扁平形アルカリ一次電池
【課題】安価で電池電圧が高く、長時間の使用に耐える信頼性の高い扁平形アルカリ一次電池を提供する。
【解決手段】扁平形アルカリ一次電池１は正極缶２及び負極缶３を有している。正極缶２の円形の開口部２ａに、負極缶３をガスケット４を装着した開口部３ａ側から嵌合させ、該正極缶２の開口部２ａを該ガスケット４に向かってかしめて封口することによって、ガスケット４を介して正極缶２と負極缶３との間には、密閉空間が形成される。密閉空間には、正極合剤５、セパレータ６、負極合剤７が収容され、セパレータ６を挟んで正極缶２側に正極合剤５，負極缶３側に負極合剤７が収容配置される。この密閉空間には、アルカリ電解液が充填されている。そして、セパレータ６は、少なくとも不織布６ｂと微多孔膜６ａの二層構造を有し、その不織布６ｂの材質を耐アルカリ性に優れたポリプロピレン若しくはポリエチレンとする。
【解決手段】扁平形アルカリ一次電池１は正極缶２及び負極缶３を有している。正極缶２の円形の開口部２ａに、負極缶３をガスケット４を装着した開口部３ａ側から嵌合させ、該正極缶２の開口部２ａを該ガスケット４に向かってかしめて封口することによって、ガスケット４を介して正極缶２と負極缶３との間には、密閉空間が形成される。密閉空間には、正極合剤５、セパレータ６、負極合剤７が収容され、セパレータ６を挟んで正極缶２側に正極合剤５，負極缶３側に負極合剤７が収容配置される。この密閉空間には、アルカリ電解液が充填されている。そして、セパレータ６は、少なくとも不織布６ｂと微多孔膜６ａの二層構造を有し、その不織布６ｂの材質を耐アルカリ性に優れたポリプロピレン若しくはポリエチレンとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形アルカリ一次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子腕時計、携帯用電子計算機等の小型電子機器に使用されるコイン形或いはボタン形等の扁平形アルカリ一次電池は、正極缶内に二酸化マンガンを正極活物質とする正極合剤が収容されて、負極缶内には、亜鉛又は亜鉛合金粉末を負極活物質とする負極合剤が配置されている。
【０００３】
正極合剤と負極合剤は、セパレータを介して対向しており、電池の内部にはアルカリ電解液が注入されている。そして、正極合剤は、二酸化マンガンに導電剤としてグラファイト粉末、正極合剤の結着性が低い場合は結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂粉末若しくはエマルジョンを混合した後に、ペレット状に打錠して正極としている。
【０００４】
また、扁平形アルカリ一次電池の正極活物質として酸化銀を用いた、所謂、酸化銀電池も、広く一般市場に出回っている。酸化銀は、二酸化マンガンと比較し、体積エネルギー密度が高く、かつ、負極活物質を亜鉛とした電池電圧が１，５６ボルト付近で平坦なため、主に、終止電圧は１．２ボルト以上の電子腕時計、携帯用電子計算機等の小型電子機器用の電源として用いられている。
【０００５】
しかしながら、酸化銀は、性能的にも良好であるももの貴金属である銀が主成分であるため高価であり、銀相場により価格が変動し、製造原価の低減や安定を図る上で使用し難い物質である。
【０００６】
そこで、酸化銀に対して体積エネルギー密度が低く、しかも、放電に伴う電圧降下が大きいけれども、質量当たりの価格が２００分の１程度と圧倒的に安価な二酸化マンガンを正極活物質とした、所謂、アルカリマンガン電池が酸化銀電池同様、一般市場に数多く出回っている。
【０００７】
このため、二酸化マンガン等の安価な活物質に種々の添加剤を加えて、体積エネルギー密度等を酸化銀電池に近付けることが検討されている（例えば、特許文献１，２，３）。
【特許文献１】特開２００３−２３４１０７号 公報（第２頁〜第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００４−６０９２号 公報（第２頁〜第３頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−１９３４９号 公報（第２頁〜第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、二酸化マンガン等の材料を正極活物質として用いた扁平形アルカリ一次電池では、放電に伴い電圧が大幅に降下する問題点を有していた。電子腕時計など終止電圧が酸化銀電池の電池電圧に合わせて高めに設定されている機器においては、二酸化マンガンの放電に伴う電圧降下から、機器使用時間が極端に短くなってしまうという課題があった。電圧降下の防止について、種々の検討が行われているが、十分なものではなかった。
【０００９】
その解決策としては、正極活物質にオキシ水酸化ニッケルを用いる電池が考案されているが、この電池の場合、セパレータの材質として従来からアルカリ電池に用いられてきたビスコースレーヨン、ポリノジックレーヨン、及び、マーセル化パルプのようなセルロー
ス系セパレータを用いるとセルロースが正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルにより分解し、内部ショートが発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、安価で電池電圧が高く、長時間の使用に耐える信頼性の高い扁平形アルカリ一次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、正極缶の開口部に負極缶の開口部を嵌合し、正極缶と負極缶とをガスケットを介して密封して形成された密封空間に、セパレータを配置するとともに、前記セパレータを挟んで、正極側にはオキシ水酸化ニッケルを主成分とした正極合剤を配置し、負極側には亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を主成分とした負極合剤を配置し、さらに、その密封空間にアルカリ電解液を充填した扁平形アルカリ一次電池であって、前記セパレータとして、少なくともポリプロピレン若しくはポリエチレン製不織布と微多孔膜を用いた。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の厚さが、５０μｍ以上、１５０μｍ以下である。
請求項３の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の秤量が、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の通気度が、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下である。
請求項５の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の引っ張り強度が、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の保液率が、１５０％以上、２５０％以下である。
請求項７の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の平均繊維径が、１μｍ以上、３０μｍ以下である。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記微多孔膜の材質が、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、不織布と微多孔膜からなるセパレータにおいて、セパレータの不織布の材質を、セルロース系に対して圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレン製にしたので、セパレータはオキシ水酸化ニッケル共存下例え高温環境に電池を放置してもアルカリ電解液に分離しない。従って、電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００１７】
この結果、正極活物質に高価である酸化銀を使用することなく電子腕時計など終止電圧が酸化銀一次電池の電池電圧に合わせて高く設定されている機器に適した良好な扁平形アルカリ一次電池を得ることができる。しかも、酸化銀一次電池のように高価な材料を使用しないため、安価に製造することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、不織布の厚さを５０μｍ以上にしたので、セパレータとしてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の厚
