JP2000306575A - アルカリ乾電池およびその正極合剤の製造方法 - Google Patents
アルカリ乾電池およびその正極合剤の製造方法Info
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Abstract
て放電容量を増大させる場合に、従来からの安価な黒鉛
を使用しても正極合剤の成形性を低下させないようにす
ること。 【解決手段】正極合剤に添加する黒鉛として平均粒径が
8〜15μmの黒鉛を使用し、これと二酸化マンガンと
の割合を、黒鉛/黒鉛+二酸化マンガンが4.7%〜
5.8%とし、含有水分率が3.5%〜5.0%として
正極顆粒合剤を作成し、これを3.15〜3.33g/
cm3 の密度で圧縮成形加工することによってアルカリ乾
電池の正極合剤を製造することによって、低含有率で黒
鉛を使用しても成形性のよい正極合剤を得ることができ
る。したがってかかる製造法により製造した正極合剤を
電池に組み込むことにより、放電容量の増大したアルカ
リ乾電池を低コストで提供することができる。
Description
極合剤の製造方法に関し、さらにその正極合剤を用いた
アルカリ乾電池に関する。
二酸化マンガン、負極作用物質として亜鉛を使用してお
り、正極合剤中には正極作用物質としての二酸化マンガ
ンの他に導電剤としての黒鉛粉末や、電解液、バインダ
ー等が添加されている。近年、アルカリ乾電池の特性を
改良する方法としては、主として正極合剤について工夫
がなされており、例えば黒鉛率を減らしてその分二酸化
マンガンの量を増やし、放電容量を増大させる等の改良
がなされている。しかしながら黒鉛は導電性を高める作
用の他に二酸化マンガン粒子の結着剤としての作用もあ
るので、黒鉛率を低下させると正極合剤の成形性を低下
させるという問題がある。これに対しては、従来使用し
てきた黒鉛を膨張化黒鉛に替えるなどの提案がなされて
いる(例えば、特開平9−3517号公報,特開平9−
180736号公報)。
黒鉛は従来からの黒鉛に比べて高価であり、膨張化黒鉛
を使うことによって電池製造コストが高くなるという問
題がある。本発明は、かかる問題に対処してなされたも
ので、アルカリ乾電池において、黒鉛率を低下させて放
電容量を増大させようとした場合に、高価な膨張化黒鉛
を使わずに従来からの黒鉛を使用して、従来と同様に正
極合剤の成形性を維持することができるようにすること
を目的とするものである。
粒径が8〜15μmの黒鉛と二酸化マンガンを含有し、
黒鉛の含有割合が二酸化マンガンと黒鉛との合計量に対
して4.7%〜5.8%であり、かつ含有水分率が3.
5%〜5.0%である正極顆粒合剤を、3.15〜3.
33g/cm3 の密度で圧縮成形加工することを特徴とす
るアルカリ乾電池の正極合剤の製造方法に関し、またか
かる製造方法により得られた正極合剤を有するアルカリ
乾電池に関する。
は、従来から使用されてきた黒鉛を用いしかも低黒鉛率
であるにもかかわらず、正極合剤の成形強度が低下しな
い。したがって本発明によれば、製造コストを低く抑え
ながら、黒鉛含有率が低く放電容量の大きいアルカリ乾
電池を得ることができる。
れ以外の条件、すなわち正極顆粒合剤の含有水分率およ
び成形圧縮密度がそれぞれ上記範囲内であっても、結着
剤としての作用が不十分である。圧縮成形密度が3.3
3g/cm3 を超える場合は、製造上の負担が大きくなる
ので好ましくない。また、顆粒合剤の含有水分率が3.
