JP2000294232A - アルカリ電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アルカリ電池のゲル状負極活物質を電池負極容
器に充填する際に、その流動性を向上させる。 【解決手段】ゲル状負極活物質７を、充填ポンプにより
負極容器に一定量計量充填する際に、充填ポンプ内のゲ
ル状負極活物質に超音波振動を印加する。例えば充填ポ
ンプに超音波振動子２を設置して、供給タンク１から供
給されたゲル状負極活物質に超音波振動を印加する。こ
れによってゲル状負極活物質の流動性を高め、その結果
充填ポンプ内での閉塞を防止して電池製造時の作業性を
改善させ、さらに充填計量精度を向上させることができ
る。超音波振動子の設置は上記以外の場所でもよく、例
えば充填ポンプの吐出ノズル近傍でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はゲル状負極活物質の
充填方法を改善したアルカリ電池の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、粒状亜鉛もしくは亜鉛合金粉を活
物質として用いるアルカリ電池、例えば、アルカリマン
ガン電池，酸化銀電池，空気亜鉛電池においては、あら
かじめ粒状亜鉛、アルカリ電解液およびポリアクリル酸
等からなるゲル化剤を撹拌混合してゲル状負極活物質と
した後、これを電池内に充填している。この粒状亜鉛粉
は、一般的には亜鉛溶湯に高圧ガスを噴射して粉化させ
る、いわゆるアトマイズ法によって製造されている。こ
の方法により製造された亜鉛粉の粒子形状は、紡錘状も
しくは涙状となりやすい。このような形状の亜鉛粉は、
粒子同士の電気的接触は良好となり、放電反応には有利
であるが、ゲル状負極活物質とした場合、粒子同士の絡
み付きや接触による摩擦抵抗が大きく、流動性が劣ると
いう欠点を有していた。

【０００３】そのため、電池製造においてゲル状負極活
物質を充填ポンプにより負極容器に一定量に計量充填す
る工程では、計量精度が低くなり、特にボタン型のよう
な小型の電池においてこれが著しい。充填量が過多の場
合には、放電後の電池総高上昇等の問題が発生するた
め、充填量の設定はばらつきの上限値によって規制され
ている。また、ポンプより長時間にわたって連続吐出す
ると、ポンプ内のゲル状負極活物質流路が閉塞してしま
い、吐出が不可能となることもあった。

【０００４】また、近年、環境への配慮から、電池高容
量化や無水銀化の要望が高まっているが、電池高容量化
のためには負極活物質を増量することが図られており、
その方法として、ゲル状負極活物質中の亜鉛粉／電解液
比率を上げ、電池内へ充填可能な亜鉛量を増加する方法
がとられている。しかし亜鉛粉比率を増加した場合、ゲ
ル状負極活物質の流動性はさらに低下してしまう。ま
た、亜鉛中の水銀を削除した場合も同様に流動性の低下
が起こり、いずれも前記問題が更に顕著になる傾向があ
る。

【０００５】そこで、これらの問題を解決するため種々
の提案がなされている。その一つとして、亜鉛粉自体の
流動性を改善する方法があり、例えば、アトマイズする
際の雰囲気及び噴射ガス中の酸素濃度を規定することに
よって、真球に近い亜鉛粉形状を得る方法が提案されて
いる（特公昭６０−９０８１号，特公昭６０−９０８２
号）。しかし、この方法では、ゲル状負極活物質の流動
性は改善されるものの、不活性ガスを使用する必要があ
り、酸素濃度を調整するために高価な設備も必要となる
ため、製造された亜鉛粉は非常に高価なものとなってし
まう。さらには、これをゲル状負極活物質として電池に
組み込んだ場合、亜鉛粉の比表面積（反応面積）が減少
し、亜鉛粉同士の接触面積も低下するので、内部抵抗の
増大や、放電利用率の低下が生ずるという問題がある。

