JP4672041B2 - アルカリ電池及びアルカリ電池の封口ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電池内圧が異常上昇したときに作動する安全弁を備えたアルカリ電池に関し、特に、電池ケースの開口部を密閉する封口ユニットの構造に関する。

一般に、円筒型アルカリ電池は、図４（ａ）に示すように、有底円筒形の電池ケース１０１内に、正極合剤１０２、ゲル状負極１０３及びセパレータ１０４が、アルカリ電解液とともに充填され、電池ケース１０１の開口部は、負極端子板１０５、負極集電子１０６及びガスケット１０７が一体化された封口ユニットで密閉されている。

また、ガスケット１０７は、負極集電子１０６を貫通するボス部１０７ａと、電池ケース１０１の開口部に接する外周部１０７ｂと、ボス部１０７ａと外周部１０７ｂとの間に位置する環状部１０７ｃとを備え、環状部１０７ｃの一部には、薄肉部１０８からなる安全弁が形成されている。そして、電池内圧が異常上昇したとき、薄肉部１０８が破断することによって、電池内の発生ガスを、負極端子板１０５に形成したガス抜き孔１０９から電池外へ逃がすことができ、これにより、電池の破裂が防止される。

しかしながら、例えば、複数個の電池を直列に接続した状態で回路が短絡した場合、短絡電流により電池自体の温度が急激に上昇すると、樹脂からなるガスケットが高温により軟化して、電池内部で発生したガス圧により変形する。このとき、ガスケットの環状部１０７ｃが、図４（ｂ）に示すように、負極端子板１０５に接するまで湾曲して伸びきってしまうと、薄肉部１０８が破断されず、安全弁が有効に作動しないおそれがある。

そこで、負極集電子１０６の周縁に、薄肉部１０８に対向する刃突起を設けることによって、電池の温度上昇により環状部１０７ｃが伸びきっても、薄肉部１０８を確実に破断させることのできる技術が特許文献１に記載されている。

しかしながら、この技術は、薄肉部１０８を確実に破断させて、安全弁を有効に作動させる効果はあるが、負極集電子１０６の構造が複雑となり、量産性に乏しく、また、コスト高にもなる。

そこで、図４（ｃ）に示すように、ボス部１０７ａの長さを長くして、環状部１０７ｃと負極端子板１０５との間を、環状部１０７ｃが伸びきっても、薄肉部１０８が破断されるような距離まで予め離しておくことによって、たとえ環状部１０７ｃが伸びきっても、薄肉部１０８を容易に破断させるようにすることができる。これにより、負極集電子１０６及びガスケット１０７の構造を複雑にしなくても、安全弁が有効に作動するアルカリ電池を得ることができる。
特開平９−７５７２号公報

アルカリ電池の低コスト化を図るには、アルカリ電池を構成する部品や材料のコストを低減することが必要である。

電池ケースの開口部を密閉する封口ユニットは、負極端子板、負極集電子、及びガスケットが一体化された部品として構成されているが、その中で、負極集電子は、負極端子板やガスケットとは異なり、その胴径寸法は、電池ケースの外径に制限されないため、負極集電子の胴径寸法をさらに細くすることができれば、低コスト化に有効である。

そこで、本願発明者は、低コスト化の効果の大きい単１形及び単２形のアルカリ電池について、従来よりも負極集電子の胴径寸法を細くしたアルカリ電池を作製して、電池特性の検討を行っていたところ、直列に接続した電池の短絡試験において、電池内のガス圧が上昇しても、薄肉部が破断せず、安全弁が有効に作動しないものがあった。

薄肉部が破断しなかった電池を詳しく調べたところ、図５に示すように、負極集電子１０６の鍔部１０６ａ（負極集電子１０６の端部に設けられた平坦部）に当接していたガスケットのボス部１０７ａの一部が、鍔部１０６ａに埋め込まれていることが分かった。