さを１５０μｍ以下にしたので、不織布の厚さ分電池内部に充填すべき活物質量を確保できるため、放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供することができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、不織布の秤量を、２０ｇ／ｍ２以上にしたので、セパレータのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の秤量を５０ｇ／ｍ２以下にしたので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、不織布の通気度を１０ｍ２／ｓ以上にしたので、セパレータとしてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の通気度を１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下にしたので、電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池として必要な閉路電圧特性を確保できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、不織布の引っ張り強度を、１０Ｎ／１５ｍｍ以上にしたので、ハンドリング上必要な強度を確保できるため、電池組立のセパレータの裂け等、強度不足が起因で発生する不具合を防止することができる。また、不織布の引っ張り強度を５０Ｎ／１５ｍｍ以下にしたのは、前述した材質、厚さ、秤量、及び、通気度で、引っ張り強度を５０Ｎ／１５ｍｍを超えるよう製造することは現在の技術では困難なことによる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、不織布の保液率を１５０％以上にしたので、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布の保液率を２５０％以下したので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、不織布の平均繊維径を１μｍ以上にしたので、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布の平均繊維径を３０μｍ以下したので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、微多孔膜の材質を、セルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることにより、微多孔膜はオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解しない。従って、電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる扁平形アルカリ一次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面に従って説明する。
図１は、ボタン形（扁平形）のアルカリ一次電池の概略断面図を示す。図１において、アルカリ一次電池１はボタン形の一次電池であって、有底円筒状の正極缶２及び有蓋円筒状の負極缶３を有している。正極缶２は、鋼板にニッケルメッキを施した構成であって、正極端子を兼ねている。一方、負極缶３は、ニッケルよりなる外表面層と、ステンレススチール（ＳＵＳ）よりなる金属層と、銅よりなる集電体層との３層クラッド材がカップ状にプレス加工されて構成されている。又、負極缶３は、その円形の開口部３ａが折り返し形成され、その折り返し形成された開口部３ａには、例えば、ナイロン製のリング状のガスケット４が装着されている。
【００２６】
そして、正極缶２の円形の開口部２ａに、負極缶３を、ガスケット４を装着した開口部３ａ側から嵌合させ、該正極缶２の開口部２ａを該ガスケット４に向かってかしめて封口することによって、正極缶２と負極缶３は、互いに連結固定されている。正極缶２と負極缶３を連結固定することによって、ガスケット４を介して正極缶２と負極缶３の間には、密閉空間が形成される。
【００２７】
この密閉空間には、正極合剤５、セパレータ６、負極合剤７が収容され、セパレータ６を挟んで正極缶２側に正極合剤５、負極缶３側に負極合剤７が収容配置されている。この密閉空間には、アルカリ電解液が充填されている。
【００２８】
詳述すると、正極合剤５は、正極缶２の底面に配設されている。正極合剤５は、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケル粉末、導電剤としてのグラファイト、結着剤としてのポリアクリル酸ソーダ、アルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液を混合後、打錠機等でプレス成型した円柱状のペレット構造である。
【００２９】
セパレータ６の上側には、負極合剤７が配置される。負極合剤７は、亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末、アルカリ電解液、増粘剤等からなるジェル状をなし、負極缶３の底面に圧着され、セパレータ６の上側に収容されている。
【００３０】
正極合剤５と負極合剤７の間には、セパレータ６が配置される。セパレータ６は、正極から微多孔膜６ａと不織布６ｂの二重構造である。
まず、初めに、不織布６ｂは、その材質をポリプロピレン若しくはポリエチレン製とすることが好ましい。これは、不織布６ｂの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることにより、オキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境にアルカリ一次電池１を放置させても、該不織布６ｂはアルカリ電解液に分解しない。その結果、電子腕時計などの機器へのアルカリ一次電池１の使用において、長時間使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００３１】
次に、不織布６ｂの厚さは、５０μｍ以上、１５０μｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの厚さを５０μｍ以上にすることにより、セパレータ６としてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができるためである。また、不織布６ｂの厚さを１５０μｍ以下にすることにより、不織布６ｂの厚さ分、電池内部（密閉空間）に充填すべき活物質量を確保できるため、放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００３２】
次に、不織布６ｂの秤量は、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２以上にすることにより、セパレータ６としてバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布６ｂの秤量を５０ｇ／ｍ２以下とすることにより、電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３３】
次に、不織布６ｂの通気度は、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの通気度を１０ｍ２／ｓ以上とすることにより、セパレータ６としてバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布６ｂ
の通気度を３０ｍ２／ｓ以下とすることにより、アルカリ一次電池１の内部抵抗の上昇を抑制し、電池としての必要な閉路電圧特性を確保することができる。
【００３４】
次に、不織布６ｂの引っ張り強度は、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ以上にすることにより、ハンドリング上必要な強度を確保できるため、電池組立時のセパレータの裂けなどの強度不足が起因で発生する不具合を防止することができる。また、不織布６ｂの引っ張り強度は５０Ｎ／１５ｍｍ以下とする。これは、材質、厚さ、秤量及び通気度で、５０Ｎ／１５ｍｍを超えるように製造することは現在の技術が困難なことによる。
【００３５】
次に、不織布６ｂの保液率は、１５０％以上、２５０％以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの保液率を１５０％以上にすることにより、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂ内に確保でき、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布６ｂの保液率を２５０％以下とすることにより、これも電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３６】
次に、不織布６ｂの平均繊維径は、１μｍ以上、３０μｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ以上にすることにより、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂに確保でき、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。不織布６ｂの平均繊維径を３０μｍ以下にすることにより、電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３７】
最後に、微多孔膜６ａは、その材質をポリプロピレン、ポリエチレン、または、ポリテトラフルオロエチレン製とするのが好ましい。
これは、微多孔膜６ａの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、または、ポリテトラフルオロエチレン製にすることにより、オキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に微多孔膜６ａは分解しない。その結果、電子腕時計などの機器へのアルカリ一次電池１の使用において、長時間使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００３８】
