JPH0766792B2 - 電池セパレ−タの形成方法及び装置 - Google Patents
電池セパレ−タの形成方法及び装置Info
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- JPH0766792B2 JPH0766792B2 JP62086720A JP8672087A JPH0766792B2 JP H0766792 B2 JPH0766792 B2 JP H0766792B2 JP 62086720 A JP62086720 A JP 62086720A JP 8672087 A JP8672087 A JP 8672087A JP H0766792 B2 JPH0766792 B2 JP H0766792B2
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- B29C53/16—Straightening or flattening
- B29C53/20—Straightening or flattening of tubes
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Primary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、ガルバニ電池に関し、より具体的にはガルバ
ニ電池のセパレータの改良に関する。
ニ電池のセパレータの改良に関する。
（発明の背景） ガルバニ電池の製造者は、長年に亘って、電池の少なく
とも１つの要素に改良を加えることにより、寿命がより
長く、電流量がより多く且つ出力がより大きい電池を作
ることに努力している。しかし、ガルバニ電池に使用さ
れるセパレータの構造の改良についてはいまだ充分満足
すべき程度に達していない。
とも１つの要素に改良を加えることにより、寿命がより
長く、電流量がより多く且つ出力がより大きい電池を作
ることに努力している。しかし、ガルバニ電池に使用さ
れるセパレータの構造の改良についてはいまだ充分満足
すべき程度に達していない。
従来のアルカリ型MnO2乾電池にあっては、電池は、一般
的には、金属容器（スチール製が望ましい）、該スチー
ルケースの中に充填されたMnO2とグラファイトの合剤、
該MnO2の合剤に隣接するセパレータ、セパレータの中央
部に充填した電解質及び負極物質とから構成される。セ
パレータは減極合剤と負極が移動するのを防ぐ障壁（バ
リア）として作用する。従来、セルロースをベースとし
たセパレータが広く使用されており、これは紙、パルプ
ボード、アルファセルロース、セルロースアセテート、
張り合わせのクラフト紙、メチルセルロースフィルム及
びビニル繊維からなる同様なマットにセルロース繊維を
層状に形成した非織布紙（non-woven paper）等が挙げ
られる。
的には、金属容器（スチール製が望ましい）、該スチー
ルケースの中に充填されたMnO2とグラファイトの合剤、
該MnO2の合剤に隣接するセパレータ、セパレータの中央
部に充填した電解質及び負極物質とから構成される。セ
パレータは減極合剤と負極が移動するのを防ぐ障壁（バ
リア）として作用する。従来、セルロースをベースとし
たセパレータが広く使用されており、これは紙、パルプ
ボード、アルファセルロース、セルロースアセテート、
張り合わせのクラフト紙、メチルセルロースフィルム及
びビニル繊維からなる同様なマットにセルロース繊維を
層状に形成した非織布紙（non-woven paper）等が挙げ
られる。
ごく最近には、減極剤の移動を防ぎ、寸法の安定性を高
めるために、セパレータ物質としてポリビニルアセテー
トをシート状にしたものが提案されている（1986年４月
10日付のアメリカ特許出願）。
めるために、セパレータ物質としてポリビニルアセテー
トをシート状にしたものが提案されている（1986年４月
10日付のアメリカ特許出願）。
セパレータを作るには、従来、ボビンの側部をセパレー
タで包み、ボビンの底部に沿ってセパレータを折り曲げ
