JP4978530B2 - 円筒形電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、乾電池に代表される円筒形電池の正極材と負極材との間に介在されるセパレータの改良に関するものである。

近年、強負荷の放電性能を必要とされる携帯型情報機器やデジタルカメラなど大電流放電する電子機器が多く市場に普及している。これらの電子機器の電源として、アルカリマンガン乾電池やオキシライド乾電池に代表される円筒形電池の需要が急速に高まっている。それに伴い、例えばアルカリマンガン乾電池の生産効率の向上および高品質で信頼性のある大容量でハイパワーな円筒形電池の生産が求められている。

図７に従来技術に係るアルカリマンガン乾電池の構成を示す。アルカリマンガン乾電池は、円筒状外形の底部に正極凸部８５が形成された電池ケース１０３内に、円筒状の正極材１０４、円筒状の筒状セパレータ１０１および正方形の底部セパレータ１０２、ゲル状の負極材１０６を収納し電池ケース１０３の開口端を絶縁ガスケット８７を介して封口板８８で封口すると共に、ゲル状の負極材１０６中に挿入された負極集電棒８９が封口板８８に接続して構成されている。この電池ケース１０３の底部には底部セパレータ１０２が配設され、ゲル状の負極材１０６と正極端子となる電池ケース１０３との間が内部短絡しないように隔離する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来のアルカリマンガン乾電池の構成に係る製造装置の工程手順を示す状態図を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。図８（ａ）で示すように前工程で正極材１０４を挿入した電池ケース１０３を電池搬送治具１１０内に収納して、筒状セパレータ１０１が通過できる円形のガイド穴１１４とこのガイド穴１１４の上部に正方形の底部セパレータ１０２を保持する保持部１１１からなるセパレータ装填治具１１２の中心と電池ケース１０３の中心と筒状セパレータ１０１の中心とが同一軸線上になるように電池搬送治具１１０とセパレータ装填治具１１２を搬送する。

次に図８（ｂ）で示すように、電池ケース１０３内の正極材１０４の内周面に接するように、巻芯１１３に円筒状に巻かれた筒状セパレータ１０１とセパレータ装填治具１１２の保持部１１１に保持された底部セパレータ１０２を巻芯１１３で、筒状セパレータ１０１の先端部を底部セパレータ１０２に当接させて両セパレータを同時にガイド穴１１４を通過させて電池ケース１０３に挿入する。

その後、図８（ｃ）で示すように挿入された両セパレータ１０１，１０２は電池ケース１０３内において配設されたまま巻芯１１３は上昇し、電池搬送治具１１０は次工程（図示せず）へと搬送される。その後、次工程において両セパレータ１０１，１０２で囲まれた中央空間に負極ゲル化剤を投入し、電解液を注液後、電池ケース１０３の開口部を封口板で封口して円筒形電池を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３５５２９１１号公報 特許第３６５５４６９号公報

しかしながら、上述した特許文献に示される従来技術では、図９に示すように底部セパレータ１０２の角部１０２ａと筒状セパレータ１０１の巻始めと巻終わりからなる重なり部１０１ａが重なり合い、負極材１０６と正極材１０４との極間距離が部分的に増大し両極の反応不足を引き起こしたり、負極材１０６の収容量が減少したりすることで所要の放電性能が得られないなどの課題があった。

すなわち、図９で示す筒状セパレータ１０１と底部セパレータ１０２の組付ける状態を示した斜視図のように、筒状セパレータ１０１の一部分を底部セパレータ１０２で包み込んだ際に筒状セパレータ１０１の巻始めと巻終わりが重なった重なり部１０１ａと底部セパレータ１０２の折り曲げられた角部１０２ａとが重なり合って厚くなり、図７に示す負極材１０６と正極材１０４とが筒状セパレータ１０１を介して対面する反応面の極間距離が部分的に増大して隙間が生じ、負極材１０６と正極材１０４との極間反応が悪くなる。その上、筒状セパレータ１０１の重なり部１０１ａと底部セパレータ１０２の角部１０２ａによって両セパレータが幾重にもなるため負極材１０６の収容量が減少することになり、所要の放電性能が得られないという問題が生じていた。