すなわち、ガスケットの薄肉部１０８が破断しなかった原因は、鍔部１０６aがボス部１０７aに埋め込まれてしまった結果、負極端子板１０５とガスケットの環状部１０７ｃとの距離を予め設定していた値に維持できなくなってしまい、薄肉部１０８が破断する前に、環状部１０７ｃが負極端子板１０５に接するまで湾曲して伸びきってしまったためと考えられる。

このように、負極集電子１０６の鍔部１０６aがガスケットのボス部１０７aの一部に埋め込まれてしまった原因は、次のように考えられる。

負極集電子１０６の鍔部１０６ａは、負極集電子１０６の端部を負極端子板１０５に溶接する際に、負極集電子１０６を固定させる目的と、溶接の際のスパッタ粒子が電池ケース内に飛散するのを防止する目的で設けられている。そのため、鍔部１０６ａの外径は、大きい方が好ましい。

しかしながら、通常、負極集電子１０６の鍔部１０６ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイス１１１に固定した負極集電子１０６の端部をパンチ１１０で叩いて加工（据え込み加工）して形成されるため、負極集電子１０６の胴径が細くなると、必然的に鍔部１０６ａの径も小さくなる。

ここで、据え込み率をｚ＝（ｈ₀−ｈ）／ｈ₀（ｈ₀は据え込み加工前の負極集電子１０６の長さ、ｈは据え込み加工後の鍔部１０６ａの厚み）と定義すると、据え込み加工後の鍔部１０６ａの外径（Ｌ）は、Ｌ＝（１／１−ｚ）^1/2Ｄ（Ｄは、負極集電子１０６の胴径）となるが、例えば、据え込み率（ｚ）を７５％とすると、鍔部１０６ａの外径（Ｌ）は、負極集電子１０６の胴径（Ｄ）の２倍程度にしかならない。

従って、電池内のガス圧が上昇すると、ガスケットの環状部１０７ｃだけでなく、ボス部１０７ａにも圧力が加わるため、ボス部１０７ａと鍔部１０６ａとの接触面積が小さいと、接触面に大きな力が加わることになる。また、負極集電子１０６の胴径が細くなると、負極集電子１０６の抵抗が増加するため、短絡時の発熱量が増え、そのため、ガスケットの環状部１０７ｃが伸長するだけでなく、ボス部１０７ａ自体も軟化する。加えて、負極集電子１０６の胴径が細くなると、負極集電子１０６を貫通するボス部１０７ａにおいて、ボス部１０７ａの内周面と負極集電子１０６の外周面との嵌合面積が減少するため、負極集電子１０６とボス部１０７ａとの摩擦力も小さくなる。さらに、単１形及び単２形のアルカリ電池は、活物質量が多いため、短絡時の発熱量も多なり、ボス部１０７ａがより軟化しやすくなる。それ故、電池内のガス圧の上昇により、ボス部１０７ａに圧力が加わると、ボス部１０７ａと鍔部１０６ａとの接触面に過剰な圧力が加わることによって、軟化したボス部１０７ａが負極集電子との摩擦力に抗して負極端子板１０５側に押され、その結果、その一部（鍔部１０６ａと当接していた部分）が鍔部１０６ａに埋め込まれたものと考えられる。

なお、負極端子板１０５と環状部１０７ｃとの距離を確保する目的で、ボス部１０７ａを負極集電子１０６の鍔部１０６ａから離間して負極集電子に固定している場合においても、上記と同様のことは起こり得る。すなわち、上述したように、負極集電子１０６の胴径が細くなると、負極集電子１０６とボス部１０７ａとの摩擦力が小さくなるため、電池内のガス圧の上昇により、ボス部１０７ａに圧力が加わると、ボス部１０７ａが負極集電子との摩擦力に抗して負極端子板１０５側に移動して鍔部１０６ａに当接し、さらに、鍔部１０６aが軟化したボス部１０７aの一部に埋め込まれることは起こり得り、それ故、安全弁が有効に作動しないおそれがある。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、その主な目的は、負極集電子の胴径を細くした場合でも、電池内圧が異常上昇したとき、ガスケットの薄肉部が確実に破断して、安全弁を有効に作動させることのできる、低コストで信頼性に優れた高いアルカリ電池を提供することにある。

