸部85aと同じ形状の凸部を有するパンチ、および上記の凹部86aと同じ形状の凹部を有する金型が用いられる。
(a)ニッケルめっき鋼板をカップ状に加工し、中間製品Aを得る工程と、
(b)前記中間製品Aに絞り加工を施し、中間製品Bを得る工程と、
(c)前記中間製品Bに予備加工を施し、底部に突出部を有する中間製品Cを得る工程と、
(d)前記中間製品Cの突出部を加圧成形し、図2に示す底部を有する電池ケースを得る工程と、を含む。
工程(b)の絞り加工は、複数回(例えば、3〜6回)実施する。
工程(b)〜工程(d)では、それぞれ独立してパンチおよび金型が用いられ、搬送手段(フィンガー等)により工程間を移動する。これにより、工程(b)〜(d)の複数の工程を一工程として実施することができる。
工程(c)では、上記と同じ凸部83aを有する予備成形パンチを用い、上記の突出部84aと同じ形状の突出部を形成する。
工程(d)では、上記の凸部85aと同じ形状の凸部を有するパンチ、および上記の凹部86aと同じ形状の凹部を有する金型が用いられる。
[工程(2):正極ペレット作製工程]
以下、工程(2)の一例を示す。
正極活物質に導電剤を加え、混合物Aを得る。混合物Aにアルカリ電解液を加え、ミキサー等で均一に撹拌・混合した後、加圧成形し、フレーク状の正極合剤を得る。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して一定粒度に整粒し、顆粒状の正極合剤(以下、粒状合剤とする。)を得る。粒状合剤の平均粒径は、例えば0.4〜0.7mmである。粒状合剤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、正極ペレットを得る。
以下、工程(2)の一例を示す。
正極活物質に導電剤を加え、混合物Aを得る。混合物Aにアルカリ電解液を加え、ミキサー等で均一に撹拌・混合した後、加圧成形し、フレーク状の正極合剤を得る。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して一定粒度に整粒し、顆粒状の正極合剤(以下、粒状合剤とする。)を得る。粒状合剤の平均粒径は、例えば0.4〜0.7mmである。粒状合剤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、正極ペレットを得る。
導電剤の添加量は、正極活物質100重量部あたり3〜10重量部であるのが好ましい。
正極活物質には、例えば、二酸化マンガン粉末(例えば、平均粒径30〜70μm)が用いられる。
導電剤には、例えば、黒鉛粉末(例えば、平均粒径5〜20μm)が用いられる。
アルカリ電解液の添加量は、混合物A(正極活物質および導電剤の合計量)100重量部あたり1〜5重量部であるのが好ましい。
アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液が用いられる。アルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、30〜40重量%が好ましい。アルカリ電解液中の酸化亜鉛の濃度は、1〜5重量%が好ましい。
正極活物質には、例えば、二酸化マンガン粉末(例えば、平均粒径30〜70μm)が用いられる。
導電剤には、例えば、黒鉛粉末(例えば、平均粒径5〜20μm)が用いられる。
アルカリ電解液の添加量は、混合物A(正極活物質および導電剤の合計量)100重量部あたり1〜5重量部であるのが好ましい。
アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液が用いられる。アルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、30〜40重量%が好ましい。アルカリ電解液中の酸化亜鉛の濃度は、1〜5重量%が好ましい。
[工程(3):正極作製工程]
以下、工程(3)の一例を示す。
図4に示すように、中空円筒形のカートリッジ71の中空部に、下成形パンチ72を挿入する。カートリッジ71の中空部における下成形パンチ72上に、正極端子を兼ねる有底円筒形の電池ケース1を配置する。このとき、電池ケース1の底部の基部11は、下成形パンチ72の上に載置される。
電池ケース1内に正極ペレット2aの複数個(例えば、2個)を挿入する。このとき、複数の正極ペレット2aの中空部が連通するように、複数の正極ペレット2aは同軸上に積み重ねられる。正極ペレット2aの中空部に、正極ペレット2aの内径より僅かに小さい径(例えば、正極ペレット2aの内径より0.1〜0.3mm小さい径)を有する円柱形のピン73を挿入する。
次に、図5に示すように、中空円筒形の上成形パンチ74の中空部にピン73を挿入した状態で、上成形パンチ74にて上方より正極ペレット2aを、所定の圧力(例えば、当該正極ペレット2aの単位断面積(1cm3)あたり40〜130MPaの圧力)で押しつけて、正極ペレット2aを加圧成形する。なお、ここでいう断面積は、正極ペレット2aの軸方向(X方向)に垂直な断面の面積である。このようにして、電池ケース1に密着する中空円筒形の正極2を得る。
以下、工程(3)の一例を示す。
図4に示すように、中空円筒形のカートリッジ71の中空部に、下成形パンチ72を挿入する。カートリッジ71の中空部における下成形パンチ72上に、正極端子を兼ねる有底円筒形の電池ケース1を配置する。このとき、電池ケース1の底部の基部11は、下成形パンチ72の上に載置される。
電池ケース1内に正極ペレット2aの複数個(例えば、2個)を挿入する。このとき、複数の正極ペレット2aの中空部が連通するように、複数の正極ペレット2aは同軸上に積み重ねられる。正極ペレット2aの中空部に、正極ペレット2aの内径より僅かに小さい径(例えば、正極ペレット2aの内径より0.1〜0.3mm小さい径)を有する円柱形のピン73を挿入する。
次に、図5に示すように、中空円筒形の上成形パンチ74の中空部にピン73を挿入した状態で、上成形パンチ74にて上方より正極ペレット2aを、所定の圧力(例えば、当該正極ペレット2aの単位断面積(1cm3)あたり40〜130MPaの圧力)で押しつけて、正極ペレット2aを加圧成形する。なお、ここでいう断面積は、正極ペレット2aの軸方向(X方向)に垂直な断面の面積である。このようにして、電池ケース1に密着する中空円筒形の正極2を得る。
正極ペレットの中空部にピン73を挿入する際、ピン73の側面が正極ペレット2aの内壁と接触することにより正極ペレット2aの一部が脱落し、それが電池ケース1の底部(中間部)に落下する場合がある。正極ペレットの欠片が電池ケース1の中間部12に落下しても、中間部12に傾斜面12aが設けられているため、正極ペレットの欠片は、中間部12に留まることなく端子部13により形成される凹部へ移動する。よって、セパレータ4が正極ペレットの欠片の上に配置されることがない。
