JP2000260412A - アルカリ乾電池 - Google Patents

アルカリ乾電池

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JP2000260412A
JP2000260412A JP11063212A JP6321299A JP2000260412A JP 2000260412 A JP2000260412 A JP 2000260412A JP 11063212 A JP11063212 A JP 11063212A JP 6321299 A JP6321299 A JP 6321299A JP 2000260412 A JP2000260412 A JP 2000260412A
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Japan
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manganese dioxide
separator
fiber diameter
less
positive electrode
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Withdrawn
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JP11063212A
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Shoichiro Tateishi
昭一郎 立石
Toshihiro Koyama
俊洋 小山
Hiroshi Kayano
博志 柏野
Jun Sato
佐藤  淳
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Maxell Holdings Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重負荷特性が優れ、かつ電池に物理的ショッ
クを与えたときでも正極活物質の電解二酸化マンガンの
セパレータの通り抜けを防止することができるアルカリ
乾電池を提供する。 【解決手段】 正極活物質として平均粒径が25μm以
下の電解二酸化マンガンを用い、セパレータとして平均
繊維径が6μm以下の不織布を用いてアルカリ乾電池を
構成する。電解二酸化マンガンの平均粒径が15μm以
下で、不織布の平均繊維径が4μm以下であることがよ
り好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ乾電池に
関し、さらに詳しくは、重負荷特性が優れ、かつ正極活
物質の電解二酸化マンガンのセパレータの通り抜けを防
止することができるアルカリ乾電池に関する。
【0002】
【従来の技術】アルカリ乾電池の正極活物質としては、
電解二酸化マンガンが用いられているか、この電解二酸
化マンガンは粒径が小さいほど電池の重負荷特性が優れ
ているが、正極成形時の生産性が悪いという問題があっ
た。
【0003】しかしながら、最近は生産技術の向上によ
り粒径の小さい電解二酸化マンガンの使用が可能になっ
てきたが、電解二酸化マンガンの粒径が小さくなると、
電池に物理的ショックを与えたときに電解二酸化マンガ
ンの粒子がセパレータを通り抜けて負極側に拡散し、微
小な内部短絡が発生するという問題が新たに生じるよう
になってきた。
【0004】ここで、現在のアルカリ乾電池に使用され
ているセパレータについて述べると、現在使用のセパレ
ータはビニロンとレーヨンを主体とする不織布で構成さ
れ、保液性や強度などを向上させる目的でポリビニルア
ルコール系バインダーや天然セルロース繊維などが0〜
20重量部添加される場合がある。上記不織布を構成す
るビニロンやレーヨンの繊維の断面形状は、円形のもの
もあるが保液性を向上させるためにひだをつけたり、ひ
ょうたん型にする場合もある。断面の平均繊維径は細い
方が保液性が良くなるが、ある程度の繊維径であれば保
液性を充分に確保することができ、また平均繊維径が細
いほど生産性が悪くなるので8〜10μmのものが使用
されている。セパレータの坪量は小さいほど液抵抗が小
さく負荷特性が優れているが、坪量が小さくなりすぎる
と10kΩ程度の軽負荷連続放電や10Ω程度でパルス
放電したときに特に大量に発生する亜鉛デンドライトが
セパレータを貫通して内部短絡を起こしやすくなる。そ
のため、セパレータは上記ビニロン−レーヨン不織布を
3重ないし4重に重ねることによって作製され、重ねた
後の坪量は通常70〜110g/m2 程度である。
【0005】そして、正極活物質として粒径の小さい電
解二酸化マンガンを用いたときに、電解二酸化マンガン
の粒子がセパレータを通り抜ける問題を従来技術におい
て解決するには、セパレータの坪量を増加しなければな
らず、その結果、重負荷特性の劣化は免れないという問
題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、正極活物質
として粒径の小さい電解二酸化マンガンを用いたアルカ
リ乾電池に物理的ショックを与えたときに、電解二酸化
マンガンの粒子がセパレータを通り抜けて負極側に拡散
する現象を、セパレータの坪量を増やすことなく抑制
し、重負荷特性が優れたアルカリ乾電池を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極活物質と
