明 細 書 電池ケース用表面処理鋼板、 それを用いた電池ケース、 そのケースを用いた電池 技術分野 Description Surface treated steel sheet for battery case, battery case using the same, battery using the case Technical field
本発明は、 電池ケース用表面処理鋼板に関し、 中でもアルカリ · マンガン電池 等の一次電池のケースに用いられる表面処理鋼板に関し、 さらに該表面処理鋼板 を用いた電池ケース及び電池に関する。 背景技術 The present invention relates to a surface-treated steel sheet for a battery case, particularly to a surface-treated steel sheet used for a case of a primary battery such as an alkaline manganese battery, and further relates to a battery case and a battery using the surface-treated steel sheet. Background art
近年の携帯用家電製品の性能向上は著しく、 そのためにこれらの機器に使用さ れる電池は、 ますます高度かつ高性能品が要求されるようになってきている。 上 記の電池ケースに使用される鋼板としては、 従来、 ニッケルめっき鋼板をプレス 成形したり、 冷間圧延鋼板をプレス成形した後に鋼板面に密着し易いニッケルめ つきする方法が用いられる場合が多かった。 In recent years, the performance of portable home appliances has been remarkably improved, and as a result, batteries used in these devices have been required to have increasingly sophisticated and high-performance products. Conventionally, as the steel sheet used for the above battery case, a method of press-forming a nickel-plated steel sheet or press-forming a cold-rolled steel sheet and then attaching nickel, which easily adheres to the steel sheet surface, is often used. Was.
その後、 電池性能をさらに高めるために、 ケース内面と正極合剤との密着性を After that, in order to further improve the battery performance, the adhesion between the inner surface of the case and the positive electrode mixture was
I 向上させると同時に、 ケース内面の表面積を大きくすることを目的として、 ニッ ケルーリン合金又は二ッケルー錫合金等のめっき層を形成させた後に種々の方法 で内部抵抗を低減する方法が提案されている。 I In order to increase the surface area of the inner surface of the case at the same time as improving it, various methods have been proposed to reduce the internal resistance by forming a plating layer of nickel-lurin alloy or nickel-tin alloy, etc. .
しかし、 ニッケルー錫合金層は内部抵抗の低減においては優れているものの、 箱型焼鈍法による熱処理により、 ニッケル一鉄合金あるいはニッケル一錫合金を 形成する際には、 鋼板同士が密着してしまうという問題点があった。 発明の開示 However, although the nickel-tin alloy layer is excellent in reducing the internal resistance, when the nickel-iron alloy or the nickel-tin alloy is formed by the heat treatment using the box-type annealing method, the steel sheets adhere to each other. There was a problem. Disclosure of the invention
本発明は、 ビスマス金属が、 耐アルカリ性に優れているために、 長時間にわた つてアル力リ溶液と接触してもめっき層成分がアル力リ溶液中に溶出することが
ないという点と、 ビスマス金属の酸化物が、 下層にある錫の表層への拡散を抑制 するという点に着目してなされたものである。 According to the present invention, since the bismuth metal has excellent alkali resistance, even if the bismuth metal is in contact with the alkaline solution for a long time, the plating layer components can be eluted into the alkaline solution. The focus was on the lack of such a material and the fact that bismuth metal oxide suppresses the diffusion of the underlying tin into the surface layer.
本発明は、 ビスマス金属のこのような性質を利用して、 ビスマスを含有する金 属を電池ケース内面に使用することによって、 放電特性が長時間劣化しない電池 5: を提供しょうというものである。 更に、 外観むらのない表面処理鋼板を提供しよ うとするものである。 The present invention intends to provide a battery 5: whose discharge characteristics are not deteriorated for a long time by using such a property of bismuth metal and using a metal containing bismuth on the inner surface of the battery case. Furthermore, it is intended to provide a surface-treated steel sheet having no uneven appearance.
本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 少なくとも片面の最表層に、 ビスマス 層が形成されていることを特徴とする。 The surface-treated steel sheet for a battery case of the present invention is characterized in that a bismuth layer is formed on at least the outermost layer on one side.
本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 少なくとも片面の最表層に、 ニッケル | 0 一ビスマス合金層が形成されていることを特徴とする。 The surface treated steel sheet for a battery case according to the present invention is characterized in that a nickel | 0-bismuth alloy layer is formed on at least one outermost layer.
これらの場合、 ビスマス層又はニッケルービスマス合金層が電解めつきによつ て形成されていることが望ましい。 In these cases, it is desirable that the bismuth layer or the nickel-bismuth alloy layer is formed by electroplating.
本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 少なくとも片面に、 下層としてニッケ ル層が形成され、 上層としてビスマス層が形成されていることを特徴とする。 本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 少なくとも片面に、 下層としてニッケ ル層が形成され、 中間層として錫層が形成され、 上層としてビスマス層が形成さ れていることを特徴とする。 The surface-treated steel sheet for a battery case of the present invention is characterized in that a nickel layer is formed as a lower layer and a bismuth layer is formed as an upper layer on at least one surface. The surface treated steel sheet for a battery case of the present invention is characterized in that a nickel layer is formed as a lower layer, a tin layer is formed as an intermediate layer, and a bismuth layer is formed as an upper layer on at least one surface.
本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 少なくとも片面に、 下層として鉄一二 ッケル拡散層が形成され、 中間層としてニッケル層が形成され、 上層にビスマス 0 層が形成されていることを特徴とする。 The surface-treated steel sheet for a battery case according to the present invention is characterized in that at least one surface has an iron-nickel diffusion layer formed as a lower layer, a nickel layer formed as an intermediate layer, and a bismuth 0 layer formed as an upper layer. I do.
これらのニッケル層は、 無光沢ニッケルめっき層、 半光沢ニッケルめっき層又 は光沢二ッケルめっき層であることが望ましい。 These nickel layers are preferably a matte nickel plating layer, a semi-bright nickel plating layer, or a bright nickel plating layer.