本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、底部セパレータに部分切除部を有したことにより、底部セパレータに複雑なシワができない上に、あらかじめ折り重なり部の位置を決めることができるので、複雑な折り重なりによる負極材の容量の減少を抑制することができ、また両セパレータを介している正極材と負極材との極間距離が均一になるので内部抵抗のバラツキを抑えられ、放電特性のバラツキを抑制でき、放電特性の向上が可能となる信頼性の高い大容量でハイパワーな円筒形電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の円筒形電池は、正極材と、負極材と、正極材と負極材と間に介在した筒状セパレータと筒状セパレータの端部を包み込む底部セパレータとを円筒状からなる電池ケース内に収納した円筒形電池において、底部セパレータは筒状セパレータの円筒形状に沿って折り曲げた際に発生する折り曲げシワを防止する部分切除部を有し、筒状セパレータを外側から包むように構成したことを特徴としている。

本発明によれば、筒状セパレータの円筒形状に沿って折り曲げを行うことによって発生する折り曲げシワを防止する部分切除部を有した底部セパレータで筒状セパレータを外側から包むことにより、底部セパレータが折れ曲がってできる複雑なシワによる負極材の容量の減少を抑制でき、且つ、正極材と負極材との極間距離が均一になり、内部抵抗のバラツキの抑制および放電特性が向上され大容量で高い信頼性を得ることが可能となる。

本発明の第１の発明は、正極材と、負極材と、この正極材と負極材と間に介在した筒状セパレータと筒状セパレータの端部を包み込む底部セパレータとを円筒状からなる電池ケース内に収納した円筒形電池において、底部セパレータは筒状セパレータの円筒形状に沿って折り曲げた際に発生する折り曲げシワを防止する部分切除部を有し、筒状セパレータを外側から包むように構成したことにより、筒状セパレータと底部セパレータが装着された際に底部セパレータの折れ曲がりによる複雑な折り重なりができないので負極材の容量の減少が抑制され、放電特性を向上させることが可能となる。

本発明の第２の発明は、第１の発明において、底部セパレータの形状を方形状にしたことにより、電池ケース内に装着時に底部セパレータにできる折り重なり部の位置を決める事ことが可能で、原材料の歩留まり効率の向上が可能となる。

本発明の第３の発明は、第１の発明において、部分切除部が相対向する位置で少なくとも２箇所以上有したことにより、電池ケース内に装着時に底部セパレータに複雑なシワが発生しない上に、折り重なり部の位置を決めることが可能となるので、正極材と負極材との極間距離が均一になり放電特性を向上させることが可能となる。

本発明の第４の発明は、第１の発明において、部分切除部と円筒状に巻回して構成した筒状セパレータの巻終わり位置が重ならないように構成したことにより、底部セパレータの複数の折れ曲がった折り重なり部と筒状セパレータの巻終わりが重ならないので、正極材と負極材との極間距離が均一になり、内部抵抗のバラツキが抑えられ、放電特性を向上させることが可能となる。

本発明の第５の発明は、第１の発明において、筒状セパレータの巻終わり位置と巻始め位置とが重なって形成される部分と筒状セパレータの円筒形状に沿って包むよう折り曲げた底部セパレータの部分切除部の折り重なり部が重ならないように構成したことにより、底部セパレータの部分切除部に設けた折り重なり部と筒状セパレータの巻終わり位置と巻始め位置とが重なった重なり部とが重ならず、両セパレータの重なりによる厚みを抑制できるので、正極材と負極材との極間距離が近くなり放電特性を向上させることが可能となる。

本発明の第６の発明は、第１の発明において、筒状セパレータの巻始め位置と巻終わり位置とが同じ位置になるようにしたことにより、筒状セパレータの重なり部の総厚みを最小限に抑制することができるので負極材の容量減少の抑制が可能となる。

本発明の第７の発明は、第１の発明において、部分切除部が、底部セパレータと筒状セパレータを重ねた時の筒状セパレータの外径より外側に位置するように配置したことにより、装着時に底部セパレータの部分切除部より負極材の流出がないので、漏液や内部短絡を発生させず信頼性を高めることが可能となる。