5%より低いと、他の条件が上記範囲内であっても成形
作業上、割れや欠けが多くなり量産しにくくなり、逆に
含有水分率が5%を超えると、圧縮成形合剤を電池内に
充填する際に充填浮きが発生し具合が悪い。また、黒鉛
の平均粒度が8μmより小さいと正極合剤の成形強度が
不足し、15μmより大きいと電池の内部抵抗値が増加
して重負荷放電に不利となる。
する本発明のアルカリ乾電池においては、その電池性能
を向上させるために、電池形成後の正極合剤中の固形分
重量と正極合剤中に含有される水酸化カリウム電解液重
量の比が100.0:10.6〜100.0:15.9
であることが好ましい。水酸化カリウム電解液重量の比
が10.6より小さいと、重負荷放電特性の低下を招
き、15.9を超えると重負荷放電時の作動電位にふら
つきを誘発する。
量とは、電池から取り出された正極合剤から電解液を抽
出した後、105℃で2時間乾燥したものの重量であ
り、正極合剤中の電解液量とは、電池から取り出された
正極合剤重量から上記固形分重量を引いて算出した値で
ある。
正極缶内面の正極合剤と接する部分に黒鉛を主成分とす
る導電膜が形成され、該導電膜が形成された部分の面積
が正極缶内面の正極合剤と接する部分の面積の75〜9
0%であり、正極電気容量と負極電気容量との比が10
0:105〜100:115であることが好ましい。電
気容量比(負極/正極)が1.05より低いと正極合剤
の放電利用率が低く、1.15を超えた場合は負極が過
剰になるため過放電状態における負極からのガス発生が
多くなり、実用上好ましくない。なお、ここでいう電気
容量は、二酸化マンガンの電気化学当量(1電子反応)
=3.24g/Ah、負極亜鉛の電気化学当量(2電子
反応)=1.22g/Ahより算出した。
に説明する。図1は本発明の実施例である円筒形アルカ
リ乾電池LR03の断面図である。図1において、1は
集電体を兼ねた正極缶であり、その内面には黒鉛を主成
分とした導電膜が、正極合剤と接する部分の面積の約8
0%塗布されている。正極缶1には以下に説明する正極
合剤2が充填されており、その内側にセパレータ3を介
してゲル状負極4が充填されている。ゲル状負極4内に
は真鍮製の負極集電棒5がその上端をゲル状負極4より
突出するように挿着されている。負極集電棒5の突出部
外周面および正極缶1の上部内周面には、二重環状のポ
リアミド樹脂からなる絶縁ガスケット6が配設されてい
る。絶縁ガスケット6の二重環状部の間にはリング状の
金属板7が配設され、金属板7には負極端子を兼ねる帽
子形の金属封口板8が集電棒5の頭部に当接するように
配設されている。そして、正極缶1の開口縁を内方に屈
曲させることにより、絶縁ガスケット6および金属封口
板8で正極缶1を密封口している。
製造した。平均粒径が8μmでXRD(Cukα)によ
るd002のLcが580Åの黒鉛を用い、この黒鉛の
含有率(黒鉛/二酸化マンガン+黒鉛)、正極顆粒合剤
の含有水分率、正極顆粒合剤を成形する時の成形圧縮密
度、をそれぞれ下記の表1〜2に記載する値にして正極
合剤を製造した。これらを表1〜2に示すように実施例
1〜8とした。
黒鉛率の黒鉛を用いているが、含有水分率が従来並みに
低い正極顆粒合剤を成形し、正極合剤を作製した。これ
らを従来例1〜4とした。また黒鉛率を高くした正極合
剤を従来例5とした。
うに、黒鉛の比率、正極顆粒合剤の含有水分率、正極顆
粒合剤を成形する時の成形圧縮密度、をそれぞれ表中に
示すような値にして正極合剤を製造し、比較例1〜8と
した。
下記に示すように合剤の成形強度の評価を行った。結果
をそれぞれ表1〜5に示す。なお、黒鉛の平均粒径の測
定は、レーザー回折法によった。また、正極顆粒合剤の
水分率の測定は、KETT ELECTRIC LABORATORY社製 MOIS
TURE DETERMINATIONBALANCE FD-600 にて試料10gで
180℃15分で行った。
強度の測定を行った。成型後の正極合剤を正極缶に挿入
して、挿入時の割れの有無を調べ、これを成形強度の定
性的評価とした。またこれとは別に成形強度(g)を次
のような方法で機械的に測定した。すなわち、(株)サ
ン科学製レオメーターCR−200Dにて径25mmの
圧縮・弾性用感圧軸を用い、モード4,スピード4mm
/minにて成形合剤の側面9.80mmの成形強度
(g)を測定した。この測定は、中空円筒状の試料をn
=10で調査し、最低強度値を表中に示した。
・欠けなどの問題がなく良好であることを示し、△は割
れ・欠けなどの問題はないが、充填時に浮きが発生し量
産化に問題があることを示し、×は成形合剤を正極缶に
挿入した際に割れ・欠けなどの問題があり量産化に問題
が多いことを示している。
正極合剤では成形合剤強度の定性的判定ではいずれも良
好な結果が得られ、また強度測定値も大であったが、こ
れと同じ黒鉛添加率で顆粒合剤中の含有水分率を従来ど
うりとした従来例では、定性的判定はいずれも×であ