本発明の電池ケースは、 電池ケースの少なくとも片面の最表層に、 ビスマス層 が形成されていることを特徴とする。 この場合、 ビスマス層が電解めつきによつ て形成されていることが望ましい。 The battery case of the present invention is characterized in that a bismuth layer is formed on at least one outermost layer of the battery case. In this case, it is desirable that the bismuth layer is formed by electroplating.
本発明の電池ケースは、 電池ケースの少なくとも片面の最表層に、 ニッケル一
ビスマス合金層が形成されていることを特徴とする。 この場合、 ニッケル一ビス マス合金層が電解めつきによって形成されていることが望ましい。 The battery case of the present invention has a nickel layer on at least one outermost layer of the battery case. A bismuth alloy layer is formed. In this case, it is desirable that the nickel-bismuth alloy layer is formed by electrolytic plating.
本発明の電池ケースは、 電池ケースの少なくとも片面に、 下層としてニッケル 層が形成され、 上層としてビスマス層が形成されていることを特徴とする。 本発明の電池ケースは、 電池ケースの少なくとも片面に、 下層としてニッケル 層が形成され、 中間層として錫層が形成され、 上層としてビスマス層が形成され ていることを特徴とする。 The battery case of the present invention is characterized in that a nickel layer is formed as a lower layer and a bismuth layer is formed as an upper layer on at least one surface of the battery case. The battery case of the present invention is characterized in that a nickel layer is formed as a lower layer, a tin layer is formed as an intermediate layer, and a bismuth layer is formed as an upper layer on at least one surface of the battery case.
本発明の電池ケースは、 電池ケースの内側となる面に、 下層として鉄一二ッケ ル拡散層が形成され、 中間層としてニッケル層が形成され、 上層にビスマス層が 形成されていることを特徴とする。 この場合、 ニッケル層が、 無光沢ニッケルめ つき層、 半光沢二ッケルめっき層又は光沢二ッケルめっき層であることが望まし い。 The battery case of the present invention has a structure in which a 12-iron diffusion layer is formed as a lower layer, a nickel layer is formed as an intermediate layer, and a bismuth layer is formed as an upper layer on a surface inside the battery case. Features. In this case, it is desirable that the nickel layer is a matte nickel plating layer, a semi-bright nickel plating layer, or a bright nickel plating layer.
本発明の電池は、 上記の電池ケースを用いたことを特徴とする。 発明を実施するための最良の形態 The battery of the present invention is characterized by using the above battery case. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
ビスマス層が、 錫層上にあることにより、 箱型焼鈍法による熱処理時の板同士 の密着あるいは、 錫が反対めつき面へ付着することを抑制できて表面処理鋼板の 外観がむらがなくなり、 品質に優れ、 かつ性能の優れた電池を提供することが可 能になる。 以下、 本発明を詳細に説明する。 Since the bismuth layer is on the tin layer, it is possible to prevent the sheets from sticking to each other during the heat treatment by the box-type annealing method or to prevent tin from adhering to the opposing surface, so that the appearance of the surface-treated steel sheet is not uneven, It is possible to provide batteries with excellent quality and performance. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
( 1 ) 鋼板 (1) Steel plate
本発明の表面処理鋼板を製造する場合には、 まず基板となる軟鋼板を用意す る。 軟鋼板の素材としては、 冷延低炭素 A 1キルド鋼、 炭素分 0 . 0 0 3 %以下 の極低炭素鋼, さらにニオブ. ボロン. チタンを添加した非時効性極低炭素鋼等 が好ましく使用される。 これらの軟鋼板を使用する理由は、 この後の処理操作に おいて缶を製造するためのしごき成形処理を容易に行うためである。 使用する軟 鋼板の厚さは、 0 . 1 O mm〜0 . 4 0 mm程度が好ましい。 その後の D I加工
法. D T R加工法による缶成形処理を容易にするためである。 When manufacturing the surface-treated steel sheet of the present invention, first, a mild steel sheet serving as a substrate is prepared. Preferred materials for the mild steel sheet include cold-rolled low-carbon A1 killed steel, ultra-low carbon steel with a carbon content of 0.003% or less, and non-aging ultra-low carbon steel to which niobium, boron, and titanium are added. used. The reason for using these mild steel sheets is to facilitate the ironing process for manufacturing cans in the subsequent processing operation. The thickness of the mild steel sheet used is preferably about 0.1 O mm to 0.40 mm. Subsequent DI processing Method. This is to facilitate the can forming process by the DTR processing method.
( 2 ) 表面処理 (2) Surface treatment
①ニッケルめつき ① Nickel plating
ニッケルめっきの方法としては、 従来公知の無電解めつき、 電解めつきのいず ζ れの方法でも使用できる。 電解めつきを用いる場合のめっき浴としては公知のヮ ッ ト浴、 スルファミン酸浴、 ホウフッ化物浴等があるが、 いずれのめっき浴も使 用することができる。 また、 基板上に析出させるニッケルめっきの種類は、 無光 沢めつき、 半光沢めつき、 光沢めつきのいずれでも良い。 ニッケルめっきの厚さ は 1〜 1 0 m程度が好ましい。 As the nickel plating method, any of the conventionally known methods of electroless plating and electrolytic plating can be used. Known plating baths, sulfamic acid baths, borofluoride baths, and the like can be used as plating baths when electrolytic plating is used, and any plating bath can be used. Further, the type of nickel plating deposited on the substrate may be any of non-luminous, semi-glossy, and glossy plating. The thickness of the nickel plating is preferably about 1 to 10 m.
