JP2001043864A - 筒状空気電極および筒状空気電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒状空気電池における耐漏液性の向上を図る
こと。 【解決手段】 本発明は、中空円筒型集電体２１の周囲
に触媒層２２が圧着されるている中空円筒状触媒層２０
と、中空円筒状触媒層２０の周囲に巻き付けられ、巻き
始めと巻き終わりとが重ねられるＰＴＦＥ膜２３と、Ｐ
ＴＦＥ膜２３の巻き始めと巻き終わりとの重なり部分を
溶着するため、ＰＴＦＥ膜２３の融点より低い融点から
なる溶着樹脂とを備えている筒状空気電極２である。ま
た、この筒状空気電極２を用いた筒状空気電池１でもあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気中の酸素を正
極活物質とする筒状空気電極および筒状空気電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空気電池は正極活物質に空気中の酸素を
用いることから、電池内に正極活物質を充填する必要が
ない。また、この電池の正極には、一般的なアルカリ電
池用正極に比べて極めて薄く、空気中の酸素を反応させ
るための特殊な多孔体電極（以下、「空気極」と言
う。）が用いられている。このため、空気電池は負極充
填のための容積が他の電池系に比べて非常に大きく、エ
ネルギー密度がアルカリ電池に比べて約２倍もある高エ
ネルギー密度電池である。

【０００３】ところで、近年の携帯用電子機器の普及に
伴い、携帯用電源としての電池への要求は高まるばかり
である。特に、より軽く、より小さく、かつより長く使
える電池、すなわち高エネルギー密度電池の登場が期待
されている。このような流れから、携帯用電源として空
気電池は理想的な１次電池であり、実際に補聴器やペー
ジャ用の電源として、ボタン型空気電池の需要が伸びて
きている。また、これを受けて、携帯用電源として、よ
り汎用性を高めた筒状空気電池の開発も行われている。

【０００４】この筒状空気電池の内部には筒状空気電極
が配置されている。従来の筒状空気電極としては、金属
製ネットなどの導電性金属から成る中空円筒状集電体
に、金属酸化物、活性炭、カーボンブラック、フッ素系
樹脂を混合して成る多孔質の触媒層を塗着し、その外周
に、酸素ガス透過能を有する撥水性のシート状多孔体膜
を圧着して３層構造の電極とし、このシート状多孔体膜
のつなぎ目を合成ゴムまたはエポキシ系の接着剤で接着
することにより構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな筒状空気電極および筒状空気電池においては、次の
ような問題がある。すなわち、触媒層を塗着した中空円
筒状集電体の外周に巻かれるシート状多孔体膜のつなぎ
目での接合を、合成ゴムまたはエポキシ系の接着剤で接
着しており、この接着では十分な接着力が得られないこ
とから、長期保存や電極内の内圧が上昇したときなどに
漏液が生じてしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された筒状空気電極および筒状空
気電池である。すなわち、本発明は、中空集電体の周囲
に触媒層が圧着されている中空筒状触媒層と、中空筒状
触媒層の周囲に巻き付けられ、巻き始めと巻き終わりと
が重ねられるシート状多孔体膜と、シート状多孔体膜の
巻き始めと巻き終わりとの重なり部分を溶着するため、
シート状多孔体膜の融点より低い融点からなる溶着樹脂
とを備えている筒状空気電極である。また、この筒状空
気電極を用いた筒状空気電池でもある。

【０００７】このような本発明では、中空筒状触媒層の
周囲に巻き付けられるシート状多孔体膜の巻き始めと巻
き終わりとの重なり部分を、シート状多孔体膜の融点よ
りも低い融点から成る溶着樹脂を用いて接着しているこ
とから、シート状多孔体膜のつなぎ目を強固に取り付け
ることができ、耐漏液性の向上を図ることができるよう
になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の筒状空気電極およ
び筒状空気電池における実施の形態を図に基づいて説明
する。図１は、本実施形態の筒状空気電池を説明する部
分断面図である。すなわち、この筒状空気電池１は、主
として筒状空気電極２の中空内にゲル状負極合材３が充
填され、これらを空気穴１０ａが設けられた電池ケース
１０に収納した構成になっている。