正極ペレット2aを加圧成形する際、ピン73が正極ペレットの欠片を押圧することにより、電池ケースの外底面に正極ペレットの欠片による微細な皺が形成され、電池ケース1の中間部12の外観を損なうという不具合を生じることがない。
正極ペレット2aを加圧成形する際、ピン73が正極ペレットの欠片を押圧することにより、電池ケースの外底面に正極ペレットの欠片による微細な皺が形成され、電池ケース1の中間部12の外観を損なうという不具合を生じることがない。
[工程(4):セパレータ挿入工程]
以下、工程(4)の一例を示す。
図6に示す円柱状の治具75の周面に、不織布を複数回巻くことにより、円筒部セパレータ4a(例えば、厚み0.15〜1.50mm)を得る。
不織布には、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た混抄体が用いられる。例えば、厚み0.25mmの不織布2枚を重ねたものを2重に巻くことにより、厚み1.0mmの円筒部セパレータ4aを得ることができる。
図6に示すように、円筒部セパレータ4aが治具75に巻かれた状態で、さらにこの治具75の先端に底部セパレータ4bを配置する。治具75とともに円筒部セパレータ4aおよび底部セパレータ4bを正極合剤2の中空内に挿入する。このとき、底部セパレータ4bの大部分は、治具75の下面に配されるが、底部セパレータ4bを安定して挿入し、配置するため、底部セパレータ4bの周縁部は、円筒部セパレータ4aの下端と重ね合わせるようにして、治具75の側面に配される。このようにして、正極2の内壁に円筒部セパレータ4aを配し、電池ケース1の底部に底部セパレータ4bをそれぞれ配置する。
以下、工程(4)の一例を示す。
図6に示す円柱状の治具75の周面に、不織布を複数回巻くことにより、円筒部セパレータ4a(例えば、厚み0.15〜1.50mm)を得る。
不織布には、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た混抄体が用いられる。例えば、厚み0.25mmの不織布2枚を重ねたものを2重に巻くことにより、厚み1.0mmの円筒部セパレータ4aを得ることができる。
図6に示すように、円筒部セパレータ4aが治具75に巻かれた状態で、さらにこの治具75の先端に底部セパレータ4bを配置する。治具75とともに円筒部セパレータ4aおよび底部セパレータ4bを正極合剤2の中空内に挿入する。このとき、底部セパレータ4bの大部分は、治具75の下面に配されるが、底部セパレータ4bを安定して挿入し、配置するため、底部セパレータ4bの周縁部は、円筒部セパレータ4aの下端と重ね合わせるようにして、治具75の側面に配される。このようにして、正極2の内壁に円筒部セパレータ4aを配し、電池ケース1の底部に底部セパレータ4bをそれぞれ配置する。
治具75の先端の形状は、円錐形であり、電池ケース1の底部に対応する形状を有する。よって、底部セパレータ4bは、段部14および中間部12の傾斜面12aに沿って配置される。
底部セパレータ4bは、電池ケースの底部に配される円錐部、および円錐部の周縁部より円筒部セパレータの下端部の外面に沿って上方へ延びる立ち上がり部を有する。円錐部の傾斜は、中間部の傾斜に対応する。円錐部は下方に突出するため、負極の充填量を増やし、放電特性を改善することができる。
電池ケース1の形状に対応させ易い、すなわち電池ケース1に挿入した際に安定して円錐部を形成するためには、底部セパレータ4bには、略正多角形状(好ましくは略正四角形状)または略円形状の微孔性薄膜(再生セルロース)の片面あるいは両面にポリビニルアルコール系合成繊維からなる不織布をラミネートしたシートを用いるのが好ましい。
底部セパレータ4bの強度および柔軟性の観点から、底部セパレータ4bの厚みは、50〜250μmが好ましい。底部セパレータ4bの厚みが250μm超であると、底部セパレータの柔軟性が低下し、傾斜面を有する底部に対応する円錐部を安定して形成し難くなる場合がある。底部セパレータ4bの厚みが50μm未満であると、強度が低下し、セパレータ挿入時に損傷する等の不具合を生じる場合がある。
底部セパレータ4bのずれ防止および底部セパレータ4b(円錐部)の形状の安定性の観点から、立ち上がり部の高さは、2〜3mmが好ましい。
底部セパレータ4bは、電池ケースの底部に配される円錐部、および円錐部の周縁部より円筒部セパレータの下端部の外面に沿って上方へ延びる立ち上がり部を有する。円錐部の傾斜は、中間部の傾斜に対応する。円錐部は下方に突出するため、負極の充填量を増やし、放電特性を改善することができる。
電池ケース1の形状に対応させ易い、すなわち電池ケース1に挿入した際に安定して円錐部を形成するためには、底部セパレータ4bには、略正多角形状(好ましくは略正四角形状)または略円形状の微孔性薄膜(再生セルロース)の片面あるいは両面にポリビニルアルコール系合成繊維からなる不織布をラミネートしたシートを用いるのが好ましい。
底部セパレータ4bの強度および柔軟性の観点から、底部セパレータ4bの厚みは、50〜250μmが好ましい。底部セパレータ4bの厚みが250μm超であると、底部セパレータの柔軟性が低下し、傾斜面を有する底部に対応する円錐部を安定して形成し難くなる場合がある。底部セパレータ4bの厚みが50μm未満であると、強度が低下し、セパレータ挿入時に損傷する等の不具合を生じる場合がある。
底部セパレータ4bのずれ防止および底部セパレータ4b(円錐部)の形状の安定性の観点から、立ち上がり部の高さは、2〜3mmが好ましい。
セパレータ4の挿入時に、治具75とともにセパレータ4を挿入する際、その側面が、正極2の内壁と接触することにより正極2の一部が脱落し、それが電池ケース1の底部に落下する場合がある。正極の欠片が電池ケース1の中間部12に落下しても、中間部12に傾斜面12aが設けられているため、正極の欠片が電池ケース1の中間部12に留まることがなく、端子部13により形成される凹部へ移動する。よって、セパレータ4が正極の欠片の上に配置されることがない。
[工程(5):電解液注入工程]
セパレータ4を配置した後、電池ケース内にアルカリ電解液を注入する。このようにして、セパレータ4内にアルカリ電解液を含ませる。アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液が用いられる。アルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、30〜40重量%が好ましい。アルカリ電解液中の酸化亜鉛の濃度は、1〜5重量%が好ましい。
