JP2000294233A - アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な放電容量を確保しつつ、しかも安価な
アルカリ乾電池を提供することを目的としている。 【解決手段】 アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法で
あって、二酸化マンガンと黒鉛と電解質溶液とバインダ
ーとを混合する工程と、当該混合物を圧延して解砕する
工程と、当該解砕物を所定の粒径に篩い分けして得た合
剤粒を電池に適合した形状にプレス成形する工程とを含
み、前記バインダーはポリアクリル酸であり、当該ポリ
アクリル酸は前記二酸化マンガンに対して０．０３重量
％以上０．１重量％以下で混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はアルカリ乾電池に
関し、とくに二酸化マンガンと黒鉛と電解質溶液とバイ
ンダーとを含んで構成される電池用正極合剤の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ乾電池は、リング状コア等の所
定形状に成形した正極合剤を正極缶内に挿入した構造を
なす。正極合剤は、活物質としての二酸化マンガンと黒
鉛などの導電材およびバインダーなどを含む混合物を金
型等によってプレス成型することで得られる。

【０００３】前記の混合物はそのままでは粉体であるた
め、粉体を押し固めて粒状の合剤粒に加工し、その合剤
粒をリング状コアに成型する。合剤粒は粉体混合物をロ
ーラコンパクタによって板状（または棒状）に圧延した
上で解砕し、その解砕物を所定の粒度に篩い分けること
で得られる。このとき合剤粒の粒度は大きすぎても小さ
すぎても成型に都合悪い。このため、バインダーの添加
量を調整することで最適粒度の合剤粒を得やすくする必
要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電池の放電容量は二酸
化マンガンの充填量に依存する。そのため、バインダー
などの電気化学反応に寄与しない物質はなるべく減らし
たい。特に小型の電池ではバインダーの相対的な量が増
え、容量を減少させる原因となる。しかし、バインダー
を全くなくしてしまうと、圧延時に粉体がまとまらず所
定の粒度の合剤粒が得にくくなり、生産性を低下させて
しまう。

【０００５】そのため、小型の電池では導電材に表面積
の大きな膨張化黒鉛を使用して導電材の相対量（重量
％）を減らし、その分二酸化マンガンを増量させて放電
容量を確保している。しかし、膨張化黒鉛は高価であ
り、電池のコストアップを招く。

【０００６】そこで本発明は、十分な放電容量を確保し
つつ、しかも安価なアルカリ乾電池を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、アルカリ乾電池用正極合剤の製造方
法であって、二酸化マンガンと黒鉛と電解質溶液とバイ
ンダーとを混合する工程と、当該混合物を圧延して解砕
する工程と、当該解砕物を所定の粒径に篩い分けして得
た合剤粒を電池に適合した形状にプレス成形する工程と
を含み、前記バインダーはポリアクリル酸であり、当該
ポリアクリル酸は前記二酸化マンガンに対して０．０３
重量％以上０．１重量％以下で混合することを特徴とす
るアルカリ乾電池用正極合剤の製造方法とした。

【０００８】第２の発明は、請求項１において、前記ポ
リアクリル酸は、架橋型ポリアクリル酸であることを特
徴とするアルカリ乾電池用正極合剤の製造方法とした。

【０００９】第３の発明は、請求項１または２に記載の
製造方法によって作製された正極合剤を使用してなるア
ルカリ乾電池とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】＝＝＝アルカリ乾電池の製造工程
＝＝＝ この発明による製造方法によって作製された電池用正極
合剤の特性評価のため、ＪＩＳ規格ＬＲ６（単三型筒型
アルカリ乾電池）を試作した。そのアルカリ乾電池の概
略的な側面断面図を図１に示す。このアルカリ乾電池１
は以下の工程に従って製造される。

【００１１】まず、有底円筒形状をなす正極端子を兼ね
た正極缶１１内に約１０．０ｇ程度の正極合剤１２を積
層して挿入する。この正極合剤１２はこの発明の要件で
あり、その組成に特徴を有する。これについては「正極
合剤の製造工程」のところで詳述する。つぎに、正極缶
１１上方の所定位置にビーディング部２０を成形する。
そして、積層した正極合剤１２の中空円筒内にビニロン
繊維不織布からなる有底円筒状のセパレータ１３を挿入
する。このセパレータ１３の中空部に水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液を約１．６５ｇ注入して正極合剤１２
およびセパレータ１３にこの電解液を吸液させる。さら
に、亜鉛を約６０重量％含むゲル状負極１４をセパレー
タ１３の中空円筒内に約６．０ｇ充填する。

【００１２】一方、真鍮製の棒状集電子（集電棒）１５
をその頭部１６で負極端子１７に抵抗溶接するととも
に、集電部となる集電棒１５の首部１８にガスケット１
９を嵌着して集電体を形成する。この集電体を、ゲル状
負極１４中に集電棒１５の先端から挿入していく。そし
て、正極缶１１の開口端を内側方向に折り曲げること
で、開口端を封口するように配置された負極端子１４が
嵌着され、缶内が密閉される。以上のようなプロセスを
経て、アルカリ乾電池１が作製される。