0 ②錫めっき 0 ② Tin plating
錫めつきの方法としては、 公知の電解めつき方法が適用できる。 この場合のめ つき浴としては、 公知のフエロスタン浴、 硫酸浴、 塩化浴等があるが、 いずれの めっき浴も使用することができる。 錫めつきの厚みは 0 . 1〜 1 0〃m程度が好 ましい。 As a method for tin plating, a known electrolytic plating method can be applied. The plating bath in this case includes a well-known ferrostan bath, a sulfuric acid bath, a chloride bath and the like, and any plating bath can be used. The thickness of the tin plating is preferably about 0.1 to 10 m.
| 5" ③ビスマスめつき | 5 "③ bismuth plating
ビスマスめつきの方法としては、 過塩素酸浴、 ピロリン酸浴、 クェン酸浴、 メ 夕スルホン酸浴、 塩化物浴等の公知のいずれのめっき浴でも適用できる。 それら のいずれの浴も、 基本組成は本発明の目的達成に適合している。 一般に、 有機物 を配合するめつき浴は厳密な浴管理が必要である場合が多く、 高価になりやすい 0 という問題点があるが、 本発明の表面処理鋼板のように、 きわめて薄いめっき層 を被覆する限り、 上記のような欠点はあまり問題にはならない。 As a bismuth plating method, any known plating bath such as a perchloric acid bath, a pyrophosphoric acid bath, a citric acid bath, a maleic sulfonic acid bath, and a chloride bath can be applied. In each of these baths, the basic composition is compatible with achieving the objectives of the present invention. In general, immersion baths containing organic substances often require strict bath management, and are liable to be expensive.However, such coating baths have a very thin plating layer like the surface-treated steel sheet of the present invention. As long as the above drawbacks are not so problematic.
ただし、 塩化物浴を用いる場合は、 塩化ビスマス : 8 0〜 1 2 0 g / L、 塩化 ナトリウム : 1 5〜2 0 g Z L、 塩酸:約 2 0 0 m l Z Lのみの配合で、 浴組成 は簡単であるが、 陰極を 1 0 . 5秒使用した後に陽極を 5秒使用するというようS な極性サイクルを設ける必要がある。 また、 基板上にすでにニッケルストライク めっきがされている場合には、 塩化物浴に被めつき体を浸潰したときに、 ニッケ
ルめっきが溶解されてしまうので、 陽極サイクル時に被めつき体を浴に浸漬しな ければならないという複雑な工程を必要とする。 However, when using a chloride bath, the composition of bismuth chloride: 80 to 120 g / L, sodium chloride: 15 to 20 g ZL, hydrochloric acid: approx. Although simple, it is necessary to provide an S polarity cycle, such as using the cathode for 10.5 seconds and then using the anode for 5 seconds. Also, if the substrate is already nickel strike plated, when the body is immersed in a chloride bath, This requires a complicated process in which the plating must be immersed in the bath during the anodic cycle because the plating will be dissolved.
また、 メタスルホン酸浴を用いる場合は、 メタスルホン酸に酸化ビスマスを溶 解して最終的に B i 3 +が 2 0 g Z Lでかつ遊離酸濃度として 2規定となるように したものを基本浴組成として使用し、 さらに分散剤や光沢剤を選択的に使用す る。 If a metasulfonic acid bath is used, the basic bath composition is prepared by dissolving bismuth oxide in metasulfonic acid so that the final concentration of Bi 3 + is 20 g ZL and the free acid concentration is 2 N. And a selective use of dispersants and brighteners.
分散剤としては、 例えば、 ポリエチレングリコールノニルフエニルエーテルを 用いることが好ましい。 また、 光沢剤としては、 ァミンアルデヒ ド系の 2 0 %溶 液を使用することが好ましい。 光沢剤を使用する理由は、 光沢剤が存在しないと めっき面が粉末状になってしまうためである。 光沢剤の添加によって、 陰極電位 が水素発生電位までシフ 卜する傾向があり、 めっき面の結晶組織が微細化し綺麗 になるという効果があるからである。 As the dispersant, for example, it is preferable to use polyethylene glycol nonylphenyl ether. It is preferable to use a 20% solution of an amine aldehyde as a brightener. The reason for using a brightener is that the plating surface becomes powdery if no brightener is present. This is because the addition of the brightener tends to shift the cathode potential to the hydrogen generation potential, and has the effect of making the crystal structure of the plated surface finer and more beautiful.
上記のような最適効果を得るためには、 分散剤 1重量部に対して、 光沢剤を 1 〜1 . 5容量部の配合組成とする必要があり、 光沢剤又は分散剤を単独使用して もかかる効果は得られ難い。 In order to obtain the above-mentioned optimum effect, the blending composition of the brightener must be 1 to 1.5 parts by volume with respect to 1 part by weight of the dispersant. However, such an effect is hardly obtained.
この浴の使用温度は 2 0〜2 5 °Cで、 電流密度は 2〜5 A Z d m 2 の範囲で行 うことが好ましい。 The bath is preferably used at a temperature of 20 to 25 ° C. and a current density of 2 to 5 AZ dm 2 .
このめつき浴を使用した場合のビスマスめつき量は通常、 0 . 5 g Zm 2 以上 あれば好ましいが、 ビスマスは高価なため、 0 . 5〜1 . O g Zm 2 の範囲であ れば良い。 また、 めっき層の厚さはめつき時間で調整することができる。 Bismuth plated volume, when using this plated bath is usually, 0. 5 g Zm 2 is preferred if more, because bismuth expensive, 0. 5~1. O g Zm 2 ranging der lever good. Also, the thickness of the plating layer can be adjusted by the plating time.
鋼板上へのビスマスめつき層形成は鋼板両面にニッケルめっき後、 あるいは二 ッケルめっき後の錫めつきを行った後に、 片面あるいは、 両面にビスマスめつき をする方法で行う。 The formation of a bismuth plating layer on a steel sheet is performed by plating nickel on both sides of the steel sheet or tin plating after nickel plating, and then plating the bismuth on one or both sides.
④ニッケル一ビスマス合金めつき つ き Nickel-bismuth alloy plating
" 上記ビスマスめつきの替わりに、 ニッケル一ビスマス合金めつきを行っても良 い。 めっき浴としては、 硫酸浴が使え、 例えば硫酸ニッケル、 硫酸ビスマス、 E
DTA_ 2N aを含んだものを用いても良い。 めっき量は、 ビスマスとして通 常、 0. 5 gZm2 以上あれば好ましいが、 ビスマスは高価なため、 0. 5〜 1. 0 gZm2 の範囲であれば良い。 "Instead of the above-mentioned bismuth plating, nickel-bismuth alloy plating may be performed. As a plating bath, a sulfuric acid bath can be used. For example, nickel sulfate, bismuth sulfate, E A material containing DTA_2Na may be used. Usually, the plating amount is preferably 0.5 gZm 2 or more as bismuth, but since bismuth is expensive, it may be in the range of 0.5 to 1.0 gZm 2 .