セパレータ4を配置した後、電池ケース内にアルカリ電解液を注入する。このようにして、セパレータ4内にアルカリ電解液を含ませる。アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液が用いられる。アルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、30〜40重量%が好ましい。アルカリ電解液中の酸化亜鉛の濃度は、1〜5重量%が好ましい。
[工程(6):負極充填工程]
有底円筒形のセパレータ4内に、ゲル状の負極3を充填する。負極3は、負極活物質に、ゲル化剤およびアルカリ電解液を所定の割合で添加することにより得られる。ゲル化剤の添加量は、負極活物質100重量部あたり0.5〜2重量部であるのが好ましい。ゲル化剤には、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムが用いられる。アルカリ電解液の添加量は、負極活物質100重量部あたり40〜60重量部であるのが好ましい。
有底円筒形のセパレータ4内に、ゲル状の負極3を充填する。負極3は、負極活物質に、ゲル化剤およびアルカリ電解液を所定の割合で添加することにより得られる。ゲル化剤の添加量は、負極活物質100重量部あたり0.5〜2重量部であるのが好ましい。ゲル化剤には、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムが用いられる。アルカリ電解液の添加量は、負極活物質100重量部あたり40〜60重量部であるのが好ましい。
[工程(7):封口工程]
工程(7)の前に、予め、電池ケース1の開口部近傍に溝入れを施して段部1aを形成する。段部1aの形成は、正極ペレット2aを電池ケース1内に密着させた後、かつセパレータ4を挿入する前(負極およびセパレータを配置する前)に行うのが好ましい。このタイミングで溝入れすることにより、溝入れの際に、負極の電池ケース内から外部への流出、負極の正極との接触、セパレータのズレの発生等の不具合を防ぐことができる。
また、封口ユニット9を準備する。封口ユニット9は、負極集電子6の頭部6aを、負極端子板7の中央部の平坦部7aに溶接し、負極集電子6の軸部6bを樹脂製のガスケット5の中央筒部5aの穴部に挿入することにより得られる。
工程(7)の前に、予め、電池ケース1の開口部近傍に溝入れを施して段部1aを形成する。段部1aの形成は、正極ペレット2aを電池ケース1内に密着させた後、かつセパレータ4を挿入する前(負極およびセパレータを配置する前)に行うのが好ましい。このタイミングで溝入れすることにより、溝入れの際に、負極の電池ケース内から外部への流出、負極の正極との接触、セパレータのズレの発生等の不具合を防ぐことができる。
また、封口ユニット9を準備する。封口ユニット9は、負極集電子6の頭部6aを、負極端子板7の中央部の平坦部7aに溶接し、負極集電子6の軸部6bを樹脂製のガスケット5の中央筒部5aの穴部に挿入することにより得られる。
電池ケース1の段部1a上で封口ユニット9の外周筒部5bを受けるように、電池ケース1の開口部に封口ユニット9を設置する。このとき、負極集電子6の軸部を、負極3内に挿入する。そして、電池ケース1の開口端部を、ガスケット5の外周筒部5bを介して、負極端子板7の周縁部の鍔部7bにかしめつけて、電池ケース1の開口部を封口する。
工程(7)において、封口ユニット9(ガスケット5)の下面は、円筒部セパレータ4aの上端に当接する。
正極の欠片が中間部に留まると、以下のような不具合を生じる。セパレータの挿入時に底部セパレータが正極の欠片の上に載り、セパレータが正しい位置に挿入されない場合がある。この場合、封口ユニット(ガスケット)が円筒部セパレータの上端部を過度に押圧することにより、セパレータ中に含まれるアルカリ電解液が電池ケース外へ飛散する。
アルカリ電解液の電池ケース外への飛散により、アルカリ電池内のアルカリ電解液が減少し、電池性能が低下する場合がある。また、電池ケースの外面にアルカリ電解液が付着する場合がある。
これに対して、本発明では、正極の欠片が中間部に留まることがないため、上記のような不具合を解消することができる。
正極の欠片が中間部に留まると、以下のような不具合を生じる。セパレータの挿入時に底部セパレータが正極の欠片の上に載り、セパレータが正しい位置に挿入されない場合がある。この場合、封口ユニット(ガスケット)が円筒部セパレータの上端部を過度に押圧することにより、セパレータ中に含まれるアルカリ電解液が電池ケース外へ飛散する。
アルカリ電解液の電池ケース外への飛散により、アルカリ電池内のアルカリ電解液が減少し、電池性能が低下する場合がある。また、電池ケースの外面にアルカリ電解液が付着する場合がある。
これに対して、本発明では、正極の欠片が中間部に留まることがないため、上記のような不具合を解消することができる。
(実施形態2)
図7は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース20の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部21と、基部21よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部22と、中間部22から下方(電池ケース1の外側)に突出する円柱状の端子部23と、を含む。
図7は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース20の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部21と、基部21よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部22と、中間部22から下方(電池ケース1の外側)に突出する円柱状の端子部23と、を含む。
中間部22は、電池ケース20の内底面において、基部21から端子部23に向けて下方(電池ケース1の外側)に傾斜する傾斜面22aを有する。
中間部22の下面は、X方向に垂直な面に対して傾斜せず、基部21の下面と平行であり、同一面を形成している。この場合、電池ケース20において、大きな内容積を確保しつつ、端子部23および傾斜面22aを形成することができる。
すなわち、中間部22の厚みは端子部23側に向かうほど減少する。
電池ケースの内容積および強度の観点から、中間部22の厚みは、0.22〜0.25mmが好ましい。