ることによって形成し、その後、電池の中に挿入してい
た。そして、ボビンの底部には、通常、セパレータの折
り曲げた端部を電池の底部に固定するために少なくとも
１つのワッシャーを用いていた。しかしながら、この構
造のセパレータには多くの不都合がある。すなわち、セ
パレータは電池の中に挿入される前にボビンに巻き付け
られるために緩み易いのである。ところでセパレータは
滅極合剤（depolarizer mix）の粒子を含むため緊密に
しておかないとこれ等粒子の移動が起こりやすくなるの
である。更に、仮令ワッシャーを用いてセパレータの折
り曲げた端部を固定したとしても、かさ張って電池内部
のスペースを大きくせねばならない欠点がある。
タで包み、ボビンの底部に沿ってセパレータを折り曲げ
ることによって形成し、その後、電池の中に挿入してい
た。そして、ボビンの底部には、通常、セパレータの折
り曲げた端部を電池の底部に固定するために少なくとも
１つのワッシャーを用いていた。しかしながら、この構
造のセパレータには多くの不都合がある。すなわち、セ
パレータは電池の中に挿入される前にボビンに巻き付け
られるために緩み易いのである。ところでセパレータは
滅極合剤（depolarizer mix）の粒子を含むため緊密に
しておかないとこれ等粒子の移動が起こりやすくなるの
である。更に、仮令ワッシャーを用いてセパレータの折
り曲げた端部を固定したとしても、かさ張って電池内部
のスペースを大きくせねばならない欠点がある。
電池内部の空間をより大きくするために、従来より、セ
パレータ材料の一片をパンチを用いて強制的にダイの中
を通すことによりセパレータを形成し、この様にして形
成されたセパレータを成形ダイに装置した電池容器の中
に挿入する方法が知られている。この方法は、カーミッ
シェル氏他に付与された米国特許第3089914号に記載さ
れている。
パレータ材料の一片をパンチを用いて強制的にダイの中
を通すことによりセパレータを形成し、この様にして形
成されたセパレータを成形ダイに装置した電池容器の中
に挿入する方法が知られている。この方法は、カーミッ
シェル氏他に付与された米国特許第3089914号に記載さ
れている。
この方法では、紙のセパレータについては可成り満足す
べき結果が得られるけども、セパレータが比較的堅くて
弾力性のある材料から作られたものであるとき、セパレ
ータの壁がその材料の弾性力によって、電池の中央部に
向けて内向きに収縮する傾向にあり、その結果、充填作
業において負極物質を注入する開口が小さくなるという
問題のあることが判った。これはアルカリ電池を高速で
組み立てる上で重大な問題である。なぜなら、オリフィ
スが狭くなることによって、負極物質のための自由空間
は小さくなるため電池の寿命は短くなり、時として負極
物質が正極の上にこぼれて電池の機能を損なうことにな
るからである。
べき結果が得られるけども、セパレータが比較的堅くて
弾力性のある材料から作られたものであるとき、セパレ
ータの壁がその材料の弾性力によって、電池の中央部に
向けて内向きに収縮する傾向にあり、その結果、充填作
業において負極物質を注入する開口が小さくなるという
問題のあることが判った。これはアルカリ電池を高速で
組み立てる上で重大な問題である。なぜなら、オリフィ
スが狭くなることによって、負極物質のための自由空間
は小さくなるため電池の寿命は短くなり、時として負極
物質が正極の上にこぼれて電池の機能を損なうことにな
るからである。
本発明はガルバニ電池のセパレータの構造を改良するこ
とを第１の目的とする。
とを第１の目的とする。
本発明はガルバニ電池のシェルの内部の適当な位置にセ
パレータを形成する方法及び装置を明らかにすることを
もう１つの目的とする。
パレータを形成する方法及び装置を明らかにすることを
もう１つの目的とする。
（発明の要約） 本発明は、ガルバニ電池のセパレータの構造を改良する
方法を明らかにするものであって、該電池は少なくとも
２つのカップ状のセパレータライニングを有し、各ライ
