JP2000082505A

JP2000082505A - 空気亜鉛電池

Info

Publication number: JP2000082505A
Application number: JP10250609A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kikuma; 祐一菊間; Machi Ohashi; 真智大橋; Hiroshi Watabe; 浩史渡部; Hideyuki Ogata; 秀之小方
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】空気亜鉛電池の拡散層に用いられるクラフト紙
や不織布は、その切り口のケバ立ちや強度不足による曲
りによって漏液が発生し、これを阻止するためにバイン
ダーを塗布すると目詰まりにより放電性能が低下する。
本発明は放電性能を低下させることなく、漏液を防止す
ることを目的とする。【解決手段】空気亜鉛電池の空気拡散層９として三次元
構造を有する金属多孔質体を用いたことによって、従来
のクラフト紙や不織布などのように切り口にケバが発生
せず、そのため電解液の漏液を防止することができる。
また三次元構造を有する金属多孔質体は空隙率を高くし
ても機械的強度が低下しないので、空隙率を７０〜９７
％程度にして空気の拡散性を良好に維持することがで
き、重負荷放電においても優れた放電特性を示すことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気亜鉛電池に関
し、さらに詳しくは、空気拡散層を改良した空気亜鉛電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛を負極とし、空気中の酸素を正極と
する空気亜鉛電池は、正極作用物質を電池内に詰め込む
必要がないため、同じ大きさの電池であれば負極作用物
質である亜鉛をより多く詰め込むことが可能で、アルカ
リマンガン電池や酸化銀電池に比較して大容量が得られ
るという特徴があり、需要が拡大してきている。

【０００３】一般に空気亜鉛電池は、正極ケース底部に
段差を設けて、その上段に正極体や絶縁ガスケット、ゲ
ル状亜鉛負極、負極ケースなどを収容し、下段は空気拡
散層としている。この空気拡散層は、正極ケース底部の
空気孔から入った空気を正極体の全体に拡散させる役割
をもち、空気拡散層が大きいほど拡散はスムースに進む
ので放電しやすくなる。

【０００４】通常、この空気拡散層にはクラフト紙や不
織布などからなる空気拡散紙が配置されている。ところ
で空気亜鉛電池では、放電の進行に伴って負極の亜鉛が
酸化亜鉛となって体積が増加すると、正極体がそれによ
って圧迫を受け、空気拡散層側に変形する。この変形が
大きくなると空気拡散層が狭くなり、空気の拡散が妨げ
られるために放電が正常に進まなくなり、さらにこの変
形によって正極体の撥水膜に亀裂が生じ、アルカリ電解
液が漏液することがある。空気拡散紙は変形しようとす
る正極体を支えることで正極体の変形を防ぎ、上記の問
題の発生を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クラフト紙や不織布などからなる空気拡散紙は、細かい
繊維をバインダーや繊維同士の絡み付きによってシート
状にしたものなので、機械的強度が強いとはいえない。
そして機械的強度や取扱い性をある程度維持するために
は、拡散紙の空隙率は６０％程度に抑える必要がある。
また、繊維の密度が不均一となりやすく、部分的に空気
の拡散が悪い箇所ができてしまうことがあった。その結
果、急激な空気拡散の必要な重負荷放電の場合、拡散層
での空気拡散が律速となり、正極に十分な酸素が供給で
きずに放電が不可能になるか、もしくは放電性能に大き
なばらつきが生ずるという問題があった。

【０００６】これに対して、空気拡散を容易にするため
拡散紙として空隙率６０％以上の不織布を使用すると、
機械的強度が低いため上記したように正極体の変形に伴
う種々の問題が生ずる。

【０００７】また、前述したようにクラフト紙や不織布
は繊維同士の絡み付きによってシート状にしたものなの
で、繊維同士の接着力は十分とはいえず、所定の形状に
打ち抜いて空気拡散紙とする場合に、打ち抜きにより繊
維の一部がはずれて切り口から飛び出し、ケバが発生す
ることが避けられなかった。ケバが発生したまま電池に
組み込むと、放電末期や過放電時にゲル状亜鉛負極の体
積増加により撥水膜周辺部に染み出てきている電解液と
接触し、毛細管現象により電解液を誘引するので、電解
液が拡散紙にまでしみ込み、さらに空気孔から漏液する
ことがある。