【０００９】筒状空気電極２は、中空円筒型集電体２１
と触媒層２２とから成る中空円筒状触媒層２０と、この
周囲に巻き付けられるシート状多孔体膜であるポリテト
ラフルオロエチレン多孔膜（以下、「ＰＴＦＥ膜」と言
う。）２３と、上部開口端に取り付ける金属封止板２４
と、下部開口端に取り付ける金属封止板２５とから構成
されている。

【００１０】このうち、中空円筒型集電体２１として
は、ニッケルメッキを施した中空円筒状の焼結ステンレ
スネットが用いられている。また、触媒層２２は、酸素
還元触媒能を有するもので、マンガン酸化物とカーボン
ブラック、活性炭、さらに固形分６０％のポリテトラフ
ルオロエチレンの水性分散液を各々の固形分比で３：
１：３：３になるように混合し、ペースト状の触媒層混
合物を得て、さらに約６０℃に加熱したプレスローラ間
に通して圧延し、約０．６ｍｍ厚のシート状にしてい
る。中空円筒状触媒層２０は、このシート状の触媒層混
合物を中空円筒型集電体２１に巻き付けて圧着し、乾燥
およびプレスロール工程を得て約０．５ｍｍ厚程度にし
たものである。

【００１１】中空円筒状触媒層２０の外周に巻き付けら
れるＰＴＦＥ膜２３は、その巻き始めと巻き終わりとが
重ねられており、その重ねられる部分で、ＰＴＦＥ膜２
３の融点より低い融点から成る溶着樹脂によって固定さ
れている。

【００１２】本実施形態では、この溶着樹脂として、ポ
リオレフィン系樹脂を用いたり、テトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体を用いている。
図２は、筒状空気電極のＰＴＦＥ膜の重なり部分を説明
する概略断面図である。このように、ＰＴＦＥ膜２３は
中空円筒状触媒層２０の外周に巻き付けられ、巻き始め
端部Ａｓから巻き終わり端部Ａｅまで重なった状態とな
っている。この重なった部分の間で溶着樹脂２０ａによ
る溶着が施されている。

【００１３】また、本実施形態では、溶着部の幅Ａを中
空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して０．５％〜２
５％にしたり、溶着樹脂の溶着後の厚さを１０μｍ〜１
５０μｍにしたり、ＰＴＦＥ膜２３の溶着部分を除く重
なり部分の幅Ｂを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に
対して１５％〜７５％にしている。

【００１４】また、図１に示すように、ＰＴＦＥ膜２３
が巻き付けられた中空円筒状触媒層２０の上部開口端お
よび下部開口端に取り付けられる金属封止板２４、２５
は、断面視略コの字状になっており、上部開口端および
下部開口端の円周に沿って圧縮する方向に絞ることで強
固に固定されている。この取り付けにあたり、上部開口
端および下部開口端に現れている中空円筒型集電体２１
と、金属封止板２４、２５とが各々接触するようになっ
ている。

【００１５】筒状空気電極２の外側には不織布から成る
空気拡散紙２６が巻き付けられ、この状態で電池ケース
１０内に収納される。電池ケース１０内に収納された筒
状空気電極２の中空部内面にはセロハンより成るセパレ
ータ３１および天然パルプ材の不織布から成る有底円筒
状のセパレータ３２が順に挿入され、さらにこの内側に
ゲル状負極合剤３が充填される。

【００１６】このゲル状負極合剤３は、以下のように調
整されている。すなわち、７０重量％の亜鉛粉末と１．
５重量％の酸化亜鉛粉末、１重量％のポリアアクリル酸
ソーダから成る増粘剤粉末を混合し、これを２７．５重
量％の水酸化カリウム水溶液に加えて混合し、ゲル状負
極合剤３としている。

【００１７】電池ケース１０の内部における図中下側に
はガスケット５、ニュートラルカバー６が組み込まれ、
底部には釘状の負極集電ピン４が溶接された負極端子板
７が取り付けられている。電池ケース１０の開口部は、
カシメ治具を用いてカシメ封口することで筒状空気電池
１が構成される。

