JP2009301720A - マンガン乾電池 - Google Patents

Abstract

【課題】放電反応に伴い、電池の容器と活物質を兼ねる負極亜鉛缶が消費され、孔が開いて漏液に至る問題を解決しつつ、製造コストを削減したマンガン乾電池を提供することを目的とする。
【解決手段】側壁部４ｄと底部４ｃを有する一端開口の円筒型の負極亜鉛缶４に、セパレータ３を介して正極合剤１を収納したマンガン乾電池であって、前記負極亜鉛缶４の開口周辺部４ａを薄肉とし前記正極合剤１に対向する前記負極亜鉛缶４の側壁主部４ｂを厚肉とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マンガン乾電池に関し、さらに詳しくはマンガン乾電池の負極亜鉛缶に関するものである。

従来から、この種の電池において、高容量化を図る技術を検討する一方で、製造コストを削減するために種々の検討が進められている。

例えば、特許文献１では、側壁を備えた一端開口の円筒型の電池用負極缶において、前記側壁は、相対的に厚みの厚い厚肉部（開口部側）と、厚肉部の厚みより相対的に厚みの薄い薄肉部とを有する構成が開示されている。そして、この構成によって電池の高容量化が図れるとされている。また、この構成にあっては、電池用負極缶の材料を減らすことができ、製造コストの削減にもつながる。
特開２００４−２４１１８６号公報

しかしながら、マンガン乾電池において、電池の容器と活物質を兼ねる負極亜鉛缶に、特許文献１に関わる構成を採用すると、放電に伴って負極亜鉛缶が消費されて、薄肉部に孔が開いて漏液に至ってしまうといった問題点があった。

そこで、本発明は上記の問題点を解決するため、耐漏液性能を確保しつつ、製造コストを削減したマンガン乾電池を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために本発明は、側壁部と底部を有する一端開口の円筒型の負極亜鉛缶に、セパレータを介して正極合剤を収納したマンガン乾電池において、前記負極亜鉛缶の開口周辺部を薄肉とし前記正極合剤に対向する前記負極亜鉛缶の側壁主部を厚肉としたことを特徴とする。

本発明によれば、放電によって消費される負極亜鉛缶の側壁主部を厚肉としているので放電の進行に伴って孔が開いて漏液に至ることがない。そして、負極亜鉛缶の開口周辺部を薄肉としているために、放電反応に不要な亜鉛の使用量を減少させて製造コストを削減できるという効果を奏するものである。

本発明によれば、側壁部と底部を有する一端開口の円筒型の負極亜鉛缶に、セパレータを介して正極合剤を収納したマンガン乾電池において、前記負極亜鉛缶の開口周辺部を薄肉とし前記正極合剤に対向する前記負極亜鉛缶の側壁主部を厚肉とすることによって、耐漏液性能を確保しつつ、製造コストを削減できるという効果を奏するものである。また、本発明の負極亜鉛缶を製造する際、プレス加工後に一定寸法に切断する工程にあっては、開口部が薄肉のため、バリの発生や切断刃への負荷を軽減することができる。

ある好適な実施形態において、前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さ（厚肉）に対する開口周辺部の厚さの比率は、実質的な経済効果が得られる範囲内で、例えば、０．９／１以下とすればよく、開口周辺部の機械的強度を確保するために、０．６／１以上となるように構成するとよい。このようにすると、電池の生産ラインにおいて前記負極亜鉛缶の打痕や変形等も防止しやすくなる。

具体的には、単１形の場合にあっては、前記比率を満たす範囲内で、範囲内前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．１８〜０．５４ｍｍとし、前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．３０〜０．６０ｍｍとすればよい。

単２形の場合にあっては、前記比率を満たす範囲内で、前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．１２〜０．４１ｍｍとし、前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．２０〜０．４５ｍｍとすればよい。

単３形の場合にあっては、前記比率を満たす範囲内で、前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．０９〜０．３２ｍｍとし、前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．１５〜０．３５ｍｍとすればよい。