【０００８】従来はこれらの問題に対して、ポリビニル
アルコール等のバインダーを拡散紙に塗布し、繊維の接
着を強くする等の方策がとられたが、不織布の目がバイ
ンダーにより詰まってしまうので、空気の透過が悪くな
り、放電性能が低下するという問題があった。

【０００９】本発明は上記問題に対処してなされたもの
で、重負荷放電での放電性能を低下させることなく、か
つ漏液等のない安全で信頼性の高い空気亜鉛電池を提供
することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、空気亜鉛電
池の空気拡散層として三次元構造を有する金属多孔質体
を使用することによって達成することができた。すなわ
ち本発明は、空気孔を有する正極ケースの底部段差の下
段部分に空気拡散層が配置され、上記底部段差の上段部
分に撥水膜、正極体、セパレータが収容され、該セパレ
ータを介してゲル状亜鉛負極を収容した負極ケースが配
置された空気亜鉛電池において、空気拡散層が三次元構
造を有する金属多孔質体であることを特徴とするもので
ある。

【００１１】本発明の空気亜鉛電池では空気拡散層とし
て三次元構造を有する金属多孔質体を使用するので、従
来のクラフト紙や不織布のようなケバの発生がなく、そ
のため電解液の漏液が防止できる。また、空気透過性も
優れているので、放電性能が低下することがない。上記
金属多孔質体の空隙率は７０〜９７％が好ましい。この
ような高い空隙率でも、厚さ方向の機械的強度が高いの
で、放電に伴う正極体の変形に対しても圧縮されること
がなく、放電末期まで空気拡散層を維持でき、放電を良
好に保つことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施の形態
を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例で
ある空気亜鉛電池（ＰＲ４４型）の断面図である。図１
において、１は負極ケース、２はゲル状亜鉛負極、３は
セパレータ、４は絶縁ガスケット、５は正極触媒層、６
は正極集電体、７は正極ケース、８は撥水膜、９は空気
拡散層、１０は空気孔である。正極ケース７は底面に空
気孔１０を設けてあり、底部に段部がある。段部の上段
にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる
撥水膜８、正極触媒層５および正極集電体６からなる正
極体、およびセパレータ３が設置されている。セパレー
タ３の上部には絶縁ガスケット４を介して負極ケース１
が配置されており、負極ケース１の内部にはゲル状亜鉛
負極２が充填され、ゲル状亜鉛負極２はセパレータ３に
接している。

【００１３】正極ケース７の段部の下段には空気拡散層
９が設けられている。本実施例ではこの空気拡散層は，
厚さ１００μｍ，空隙率９０％のニッケル多孔体からな
っている。このニッケル多孔体は、発泡ウレタンにニッ
ケルとレジンの混合物を含浸後、高温還元焼成炉で焼成
し、樹脂分を除去し、圧延により厚さを調整して作っ
た。

【００１４】なお、上記において正極体は、活性炭，マ
ンガン酸化物，ＰＴＦＥ粉を混合撹拌した触媒をシート
状に圧延し、片面にニッケルメッキしたステンレスネッ
トを、他面にＰＴＦＥ膜をローラープレスで圧着したも
のである。また、ゲル状亜鉛負極２は、亜鉛合金粉，ア
ルカリ電解液およびゲル化剤を混合攪拌したものであ
り、亜鉛合金粉は１００〜３００μｍ程度の粒度で、ア
ルミニウム，ビスマス，インジウム，鉛等を添加した汞
化または無汞化のもので、アルカリ電解液は２５〜４５
ｗｔ％程度の水酸化カリウム水溶液、ゲル化剤はポリア
クリル酸である。絶縁ガスケット４と負極ケース１との
間にはアルカリ電解液の漏液防止のためにポリアミド樹
脂等のシール剤が塗布されている。