本発明の第８の発明は、第１の発明において、部分切除部の形状をＶ字形状にしたことにより、複雑な折り曲げシワの発生を抑制することが可能となる。

本発明の第９の発明は、第１の発明において、部分切除部の形状をレ字形状にしたことにより、部分切除部に設けた折り重なり部の重なり面積が最小限に抑制することが可能となる。

本発明の第１０の発明は、第８〜９の発明において、部分切除部の頂点にＲ形状を備えたことにより、部分切除部成形時におけるバリの発生を抑制することができる。

本発明の第１１の発明は、第１の発明において、部分切除部の形状をＵ字形状にしたことにより、部分切除部に設けた折り重なり部の重なりシワを抑えることが可能となる。

本発明の第１２の発明は、第２の発明において、底部セパレータの辺の中間部に部分切除部を設けたことにより、電池ケース内に装着時に底部セパレータにできる折り重なり部を決められた位置に設けることができ、複雑な折り曲げシワの発生を抑制することが可能となる。

本発明の第１３の発明は、第４の発明において、部分切除部を、筒状セパレータの巻終わり位置を挟むように配置したことにより、折り重なり部の発生する場所を決めることが可能となる。

本発明の第１４の発明は、第１の発明において、正極材として、二酸化マンガンからなり中空円筒状に成型した正極合剤を用いたことにより、中空円筒状の正極合剤の中央にゲル状の負極材を入れることができ、且つ、中空円筒状に圧縮成型されているのでゲル状の負極材を定量入れることができるので、所定の放電特性を得ることが可能となる。

本発明の第１５の発明は、第１の発明において、底部セパレータとして、イオンを透過する微孔性フィルムを用いたことにより底部セパレータの立上り部分が正極合剤ペレットとゲル状負極との間に介在しても反応を阻害することはないので、一定の放電特性を得ることが可能となる。

本発明の第１６の発明は、第１の発明において、底部セパレータとして、底部セパレータが筒状セパレータの外径より大きい方形状としたことにより、筒状セパレータの一端部を完全に包むことが可能となり漏液や内部短絡を発生させず信頼性を高めることが可能となる。

本発明の第１７の発明は、第１の発明において、筒状セパレータとして、イオンを透過する微孔性フィルムを用いたことにより、底部セパレータと同じ部材を使用することで、取り扱いが簡素化でき生産能力の向上が可能となる。

本発明の第１８の発明においては、有底円筒状からなる電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納する第１工程と、底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入する第２工程と、電解液とゲル状の負極材を挿入する第３工程と、電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口体を載置し電池ケースの開口部をかしめ封口する第４工程からなる円筒形電池の製造方法であって、第２工程において、底部セパレータに部分切除部を成形した後、底部セパレータで筒状セパレータを外側から包むように底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入することにより、電池ケース内への装着時に底部セパレータの部分切除部によって形成される折り重なり部を設けることで、複雑な折り曲げシワの発生することがなく、負極材の容量の減少が抑制され、且つ、正極材と負極材との極間距離が近くなり内部抵抗のバラツキが抑えられ、放電特性を向上させることのできる円筒形電池の作成が容易となる。

本発明の第１９の発明は、第１８の発明において、第２工程にて帯状のセパレータを巻回して円筒状の筒状セパレータを成形し、筒状セパレータの巻終わり位置と底部セパレータの部分切除部とが重ならない位置となるように位置決めして底部セパレータで筒状セパレータを外側から包むように底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入することにより、筒状セパレータの重なり部と底部セパレータの部分切除部によって形成される折り重なり部とが重ならず、セパレータの挿入能力が向上し、負極材を効率よく収納でき、生産性の向上とコスト力の向上をさせることが可能となる。

本発明の第２０の発明は、第１８の発明において、底部セパレータとして、帯状のセパレータを４辺の長さが同一寸法になるように方形状に切断し、底部セパレータの辺の中間部の一部分を切除して部分切除部を成形することにより、底部セパレータの切り出しのロスを最小限に抑えて原材料の歩留まり向上が可能となる。

