JP2002093429A

JP2002093429A - アルカリ電池とその製造方法

Info

Publication number: JP2002093429A
Application number: JP2000282038A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Saito; 賢一齋藤; Hideaki Tokugawa; 秀昭徳川; Kazuhiro Hashimoto; 和宏橋本; Norishige Yamaguchi; 典重山口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】電流特性の向上を図る。【解決手段】二酸化マンガンを主成分とする正極合剤
２と、負極合剤４と、これら間に配置されるセパレータ
３と、アルカリ水溶液を有するアルカリ電池であって、
正極合剤２の、セパレータと当接する面に、ゲル化剤能
力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液１１が配置
されて成る構成として、正極合剤２とセパレータ３との
密着性を高め、かつ安定化を図って電流特性の向上を図
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型ないしはポー
タブル型の電子機器、例えば映像機器、携帯音響機器等
の電源の電池に適用して好適なアルカリ電池とその製造
方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、筒形アルカリマンガン乾電池は、
映像機器、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、ポー
タブル音響機器等の電源電池として広く用いられる方向
にあり、その需要が高まっている。また、これら機器の
高性能化に伴い、アルカリマンガン乾電池の大電流化が
要求されている。この筒形アルカリマンガン乾電池は、
例えば図２にその概略断面図を示すように、有底筒状の
正極缶１内に、この正極缶１の筒状部の内周面にほぼ合
致する外周形状を有する筒状に成型された正極合剤２が
挿入される。この正極合剤２の中空内には、有底円筒状
のセパレータ３が挿入配置され、このセパレータ３内
に、このセパレータ３によって正極合剤２と物理的に隔
絶して負極合剤４が装填される。

【０００３】負極合剤４中には、その中心部に負極集電
棒５が挿入され、その頭部が、正極缶１の開口端の封口
部に設けられた金属負極端子板となる封口金属板６に例
えば溶接によって電気的に接続される。この正極缶１の
開口端の封口部は、例えば封口金属板６とその内面に対
向して配置された金属板７が設けられ、これら金属板６
および７の周辺部が、プラスチックシール８によって挟
み込れた状態で、正極缶１の開口端縁にかしめつけられ
て液密的に封口されるようになされている。プラスチッ
クシール８の中心部には、負極集電棒５が貫通されて、
この負極集電ピン５を電池中心部に設定するようになさ
れている。また、正極缶１のかしめ部の外面に、絶縁ワ
ッシャ９が配置され、正極缶１の外周面には外装ラベル
１０が巻き付けられて成る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この種のア
ルカリ電池において、より電流特性の向上を図ることが
できるようする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるアルカリ電
池においては、二酸化マンガンを主成分とする正極合剤
と、負極合剤と、これら間に配置されるセパレータと、
アルカリ水溶液を有するアルカリ電池であって、正極合
剤の、セパレータと当接する面に、ゲル化剤能力を有す
る架橋型ポリマーのアルカリ水溶液が配置されて成る構
成とする。

【０００６】また、本発明によるアルカリ電池の製造方
法においては、有底正極缶内に、二酸化マンガンを主成
分とする筒状正極合剤を挿入する工程と、この正極合剤
の中空内周面に、ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマー
のアルカリ水溶液を塗布する工程と、正極缶内に挿入さ
れ中空内周面にゲル化剤能力を有する架橋型ポリマーの
アルカリ水溶液が塗布された状態の正極合剤内に、セパ
レータを挿入する工程と、このセパレータを介して正極
合剤の中空内に、負極合剤を充填する工程とを有し、正
極合剤と、セパレータとを上述の架橋型ポリマーのアル
カリ水溶液を介して密着させてアルカリ電池を得るもの
である。

【０００７】上述の本発明構成によるアルカリ電池は、
従来のアルカリ電池に比して、電池の内部抵抗の低減
化、電池の電流特性、特に重負荷放電、パルス放電特性
の向上を図ることができた。これは、正極合剤のセパレ
ータとの当接面にゲル化剤能力を有する架橋型ポリマー
のアルカリ水溶液（以下ゲル化剤溶液と略称する）、す
なわち架橋型ゲル化剤によって粘性が高められたアルカ
リ水溶液を配置したことにより、正極合剤とセパレータ
との密着性が高められたことと、更に、この正極合剤と
セパレータとの間に粘性の高い、したがって、殆ど拡散
することがないアルカリ液がセパレータの配置部に保持
されていることによって上述した電流特性の向上が図ら
れるものと考えられる。

