JPH07320704A - 筒形マンガン乾電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電中に電池内部に発生するガスを速やかに
電池外部へ放出させ、かつ貯蔵中に大気中の酸素ガスが
電池内部に侵入するのを防止して、耐漏液性が優れ、か
つ貯蔵性能が良好な筒形マンガン乾電池を提供する。 【構成】 正極合剤１およびセパレータ３を収容した負
極亜鉛缶２の開口部に、中央部の透孔６１に炭素棒４を
挿入した合成樹脂製の封口体６を配設し、樹脂チューブ
７の上端部、正極端子板８の外周部および絶縁リング９
を介して金属ジャケット１０で上記封口体６を負極亜鉛
缶２の開口端部２１に押圧固定してなる筒形マンガン乾
電池において、封口体６の透孔６１の内径を炭素棒４の
外径より大きくし、該封口体６の透孔６１の内周部に炭
素棒４の外径より小さい内径を有する環状の膜弁６ａを
少なくとも１個以上設ける。上記膜弁６ａは縦断面形状
がハの字状であることが好ましく、また膜弁６ａ上に高
粘性の油性流体層１４を配設することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上に利用分野】本発明は、筒形マンガン乾電池に
関するものであり、さらに詳しくは、放電中に電池内部
に発生するガスを速やかに電池外部へ放出させ、かつ貯
蔵中に大気中の酸素ガスが電池内部に侵入するのを防止
して、耐漏液性が優れ、かつ貯蔵性能が良好な筒形マン
ガン乾電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マンガン乾電池では、水銀を電解
液中に溶解させて、亜鉛を水銀でアマルガム化して亜鉛
の腐食を防止したり、あるいは亜鉛をカドミウムで合金
化して亜鉛の腐食を防止して、放電性能を高めることが
行われていた。

【０００３】このような水銀やカドミウムを含有したマ
ンガン乾電池では、放電時に亜鉛が水銀やカドミウムの
作用により電解液中に均一に溶解し、放電中のガス発生
が抑制されていたが、最近は環境汚染防止などの観点か
ら、水銀やカドミウムなどの有害物質は使用することが
できなくなり、その結果、亜鉛の電解液への溶解が不均
一になり、放電に伴い、その不均一部分から水素ガスが
発生し、その発生ガスによって電解液の漏出が誘発され
るという問題があった。

【０００４】そこで、これまでの筒形マンガン乾電池の
多くは、放電中に発生したガスを電池内部に封じ込める
ことによって、電解液の漏出を防止するようにしてい
た。

【０００５】しかしながら、放電により負極亜鉛缶が消
耗して、負極亜鉛缶に孔があき、その負極亜鉛缶の孔か
ら、電池内部に封じ込められていたガスが電池外部に噴
き出すと、それに伴って電解液も電池外部に噴き出し、
電解液の漏出が生じるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の筒形
マンガン乾電池が持っていた放電中のガス発生に基づき
電解液が漏出するという問題点を解決し、放電中に電池
内部に発生するガスを速やかに電池外部へ放出させ、か
つ大気中の酸素の電池内部への侵入を防止して、耐漏液
性が優れ、かつ貯蔵性能が良好な筒形マンガン乾電池を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成を、その実施例に対応する図１〜３を用
いて説明すると、本発明は、封口体６の透孔６１の内径
を炭素棒４の外径より大きくし、該封口体６の透孔６１
の内周側に、上記炭素棒４の外径より小さい内径を有す
る環状の膜弁６ａを設けたものである。そして、好まし
くは、上記膜弁６ａの縦断面形状をハの字状にし、その
膜弁６ａの正極端子板８側に高粘性の油性流体層１４を
配設したものである。

【０００８】上記構成からなる本発明の筒形マンガン乾
電池では、封口体６の透孔６１の内周側に膜弁６ａを設
けているので、封口体６と炭素棒４とは上記膜弁６ａで
のみ接触する。

【０００９】したがって、電池内部にガスが発生した場
合には、その圧力で膜弁６ａが押し上げられ、封口体６
の透孔６１の内周面と炭素棒４の外周面との間に隙間が
できて、電池内部のガスは上記隙間を通過し、さらに正
極端子板８と樹脂チューブ７との間を通過して、電池外
部へ放出される。