中間部22の下面は、X方向に垂直な面に対して傾斜せず、基部21の下面と平行であり、同一面を形成している。この場合、電池ケース20において、大きな内容積を確保しつつ、端子部23および傾斜面22aを形成することができる。
すなわち、中間部22の厚みは端子部23側に向かうほど減少する。
電池ケースの内容積および強度の観点から、中間部22の厚みは、0.22〜0.25mmが好ましい。
X方向に垂直な面に対する傾斜面22aの傾斜角度θ2は、2〜5°であるのが好ましい。傾斜角度θ2が、2°未満であると、傾斜が不十分であり、異物が中間部22に残留する可能性がある。傾斜角度θ2が、5°超であると、中間部22における端子部23側の厚みが小さくなり、中間部22の強度が低下する場合がある。
電池ケースの強度および内容積の観点から、基部21の厚みT2aは、0.25〜0.30mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部23の基部11からの高さT2cは、1.2〜1.6mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部23の基部11からの高さT2cは、1.2〜1.6mmが好ましい。
本実施形態の電池ケースの作製方法としては、例えば、実施形態1における電池ケースの作製方法において、パンチ85の凸部を、図7の電池ケース20の内底面に対応する形状に変更し、金型86の凹部を、図7の電池ケース20の外底面に対応する形状に変更すればよい。
(実施形態3)
図8は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース30の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部31と、基部31よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部32と、中間部32から下方に突出する円柱状の端子部33と、を含む。
図8は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース30の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部31と、基部31よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部32と、中間部32から下方に突出する円柱状の端子部33と、を含む。
中間部32は、電池ケース30の内底面において、基部31から端子部33に向けて下方に傾斜する傾斜面32aを有する。
中間部32の下面は、上面と同様の角度で傾斜する。すなわち、中間部12は、基部31側から端子33側にかけて一定の厚みを有する。この場合、電池を機器に挿入する際、電池ケースの底部の周縁部(基部31)に配される外装ラベルの一端部が、機器に引っかかるのが抑制される。
中間部32の下面は、上面と同様の角度で傾斜する。すなわち、中間部12は、基部31側から端子33側にかけて一定の厚みを有する。この場合、電池を機器に挿入する際、電池ケースの底部の周縁部(基部31)に配される外装ラベルの一端部が、機器に引っかかるのが抑制される。
X方向に垂直な面に対する傾斜面32aの傾斜角度θ3は、2〜15°であるのが好ましい。傾斜角度θ3が、2°未満であると、傾斜が不十分であり、異物が中間部12に残留する可能性がある。傾斜角度θ3が、15°超であると、電池ケースの底部の高さ寸法が増大し、電池内の容積(正極および負極の充填体積)が減少する。
高容量の電池を得るためには、傾斜角度θ3は、2〜10°であるのがより好ましい。
高容量の電池を得るためには、傾斜角度θ3は、2〜10°であるのがより好ましい。
X方向に垂直な面に対する中間部32における下面の傾斜角度θ4は、好ましくは2〜15°、より好ましくは2〜10°である。
傾斜角度θ4は、傾斜角度θ3と略同一である。
傾斜角度θ4は、傾斜角度θ3と略同一である。
電池ケースの強度および内容積の観点から、基部31の厚みT3aは、0.25〜0.30mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部33の基部31からの高さT3cは、1.2〜1.8mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部33の基部31からの高さT3cは、1.2〜1.8mmが好ましい。
本実施形態の電池ケースの作製方法としては、例えば、実施形態1における電池ケースの作製方法において、パンチ85の凸部を、図8の電池ケース30の内底面に対応する形状に変更し、金型86の凹部を、図8の電池ケース30の外底面に対応する形状に変更すればよい。
(実施形態4)
図9は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース40の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部41と、基部41よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部42と、中間部42から下方に突出する円柱状の端子部43と、を含む。
図9は、本実施形態のアルカリ電池の底部付近を拡大した要部断面図である。電池ケースの底部の形状以外は、実施形態1と重複するので、説明を省略する。
電池ケース40の底部は、正極2の底部を載置する環状の基部41と、基部41よりも内側に設けられた、底部セパレータ4bを載置する環状の中間部42と、中間部42から下方に突出する円柱状の端子部43と、を含む。
中間部42は、電池ケース40の内底面において、基部41から端子部43に向けて下方に傾斜する傾斜面42aを有する。
中間部42の下面は、傾斜面42aより、X方向に垂直な面に対する傾斜角度が小さい。すなわち、X方向に垂直な面に対する中間部42の下面の傾斜角度θ6は、X方向に垂直な面に対する傾斜面42aの傾斜角度θ5よりも小さい。よって、中間部42は、基部41側から端子43側にかけて厚みが減少する。
電池ケースの内容積および強度の観点から、中間部42の厚みは、0.22〜0.25mmが好ましい。
中間部42の下面は、傾斜面42aより、X方向に垂直な面に対する傾斜角度が小さい。すなわち、X方向に垂直な面に対する中間部42の下面の傾斜角度θ6は、X方向に垂直な面に対する傾斜面42aの傾斜角度θ5よりも小さい。よって、中間部42は、基部41側から端子43側にかけて厚みが減少する。
電池ケースの内容積および強度の観点から、中間部42の厚みは、0.22〜0.25mmが好ましい。