鋼板のニッケル一ビスマス層の形成は、 鋼板両面にニッケルめっき後、 あるい " はニッケルめっき、 錫めつきを行った後に、 片面あるいは、 両面にニッケルービ スマス合金めつきをする方法で行う。 The nickel-bismuth layer of the steel sheet is formed by nickel plating on both sides of the steel sheet, or nickel plating and tin plating, and then nickel-bismuth alloy plating on one or both sides.
(3) 拡散層の形成 (3) Diffusion layer formation
前記ビスマスめつきあるいはニッケル一ビスマス合金めつきを行った後、 ニッ ケル一鉄合金層あるいはニッケル一錫合金層を形成するために、 熱処理による拡 散処理を行う。 After performing the bismuth plating or the nickel-bismuth alloy plating, a diffusion treatment by a heat treatment is performed to form a nickel-iron alloy layer or a nickel-tin alloy layer.
熱処理は、 非酸化性又は還元性保護ガス下で行うことが合金層表面に酸化膜形 成を防止する点で好ましい。 非酸化性のガスとしては、 いわゆる不活性ガスであ る窒素、 アルゴン、 ネオンなどが使用され、 一方、 還元性ガスとしては水素、 ァ ンモニァガスなどが好適に使用される。 The heat treatment is preferably performed under a non-oxidizing or reducing protective gas from the viewpoint of preventing formation of an oxide film on the surface of the alloy layer. As the non-oxidizing gas, a so-called inert gas such as nitrogen, argon, or neon is used. On the other hand, as the reducing gas, hydrogen, ammonia gas, or the like is suitably used.
熱処理方法としては、 箱型焼鈍法と連続焼鈍法があるがいずれの方法によって もよい。 熱処理温度は 450〜 600°Cの範囲が好ましく、 また処理時間は 30 秒から 1 0時間程度が好ましいが、 熱処理条件は鋼板の種類によっても影響を受 ける。 例えば、 含有炭素含有量が 0. 003 w t %以下の極低炭素鋼を基板とし て使用する場合には、 鋼素地の再結晶温度が高いために高温、 短時間とすること が好ましい。 As the heat treatment method, there are a box-type annealing method and a continuous annealing method, and any of these methods may be used. The heat treatment temperature is preferably in the range of 450 to 600 ° C, and the treatment time is preferably about 30 seconds to 10 hours. However, heat treatment conditions are also affected by the type of steel sheet. For example, when a very low carbon steel having a carbon content of 0.003 wt% or less is used as a substrate, the temperature is preferably set to a high temperature for a short time because the recrystallization temperature of the steel base is high.
(4) 電池ケースの形成 (4) Battery case formation
本発明の電池ケースは、 絞り成形法、 D I (d r aw i n g a n d i r o n i n g 成形法、 DTR (.d r aw i n g t h i n a n d r e d r a w) 成形法などを用いることが好ましいが、 他の成形法を用いることもできる。 For the battery case of the present invention, it is preferable to use a drawing method, a D I (d r aw i n g a d n i r o n i n g m molding method, a DTR (.d r aw i n g t h i n a n d r e d r aw) molding method, but other molding methods can also be used.
D I成形法による場合は、 まず薄肉の表面処理鋼板であって、 その径が電池ケー ス外径よりわずかに大きく、 かつ浅い絞り力ップをプレス成形して用意する。
このカップを、 しごき絞り径が順次小さくなるように同軸上に多段配置された複 数個のしごきダイスへ供給し、 先端にアールが施されているパンチで加圧して、 くびれを生じないようにして連続的に通過させる。 In the case of the DI forming method, first, a thin-walled surface-treated steel sheet whose diameter is slightly larger than the outer diameter of the battery case and which has a shallow drawing force is prepared by press forming. This cup is supplied to a plurality of ironing dies arranged coaxially in multiple stages so that the ironing aperture diameter is gradually reduced, and is pressed by a punch with a rounded tip to prevent necking. Through it continuously.
D T R成形法による場合も、 上記の D I成形法と同様に浅い絞り力ップを用意 In the case of the DTR molding method, a shallow drawing force is prepared as in the case of the DI molding method described above.
^ しておいて、 このカップを再絞り成形し、 最初の浅い絞りカップより小径でかつ 高さの高い再絞りカップに順次成形していく。 即ち、 再絞り成形法においては、 力ップはカツプ内に挿入されたリング状の押さえ部材とその下部の再絞りダイス で保持されており、 再絞りポンチがダイスと同軸上に押さえ部材内を往復運動で きるように配置されていて、 径の異なる再絞りポンチを用いて順次径の小さい力^ Then, this cup is redrawn and then formed into a redrawn cup that is smaller in diameter and higher in height than the first shallow drawn cup. In other words, in the redrawing method, the nip is held by a ring-shaped holding member inserted into the cup and a redrawing die below the holding member, and the redrawing punch is held coaxially with the die in the holding member. It is arranged so as to be able to reciprocate, and a force of successively smaller diameter is used by using a redrawing punch of different diameter.
I C ップに成形し最終的に電池ケースとする。 It is molded into an IC cup and finally a battery case.
( 5 ) 乾電池の作製 (5) Dry battery fabrication
前記の電池ケースを用いて乾電池を作製する。 その一例としてアルカリ ' マン ガン乾電池を作製した。 アルカリ · マンガン乾電池に用いる正極合剤としては、 二酸化マンガン、 炭素粉及びアル力リ水溶液を混合したものを用いる。 A dry battery is manufactured using the battery case. As an example, an alkaline manganese dry cell was manufactured. As the positive electrode mixture used for the alkaline manganese dry battery, a mixture of manganese dioxide, carbon powder, and an aqueous solution of Arikari is used.