本発明に係わるアルカリ電池は、電池ケースの開口部が、封口ユニットによって密閉されてなるアルカリ電池であって、封口ユニットは、負極端子板、負極端子板に接合された負極集電子、及びガスケットを備え、ガスケットは、負極集電子を貫通するボス部と、電池ケースの開口部に接する外周部と、ボス部と外周部との間に位置する環状部とを備え、環状部の一部には、薄肉部からなる安全弁が形成されており、負極集電子の胴径は１．８ｍｍ以下で、負極集電子の端部には鍔部が形成されており、鍔部の外径は２．７ｍｍ以上であって、ボス部の外径と鍔部の外径との比は４．０以下であることを特徴とする。

このような構成により、負極集電子の胴径を１．８ｍｍ以下に細くしても、鍔部の外径が２．７ｍｍ以上で、ボス部の外径と鍔部の外径との比が４．０以下に設定されているため、電池内圧が異常上昇してボス部に圧力が加わっても、ボス部と鍔部との接触面に過剰な圧力が加わることはない。それ故、軟化したボス部が鍔部に埋め込まれるのを防止することができ、その結果、負極端子板とガスケットの環状部との距離が維持されるため、薄肉部を確実に破断させることができる。

ある好適な実施形態において、上記ガスケットは、ボス部が負極集電子の鍔部に当接した状態で負極集電子に嵌合されている。

ある好適な実施形態において、上記鍔部は、負極集電子の端部を据え込み加工により形成されたものである。

ここで、上記負極集電子の胴径は１．１ｍｍ以上であることが好ましい。

また、上記ボス部の外径と鍔部の外径との比は３．１以上であることが好ましい。

さらに、上記負極集電子を貫通するボス部において、ボス部の内周面と負極集電子の外周面との嵌合面積が、２８〜３８ｍｍ^２の範囲にあることが好ましい。

ある好適な実施形態において、上記負極集電子の表面には、メッキ層が形成されていない。この場合、負極集電子の表面粗さ（Ｒmax）は、０．３〜３．０μｍの範囲にある。また、負極集電子は真鍮からなり、真鍮の銅含有率が５０〜６０％の範囲にある。

ある好意な実施形態において、アルカリ電池は、単１形または単２形の大きさである。

本発明に係わるアルカリ電池の封口ユニットは、電池ケースの開口部を密閉するアルカリ電池の封口ユニットであって、負極端子板、負極端子板に接合された負極集電子、及びガスケットとを備え、ガスケットは、負極集電子を貫通するボス部と、電池ケースの開口部に接する外周部と、ボス部と外周部との間に位置する環状部とを備え、環状部の一部には、薄肉部からなる安全弁が形成されており、負極集電子の胴径は１．８ｍｍ以下で、負極集電子の端部には鍔部が形成されており、鍔部の外径は２．７ｍｍ以上であって、ボス部の外径と鍔部の外径との比は４．０以下であることを特徴とする。

ある好意な実施形態において、上記ガスケットは、ボス部が負極集電子の鍔部に当接した状態で、負極集電子に嵌合されている。

本発明によれば、負極集電子の胴径を１．８ｍｍ以下に細くしても、鍔部の外径が２．７ｍｍ以上で、ボス部の外径と鍔部の外径との比が４．０以下に設定されているため、電池内圧が異常上昇しても、ボス部と鍔部との接触面に過剰な圧力が加わらないため、鍔部が軟化したボス部に埋め込まれるのを防止することができる。これにより、薄肉部を確実に破断させて、安全弁を有効に作動させることができるため、低コストで信頼性に優れたアルカリ電池を実現することができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

