JP2009231237A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶の製造精度を緩和しても確実に漏液を防止することができ、十分な信頼性を有する密閉型電池を提供する。
【解決手段】一方の電極を兼ねる有底円筒状の電池缶１１内に、電解液を含む発電要素（１２，１３，１４）が収納されるとともに、当該電池缶に封口体１６が絶縁性の樹脂からなる封口ガスケット１７を介して嵌着されて当該電池缶が密封されてなり、前記電池缶の内面において、前記封口ガスケットと接触する部分３０に分子量７５０〜９８０のポリブテンを主剤として含むシール剤が塗布されるとともに、当該接触部分から電池缶の開口端に至る部分の表面の粗さの最大値（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下である密閉型電池１０とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、一方の電極を兼ねる有底円筒状の電池缶内に、電解液を含む発電要素を収納するとともに、当該電池缶に封口体を絶縁性の樹脂からなる封口ガスケットを介して嵌着して当該電池缶を密封してなる密閉型電池に関し、具体的には、当該密閉型電池の漏液防止技術に関する。

本発明の対象である密閉型電池として円筒型アルカリ電池を挙げる。図１にその円筒型アルカリ電池の構造を示した。当該電池１０は、有底円筒状の金属製電池缶（正極缶）１１内に、二酸化マンガンを正極活物質として含んで中空円筒状に成形された正極合剤１２、この正極合剤１２の内側に配設されたセパレータ１３、亜鉛を含んでセパレータ１３の内側に充填されるゲル状負極（負極ゲル）１４を発電要素として収容するとともに、負極ゲル１４中に挿入された負極集電子１５、および正極缶１１開口を密閉封口するための負極端子板１６や封口ガスケット１７などを備えて構成される。

当該構成において、正極缶１１は、円筒内面にて正極合剤１２と直接接触することにより正極集電体として機能し、底面には正極端子１８が形成されている。負極ゲル１４中に挿入された棒状の金属製負極集電子１５は、皿状の金属製負極端子板１６の内面にスポット溶接により立設固定されている。

また、図示した例では、負極端子板１６が正極缶１１の「蓋」となる封口板を兼ねた構造となっており、負極端子板１６、負極集電子１５および封口ガスケット１７は、あらかじめ一体に組み合わせられており、封口ガスケット１７の外周部が正極缶１１の開口縁部と負極端子板１６の周縁部との間にかしめられるなどして挟持されて正極缶１１が気密シールされる。

具体的には、正極缶１１の開口を上方とすると、その開口の僅かに下方に円筒周囲を巡るビーディング部２０が形成されており、正極缶１１内のビーディング部２０と開口との間に封口体を兼ねる負極端子板１６が絶縁性樹脂からなる封口ガスケット１７を介して挟持・嵌着されている。そして、正極缶１１の内面において、封口ガスケット１７と接触する部分には、正極缶１１内の内圧上昇時に電解液がこの接触部分から漏出しないようにシール剤が塗布されている。シール剤としては、ポリブテン、あるいはポリブテンを主剤としてアスファルトや固形パラフィンを含む混合シール剤が使用される。

上記アルカリ電池における正極缶など、電池缶の内面は、当然、完全な平坦ではなく、微少な凹凸がある。密閉型電池では、電池缶内面における封口ガスケットとの接触部分の密着強度が不足していると、電解液が、上記凹凸による毛細管現象や高温環境下における電池缶内の圧力上昇などにより電池缶の内面を這い上がり、上記接触部分から電池缶外に漏出する。

従来では、電池缶内面をより平坦にすることで、毛細管現象による這い上がりを抑止し、漏液を防止していた。図１に示した円筒型アルカリ電池を例に挙げれば、上記接触部分となるビーディング部２０から正極缶１１の開口端までの部分（ステップ部）３０における凹凸をJIS B 0651に準拠した触針式表面粗さ測定器で測定したとき、表面粗さの最大値（Ｒｍａｘ）が６〜８μｍとなるようにしていた。このように、従来の密閉型電池では、電池缶の内面の表面粗さをより平坦にする必要があり、電池缶を製造する際に高い精度が要求されていた。したがって、従来の密閉型電池ではコストダウンに限界があった。

そこで本発明は、電池缶の製造精度を緩和しても確実に漏液を防止することができ、十分な信頼性を有する密閉型電池を提供することを目的としている。

本発明者らは、電解液の漏出箇所となる電池缶内面における封口ガスケットとの接触部分に塗布されるシール剤の主剤であるポリブテンの分子量に着目した。ポリブテンの機械的特性は、分子量に依存し、適切な分子量のポリブテンをシール剤に使用すれば、電池缶内面の凹凸を厳密に制御しなくても十分な密閉強度が得られると考えた。そして、当該考察に基づいて、ポリブテンの分子量と電池缶内面の表面粗さとの関係について鋭意研究を重ね、本発明に至った。

そして本発明は、一方の電極を兼ねる有底円筒状の電池缶内に、電解液を含む発電要素が収納されるとともに、当該電池缶に封口体が絶縁性の樹脂からなる封口ガスケットを介して嵌着されて当該電池缶が密封されてなる密閉型電池であって、
前記電池缶の内面において、前記封口ガスケットと接触する部分に分子量７５０〜９８０のポリブテンを主剤として含むシール剤が塗布されるとともに、当該接触部分から電池缶の開口端に至る部分の表面の粗さの最大値（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下であることを特徴とする密閉型電池である。また、当該密閉型電池の特徴を備えた円筒型アルカリ電池も本発明の範囲とした。