傾斜角度θ5は、2〜15°であるのが好ましい。傾斜角度θ5が、2°未満であると、傾斜が不十分であり、異物が中間部12に残留する可能性がある。傾斜角度θ5が、15°超であると、電池ケースの底部の高さ寸法が増大し、電池ケース内の容積(正極および負極の充填体積)が減少する。
傾斜角度θ5は、2〜10°であるのがより好ましい。
電池ケースの加工性の観点から、傾斜角度θ6と、傾斜角度θ5との差:θ5−θ6は、1〜3°が好ましい。
傾斜角度θ5は、2〜10°であるのがより好ましい。
電池ケースの加工性の観点から、傾斜角度θ6と、傾斜角度θ5との差:θ5−θ6は、1〜3°が好ましい。
電池ケースの強度および内容積の観点から、基部41の厚みT4aは、0.25〜0.30mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部43の基部41からの高さT4cは、1.2〜1.8mmが好ましい。
電池ケースの内容積の観点から、端子部43の基部41からの高さT4cは、1.2〜1.8mmが好ましい。
本実施形態の電池ケースの作製方法としては、例えば、実施形態1における電池ケースの作製方法において、パンチ85の凸部を、図9の電池ケース40の内底面に対応する形状に変更し、金型86の凹部を、図9の電池ケース40の外底面に対応する形状に変更すればよい。
工程(B)で用いる予備成形パンチ83における凸部83aの角部の曲率半径Rを小さくする(例えば、曲率半径Rを0.5mm以下とする)ことにより、突出部84aの角部の肉厚を薄くすることができる。これにより、工程(C)において、中間部42の厚みを、基部41側から端子43側にかけて制御よく減少させることができる。
工程(B)で用いる予備成形パンチ83における凸部83aの角部の曲率半径Rを小さくする(例えば、曲率半径Rを0.5mm以下とする)ことにより、突出部84aの角部の肉厚を薄くすることができる。これにより、工程(C)において、中間部42の厚みを、基部41側から端子43側にかけて制御よく減少させることができる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は、これらのみに限定されない。
《実施例1》
以下に示す方法により図1と同様の構成のアルカリ乾電池を作製した。
(1)電池ケースの作製
《実施例1》
以下に示す方法により図1と同様の構成のアルカリ乾電池を作製した。
(1)電池ケースの作製
鋼板(東洋鋼鈑(株)製のNi−TOP鋼帯、炭素含有量0.033重量%)を準備した。この鋼板の両面に、めっき法により、ニッケル層(厚み:2.0μm)を形成し、ニッケルめっき鋼板(厚み:0.40mm)を得た。
ニッケルめっき鋼板を円形に打ち抜き、絞り加工を行い、図3に示すカップ状の第1中間製品82(外径:21.5mm、高さ:15.5mm)を得た(工程(A))。
ニッケルめっき鋼板を円形に打ち抜き、絞り加工を行い、図3に示すカップ状の第1中間製品82(外径:21.5mm、高さ:15.5mm)を得た(工程(A))。
図3に示すように、第1中間製品82の内底面を、加圧面の中央に円錐台状の凸部83a(下端面83bの直径:6.0mm、高さ:2.0mm)を有する予備成形パンチ83で押圧し、円錐台状の突出部84a(内底面の直径A:6mm)を有するカップ状の第2中間製品84を得た(工程(B))。
図3に示すように、第2中間製品84の開口よりパンチ85を挿入し、2つの絞りダイスによる絞り加工と3つのしごきダイスによるしごき加工とを連続的に施した後、パンチ85および金型86により、第2中間製品84の突出部84aを加圧成形した(工程(C))。
このようにして、図2に示す底部(基部の厚みT1a:0.4mm、段部14の基部11からの高さT1b:0.2mm、傾斜角度θ1:3°、端子部13の基部11からの高さT1c:1.6mm)および側部(厚みT1d:0.15mm)を有する電池ケース1(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
このようにして、図2に示す底部(基部の厚みT1a:0.4mm、段部14の基部11からの高さT1b:0.2mm、傾斜角度θ1:3°、端子部13の基部11からの高さT1c:1.6mm)および側部(厚みT1d:0.15mm)を有する電池ケース1(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
第2中間製品84の突出部84aの内底面の直径Aは、6mmであった。
端子部13の外径Bは、5.1mmであった。
端子部13の中間部12からの高さC(=T1c−T1b)は、1.4mmであった。
すなわち、(B+C)/Aは、1.08であった。
端子部13の外径Bは、5.1mmであった。
端子部13の中間部12からの高さC(=T1c−T1b)は、1.4mmであった。
すなわち、(B+C)/Aは、1.08であった。
さらに、電池ケース1の内側面および内底面に黒鉛含有ペースト(日本黒鉛(株)製、バニーハイト)を塗布した後、乾燥させて、炭素塗膜を形成した。黒鉛含有ペーストの塗布量は、電池ケースの内面1cm2あたり1mgとした。
(2)電池の組立て
上記で作製した電池ケースを用いて、以下の手順で図1に示す電池を作製した。
正極活物質として電解二酸化マンガン粉末(二酸化マンガンの純度:92重量%、平均粒径:48μm、粒径200μm以上の粒子の含有量:0.1重量%)と、導電剤として黒鉛粉末(平均粒径:8μm)とを93:7の重量比で混合した。この混合物と、アルカリ電解液とを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。アルカリ電解液には、水酸化カリウム(濃度:35重量%)および酸化亜鉛(濃度:2重量%)を含む水溶液を用いた。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正極ペレット2aを得た。
上記で作製した電池ケースを用いて、以下の手順で図1に示す電池を作製した。
正極活物質として電解二酸化マンガン粉末(二酸化マンガンの純度:92重量%、平均粒径:48μm、粒径200μm以上の粒子の含有量:0.1重量%)と、導電剤として黒鉛粉末(平均粒径:8μm)とを93:7の重量比で混合した。この混合物と、アルカリ電解液とを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。アルカリ電解液には、水酸化カリウム(濃度:35重量%)および酸化亜鉛(濃度:2重量%)を含む水溶液を用いた。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正極ペレット2aを得た。
