JP2000173678A

JP2000173678A - 空気亜鉛電池

Info

Publication number: JP2000173678A
Application number: JP34411498A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Watabe; 浩史渡部; Machi Ohashi; 真智大橋; Yuichi Kikuma; 祐一菊間; Hideyuki Ogata; 秀之小方
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】軽負荷放電性能を低下させずに重負荷放電に適
するようにした空気亜鉛電池を提供すること。【解決手段】空気孔を有する正極ケース７の底部に段差
を設け、その下段を空気拡散層９とし、上記底部段差の
上段に撥水膜８、正極体５，６およびセパレータ３が収
容され、該セパレータを介してゲル状亜鉛負極２を充填
した負極ケース１が配置された空気亜鉛電池であって、
空気拡散層段部の高さａを０．０８〜０．１４ｍｍと
し、該空気拡散層内部に配置する空気拡散紙の厚さを空
気拡散層段部高さに対して１００％以内０．０８ｍｍ以
上とし、空気拡散紙の気孔率を７０〜８５％とした。こ
れによって空気拡散紙の正極体を支える機能を向上さ
せ、かつ空気拡散性を増し、軽負荷放電性能を低下させ
ずに重負荷放電に適したものとなった。

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、さらに詳しくは軽負荷放電性能を低下させずに重負
荷放電に適するように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
必要がないために、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る。従来は補聴器用途が主であった
が、大容量という特徴を生かし、需要が拡大してきてい
る。そのような情況のなかで、近年、より高容量化する
とともに、より広い用途に対応するために、広範囲な負
荷特性、特に重負荷放電への対応が求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、負極ケース等を収
容する構造とし、正極ケース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と、空気を一
時的に蓄えるバッファーとしての役割をもつため、空気
拡散層が大きいほど放電はしやすくなり、重負荷放電に
有利となる。

【０００４】ところが、空気拡散層を大きくするために
は段部を高くする必要があり、これは負極内容績を減少
させることにつながるため、負極作用物質である亜鉛の
充填量が減少してしまう。これにより重負荷放電におい
ては放電利用率が上がり性能が向上するが、もともと放
電利用率が高い軽負荷放電では、亜鉛充填量が減少した
分、性能が低下する。

【０００５】そこで従来は、通常用の電池とは別に、空
気拡散層の段部高さを高くした重負荷用の電池を製品化
して対応しているが、これでは軽負荷での放電容量が少
なくなり、また品種の増加により混乱を招く恐れもあ
る。

【０００６】また、この空気拡散層には正極体を支える
働きもある。すなわち、空気拡散層にはクラフト紙や不
織布などが空気拡散紙として配されているが、空気亜鉛
電池では放電が進行するにつれて負極の亜鉛が放電生成
物となって体積が増加し、それにともなって正極体が圧
迫を受けて空気拡散層に曲がってくる。この曲がりがひ
どくなると空気拡散層が狭くなり、放電が正常に進まな
くなる。これに対して空気拡散紙は、正極体を支えてこ
の曲がりを抑える働きをしている。正極体の曲がりの影
響は、放電時に空気をより多く必要とする重負荷放電で
顕著であるので、重負荷を必要とする場合は、できるだ
け空気拡散層全体に空気拡散紙を配置する必要がある。

【０００７】しかしながら、空気拡散層全体に空気拡散
紙を配置してしまうと、かえって空気拡散の妨げとな
る。さらに実質的にバッファーとしての空気拡散層容積
も小さくなるため、重負荷放電改善にはならない。その
ため、従来の通常用の空気亜鉛電池では、空気拡散層の
段部高さが０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍに対して、空気拡
散紙の厚さが０．０５ｍｍ〜０．０７ｍｍ程度であり、
必然的に正極体の曲がりの影響を受けてしまっていた。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
のもので、その目的は、空気亜鉛電池において、軽負荷
放電性能を犠牲にすることなく、空気電池の重負荷放電
性能を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明者らが研究した結果、空気拡散層の段部高さ、
空気拡散紙の厚さ、および拡散紙の空気透過度を最適化
することによって、軽負荷放電の性能を犠牲にすること
なく、重負荷放電性能を向上できることを見いだした。
すなわち本発明は、空気孔を有する正極ケースの底部に
段差を設け、その下段を空気拡散層とし、上記底部段差
の上段に撥水膜、正極体および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充填した負極ケ
ースが配置された空気亜鉛電池において、前記空気拡散
層段部の高さが０．０８〜０．１４ｍｍであり、該空気
拡散層内部に配置する空気拡散紙は、厚さが空気拡散層
段部高さに対して１００％以内で０．０８ｍｍ以上、気
孔率が７０〜８５％であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の空気亜鉛電池につ
いて図１を用いて説明する。空気孔１０を有する底面に
段部を設けた正極ケース７の上段に、ポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）膜からなる撥水膜８、正極体お
よびセパレータ３が収納されている。正極体は、活性
炭，マンガン酸化物，ＰＴＦＥ粉および導電材からなる
正極触媒層５、前述の撥水膜とは別のＰＴＦＥ膜、ニッ
ケルメッキされたステンレス製ネットの正極集電体６で
構成される。セパレータ３の上部には絶縁ガスケット４
を介してニッケル−ステンレス−銅の３層クラッド材を
成形加工した負極ケース１が配されており、通常は絶縁
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。さらに負極ケース１内部にはゲル状亜
鉛負極２が充填され、セパレータに接している。