ニングは円形の底部と円筒形の側壁とから構成され、側
壁は２つの半円筒形の壁セグメントが重なりあって形成
されている。
方法を明らかにするものであって、該電池は少なくとも
２つのカップ状のセパレータライニングを有し、各ライ
ニングは円形の底部と円筒形の側壁とから構成され、側
壁は２つの半円筒形の壁セグメントが重なりあって形成
されている。
ライニングは、熱可塑性の材料を用い、セパレータに成
形する際、サイジングパンチを用いて電池内で所定の寸
法に形成される。なおこの工程は、セパレータの機械的
性質、移動抵抗性及び絶縁特性を損なうことなく、熱可
塑性物質を正極物質に押し当てて変形させ、かつシーム
部を溶融させるのに充分な温度と時間にて行なわれる。
形する際、サイジングパンチを用いて電池内で所定の寸
法に形成される。なおこの工程は、セパレータの機械的
性質、移動抵抗性及び絶縁特性を損なうことなく、熱可
塑性物質を正極物質に押し当てて変形させ、かつシーム
部を溶融させるのに充分な温度と時間にて行なわれる。
（実施例の詳細な説明） 第１図は本発明のセパレータ構造の分解図であって、該
セパレータは外側のカップ状セパレータライニング（1
2）と内側のカップ状セパレータライニング（12′）を
有している。これ等のライニングは例えばポリビニルア
セテートの様な熱可塑性物質から作ることが望ましい。
セパレータのライニング（12）（12′）は、一方を他方
の中に入れて形成した後、例えば第３図に示すガルバニ
電池へのケースの中に入れられる。
セパレータは外側のカップ状セパレータライニング（1
2）と内側のカップ状セパレータライニング（12′）を
有している。これ等のライニングは例えばポリビニルア
セテートの様な熱可塑性物質から作ることが望ましい。
セパレータのライニング（12）（12′）は、一方を他方
の中に入れて形成した後、例えば第３図に示すガルバニ
電池へのケースの中に入れられる。
第３図は、本発明を用いるのに適した構造のアルカリ電
池（20）を示しており、該電池は、容器として作用する
スチールケース（22）、MnO2を含んだ正極（cathode）
（24）、セパレータ（26）、KOH及び亜鉛アマルガムを
含んだ負極（anode）（28）、負極導電棒（29）を具え
ている。
池（20）を示しており、該電池は、容器として作用する
スチールケース（22）、MnO2を含んだ正極（cathode）
（24）、セパレータ（26）、KOH及び亜鉛アマルガムを
含んだ負極（anode）（28）、負極導電棒（29）を具え
ている。
本発明において、第３図に示すアルカリ電池にセパレー
タ（10）が配備される。セパレータは、望ましくはポリ
ビニルアセテートから形成されたカップ状の外側セパレ
ータライニング（12）、内側セパレータライニング（1
2′）を備え、これ等ライニングは予め成形された正極
物質を含有する金属シェルの中の適当な位置に形成され
る。
タ（10）が配備される。セパレータは、望ましくはポリ
ビニルアセテートから形成されたカップ状の外側セパレ
ータライニング（12）、内側セパレータライニング（1
2′）を備え、これ等ライニングは予め成形された正極
物質を含有する金属シェルの中の適当な位置に形成され
る。
第１図において、セパレータライニング（12）（12′）
は、各々がセパレータ材料の１つのブランクから形成さ
れ、円形の底部（30）と、２つの半円筒形の壁セグメン
ト（31）（32）及び（31′）（32′）から成る円筒形の
側壁とから構成され、該側壁は夫々、エッジ部（34）
（35）及び（34′）（35′）にて重なり合っている。各
セパレータライニング（12）（12′）の底エッジ部に於
ける余分のセパレータ材料は、整して重ねあわせ（gath
er）、円筒形の側壁に対して折り曲げられる。セパレー
タライニング（12）（12′）に折れ部を設けるのは、重
なり合う側部（34）（35）及び（34′）（35′）が分離
するのを防ぐためであるが、熱可塑性のセパレータ材料
は堅いため、側壁に緊密には当たらない。熱可塑性のセ
パレータ材料を溶融させると半球状の底部が形成され、
