JP2000003735A - 空気亜鉛電池 - Google Patents
空気亜鉛電池Info
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- JP2000003735A JP2000003735A JP10164912A JP16491298A JP2000003735A JP 2000003735 A JP2000003735 A JP 2000003735A JP 10164912 A JP10164912 A JP 10164912A JP 16491298 A JP16491298 A JP 16491298A JP 2000003735 A JP2000003735 A JP 2000003735A
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- carbon dioxide
- battery
- dioxide absorbent
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シール開封時の二酸化炭素の影響による性能
低下を低減し、長期使用が可能な空気亜鉛電池を提供す
る。 【解決手段】 空気極中に二酸化炭素吸収剤を添加し、
且つその添加方法として、主成分として金属酸化物、黒
鉛、フッ素系結着剤からなる空気極材料を混合した後、
添加する方法を採用したものである。
低下を低減し、長期使用が可能な空気亜鉛電池を提供す
る。 【解決手段】 空気極中に二酸化炭素吸収剤を添加し、
且つその添加方法として、主成分として金属酸化物、黒
鉛、フッ素系結着剤からなる空気極材料を混合した後、
添加する方法を採用したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は亜鉛負極と、酸素を
活物質とする空気極からなる空気亜鉛電池に関するもの
であり、詳しくは、空気極に二酸化炭素吸収剤を添加し
た空気亜鉛電池に関するものである。
活物質とする空気極からなる空気亜鉛電池に関するもの
であり、詳しくは、空気極に二酸化炭素吸収剤を添加し
た空気亜鉛電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空気亜鉛電池は、正極活物質として空気
中の酸素を、負極活物質として亜鉛をそれぞれ用いた電
池である。
中の酸素を、負極活物質として亜鉛をそれぞれ用いた電
池である。
【０００３】この空気亜鉛電池は正極活物質として空気
中の酸素を用いるため、他電池と比べエネルギー密度が
大幅に高くなる特徴を有している。しかし、使用を開始
した状態での保存性が低いため、その主たる用途として
は補聴器、ページャーなど連続に使用する用途に限定さ
れている。近年、機器の携帯化が進む中、ますます小型
で軽い電池への要求は高く、空気亜鉛電池にとってこの
特性の改良が重要なポイントとなってきている。図２に
ボタン形空気亜鉛電池の構成を示す。図に示すように負
極２を封口板１に収納し、ガスケット３を介して正極ケ
ース８を封口している。セパレータ４は空気極５と亜鉛
を主成分とする負極２を隔離している。空気極５には撥
水膜６が接し、空気拡散紙７を介して空気孔８ａを設け
た正極ケース８に接している。尚、使用するまでは空気
孔８ａはシール紙９でシールされており、空気極５中に
空気が取り入れられることはない。
中の酸素を用いるため、他電池と比べエネルギー密度が
大幅に高くなる特徴を有している。しかし、使用を開始
した状態での保存性が低いため、その主たる用途として
は補聴器、ページャーなど連続に使用する用途に限定さ
れている。近年、機器の携帯化が進む中、ますます小型
で軽い電池への要求は高く、空気亜鉛電池にとってこの
特性の改良が重要なポイントとなってきている。図２に
ボタン形空気亜鉛電池の構成を示す。図に示すように負
極２を封口板１に収納し、ガスケット３を介して正極ケ
ース８を封口している。セパレータ４は空気極５と亜鉛
を主成分とする負極２を隔離している。空気極５には撥
水膜６が接し、空気拡散紙７を介して空気孔８ａを設け
た正極ケース８に接している。尚、使用するまでは空気
孔８ａはシール紙９でシールされており、空気極５中に
空気が取り入れられることはない。
【０００４】撥水膜６は、空気中の酸素を電池内部へ供
給するのをコントロールするとともに、電解液が電池外
部へ漏出するのを防止する。また、空気拡散紙７は、空
気中の酸素の電池内部への均一な供給を行う。
給するのをコントロールするとともに、電解液が電池外
部へ漏出するのを防止する。また、空気拡散紙７は、空
気中の酸素の電池内部への均一な供給を行う。
【０００５】空気亜鉛電池は、電池を使用する時にシー