図4に示すように、中空円筒形のカートリッジ71の中空部に、下成形パンチ72を挿入した。カートリッジ71の中空部における下成形パンチ72上に、電池ケース1を配置した。このとき、電池ケース1の底部の基部11は、下成形パンチ72の上に載置された。
電池ケース1内に正極ペレット2aの2個を挿入した。正極ペレット2aの中空部に、正極ペレット2aの内径より0.1mmだけ小さい径を有する円柱形のピン73を挿入した。
次に、図5に示すように、中空円筒形の上成形パンチ74の中空部にピン73を挿入した状態で、上成形パンチ74にて上方より正極ペレット2aを当該正極ペレット2aの単位断面積(1cm3)あたり95MPaの圧力で押しつけて、正極ペレット2aを加圧成形した。なお、ここでいう断面積は、X方向に垂直な面における面積である。このようにして、電池ケース1に密着する中空円筒形の正極2を得た。正極2中の二酸化マンガンの充填密度は2.96g/cm3であった。その後、電池ケース1の開口部近傍に溝入れを施して段部1aを形成した。
電池ケース1内に正極ペレット2aの2個を挿入した。正極ペレット2aの中空部に、正極ペレット2aの内径より0.1mmだけ小さい径を有する円柱形のピン73を挿入した。
次に、図5に示すように、中空円筒形の上成形パンチ74の中空部にピン73を挿入した状態で、上成形パンチ74にて上方より正極ペレット2aを当該正極ペレット2aの単位断面積(1cm3)あたり95MPaの圧力で押しつけて、正極ペレット2aを加圧成形した。なお、ここでいう断面積は、X方向に垂直な面における面積である。このようにして、電池ケース1に密着する中空円筒形の正極2を得た。正極2中の二酸化マンガンの充填密度は2.96g/cm3であった。その後、電池ケース1の開口部近傍に溝入れを施して段部1aを形成した。
図6に示す円筒状の治具75を用い、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からなる厚み0.12mmの不織布二枚を重ねたものを二重に巻くことにより、側面の厚み0.24mmの円筒部セパレータ4aを得た。
図6に示すように、円筒部セパレータ4aが治具75に巻かれた状態で、さらにこの治具75の先端に底部セパレータ4bを配した。そして、底部セパレータ4bが円筒部セパレータ4aの端部を包み込むような状態で、治具75とともに円筒部セパレータ4aおよび底部セパレータ4bを正極2の中空内に挿入した。このようにして、正極2の内壁に円筒部セパレータ4aを配し、電池ケース1の底部に底部セパレータ4bをそれぞれ配置した。このようにして、セパレータ4を配置した。
なお、底部セパレータ4bには、再生セルロースからなる薄膜(厚み:0.03mm)の両面にポリビニルアルコール繊維からなる不織布(厚み:0.05mm)をラミネートして得られた厚み0.13mmの原紙を、円筒部セパレータ4aの外径より大きな正方形(大きさ:15mm×15mm)に切断したものを用いた。底部セパレータ4bの立ち上がり部の高さは、2〜3mmであった。
図6に示すように、円筒部セパレータ4aが治具75に巻かれた状態で、さらにこの治具75の先端に底部セパレータ4bを配した。そして、底部セパレータ4bが円筒部セパレータ4aの端部を包み込むような状態で、治具75とともに円筒部セパレータ4aおよび底部セパレータ4bを正極2の中空内に挿入した。このようにして、正極2の内壁に円筒部セパレータ4aを配し、電池ケース1の底部に底部セパレータ4bをそれぞれ配置した。このようにして、セパレータ4を配置した。
なお、底部セパレータ4bには、再生セルロースからなる薄膜(厚み:0.03mm)の両面にポリビニルアルコール繊維からなる不織布(厚み:0.05mm)をラミネートして得られた厚み0.13mmの原紙を、円筒部セパレータ4aの外径より大きな正方形(大きさ:15mm×15mm)に切断したものを用いた。底部セパレータ4bの立ち上がり部の高さは、2〜3mmであった。
セパレータ4内に、アルカリ電解液を注入した。セパレータ注入用のアルカリ電解液には、35重量%の水酸化カリウムおよび2重量%の酸化亜鉛を含む水溶液を用いた。
所定時間経過した後、ゲル状の負極3をセパレータ4内に充填した。負極3には、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、負極活物質として亜鉛粉末とを、0.5:33:66.5の重量比で混合したものを用いた。アルカリ電解液には、35重量%の水酸化カリウムおよび2重量%の酸化亜鉛を含む水溶液を用いた。
負極集電子6の頭部6aを負極端子板7の平坦部7aに溶接し、負極集電子6の軸部6bにおける頭部6a側の端部を、ナイロン製ガスケット5の中央筒部5aの穴部に挿入し、封口ユニット9を得た。
電池ケース1の段部1a上で封口ユニット9におけるガスケット5の外周筒部5bを受けるように、封口ユニット9を電池ケース1の開口部に設置した。このとき、負極集電子6の軸部6bを、負極3内に挿入した。
そして、電池ケース1の開口端部を、ガスケット5の外周筒部5bを介して、負極端子板7の周縁部の鍔部7bにかしめつけ、電池ケース1の開口部を封口した。外装ラベル8で電池ケース1の外表面を被覆した。このようにして、単3形アルカリ乾電池(LR6)を作製した。
電池ケース1の段部1a上で封口ユニット9におけるガスケット5の外周筒部5bを受けるように、封口ユニット9を電池ケース1の開口部に設置した。このとき、負極集電子6の軸部6bを、負極3内に挿入した。
そして、電池ケース1の開口端部を、ガスケット5の外周筒部5bを介して、負極端子板7の周縁部の鍔部7bにかしめつけ、電池ケース1の開口部を封口した。外装ラベル8で電池ケース1の外表面を被覆した。このようにして、単3形アルカリ乾電池(LR6)を作製した。
《実施例2》
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図7の電池ケース20の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図7の電池ケース20の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図7に示す底部(基部の厚みT2a:0.25mm、傾斜角度θ2:2°、端子部23の基部21からの高さT2c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図7の電池ケース20の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図7の電池ケース20の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図7に示す底部(基部の厚みT2a:0.25mm、傾斜角度θ2:2°、端子部23の基部21からの高さT2c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
