CN107251292A - 碱性电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种即使负极材料使用含有25～40质量％的粒度为75μm以下的微粉末的锌合金粉末，也能将充足的量的电解液保持在正极侧，改善了重负荷放电特性的碱性电池。本发明的碱性电池(1)特征在于，将包含二氧化锰以及导电材料的正极混合剂(21)填充在有底的筒状的正极壳(11)内，将包含锌粉末的负极混合剂(23)填充在设置于正极混合剂(21)的内周侧的隔板(22)的内周侧，负极混合剂(23)含有25～40质量％的粒度为75μm以下的锌粒子，正极混合剂(21)由同轴地层叠在正极壳(11)内的多个中空圆筒状的小段(21a)、(21b)、(21c)形成，各小段之间的间隙(51)、(52)的长度的合计s与各小段各自的长度的合计d之比采用1～14％，在正极侧的小段之间的间隙(51)、(52)中保持充足的量的电解液。

Description

碱性电池
技术领域
本发明涉及改善碱性电池的放电性能，尤其是重负荷放电性能。
背景技术
如今，数码相机、摄像机、手机、智能手机等电子设备的高性能化以及小型化不断发展，改善用作这种电子设备的电源的碱性电池的性能，尤其是重负荷放电性能(高负荷放电特性)的需求高涨。
作为涉及改善碱性电池的高负荷放电特性的技术，例如，在专利文献1中记载了这样构成的碱性电池：具备包括以20～50重量％包含粒径75μm以下的微粉末的锌合金粉末的负极、正极、配置在负极与正极之间的隔板、电解液，在恒阻抗放电中，负极的电压电位升高的时间比正极的电压电位下降的时间短的碱性电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5172181号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
此处在上述的专利文献1中，通过使用包含20～50重量％的粒径75μm以下的微粉末的锌合金粉末作为负极材料以谋求改善重负荷放电特性，但是即使在如此使用微粉末作为负极材料的情况下，也未改善重负荷放电特性。可认为这是因为小粒径的微粉末的比表面积大，因此容易将电解液保持在负极侧，由此正极侧的解液减少并且正极侧的电阻抗上升。
本发明的目的在于提供改善了碱性电池的放电性能，尤其是重负荷放电性能优良的碱性电池。
解决技术问题的方法
用于实现上述目的的本发明中的一方面是一种碱性电池，其具备：装填在有底的筒状的正极壳内的正极混合剂、设置在所述正极混合剂的内周侧的隔板、填充在所述隔板的内周侧且包含以锌为主要成分的粉末的负极混合剂、插入所述负极混合剂中的负极集电体、对所述正极壳的开口部进行封口的负极端子板、碱性的电解液而构成，其特征在于，所述正极混合剂包含二氧化锰以及导电材料，所述粉末以25～40质量％的范围包含粒度为75μm以下的粒子，所述正极混合剂由与所述正极壳同轴地层叠并装填在所述正极壳内的多个中空圆筒状的小段形成，在所述小段之间设置有间隙，所述间隙沿所述正极壳的轴方向的长度的合计s与所述小段各自沿所述轴方向的长度的合计d之比为1～14％。
另外本发明的另一方面是上述碱性电池，其特征在于，所述小段的密度在3.0～3.7g/cm3的范围内。
另外本发明的另一方面是上述碱性电池，其特征在于，所述小段以相对于所述二氧化锰为5～20质量％的范围包含作为所述导电材料的石墨。
除此以外，本申请所公开的问题以及其解决方法通过发明的具体实施方式一栏以及附图会变得更清楚。
发明的效果
根据本发明，能够提供放电性能，尤其是重负荷放电性能优良的碱性电池。
附图说明
图1是示出一般的圆筒形碱性电池的结构的图。
具体实施方式
图1中示出了作为本发明的适用对象的一般的圆筒形碱性电池(LR6型(单三形)碱性电池)的结构(以下，称作碱性电池1)。需要说明的是，在图1中以纵剖图(将碱性电池1的圆筒轴的延伸方向当作上下(纵)方向时的剖视图)示出碱性电池1。
如图1所示，碱性电池1具备：有底的筒状的金属制成的电池壳(以下，称作正极壳11)，插入正极壳11中的正极混合剂21，设置在正极混合剂21的内周侧的有底圆筒状的隔板22，填充在隔板22的内周侧的负极混合剂23，隔着树脂制成的封口垫片35嵌装在正极壳11的开口部中的负极端子板32，以及通过点焊等固定设置在负极端子板32的内侧且由黄铜等材料形成的棒状的负极集电子31。正极混合剂21、隔板22以及负极混合剂23构成碱性电池1的发电组件20。
正极壳11具有导电性，例如是通过对镀镍钢板等金属材料进行冲压加工而形成的。正极壳11兼备正极集电体以及正极端子的功能，在其底部一体成型有凸状的正极端子部12。