5 このうち、 二酸化マンガンは酸化成分の源であるから高活性度と高純度のもの を用いることが好ましい。 そのため、 M n〇2 が 9 1 %以上の電解二酸化マンガ ンを使用することが好ましい。 5 Of these, manganese dioxide is a source of oxidizing components, so it is preferable to use one with high activity and high purity. Therefore, it is preferable that M N_〇 2 uses 9 1% or more electrolytic dioxide manganese.
また、 炭素粉は、 高純度かつ化学的に安定していること、 導電性、 合剤成形性 及び保液性が良好であることが望ましい。 これらの要求を満たす炭素粉としてC は、 例えばアセチレンブラック、 各種のカーボンブラック変性品、 黒鉛化カーボ ンブラック、 合成黒鉛粉などがあげられる。 In addition, it is desirable that the carbon powder has high purity and is chemically stable, and has good conductivity, mixability, and liquid retention. Examples of carbon powder satisfying these requirements include acetylene black, various types of modified carbon black, graphitized carbon black, and synthetic graphite powder.
前記した二酸化マンガンと炭素粉とが、 重量比で 5 : 1〜 1 0 : 1の割合にな るように混合し、 これにアル力リ水溶液である水酸化力リゥム水溶液を添加し て、 適当な方法で混練して正極合剤とする。 The above-mentioned manganese dioxide and carbon powder are mixed in a weight ratio of 5: 1 to 10: 1, and an aqueous solution of hydroxylating water, which is an aqueous solution of water, is added thereto. By a suitable method to obtain a positive electrode mixture.
一方、 電池ケースと正極合剤との間の導電性を良好にするために、 黒鉛粉、 熱 硬化性樹脂、 メチルェチルケトン等の有機溶剤の混合物を電池ケース内面に、 ス
プレー等の手段であらかじめ塗布し、 乾燥しておくことが好ましい。 次に、 先に 混練して作製した正極合剤を金型を用いて加圧成形してドーナツ形状のペレツ ト とし、 電池ケース内部に圧入する。 On the other hand, in order to improve the conductivity between the battery case and the positive electrode mixture, a mixture of graphite powder, a thermosetting resin, and an organic solvent such as methyl ethyl ketone is applied to the inner surface of the battery case. It is preferable to apply in advance by means of play or the like and dry it. Next, the positive electrode mixture prepared by kneading is press-formed using a mold to form a donut-shaped pellet, which is pressed into the battery case.
また、 負極集電棒をスポッ ト溶接した負極板を電池ケースに装着し、 電池ケー ζ ス開口端の下部の所定位置をネックイン加工して負極板を固定する。 Further, the negative electrode plate having the negative electrode current collector rod spot-welded is mounted on the battery case, and a predetermined position below the opening end of the battery case is neck-in processed to fix the negative electrode plate.
電池内に装着使用するセパレータは、 負極活物質及び生成物と正極活物質の粒 子の相互移動を防止し、 負極生成物をセパレータ内に生成させないようにして電 池の内部短絡、 自己放電を防止することを目的とするもので、 耐アルカリ性を有 する繊維質若しくは不織布が使用される。 セパレータの材質としては、 例えば、 10 ビニロン、 ポリオレフイ ン、 ポリアミ ド等の合成樹脂品又は αセルロース成分含 有量が 98%以上のリンタ一パルプ、 マーセル化木材パルプあるいは再生セル口 ース等が使用される。 The separator installed in the battery prevents the negative electrode active material and the product and the particles of the positive electrode active material from reciprocally moving, and prevents the negative electrode product from being generated in the separator to prevent internal short-circuiting and self-discharge of the battery. It is intended to prevent the occurrence, and a fibrous or non-woven fabric having alkali resistance is used. Examples of the material used for the separator include synthetic resin products such as 10-vinylon, polyolefin, and polyamide, linter pulp containing at least 98% of α-cellulose, mercerized wood pulp, and recycled cell mouth. Is done.
これらの繊維質セパレータを電池ケースに圧入した正極合剤ペレツ ト内周に沿 つて挿入し、 亜鉛粒と酸化亜鉛を飽和させた水酸化力リゥムからなる負極ゲルを \5 電池ケース内に挿入する。 この場合に使用する亜船粒としては、 中心径が 200 m前後のアトマイズ粉末が好ましく、 またゲル材としてはでんぷん、 セルロー ス誘導体、 ポリアクリ レート等を用いることができる。 この後さらに負極体に絶 縁体のガスケッ トを装着し、 これを電池ケース内に挿入した後、 かしめ加工して アルカリ · マンガン乾電池とする。 以下、 本発明を実施例に基づいてさらに詳し Z0 く説明する。 Insert these fibrous separators along the inner periphery of the positive electrode mixture pellet pressed into the battery case, and insert the negative electrode gel consisting of zinc oxide and zinc oxide-saturated hydroxide rim into the battery case. . Atomized powder having a center diameter of about 200 m is preferable as the sub-hulls used in this case, and starch, cellulose derivative, polyacrylate, etc. can be used as the gel material. Thereafter, an insulator gasket is further attached to the negative electrode body, inserted into a battery case, and caulked to obtain an alkaline manganese dry battery. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
〔実施例 1〜6〕 (Examples 1 to 6)
板厚 0. 25mmの、 焼鈍、 調質圧延済みの冷間圧延鋼板であって、 C : 0. 03w t %、 Mn : 0. 2 1 w t %、 S i : 0. 0 1 w t %、 P : 0. 0 1 w t %、 S : 0. 06w t %、 A l : 0. 035w t %、 N : 0. 0024w t %の 成分を有する鋼板をめつき原板として使用した。 この鋼板を N a OHを 30 gZ L溶解した 70°Cの水溶液に浸漬し、 5AZdm2 の電流密度で 1 0秒間処理し
てアルカリ電解脱脂した。 アルカリ脱脂後、 硫酸水溶液 (濃度: 50gZL) に 15秒間浸漬して、 酸洗中和し、 次いでこの鋼板を、ポリプロピレン製バッグを装 着したニッケルペレッ トを陽極として、 空気攪拌しつつ、 下記条件で無光沢ニッ ケルめっきを施した。 両面に無光沢ニッケルめっきを施した例を実施例 1と 2に 示す。 An annealed, temper-rolled cold-rolled steel sheet with a thickness of 0.25 mm, C: 0.03 wt%, Mn: 0.21 wt%, Si: 0.01 wt%, P : 0.01 wt%, S: 0.06 wt%, Al: 0.035 wt%, N: 0.0024 wt%. The steel sheet was immersed in an aqueous solution of N a OH a 30 gZ L dissolved 70 ° C, and treated 1 0 seconds at a current density of 5AZdm 2 And alkaline electrolytic degreasing. After alkaline degreasing, the steel plate was immersed in a sulfuric acid aqueous solution (concentration: 50 g ZL) for 15 seconds to neutralize it by pickling, and then the steel sheet was air-agitated using a nickel pellet fitted with a polypropylene bag as the anode and under the following conditions. To give a matte nickel plating. Examples 1 and 2 show examples of matte nickel plating on both surfaces.