このように構成した扁平形アルカリ一次電池１は、セパレータ６の構成として、正極側から、微多孔膜６ａと不織布６ｂの二層構造とし、オキシ水酸化ニッケル共存下、高温環境に該電池１を放置してもアルカリ電解液に該セパレータ６が分解されないことから、電子腕時計などの機器の使用において、長時間に耐え信頼性を高めることができる。その結果、電子腕時計など終止電圧が扁平形の酸化銀一次電池の電池電圧に合わせて高めに設定されている機器において、このアルカリ一次電池１は、長時間の使用に耐えることができる。
【００３９】
ちなみに、セパレータ６の各種条件を変更した実施例を行い検証した。
（実施例１）
図１に示す電池構造で、負極缶３は、ニッケル外表面層と、ステンレススチール（ＳＵＳ）による金属層と、銅による集電体層の３層による厚さ０．１８ｍｍクラッド材をプレス加工によって成型した。
【００４０】
正極合剤５は、導電剤としてグラファイトを４ｍａｓｓ％、オキシ水酸化ニッケルを９３．８ｍａｓ％、結着剤としてポリアクリル酸ソーダを０．２ｍａｓｓ％、電解液として濃度４０％の水酸化カリウム水溶液を２ｍａｓｓ％、をブレンダーで混合した後、打錠機
にてペレット状に成型した。
【００４１】
次に、正極合剤５を、正極缶２内に挿入し、水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を注入して正極合剤５にアルカリ電解液を吸収させる。
この正極合剤５上に、微多孔膜６ａと不織布６ｂの二層構造の円形状に打ち抜いたセパレータ６を装填する。
【００４２】
なお、実施例１で使用した不織布６ｂの材質は、ポリプロピレン（Ｐ．Ｐ．）製、微多孔膜６ａの材質はポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製である。そして、不織布６ｂについて、厚さを８５μｍ、その秤量を３０ｇ／ｍ２、通気度を２０ｍ２／ｓ、引っ張り強度を２５Ｎ／１５ｍｍ、保液率を２００％、平均繊維径を１０μｍとする。
【００４３】
この装填したセパレータ６に水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を滴下して含浸させる。このセパレータ６上に、亜鉛合金粉末、酸化亜鉛、増粘剤、水酸化ナトリウム、及び、水からなるジェル状の負極合剤７を載置する。そして、正極缶２と負極缶３の間には、ガスケット４が挟持され密閉性を高めている。
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの材質を、ポリプロピレン製からポリエチレン製とした。
（実施例３）
実施例３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを、８５μｍから５０μｍとした。
（実施例４）
実施例４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを、８５μｍから１５０μｍとした。
（実施例５）
実施例５は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を、３０ｇ／ｍ２から２０ｇ／ｍ２とした。
（実施例６）
実施例６は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を、３０ｇ／ｍ２から５０ｇ／ｍ２とした。
（実施例７）
実施例７は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を、２０ｍ２／ｓから１０ｍ２／ｓとした。
（実施例８）
実施例８は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を、２０ｍ２／ｓから３０ｍ２／ｓとした。
（実施例９）
実施例９は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を、２５Ｎ／１５ｍｍから１０Ｎ／１５ｍｍとした。
（実施例１０）
実施例１０は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を、２５Ｎ／１５ｍｍから５０Ｎ／１５ｍｍとした。
（実施例１１）
実施例１１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を、２００％から１５０％とした。
（実施例１２）
実施例１２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を、２００％から２５０％とした。
（実施例１３）
実施例１３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を、１０μｍから１μｍとした。
（実施例１４）
実施例１４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を、１０μｍから３０μｍとした。
（実施例１５）
実施例１５は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からポリプロピレン（Ｐ．Ｐ．）製とした。
（実施例１６）
実施例１６は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製とした。
（比較例１）
比較例１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からマーセル化パルプとした。
（比較例２）
比較例２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを８５μｍから４０μｍとした。
（比較例３）
比較例３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを８５μｍから１８０μｍとした。
（比較例４）
比較例４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を３０ｇ／ｍ２から１５ｇ／ｍ２とした。
（比較例５）
比較例５は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を３０ｇ／ｍ２から５５ｇ／ｍ２とした。
（比較例６）
比較例６は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を２０ｍ２／ｓから５ｍ２／ｓとした。
（比較例７）
比較例７は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を２０ｍ２／ｓから３５ｍ２／ｓとした。
（比較例８）
比較例８は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を２５Ｎ／１５ｍｍから５Ｎ／１５ｍｍとした。
（比較例９）
比較例９は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を２００％から１３０％とした。
（比較例１０）
比較例１０は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を２００％から２７０％とした。
（比較例１１）
比較例１１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を１０μｍから０．５μｍとした。
（比較例１２）
比較例１２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を１０μｍから３５μｍとした。
（比較例１３）
比較例１３は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からセロファンとした。
【００４４】
そして、上記した実施例１〜実施例１６、比較例１〜比較例１３のアルカリ一次電池をそれぞれ１１０個作製し、以下の検証を行った。
具体的には、これら１００個ずつ電池を３０ｋΩで定抵抗放電させ、１．２Ｖの終止電圧とした時の放電容量［ｍＡｈ］を表１に示す。
【００４５】
また、１０個ずつの電池を−１０℃の環境下、ＤｏＤｏ％（放電深度０％）、負荷抵抗が２００Ωで５秒の閉路電圧（ＣＣＶ：放電特性）［Ｖ］を表１に示す。
最後に、前述した放電容量試験を行った電池の内部ショートの有無、放電容量試験を行う前の電池総高［ｍｍ］、及び、電池作製時のセパレータ裂け等の強度結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
（１）はじめに、この表１より、実施例１，２と比較例１とを比較するに、不織布６ｂの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることにより、負極活物質である亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することがわかる。
【００４７】
これは、不織布６ｂの材質をポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることで、不織布６ｂはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させともアルカリ電解液に分解せず、セパレータ６として必要な正負極間のバリアー性が確保できるからである。
【００４８】
（２）次に、この表１により、実施例３，４と比較例２，３を比較するに、不織布６ｂの厚さを５０μｍ〜１５０μｍとすることで、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００４９】
これは、不織布６ｂの厚さを５０μｍ以上にすることで内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの厚さを１５０μｍ以下にすることで不織布６ｂの厚さ分、電池内部に充電すべき活物質量を確保できるためである。