なお、本発明に好適な負極亜鉛缶は、耐食性の観点から、例えば、鉛を０．０５〜０．５％、インジウムを０．００１〜０．０１０％、またはビスマスを０．００１〜０．００５％含有させればよい。このようにすると亜鉛の耐食性が向上して、良好な電池の保存特性が得られる。

一方、機械的強度の観点から、例えば、鉛を０．１０〜０．５０％、マンガンを０．０１〜０．１０％、またはチタンを０．００１〜０．００５％含有させればよい。このように構成すると、機械的強度の高い負極亜鉛缶が得られ、電池の生産ラインでの打痕や変形を防止しやすくなる。高い耐食性と機械的強度とを付与するため、前述の金属を適宜併用しても差し支えない。

なお、本発明に好適な正極合剤を構成する活物質は、産業的に製造、販売されている電解二酸化マンガン、天然二酸化マンガン、または化学二酸化マンガンであれば何でもよく、これらを適宜混合して用いても差し支えない。

そして、ある好適な実施形態において、前記正極合剤に対する負極亜鉛缶の電気容量比を１．２０／１以上にするとよい。このように構成すると、より確実に電池が漏液に至ることを防止することができる。

以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されない。

鉛を０．０１％、インジウムを０．００２５％、マンガンを０．０５％含有させた亜鉛合金片を準備し、図２に示す側壁部４ｄと底部４ｃを有する一端開口の円筒型で、その開口周辺部４ａを薄肉とし、側壁主部４ｂを厚肉とした負極亜鉛缶４を作製した。図２は、本発明の１形態としての負極亜鉛缶の模式図である。

具体的には、図３に示した製缶用のパンチ２１とダイス２２を用いてプレス加工し、開口部の形状となるように回転刃で切断して、前記開口周辺部４ａの薄肉の厚さを０．３０ｍｍ、長さを１０．０ｍｍとして、２度の勾配（傾斜）持たせて厚さ０．４０ｍｍを有する厚肉の側壁主部４ｂを連続的に形成させた。なお、底部４ｃの厚さを０．５０ｍｍ、外径を３１．０ｍｍ、総高を５４．０ｍｍとした。図３は、本発明の１形態としての負極亜鉛缶４を得るプレス製缶用金型の模式図である。なお、前記厚肉に対する薄肉の厚さの比率は、０．７５／１であった。

そして、以下に示す手順で、図１に示した単１形マンガン乾電池（Ｒ２０）を作製した。本発明の１形態としての単１形マンガン乾電池の一部を断面にした正面図を図１に示す。

側壁部と底部を有する一端開口の円筒型の負極亜鉛缶４にセパレータ３と底紙１３を介して正極合剤１を収納した。

セパレータ３には、クラフト紙に架橋デンプンと酢酸ビニルを主とする結着剤とを水に分散させた糊材を塗布し乾燥させたものを用いた。このとき、その糊材が塗布された面を負極亜鉛缶４に対向するようにセパレータ３を配置した。

また、正極合剤１には、活物質として電解二酸化マンガンと、導電材としてアセチレンブラックと、塩化亜鉛３０重量％、塩化アンモニウム２重量％、および水６８重量％を含む電解液と、添加剤として酸化亜鉛とを、重量比５０：１０：４０：０．５で混合したものを用いた。そして、正極合剤１の中央部に、カーボン粉末を焼結して得られた炭素棒２を差し込んだ。

ポリエチレンからなる封口体５の中央部に、炭素棒２を挿入させる孔を設けた。クラフト紙を環状に打ち抜いて得られる鍔紙９にも炭素棒２を挿入させる孔を設けた。鍔紙９および封口体５の孔に炭素棒２をそれぞれ挿入し、これらを正極合剤１の上部に配置した。そして、正極の集電体として作用するように炭素棒２の上部を正極端子１１に接触させた。

負極亜鉛缶４の外周には、絶縁を確保するための熱収縮性を有する樹脂フィルムからなる樹脂チューブ８を配し、その上端部で、封口体５の外周部上面を覆い、その下端部でシールリング７の下面を覆った。