負極集電子の胴径を細くした場合に、電池内圧が異常上昇したとき、ガスケットの安全弁（薄肉部）が有効に作動しなかった原因は、上述したように、ガスケットのボス部と負極集電子の鍔部との接触面に過剰な圧力が加わったことによって、鍔部が軟化したボス部の一部に埋め込まれたことに起因する。

これは、負極集電子の胴径を細くしたとき、鍔部の外径も必然的に小さくなったことに加え、単１形または単２形のアルカリ電池を直列に接続したとき、短絡時の発熱量が大きくなったことによって顕在化した問題と考えられる。

一方、ガスケットのボス部については、従来、負極集電子に貫通させて固定する際に、漏液が生じない程度の締め付け度や、ボス部のワレが生じない程度の厚みについては考慮されていたが、ボス部の外径と鍔部の外径との関係は何ら考慮されていなかった。

本願発明者は、負極集電子の胴径を細くしたときに、安全弁が有効に作動しなかった原因に着目して、ボス部の底面（負極端子板と反対側の面）の面積（Ｓ_Ａ）と、ボス部の上面（負極端子板側の面）と鍔部との接触面積（Ｓ_Ｂ）との比（Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂ）を一定の値以下にすれば、ボス部と鍔部との接触面に過剰な圧力が加わるのを回避することができることに思い至った。

なお、ボス部の外径をＲ_Ａ、鍔部の外径をＲ_Ｂとしたとき、負極集電子の胴径が細いことを考慮すれば、Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂ≒Ｒ_Ａ ^２／Ｒ_Ｂ ^２＞Ｒ_Ａ／Ｒ_Ｂの関係が成り立つことから、ボス部の外径と鍔部の外径との比（Ｒ_Ａ／Ｒ_Ｂ）を、ボス部と鍔部との接触面に過剰な圧力が加わらないための条件の指標値とすることができる。

図１は、本発明の実施形態におけるアルカリ電池の構成を示した半断面図である。有底円筒状の電池ケース１内に、セパレータ４を介して正極２とゲル状負極３が収納されている。そして、電池ケース１の開口部は、負極端子板５、負極集電子６及びガスケット７が一体化された封口ユニット９で密閉されている。また、電池ケース１の外周面は、外装ラベル１０が被覆されている。

また、図２は、本発明の実施形態におけるアルカリ電池の封口ユニット９の構成を示した部分断面図である。ガスケット７は、負極集電子６を貫通するボス部７ａと、電池ケース１の開口部に接する外周部７ｂと、ボス部７ａと外周部７ｂとの間に位置する環状部７ｃとを備え、環状部７ｃの一部には、薄肉部８からなる安全弁が形成されている。また、負極集電子６の端部には鍔部６ａが形成されており、鍔部６ａは負極端子板５に溶接で接合されている。

本発明の実施形態において採用する負極集電子６の胴径は１．８ｍｍ以下である。そして、負極集電子６の鍔部６ａを、負極集電子６の端部を据え込み加工により形成した場合、電池内圧が異常上昇したとき、薄肉部８が確実に破断して、安全弁を有効に作動させるためには、ボス部７ａの外径と鍔部６ａの外径との比を４．０以下にする必要がある。

また、集電効果の低下を考慮すれば、負極集電子６の胴径は、１．１ｍｍ以上であることが好ましい。さらに、ボス部７ａのワレを考慮すれば、ボス部７ａの外径と鍔部６ａの外径との比は３．１以上であることが好ましい。