【００５０】
（３）次に、この表１により、実施例５，６と比較例４，５を比較するに、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２〜５０ｇ／ｍ２以下にすることで、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これも、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２以上にすることで内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの秤量を５０ｇ／ｍ２以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤を抑制できるためと考えられる。
【００５１】
（４）次に、この表１により、実施例７，８と比較例６，７を比較するに、不織布６ｂの通気度を１０ｍ２／ｓ〜３０ｍ２／ｓにすることで、閉路電圧特性に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂを、通気度を１０ｍ２／ｓ以上にすることで、内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの通気度を３０ｍ２／ｓ以下にすることで電池の内部抵抗の上昇を抑制できるためと考えられる。
【００５２】
（５）次に、この表１により、実施例１〜実施例１６と比較例８を比較するに、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍにすることで、生産性に優れた扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ以上にすることでハンドリング上必要な強度を確保できるためである。
【００５３】
（６）次に、この表１により、実施例１１，１２と比較例９，１０を比較するに、不織布６ｂの保液率を１５０％〜２５０％とすることで、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れたアルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの保液率を１５０％以上にすることで正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂ内に確保できることから、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができるためである。また、不織布６ｂの保液率を２５０％以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤の抑制ができるためと考えられる。
【００５４】
（７）次に、この表１により、実施例１３，１４と比較例１１，１２を比較するに、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ〜３０μｍにすることで、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れたアルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ以上にすることで正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができるためである。また、不織布６ｂの平
均繊維径を３０μｍ以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤の抑制ができるためと考えられる。
【００５５】
（８）次に、この表１により、実施例１５，１６と比較例１３を比較するに、微多孔膜６ａの材質を、セルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることにより、負極活物質である亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することがわかる。これは、微多孔膜６ａの材質をポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることで、微多孔膜６ａはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解せず、セパレータ６として必要な正負極間のバリアー性が確保できるためである。
【００５６】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、扁平形アルカリ一次電池１は、負極活物質として亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を使用し、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルを使用し、それらのセパレータ６の構成としては少なくとも不織布６ｂと微多孔膜６ａの二層構造を有し、その不織布６ｂの材質を従来のアルカリ一次電池で使用されてきたセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンにした。そのため、不織布６ｂはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解しないことから、扁平形アルカリ一次電池１は電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００５７】
しかも、本実施形態の扁平形アルカリ一次電池１は、酸化銀一次電池のように高価な材料（銀）を使用しないため、貴金属市場に左右されず安価に製造することができる。
（２）本実施形態によれば、扁平形アルカリ一次電池１は、不織布６ｂの厚さを、５０μｍ以上、１５０μｍ以下にしたので、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００５８】
（３）本実施形態によれば、不織布６ｂの秤量を、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下にしたので、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００５９】
（４）本実施形態によれば、不織布６ｂの通気度を、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下にしたので、内部ショートの発生を防止し、閉路電圧特性に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００６０】
（５）本実施形態によれば、不織布６ｂの引っ張り強度を、１０Ｎ／１５ｍｍ以上にしたので、生産性に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
（６）本実施形態では、不織布６ｂの保液率を、１５０％以上、２５０％以下にしたので、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れるアルカリ一次電池１を提供できる。
【００６１】
（７）本実施形態によれば、微多孔膜６ａの材質を、セルロース系に比べて耐アルカリ性に優れたポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製にしたので、微多孔膜６ａはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ、高温環境に電池を放置されてもアルカリ電解液に分解しないことから、扁平形アルカリ一次電池１は電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態のアルカリ電池の概略断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１…扁平形アルカリ電池、２…正極缶、２ａ…開口部、３…負極缶、３ａ…開口部、４…ガスケット、５…正極合剤、６…セパレータ、６ａ…微多孔膜、６ｂ…不織布、７…負極合剤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平形アルカリ一次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子腕時計、携帯用電子計算機等の小型電子機器に使用されるコイン形或いはボタン形等の扁平形アルカリ一次電池は、正極缶内に二酸化マンガンを正極活物質とする正極合剤が収容されて、負極缶内には、亜鉛又は亜鉛合金粉末を負極活物質とする負極合剤が配置されている。
【０００３】
正極合剤と負極合剤は、セパレータを介して対向しており、電池の内部にはアルカリ電解液が注入されている。そして、正極合剤は、二酸化マンガンに導電剤としてグラファイト粉末、正極合剤の結着性が低い場合は結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂粉末若しくはエマルジョンを混合した後に、ペレット状に打錠して正極としている。
【０００４】
また、扁平形アルカリ一次電池の正極活物質として酸化銀を用いた、所謂、酸化銀電池も、広く一般市場に出回っている。酸化銀は、二酸化マンガンと比較し、体積エネルギー密度が高く、かつ、負極活物質を亜鉛とした電池電圧が１，５６ボルト付近で平坦なため、主に、終止電圧は１．２ボルト以上の電子腕時計、携帯用電子計算機等の小型電子機器用の電源として用いられている。