して平均粒径が25μm以下の電解二酸化マンガンを用
い、セパレータとして平均繊維径が6μm以下の不織布
を用いることによって、上記課題を解決したものであ
る。
【0008】すなわち、本発明者らは、微細な電解二酸
化マンガ粒子がセパレータを通り抜けて負極側に拡散し
ていくのを抑制するために、セパレータの材質、組成、
形状などを検討した結果、セパレータの繊維径を細くす
ることによって、電池に物理的ショックが加わったとき
に電解二酸化マンガン粒子の負極側への拡散を防止でき
ることを見出したのである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明においては、記のように正
極活物質として平均粒径が25μm以下の電解二酸化マ
ンガンを用いるが、電解二酸化マンガンの粒径が小さい
ほど重負荷特性が優れているので、平均粒径が15μm
以下のものが好ましく、平均粒径が小さいものほどよ
い。また、本発明においてはセパレータとして平均繊維
径が6μm以下の不織布を用いるが、上記のように電解
二酸化マンガンの平均粒径が小さくなると、それに伴っ
て、電解二酸化マンガンの粒子がセパレータをより通り
抜けやすくなるので、セパレータの繊維径も小さくする
ことが好ましく、上記のように平均粒径が15μm以下
の電解二酸化マンガンを正極活物質として用いる場合に
は、セパレータとしては平均繊維径が4μm以下の不織
布を用いることが好ましく、平均繊維径が細いものほど
よい。
【0010】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明により具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。
【0011】実施例1 平均繊維径が5μmのビニロン50重量%と平均繊維径
が7μmのレーヨン50重量%からなり、平均繊維径が
6μmで坪量が30g/m2 の不織布を、円筒形に3重
に重ねて巻いた、坪量が90g/m2 のセパレータと、
平均粒径が25μmの電解二酸化マンガンを正極活物質
とする正極とを組み合わせて用いた以外は、従来技術に
より単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0012】すなわち、平均粒径25μmの電解二酸化
マンガン100重量部と導電助剤としての黒鉛8重量部
とを乾式配合機にて攪拌混合し、得られた混合物に、電
解液(酸化亜鉛を飽和させた35重量%水酸化カリウム
水溶液)を添加してさらに攪拌混合を行なった。得られ
た粒体を造粒した後、分級によって整粒して顆粒状正極
合剤を得た。この顆粒状正極合剤を単3形の正極缶内に
入れ、正極缶内で加圧成形して円筒形に成形した。この
正極を内填する正極缶内に、電解液、上記のセパレー
タ、ゲル状負極などを挿入した後、封口して、図1に示
す構造の単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0013】ここで図1に示す電池について説明する
と、図中、1は正極であり、この正極1は前記のように
平均粒径が25μmの電解二酸化マンガンを正極活物質
として用いたものであり、上記のように端子付きの正極
缶2内に挿入されている。3は前記構成からなるセパレ
ータで、4はゲル状負極であり、このゲル状負極4は、
負極活物質の亜鉛粉末にゲル化剤と電解液を加えて攪拌
・混合し、ゲル状に調製したものである。そして、5は
負極集電体、6は封口体、7は金属ワッシャ、8は樹脂
ワッシャ、9は絶縁キャップ、10は負極端子板、11
は樹脂外装体であり、この電池は、正極1とセパレータ
3を除き、いずれも公知の構成のものを用いている。
【0014】実施例2 平均繊維径が3μmのビニロン50重量%と平均繊維径
が5μmのレーヨン50重量%からなり、平均繊維径が
4μmで坪量が30g/m2 の不織布を円筒形に3重に
重ねて巻いたセパレータ(坪量90g/m2 )と、平均
粒径が15μmの電解二酸化マンガンを正極活物質とす
る正極とを組み合わせて用いた以外は、実施例1と同様
に単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0015】比較例1 平均繊維径が7μmのビニロン50重量%と平均繊維径
が9μmのレーヨン50重量%からなり、平均繊維径が
8μmで坪量が30g/m2 の不織布を円筒形に3重に
重ねて巻いたセパレータ(坪量90g/m2 )と、平均
粒径が35μmの電解二酸化マンガンを正極活物質とす
る正極とを組み合わせて用いた以外は、実施例1と同様
に単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0016】比較例2 平均繊維径が7μmのビニロン50重量%と平均繊維径
が9μmのレーヨン50重量%からなり、平均繊維径が
8μmで坪量が30g/m2 の不織布を円筒形に3重に
重ねて巻いたセパレータ(坪量90g/m2 )と、平均
粒径が25μmの電解二酸化マンガンを正極活物質とす
る正極とを組み合わせて用いた以外は、実施例1と同様
に単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0017】比較例3 平均繊維径が7μmのビニロン50重量%と平均繊維径
が9μmのレーヨン50重量%からなり、平均繊維径が
8μmで坪量が30g/m2 の不織布を円筒形に4重に
重ねて巻いたセパレータ(坪量120g/m2 )と、平