【００１３】＝＝＝正極合剤の製造工程＝＝＝ 正極合剤１２の製造フローを図２に示す。正極活物質と
しての二酸化マンガンと、導電助剤としての黒鉛と、バ
インダーとしての架橋型ポリアクリル酸（以下、架橋型
ＰＡ）を混合する。ここで二酸化マンガンに対する黒鉛
の添加量は例えば５重量％、架橋型ＰＡは例えば０．０
３重量％である。その混合物に対して電解液としての
２．５重量％のＫＯＨを注入し再び混合する。つぎにこ
の混合体をローラコンパクタで最大３ｍｍ×３ｍｍ×１
００ｍｍ程度の大きさに圧延した後、解砕機にて解砕
（造粒）する。続いて篩分けをし、成形に都合が良い１
７７〜１，０００μｍ程度の粒径の合剤粒（顆粒状）を
得る。この合剤粒の見掛比重は１．７〜２．０ｇ／ｃ
ｃ、水分量は２〜３重量％に調整されている。この合剤
粒を金型プレス成形機にて成形圧約３．０ｔで電池に適
合した形状（リング状）にプレス成形し、最終生成体で
ある正極合剤１２を得る。なお、この正極合剤１２の密
度は１立方ミリメートルあたり３．０〜３．３ｇであ
る。

【００１４】＝＝＝ＰＡ添加量の最適値＝＝＝ 正極合剤１２の製造工程において生産性を高め、かつ電
池の正極側容量を維持するために必要かつ最適なＰＡ添
加量を求めるため、つぎの２つの試験を行った。

【００１５】＜良品率＞ＰＡ添加量の異なる合剤粒を作
製し、その良品率（前記粒径範囲内の合剤粒の生成率）
を測定した。具体的には、架橋型ＰＡの二酸化マンガン
に対する添加量を変化させた。各添加量における良品率
（重量％で算出）を表１にまとめる。

【００１６】

【表１】

【００１７】＜放電持続時間＞前記条件で作製した正極
合剤１２を正極とするアルカリ乾電池１を試作した。各
アルカリ乾電池１の放電持続時間を表２にまとめる。こ
こで放電持続時間とは、２０℃で２Ω定抵抗放電を連続
して行った際に、電池電圧が終止電圧として設定した
０．９Ｖになるまでの時間である。この時間が長いほど
高性能な電池といえる。

【００１８】

【表２】

【００１９】＜考察＞表１から架橋型ＰＡ添加量が０．
０３重量％以上の良品率の向上が顕著である。一方、表
２では架橋型ＰＡ添加量が０．２０重量％以上の放電持
続時間の低下が特徴的である。よって、電池性能を保ち
つつ生産性を向上させるのに最適な架橋型ＰＡ添加量
は、０．０３重量％以上０．１重量％以下程度であるこ
とが分かる。

【００２０】＝＝＝その他＝＝＝ 前述の架橋型ＰＡを直鎖型ＰＡに変えた場合の良品率を
測定した。直鎖型ＰＡの二酸化マンガンに対する添加量
が０．０３重量％のとき、良品率は４４．１％であっ
た。バインダーを全く添加しなかった場合の４３．７重
量％よりはやや向上しているものの、架橋型ＰＡの５
１．５重量％に比べるとかなり劣っている。このことか
ら、この発明の目的でＰＡを用いる場合は架橋型のＰＡ
を用いるのが効果的であるといえる。なお、本実施例で
は架橋型ＰＡとして日本純薬株式会社製ＰＷ−１５０、
直鎖型ＰＡとして日本純薬株式会社製アロンビスを使用
した。

【００２１】

【発明の効果】この発明の製造方法によれば、高価な膨
張化黒鉛を用いることなく十分な放電容量を確保でき
る。よって、安価で高性能なアルカリ乾電池が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の製造方法に関わるアルカリ乾電池の
概略的側面断面図である。

【図２】この発明の製造方法に関わるアルカリ乾電池用
正極合剤の製造フローを示す図である。

【符号の説明】

１ アルカリ乾電池 １１ 正極缶 １２ 正極合剤 １３ セパレータ １４ ゲル状負極 １５ 集電棒 １７ 負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 信昭 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 筒井 清英 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 5H003 BA03 BA05 BB04 BB11 BB15 BD04 5H016 AA03 BB03 BB05 BB06 EE04 EE05 EE09 HH01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法で
   あって、二酸化マンガンと黒鉛と電解質溶液とバインダ
   ーとを混合する工程と、当該混合物を圧延して解砕する
   工程と、当該解砕物を所定の粒径に篩い分けして得た合
   剤粒を電池に適合した形状にプレス成形する工程とを含
   み、前記バインダーはポリアクリル酸であり、当該ポリ
   アクリル酸は前記二酸化マンガンに対して０．０３重量
   ％以上０．１重量％以下で混合することを特徴とする。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ポリアクリル酸
   は、架橋型ポリアクリル酸であることを特徴とするアル
   カリ乾電池用正極合剤の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の製造方法によ
   って作製された正極合剤を使用してなるアルカリ乾電
   池。