ル紙９を剥がす。これにより空気孔８ａが開き、酸素が
供給され、起電反応が生じ、初めて使用可能となる。し
かし、シール紙９を剥がし開封状態にすると空気極を通
じて電解液中の水分が外部へ散逸、蒸発するため、次第
に電池性能が低下する。これを抑止するため電解液の濃
度が外気と平衡になるよう種々の提案がなされている。
然し、使用に伴い空気孔８ａを通し二酸化炭素が電池内
に侵入し、電解液と反応して平衡バランスが崩れてしま
う。このため、電解液中の水分が蒸発し、電池性能が低
下する。標準的な空気亜鉛電池の場合、軽負荷で放電す
るような使用条件であっても使用開始から約２〜４カ月
経過すると、電池内に侵入した二酸化炭素と電解液であ
る水酸化カリウムとが反応してしまい、放電電圧が低下
し使用できなくなることがある。空気極に貼付されたシ
ールが開封した状態にて放置し、劣化した電池を分解す
ると空気孔８ａと対向する空気極面５ａ部に炭酸塩が析
出している。この炭酸塩を取り除いた後、再度電池を組
み立てると、放電が可能となる。すなわち、電池劣化の
主たる原因は電解液の完全なる劣化ではなく、空気が透
過する部位にて電解液と二酸化炭素とが反応してしま
う。その結果反応生成物である炭酸塩が偏析し、電池内
部での空気拡散が疎外されることによると推定できる。
ル紙９を剥がす。これにより空気孔８ａが開き、酸素が
供給され、起電反応が生じ、初めて使用可能となる。し
かし、シール紙９を剥がし開封状態にすると空気極を通
じて電解液中の水分が外部へ散逸、蒸発するため、次第
に電池性能が低下する。これを抑止するため電解液の濃
度が外気と平衡になるよう種々の提案がなされている。
然し、使用に伴い空気孔８ａを通し二酸化炭素が電池内
に侵入し、電解液と反応して平衡バランスが崩れてしま
う。このため、電解液中の水分が蒸発し、電池性能が低
下する。標準的な空気亜鉛電池の場合、軽負荷で放電す
るような使用条件であっても使用開始から約２〜４カ月
経過すると、電池内に侵入した二酸化炭素と電解液であ
る水酸化カリウムとが反応してしまい、放電電圧が低下
し使用できなくなることがある。空気極に貼付されたシ
ールが開封した状態にて放置し、劣化した電池を分解す
ると空気孔８ａと対向する空気極面５ａ部に炭酸塩が析
出している。この炭酸塩を取り除いた後、再度電池を組
み立てると、放電が可能となる。すなわち、電池劣化の
主たる原因は電解液の完全なる劣化ではなく、空気が透
過する部位にて電解液と二酸化炭素とが反応してしま
う。その結果反応生成物である炭酸塩が偏析し、電池内
部での空気拡散が疎外されることによると推定できる。
【０００６】従来、二酸化炭素の影響を低減する方法と
して、主として以下の方法が検討されてきた。すなわ
ち、二酸化炭素の侵入を防止するために透気度を低減さ
せる方法と、侵入した二酸化炭素を吸収する方法であ
る。前者の方法の具体例としては、撥水膜の細孔径を小
さくする手法や、空気孔の孔径および空気孔数を低減す
る手法が提案されており、後者の方法の具体例として
は、空気極と正極ケース間に二酸化炭素吸収剤を配する
手法や空気極と正極ケースとの間に表面層に細孔を有す
る樹脂フィルムと内面層に二酸化炭素吸収剤を含浸した
多孔体からなる二酸化炭素吸収体を配する手法が提案さ
れている。
して、主として以下の方法が検討されてきた。すなわ
ち、二酸化炭素の侵入を防止するために透気度を低減さ
せる方法と、侵入した二酸化炭素を吸収する方法であ
る。前者の方法の具体例としては、撥水膜の細孔径を小
さくする手法や、空気孔の孔径および空気孔数を低減す
る手法が提案されており、後者の方法の具体例として
は、空気極と正極ケース間に二酸化炭素吸収剤を配する
手法や空気極と正極ケースとの間に表面層に細孔を有す
る樹脂フィルムと内面層に二酸化炭素吸収剤を含浸した
多孔体からなる二酸化炭素吸収体を配する手法が提案さ
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各方法では、それぞれ以下に示す問題があった。
各方法では、それぞれ以下に示す問題があった。
【０００８】前者の方法では、二酸化炭素の影響が低減
されるが、同時に放電に必要となる酸素の電池内への供
給量も低下し、高負荷放電で十分な放電性能が得られな
いという問題点があった。
されるが、同時に放電に必要となる酸素の電池内への供
給量も低下し、高負荷放電で十分な放電性能が得られな
いという問題点があった。
【０００９】後者の方法では、有効な二酸化炭素吸収剤
が液体又は潮解性物質であるために実際の電池に使用す
ると空気孔から二酸化炭素吸収剤が漏出しやすいことに
加え、空気の通過孔であるフィルムの細孔をメニスカス
により塞いでしまい、高負荷放電で十分な放電性能が得
られないという問題点があった。