正极混合剂21是将作为正极活性物质的电解二氧化锰(EMD)、作为导电材料的石墨、以及以氢氧化钾(KOH)为主要成分的电解液与聚丙烯酸等粘合剂一起混合，将该混合物经轧制、粉碎、造粒、分级等步骤进行处理后，进行压缩成型为环状。如图1所示，将构成正极混合剂21的多个中空圆筒状的3个小段21a、21b、21c以其圆筒轴与正极壳11的圆筒轴呈同轴的方式在上下方向上层叠并压入正极壳11内。各小段21a、21b、21c各自沿正极壳11的轴方向的长度依次为d1、d2、d3。虽然在本实施方式中使各小段21a、21b、21c的长度一致(d1＝d2＝d2)，但是它们可以不一致。
如图1所示，在小段21a与小段21b之间设置有间隙51，以及在小段21b与小段21c之间设置有间隙52。小段21a与小段21b之间的间隙51沿正极壳11的轴方向的长度为s1，小段21b与小段21c之间的间隙52沿正极壳11的轴方向的长度为s2。小段21c的正极端子部12侧的表面紧贴正极壳11。
负极混合剂23是对作为负极活性物质的锌合金粉末进行胶化而得到。锌合金粉末是用气体雾化法或离心喷雾法进行制粉而得到的，锌合金粉末包含锌和为了抑制气体的产生(防止漏液)等而添加的合金成分(铋、铝、铟等)以及作为电解液的氢氧化钾。负极集电子31插入负极混合剂23的中心部。
对于由以上的结构形成的碱性电池1，为了检验其放电性能，尤其是重负荷放电性能的改善效果，进行了以下的试验1～3。
＜试验1＞
在试验1中，为了检验负极混合剂23的锌合金粉末的粒度以及构成正极混合剂21的小段之间的间隙51、52的合适的范围，制作改变了负极混合剂23的锌合金粉末的粒度(在20.0～45.0质量％的范围内改变粒度为75μm以下的粒子的含有率(以下，也称作“75μm以下的粒子的比例”))，并且改变了间隙51、52的大小(改变间隙51、52沿正极壳11的轴方向的长度的合计s＝s1+s2与上述小段各自沿正极壳11的轴方向的长度的合计d＝d1+d2+d3之比(以下，也称作“间隙/混合剂高度”))的多个碱性电池1，比较各自的放电性能。需要说明的是，任一碱性电池1均使用密度(以下，也称作“正极混合剂密度”)为3.2g/cm3，并且正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(以下，也称作“石墨/二氧化锰”)为10.0质量％的正极混合剂21。
进行假设使用数码相机等时的重负荷放电的循环放电试验(以1500mW放电2秒并以650mW放电28秒的循环每小时进行10次(每一小时的休息时间约为55分钟))，计算到截止电压(1.05V)为止的循环次数，通过比较该循环次数进行放电性能的比较。
表1中示出比较各碱性电池1的放电性能的结果。需要说明的是，表1中表示放电性能的数值是将比较例3的碱性电池1的放电性能当作100时的相对值。
【表1】
如表1所示，确认作为负极混合剂23的锌合金粉末以25～40质量％的范围包含粒度为75μm以下的粒子，并且，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比(间隙/混合剂高度)为1～14％的碱性电池1的放电性能升高(实施例1～7)。另外，确认在作为负极混合剂23的锌合金粉末使用以30质量％的范围包含粒度为75μm以下的粒子的粉末，并且，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比(间隙/混合剂高度)采用8.0％的情况下，放电性能尤其升高(实施例5)。
另外，从比较例2可知，当负极混合剂23的微粉末的量过多时放电性能未改善。可认为这是因为比表面积大的小粒径的微粉末容易将电解液保持在负极侧，因此正极侧的电解液減少并且正极侧的电阻抗升高。
另外，从比较例3、4可知，当间隙51、52过小时放电性能未改善。可认为这是因为当间隙51、52过小时，在正极侧无法保持充足的量的电解液。
另外，从比较例5可知，当间隙51、52过大时放电性能未改善。可认为这是因为当间隙51、52过大时，面对正极活性物质的负极活性物质的量減少并且电流密度升高。
＜试验2＞
接着，为了检验正极混合剂21的密度(正极混合剂密度)的合适的范围，制作改变了正极混合剂21的密度(在2.8～3.7g/cm3的范围内改变正极混合剂21的密度)的多个碱性电池1，比较各自的放电性能。需要说明的是，对于任一碱性电池1，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比(间隙/混合剂高度)均采用5.0％。另外，对于任一碱性电池1，均使用其中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)为10.0质量％的正极混合剂21。用与试验1相同的方法求出放电性能。
表2中示出比较各碱性电池1的放电性能的结果。需要说明的是，表2中的表示放电性能的数值是将表1中示出的比较例3的碱性电池1的放电性能当作100时的相对值。
【表2】