また、 下記の無光沢ニッケルめっき浴に、 光沢剤としてサッカリンを添加し て、 両面に光沢二ッケルめっきを施した例を実施例 3と 4に示す。 Examples 3 and 4 show examples in which saccharin was added as a brightening agent to the following matte nickel plating bath, and both sides were subjected to bright nickel plating.
また、 半光沢剤として不飽和カルボン酸ホルムアルデヒド、 ポリオキシーェチ レン付加物、 含窒素複素環化合物、 あるいは含窒素脂肪族化合物を添加して、 両 面に半光沢二ッケルめっきを施した例を実施例 5と 6に示す。 Further, an example in which an unsaturated carboxylic acid formaldehyde, a polyoxyethylene adduct, a nitrogen-containing heterocyclic compound, or a nitrogen-containing aliphatic compound was added as a semi-brightening agent and both surfaces were subjected to semi-bright nickel plating was described in Example 5. And shown in 6.
二ッケルめつき条件 Nickel plating condition
浴組成 硫酸ニッケル: 300 gZL Bath composition Nickel sulfate: 300 gZL
塩化ニッケル: 45gZL Nickel chloride: 45gZL
ホウ酸 : 45gZL Boric acid: 45gZL
ピッ ト レス剤: 0. 5 g/L Pitless agent: 0.5 g / L
浴温度 58 ± 2 °C Bath temperature 58 ± 2 ° C
P H 4. 0±0. 2 P H 4.0 ± 0.2
電流密度 25ΑΖ(ΐ Γη2 Current density 25ΑΖ (ΐ Γη 2
ニッケルめっき後、 下記のめっき条件で、 両面に錫めつきを施した。 After nickel plating, tin plating was applied to both sides under the following plating conditions.
錫めつき条件 Tin plating conditions
浴組成 硫酸錫 : 80 g/L Bath composition Tin sulfate: 80 g / L
フエノールスルフォン酸: S OgZL Phenolsulfonic acid: S OgZL
塩 : 5gZL Salt : 5gZL
浴温度 45 ± 2 °C Bath temperature 45 ± 2 ° C
電流密度 5AZdm2 Current density 5AZdm 2
次に、 実施例 1〜3については下記塩化ビスマス浴で、 ビスマスめつきを片面
に施した。 Next, for Examples 1 to 3, the bismuth plating was performed on one side using the following bismuth chloride bath. It was applied to.
ビスマスめつき条件 Bismuth plating conditions
浴組成 メタスルホン酸 1 50 g/L Bath composition Metasulfonic acid 1 50 g / L
B i 2 + 20 g/L B i 2 + 20 g / L
分散剤 1 0 g/L Dispersant 10 g / L
光沢剤 1 Om 1 /L Brightener 1 Om 1 / L
浴温度 22 ± 2 °C Bath temperature 22 ± 2 ° C
p H 0. 7 p H 0.7
電流密度 SAZdm2 Current density SAZdm 2
o また、 実施例 4〜 6では、 ビスマスめつきの替わりに下記硫酸浴で、 ニッケル 一ビスマスめつきを片面に施した。 o In Examples 4 to 6, instead of bismuth plating, nickel-bismuth plating was applied to one surface in the following sulfuric acid bath.
ニッケル一ビスマスめつき条件 Nickel-bismuth plating conditions
浴組成 硫酸ニッケル 240 g/L Bath composition Nickel sulfate 240 g / L
硫酸ビスマス 1. 4 g/L Bismuth sulfate 1.4 g / L
5 EDTA- 2Na 20 g/L 5 EDTA- 2Na 20 g / L
硫酸 (pH調整) Sulfuric acid (pH adjustment)
浴温度 40 ± 2 °C Bath temperature 40 ± 2 ° C
pH 1. 5 pH 1.5
電流密度 1 0 AZdm2 Current density 1 0 AZdm 2
ZD ビスマスめつき又はニッケル一ビスマスめつき後、 箱型焼鈍炉を使用して 45 After plating with ZD bismuth or nickel-bismuth, use a box-type annealing furnace.
0〜600°Cの範囲で熱処理を行って、 ニッケル一錫合金層に変性させた。 この 場合の雰囲気ガスは水素: 6%、 残部を窒素ガスとし、 露点温度を一 45°Cとし た。 ニッケルめっきの厚み、 錫めつきの厚み、 ビスマスめつきの厚み、 ニッケル 一ビスマスめつきの厚み、 熱処理条件を表 1にまとめた。 Heat treatment was performed at a temperature in the range of 0 to 600 ° C. to modify the nickel-tin alloy layer. In this case, the atmosphere gas was hydrogen: 6%, the balance was nitrogen gas, and the dew point temperature was set to 145 ° C. Table 1 summarizes the nickel plating thickness, tin plating thickness, bismuth plating thickness, nickel-bismuth plating thickness, and heat treatment conditions.