なお、負極集電子６の胴径を細くすると、負極集電子６を貫通するボス部７ａにおいて、ボス部７ａの内周面と負極集電子６の外周面との嵌合面積が減少するため、ボス部７ａの締め付けが弱くなり、負極集電子６とボス部７ａとの界面において、電解液クリープによる漏液が生じるおそれがある。また、ボス部７ａの長さを長くすることによって、嵌合面積の減少を抑制することができるが、その分、電池内容積が減少するため、電池容量の低下を招く。従って、漏液が生ぜず、電池容量を低下させないためには、嵌合面積は２８〜３８ｍｍ^２の範囲にあることが好ましい。

ところで、本発明は、ガスケット７のボス部７ａが負極集電子６鍔部６ａに当接した状態で負極集電子６に嵌合されている場合だけでなく、ボス部７ａが負極集電子６の鍔部６ａから離間した状態で負極集電子６に嵌合されている場合にも、同様の効果を発揮することができる。すなわち、負極集電子６の胴径を１．８ｍｍ以下に細くすると、負極集電子６とボス部７ａとの摩擦力が小さくなるため、電池内のガス圧の上昇により、ボス部７ａに圧力が加わると、ボス部７ａが負極集電子との摩擦力に抗して負極端子板５側に移動するおそれがある。しかし、ボス部７ａが移動して鍔部６ａに当接しても、鍔部６aが軟化したボス部７aに埋め込まれるのを防止することができるため、安全弁の作動を確保することができる。

また、負極集電子６の表面にメッキ層を形成しなければ、材料コストを低減することができるが、メッキ層がないと、負極集電子６の表面粗さ（Ｒmax）が小さくなって、負極集電子６とボス部７ａとの摩擦力が低下するが、本願発明は、このような場合により顕著な効果を発揮し得る。なお、負極集電子６の表面加工を考慮すれば、表面粗さ（Ｒmax）は、０．３〜３．０μｍの範囲にあることが好ましい。

また、負極集電子６を構成する真鍮の銅の含有率を少なくできれば、材料コストを低減することができるが、負極集電子６の電気伝導度が低下するため、短絡時に負極集電子の発熱が増大し、負極集電子６の鍔部６aが軟化したボス部７aに埋め込まれ易くなるが、本願発明は、このような場合により顕著な効果を発揮し得る。

以下、図１に示したアルカリ電池の各構成要素の具体的な構成について説明する。

電池ケース１は、例えば、ニッケルめっき鋼板を用いて所定の寸法、形状にプレス成型して得られる。電池ケース１の内面には、導電性被膜を形成してもよい。

正極２には、例えば、二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方を含む正極活物質、黒鉛粉末などの導電剤、およびアルカリ電解液の混合物が用いられる。また、ポリエチレン粉末等の結着剤やステアリン酸塩等の滑沢剤を添加してもよい。

ゲル状負極３は、例えば、アルカリ電解液に、ポリアクリル酸ナトリウム等のゲル化剤を添加してゲル状に加工し、負極活物質の亜鉛合金粉末を混合分散させたものが用いられる。耐食性を向上させるために、インジウムやビスマス等の水素過電圧の高い金属化合物や、リン酸エステル系の界面活性剤等を添加してもよい。また、亜鉛デンドライトの抑制のために、微量のケイ酸やその塩などのケイ素化合物を添加してもよい。

セパレータ４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する不織布が用いられる。

正極２、ゲル状負極３、及びセパレータ４には、アルカリ電解液が含まれている。アルカリ電解液は、例えば、水酸化カリウムを３０〜４０重量％、酸化亜鉛を１〜３重量％を含有する水溶液が用いられる。

負極端子板５は、例えば、ニッケルめっき鋼板やスズめっき鋼板などを所定の寸法、形状にプレス成型して得られる。また、その周縁部にガスケット７の安全弁８が作動した際の圧力を逃がす複数個のガス孔が設けられている。

負極集電子６は、銀、銅、真鍮等の線材を所定の寸法の釘型にプレス加工して得られる。なお、加工時の不純物の排除と隠蔽効果を得るために、その表面にスズやインジウムでめっきを施すことが好ましい。