以下、本発明の円筒形電池の実施の形態であるアルカリマンガン乾電池の構成について、図を参照して説明する。

図１に示すように底面に正極端子とする外方に向けて突出形成した正極凸部６を設け、有底円筒形に形成された正極端子一体型の電池ケース１に、電池ケース１の内周面に接するように中空円筒形状に成型された正極材２が収容され、この正極材２の中空内に底部セパレータ５と筒状セパレータ３で隔てられた電解液（図示せず）とゲル状の負極材４が収容されている。

電池ケース１の開口端は絶縁ガスケット７を介して封口板８によって封口されると共にゲル状の負極材４に挿入した負極集電棒９を接続し負極端子となる封口板８が取り付けられて円筒形のアルカリマンガン乾電池１０を構成している。

例えば、図２（ａ）に示されるように底部がなく継ぎ目のない筒状セパレータ３が、筒状セパレータ３の外径より大きな方形状の底部セパレータ５上に配置する。また、底部セパレータ５の辺の中間部にはＶ字形状した部分切除部５ｃが設けられ、筒状セパレータ３の外径より外側に部分切除部５ｃが位置している。なお、底部セパレータ５の外形形状は円形でもよく、三角形や多角形でも構わない。

次に、図２（ｂ）に示すように筒状セパレータ３の下部を角部５ａと部分切除部５ｃを有した底部セパレータ５の周縁を折り曲げ、部分切除部５ｃによって形成された折り重なり部５ｅを含む立上り部５ｂで包み込み、図１に示す電池ケース１内でゲル状の負極材４と電池ケース１の底面とを内部短絡しないように隔離絶縁している。なお、図２（ｃ）に示すように底部セパレータ５の部分切除部５ｃの形状がＵ字形状や図２（ｄ）に示すように部分切除部５ｃの形状がレ字形状でもよく、図２（ｅ）に示すような部分切除部５ｃの頂点にＲ形状５ｆを備えた形状でも構わない。

また、図３（ａ）に示されるように複数回巻回して成形した円筒状の筒状セパレータ３を用いて、筒状セパレータ３を筒状セパレータ３の外径より大きな方形状の底部セパレータ５上に配置し、図３（ｂ）の平面図で示すように筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃからなる重なり部１２と底部セパレータ５が有する部分切除部５ｃが重ならない位置で位置決めし、図３（ｃ）に示すように筒状セパレータ３の下部を底部セパレータ５の周縁を折り曲げた立上り部５ｂで包み込み、負極材４と電池ケース１の底面とを内部短絡しないように隔離絶縁しても構わない。

さらに、図３（ｃ）に示すように底部セパレータ５が有する部分切除部５ｃによってできた折り重なり部５ｅが筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃからなる重なり部１２と重ならない状態で装着することで、重なり部１２と底部セパレータ５の折り重なり部５ｅとが重ならず、負極材４の容量が減少する課題を抑制することができ、両セパレータ３，５を介しての正極材２と負極材４との極間距離が近い状態で均一になり電池の内部抵抗のバラツキを抑えられる。

また、図４に示すように筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃとが同じ位置になるように複数回巻回して成形した筒状セパレータ３を用いても底部セパレータ５が有する部分切除部５ｃが筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃと重ならないことで、部分切除部５ｃからゲル状の負極材４が正極材２側へ漏液することがないので短絡も防ぐことができる。

なお、図４に示すように底部セパレータ５の有する部分切除部５ｃは、底部セパレータ５の辺の中間部５ｄにあり、底部セパレータ５と筒状セパレータ３を重ねた時の筒状セパレータ３の外径より内側に部分切除部５ｃが入り込まないように配置し、且つ、筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃを挟むように配置し、部分切除部が相対向する位置で少なくとも２箇所以上であればよい。

以下、本発明の実施の形態に関わる円筒形電池について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明は、これのみに限定されることなくマンガン乾電池やオキシライド乾電池、さらには空気亜鉛電池等でもかまわない。

まず、図１に示すように有底円筒形に形成した電池ケース１の底面には正極端子となる外方に向けて突出形成した正極凸部６が設けられ、電池ケース１内に、粉末状の正極合剤を円筒形状に圧縮成形した正極材２を電池ケース１の内周面に接した状態で挿入し収納する。円筒形電池の品種により収納する円筒形状に成形した正極材２を複数個収納し、本発明の一実施の形態においては電池ケース１内に２個の正極材２を収納する。