【０００８】また、本発明製造方法によれば、このアル
カリ電池の製造において、上述したゲル化剤溶液が塗布
された正極合剤の中空内に、セパレータを挿入すること
によって、正極合剤と、セパレータとが、確実、容易に
密着されたアルカリ電池を得ることができるものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明によるアルカリ電池、すな
わちアルカリマンガン電池の一実施形態の一例を図１の
概略断面図を参照して説明するが、本発明は、この実施
形態および例に限定されるものではない。

【００１０】この実施形態においては、ＪＩＳ規格ＬＲ
形（単３形）電池であり、この例では図２で説明した構
成に適用した例を示す。すなわち、この例においては、
例えばＮｉメッキ鋼板より成る有底円筒状の正極缶１が
用意され、この有底円筒状の正極缶１内に、この正極缶
１の円筒部の内周面にほぼ合致する外周形状を有する正
極合剤２が、同心的に装填される。この正極合剤２の中
空内周面２ｓには、架橋型ゲル化剤溶液１１、すなわち
ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液
が塗布され、この架橋型ゲル化剤溶液が塗布された円筒
状正極合剤２の中空内に、有底円筒状のセパレータ３が
挿入配置される。そして、このセパレータ３内に、負極
合剤４が充填される。

【００１１】負極合剤４中には、その中心部に負極集電
棒５が挿入され、その頭部が、正極缶１の開口端の封口
部に設けられた金属負極端子となる封口金属板６に電気
的に接続される。この正極缶１の開口端の封口部は、例
えば封口金属板６とその内面に対向して金属板７が設け
られ、これら金属板６および７の周辺部が、プラスチッ
クシール８いわゆるガスケットによって挟み込れた状態
で、正極缶１の開口端縁にかしめつけられて液密的に封
口されるようになされている。このプラスチックシール
８の中心部には、負極集電棒５が貫通されて、この負極
集電ピン５を電池中心部に設定するようになされてい
る。

【００１２】また、正極缶１のかしめ部の外面に、絶縁
ワッシャ９が配置される。そして、正極缶１の外周面に
は、電池の種類、メーカー名、注意書等が記載された外
装ラベル１０が巻き付けられて成る。

【００１３】次に、本発明によるアルカリ電池の製造方
法の一実施形態の一例を説明する。この例では、図１で
説明した本発明構成によるアルカリ電池を得る場合の例
で、この場合、上述した例えばＮｉメッキ鋼板より成る
円筒形状の正極缶１を、プレス機によって加圧成形して
得る。

【００１４】この正極缶１内に、円筒状正極合剤２を挿
入する。この正極合剤２は、その軸方向に関して複数個
例えば３個（図示せず）に分割された円筒体によって構
成する。これら円筒体は、同一形状に形成され、それぞ
れ、二酸化マンガンとカーボンと水酸化カリウム水溶液
とによる正極合剤材料を加圧成形して構成される。これ
ら円筒体は、それぞれその外周面が正極缶１の内周面と
合致するように、その外径および形状に選定される。

【００１５】そして、この正極合剤２を、正極缶１内に
挿入した状態で、架橋型ゲル化剤溶液１１を、例えばス
プレーによって正極合剤２の中空内周面２ｓに塗布す
る。このスプレーは、正極合剤２の中空内に、架橋型ゲ
ル化剤溶液を噴出するノズルを挿入して、必要に応じて
このノズルと正極合剤２が挿入された正極缶１とを相対
的に回転し、軸方向に移動させて、架橋型ゲル化剤溶液
を、正極合剤２の中空内周面２ｓに均一に塗布する。

【００１６】この架橋型ゲル化剤溶液は、例えば溶媒と
なる３９質量％の水酸化カリウム水溶液に、ゲル化剤能
力を有する架橋型ポリマーの１〜２質量％溶液、例えば
１．５質量％とする。このゲル化剤能力を有する架橋型
ポリマーは、比較的架橋度の低いポリマーであり、これ
は一般に単に架橋型ポリマーと呼称され、高架橋型ポリ
マー（もしくは高吸収性ポリマー）と呼称されるポリマ
ーと区別されているものであり、高架橋型ポリマーは、
上述したゲル化剤能力を有するものではない。