ガスケット７は、例えば、６，６−ナイロンなどを所定の寸法、形状に射出成型して得られる。

以下、本発明の実施例を挙げて本発明の構成及び効果をさらに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

図１に示した構造の単１形のアルカリ電池を、負極集電子６の胴径が、それぞれ１．８０ｍｍ、１．４５ｍｍ、１．１０ｍｍのものを用いて、以下の手順により作製した。

（１）正極合剤の作製
平均粒径が３５μｍを有する電解二酸化マンガン粉末と、平均粒径が１５μｍを有する黒鉛粉末とを９４：６の重量比で混合した。そして、この混合物とアルカリ電解液（３５重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液）とを１００：２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。その後、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを１０〜１００メッシュに分級したものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤２を得た。

（２）負極の調製
ゲル化剤（ポリアクリル酸ナトリウム粉末）と、アルカリ電解液（３５重量％の水酸化カリウム、および２重量％の酸化亜鉛を含有する水溶液）と、亜鉛合金粉末とを０．８：３３．６：６５．６の重量比で混合し、ゲル状負極３を得た。なお、亜鉛合金粉末は、０．０２０重量％のインジウムと、０．０１０重量％のビスマスと、０．００４重量％のアルミニウムとを含有し、平均粒子径が１６０μｍで、７５μｍ以下の粒子を３５％含むものを用いた。

（３）発電要素の電池ケースへの収納
上記（１）で得られた正極合剤２を電池ケース１内に２個挿入し、加圧治具により正極合剤２を加圧して電池ケース１の内壁に密着させた。電池ケース１の内壁に密着させた正極合剤２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置した。なお、セパレータ４には、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する不織布を用いた。そして、セパレータ４内にアルカリ電解液（３３重量％の水酸化カリウム、および１重量％の酸化亜鉛を含有する一定重量の水溶液）を注入した。所定時間経過した後、上記（２）で得られた一定重量のゲル状負極３をセパレータ４内に充填した。

（４）封口ユニットの作製
銅５８％、亜鉛４２％の真鍮を、全長が３６ｍｍ、胴径が１．８０ｍｍ、１．４５ｍｍ、１．１０ｍｍにそれぞれなるように釘状にプレス加工した後、その端部を据え込み加工して、厚み０．４ｍｍ、外径の異なる鍔部６ａを有する負極集電子６を作製した。

厚さ０．４ｍｍのニッケルめっき鋼板を所定の寸法、形状にプレス加工して得た負極端子板５に、負極集電子６の鍔部６ａを電気溶接した後、６，６−ナイロンを所定の寸法、形状に射出成型して得たボス部７ａの貫通孔に負極集電子６を圧入して、封口ユニット９を作製した。ガスケット７は、長さ７．００ｍｍ、外径の異なるボス部７ａを有する形状に成形したものを用いた。なお、負極集電子６の表面にはメッキ層を形成しておらず、その表面荒さ（Ｒmax）は２．５０であった。

作製した封口ユニットを電池ケース１の開口端部に配置し、電池ケース１の開口部を内方へ折り曲げて封口し、外装ラベル１０で電池ケース１の外表面を被覆して、単１形のアルカリ電池を得た。

上記の手順により作製したアルカリ電池について、以下の要領で短絡試験を行い、安全弁の作動について評価した。

（１）短絡試験
上記の手順により作製したアルカリ電池４本を端子が同方向になるように向け、側面が接するように固定したものを２セット作成する。作成した４本一組の各セットを端子が逆向きになるように隣り合わせ、隣同士になった正極端子と負極端子を幅５ｍｍ、厚み０．５ｍｍのニッケルめっきリード線で、抵抗溶接により接続することで８個直列の状態とした。そして、８個直列の閉路状態で２４時間放置し、その後、開路状態に戻して１週間放置した後、破裂の発生の有無を確認した。