なお、正極材２は二酸化マンガンと黒鉛とを９０：１０の重量比で混合した混合物とアルカリ電解液とを１００：３の重量比で混合し、十分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。さらに、アルカリ電解液には４０重量％の水酸化ナトリウム水溶液を用い、フレーク状の正極合剤を粉砕して粉末状にしてふるいによって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒形に圧縮成型してペレット状の正極材２を得た。この正極材２を電池ケース１内に２個挿入した。

次に筒状セパレータ３の直径より大きい幅をもつ帯状のセパレータを幅の寸法と同じ長さの寸法に切断して方形状するのと同時に部分切除部５ｃを成形し底部セパレータ５とした。なお、底部セパレータ５は帯状のセパレータより方形状に切断後、部分切除部５ｃを成形しても構わない。

次に方形状の底部セパレータ５を電池ケース１の中心と底部セパレータ５の中心が同一になる位置に配置する。ここで方形状に切断された底部セパレータ５の角部５ａは切断時に位置決めされて、その位置決めされた状態を保持しながら電池ケース１の上に配置する。なお、底部セパレータ５は、イオンのみを透過する微孔性フィルムとして再生セルロースを用い、その両面に化学繊維からなる不織布をラミネートしており、厚みは０．０２から０．３ｍｍが好ましい。

また、筒状セパレータ３の高さ方向の寸法と同じ寸法の幅を持つ帯状のセパレータを所定の長さに切断し、巻芯を用いて円筒状に巻回して筒状セパレータ３を作製する。ここで、筒状セパレータ３の巻回する回数は円筒形電池の品種により決定され、本発明の実施の形態においては３巻きの巻回回数を有した筒状セパレータ３とした。

さらに切断する長さは図３（ａ）に示すように、３巻きすることで巻終わり位置３ｃが巻始め位置３ｂと同じ位置で巻終わる長さで切断した。なお、必要回数巻いた後に切断しても構わない。なお、筒状セパレータ３は底部セパレータ５と同様にイオンのみを透過する微孔性フィルムとして再生セルロースを用い、その両面に化学繊維からなる不織布をラミネートしている。

次に筒状セパレータ３の中心と電池ケース１および底部セパレータ５の中心が同一になる位置に配置する。ここで、筒状セパレータ３の中心と底部セパレータ５の中心とを合致させ、筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃと底部セパレータ５の部分切除部５ｃが重ならない位置で底部セパレータ５の上に配置する。

さらに、筒状セパレータ３を巻いた（詳細は後述する）巻芯を電池ケース１の開口部の方向に挿入することで、図３（ｃ）に示すように筒状セパレータ３の下部を底部セパレータ５の周縁を折り曲げた立上り部５ｂで包み込んだ状態となる。その状態のままで電池ケース１に収納した中空円筒状の正極材２の内径に密着させて装着する。

底部セパレータ５の部分切除部５ｃと筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃと重ならない状態で装着することで、装着時に底部セパレータ５の部分切除部５ｃより負極材４の流出がないので、漏液や内部短絡を発生させず信頼性を高めることができる上、筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃと底部セパレータ５の折り重なり部５ｅとが重なることで発生する負極材４の容量の減少する現象を抑制することもできる。さらに、両セパレータ３，５を介しての正極材２と負極材４との極間距離が近くなり電池内部抵抗のバラツキを抑えられる。なお、図２の底部がなく継ぎ目のない筒状セパレータ３でも構わなく、筒状セパレータ３と底部セパレータ５が装着された際に底部セパレータ５の折れ曲がりによる複雑な折り重なりができないので負極材４の容量の減少が抑制され、放電特性を向上させることが可能となる。

また、底部セパレータ５と筒部セパレータ３の中心のズレがなく挿入し装着しているため、底部セパレータ５は中心を対称にして絞られ、電池ケース１の底部が底部セパレータ５を覆う形となり、後の工程においてゲル状の負極材４を充填した時の負極材４と電池ケース１の底面との内部短絡を防ぐ。