【００１７】このような架橋型ゲル化剤としては、２５
℃における１．０質量％水溶液の分散粘度が、１０Ｐａ
・ｓ（パスカル・秒）以上で、かつ好ましくは２００Ｐ
ａ・ｓ以下を示す架橋型ポリアクリル酸が用いられる。
これは、１０Ｐａ・ｓ未満では、粘性が低すぎて、正極
合剤とセパレータとの充分な密着効果が得られず、かつ
セパレータ近傍の電解液保持が不充分となり、２００Ｐ
ａ・ｓを越える架橋型ポリマーを用いると粘性が高くな
り過ぎて均一な塗膜が得難くなることによる。また、架
橋型ゲル化剤溶液１１は、例えば溶媒となる３９質量％
の水酸化カリウム水溶液に架橋型ポリアクリル酸を溶か
し調整した。

【００１８】また、この架橋型ゲル化剤溶液１１を、上
述しように１〜２質量％溶液とするのは、１質量％未満
では、粘度が低く、上述したように、正極合剤２の中空
内周面２ｓに対する保持が不充分となって必要充分な塗
布厚が得られず多層の塗布が必要になり、作業性の低下
を来し、２質量％を越えると粘度が高くなり過ぎて均一
な塗膜が得難くなることに因る。

【００１９】また、架橋型ゲル化剤溶液１１は、正極合
剤２の中空内周面２ｓ、すなわちセパレータ３との当接
面に対して４ｍｇ／ｃｍ²以上、３０ｍｇ／ｃｍ²以下
をもって塗布する。

【００２０】このようにして、架橋型ゲル化剤溶液１１
が、中空内周面２ｓに塗布された正極合剤２内に、セパ
レータ３を挿入する。このセパレータ３は、例えば２枚
の短冊型セパレータを底部で交叉させて全体として有底
円筒状をなすように、正極合剤２内に挿入する。この場
合、セパレータ３の円筒部を架橋型ゲル化剤溶液１１の
塗布面に密着させて挿入する。

【００２１】その後、このセパレータ３内に、例えば粒
状亜鉛と水酸化カリウム水溶液および増粘剤からなるゲ
ル状負極合剤４が装填される。

【００２２】負極合剤４中には、その中心部に例えば黄
銅線による負極集電棒５が挿入され、その頭部が、正極
缶１の開口端の封口部に設けられた金属負極端子板とな
る封口金属板６に例えば溶接によって電気的に接続され
る。この正極缶１の開口端の封口部は、例えば封口金属
板６とその内面に対向して配置された例えば鉄等の金属
板７が設けられ、これら金属板６および７の周辺部が、
例えばナイロン、あるいはポリプロピレン等によるプラ
スチックシール８いわゆるガスケットによって挟み込れ
た状態で、正極缶１の開口端縁にかしめつけられて液密
的に封口されるようになされている。プラスチックシー
ル８の中心部には、負極集電棒５が貫通されて、この負
極集電ピン５を電池中心部に設定するようになされてい
る。また、正極缶１のかしめ部の外面に、例えばポリプ
ロピレンによる絶縁ワッシャ９が配置され、正極缶１の
外周面には外装ラベル１０が巻き付けられる。このよう
にして、目的のアルカリ電池を構成する。

【００２３】更に本発明によるアルカリ電池を、実施例
を挙げて説明する。この場合においても、ＬＲ６形の電
池とした場合で、図１で説明した構成を有する。〔実施例１〕上述したように、Ｎｉメッキ鋼板をプレス
成形して有底円筒状の正極缶１を形成し、この正極缶１
内に、上述した二酸化マンガンとカーボンと３９水酸化
カリウム水溶液とによる加圧成形された３個の円筒体に
よる正極合剤２を挿入する。この正極合剤２の中空内周
面２ｓに、３９質量％の水酸化カリウム水溶液に、ゲル
化剤としての架橋型ポリアクリル酸（Ｂ．Ｆ．ＧＯＯＤ
ＯＲＩＣＨＣＯＭＰＡＮＹ製、カーボポール９４０）
を溶かした１．５質量％溶液を、正極合剤２の内面１ｃ
ｍ²当たり０．００２ｇ／ｃｍ²の塗布量をもってスプ
レーして架橋型ゲル化剤溶液１１を塗布した。