【００１８】この筒状空気電池１の筒状空気電極２から
の集電は、筒状空気電極２の金属封止板２４、２５が電
池ケース１０の内壁面に強く圧接されることで確保され
ている。これは、筒状空気電極２０の金属集電体２１と
正極端子とが金属封止板２４、２５を介して接続されて
いるためである。また、負極の集電は、負極集電ピン４
がガスケット５の中央部に形成された貫通孔に圧入され
てゲル状負極合剤３に達することで確保されている。

【００１９】

【実施例】以下、各実施例および各比較例に基づき本発
明の筒状空気電池の性能評価を説明する。なお、各実施
例では、筒状空気電極２を外形φ１０ｍｍ、高さ４５ｍ
ｍとした。また、これを用いた筒状空気電池１は、外形
φ１５ｍｍ、電池総高寸法５０ｍｍとした。先ず、各実
施例および比較例を説明する。

【００２０】（実施例１）…図２に示すＰＴＦＥ膜２３
の巻き終わり端部Ａｅに厚さ５０μｍのポリエチレンフ
ィルムから成る溶着樹脂２０ａを挟み込み、１５０℃で
熱処理した溶着を行う。溶着後の溶着樹脂２０ａの厚さ
（以下、「接合厚み」と言う。）は３０μｍにする。ま
た、溶着部の幅Ａは、中空円筒状触媒層２０の外形円周
長に対して０．５％とし、溶着部を除く重なり部の幅Ｂ
は０である。

【００２１】（実施例２）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して５％
とした。これ以外は上記実施例１と同じである。

【００２２】（実施例３）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して２５
％とした。これ以外は上記実施例１と同じである。

【００２３】（実施例４）…ＰＴＦＥ膜２３の接合厚み
を１０μｍとした。これ以外は上記実施例２と同じであ
る。

【００２４】（実施例５）…ＰＴＦＥ膜２３の接合厚み
を１５０μｍとした。これ以外は上記実施例２と同じで
ある。

【００２５】（実施例６）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部に
溶着樹脂２０ａとして、３０重量％のＦＥＰのディスパ
ージョンを塗布し、３００℃で熱溶着する。その他は上
記実施例１と同じである。

【００２６】（実施例７）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して１０
％とした。これ以外は上記実施例６と同じである。

【００２７】（実施例８）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して２５
％とした。これ以外は上記実施例６と同じである。

【００２８】（実施例９）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して０．
２％とし、溶着部を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触
媒層２０の外形円周長に対して１５％とする。また、ポ
リエチレンによる接合はＰＴＦＥ膜２３の重なりの略中
央で行う。これ以外は上記実施例１と同じである。

【００２９】（実施例１０）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部
を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触媒層２０の外形円
周長に対して５０％とする。これ以外は上記実施例９と
同じである。

【００３０】（実施例１１）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部
を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触媒層２０の外形円
周長に対して７５％とする。これ以外は上記実施例９と
同じである。

【００３１】（実施例１２）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着
を、巻き始め端部Ａｓと巻き終わり端部Ａｅとの２か所
で行う。また、溶着部を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒
状触媒層２０の外形円周長に対して１５％とする。これ
以外は上記実施例９と同じである。

【００３２】（比較例１）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して０．
２％とした。これ以外は上記実施例１と同じである。

【００３３】（比較例２）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して３０
％とした。これ以外は上記実施例１と同じである。

【００３４】（比較例３）…ＰＴＦＥ膜２３の接合厚み
を５μｍとした。これ以外は上記実施例２と同じであ
る。

【００３５】（比較例４）…ＰＴＦＥ膜２３の接合厚み
を２００μｍとした。これ以外は上記実施例２と同じで
ある。

【００３６】（比較例５）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して０．
２％とした。これ以外は上記実施例６と同じである。

【００３７】（比較例６）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して３０
％とした。これ以外は上記実施例６と同じである。