このめつき鋼板を使用して D I成形法によって電池ケースを作製した。 板厚 0. 25mmの上記の熱処理鋼板を直径 4 1 mmのブランク径から直径 20. 5
mmのカップに成形し、 D I成形機でリ ドロ一及び 2段しごき成形を行って、 外 径: 1 3 . 8 m m、 側壁厚み: 0 . 2 0 m m、 高さ : 5 6 m mのケースに成形し た。 そのケースの上部をトリミングして、 高さ 4 9 . 3 m mの L R— 6型用の電 池ケースに仕上げた。 そして、 この電池ケースに正極活物質を充填して以下のよ 5 うにして電池を作製して電池性能を測定した。 A battery case was fabricated by DI molding using the plated steel sheet. The above heat-treated steel sheet with a thickness of 0.25 mm is converted from a blank diameter of 4 mm to a diameter of 20.5 mm. into a cup with a diameter of 13.8 mm, a side wall thickness of 0.20 mm, and a height of 56 mm. Molded. The upper part of the case was trimmed to make a 49.3 mm high LR-6 battery case. Then, the battery case was filled with the positive electrode active material, and a battery was prepared as described below, and the battery performance was measured.
まず、 二酸化マンガンと黒鉛粉を、 重量比で 1 0 : 1の割合で採取し、 これに 8 m o 1の水酸化力リウムを混合して正極合剤を作製した。 First, manganese dioxide and graphite powder were collected at a weight ratio of 10: 1, and mixed with 8 mol of hydroxide hydroxide to prepare a positive electrode mixture.
一方、 黒鉛粉 8 0重量部と熱硬化性エポキシ樹脂 2 0重量部との混合物をメチ ルェチルケトンで希釈した液を、 電池ケース内面にエアスプレーして 1 5 0 °Cで | 0 1 5分加熱乾燥した。 先に作製した正極合剤を金型中で加圧成形してドーナツ形 状のペレッ トとし、 電池ケース内部に圧入した。 On the other hand, a liquid obtained by diluting a mixture of graphite powder (80 parts by weight) and thermosetting epoxy resin (20 parts by weight) with methyl ketone is sprayed on the inner surface of the battery case and heated at 150 ° C. for 0.15 minutes. Dried. The positive electrode mixture prepared above was press-molded in a mold to form a donut-shaped pellet and pressed into the battery case.
また、 負極集電棒をスポッ ト溶接した負極板を電池ケースに装着するために、 電池ケース開口端の下部の所定位置をネックイン加工した。 In addition, in order to mount the negative electrode plate with the negative electrode current collector rod spot welded to the battery case, a predetermined position under the opening end of the battery case was neck-in processed.
次いで、 ビニロン製不織布からなるセパレ一タを、 電池ケースに圧入したペレ 15 ッ ト内周に沿って挿入し、 亜鉛粒と酸化亜鉛を飽和させた水酸化力リゥムからな る負極ゲルを電池ケース内に挿入した。 さらに、 負極体に絶縁体のガスケッ トを 装着し、 これを電池ケース内に挿入した後、 かしめ加工してアルカリ ' マンガン 乾電池の完成品を作製した。 このようにして作製したアルカリ · マンガン乾電池 を 6 0 °Cで 2 0日間放置した後、 内部抵抗、 短絡電流値及び 2 Ω連続放電時間 Z0 (分) を測定した結果を表 2に示した。 Next, a separator made of vinylon non-woven fabric is inserted along the inner periphery of the pellets pressed into the battery case, and the negative electrode gel made of a hydroxide rim saturated with zinc particles and zinc oxide is used as the battery case. Inserted in. Furthermore, an insulator gasket was attached to the negative electrode body, inserted into the battery case, and caulked to produce a finished alkaline manganese dry battery. Table 2 shows the results of measuring the internal resistance, short-circuit current value, and 2 Ω continuous discharge time Z0 (min) of the thus-produced alkaline manganese dry battery after leaving it at 60 ° C for 20 days.
〔実施例 7〜 9〕 (Examples 7 to 9)
実施例 1と同質、 同じ厚さの鋼板を使用して、 実施例 1 と同様にして無光沢二 ッケルめっきを行った。 この場合のめっき層の厚さはめつき時間を変化させて調 節した。 ニッケルめっき終了後、 上記ビスマスあるいはニッケル一ビスマスめつ 25 きを行い、 更に、 箱型焼鈍炉を使用して 4 5 0〜 6 0 0 °Cの範囲で熱処理を行つ て、 ニッケル一鉄合金層に変性させた。 この場合の雰囲気ガスは、 水素: 6 %、
残部を窒素ガスとし、 露点温度を一 4 5 °Cとした。 Matte nickel plating was performed in the same manner as in Example 1, except that a steel plate having the same quality and the same thickness as in Example 1 was used. In this case, the thickness of the plating layer was adjusted by changing the plating time. After the nickel plating, the above-mentioned bismuth or nickel-bismuth plating is performed, and a heat treatment is performed in the range of 450 to 600 ° C using a box-type annealing furnace to obtain a nickel-iron alloy. The layers were denatured. The atmosphere gas in this case is hydrogen: 6%, The remainder was nitrogen gas and the dew point temperature was set at 145 ° C.
ニッケルめっきの厚み、 ニッケル一ビスマスめつきの厚み、 ビスマスめつきの 厚み、 熱処理条件について表 1にまとめた。 また、 この表面処理鋼板を使用して 実施例 1 と同様にして作製したアル力リ · マンガン乾電池について測定した電池 " 特性を表 2にまとめた。 Table 1 summarizes the nickel plating thickness, nickel-bismuth plating thickness, bismuth plating thickness, and heat treatment conditions. In addition, Table 2 summarizes the battery characteristics measured for Al-manganese dry batteries manufactured in the same manner as in Example 1 using this surface-treated steel sheet.