折れ部は第２図に示す如くセパレータライニングの円筒
形の側壁に対してしっかりとシールされる。各セパレー
タライニング（12）（12′）側部の重なり合うエッジ
（34）（35）及び（34′）（35′）は夫々、セパレータ
の円筒形側壁の円周部に一定の間隔を有する半径位置を
占める。重なり合うエッジは加熱されたパンチ（40）
（以下、「熱パンチ」という）の作用によって熱シール
されるから、負極の容量を大きくし、減極合剤と負極材
料の粒子が内側セパレータライニング（10′）の重なり
合う側部エッジ（34′）（35′）を通過するのを防ぐこ
とが出来る。
は、各々がセパレータ材料の１つのブランクから形成さ
れ、円形の底部（30）と、２つの半円筒形の壁セグメン
ト（31）（32）及び（31′）（32′）から成る円筒形の
側壁とから構成され、該側壁は夫々、エッジ部（34）
（35）及び（34′）（35′）にて重なり合っている。各
セパレータライニング（12）（12′）の底エッジ部に於
ける余分のセパレータ材料は、整して重ねあわせ（gath
er）、円筒形の側壁に対して折り曲げられる。セパレー
タライニング（12）（12′）に折れ部を設けるのは、重
なり合う側部（34）（35）及び（34′）（35′）が分離
するのを防ぐためであるが、熱可塑性のセパレータ材料
は堅いため、側壁に緊密には当たらない。熱可塑性のセ
パレータ材料を溶融させると半球状の底部が形成され、
折れ部は第２図に示す如くセパレータライニングの円筒
形の側壁に対してしっかりとシールされる。各セパレー
タライニング（12）（12′）側部の重なり合うエッジ
（34）（35）及び（34′）（35′）は夫々、セパレータ
の円筒形側壁の円周部に一定の間隔を有する半径位置を
占める。重なり合うエッジは加熱されたパンチ（40）
（以下、「熱パンチ」という）の作用によって熱シール
されるから、負極の容量を大きくし、減極合剤と負極材
料の粒子が内側セパレータライニング（10′）の重なり
合う側部エッジ（34′）（35′）を通過するのを防ぐこ
とが出来る。
第４図及び第５図に示す方法を実施するための装置は、
加熱された円筒形のリサイジングパンチ（40）、ヒータ
ブロック（42）を具えている。リサイジングパンチ（4
0）はヒータブロックの中で加熱され、温度は熱電対（4
4）によってコントロールされる。
加熱された円筒形のリサイジングパンチ（40）、ヒータ
ブロック（42）を具えている。リサイジングパンチ（4
0）はヒータブロックの中で加熱され、温度は熱電対（4
4）によってコントロールされる。
第４図に示す如く、熱パンチ（40）はヒータブロック
（42）の中に形成された軸孔の中に配置される。ブロッ
ク（42）は真鍮から成る本体（46）を具え、該本体の回
りは図示はしないが電源に接続された従来構造のヒータ
バンドが設けられる。熱パンチ（40）は軸方向に移動
し、このストロークはエアシリンダー（図示せず）によ
ってコントロールされ、パンチの昇降が行なわれる。セ
パレータと正極電池のアッセンブリーは熱パンチ（40）
の下に位置決めされ、コントローラ（図示せず）の信号
によって空気系統が作動し電池アッセンブリーへのパン
チの出し入れのサイクルが行なわれる。熱パンチはアッ
センブリーラインの構成に応じて複数個設けることも出
来、望ましくは１ステーション当たり４つの熱パンチを
設けることが望ましい。
（42）の中に形成された軸孔の中に配置される。ブロッ
ク（42）は真鍮から成る本体（46）を具え、該本体の回
りは図示はしないが電源に接続された従来構造のヒータ
バンドが設けられる。熱パンチ（40）は軸方向に移動
し、このストロークはエアシリンダー（図示せず）によ
ってコントロールされ、パンチの昇降が行なわれる。セ
パレータと正極電池のアッセンブリーは熱パンチ（40）
の下に位置決めされ、コントローラ（図示せず）の信号
によって空気系統が作動し電池アッセンブリーへのパン
チの出し入れのサイクルが行なわれる。熱パンチはアッ
センブリーラインの構成に応じて複数個設けることも出