【００３８】（比較例７）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部を
除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触媒層２０の外形円周
長に対して１０％とする。これ以外は上記実施例９と同
じである。

【００３９】（比較例８）…ＰＴＦＥ膜２３の溶着部を
除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触媒層２０の外形円周
長に対して８０％とする。これ以外は上記実施例９と同
じである。

【００４０】上記各実施例および各比較例に示す条件で
作製された筒状空気電極２を用いて筒状空気電池１を作
製し、空気穴をシールにより塞いで、６０℃乾燥状況下
で４０日および１００日間放置し、漏液数を検証した。
また、０．９Ｖを終止電圧とする２Ω定抵抗放電試験を
行い、放電容量の検証も行った。この結果および従来例
の検証結果を図３に示す。

【００４１】図３に示す実施例１〜５、実施例９〜１２
の結果から分かるように、溶着樹脂としてポリエチレン
を使用することで、耐漏液性を飛躍的に向上させること
ができる。一方、比較例１の結果のように、同じポリエ
チレンから成る溶接樹脂を用いた場合でも、溶着部の幅
Ａを中空円筒状触媒層の外形円周長に対して０．５％未
満にすると均一な接合ができなくなり、つなぎ目から漏
液が生じてしまう。

【００４２】また、比較例２の結果のように、同じポリ
エチレンから成る溶接樹脂を用いた場合でも、溶着部の
幅Ａが中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して２５
％を越えると、耐漏液性は確保できるものの、筒状空気
電極の有効表面積が減少し、放電特性が低下してしま
う。

【００４３】接合部の厚さに関しても、比較例３の結果
のように、接合厚みを１０μｍ未満にすると均一な接合
ができなくなる。反対に、比較例４の結果のように、接
合厚みが１５０μｍを越えると金属封止板を圧縮してか
しめた時に、接合部以外の部分と均一な圧縮ができなく
なり、漏液が発生してしまう。

【００４４】なお、実施例１〜５、実施例９〜１２で
は、溶着樹脂として固体状のポリエチレンフィルムを用
いたが、液体状の溶着樹脂でも同様の結果が得られる。

【００４５】また、実施例６〜８の結果から分かるよう
に、溶着樹脂としてＦＥＰを使用しても高い耐漏液性を
得ることができる。一方、比較例５の結果のように、同
じＦＥＰから成る溶接樹脂を用いた場合でも、溶着部の
幅Ａを中空円筒状触媒層の外形円周長に対して０．５％
未満にすると均一な接合ができなくなり、つなぎ目から
漏液が生じてしまう。

【００４６】また、比較例６の結果のように、同じＦＥ
Ｐから成る溶接樹脂を用いた場合でも、溶着部の幅Ａが
中空円筒状触媒層２０の外形円周長に対して２５％を越
えると、耐漏液性は確保できるものの、筒状空気電極の
有効表面積が減少し、放電特性が低下してしまう。ＦＥ
Ｐは酸素透過性であるにもかかわらず放電特性が低下し
てしまうのは、熱溶着した際にＰＴＦＥ膜の孔を埋めて
しまうためである。

【００４７】なお、実施例６〜８では、溶着樹脂として
ＦＥＰのディスパージョンを使用したが、フィルムなど
を用いても同様である。

【００４８】また、実施例９〜１１の結果のように、Ｐ
ＴＦＥ膜の溶着部を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触
媒層の外形円周長に対して１５％以上７５％以下にする
ことで、耐漏液性を向上させることができる。この場合
は、いずれも溶着部の幅Ａを中空円筒状触媒層の外形円
周長に対して０．２％にしても漏液数を０にすることが
できる。

【００４９】一方、比較例７、８の結果のように、ＰＴ
ＦＥ膜の溶着部を除く重なり部の幅Ｂを中空円筒状触媒
層の外形円周長に対して１５％未満もしくは７５％を越
えるようにすると、ＰＴＦＥ膜の折れ曲がりや、しわな
どによる不良が発生し、耐漏液性を悪化させることにな
る。