その後、図１の構造を表示したように電解液（図示せず）を注液し、ゲル状になった負極材４を挿入した後、周縁に絶縁ガスケット７が装着され中央部に負極集電棒９を設けた負極端子となる封口板８の負極集電棒９を負極材４に挿入しながら、電池ケース１の開口部に装着して、電池ケース１の開口部を内側方向に折り曲げてかしめ封口し密閉した円筒形電池を作製する。

なお、ゲル状の負極材４はゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化ナトリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛粉末とを１：３３：６６の重量比で混合している。

以下に本発明の実施の形態に関わる円筒形電池の構成および製造方法について詳しく説明する。以下に示される構成および製造方法については、本発明を説明するために掲げた例えば外径１４ｍｍ、高さ５０ｍｍのアルカリマンガン乾電池である単３（ＬＲ６）として一例を示すものであって、本発明の円筒形電池の構造を下記のものに特定するものではない。

（実施の形態１）
図５（ａ）に示すように、底部セパレータ５は厚みが０．２ｍｍ、幅が１５ｍｍの不織布を極薄の厚みに加工した帯状セパレータ１８を幅寸法と同じ図示した点線部分の１５ｍｍの長さで切断し、同時に筒状セパレータ３の外径より内側に部分切除部がこないように部分切除部５ｃを形成して方形状の底部セパレータ５を構成した。

図５（ｂ）に示すように、前工程により二酸化マンガンからなる円筒形状の正極材２を２個収納した有底円筒状の電池ケース１の中心と底部セパレータ５の中心が合致した状態で、電池ケース１の開口部に底部セパレータ５を配置する。また、底部セパレータ５の角部５ａは位置決めをしている。

さらに、図６（ａ）に示すように厚みが０．２ｍｍ、幅が４４ｍｍの帯状セパレータ３６を図示した点線部分で８５ｍｍの長さに切断し、図６（ｂ）に示すように巻芯１６に巻きつけて３巻きからなる筒状セパレータ３を成形した。

帯状セパレータ３６の巾を筒状セパレータ３の高さと同寸法にし、さらに図示した点線部分で方形に切り出すことにより、材料ロスがなく、切り屑が発生しないので屑処理の作業工程も省略することができる。

また、図６（ｃ）で示す筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃは図６（ｂ）に示すように巻終わり位置３ｃが巻始め位置３ｂと同じ位置で巻終わる寸法で帯状セパレータ３６を切断しており、巻始め位置３ｂを決定した後、巻芯１６を自転させ、帯状セパレータ３６を巻回すると巻始め位置３ｂが決まっていることで巻終わり位置３ｃもおのずと決定する。

また、帯状セパレータ３６を巻回して筒状セパレータ３を成形する際、巻芯１６にガイドを設けることが好ましく、ローラのように自由に自転するものを帯状セパレータ３６を介して巻芯１６に押し付けて巻回を補助するものが更に好ましい。なお、必要巻数を巻き終えた後に、切断し筒状セパレータ３を成形しても構わない。

巻終わり位置３ｃの位置決めをした筒状セパレータ３を成形した後、図６（ｄ）のように筒状セパレータ３の巻終わり位置３ｃを底部セパレータ５の部分切除部５ｃが重ならないように位置決めした状態で、筒状セパレータ３を巻き付けた巻芯１６を下降させ、巻芯１６の先端面で角部５ａを位置決めしている底部セパレータ５の中央部を押しながら、電池ケース１の底面に底部セパレータ５が当接するまで挿入した。

この時、筒状セパレータ３は底部セパレータ５で包んだ状態で電池ケース１内に挿入され、電池ケース１の底面に底部セパレータ５が当接するまで挿入する。また、巻芯１６に巻回された筒状セパレータ３の巻緩みが生じないようにガイド穴を設置することが好ましく、ガイド穴の中に通しながら電池ケース１内に挿入すると巻緩みは生じない。

さらに、底部セパレータ５と巻芯１６の中心のズレが生じないことで底部セパレータ５は中心を対称にして絞られ電池ケース１の底部を覆うように装着されことにより、後の工程においてゲル状の負極材４を充填した時に電池ケース１や正極材２と短絡することを高い精度で抑制できる。