来、望ましくは１ステーション当たり４つの熱パンチを
設けることが望ましい。
熱パンチ（40）は底部を半球状に形成すると、セパレー
タの底部は予め成形してある正極キャビティー（48）の
底部の形状にピッタリと倣い、折れ部によって形成され
る無駄な空間の膨らみ部を最小のものにすることが出来
る。
タの底部は予め成形してある正極キャビティー（48）の
底部の形状にピッタリと倣い、折れ部によって形成され
る無駄な空間の膨らみ部を最小のものにすることが出来
る。
本発明の方法を実施するには、セパレータのライニング
（12）（12′）は当該分野で知られている方法によって
形成し、この様にして作られたセパレータを電池のシェ
ルの中に挿入する。熱パンチ（40）はヒータブロック
（42）から下向きに移動し、セパレータ（12）（12′）
の円筒形の壁によって形成された中央のキャビティーの
中に入れられ、セパレータの側壁と底部は予め成形され
た正極にピッタリと押し付けられる。熱パンチ（40）
は、正極を損なうことなく熱可塑性のセパレータを変形
させるのに充分な温度及び時間にて維持される。セパレ
ータ材料としてポリビニルアセテートを用いる場合、熱
パンチは約180゜F（82.2℃）以下の温度、望ましくは約1
35゜F（57.2℃）乃至約160゜F（71.1℃）の温度、最も望
ましくは約141゜F（60.6℃）の温度にて維持される。セ
パレータ材料と接触状態が維持される熱パンチ（40）の
長さは、これは熱可塑性材料の成分やパンチの温度によ
って異なる。しかしながら、いずれの場合も、時間と温
度はセパレータ材料の品質低下を防ぐことが出来るよう
に定めなければならない。ポリビニルアセテートを用い
る時、熱パンチとセパレータを接触させる時間は0.2秒
よりも短く、望ましくは0.1秒より短かくするのがよ
い。
（12）（12′）は当該分野で知られている方法によって
形成し、この様にして作られたセパレータを電池のシェ
ルの中に挿入する。熱パンチ（40）はヒータブロック
（42）から下向きに移動し、セパレータ（12）（12′）
の円筒形の壁によって形成された中央のキャビティーの
中に入れられ、セパレータの側壁と底部は予め成形され
た正極にピッタリと押し付けられる。熱パンチ（40）
は、正極を損なうことなく熱可塑性のセパレータを変形
させるのに充分な温度及び時間にて維持される。セパレ
ータ材料としてポリビニルアセテートを用いる場合、熱
パンチは約180゜F（82.2℃）以下の温度、望ましくは約1
35゜F（57.2℃）乃至約160゜F（71.1℃）の温度、最も望
ましくは約141゜F（60.6℃）の温度にて維持される。セ
パレータ材料と接触状態が維持される熱パンチ（40）の
長さは、これは熱可塑性材料の成分やパンチの温度によ
って異なる。しかしながら、いずれの場合も、時間と温
度はセパレータ材料の品質低下を防ぐことが出来るよう
に定めなければならない。ポリビニルアセテートを用い
る時、熱パンチとセパレータを接触させる時間は0.2秒
よりも短く、望ましくは0.1秒より短かくするのがよ
い。
熱パンチの長さ及び直径は、サイジングを行なうセパレ
ータ材料が使用される電池の直径及び長さによって異な
ることは明白であろう。
ータ材料が使用される電池の直径及び長さによって異な
ることは明白であろう。
第１図はサイジング前の本発明に係るセパレータ構造の
分解図、第２図はサイジング後の本発明に係るセパレー
タの分解図、第３図は本発明のセパレータを用いた代表
的な電池の断面図、第４図はセパレータの中に挿入する
前のパンチ装置の垂直方向断面図、第５図はセパレータ
の中にパンチが入った状態を示すパンチ装置の垂直方向
断面図である。 （10）……セパレータ構造 （12）……外側セパレータライニング （12′）……内側セパレータライニング （20）……アルカリ電池、（22）……スチールケース （24）……正極、（26）……セパレータ （28）……負極 （31）（32）（31′）（32′）……壁セグメント （34）（35）（34′）（35′）……エッジ部 （40）……熱パンチ、（42）……ヒータブロック