【００５０】上記実施例１〜１１では、いずれも溶着樹
脂による固定をＰＴＦＥ膜の重なり部分における略中央
で行ったが、図２に示す巻き始め端部Ａｓから巻き終わ
り端部Ａｅまでの間のいずれの位置で固定しても同様な
結果を得ることができる。また、実施例１２のように、
ＰＴＦＥ膜の重なり部分における２か所で溶着樹脂によ
る固定を行っても耐漏液性を向上させることができる。

【００５１】なお、本実施例においては、シート状多孔
体膜としてＰＴＦＥ膜を用いたが、フッ素系樹脂以外に
も、オレフィン系樹脂、ゴム系樹脂、ビニル系樹脂など
でもよく、シート状多孔体膜の材料を替えた場合にも、
電解液を透過しない多孔体膜であれば同様の効果を得る
ことができる。

【００５２】また、封止板材料は特に限定されないが、
ポリアミド系、ポリオレフィン系、ゴムなどの樹脂材
料、もしくは鉄、銅、ニッケル、ステンレスなどの金属
材料が好ましい。また、樹脂材料や金属材料にめっき処
理を施した封止板を用いてもよい。

【００５３】また、上記説明した実施形態および各実施
例では、円筒状の空気電極および空気電池を例とした
が、円筒状以外の例えば角柱状であっても同様である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の筒状空気
電極および筒状空気電池によれば次のような効果があ
る。すなわち、中空筒状触媒の周囲に巻き付けるシート
状多孔体膜を、そのシート状多孔体膜の融点より低い融
点からなる溶着樹脂によって固定するため、十分な接着
強度を得ることができ、漏液性を大幅に向上させること
が可能となる。これにより、長期保存や内圧の変化があ
って耐漏液性に優れ、信頼性の高い筒状空気電池を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の筒状空気電池を説明する部分断面
図である。

【図２】筒状空気電極のＰＴＦＥ膜の重なり部分を説明
する概略断面図である。

【図３】実施例および比較例の検証結果を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…筒状空気電池、２…筒状空気電極、３…ゲル状負極
合剤、４…負極集電ピン、５…ガスケット、２０…中空
円筒状触媒層、２１…中空円筒型集電体、２２…触媒
層、２３…ＰＴＦＥ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H018 AA10 AS03 BB01 BB03 CC03 DD03 DD06 DD08 EE02 EE05 EE12 EE17 EE18 HH03 HH05 HH08 5H032 AA01 AS03 AS11 BB02 BB04 CC13 EE02 EE04 EE05 HH01 HH04 HH05 HH06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空集電体の周囲に触媒層が圧着されて
   いる中空筒状触媒層と、 前記中空筒状触媒層の周囲に巻き付けられ、巻き始めと
   巻き終わりとが重ねられるシート状多孔体膜と、 前記シート状多孔体膜の巻き始めと巻き終わりとの重な
   り部分を溶着するため、前記シート状多孔体膜の融点よ
   り低い融点からなる溶着樹脂とを備えていることを特徴
   とする筒状空気電極。
2. 【請求項２】 前記溶着樹脂は、ポリオレフィン系樹脂
   から成ることを特徴とする請求項１記載の筒状空気電
   極。
3. 【請求項３】 前記溶着樹脂は、テトラフルオロエチレ
   ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体から成ることを
   特徴とする請求項１記載の筒状空気電極。
4. 【請求項４】 前記シート状多孔体膜の前記溶着樹脂に
   よる溶着部の幅は、前記中空筒状触媒層の外形円周長に
   対して０．５％〜２５％であることを特徴とする請求項
   １記載の筒状空気電極。
5. 【請求項５】 前記溶着樹脂の溶着後の厚さは１０μｍ
   〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の筒
   状空気電極。
6. 【請求項６】 前記シート状多孔体膜の前記溶着樹脂に
   よる溶着部を除く重なり部分の幅は、前記中空筒状触媒
   層の外形円周長に対して１５％〜７５％であることを特
   徴とする請求項１記載の筒状空気電極。
7. 【請求項７】 請求項１記載の筒状空気電極を電池ケー
   ス内に備えていることを特徴とする筒状空気電池。