【０００５】
しかしながら、酸化銀は、性能的にも良好であるももの貴金属である銀が主成分であるため高価であり、銀相場により価格が変動し、製造原価の低減や安定を図る上で使用し難い物質である。
【０００６】
そこで、酸化銀に対して体積エネルギー密度が低く、しかも、放電に伴う電圧降下が大きいけれども、質量当たりの価格が２００分の１程度と圧倒的に安価な二酸化マンガンを正極活物質とした、所謂、アルカリマンガン電池が酸化銀電池同様、一般市場に数多く出回っている。
【０００７】
このため、二酸化マンガン等の安価な活物質に種々の添加剤を加えて、体積エネルギー密度等を酸化銀電池に近付けることが検討されている（例えば、特許文献１，２，３）。
【特許文献１】特開２００３−２３４１０７号 公報（第２頁〜第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００４−６０９２号 公報（第２頁〜第３頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−１９３４９号 公報（第２頁〜第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、二酸化マンガン等の材料を正極活物質として用いた扁平形アルカリ一次電池では、放電に伴い電圧が大幅に降下する問題点を有していた。電子腕時計など終止電圧が酸化銀電池の電池電圧に合わせて高めに設定されている機器においては、二酸化マンガンの放電に伴う電圧降下から、機器使用時間が極端に短くなってしまうという課題があった。電圧降下の防止について、種々の検討が行われているが、十分なものではなかった。
【０００９】
その解決策としては、正極活物質にオキシ水酸化ニッケルを用いる電池が考案されているが、この電池の場合、セパレータの材質として従来からアルカリ電池に用いられてきたビスコースレーヨン、ポリノジックレーヨン、及び、マーセル化パルプのようなセルロー
ス系セパレータを用いるとセルロースが正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルにより分解し、内部ショートが発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、安価で電池電圧が高く、長時間の使用に耐える信頼性の高い扁平形アルカリ一次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、正極缶の開口部に負極缶の開口部を嵌合し、正極缶と負極缶とをガスケットを介して密封して形成された密封空間に、セパレータを配置するとともに、前記セパレータを挟んで、正極側にはオキシ水酸化ニッケルを主成分とした正極合剤を配置し、負極側には亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を主成分とした負極合剤を配置し、さらに、その密封空間にアルカリ電解液を充填した扁平形アルカリ一次電池であって、前記セパレータとして、少なくともポリプロピレン若しくはポリエチレン製不織布と微多孔膜を用いた。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の厚さが、５０μｍ以上、１５０μｍ以下である。
請求項３の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の秤量が、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の通気度が、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下である。
請求項５の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の引っ張り強度が、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の保液率が、１５０％以上、２５０％以下である。
請求項７の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記不織布の平均繊維径が、１μｍ以上、３０μｍ以下である。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、前記微多孔膜の材質が、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、不織布と微多孔膜からなるセパレータにおいて、セパレータの不織布の材質を、セルロース系に対して圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレン製にしたので、セパレータはオキシ水酸化ニッケル共存下例え高温環境に電池を放置してもアルカリ電解液に分離しない。従って、電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００１７】
この結果、正極活物質に高価である酸化銀を使用することなく電子腕時計など終止電圧が酸化銀一次電池の電池電圧に合わせて高く設定されている機器に適した良好な扁平形アルカリ一次電池を得ることができる。しかも、酸化銀一次電池のように高価な材料を使用しないため、安価に製造することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、不織布の厚さを５０μｍ以上にしたので、セパレータとしてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の厚
さを１５０μｍ以下にしたので、不織布の厚さ分電池内部に充填すべき活物質量を確保できるため、放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供することができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、不織布の秤量を、２０ｇ／ｍ２以上にしたので、セパレータのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の秤量を５０ｇ／ｍ２以下にしたので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、不織布の通気度を１０ｍ２／ｓ以上にしたので、セパレータとしてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布の通気度を１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下にしたので、電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池として必要な閉路電圧特性を確保できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、不織布の引っ張り強度を、１０Ｎ／１５ｍｍ以上にしたので、ハンドリング上必要な強度を確保できるため、電池組立のセパレータの裂け等、強度不足が起因で発生する不具合を防止することができる。また、不織布の引っ張り強度を５０Ｎ／１５ｍｍ以下にしたのは、前述した材質、厚さ、秤量、及び、通気度で、引っ張り強度を５０Ｎ／１５ｍｍを超えるよう製造することは現在の技術では困難なことによる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、不織布の保液率を１５０％以上にしたので、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布の保液率を２５０％以下したので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、不織布の平均繊維径を１μｍ以上にしたので、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布の平均繊維径を３０μｍ以下したので、電池組立直後の不織布のアルカリ電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、微多孔膜の材質を、セルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることにより、微多孔膜はオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解しない。従って、電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる扁平形アルカリ一次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面に従って説明する。
図１は、ボタン形（扁平形）のアルカリ一次電池の概略断面図を示す。図１において、アルカリ一次電池１はボタン形の一次電池であって、有底円筒状の正極缶２及び有蓋円筒状の負極缶３を有している。正極缶２は、鋼板にニッケルメッキを施した構成であって、正極端子を兼ねている。一方、負極缶３は、ニッケルよりなる外表面層と、ステンレススチール（ＳＵＳ）よりなる金属層と、銅よりなる集電体層との３層クラッド材がカップ状にプレス加工されて構成されている。又、負極缶３は、その円形の開口部３ａが折り返し形成され、その折り返し形成された開口部３ａには、例えば、ナイロン製のリング状のガスケット４が装着されている。
【００２６】