ブリキ板で作製した正極端子１１には、炭素棒２の上端部に被せるキャップ状の中央部および平板状の鍔部を有する形状に構成した。この正極端子１１の平板状の鍔部には、樹脂製の絶縁リング１２を配した。正極合剤１の底部と負極亜鉛缶４の間には、絶縁を確保するために、底紙１３を設けた。負極端子６の平板状外周部の外面側には、シールリング７を配置した。

筒状のブリキ板で作製された金属外装缶１０を、樹脂チューブ８の外側に配置し、その下端部を内側に折り曲げ、その上端部を内方にカールさせるとともに、その上端部の先端を絶縁リング１２にかしめて、当該電池を得た。なお、この電池の前記正極合剤に対する負極亜鉛缶の電気容量比は、１．５５／１であった。

（比較例１）
図１および２を援用して、比較例１の電池について、以下に説明する。特許文献１に記載の負極亜鉛缶４を用いて、上述と同様の手順で当該電池を得た。具体的には、負極亜鉛缶４の開口周辺部４ａを、厚さ０．４０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍの厚肉とし、２度の勾配を持たせて、厚さ０．３０ｍｍを有する薄肉の側壁主部４ｂを連続的に形成させた以外は、実施例と同様の単１形マンガン乾電池（Ｒ２０）を作製した。

（比較例２）
図１および２を援用して、比較例２の電池について、以下に説明する。負極亜鉛缶４の側壁部４ｄの厚さを０．４０ｍｍとし、開口周辺部４ａと側壁主部４ｂの厚さを同じとした以外は、実施例と同様の単１形マンガン乾電池（Ｒ２０）を作製した。

そして、上記で得た各電池を、市販の単１形の電池を２本使用する懐中電灯１０台に装填し、１日あたり３０分点灯させ毎日繰り返し、それぞれの懐中電灯が点灯できなくなった時点で、各電池を取り出して漏液の有無を確認した。その結果、比較例１の電池では８個が漏液に至っていたが、本発明による実施例の電池と比較例２では、全て漏液に至るものはなかった。

また、比較例２に用いた負極亜鉛缶に対して、本発明による実施例で用いた負極亜鉛缶は、４％軽く、その分だけ材料の使用量を減らして製造コストの削減につながる。

なお、上述の実施例では単１形について説明したが、他の形式（単２〜５形）で用いる場合に本発明を適用することも勿論可能である。

本発明のマンガン乾電池は、耐漏液特性に優れているため、使用者が安心して乾電池を電源とするあらゆる機器に好適に用いられる。

本発明のマンガン乾電池の一部を断面にした正面図 本発明の負極亜鉛缶の模式図 本発明の負極亜鉛缶を製缶する金型の模式図

符号の説明

１ 正極合剤
２ 炭素棒
３ セパレータ
４ 負極亜鉛缶
４ａ 開口周辺部（薄肉）
４ｂ 側壁主部（厚肉）
４ｃ 底部
４ｄ 側壁部
５ 封口体
６ 負極端子
７ シールリング
８ 樹脂チューブ
９ 鍔紙
１０ 金属外装缶
１１ 正極端子
１２ 絶縁リング
１３ 底紙

Claims (5)

1. 側壁部と底部を有する一端開口の円筒型の負極亜鉛缶に、
   セパレータを介して正極合剤を収納したマンガン乾電池であって、
   前記負極亜鉛缶の開口周辺部を薄肉とし
   前記正極合剤に対向する前記負極亜鉛缶の側壁主部を厚肉としたことを特徴とするマンガン乾電池。
2. 前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さに対する開口周辺部の厚さの比率を、
   ０．６／１以上、０．９／１以下としたことを特徴とする請求項１記載のマンガン乾電池。
3. 前記マンガン乾電池を単１形とし、
   前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．１８〜０．５４ｍｍとし、
   前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．３０〜０．６０ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載のマンガン乾電池。
4. 前記マンガン乾電池を単２形とし、
   前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．１２〜０．４１ｍｍとし、
   前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．２０〜０．４５ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載のマンガン乾電池。
5. 前記マンガン乾電池を単３形とし、
   前記負極亜鉛缶の開口周辺部の厚さを０．０９〜０．３２ｍｍとし、
   前記負極亜鉛缶の側壁主部の厚さを０．１５〜０．３５ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載のマンガン乾電池。

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