（２）試験結果
表１は、負極集電子６の胴径をそれぞれ１．８０ｍｍ、１．４５ｍｍ、１．１０ｍｍにした場合の各アルカリ電池について行った短絡試験の結果を示した表である。なお、表１中の負極集電子及びガスケット（ボス部）の各部の寸法は、図３（ａ）、（ｂ）に示した各部分の寸法を示したものである。

表１に示すように、負極集電子６の胴径（Ｄ）が１．８０ｍｍの場合、鍔部の外径（Ｌ_１）及びボス部７ａの外径（２Ｒ_１）を変化させて作製した各電池（実施例１〜４、比較例１）において、ボス部の外径／鍔部の外径（２Ｒ_１／Ｌ_１）が４．０以下のときは、短絡試験において破裂した電池はなかった（実施例１〜４）。それに対して、２Ｒ_１／Ｌ_１が５．３のときは、短絡試験において破裂した電池があった。

同様に、負極集電子６の胴径（Ｄ）が１．４５ｍｍ、及び１．１０ｍｍの場合についても、ボス部の外径／鍔部の外径（２Ｒ_１／Ｌ_１）が４．０以下のときは、短絡試験において破裂した電池はなかった（実施例５〜８、９〜１２）。それに対して、２Ｒ_１／Ｌ_１が５．９（比較例２）または５．６（比較例３）のときは、短絡試験において破裂した電池があった。なお、破裂した電池を観察したところ、ガスケットのボス部７ａが負極集電子６の鍔部６ａに埋め込まれており、ガスケットの薄肉部８は破断されていなかった。

このように、負極集電子６の胴径を１．８０ｍｍ以下に細くしたときに、電池内圧が異常上昇しても、薄肉部８を確実に破断させて、安全弁を有効に作動させるためには、ボス部の外径と鍔部の外径との比（２Ｒ_１／Ｌ_１）を４．０以下にする必要があることが分かる。

なお、負極集電子６の胴径が細くなるに伴い、ボス部７ａの内周面と負極集電子６の外周面との嵌合面積（πＤ・Ｈ）が減少するが、少なくとも、嵌合面積が２４ｍｍ^２程度（実施例９〜１２）あれば、ボス部７ａが鍔部６ａに埋め込まれることはなく、安全弁は有効に作動する。

一方、ボス部７ａの内周面と負極集電子６の外周面との嵌合面積が減少すると、ボス部７ａの締め付けが弱くなり、負極集電子６とボス部７ａとの界面において、電解液クリープによる漏液が生じるおそれがある。

表２は、負極集電子６の胴径（Ｄ）が１．６ｍｍの場合に、ガスケットのボス部７ａの長さ（Ｈ）を変えて嵌合面積（πＤ・Ｈ）を変えたときに、電解液クリープによる漏液の発生を調べた結果を示した表である。なお、このときの鍔部の外径（Ｌ_１）は３．６ｍｍ、ボス部７ａの外径（２Ｒ_１）は１４．２ｍｍ、嵌合率（Ｄ／Ｒ_２）は１．０５であった。また、負極集電子６の表面にはメッキ層が形成されておらず、その表面粗さ（Ｒmax）は２．５μｍであった。

表２に示すように、嵌合面積が２６．６ｍｍ^２になると、集電子−ガスケット間にクリープ漏液が発生した。なお、嵌合面積が３８．２ｍｍ^２になると、ボス部７ａが長くなるため、電池内容積が減少し、電池の放電性能が低下する。このことから、クリープ漏液が生ぜず、電池容量も低下させないためには、嵌合面積は２８〜３８ｍｍ^２の範囲にあることが好ましい。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、単１形または単２形のアルカリ電池について説明したが、これに限定されず、例えば、単３形、単４形等のアルカリ電池にも勿論適用することができる。