《実施例3》
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図8の電池ケース30の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図8の電池ケース30の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図8に示す底部(基部の厚みT3a:0.25mm、傾斜角度θ3:15°、傾斜角度θ4:15°、端子部33の基部31からの高さT3c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図8の電池ケース30の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図8の電池ケース30の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図8に示す底部(基部の厚みT3a:0.25mm、傾斜角度θ3:15°、傾斜角度θ4:15°、端子部33の基部31からの高さT3c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
《実施例4》
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図9の電池ケース40の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図9の電池ケース40の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図9に示す底部(基部の厚みT4a:0.25mm、傾斜角度θ5:10°、傾斜角度θ6:12°、端子部43の基部41からの高さT4c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図9の電池ケース40の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図9の電池ケース40の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図9に示す底部(基部の厚みT4a:0.25mm、傾斜角度θ5:10°、傾斜角度θ6:12°、端子部43の基部41からの高さT4c:1.6mm)および側部(厚み:0.18mm)を有する電池ケース(外径:13.8mm、高さ:50mm)を得た。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
《比較例1》
パンチ85の凸部の形状を、図10の電池ケース50の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図10の電池ケース50の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図10の底部を有する電池ケースを得た。
なお、図10の電池ケース50の底部は、X方向に垂直な上面52aを有する中間部52を形成した以外、すなわち、図2の傾斜角度θ1を0°とした以外、図2と同じ構成である。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
パンチ85の凸部の形状を、図10の電池ケース50の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図10の電池ケース50の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図10の底部を有する電池ケースを得た。
なお、図10の電池ケース50の底部は、X方向に垂直な上面52aを有する中間部52を形成した以外、すなわち、図2の傾斜角度θ1を0°とした以外、図2と同じ構成である。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
《比較例2》
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図11の電池ケース60の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図11の電池ケース60の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図11の底部を有する電池ケースを作製した。
なお、図11の電池ケース60の底部は、X方向に垂直な上面62aを有する中間部62を形成した以外、すなわち、図7の傾斜角度θ2を0°とした以外、図7と同じ構成である。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
厚み0.25mmのニッケルめっき鋼板を用いた。
パンチ85の凸部の形状を、図11の電池ケース60の内底面と対応するように変更した。
金型86の凹部の形状を、図11の電池ケース60の外底面と対応するように変更した。
上記以外は、実施例1と同様の方法により、図11の底部を有する電池ケースを作製した。
なお、図11の電池ケース60の底部は、X方向に垂直な上面62aを有する中間部62を形成した以外、すなわち、図7の傾斜角度θ2を0°とした以外、図7と同じ構成である。
この電池ケースを用い、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
[評価]
(1)セパレータ挿入高さ試験
上記電池の製造において、電池ケース内にセパレータを配置した際、セパレータが正しく挿入されたかどうかを確認するため、円筒部セパレータの上端部の位置を調べた。
具体的には、ファイバセンサーを用いて、円筒部セパレータの上端部からの反射光の量を検出した。試験数は、10000個とした。
セパレータが正しく挿入されない場合、すなわち、底部に存在する異物の上に、底部セパレータが配置されることにより、円筒部セパレータの位置が高くなる場合、ファイバセンサーから出射した光が円筒部セパレータの上端部により干渉されることにより、反射する光の量が多くなった。
底部に異物が存在せず、セパレータが正しく挿入された場合、ファイバセンサーから出射した光は円筒部セパレータの上端部により干渉されないため、反射する光の量は減少した。