が液体又は潮解性物質であるために実際の電池に使用す
ると空気孔から二酸化炭素吸収剤が漏出しやすいことに
加え、空気の通過孔であるフィルムの細孔をメニスカス
により塞いでしまい、高負荷放電で十分な放電性能が得
られないという問題点があった。
【００１０】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、二酸化炭素の影響による性能低下を低減し長期使
用が可能な空気亜鉛電池を提供することを目的とする。
ので、二酸化炭素の影響による性能低下を低減し長期使
用が可能な空気亜鉛電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の空気亜鉛電池は、空気極に二酸化炭素吸収剤
を添加するものであり、好ましくは空気極の主成分であ
る金属酸化物、黒鉛、フッ素系結着剤を混合した後、二
酸化炭素吸収剤を添加した空気極を用いたものである。
に本発明の空気亜鉛電池は、空気極に二酸化炭素吸収剤
を添加するものであり、好ましくは空気極の主成分であ
る金属酸化物、黒鉛、フッ素系結着剤を混合した後、二
酸化炭素吸収剤を添加した空気極を用いたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、亜鉛負極と、金属酸化物、黒鉛、活性炭、フッ素系
結着剤を主成分とする正極材料を金属メッシュに充填し
た空気極を備えてなる空気亜鉛電池であって、該負極に
二酸化炭素吸収剤を添加したものである。
は、亜鉛負極と、金属酸化物、黒鉛、活性炭、フッ素系
結着剤を主成分とする正極材料を金属メッシュに充填し
た空気極を備えてなる空気亜鉛電池であって、該負極に
二酸化炭素吸収剤を添加したものである。
【００１３】上記構成によって、従来電池に比べ飛躍的
に開封状態での保存特性が向上する理由を以下に述べ
る。
に開封状態での保存特性が向上する理由を以下に述べ
る。
【００１４】従来の構成であれば、空気孔を通過した二
酸化炭素が空気孔８ａと対向する空気極の５ａ部で電解
液である水酸化カリウムと反応し、５ａ部で電解液濃度
が低下する。５ａ部電解液の平衡蒸気圧が高くなり、水
分が局所的に蒸発しやすくなる。この結果、炭酸塩が析
出し空気拡散を疎外するため放電不能となる。
酸化炭素が空気孔８ａと対向する空気極の５ａ部で電解
液である水酸化カリウムと反応し、５ａ部で電解液濃度
が低下する。５ａ部電解液の平衡蒸気圧が高くなり、水
分が局所的に蒸発しやすくなる。この結果、炭酸塩が析
出し空気拡散を疎外するため放電不能となる。
【００１５】しかしながら、上記構成であれば、空気孔
８ａを通して侵入してきた二酸化炭素は二酸化炭素吸収
剤に吸収されるため、電解液の低下を抑止できることと
なり、開封状態での保存特性のすぐれた空気亜鉛電池を
得ることが可能となる。
８ａを通して侵入してきた二酸化炭素は二酸化炭素吸収
剤に吸収されるため、電解液の低下を抑止できることと
なり、開封状態での保存特性のすぐれた空気亜鉛電池を
得ることが可能となる。
【００１６】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
【００１７】本実施例におけるボタン形空気亜鉛電池の
空気極を図１に示す。従来の構成と異なるのは、二酸化
炭素吸収剤１０としてカルシウムの無機化合物が空気極
全体に添加されている点である。添加の方法は次のよう
に行う。まず、金属酸化物、黒鉛、活性炭、フッ素系結
着剤を水または有機溶剤を用い、充分に混練する。その
後、カルシウムの無機化合物を添加し分散を行う。
空気極を図１に示す。従来の構成と異なるのは、二酸化
炭素吸収剤１０としてカルシウムの無機化合物が空気極
全体に添加されている点である。添加の方法は次のよう
に行う。まず、金属酸化物、黒鉛、活性炭、フッ素系結
着剤を水または有機溶剤を用い、充分に混練する。その
後、カルシウムの無機化合物を添加し分散を行う。
【００１８】最後にカルシウムの無機化合物を添加する
理由は、これら二酸化炭素吸収剤は電解液に溶解した形
でもっともその効果を発揮するため、フッ素系結着剤と
同時に混練される際、表面に撥水層が形成されるのを防
止するためである。
理由は、これら二酸化炭素吸収剤は電解液に溶解した形
でもっともその効果を発揮するため、フッ素系結着剤と
同時に混練される際、表面に撥水層が形成されるのを防
止するためである。
【００１９】本実施例では、金属酸化物としてマンガン
酸化物を、黒鉛としてケッチェンブラックを、活性炭と
して椰子ガラ活性炭を、フッ素系結着剤としてＰＴＦＥ
を、二酸化炭素吸収剤として酸化カルシウムを用いた。
酸化物を、黒鉛としてケッチェンブラックを、活性炭と
して椰子ガラ活性炭を、フッ素系結着剤としてＰＴＦＥ
を、二酸化炭素吸収剤として酸化カルシウムを用いた。