り、強度測定値も低く、実用化できないことがわかる。
従来例で良好な結果が得られたのは、黒鉛添加率を高く
した従来例5のみであった。
水分率および成形密度を本発明と同じ範囲としたが、黒
鉛添加率が低いために良好な成形強度が得られていない
ことがわかる。さらに比較例5〜8では、顆粒合剤中の
含有水分率が高すぎるために良好な成形強度が得られて
いないことがわかる。
明のアルカリ乾電池について電池の性能を調べた。正極
合剤の黒鉛添加率を4.7%および5.8%とした場合
のそれぞれについて、正極合剤中の固形分重量と正極合
剤中に含まれる水酸化カリウム電解液重量の比(固形分
重量を100とした時の水酸化カリウム電解液重量)を
表に示すような値とし、(2) 電池の重負荷連続放電性
能、および(3) 電池からのガス発生、を調べた。また、
従来例として黒鉛添加率を10.1%とした場合につい
ても同様に試験した。その結果を表6および表7に示
す。なお、評価は以下のようにして行った。
0±2℃の恒温室で500mA定電流連続放電を行な
い、0.90Vまでの持続時間を調査した。いずれもn
=9で調査した。
0±2℃の恒温室で20Ω連続68時間放電させた時の
電池からのガス発生量を調査した。いずれもn=6で調
査し、最大発生量を表中に記した。
が15.9を超えると、重負荷放電特性は向上するが、
放電初期の作動電位にふらつきを生じ、実用上好ましく
ない。何故ふらつきが生じるかは明らかではないが、電
解液の割合が一定以上になるとゲル状負極中の亜鉛合金
の粒間や負極集電棒との接触が一部悪化することが原因
ではないかと考えられる。また、この比が10.6より
小さいと重負荷放電特性が低下する。また、表7から、
電気容量比(負極/正極)が1.15を超えるとガス発
生量が多くなる。
来からの低コストの黒鉛を低添加率で使用しても成型性
のよい正極合剤を得ることができ、その結果、低コスト
で放電容量の増大したアルカリ乾電池を提供できる。
図。
ゲル、5…負極集電棒、6…絶縁ガスケット、7…金属
板、8…金属封口板。
Claims (4)
- 【請求項1】 平均粒径が8〜15μmの黒鉛と二酸化
マンガンを含有し、黒鉛の含有割合が二酸化マンガンと
黒鉛との合計量に対して4.7%〜5.8%であり、か
つ含有水分率が3.5%〜5.0%である正極顆粒合剤
を、3.15〜3.33g/cm3 の密度で圧縮成形加工
することを特徴とするアルカリ乾電池の正極合剤の製造
方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の製造方法によって製造し
た正極合剤が充填されていることを特徴とするアルカリ
乾電池。 - 【請求項3】 正極合剤中の固形分重量と正極合剤中に
含有される水酸化カリウム電解液重量の比が100.
0:10.6〜100.0:15.9である請求項2記
載のアルカリ乾電池。 - 【請求項4】 正極缶内面の正極合剤と接する部分に黒
鉛を主成分とする導電膜が形成され、該導電膜が形成さ
れた部分の面積が正極缶内面の正極合剤と接する部分の
面積の75〜90%であり、正極電気容量と負極電気容
量との比が100:105〜100:115である請求
項2記載のアルカリ乾電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11610099A JP2000306575A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | アルカリ乾電池およびその正極合剤の製造方法 |
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JP11610099A JP2000306575A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | アルカリ乾電池およびその正極合剤の製造方法 |
Publications (1)
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JP11610099A Pending JP2000306575A (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | アルカリ乾電池およびその正極合剤の製造方法 |
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JP (1) | JP2000306575A (ja) |
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-
1999
- 1999-04-23 JP JP11610099A patent/JP2000306575A/ja active Pending
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