(1)セパレータ挿入高さ試験
上記電池の製造において、電池ケース内にセパレータを配置した際、セパレータが正しく挿入されたかどうかを確認するため、円筒部セパレータの上端部の位置を調べた。
具体的には、ファイバセンサーを用いて、円筒部セパレータの上端部からの反射光の量を検出した。試験数は、10000個とした。
セパレータが正しく挿入されない場合、すなわち、底部に存在する異物の上に、底部セパレータが配置されることにより、円筒部セパレータの位置が高くなる場合、ファイバセンサーから出射した光が円筒部セパレータの上端部により干渉されることにより、反射する光の量が多くなった。
底部に異物が存在せず、セパレータが正しく挿入された場合、ファイバセンサーから出射した光は円筒部セパレータの上端部により干渉されないため、反射する光の量は減少した。
(2)外観検査
電池作製後において、電池ケースの底部を観察し、底部に形成された端子部の周囲(中間部)に微細な皺が存在するかどうか目視により確かめた。試験数は、1000個とした。
なお、この微細な皺は、電池ケース内にて正極合剤を加圧形成する際に、端子部の周囲(中間部)に脱落した正極合剤の欠片が残留し、その欠片を加圧治具で押圧することにより形成される。
評価結果を表1に示す。
電池作製後において、電池ケースの底部を観察し、底部に形成された端子部の周囲(中間部)に微細な皺が存在するかどうか目視により確かめた。試験数は、1000個とした。
なお、この微細な皺は、電池ケース内にて正極合剤を加圧形成する際に、端子部の周囲(中間部)に脱落した正極合剤の欠片が残留し、その欠片を加圧治具で押圧することにより形成される。
評価結果を表1に示す。
本発明の実施例1〜4の電池では、比較例1および2の電池と比べて、セパレータ挿入時の不具合および外観異常の発生が抑制され、優れた信頼性が得られることがわかった。
本発明のアルカリ乾電池は、高い信頼性を有するため、携帯機器および情報機器等の電子機器の電源として好適に用いられる。
1 電池ケース
2 正極
3 負極
4 セパレータ
4a 円筒部セパレータ
4b 底部セパレータ
5 ガスケット
6 負極集電子
7 負極端子板
8 外装ラベル
9 封口ユニット
10 空間
11、21、31、41 基部
12、22、32、42 中間部
13、23、33、43 端子部
14 段部
71 カートリッジ
72 下成形パンチ
73 ピン
74 上成形パンチ
75 治具
82 第1中間製品
83 予備成形パンチ
84 第2中間製品
84a 突出部
85 パンチ
85a 凸部
86 金型
86a 凹部
2 正極
3 負極
4 セパレータ
4a 円筒部セパレータ
4b 底部セパレータ
5 ガスケット
6 負極集電子
7 負極端子板
8 外装ラベル
9 封口ユニット
10 空間
11、21、31、41 基部
12、22、32、42 中間部
13、23、33、43 端子部
14 段部
71 カートリッジ
72 下成形パンチ
73 ピン
74 上成形パンチ
75 治具
82 第1中間製品
83 予備成形パンチ
84 第2中間製品
84a 突出部
85 パンチ
85a 凸部
86 金型
86a 凹部
Claims (8)
- 有底円筒形の電池ケースと、前記電池ケースの内面に配される中空円筒形の正極と、前記正極の中空部内に配されるゲル状の負極と、前記正極と前記負極との間に配されるセパレータと、アルカリ電解液と、を備えたアルカリ電池であって、
前記セパレータは、前記正極の内側面に配された円筒部セパレータと、前記円筒部セパレータにおける前記電池ケースの底部側の開口を覆う底部セパレータと、を含み、
前記電池ケースの底部は、前記正極の底部を載置する環状の基部と、前記基部よりも内側に設けられた、前記底部セパレータを載置する環状の中間部と、前記中間部から前記電池ケースの外側に突出する端子部と、を含み、
前記中間部は、前記電池ケースの内底面において、前記基部から前記端子部に向けて前記電池ケースの外側に傾斜する傾斜面を有することを特徴とするアルカリ電池。 - 前記電池ケースの軸方向に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、2〜15°である請求項1記載のアルカリ電池。
- 前記傾斜角度は、2〜10°である請求項2記載のアルカリ電池。
- 前記基部と、前記中間部との間に、さらに段部が形成され、
前記段部から前記端子部に向けて、前記傾斜面が形成されている請求項1記載のアルカリ電池。 - 前記段部の高さ寸法は、前記底部セパレータの厚み寸法よりも大きい請求項4記載のアルカリ電池。
- 前記電池ケースの軸方向に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、2〜5°である請求項4または5記載のアルカリ電池。
- 前記電池ケースは、鋼板からなり、
前記鋼板は、炭素を0.02〜0.05重量%含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のアルカリ電池。 - 前記電池ケースの内底面に、炭素被膜が形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載のアルカリ電池。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010034762A JP2011171158A (ja) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | アルカリ電池 |
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|---|---|---|---|
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- 2010-02-19 JP JP2010034762A patent/JP2011171158A/ja not_active Withdrawn
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2011
- 2011-01-13 US US13/005,958 patent/US8497034B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-02-18 CN CN2011100439848A patent/CN102163699B/zh not_active Expired - Fee Related
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