【００１０】そして、電池内部の圧力が外気圧より低く
なると、膜弁６ａの先端が下りてきて、再び炭素棒４の
外周面に接触するので、大気中の酸素が電池内部に侵入
するのが防止される。したがって、大気中の酸素が電池
内部に侵入してきて活物質と反応し自己放電を引き起こ
すのが防止され、その結果、貯蔵性能が良好に保たれ
る。

【００１１】膜弁６ａは、上記作用をするものであれ
ば、その形状は特に限定されることはないが、図示のよ
うに、正極端子板８側を上側にした時に、その縦断面形
状がハの字状のものが上記作用を行うのに適していて好
ましい。ただし、膜弁６ａの内径を炭素棒４の外径より
小さくしているので、炭素棒４を封口体６の透孔６１に
その下側から挿入すると、膜弁６ａの内周側部分が押し
上げられ、膜弁６ａは縦断面形状がハの字状になるの
で、膜弁６ａは必ずしも最初からハの字状にしていなく
てもよい。

【００１２】電池外部からの酸素の侵入の防止は、上記
膜弁６ａの正極端子板８側（つまり、電池内部のガスの
電池外部への出口側）に、高粘性の油性流体層１４を配
設することによって、その効果を高めることができる。

【００１３】上記のように油性流体層１４を配設する場
合、酸素の侵入を防止する電池内部の圧力や上記電池内
部のガスの放出速度は、上記油性流体層１４の粘度で調
整が可能である。

【００１４】ただし、上記電池内圧およびガスの放出速
度は、放電条件や発電要素でガスの発生速度が異なるの
で、油性流体層１４の好適な粘度範囲を決めることが困
難であり、また実際に使用した油性流体の粘度測定も困
難なので、その油性流体層１４の形成材料の粘度で判断
することが実用上適している。

【００１５】上記油性流体層１４を形成するための高粘
度の油性流体としては、たとえばポリブテン、ピッチ、
ワックスなどが用いられる。

【００１６】上記膜弁６ａは、少なくとも１個あればよ
いが、できれば、複数個設けるのが好ましい。また、こ
の膜弁６ａの大きさは、封口体６の材質の硬度によって
も異なるが、封口体６が低密度ポリエチレン製の場合、
その膜厚が０．１〜０．３ｍｍの均一厚みか、あるいは
先端（つまり、内周側）に行くにしたがって厚みが次第
に薄くなるテーパー状で、内周方向への幅が炭素棒４の
外周面と封口体６の透孔６１の内周面との隙間の１．２
〜２倍程度が好ましい。

【００１７】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面を参照しつつ
説明する。ただし、本発明は実施例に例示のものに限定
されることはなく、もとより、各構成部材の材料なども
例示のものに限られることはない。

【００１８】図１は本発明の筒形マンガン乾電池の一実
施例を示す部分断面図であり、図２は図１に示す電池に
使用されている封口体を拡大して示す断面図で、図３は
図１に示す電池の要部拡大断面図である。なお、電池を
示す図１や図３などの断面部分では、切断面より背面側
の部分を図示するとかえって繁雑化するので、切断面の
みを図示している。

【００１９】図中、１は正極合剤、２は負極亜鉛缶、３
はセパレータ、４は炭素棒、５は上蓋紙、６は封口体、
７は樹脂チューブ、８は正極端子板、９は絶縁リング、
１０は金属ジャケット、１１は負極端子板、１２は絶縁
パッキング、１３は底紙、１４は高粘度の油性流体層で
ある。

【００２０】正極合剤１は、二酸化マンガンとアセチレ
ンブラックと電解液とを混合して調製した粉末状のもの
からなり、負極亜鉛缶２は、金属亜鉛をコップ状に成形
したものからなり、上記正極合剤１やセパレータ３など
がその内部に充填されている。

【００２１】セパレータ３は、クラフト紙の一方の面に
加工でんぷんを主材とする糊材を塗布したものからな
り、その糊材を塗布した面が負極亜鉛缶２に対向するよ
うにして配置され、正極合剤１と負極亜鉛缶２とを隔離
している。

【００２２】炭素棒４は、カーボン粉末を固めたものか
らなり、その下部は封口体６の透孔６１および上蓋紙５
の中心孔を貫通し、その下端は正極合剤１の最下部近く
にまで達し、上部は正極端子板８と接触していて、正極
側の集電体として作用する。

【００２３】封口体６は、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン系樹脂やナイロンなどを成形し
たものからなり、図２に示すように、中央部には炭素棒
４が挿入される透孔６１が設けられ、その透孔６１の内
周側には環状で縦断面形状がハの字状の膜弁６ａが設け
られている。