分解図、第２図はサイジング後の本発明に係るセパレー
タの分解図、第３図は本発明のセパレータを用いた代表
的な電池の断面図、第４図はセパレータの中に挿入する
前のパンチ装置の垂直方向断面図、第５図はセパレータ
の中にパンチが入った状態を示すパンチ装置の垂直方向
断面図である。 （10）……セパレータ構造 （12）……外側セパレータライニング （12′）……内側セパレータライニング （20）……アルカリ電池、（22）……スチールケース （24）……正極、（26）……セパレータ （28）……負極 （31）（32）（31′）（32′）……壁セグメント （34）（35）（34′）（35′）……エッジ部 （40）……熱パンチ、（42）……ヒータブロック
Claims (8)
- 【請求項１】正極と負極物質とが、電池中に挿入された
セパレータによって絶縁され且つ分離しているアルカリ
電池であって、該電池のセパレータを形成する方法にお
いて、 熱可塑性材料から形成されたセパレータを、ケース及び
正極物質が部分的に組み立てたシェルの中に挿入し、シ
ェル中の該セパレータは、断面が略半円状の壁セグメン
トを組み合わせて、セパレータのキャビティを作る円筒
壁を形成し、前記壁セグメントの底部は、電池キャビテ
ィの底面に沿う閉じた底を具えており、加熱されたサイ
ジングパンチをセパレータの中央部のキャビティーの中
に挿入し、セパレータ材料の機械特性、絶縁特性及びバ
リア特性を損なうことなく熱可塑性物質を変形させ且つ
セパレータのシーム部を溶融させるのに充分な温度及び
時間にて前記加熱されたパンチをキャビティーの中で維
持し、サイジングの完了したセパレータからサイジング
パンチを取り除く、電池セパレータの形成方法。 - 【請求項２】熱可塑性のセパレータ材料は熱可塑性のシ
ート材料から作られ、その主要部分はポリビニルアセテ
ートである特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項３】サイジングパンチは約80℃以下の温度に維
持されて成形されたセパレータの中に挿入され、約0.1
秒よりも短い時間セパレータの中で維持することによ
り、セパレータを予め形成された正極に当ててサイジン
グし、セパレータの側部シームと底部をシールする特許
請求の範囲第２項に記載の方法。 - 【請求項４】サイジングパンチは約57℃乃至約71℃温度
で維持して、成形されたセパレータの中に約0.1秒より
も短い時間挿入され、これによってセパレータを予め成
形された正極に当ててサイジングし、セパレータの側部
シームと底部をシールする特許請求の範囲第２項に記載
の方法。 - 【請求項５】熱可塑性の電池セパレータを、部分的に組
み立てられた電池中にてサイジングする装置であって、
該装置は細長い円筒形のサイジングパンチを具え、該パ
ンチは熱を伝導することが出来、その直径は予め選択さ
れた直径の電池の中に挿入しうる寸法であって、該電池
は、底部（30）の繋がる一対の断面が半円状の壁セグメ
ント（31）（32）を対向配置した２組の熱可塑性のセパ
レータ（10）（10）と、予め成形された正極を内に含
み、セパレータは予め成形された正極の内壁に押し当て
て成形されることを特徴とする電池セパレータの形成装
置。 - 【請求項６】サイジングパンチは、軸部がヒータブロッ
クの孔の中に嵌まり、ヒータブロックの側壁と接触しな
がら摺動可能に配備され、サイジングパンチを該孔の中
に昇降させる手段に連繋している特許請求の範囲第５項
に記載の装置。 - 【請求項７】サイジングパンチの端部は半球状である特
許請求の範囲第５項に記載の装置。 - 【請求項８】サイジングパンチの端部は半球状である特
許請求の範囲第６項に記載の装置。
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Publications (2)
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