【００２０】次に、空気電池ＰＲ２３３０（直径２３．
２ｍｍ、高さ３．０ｍｍ、公称電圧１．４Ｖ、公称電気
容量９６０ｍＡｈ）を用い、本実施例の電池Ａ及び酸化
カルシウムを他の空気極材料と同時に混練した電池Ｂ、
酸化カルシウムを用いていない従来電池Ｃをそれぞれ７
０個ずつ作成し、開封保存試験を実施した。その結果を
（表１）に示す。
２ｍｍ、高さ３．０ｍｍ、公称電圧１．４Ｖ、公称電気
容量９６０ｍＡｈ）を用い、本実施例の電池Ａ及び酸化
カルシウムを他の空気極材料と同時に混練した電池Ｂ、
酸化カルシウムを用いていない従来電池Ｃをそれぞれ７
０個ずつ作成し、開封保存試験を実施した。その結果を
（表１）に示す。
【００２１】なお、開封保存条件は日本の平均的環境で
ある２０℃６０％Ｒ．Ｈ．の雰囲気のもと、空気孔８ａ
を環境に暴露するよう放置する（正極側を上向き）状態
で行った。また、表中には、それぞれの保存後に標準負
荷；６２０Ω（終止電圧；１．０Ｖ）で１０個ずつ放電
し、開封直後の容量に対する維持率（％）を平均値で示
した。
ある２０℃６０％Ｒ．Ｈ．の雰囲気のもと、空気孔８ａ
を環境に暴露するよう放置する（正極側を上向き）状態
で行った。また、表中には、それぞれの保存後に標準負
荷；６２０Ω（終止電圧；１．０Ｖ）で１０個ずつ放電
し、開封直後の容量に対する維持率（％）を平均値で示
した。
【００２２】
【表１】
【００２３】（表１）より明らかなように、電池Ｃでは
２カ月保存後より容量の低下が著しく、４カ月後には全
く放電しなくなった。電池Ｂ及び電池Ａでは６カ月後で
も開封直後の６０％の容量を維持している。実際に４カ
月保存後にそれぞれの電池を分解し、空気極５の様子を
観察すると、前述したように電池Ｃでは５ａ部に炭酸塩
が多量に析出していた。また、電池Ｂでは炭酸塩が電池
Ｃ程ではないが５ａ部で析出が確認された。一方、電池
Ａでは５ａ部での炭酸塩析出はほとんど見られず、その
代わりに空気極の内部全体で細かい炭酸カルシウムの結
晶が確認された。
２カ月保存後より容量の低下が著しく、４カ月後には全
く放電しなくなった。電池Ｂ及び電池Ａでは６カ月後で
も開封直後の６０％の容量を維持している。実際に４カ
月保存後にそれぞれの電池を分解し、空気極５の様子を
観察すると、前述したように電池Ｃでは５ａ部に炭酸塩
が多量に析出していた。また、電池Ｂでは炭酸塩が電池
Ｃ程ではないが５ａ部で析出が確認された。一方、電池
Ａでは５ａ部での炭酸塩析出はほとんど見られず、その
代わりに空気極の内部全体で細かい炭酸カルシウムの結
晶が確認された。
【００２４】次に、電池Ａ及びＢについて、同様の保存
条件で保存後、ＰＲ２３３０の最大負荷である１２５Ω
（終止電圧１．０Ｖ）で放電した。その結果を（表２）
に示す。
条件で保存後、ＰＲ２３３０の最大負荷である１２５Ω
（終止電圧１．０Ｖ）で放電した。その結果を（表２）
に示す。
【００２５】なお、表中の数字は（表１）と同様、開封
直後１２５Ωで放電したときの容量に対する維持率
（％）で示した。
直後１２５Ωで放電したときの容量に対する維持率
（％）で示した。
【００２６】
【表２】
【００２７】（表２）から明らかなように６カ月保存後
でも電池Ａでは６２０Ω負荷時とほとんど変わらない維
持率を示したが、電池Ｂでは保存期間が長くなるに従
い、維持率は大きく低下した。
でも電池Ａでは６２０Ω負荷時とほとんど変わらない維
持率を示したが、電池Ｂでは保存期間が長くなるに従
い、維持率は大きく低下した。
【００２８】この理由は、電池Ｂでは酸化カルシウム表
面にＰＴＦＥ被膜が一部形成され、二酸化炭素吸収能が
電池Ａに対し低下しているためと推察される。前述の分
解結果で電池Ｂでは５ａ部で炭酸塩が確認されているこ
とから、酸素の拡散が疎外され、高負荷な条件では放電
性能が低下したものと考えられる。
面にＰＴＦＥ被膜が一部形成され、二酸化炭素吸収能が
電池Ａに対し低下しているためと推察される。前述の分
解結果で電池Ｂでは５ａ部で炭酸塩が確認されているこ
とから、酸素の拡散が疎外され、高負荷な条件では放電
性能が低下したものと考えられる。
【００２９】電池Ａにおいても、保存期間とともに維持
率が低下する理由は二酸化炭素吸収反応が酸化カルシウ
ムと電解液の競争反応となるためと推定できる。
率が低下する理由は二酸化炭素吸収反応が酸化カルシウ
ムと電解液の競争反応となるためと推定できる。
【００３０】なお、本実施例では二酸化炭素吸収剤とし
て酸化カルシウムを用いたが、ヨウ化カルシウム、塩化
カルシウム、硝酸カルシウムなど水に可溶なカルシウム
の無機化合物であれば同様の効果が得られた。
て酸化カルシウムを用いたが、ヨウ化カルシウム、塩化
カルシウム、硝酸カルシウムなど水に可溶なカルシウム