【００１１】ゲル状亜鉛負極は、亜鉛合金粉，アルカリ
電解液およびゲル化剤を混合撹拌したものである。ここ
で亜鉛合金粉は１００〜３００μｍ程度の粒度でアルミ
ニウム，インジウム，鉛等を添加した汞化あるいは無汞
化のもので、アルカリ電解液は２５〜４０ｗｔ％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等を
使用する。

【００１２】正極ケース７の段部の下段が、本発明に関
わる空気拡散層である。ここにクラフト紙や不織布から
なる空気拡散紙９が収納されている。本発明では、空気
拡散層の段部高さ（ａ）、空気拡散紙の厚さ、および拡
散紙の空気透過度を最適化することによって、重負荷特
性を向上させている。具体的には、空気拡散紙を従来よ
り厚くし、放電が進行して負極亜鉛が放電生成物となり
体積増加して正極体を押してきた場合においても空気拡
散紙が十分に正極体を支え、空気拡散層の容積を確保で
きるようにしている。一方、空気拡散層容積の多くを空
気拡散紙が占めることで、かえって拡散を妨げる恐れが
あるが、空気拡散紙の気孔率を大きくすることで内容積
を確保し、さらに従来よりも透過がよくなり空気流入量
が増えることで、重負荷特性に有利となる。

【００１３】（実施例１）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０８ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
いた。正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．０８ｍｍ
として、内部に前記拡散紙を配し、図１に示すＰＲ４４
型空気亜鉛電池を作成した。このとき、正極缶底面には
直径０．４ｍｍの空気孔を４個設けた。

【００１４】ゲル状亜鉛負極は鉛５００ｐｐｍを添加し
た亜鉛合金粉、３０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液、ポリ
アクリル酸を混合撹拌して使用した。また正極体は、活
性炭、マンガン酸化物および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
で圧着して使用した。

【００１５】（実施例２）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１０ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型の空気亜鉛電池を作成した。

【００１６】（実施例３）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１４ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１４ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００１７】（実施例４）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０８ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００１８】（実施例５）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０８ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１４ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００１９】（実施例６）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１０ｍｍ、気孔率７０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２０】（実施例７）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１０ｍｍ、気孔率８５％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２１】（比較例１）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０６ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．０６ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２２】（比較例２）天然パルプを原料とし、厚さ
０．２０ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．２０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２３】（比較例３）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１４ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２４】（比較例４）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１５ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１４ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２５】（比較例５）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０６ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．０８ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２６】（比較例６）天然パルプを原料とし、厚さ
０．０６ｍｍ、気孔率８０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１４ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２７】（比較例７）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１０ｍｍ、気孔率６５％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２８】（比較例８）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１０ｍｍ、気孔率５０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００２９】（比較例９）天然パルプを原料とし、厚さ
０．１４ｍｍ、気孔率６０％の不織布を拡散紙として用
い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．２０ｍｍと
して、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰＲ
４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００３０】（比較例１０）天然パルプを原料とし、厚
さ０．０５ｍｍ、気孔率５０％の不織布を拡散紙として
用い、正極ケースの空気拡散層段部は高さ０．１０ｍｍ
として、内部に前記拡散紙を配し、実施例１と同様にＰ
Ｒ４４型空気亜鉛電池を作成した。