そして、正極缶２の円形の開口部２ａに、負極缶３を、ガスケット４を装着した開口部３ａ側から嵌合させ、該正極缶２の開口部２ａを該ガスケット４に向かってかしめて封口することによって、正極缶２と負極缶３は、互いに連結固定されている。正極缶２と負極缶３を連結固定することによって、ガスケット４を介して正極缶２と負極缶３の間には、密閉空間が形成される。
【００２７】
この密閉空間には、正極合剤５、セパレータ６、負極合剤７が収容され、セパレータ６を挟んで正極缶２側に正極合剤５、負極缶３側に負極合剤７が収容配置されている。この密閉空間には、アルカリ電解液が充填されている。
【００２８】
詳述すると、正極合剤５は、正極缶２の底面に配設されている。正極合剤５は、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケル粉末、導電剤としてのグラファイト、結着剤としてのポリアクリル酸ソーダ、アルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液を混合後、打錠機等でプレス成型した円柱状のペレット構造である。
【００２９】
セパレータ６の上側には、負極合剤７が配置される。負極合剤７は、亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末、アルカリ電解液、増粘剤等からなるジェル状をなし、負極缶３の底面に圧着され、セパレータ６の上側に収容されている。
【００３０】
正極合剤５と負極合剤７の間には、セパレータ６が配置される。セパレータ６は、正極から微多孔膜６ａと不織布６ｂの二重構造である。
まず、初めに、不織布６ｂは、その材質をポリプロピレン若しくはポリエチレン製とすることが好ましい。これは、不織布６ｂの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることにより、オキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境にアルカリ一次電池１を放置させても、該不織布６ｂはアルカリ電解液に分解しない。その結果、電子腕時計などの機器へのアルカリ一次電池１の使用において、長時間使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００３１】
次に、不織布６ｂの厚さは、５０μｍ以上、１５０μｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの厚さを５０μｍ以上にすることにより、セパレータ６としてのバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができるためである。また、不織布６ｂの厚さを１５０μｍ以下にすることにより、不織布６ｂの厚さ分、電池内部（密閉空間）に充填すべき活物質量を確保できるため、放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００３２】
次に、不織布６ｂの秤量は、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２以上にすることにより、セパレータ６としてバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布６ｂの秤量を５０ｇ／ｍ２以下とすることにより、電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３３】
次に、不織布６ｂの通気度は、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの通気度を１０ｍ２／ｓ以上とすることにより、セパレータ６としてバリアー性を確保し、負極活物質である亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することができる。また、不織布６ｂ
の通気度を３０ｍ２／ｓ以下とすることにより、アルカリ一次電池１の内部抵抗の上昇を抑制し、電池としての必要な閉路電圧特性を確保することができる。
【００３４】
次に、不織布６ｂの引っ張り強度は、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ以上にすることにより、ハンドリング上必要な強度を確保できるため、電池組立時のセパレータの裂けなどの強度不足が起因で発生する不具合を防止することができる。また、不織布６ｂの引っ張り強度は５０Ｎ／１５ｍｍ以下とする。これは、材質、厚さ、秤量及び通気度で、５０Ｎ／１５ｍｍを超えるように製造することは現在の技術が困難なことによる。
【００３５】
次に、不織布６ｂの保液率は、１５０％以上、２５０％以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの保液率を１５０％以上にすることにより、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂ内に確保でき、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。また、不織布６ｂの保液率を２５０％以下とすることにより、これも電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３６】
次に、不織布６ｂの平均繊維径は、１μｍ以上、３０μｍ以下とすることが好ましい。
これは、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ以上にすることにより、正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂに確保でき、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができる。不織布６ｂの平均繊維径を３０μｍ以下にすることにより、電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤で、電池総高が規格を上回ってしまう不具合を防止することができる。
【００３７】
最後に、微多孔膜６ａは、その材質をポリプロピレン、ポリエチレン、または、ポリテトラフルオロエチレン製とするのが好ましい。
これは、微多孔膜６ａの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、または、ポリテトラフルオロエチレン製にすることにより、オキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に微多孔膜６ａは分解しない。その結果、電子腕時計などの機器へのアルカリ一次電池１の使用において、長時間使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００３８】
このように構成した扁平形アルカリ一次電池１は、セパレータ６の構成として、正極側から、微多孔膜６ａと不織布６ｂの二層構造とし、オキシ水酸化ニッケル共存下、高温環境に該電池１を放置してもアルカリ電解液に該セパレータ６が分解されないことから、電子腕時計などの機器の使用において、長時間に耐え信頼性を高めることができる。その結果、電子腕時計など終止電圧が扁平形の酸化銀一次電池の電池電圧に合わせて高めに設定されている機器において、このアルカリ一次電池１は、長時間の使用に耐えることができる。
【００３９】
ちなみに、セパレータ６の各種条件を変更した実施例を行い検証した。
（実施例１）
図１に示す電池構造で、負極缶３は、ニッケル外表面層と、ステンレススチール（ＳＵＳ）による金属層と、銅による集電体層の３層による厚さ０．１８ｍｍクラッド材をプレス加工によって成型した。
【００４０】
正極合剤５は、導電剤としてグラファイトを４ｍａｓｓ％、オキシ水酸化ニッケルを９３．８ｍａｓ％、結着剤としてポリアクリル酸ソーダを０．２ｍａｓｓ％、電解液として濃度４０％の水酸化カリウム水溶液を２ｍａｓｓ％、をブレンダーで混合した後、打錠機
にてペレット状に成型した。
【００４１】
次に、正極合剤５を、正極缶２内に挿入し、水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を注入して正極合剤５にアルカリ電解液を吸収させる。
この正極合剤５上に、微多孔膜６ａと不織布６ｂの二層構造の円形状に打ち抜いたセパレータ６を装填する。
【００４２】
なお、実施例１で使用した不織布６ｂの材質は、ポリプロピレン（Ｐ．Ｐ．）製、微多孔膜６ａの材質はポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製である。そして、不織布６ｂについて、厚さを８５μｍ、その秤量を３０ｇ／ｍ２、通気度を２０ｍ２／ｓ、引っ張り強度を２５Ｎ／１５ｍｍ、保液率を２００％、平均繊維径を１０μｍとする。
【００４３】
この装填したセパレータ６に水酸化カリウムを含むアルカリ電解液を滴下して含浸させる。このセパレータ６上に、亜鉛合金粉末、酸化亜鉛、増粘剤、水酸化ナトリウム、及び、水からなるジェル状の負極合剤７を載置する。そして、正極缶２と負極缶３の間には、ガスケット４が挟持され密閉性を高めている。
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの材質を、ポリプロピレン製からポリエチレン製とした。
（実施例３）
実施例３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを、８５μｍから５０μｍとした。
（実施例４）
実施例４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを、８５μｍから１５０μｍとした。
（実施例５）