の無機化合物であれば同様の効果が得られた。
【００３１】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、空気孔８ａを通して酸素とともに侵入
してくる二酸化炭素が空気極中に分散した二酸化炭素吸
収剤により吸収されることで空気極５の空気孔８ａと対
向する５ａ部での炭酸塩の偏析が抑制され、結果的に開
封保存特性の優れた空気亜鉛電池を得ることができる。
本発明によれば、空気孔８ａを通して酸素とともに侵入
してくる二酸化炭素が空気極中に分散した二酸化炭素吸
収剤により吸収されることで空気極５の空気孔８ａと対
向する５ａ部での炭酸塩の偏析が抑制され、結果的に開
封保存特性の優れた空気亜鉛電池を得ることができる。
【図１】本実施例におけるボタン形空気電池の空気極の
構成を示す断面図
構成を示す断面図
【図２】ボタン形空気電池の構成を示す部分断面図
１ 封口板 ２ 負極 ３ ガスケット ４ セパレータ ５ 空気極 ６ 撥水膜 ７ 拡散紙 ８ 正極ケース ８ａ 空気孔 ９ シール紙 １０ 二酸化炭素吸収剤
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H018 AA10 AS03 BB12 DD03 EE02 EE06 EE07 EE11 EE12 EE18 5H032 AA03 AS03 CC13 EE01 EE02 EE05 EE12
Claims (3)
- 【請求項１】 亜鉛負極と、金属酸化物、黒鉛、活性
炭、フッ素系結着剤を主成分とする正極材料を金属メッ
シュに充填した空気極とを備えてなる空気亜鉛電池であ
って、該空気極に二酸化炭素吸収剤を添加したことを特
徴とする空気亜鉛電池。 - 【請求項２】 該空気極は、金属酸化物、黒鉛、活性
炭、フッ素系結着剤を混合した後、二酸化炭素吸収剤を
添加した請求項１記載の空気亜鉛電池。 - 【請求項３】 該二酸化炭素吸収剤にカルシウムを含む
無機化合物を用いた請求項１記載の空気亜鉛電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16491298A JP4277327B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16491298A JP4277327B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000003735A true JP2000003735A (ja) | 2000-01-07 |
| JP4277327B2 JP4277327B2 (ja) | 2009-06-10 |
Family
ID=15802229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16491298A Expired - Fee Related JP4277327B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4277327B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009104570A1 (ja) | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 空気極 |
| CN113013422A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-22 | 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 | 可吸附co2的金属-空气电池正极膜及其制备方法 |
-
1998
- 1998-06-12 JP JP16491298A patent/JP4277327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009104570A1 (ja) | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 空気極 |
| CN113013422A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-22 | 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 | 可吸附co2的金属-空气电池正极膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4277327B2 (ja) | 2009-06-10 |
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