均粒径が25μmの電解二酸化マンガンを正極活物質と
する正極とを組み合わせて用いた以外は、実施例1と同
様に単3形アルカリ乾電池を作製した。
【0018】実施例1〜2、比較例1〜3とも、電池を
25個ずつ作製し、そのうちの5個ずつについて20
℃、1Aで終止電圧1Vまで放電させたときの放電持続
時間を測定した。その結果を表1に示す。
【0019】また、上記実施例1〜2および比較例1〜
3の電池を20個ずつ固い木の板上に50cmの高さか
ら100回落下させて24時間後の電圧降下が10mV
以上の電池が50%以下であれば良品とし、50%より
多い場合は不良品とみなす、落下振動試験にかけた。そ
の結果を表1に「良」または「不良」の表示で示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1に示す結果から明らかなように、実施
例1〜2の電池は、放電電流が1Aという重負荷放電で
の放電持続時間が長く、また、落下振動試験でも不良の
発生がなかった。
【0022】これに対して、比較例1の電池は、電解二
酸化マンガンの平均粒径が35μmで、セパレータに用
いる不織布の平均繊維径が8μm、セパレータの坪量が
90g/m2 という従来技術による単3形アルカリ乾電
池であるが、この比較例1の電池では1A放電での放電
持続時間が実施例1より短かく重負荷特性が劣ってい
た。この比較例1において、セパレータの坪量を90g
/m2 にしているのはセパレータの坪量をこれ以上小さ
くすると、軽負荷放電時に負極から生成する亜鉛デンド
ライトがセパレータを突き破り内部短絡を起こす頻度が
高くなるためであり、また、比較例1において、セパレ
ータの平均繊維径を8μmとしているのは、セパレータ
の繊維径が細い方が保液性に優れるが、ある程度細くす
れば保液性が必要充分に確保できるからである。
【0023】比較例2の電池は、電解二酸化マンガンの
平均粒径を25μmと小さくすることによって1A放電
での放電持続時間を比較例1より長くした電池である
が、物理的ショックを与えたときに電解二酸化マンガン
粒子の負極側への拡散が増えるため、落下振動試験で不
良が発生した。また、比較例3の電池は、電解二酸化マ
ンガンの平均粒径を25μmと小さくし、電解二酸化マ
ンガン粒子の負極側への拡散を防ぐために、従来技術に
従いセパレータの坪量を120g/m2 にしたものであ
るが、そのセパレータの坪量の増加の結果、この比較例
3の電池では、1A放電での放電持続時間が実施例1よ
り短くなった。
【0024】しかしながら、実施例1の電池では、電解
二酸化マンガンの平均粒径を25μmに小さくし、電解
二酸化マンガン粒子の負極側への拡散を防止するために
セパレータの繊維径を6μmと細くする手法を用いたこ
とにより、前記のように、1A放電での放電持続時間が
比較例1より向上し、しかも落下振動試験でも不良の発
生がなかった。
【0025】また、実施例2の電池では、電解二酸化マ
ンガンの平均粒径を15μmと小さくし、その電解二酸
化マンガン粒子の負極側への拡散を防止するためにセパ
レータの平均繊維径を4μmまで細くしたので、1A放
電での放電持続時間が比較例1より20%向上し、しか
も落下振動試験でも不良の発生がなかった。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、重負
荷特性が優れ、かつ落下振動試験などのように電池に物
理的ショックを与えたときでも正極活物質の電解二酸化
マンガンのセパレータの通り抜けを防止することができ
るアルカリ乾電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアルカリ乾電池の一例を概略的に
示す部分断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 正極缶 3 セパレータ 4 ゲル状負極
フロントページの続き (72)発明者 柏野 博志 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 佐藤 淳 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA01 BB04 BC01 BD02 5H021 CC02 EE22 HH03 5H024 AA03 DD09 EE09 HH13

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質として平均粒径が25μm以
    下の電解二酸化マンガンを用い、セパレータとして平均
    繊維径が6μm以下の不織布を用いたことを特徴とする
    アルカリ乾電池。
  2. 【請求項2】 電解二酸化マンガンの平均粒径が15μ
    m以下で、不織布の平均繊維径が4μm以下である請求
    項1記載のアルカリ乾電池。
JP11063212A 1999-03-10 1999-03-10 アルカリ乾電池 Withdrawn JP2000260412A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001256969A (ja) * 2000-03-14 2001-09-21 Toshiba Battery Co Ltd 亜鉛アルカリ電池およびその正極合剤の製造方法

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Effective date: 20060606