【００２４】その後、上述したように、２枚の短冊型セ
パレータを底部で交叉させてこれら２枚の短冊形セパレ
ータ全体として有底円筒状をなすように、正極合剤２内
に密着して挿入した。その後、このセパレータ３内に、
例えば粒状亜鉛と水酸化カリウム水溶液および増粘剤か
らなるゲル状負極合剤４を装填し、この負極合剤４中の
中心部に、黄銅線による負極集電棒５を挿入し、その頭
部を、正極缶１の開口端の封口部に設けられた金属負極
端子板となる封口金属板６に当接させて電気的に連結さ
せ、この封口金属板６とその内面に配置した金属板７と
をプラスチックシール８によって挟み込れた状態で、正
極缶１の開口端縁にかしめつけられて液密的に封口し、
正極缶１のかしめ部の外面に、絶縁ワッシャ９を配置
し、外装ラベル１０を巻き付けることによって、アルカ
リマンガン電池（試料Ａ）を作製した。

【００２５】〔実施例２〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、架橋型ゲル化剤溶液１１の正極合剤
２の中空内周面２ｓに対する塗布量を、０．００４ｇ／
ｃｍ²としてアルカリマンガン電池（試料Ｂ）を作製し
た。

【００２６】〔実施例３〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、架橋型ゲル化剤溶液１１の正極合剤
２の中空内周面２ｓに対する塗布量を、０．００８ｇ／
ｃｍ²としてアルカリマンガン電池（試料Ｃ）を作製し
た。

【００２７】〔実施例４〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、架橋型ゲル化剤溶液１１の正極合剤
２の中空内周面２ｓに対する塗布量を、０．０２０ｇ／
ｃｍ²としてアルカリマンガン電池（試料Ｄ）を作製し
た。

【００２８】〔実施例５〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、架橋型ゲル化剤溶液１１の正極合剤
２の中空内周面２ｓに対する塗布量を、０．０３０ｇ／
ｃｍ²としてアルカリマンガン電池（試料Ｅ）を作製し
た。

【００２９】〔実施例６〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、架橋型ゲル化剤溶液１１の正極合剤
２の中空内周面２ｓに対する塗布量を、０．０４０ｇ／
ｃｍ²としてアルカリマンガン電池（試料Ｆ）を作製し
た。

【００３０】〔比較例１〕実施例１と同様の方法および
構成によるものの、正極合剤２の中空内周面２ｓに対し
て架橋型ゲル化剤溶液１１を全く塗布しないアルカリマ
ンガン電池（試料Ｇ）を作製した。

【００３１】上述した各試料Ａ〜Ｇについての架橋型ゲ
ル化剤溶液１１の構成と塗布量を表１に比較列記して示
した。そして、これら各試料Ａ〜Ｇの筒形アルカリマン
ガン電池について、それぞれ２０℃における短絡電流
と、内部抵抗と、放電容量を測定した結果を、表２に示
した。これらの測定は、短絡電流（Ａ）と、内部抵抗
（ｍΩ）については、それぞれ試料Ａ〜Ｇの各１０個の
電池に関する平均値であり、短絡電流は、内部抵抗が１
０ｍｍΩの直流電流計によって測定し、内部抵抗は、１
ｋＨｚの交流インピーダンス法で測定した。また、放電
容量は、それぞれ電池１０個について１０００ｍＡ連続
放電試験を実施し、終止電圧０．９Ｖまでの持続時間
（分）の平均値である。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表１および表２から、架橋型ゲル化剤溶液
を正極合剤に塗布した本発明構成によれば、短絡電流の
向上、内部抵抗の低減化が図られるものであることが分
かり、特に、その塗布量を、４ｍｇ／ｃｍ²から３０ｍ
／ｃｍ²とする場合、その放電容量を、この種の電池で
望まれる６０分以上とすることができる。

【００３５】上述したように、本発明によれば、短絡電
流の向上、内部抵抗の減少がなされ、また放電容量の向
上がなされる。これにより、電池の電流特性、特に重負
荷放電、パルス放電特性の向上を図ることができるもの
である。