図３（ｃ）のような状態の筒状セパレータ３と底部セパレータ５を電池ケース１内に収納した後、次工程で図１で示したように電池ケース１内に電解液を注液し、ゲル状の負極材４を挿入して、電池ケース１の開口部に封口板８を装着後、電池ケース１の開口部を内側方向に折り曲げてかしめ封口し密閉した単３（ＬＲ６）のアルカリマンガン乾電池１０を作製した。

以上のように本発明は、筒状セパレータ３円筒形状に沿って折り曲げを行うことによって発生する折り曲げシワを防止する部分切除部５ｃを有した方形状の底部セパレータ５で筒状セパレータ３を外側から包むように構成し、また複数回巻回した筒状セパレータ３を用いる場合においては、筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃと部分切除部５ｃを有する方形状の底部セパレータ５の部分切除部５ｃとが重ならない位置に位置決めして、底部セパレータ５で筒状セパレータ３を包み込む構成にすることで、筒状セパレータ３と底部セパレータ５が装着された際に底部セパレータ５の部分切除部５ｃにより、立上り部５ｂに折れ曲がった複雑な折り重なりにならず、底部セパレータ５の部分切除部５ｃからなる折れ曲がった折り重なり部５ｅが筒状セパレータ３の巻始め位置３ｂと巻終わり位置３ｃとが重ならないことで、共に高い精度で底部セパレータ５の挿入を実現ができ、漏液や内部短絡を発生させずに大容量で信頼性の高い円筒形電池の供給安定化、安全性の安定化を実現する。

本発明によれば、筒状セパレータの円筒形状に沿って折り曲げを行うことによって発生する折り曲げシワを防止する部分切除部を有した方形状の底部セパレータで筒状セパレータを外側から包むように構成したことにより、底部セパレータの折れ曲がった複雑な折り重なりによる負極材の容量の減少を抑制でき、且つ、あらかじめ底部セパレータの折れ曲がった折り重なり部の位置が決まることで正極材と負極材との極間距離が近くなり、内部抵抗のバラツキの抑制および放電特性が向上される。また、底部セパレータの部分切除部と筒状セパレータの巻始め位置と巻終わり位置とが重ならない状態で装着することで、装着時に底部セパレータの部分切除部より負極材の流出がないので、漏液や内部短絡を発生させず信頼性を高めることができ、大容量で高品質な信頼性の高い円筒形電池を得ることが可能となり、強負荷放電性能を必要とされる携帯型情報機器やデジタルカメラなどの大電流放電機器の電源として有用である。

本発明の実施の形態における円筒形電池の半断面正面図 （ａ）本発明の実施の形態における底部セパレータと底部がなく継ぎ目のない筒状セパレータの模式図、（ｂ）同底部セパレータで底部がなく継ぎ目のない筒状セパレータを包み込んだ状態を示す模式図、（ｃ）同底部セパレータに設けた部分切除部の形状がＵ字形状である模式図、（ｄ）同底部セパレータに設けた部分切除部の形状がレ字形状である模式図、（ｅ）同底部セパレータに設けた部分切除部の頂点にＲ形状を備えた模式図 （ａ）本発明の実施の形態における底部セパレータと複数回巻回した筒状セパレータの模式図、（ｂ）同底部セパレータと複数回巻回した筒状セパレータの平面図、（ｃ）同底部セパレータで複数回巻回した筒状セパレータを包み込んだ状態を示す模式図 本発明の実施の形態における底部セパレータと巻始め位置と巻終わり位置同じ位置になるように複数回巻回した筒状セパレータの平面図 （ａ）同底部セパレータの形状に成形する前の帯状セパレータの模式図、（ｂ）底部セパレータを挿入する前の模式図 （ａ）同筒状セパレータに成形する前の帯状セパレータの模式図、（ｂ）同筒状セパレータを成形する前の状態を示す模式図、（ｃ）同筒状セパレータを成形した状態を示す模式図、（ｄ）同筒状セパレータと底部セパレータを挿入する前の状態を示す模式図 従来例における円筒形電池の半断面正面図 （ａ）従来例における筒状セパレータの巻付け状態を示す模式図、（ｂ）同底部セパレータと筒状セパレータの挿入時の状態を示す模式図、（ｃ）同底部セパレータと筒状セパレータの装着時の模式図 従来例における底部セパレータで筒状セパレータを包み込んだ状態を示す模式図