【００２４】上記環状の膜弁６ａの大きさは、封口体６
の材質の硬度によっても異なるが、封口体６が低密度ポ
リエチレン製の場合、前記したように、膜厚が０．１〜
０．３ｍｍの均一厚みまたはテーパー状で、内周方向へ
の幅が炭素棒４の外周面と封口体６の透孔６１の内周面
との隙間の１．２〜２倍程度が好ましい。

【００２５】本実施例で例示の封口体６は、低密度ポリ
エチレン製で、その膜弁６ａは膜厚が０．２ｍｍの均一
厚みで、炭素棒４の外径が８ｍｍ、封口体６の透孔６１
の内径が９ｍｍで、膜弁６ａの内径は７．５ｍｍ、その
内周方向への幅は０．７５ｍｍであり、この膜弁６ａの
内周方向への幅は炭素棒４の外周面と封口体６の透孔６
１の内周面との隙間の１．５倍にされている。そして、
本実施例では、この膜弁６ａは上下２段に（つまり、２
個）設けられている。

【００２６】高粘度の油性流体層１４は、たとえば、ポ
リブテン、ピッチ、ワックスなどを加熱し、溶融したも
のを封口体６の透孔６１の内周側に設けた環状の膜弁６
ａ上に注入し、冷却することによって形成されるもので
あり、本実施例ではポリブテンで形成されている。

【００２７】上蓋紙５は、板紙を中心孔を有する環状に
打ち抜いたものからなり、樹脂チューブ７は、熱収縮性
を有する樹脂フィルムで形成されていて、負極亜鉛缶２
の外周側に配置され、その上端部は封口体６の外周部上
面を覆い、その下端部は絶縁パッキング１２の下面を覆
っている。

【００２８】正極端子板８は、ブリキ板からなり、その
中央部は炭素棒４の上端部に被せるキャップ状をしてお
り、外周部は平板状になっている。絶縁リング９は、塩
化ビニル樹脂板をリング状に打ち抜いたものからなり、
上記正極端子板８の平板状の外周部上に配置されてい
る。底紙１３は、板紙を円形に打ち抜いたものからな
り、負極亜鉛缶２の底部内面側に配置されている。

【００２９】負極端子板１１は、ブリキ板からなり、外
周部は平板状になっている。絶縁パッキング１２は、パ
ラフィンを含浸した板紙をリング状に打ち抜いたものか
らなり、負極端子板１１の平板状の外周部の外面側（図
では、下部側）に接触した状態で配置されている。

【００３０】金属ジャケット１０は、ブリキ板を筒状に
丸めたものからなり、上記樹脂チューブ７の外周側に配
置されていて、その下端部は内側に折り曲げられ、上端
部は内方にカールされ、その先端が絶縁リング９に当接
して絶縁リング９、正極端子板８の外周部、樹脂チュー
ブ７の上端部、封口体６の外周部、負極亜鉛缶２の開口
端部２１および樹脂チューブ７の下端部、絶縁パッキン
グ１２、負極端子板１１を軸方向に押圧して、それらを
それぞれ所定位置に固定している。また、通常、この金
属ジャケット１０の筒状部の外周面にはデザイン印刷が
施される。

【００３１】つぎに、上記実施例の電池と図４に示す従
来構造の電池（従来例の電池）の１０Ω連続放電により
発生するガスの電池外部への放出量および１０Ω連続放
電時の漏液性を調べた。また、上記実施例の電池および
図４に示す従来構造の電池を常温で１年間および２年間
貯蔵した後の放電性能を調べた。なお、図４に示す従来
構造の電池は、封口体６の透孔の内径が８ｍｍであっ
て、その内周面が全面的に炭素棒４の外周面に接触して
いて、膜弁６ａを設けていない点や高粘性の油性流体層
１４を配設していない点を除いては、実施例の電池と同
様の構成からなる筒形マンガン乾電池である。

【００３２】電池はいずれも外径３４ｍｍ、総高６１．
５ｍｍのＲ２０形の筒形マンガン乾電池であり、ガスの
電池外部への放出量の測定は、両電池を１０個ずつ２０
℃、１０Ωで所定期間連続放電させ、電池から放出する
ガスを流動パラフィン中に導き、蓄積するガス量を測定
することによって行った。表１に放電開始から１日後、
２日後、３日後および４日後の蓄積ガス量をガス放出量
として示す。