【０００６】また、他の方法としては、ゲル状負極活物
質を使用するのではなく、あらかじめ粉体のゲル化剤と
亜鉛粉をドライ撹拌し、計量カップにて摺り切り計量を
行った後に、電池の負極容器にドライ状態で充填し、そ
の後、電解液を注液して負極容器内でゲル化を行い、正
極容器を介して電池を組み立てる方法がある。この方法
では、摺り切りにより計量を行うため、ゲルの場合と比
較して亜鉛粉の計量制度は向上するが、電池負極容器内
でゲル化を行うため、撹拌による均一化が不可能であ
り、亜鉛粉同士の接触が不安定になる。このため、前述
した方法と同様に放電利用率の低下という問題がある。
更に、ドライ充填法では、負極容器へ充填する際、亜鉛
粉が飛散し易く、絶縁を兼ねた電池封口部へ噛み込んだ
場合には、内部ショートを引き起こすという問題もあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、アルカ
リ電池におけるゲル状負極活物質の充填には種々の問題
があり、未だ満足できる解決に至っていないのが現状で
ある。本発明はかかる情況に対処してなされたもので、
ゲル状負極活物質を電池負極容器に充填する際に、その
流動性を良好にすることによって、充填ポンプ内での閉
塞を防止して電池製造時の作業性を改善するとともに、
充填計量精度を向上させることを目的とし、これにより
高容量化したアルカリ電池を供給することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、粒状亜鉛粉も
しくは亜鉛合金粉からなる負極活物質、アルカリ電解液
及びゲル化剤を撹拌混合して得たゲル状負極活物質を、
充填ポンプにより負極容器に一定量計量充填する工程を
有するアルカリ電池の製造方法において、前記充填ポン
プ内のゲル状負極活物質に超音波振動を印加することを
特徴とする。

【０００９】ゲル状負極活物質はチキソ性を有するため
に、通常の静止状態では非常に高粘性を示すが、超音波
振動を印加することで粘性を低下させ、流動性を大幅に
向上させることができる。したがって、本発明によれ
ば、充填用ポンプ内でのゲル状負極活物質の閉塞を防止
し、作業性が改善される。また流動性がよくなるので、
計量充填の充填精度が向上する。特にボタン電池では、
ゲル状負極活物質の充填量はばらつき上限で規制されて
いるが、そのばらつきが本発明では減少するので、充填
量中心値の増加が可能となり、電池の高容量化を図るこ
とができる。

【００１０】本発明における超音波振動とは、不可聴領
域の振動という意味ではなく、動力源としての音波振動
を示している。その波長としては、一般的には、１〜１
０ＭＨｚ程度であり、被振動体の性状にもよるが、多く
は、エネルギー効率等を考慮し、２０ｋ〜４０ｋＨｚが
使用される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の態様を、図
１および図２を用いて説明する。図１はゲル状負極活物
質充填用ポンプの概略図であり、図２はＰＲ５２１タイ
プ（直径５．０ｍｍ，高さ２．１ｍｍ）の空気亜鉛電池
の断面図である。

【００１２】図２に示すように、本発明の一実施例とし
て示す空気亜鉛電池は、空気孔１５を有する底面に段部
を設けた正極容器１２の上段に、ＰＴＦＥ膜からなる撥
水膜１３，正極体及びセパレータ８が収納されている。
正極体は前述撥水膜とは別のＰＴＦＥ膜，ニッケルメッ
キされたステンレスネット製の正極集電体１１，活性
炭，マンガン酸化物，ＰＴＦＥ粉，導電材からなる正極
触媒層１０で構成される。セパレータ８の上部には絶縁
ガスケット９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容器６が配されており、
通常は絶縁ガスケット９と負極容器６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。さらに負極容器６にはゲル状負
極活物質７が充填され、セパレータに接している。

【００１３】上記においてゲル状負極活物質は、亜鉛合
金粉，アルカリ電解液，ゲル化剤を混合撹拌したもので
ある。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
無汞化のものを使用した。また、アルカリ電解液は３５
ｗｔ％程度の水酸化カリウム水溶液を、ゲル化剤はポリ
アクリル酸をそれぞれ使用した。

【００１４】次にゲル状負極活物質の充填方法につい
て、図１を用いて説明する。供給タンク１に供給したゲ
ル状負極活物質７は、超音波振動子２により超音波振動
が印加され、切り替えバルブ３を介して計量ピストン４
により吸引される。このピストンのストロークを規制す
ることによりゲル状負極活物質７を一定量計量する。次
に切り替えバルブ３を吐出側へ切り替えた後、計量ピス
トン４を押し出して、ゲル状負極活物質７を吐出ノズル
５より負極容器内へ吐出する。

【００１５】実施例では、ポンプの吸引側のみに超音波
振動子を設置したが、これに加えて吐出ノズル５の近傍
に設置してもよい。この場合、ゲル状負極活物質吐出後
の糸曳きが抑えられるため、更に充填時の計量精度は向
上する。