〔比較例 1〜2〕 (Comparative Examples 1-2)
比較例 1は、 実施例 1 と同質、 同じ厚さの鋼板を使用して、 実施例 1に示す条 件と同じ条件で、 ニッケルめっき、 錫めつき、 更に熱処理を行った。 しかし、 ビ スマスめつきは行わなかった。 比較例 2については、 比較例 1での錫めつきは行 わなかった。 鋼板特性を表 1にまとめた。 またこの鋼板を使用して作製した場合 の電池特性を表 2にまとめた。
In Comparative Example 1, nickel plating, tin plating, and further heat treatment were performed under the same conditions as in Example 1 by using a steel plate having the same quality and the same thickness as in Example 1. However, no bismuth plating was carried out. In Comparative Example 2, tin plating in Comparative Example 1 was not performed. Table 1 summarizes the steel sheet properties. Table 2 summarizes the battery characteristics when fabricated using this steel sheet.
表 1 めっ き層の厚さ ,熱処理条件 Table 1 Thickness of plating layer and heat treatment conditions
表 2 特性評価結果 実施例または 錫裏移 り 密着 放電時間 比較例 (分) 実 ¾i例 1 〇 〇 1 0 5 実施例 2 〇 〇 1 1 0 実施例 3 〇 〇 1 1 2 実施例 4 (! 1 1 8 夹 Ml o
リ 丄 4 実施例 6 〇 〇 1 0 2 実施例 7 〇 〇 1 1 5 実施例 8 〇 〇 1 2 1 実施例 9 〇 〇 1 2 3 比較例 1 X X 1 0 5 比較例 2 X X 1 0 5
実施例及び比較例における鋼板の特性及び電池特性は以下のようにして測定し た。 Table 2 Characteristics evaluation results Example or tin transfer-off adhesion Discharge time Comparative example (min) Example ¾i Example 1 〇 〇 1 0 5 Example 2 〇 〇 1 1 0 Example 3 〇 〇 1 1 2 Example 4 (! 1 1 8 夹 Ml o 丄 4 Example 6 〇 〇 1 0 2 Example 7 〇 〇 1 1 5 Example 8 〇 〇 1 2 1 Example 9 〇 〇 1 2 3 Comparative Example 1 XX 1 0 5 Comparative Example 2 XX 1 0 5 The characteristics of the steel sheet and the battery characteristics in Examples and Comparative Examples were measured as follows.
( 1 ) 錫裏移り (1) Tin set-off
実施例において、 ビスマスめつきあるいはニッケルービスマスめつき後の熱処 理時に、 錫の裏移りがないか確認試験を行った。 この試験は、 ビスマスめつきあ るいは二ッケルービスマスめつき面と、 ビスマスめつきあるいはニッケル一ビス マスめつきを行わなかった面とを 1 0枚向い合わせて重ねた。 比較例においての 熱処理も同じく試料を 1 0枚重ねて行った。 また、 試料には 1 k g / c m 2 の圧 力がかかるようにして熱処理を実施した。 ビスマスめつきあるいはニッケルービ スマスめつきを行わなかった面に錫が裏移りしているかを確認するために、 試料 表面の錫量を蛍光 X線で測定し錫の検出を行った。 錫の検出が認められる場合In the examples, a test was conducted to confirm whether or not tin had set off during the heat treatment after the bismuth plating or the nickel-bismuth plating. In this test, 10 sheets of bismuth-plated or nickel-bismuth-plated surfaces and surfaces not subjected to bismuth-plated or nickel-bismuth-plated were superposed. The heat treatment in the comparative example was also performed by stacking 10 samples. The heat treatment was performed so that a pressure of 1 kg / cm 2 was applied to the sample. In order to confirm whether or not tin had set off on the surface that was not subjected to bismuth plating or nickel-bismuth plating, the amount of tin on the sample surface was measured with fluorescent X-rays to detect tin. When detection of tin is recognized
(錫裏移りがある) を x、 検出が認められない場合 (錫裏移りがない) を〇とし て示した。 (Tin set-off) is indicated by x, and no detection (no tin set-off) is indicated by 〇.
( 2 ) 板の密着 (2) Adhesion of plate
実施例において、 ビスマスめつきあるいはニッケルービスマスめつき後の熱処 理時に、 板の密着が生ずるか確認試験を行った。 この試験は、 ビスマスめつきあ るいは二ッケル一ビスマスめつき面と、 ビスマスめつきあるいはニッケル一ビス マスめつきを行わなかった面とを 1 0枚向い合わせて重ねた。 比較例においての 熱処理も同じく試料を 1 0枚重ねて行った。 また、 試料には 1 k g Z c m 2 の圧 力がかかるようにして熱処理を実施した。 熱処理後、 板同士が密着していた場合 を x、 密着しなかった場合を〇として示した。 In the examples, a test was conducted to confirm whether or not the plate adhered during the heat treatment after the bismuth plating or the nickel-bismuth plating. In this test, 10 sheets of bismuth-plated or nickel-bismuth-plated surfaces and surfaces not subjected to bismuth-plated or nickel-bismuth-plated were stacked face-to-face. The heat treatment in the comparative example was also performed by stacking 10 samples. The heat treatment was performed so that a pressure of 1 kg Z cm 2 was applied to the sample. After the heat treatment, x indicates that the plates were in close contact with each other, and 〇 indicates that the plates were not in close contact.
( 3 ) 連続放電時間 (3) Continuous discharge time
作製した乾電池に 2 Ωの抵抗を接続して閉回路を作成し、 電圧が 0 . 9 Vに到 達するまでの経過時間を測定した。 産業上の利用可能性
本発明の電池ケース用表面処理鋼板は、 最外層にビスマス層あるいはニッケル 一ビスマス層を有することにより、 表 2に示すように、 熱処理時の錫の裏移りが なく、 かつ板の密着もなく品質が優れている。 A closed circuit was created by connecting a 2 Ω resistor to the battery, and the elapsed time until the voltage reached 0.9 V was measured. Industrial applicability As shown in Table 2, the surface treated steel sheet for a battery case of the present invention has a bismuth layer or a nickel-bismuth layer as the outermost layer. Is better.
また、 本発明の電池ケース用表面処理鋼板を電池ケースとして使用した乾電池 は、 放電持続時間等において、 優れた効果が認められる。
In addition, a dry battery using the surface-treated steel sheet for a battery case of the present invention as a battery case has excellent effects in terms of discharge duration and the like.