本発明のアルカリ電池は、低コストで信頼性に優れ、種々の電子機器の電源に有用である。

本発明の実施形態におけるアルカリ電池の構成を示した半断面図である。 本発明の実施形態におけるアルカリ電池の封口ユニットの構成を示した部分断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例における負極集電子、及びガスケットの各部の寸法をそれぞれ示した図である。 （ａ）は、従来のアルカリ電池の構成を示した断面図、（ｂ）は、従来のアルカリ電池の課題を説明した断面図、（ｃ）は、従来のアルカリ電池の改良された構成を示した断面図である。 従来の改良されたアルカリ電池の課題を説明した断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来の負極集電子の鍔部の形成方法を示した図である。

符号の説明

１ 電池ケース
２ 正極
３ ゲル状負極
４ セパレータ
５ 負極端子板
６ 負極集電子
６ａ 鍔部
７ ガスケット
７ａ ボス部
７ｂ 外周部
７ｃ 環状部
８ 薄肉部（安全弁）
９ 封口ユニット
１０ 外装ラベル

Claims (12)

1. 電池ケースの開口部が、封口ユニットによって密閉されてなるアルカリ電池であって、 前記封口ユニットは、負極端子板、該負極端子板に接合された負極集電子、及びガスケットを備え、
   前記ガスケットは、前記負極集電子を貫通するボス部と、前記電池ケースの開口部に接する外周部と、前記ボス部と前記外周部との間に位置する環状部とを備え、該環状部の一部には、薄肉部からなる安全弁が形成されており、
   前記負極集電子の胴径は１．８ｍｍ以下で、該負極集電子の端部には鍔部が形成されており、
   前記鍔部の外径は２．７ｍｍ以上であって、前記ボス部の外径と前記鍔部の外径との比は４．０以下である、アルカリ電池。
2. 前記ガスケットは、前記ボス部が前記負極集電子の鍔部に当接した状態で、前記負極集電子に嵌合されている、請求項１に記載のアルカリ電池。
3. 前記鍔部は、前記負極集電子の端部を据え込み加工により形成されたものである、請求項１に記載のアルカリ電池。
4. 前記負極集電子の胴径が１．１ｍｍ以上である、請求項１に記載のアルカリ電池。
5. 前記ボス部の外径と前記鍔部の外径との比が３．１以上である、請求項１に記載のアルカリ電池。
6. 前記負極集電子を貫通するボス部において、前記ボス部の内周面と前記負極集電子の外周面との嵌合面積が、２８〜３８ｍｍ^２の範囲にある、請求項１に記載のアルカリ電池。
7. 前記負極集電子の表面には、メッキ層が形成されていない、請求項１に記載のアルカリ電池。
8. 前記負極集電子の表面粗さ（Ｒmax）が、０．３〜３．０μｍの範囲にある、請求項７に記載のアルカリ電池。
9. 前記負極集電子は真鍮からなり、該真鍮の銅含有率が５０〜６０％の範囲にある、請求項１に記載のアルカリ電池。
10. 前記アルカリ電池は、単１形または単２形の大きさである、請求項１に記載のアルカリ電池。
11. 電池ケースの開口部を密閉するアルカリ電池の封口ユニットであって、
    負極端子板、該負極端子板に接合された負極集電子、及びガスケットを備え、
    前記ガスケットは、前記負極集電子を貫通するボス部と、前記電池ケースの開口部に接する外周部と、前記ボス部と前記外周部との間に位置する環状部とを備え、該環状部の一部には、薄肉部からなる安全弁が形成されており、
    前記負極集電子の胴径は１．８ｍｍ以下で、該負極集電子の端部には鍔部が形成されており、
    前記鍔部の外径は２．７ｍｍ以上であって、前記ボス部の外径と前記鍔部の外径との比は４．０以下である、アルカリ電池の封口ユニット。
12. 前記ガスケットは、前記ボス部が前記負極集電子の鍔部に当接した状態で、前記負極集電子に嵌合されている、請求項１１に記載のアルカリ電池の封口ユニット。

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