【００１６】（従来例）超音波振動を印加しないこと以
外は、実施例と同様の方法によりＰＲ５２１タイプの空
気亜鉛電池を製作し、従来例とした。

【００１７】（比較例１）亜鉛粉として、球状亜鉛粉を
使用したこと以外は、従来例と同様の方法によりＰＲ５
２１タイプの空気亜鉛電池を製作し、比較例１とした。

【００１８】（比較例２）負極容器への負極活物質の充
填方法として、ゲル状負極活物質の代わりにあらかじめ
粉体のゲル化剤と亜鉛粉をドライ撹拌し、秤量カップに
て摺り切り計量を行った後に、電池の負極容器にドライ
状態で充填、その後電解液を注液し、負極容器内でゲル
化を行う方法を用いたこと以外は、従来例と同様の方法
によりＰＲ５２１タイプの空気亜鉛電池を製作し、比較
例２とした。

【００１９】これらの充填方法による負極活物質の計量
精度及び作業性等を確認するため、それぞれの方法によ
り充填を行い、１００個の充填量の標準偏差、及び連続
充填可能回数を調べた。さらに、各製造方法により製造
したＰＲ５２１タイプの電池各２０個について、３ｋΩ
定抵抗放電時の放電容量、および２０℃−１ケ月のエー
ジング中の内部ショートによる開路電圧（ＯＶ）低下品
の発生数を調査した。なお、各方法における負極活物質
の充填量については、同一設定の充填量上限値から各方
法における標準偏差を差し引いた量が中心値となるよう
に調整している。結果を表１に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】上記表によって明らかなように、実施例は
従来例と比較して充填量ばらつきが低く抑えられてお
り、このため充填量中心値を増加することが可能とな
り、高容量化を達成している。また、連続充填において
もポンプ閉塞による問題は発生しておらず、作業性につ
いて改善されていることがわかる。

【００２２】比較例１，２についても充填量のばらつき
は改善されていることから、充填量の増加は可能であっ
たが、前述した理由により放電利用率が低下し、結果的
には放電容量の増加は不可能であった。また、比較例２
では、負極容器への亜鉛粉充填の際に亜鉛粉が飛散して
絶縁ガスケットとセパレータに噛み込み、それによる内
部ショートでＯＶ低下品の発生があった。

【００２３】なお、本発明は上記実施例により限定され
るものではなく、粒状亜鉛をゲル状負極活物質に用いる
他のアルカリ電池、例えば、アルカリマンガン電池や酸
化銀電池等の電池においても同様の効果が得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲル状負極活物質を電池負極容器に充填ポンプにより計
量充填する際の、充填ポンプ内での閉塞を防止して電池
製造時の作業性を改善させ、さらに充填計量精度を向上
させることができる。その結果、アルカリ電池の高容量
化を達成し、かつ信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において用いたゲル状負極活物
質充填用ポンプの概略図。

【図２】本発明の実施例で作成したＰＲ５２１タイプの
空気亜鉛電池の断面図。

【符号の説明】

１…供給タンク、２…超音波振動子、３…切り替えバル
ブ、４…計量ピストン、５…吐出ノズル、６…負極ケー
ス、７…ゲル状亜鉛負極、８…セパレータ、９…絶縁ガ
スケット、１０…正極触媒層、１１…正極集電体、１２
…正極ケース、１３…撥水膜、１４…空気拡散紙、１５
…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 大橋 真智 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） 5H015 AA02 AA09 BB00 BB07 BB09 BB10 CC11 DD00 DD01 EE05 5H024 AA03 AA04 AA14 BB00 BB07 BB08 BB10 BB18 CC03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状亜鉛粉もしくは亜鉛合金粉からなる
   負極活物質、アルカリ電解液及びゲル化剤を撹拌混合し
   て得たゲル状負極活物質を、充填ポンプにより負極容器
   に一定量計量充填する工程を有するアルカリ電池の製造
   方法において、前記充填ポンプ内のゲル状負極活物質に
   超音波振動を印加することを特徴とするアルカリ電池の
   製造方法。
2. 【請求項２】 充填ポンプの供給タンクと計量ピストン
   との間の流路に超音波振動子を設置してゲル状負極活物
   質に超音波振動を印加する請求項１記載のアルカリ電池
   の製造方法。
3. 【請求項３】 充填ポンプの供給タンクと計量ピストン
   との間の流路と、吐出ノズル近傍との２ヶ所に超音波振
   動子を設置してゲル状負極活物質に超音波振動を印加す
   る請求項１記載のアルカリ電池の製造方法。