実施例５は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を、３０ｇ／ｍ２から２０ｇ／ｍ２とした。
（実施例６）
実施例６は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を、３０ｇ／ｍ２から５０ｇ／ｍ２とした。
（実施例７）
実施例７は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を、２０ｍ２／ｓから１０ｍ２／ｓとした。
（実施例８）
実施例８は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を、２０ｍ２／ｓから３０ｍ２／ｓとした。
（実施例９）
実施例９は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を、２５Ｎ／１５ｍｍから１０Ｎ／１５ｍｍとした。
（実施例１０）
実施例１０は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を、２５Ｎ／１５ｍｍから５０Ｎ／１５ｍｍとした。
（実施例１１）
実施例１１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を、２００％から１５０％とした。
（実施例１２）
実施例１２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を、２００％から２５０％とした。
（実施例１３）
実施例１３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を、１０μｍから１μｍとした。
（実施例１４）
実施例１４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を、１０μｍから３０μｍとした。
（実施例１５）
実施例１５は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からポリプロピレン（Ｐ．Ｐ．）製とした。
（実施例１６）
実施例１６は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製とした。
（比較例１）
比較例１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からマーセル化パルプとした。
（比較例２）
比較例２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを８５μｍから４０μｍとした。
（比較例３）
比較例３は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの厚さを８５μｍから１８０μｍとした。
（比較例４）
比較例４は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を３０ｇ／ｍ２から１５ｇ／ｍ２とした。
（比較例５）
比較例５は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの秤量を３０ｇ／ｍ２から５５ｇ／ｍ２とした。
（比較例６）
比較例６は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を２０ｍ２／ｓから５ｍ２／ｓとした。
（比較例７）
比較例７は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの通気度を２０ｍ２／ｓから３５ｍ２／ｓとした。
（比較例８）
比較例８は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの引っ張り強度を２５Ｎ／１５ｍｍから５Ｎ／１５ｍｍとした。
（比較例９）
比較例９は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を２００％から１３０％とした。
（比較例１０）
比較例１０は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの保液率を２００％から２７０％とした。
（比較例１１）
比較例１１は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を１０μｍから０．５μｍとした。
（比較例１２）
比較例１２は、実施例１と同様な構成にするものの、不織布６ｂの平均繊維径を１０μｍから３５μｍとした。
（比較例１３）
比較例１３は、実施例１と同様な構成にするものの、微多孔膜６ａの材質をポリエチレン（Ｐ．Ｅ．）製からセロファンとした。
【００４４】
そして、上記した実施例１〜実施例１６、比較例１〜比較例１３のアルカリ一次電池をそれぞれ１１０個作製し、以下の検証を行った。
具体的には、これら１００個ずつ電池を３０ｋΩで定抵抗放電させ、１．２Ｖの終止電圧とした時の放電容量［ｍＡｈ］を表１に示す。
【００４５】
また、１０個ずつの電池を−１０℃の環境下、ＤｏＤｏ％（放電深度０％）、負荷抵抗が２００Ωで５秒の閉路電圧（ＣＣＶ：放電特性）［Ｖ］を表１に示す。
最後に、前述した放電容量試験を行った電池の内部ショートの有無、放電容量試験を行う前の電池総高［ｍｍ］、及び、電池作製時のセパレータ裂け等の強度結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
（１）はじめに、この表１より、実施例１，２と比較例１とを比較するに、不織布６ｂの材質をセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることにより、負極活物質である亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することがわかる。
【００４７】
これは、不織布６ｂの材質をポリプロピレン若しくはポリエチレンとすることで、不織布６ｂはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させともアルカリ電解液に分解せず、セパレータ６として必要な正負極間のバリアー性が確保できるからである。
【００４８】
（２）次に、この表１により、実施例３，４と比較例２，３を比較するに、不織布６ｂの厚さを５０μｍ〜１５０μｍとすることで、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００４９】
これは、不織布６ｂの厚さを５０μｍ以上にすることで内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの厚さを１５０μｍ以下にすることで不織布６ｂの厚さ分、電池内部に充電すべき活物質量を確保できるためである。
【００５０】
（３）次に、この表１により、実施例５，６と比較例４，５を比較するに、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２〜５０ｇ／ｍ２以下にすることで、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これも、不織布６ｂの秤量を２０ｇ／ｍ２以上にすることで内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの秤量を５０ｇ／ｍ２以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤を抑制できるためと考えられる。
【００５１】
（４）次に、この表１により、実施例７，８と比較例６，７を比較するに、不織布６ｂの通気度を１０ｍ２／ｓ〜３０ｍ２／ｓにすることで、閉路電圧特性に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂを、通気度を１０ｍ２／ｓ以上にすることで、内部ショートの発生を防止し、また、不織布６ｂの通気度を３０ｍ２／ｓ以下にすることで電池の内部抵抗の上昇を抑制できるためと考えられる。
【００５２】
（５）次に、この表１により、実施例１〜実施例１６と比較例８を比較するに、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍにすることで、生産性に優れた扁平形アルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの引っ張り強度を１０Ｎ／１５ｍｍ以上にすることでハンドリング上必要な強度を確保できるためである。
【００５３】
（６）次に、この表１により、実施例１１，１２と比較例９，１０を比較するに、不織布６ｂの保液率を１５０％〜２５０％とすることで、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れたアルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの保液率を１５０％以上にすることで正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布６ｂ内に確保できることから、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができるためである。また、不織布６ｂの保液率を２５０％以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤の抑制ができるためと考えられる。
【００５４】