本発明の密閉型電池によれば、電池缶の製造精度を緩和しても確実に漏液を防止することができる。電池缶の製造精度を緩和できるため、密閉型電池のコストダウンも期待できる。

＝＝＝信頼性試験＝＝＝
本発明に係る密閉型電池の信頼性を評価するために、図１に示した円筒型アルカリ電池１０と同じ構造の電池を作成した。当該評価においては、サイズが異なるＬＲ１４型とＬＲ３型の２種類の円筒型アルカリ電池のそれぞれについて、シール剤や正極缶内面の表面粗さを条件として、この条件を変更した種々のサンプルを作成した。そして、同じ条件のサンプルを２０本ずつ作製し、各サンプルを、温度６０℃、湿度９０％の高温高湿度環境下で長期間保存し、漏液の有無を調べた。

なお、正極缶１１内面の表面粗さについては、当該内面において、電解液の漏出部分となる封口ガスケット１７との接触部分となるビーディング部２０から開口端に至るステップ部３０について、JIS B 0651に準拠した触針式表面粗さ測定器を用いて最大粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。図２に、当該測定方法の概要を示した。前記表面粗さ測定器により、正極缶１１内面のビーディング部２０上縁の一点からステップ部３０を正極缶１１内面の円周に沿って走査する。そして、基準の走査距離Ｌ毎に表面の凹凸における最も深い谷と最も高い山との距離（図中ｒ）を測定し、全走査距離においてその最も大きかった距離ｒを最大粗さ（Ｒｍａｘ）として採用する。

以下の表１にＬＲ１４型アルカリ電池のサンプルの条件と評価結果を示した。

また表２にＬＲ３型アルカリ電池のサンプルの条件と評価結果を示した。

上記各表において、混合シール材は、分子量９８０のポリブテンとアスファルトと固形パラフィンをそれぞれ８０：１０：１０の重量比で混合したものである。また、表１と表２において、サンプル１〜８とサンプル９〜１６は、それぞれ、正極缶のサイズ以外は同じ条件であり、サンプル１〜３とサンプル９〜１１が本発明に係る密閉型電池に対応するサンプル(発明品）であり、サンプル４〜８とサンプル１２〜１６が当該発明品と性能を比較するために作製したサンプル（比較例）である。

表１と表２より、分子量７５０〜９８０のポリブテンを主剤として含むシール剤を使用し、かつ、正極缶１１内面におけるステップ部３０の表面粗さがＲｍａｘ＝１０μｍである発明品は、全てのサンプルにおいて、高湿度環境下で４０日間保存しても漏液が発生しなかった。一方、比較例では、表面粗さが発明品と同じＲｍａｘ＝１０μｍであっても、分子量が７５０より小さいサンプル（サンプル４，１２）、および分子量が９８０より大きなサンプル（サンプル５，６，１４，１５）では、遅くても保存２０日後には漏液を起こしたサンプルが出現した。また、ポリブテンの分子量が発明品と同じ７５０〜９８０であっても、正極缶の表面粗さが若干粗いＲｍａｘ＝１１μｍのサンプル（サンプル７，８，１５，１６）では、４０日保存後に１〜２本のサンプルに漏液が発生し、確実に漏液を防止することができなかった。

以上の結果より、比較例では、特に、電池缶のサイズが小さく、同じ環境下では内圧が高くなりやすいＬＲ３型の円筒型アルカリ電池において、漏液の出現確率が高く、また、漏液に至った日数も概して短かった。それに対し、発明品は、電池サイズに依らず、漏液に至ったサンプルが１本もなく、本発明の有効性が実証できた。すなわち、正極缶１１表面の凹凸は、平坦度が増すほど漏液しにくいことから、正極缶１１において封口ガスケットが接触する部分３０に分子量７５０〜９８０のポリブテンを主剤として含むシール剤を塗布し、かつ、正極缶１１における当該接触部分３０の表面粗さがＲｍａｘ＝１０以下であれば、高温高湿度環境下でも十分な信頼性が確保できることが分かった。

＝＝＝本発明の適用範囲＝＝＝
本発明は、上記実施例に示した円筒型アルカリ電池に限らず、封口板が封口ガスケットを介して電池缶開口に嵌着される構造を備えた密閉型電池であれば、発電要素（正極、負極、セパレータなど）の内容（活物質、素材など）や構造に依らず、どのような電池にも適用可能である。

本発明は、長期保存性能に優れ、漏液を確実に防止できる密閉型電池を提供する。例えば、円筒型アルカリ電池に利用可能である。

本発明に係る密閉型電池の一例である円筒型アルカリの構造図である。 表面粗さＲｍａｘについての概略図である。

符号の説明

１０ 円筒型アルカリ電池
１１ 電池缶（正極缶）
１２ 正極合剤
１３ セパレータ
１４ 負極ゲル
１５ 負極集電子
１６ 負極端子
１７ 封口ガスケット
１８ 正極端子
２０ ビーディング部
３０ 電池缶における封口ガスケット接触部分（ステップ部）

Claims (2)

1. 一方の電極を兼ねる有底円筒状の電池缶内に、電解液を含む発電要素が収納されるとともに、当該電池缶に封口体が絶縁性の樹脂からなる封口ガスケットを介して嵌着されて当該電池缶が密封されてなる密閉型電池であって、
   前記電池缶の内面において、前記封口ガスケットと接触する部分に分子量７５０〜９８０のポリブテンを主剤として含むシール剤を塗布されてなるとともに、当該接触部分から電池缶の開口端に至る部分の表面の粗さの最大値（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下である
   ことを特徴とする密閉型電池。
2. 前記電池は、アルカリ電池であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。

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