【００３３】漏液試験は両電池を２０個ずつ２０℃、１
０Ωで所定期間放電して電解液の漏出が生じるか否かを
調べることによって行った。表２に放電開始から３日
後、５日後、１０日後、２０日後、４０日後および８０
日後の漏液発生電池個数を示す。ただし、表２では、試
験に供した電池個数を分母に、漏液の発生した電池個数
を分子に示す態様で漏液発生電池個数を示している。

【００３４】また、貯蔵後の放電性能は、１年間および
２年間貯蔵後の両電池を２０℃、１０Ωで終止電圧０．
９Ｖまで連続放電させて、放電持続時間を測定し、組立
直後の放電持続期間を１００とした指数を求めた。その
結果を表３に示す。なお、組立直後の電池の放電持続時
間は実施例、従来例とも５６時間である。また、表１〜
表３においては、図４に示す従来構造の電池を簡略化し
て「従来例」と表示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】表１に示す結果から明らかなように、本発
明の実施例の電池では、電池内部に発生したガスを放電
開始後１日目から電池外部へ放出することができたのに
対し、従来例の電池では、３日目からガスの放出がはじ
まった。このように従来例の電池において、３日目から
ガスの放出がはじまったのは、放電開始から３日目に負
極亜鉛缶に孔があいたためであると考えられる。

【００３９】また、表２に示す結果から明らかなよう
に、本発明の実施例の電池は、電解液の漏出がまったく
なく、従来例の電池に比べて、耐漏液性が優れていた。

【００４０】そして、表３に示すように、本発明の実施
例の電池は、貯蔵後の放電性能が従来例の電池と変わら
ず、大気中の酸素の侵入が防止されていて、膜弁６ａで
炭素棒４と接触させたことによる放電性能の大きな低下
が認められず、貯蔵性能が良好であった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、放電
に伴って電池内部に発生するガスを速やかに電池外部へ
放出でき、かつ大気中の酸素の電池内部への侵入を防止
して、耐漏液性が優れ、かつ貯蔵性能が良好な筒形マン
ガン乾電池を提供することができた。

【００４２】すなわち、本発明の筒形マンガン乾電池で
は、封口体６の透孔６１の内周側に設けられた環状の膜
弁６ａが、放電に伴って電池内部に発生するガスを電池
外部に徐々に放出させるので、電池内部のガス圧が常に
低く保たれ、放電の結果、負極亜鉛缶２に孔があいたと
きでも、ガスが電池外部に噴き出さないので、電池内部
の電解液も電池外部へ漏出せず、耐漏液性が優れてい
る。また、膜弁６ａが大気中の酸素の電池内部への侵入
を防止するので、貯蔵による放電性能の低下が抑制さ
れ、貯蔵性能も良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の筒形マンガン乾電池の一実施例を示す
部分断面図である。

【図２】図１に示す電池に使用された封口体の拡大断面
図である。

【図３】図１に示す電池の要部拡大断面図である。

【図４】従来の筒形マンガン乾電池を示す部分断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 正極合剤 ２ 負極亜鉛缶 ３ セパレータ ４ 炭素棒 ６ 封口体 ６１ 透孔 ６ａ 膜弁 ７ 樹脂チューブ ８ 正極端子板 ９ 絶縁リング １０ 金属ジャケット １４ 油性流体層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極合剤１およびセパレータ３を収容し
   た負極亜鉛缶２の開口部に、中央部の透孔６１に炭素棒
   ４を挿入した合成樹脂製の封口体６を配設し、樹脂チュ
   ーブ７の上端部、正極端子板８の外周部および絶縁リン
   グ９を介して金属ジャケット１０で上記封口体６を負極
   亜鉛缶２の開口端部２１に押圧固定してなる筒形マンガ
   ン乾電池において、封口体６の透孔６１の内径を炭素棒
   ４の外径より大きくし、該封口体６の透孔６１の内周側
   に上記炭素棒４の外径より小さい内径を有する環状の膜
   弁６ａを少なくとも１個以上設けたことを特徴とする筒
   形マンガン乾電池。
2. 【請求項２】 封口体６の透孔６１の内周側に設けた膜
   弁６ａの縦断面形状が、正極端子板８側を上側にした
   時、ハの字状である請求項１記載の筒形マンガン乾電
   池。
3. 【請求項３】 封口体６の透孔６１の内周側に設けた膜
   弁６ａの正極端子板８側に、高粘性の油性流体層１４を
   配設した請求項１記載の筒形マンガン乾電池。