（７）次に、この表１により、実施例１３，１４と比較例１１，１２を比較するに、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ〜３０μｍにすることで、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れたアルカリ一次電池を提供できる。これは、不織布６ｂの平均繊維径を１μｍ以上にすることで正負極間の反応に必要な電解液を効果的に不織布内に確保できるため、電池として必要な閉路電圧特性を確保することができるためである。また、不織布６ｂの平
均繊維径を３０μｍ以下にすることで電池組立直後の不織布６ｂの電解液吸収による膨潤の抑制ができるためと考えられる。
【００５５】
（８）次に、この表１により、実施例１５，１６と比較例１３を比較するに、微多孔膜６ａの材質を、セルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることにより、負極活物質である亜鉛合金粉末と正極活物質であるオキシ水酸化ニッケルの内部ショートの発生を防止することがわかる。これは、微多孔膜６ａの材質をポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製とすることで、微多孔膜６ａはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解せず、セパレータ６として必要な正負極間のバリアー性が確保できるためである。
【００５６】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、扁平形アルカリ一次電池１は、負極活物質として亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を使用し、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルを使用し、それらのセパレータ６の構成としては少なくとも不織布６ｂと微多孔膜６ａの二層構造を有し、その不織布６ｂの材質を従来のアルカリ一次電池で使用されてきたセルロース系に対し圧倒的に耐アルカリ性に優れるポリプロピレン若しくはポリエチレンにした。そのため、不織布６ｂはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ高温環境に電池を放置させてもアルカリ電解液に分解しないことから、扁平形アルカリ一次電池１は電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる。
【００５７】
しかも、本実施形態の扁平形アルカリ一次電池１は、酸化銀一次電池のように高価な材料（銀）を使用しないため、貴金属市場に左右されず安価に製造することができる。
（２）本実施形態によれば、扁平形アルカリ一次電池１は、不織布６ｂの厚さを、５０μｍ以上、１５０μｍ以下にしたので、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池を提供できる。
【００５８】
（３）本実施形態によれば、不織布６ｂの秤量を、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下にしたので、所定の電池総高内で放電容量に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００５９】
（４）本実施形態によれば、不織布６ｂの通気度を、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下にしたので、内部ショートの発生を防止し、閉路電圧特性に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
【００６０】
（５）本実施形態によれば、不織布６ｂの引っ張り強度を、１０Ｎ／１５ｍｍ以上にしたので、生産性に優れる扁平形アルカリ一次電池１を提供できる。
（６）本実施形態では、不織布６ｂの保液率を、１５０％以上、２５０％以下にしたので、所定の電池総高内で閉路電圧特性に優れるアルカリ一次電池１を提供できる。
【００６１】
（７）本実施形態によれば、微多孔膜６ａの材質を、セルロース系に比べて耐アルカリ性に優れたポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製にしたので、微多孔膜６ａはオキシ水酸化ニッケル共存下、たとえ、高温環境に電池を放置されてもアルカリ電解液に分解しないことから、扁平形アルカリ一次電池１は電子腕時計などの機器への使用において、長時間の使用に耐え信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態のアルカリ電池の概略断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１…扁平形アルカリ電池、２…正極缶、２ａ…開口部、３…負極缶、３ａ…開口部、４…ガスケット、５…正極合剤、６…セパレータ、６ａ…微多孔膜、６ｂ…不織布、７…負極合剤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極缶の開口部に負極缶の開口部を嵌合し、正極缶と負極缶とをガスケットを介して密封して形成された密封空間に、セパレータを配置するとともに、前記セパレータを挟んで、正極側にはオキシ水酸化ニッケルを主成分とした正極合剤を配置し、負極側には亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を主成分とした負極合剤を配置し、さらに、その密封空間にアルカリ電解液を充填した扁平形アルカリ一次電池であって、
前記セパレータとして、少なくともポリプロピレン若しくはポリエチレン製不織布と微多孔膜を用いることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の厚さが、５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の秤量が、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の通気度が、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の引っ張り強度が、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項６】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の保液率が、１５０％以上、２５０％以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の平均繊維径が、１μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項８】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記微多孔膜の材質が、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項１】
正極缶の開口部に負極缶の開口部を嵌合し、正極缶と負極缶とをガスケットを介して密封して形成された密封空間に、セパレータを配置するとともに、前記セパレータを挟んで、正極側にはオキシ水酸化ニッケルを主成分とした正極合剤を配置し、負極側には亜鉛粉末又は亜鉛合金粉末を主成分とした負極合剤を配置し、さらに、その密封空間にアルカリ電解液を充填した扁平形アルカリ一次電池であって、
前記セパレータとして、少なくともポリプロピレン若しくはポリエチレン製不織布と微多孔膜を用いることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の厚さが、５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の秤量が、２０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の通気度が、１０ｍ２／ｓ以上、３０ｍ２／ｓ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の引っ張り強度が、１０Ｎ／１５ｍｍ以上、５０Ｎ／１５ｍｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項６】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の保液率が、１５０％以上、２５０％以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記不織布の平均繊維径が、１μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【請求項８】
請求項１に記載の扁平形アルカリ一次電池において、
前記微多孔膜の材質が、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリテトラフルオロエチレン製であることを特徴とする扁平形アルカリ一次電池。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２８２６６０（Ｐ２００８−２８２６６０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５５８２（Ｐ２００７−１２５５８２）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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