【００１５】（実施例２）空気拡散層として空隙率７０
％のニッケル多孔体を用いた他は実施例１と同様にし
て、図１のＰＲ４４型の空気亜鉛電池を作製した。

【００１６】（比較例１）空気拡散層としてビニロン、
レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とした空隙率５
０％の不織布を用い、それ以外は実施例１と同様にして
図１のＰＲ４４型の空気亜鉛電池を作製した。

【００１７】（比較例２）空気拡散層としてビニロン、
レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とした空隙率７
０％の不織布を用い、それ以外は実施例１と同様にして
図１のＰＲ４４型の空気亜鉛電池を作製した。

【００１８】（評価）上記実施例１，２および比較例
１，２について、各種評価を行った。まず、各実施例お
よび各比較例の空気拡散層に使用した材料を所定の形状
に１０００個打ち抜き、ケバ、ホツレの発生を調べた。
結果は表１に示す通りで、実施例１，２ではケバ、ホツ
レが全く発生していない。また、比較例１の不織布では
気孔率を抑えているため、ケバの発生は少ないが、完全
に防止することはできていない。一方、空隙率の高い不
織布を使用した比較例２では、所定形状に打ち抜いた時
に繊維の一部が外れて切り口から飛び出すようなケバが
発生し、ケバの長さも長かった。

【００１９】次に各実施例および各比較例の電池各５０
個について、６２０Ω−４００時間の放電を行い、過放
電状態として空気孔からの漏液の有無を調べた。結果は
表１に示す通りで、比較例１および２では、ケバ、ホツ
レが発生しているために漏液が発生している。ケバ、ホ
ツレが発生していない実施例１および２の電池では漏液
が発生していない。

【００２０】さらに、各実施例および各比較例の電池各
２０個について、６２０Ωおよび１２０Ωの各連続放電
試験を行った。表１に結果を示す。各数値は２０個の電
池の平均値である。比較例１の電池は空気拡散が十分で
ないため、重負荷放電において、放電性能が低下してい
ることが分かる。比較例２では比較例１よりも空気拡散
が良好である不織布を使用しているため、重負荷放電の
初期おいては良好な閉路電圧を示したが、放電末期での
正極の圧迫により不織布が圧迫されて空気拡散が低下
し、放電容量が低下している。これに対して実施例１お
よび２の電池では空気の透過性および拡散性がよく、急
激な空気拡散の必要な重負荷放電においても優れた性能
を示している。

【００２１】

【表１】

【００２２】以上の結果から明らかなように、本発明の
実施例の電池では、漏液の防止効果が高く、しかも放電
性能が優れており、特に重負荷放電においても放電性能
が低下しないという特性を有している。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気亜鉛
電池は、空気拡散層を改良したことによって、放電性能
を低下させることなく漏液防止効果が向上しており、本
発明によれば、従来に比べて安全で信頼性の高い空気電
池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空気亜鉛電池の断面
図。

【符号の説明】

１…負極ケース、２…ゲル状亜鉛負極、３…セパレー
タ、４…絶縁ガスケット、５…正極触媒層、６…正極集
電体、７…正極ケース、８…撥水膜、９…空気拡散層、
１０…空気孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部浩史東京都品川区南品川三丁目４番10号東芝電池株式会社内 (72)発明者小方秀之東京都品川区南品川三丁目４番10号東芝電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H021 CC02 5H032 AA03 AS03 AS11 EE01 EE05 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気孔を有する正極ケースの底部段差の
下段部分に空気拡散層が配置され、上記底部段差の上段
部分に撥水膜、正極体、セパレータが収容され、該セパ
レータを介してゲル状亜鉛負極を収容した負極ケースが
配置された空気亜鉛電池において、空気拡散層が三次元
構造を有する金属多孔質体からなることを特徴とする空
気亜鉛電池。
【請求項２】三次元構造を有する金属多孔質体の空隙
率が７０〜９７％である請求項１記載の空気亜鉛電池。