符号の説明

１ 電池ケース
２ 正極材
３ 筒状セパレータ
３ｂ 巻始め位置
３ｃ 巻終わり位置
４ 負極材
５ 底部セパレータ
５ａ 角部
５ｂ 立上り部
５ｃ 部分切除部
５ｄ 辺の中間部
５ｅ 折り重なり部
５ｆ Ｒ形状
６ 正極凸部
７ 絶縁ガスケット
８ 封口板
９ 負極集電棒
１０ アルカリマンガン乾電池
１２ 重なり部
１６ 巻芯
１８ 帯状セパレータ
３６ 帯状セパレータ

Claims (20)

1. 正極材と、負極材と、この正極材と負極材と間に介在した筒状セパレータと前記筒状セパレータの端部を包み込む底部セパレータとを円筒状からなる電池ケース内に収納した円筒形電池において、前記底部セパレータは前記筒状セパレータの円筒形状に沿って折り曲げた際に発生する折り曲げシワを防止する部分切除部を有し、前記筒状セパレータを外側から包むように構成したことを特徴とする円筒形電池。
2. 前記底部セパレータの形状を方形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
3. 前記部分切除部が相対向する位置で少なくとも２箇所以上有したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
4. 前記部分切除部と円筒状に巻回して構成した筒状セパレータの巻終わり位置が重ならないように構成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
5. 前記筒状セパレータの巻終わり位置と巻始め位置とが重なって形成される部分と前記筒状セパレータの円筒形状に沿って包むよう折り曲げた底部セパレータの部分切除部の折り重なり部が重ならないように構成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
6. 前記筒状セパレータの巻始め位置と巻終わり位置とが同じ位置になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
7. 前記部分切除部が、前記底部セパレータと筒状セパレータを重ねた時の前記筒状セパレータの外径より外側に位置するように配置したことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
8. 前記部分切除部の形状をＶ字形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
9. 前記部分切除部の形状をレ字形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
10. 前記部分切除部の頂点にＲ形状を備えたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の円筒形電池。
11. 前記部分切除部の形状をＵ字形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
12. 底部セパレータの辺の中間部に部分切除部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の円筒形電池。
13. 前記部分切除部を、筒状セパレータの巻終わり位置を挟むように配置したことを特徴とする請求項４に記載の円筒形電池。
14. 正極材として、二酸化マンガンからなり中空円筒状に成型した正極合剤を用いたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
15. 底部セパレータとして、イオンを透過する微孔性フィルムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
16. 底部セパレータとして、前記底部セパレータが筒状セパレータの外径より大きい方形状としたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
17. 筒状セパレータとして、イオンを透過する微孔性フィルムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形電池。
18. 有底円筒状からなる電池ケース内に円筒状に成形した正極材を収納する第１工程と、底部セパレータと円筒状の筒状セパレータを挿入する第２工程と、電解液とゲル状の負極材を挿入する第３工程と、前記電池ケースの開口部を負極集電棒を具備した封口体を配置し前記電池ケースの開口部をかしめ封口する第４工程からなる円筒形電池の製造方法であって、前記第２工程において、前記底部セパレータに部分切除部を成形した後、前記底部セパレータで前記筒状セパレータを外側から包むように前記底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入することを特徴とする円筒形電池の製造方法。
19. 前記第２工程において、帯状のセパレータを巻回して円筒状の筒状セパレータを成形し、前記筒状セパレータの巻終わり位置と前記底部セパレータの部分切除部とが重ならない位置となるように位置決めして前記底部セパレータで前記筒状セパレータを外側から包むように、前記底部セパレータと筒状セパレータを同時に挿入することを特徴とする請求項１８に記載の円筒形電池の製造方法。
20. 底部セパレータとして、帯状のセパレータを４辺の長さが同一寸法になるように方形状に切断し、前記底部セパレータの辺の中間部の一部分を切除して部分切除部を成形することを特徴とする請求項１８に記載の円筒形電池の製造方法。

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