【００３６】尚、本発明を適用する電池は、いうまでも
なく、ＬＲ６形に限定されるものではなく、筒形のアル
カリマンガン電池に適用することができるものである。

【００３７】

【発明の効果】上述したように、本発明によるアルカリ
電池は、正極合剤のセパレータとの当接面にゲル化剤能
力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液、すなわち
架橋型ゲル化剤によって粘性が高められたアルカリ水溶
液を配置したことにより、正極合剤とセパレータとの密
着性が高められたことと、更に、この正極合剤とセパレ
ータとの間に粘性の高い、したがって、殆ど拡散するこ
とがないアルカリ液がセパレータの配置部に保持されち
いることによって電池の電流特性の改善を図ることがで
きるものである。

【００３８】また、本発明製造方法によれば、このアル
カリ電池の製造において、ゲル化剤能力を有する架橋型
ポリマーのアルカリ水溶液が塗布された正極合剤の中空
内に、セパレータを挿入することによって、正極合剤
と、セパレータとが、確実、容易に密着されたアルカリ
電池を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアルカリ電池の一例の概略断面図
である。

【図２】従来のアルカリ電池の概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・正極缶、２・・・正極合剤、２ｓ・・・中空内
周面、３・・・セパレータ、４・・・負極合剤、５・・
・集電棒、６・・・封口金属板、７・・・金属板、８・
・・プラスチックシール、９・・・絶縁ワッシャ、１０
・・・外装ラベル、１１・・・ゲル化剤液（ゲル化剤能
力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本和宏福島県安達郡本宮町字樋ノ口２番地ソニー福島株式会社内 (72)発明者山口典重福島県安達郡本宮町字樋ノ口２番地ソニー福島株式会社内Ｆターム(参考） 5H024 AA03 AA14 BB08 CC02 CC14 DD09 FF07 FF31 GG01 HH08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二酸化マンガンを主成分とする正極合剤
と、負極合剤と、これら間に配置されるセパレータと、
アルカリ水溶液を有するアルカリ電池であって、上記正極合剤の、上記セパレータと当接する面に、ゲル
化剤能力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液が配
置されて成ることを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】上記架橋型ポリマーが、架橋型ポリアク
リル酸であることを特徴とする請求項１に記載のアルカ
リ電池。
【請求項３】上記ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマ
ーのアルカリ水溶液が、架橋型ポリアクリル酸による架
橋型ゲル化剤を、アルカリ水溶液に対し１〜２質量％添
加した溶液としたことを特徴とする請求項１に記載のア
ルカリ電池。
【請求項４】上記ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマ
ーのアルカリ水溶液を、上記正極合剤の上記セパレータ
との当接面に対して４ｍｇ／ｃｍ²以上、３０ｍｇ／ｃ
ｍ²以下の塗布量をもって配置して成ることを特徴とす
る請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項５】有底正極缶内に、二酸化マンガンを主成
分とする筒状正極合剤を挿入する工程と、該正極合剤の中空内周面に、ゲル化剤能力を有する架橋
型ポリマーのアルカリ水溶液を塗布する工程と、上記正極缶内に挿入され上記中空内周面に上記ゲル化剤
能力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液が塗布さ
れた状態の上記正極合剤内に、セパレータを挿入する工
程と、該セパレータを介して上記正極合剤の中空内に、負極合
剤を充填する工程とを有し、上記正極合剤と、上記セパレータとを上記架橋型ポリマ
ーのアルカリ水溶液を介して密着させるようにしたこと
を特徴とするアルカリ電池の製造方法。
【請求項６】上記正極合剤の中空内周面に対する上記
ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液
の塗布工程を、上記正極合剤を上記正極缶内に挿入する
工程の後に行うことを特徴とする請求項５に記載のアル
カリ電池の製造方法。
【請求項７】上記正極合剤の中空内周面に対する上記
ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマーのアルカリ水溶液
の塗布工程を、スプレー塗布によって行うことを特徴と
する請求項６に記載のアルカリ電池の製造方法。
【請求項８】上記ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマ
ーが、２５℃における１．０質量％水溶液の分散粘度
が、１０Ｐａ・ｓ以上を示す架橋型ポリアクリル酸であ
ることを特徴とする請求項５に記載のアルカリ電池の製
造方法。
【請求項９】ゲル化剤能力を有する架橋型ポリマーの
アルカリ水溶液の上記正極合剤に対する塗布量を、上記
正極合剤の上記セパレータとの当接面に対して４ｍｇ／
ｃｍ²以上、３０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量をもって塗
布することを特徴とする請求項５に記載のアルカリ電池
の製造方法。