如表2所示，确认正极混合剂21的密度(正极混合剂密度)在3.0～3.7g/cm3的范围内的碱性电池1的放电性能升高(实施例8，9)。另外，当正极混合剂21的密度为3.0g/cm3时，确认放电性能尤其升高(实施例8)。
另外，当正极混合剂21的密度过高时，容易产生破裂并且压缩成型变难，无法制作小段(比较例6)。
另外，当正极混合剂21的密度过低时，无法得到充分的放电性能(比较例7)。可认为这是因为当正极混合剂21的密度过低时，在正极混合剂21内部导电性变得不充足。
＜试验3＞
接着，为了检验正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)的适当的范围，制作改变了上述比(在2.0～25.0质量％的范围内改变上述比)的多个碱性电池1，比较各自的放电性能。用与上述相同的方法求出放电性能。需要说明的是，对于任一碱性电池1，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比(间隙/混合剂高度)均采用5.0％。另外，对于任一碱性电池1，均使用密度(正极混合剂密度)为3.2g/cm3的正极混合剂21。
表3中示出比较各碱性电池1的放电性能的结果。需要说明的是，表3中的表示放电性能的数值是将表1中示出的比较例3的碱性电池1的放电性能当作100时的相对值。
【表3】
如表3所示，确认正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)在5～20质量％的范围内放电性能升高(实施例10～12)。另外，确认当正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)为15.0质量％时放电性能尤其升高(实施例11)。
另外，当石墨的比例过少时，无法得到充足的放电性能(比较例8)。可认为这是因为在正极混合剂21内部导电性变得不充足。
另外，当石墨的比例过多时，也无法得到充足的放电性能(比较例9)。可认为这是因为在拒水性的石墨的影响下正极混合剂21内的电解液的量減少。
＜效果＞
如上所述，可知在作为负极混合剂23的锌合金粉末以25～40质量％的范围包含粒度为75μm以下的粒子，并且，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比采用1～14％的情况下，碱性电池1的放电性能升高，尤其在作为负极混合剂23的锌合金粉末使用以30质量％的范围包含粒度为75μm以下的粒子的粉末，并且，间隙51、52的合计s与小段的轴方向长度的合计d之比采用8.0％的情况下，可得到良好的结果。
另外，确认正极混合剂21的密度在3.0～3.7g/cm3的范围内放电性能升高，可知尤其在正极混合剂21的密度为3.0g/cm3的情况下可得到良好的结果。
另外，确认正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)在5～20质量％的范围内放电性能升高，可知尤其在正极混合剂21中包含的二氧化锰与石墨之比(石墨/二氧化锰)为15.0质量％的情况下可得到良好的结果。
需要说明的是，以上的说明是为了使本发明容易理解，并是不限定本发明。本发明能够不脱离其主旨地进行改变、改良，并且本发明中当然包含其等价物。
例如，在以上的实施方式中，虽然构成正极混合剂21的小段的个数为3个，但是小段的个数也可以是2个或者4个以上。总之，通过满足其他的必要条件并且小段之间的间隙沿正极壳11的轴方向的长度的合计s与沿小段的轴方向的长度的合计d之比满足上述条件，能够获得上述的效果。
附图标记说明
1：碱性电池；11：正极壳；12：正极端子部；20：发电组件；21：正极混合剂；21a、21b、21c：小段；22：隔板；23：负极混合剂；31：负极集电子；32：负极端子板；35：封口垫片；51、52：间隙。

Claims (3)

1.一种碱性电池，其具备：装填在有底的筒状的正极壳内的正极混合剂、设置在所述正极混合剂的内周侧的隔板、填充在所述隔板的内周侧且包含以锌为主要成分的粉末的负极混合剂、插入所述负极混合剂中的负极集电体、对所述正极壳的开口部进行封口的负极端子板、碱性的电解液，其特征在于，
所述正极混合剂包含二氧化锰以及导电材料，
所述粉末含有25～40质量％范围的粒度为75μm以下的粒子，
所述正极混合剂由与所述正极壳同轴地层叠并装填在所述正极壳内的多个中空圆筒状的小段形成，
在所述小段之间设置有间隙，所述间隙沿所述正极壳的轴方向的长度的合计s与所述小段各自沿所述轴方向的长度的合计d之比为1～14％。
2.如权利要求1所述的碱性电池，其特征在于，所述小段的密度在3.0～3.7g/cm3的范围内。
3.如权利要求1或2所述的碱性电池，其特征在于，所述小段中相对于所述二氧化锰含有5～20质量％范围的作为所述导电材料的石墨。
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