【００３１】上記各実施例および各比較例について評価
を行った。実施例および比較例の電池各２０個につい
て、通常の軽負荷放電として６２０Ω連続放電、重負荷
の放電として６２Ω連続放電試験を行った。このとき、
６２０Ω連続放電は１．０Ｖまで、６２Ω連続放電は
０．９Ｖまでの放電持続時間を測定した。表１に結果を
示す。各数値は２０個の電池の平均値である。

【００３２】

【表１】

【００３３】まず、比較例９は従来の重負荷用電池の１
例、比較例１０は従来の通常用電池の１例である。比較
例９は当然のことながら重負荷放電性能では比較例１０
よりも優れているが、軽負荷放電では劣っている。反対
に、比較例１０は軽負荷放電性能では優れるが、重負荷
放電はほとんどできない。それぞれの電池の欠点をなく
し、長所を併せもつようにするのが本発明の目的であ
る。

【００３４】各実施例と比較例１および２の結果から、
空気拡散層の段部高さの影響がわかる。空気拡散層の段
部高さが本発明の範囲より低い場合は、負極容積が大き
くなるので負極作用物質である亜鉛の充填量が増加し、
軽負荷放電の性能は向上するが、空気拡散層の容積が不
足するため重負荷放電がしにくくなり、放電持続時間が
短くなる。逆に段部高さが本発明の範囲よりも高い場合
は、負極容積が減少するために亜鉛充填量が減り、軽負
荷放電は持続時間が短くなる。段部が高くなり、本来有
利になるはずの重負荷放電についても、本発明品の性能
と変わりなく、段部寸法を本発明品以上に高くしても、
重負荷放電は向上しないことがわかる。

【００３５】次に比較例３〜６の結果から、拡散紙の厚
さの影響がわかる。比較例５，６のように本発明の範囲
よりも薄い場合は、軽負荷放電についてはほとんど影響
していないが、重負荷放電性能は劣っている。これは、
放電後期に正極体が空気拡散層に曲がってきたときに、
拡散紙が薄いと支えきれないためである。比較例３，４
のように空気拡散層の段部高さより拡散紙厚さが上回っ
た場合、拡散紙によって正極体が圧迫されるため放電性
能が低下してしまう。さらに、比較例３では、拡散紙に
よる圧迫で正極体の撥水膜が傷ついてしまったために、
放電中に空気孔から漏液が発生する電池もあった。

【００３６】次に比較例７，８の結果から、拡散紙の気
孔率の影響がわかる。気孔率が本発明の範囲より低い場
合は、反応に使われる空気の流入量が少なくなる。また
拡散紙厚さを本発明の範囲内としても、空気拡散層を拡
散紙が占めてしまうので、実質的に拡散層容積が減少す
ることも影響する。このため、軽負荷放電では影響は少
ないが、重負荷放電において放電性能が悪くなる。実施
例６のように気孔率が本発明の範囲内であれば、比較例
７，８より薄くても重負荷特性は改善される。

【００３７】基本的には気孔率が高いほど重負荷特性が
よくなるが、拡散紙として使用する不織布は気孔率８５
％程度が製造の上限であるため、本発明においては気孔
率の上限は８５％とした。

【００３８】以上のように本発明の空気亜鉛電池は、軽
負荷放電性能を犠牲にすることなく、重負荷放電性能を
向上することができる。

【００３９】なお、本発明は上記実施例により限定され
るものではない。本発明に直接影響を及ぼさない亜鉛合
金粉、ゲル化剤、電解液濃度、正極触媒等の要素につい
ては、本発明の範囲を逸脱しない限り変更して差し支え
ない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、軽負荷放電性能および
重負荷放電性能のいずれをも低下させることなく、安全
で信頼性の高い空気亜鉛電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で作成したＰＲ４４型空気亜鉛
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…空気拡散紙、
１０…空気孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊間祐一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） 5H032 AA02 AS03 EE09 HH01 HH04

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に段差
を設け、その下段を空気拡散層とし、上記底部段差の上
段に撥水膜、正極体および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充填した負極ケース
が配置された空気亜鉛電池において、前記空気拡散層段
部の高さが０．０８〜０．１４ｍｍであり、該空気拡散
層内部に配置する空気拡散紙は、厚さが空気拡散層段部
高さに対して１００％以内で０．０８ｍｍ以上、気孔率
が７０〜８５％であることを特徴とする空気亜鉛電池。