JP2002343346A

JP2002343346A - 電池用正極および電池

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Publication number: JP2002343346A
Application number: JP2001144744A
Authority: JP
Inventors: Naoteru Hayashi; 直輝林; Shinichiro Morikawa; 慎一郎森川; Kazuyoshi Honda; 一良本田; Kuniyasu Oya; 邦泰大矢; Kenta Yamamoto; 賢太山本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-29
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP4882163B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、重負荷放電特性に優れた電池を提
供することを目的とする。【解決手段】本発明の電池１は、正極活物質と導電剤
である黒鉛粉末とを少なくとも含む混合粉末を中空円筒
状にペレット成形した正極３を外周部に配している。ま
た、負極活物質である亜鉛と電解液とを少なくとも含む
負極５を中心部に配している。また、正極３と負極５の
間にセパレータ４を配している。ここで、正極活物質は
ベータ型オキシ水酸化ニッケルのみであるか、ベータ型
オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合物であ
る。黒鉛粉末の含有量は、正極活物質に対して３〜１０
質量％の範囲にある。また、黒鉛粉末の平均粒径は８〜
３０μｍの範囲にある。また、上述のベータ型オキシ水
酸化ニッケルは、粒子の形状が略球状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池およびこの電
池に用いる電池用正極に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型の携帯用電子機器、とりわ
け、携帯用ゲーム機、デジタルカメラの普及は非常にめ
ざましい。今後もますますその普及が予想され、それに
伴って、電源となる電池の需要も急速に拡大すると考え
られる。現在、これらの機器には単３サイズの円筒形電
池が主に使用されているが、こうした電子機器は一般に
作動電圧が高く、かつ大電流を必要とするため、その電
源としては重負荷での放電特性に優れていなければなら
ない。

【０００３】この要求を満たす電池の中で最も普及して
いるのは、二酸化マンガンを正極、亜鉛を負極に使用
し、電解液に高濃度アルカリ水溶液を使用したアルカリ
マンガン電池である。この電池は二酸化マンガン、亜鉛
ともに安価であり、また、単位重量当たりのエネルギー
密度が高いことから、小型携帯用電子機器用の電源をは
じめ、幅広く用いられている。

【０００４】こうした小型携帯用機器での使用を鑑み、
アルカリマンガン電池は更なる重負荷放電特性の向上を
目指すべく、電池材料からその電池構成に至るまで、現
在までに数多くの改良がなされてきた。しかしながらこ
の電池系は、正極活物質である二酸化マンガンの放電が
均一固相反応であるために、放電によって電圧が徐々に
低下し、右下がりの放電曲線を描く。このため、上述し
たような、高電圧、大電流を必要とする小型携帯用電子
機器においては、こういったアルカリマンガン電池の放
電挙動では基本的に僅かしか許容できず、機器の使用可
能時間は、様々な改良がなされた現在においてもごく僅
かでしかない。加えて、小型携帯用電子機器は、いずれ
もその市場投入初期は比較的高電圧、大電流で作動する
傾向があり、今後そういった新規の機器にも対応可能
な、より重負荷特性に優れた電池が必要不可欠である。

【０００５】このような要求を満たす電池として、ニッ
ケル亜鉛電池が従来より提案されてきた。この電池は、
正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に亜鉛を使用した電
池であり、アルカリマンガン電池よりも作動電圧の高
い、重負荷特性に優れた電池である。

【０００６】オキシ水酸化ニッケルには、ベータ型オキ
シ水酸化ニッケル（β−ＮｉＯＯＨ）と、ガンマ型オキ
シ水酸化ニッケル（γ−ＮｉＯＯＨ）の二種類ある。ベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルの真密度は４．６８ｇ／ｃ
ｍ³であり、ガンマ型オキシ水酸化ニッケルの真密度
３．７９ｇ／ｃｍ³より高いという特徴を有している。
しかし、ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、ガンマ型オ
キシ水酸化ニッケルに比べて、酸素発生が生じやすく自
己放電が大きい、すなわち保存劣化が著しいという問題
を抱えていた。

【０００７】この問題を解決する方法としては、例えば
特開平１０−２１４６２１号公報などにおいて、自己放
電が少なく保存劣化の小さい、ガンマ型オキシ水酸化ニ
ッケルを正極活物質に使用した、インサイドアウト構造
のニッケル亜鉛電池が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにガンマ型オキシ水酸化ニッケルはベータ型オキシ
水酸化ニッケルより密度が低く、これを用いて構成する
電池は、確かに自己放電が少なく、アルカリマンガン電
池と比較して高い作動電位が得られるものの、放電容量
はかなり小さくなってしまうという難点がある。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、重負荷放電特性に優れた電池、およびこ
の電池に用いる電池用正極を提供することを目的とす
る。さらに、本発明は、重負荷放電特性および保存特性
に優れた電池、およびこの電池に用いる電池用正極を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電池用正極は、
正極活物質と黒鉛粉末とを含有する電池用正極におい
て、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルであ
り、黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲にあるも
のである。上述の黒鉛粉末の含有量は、正極活物質に対
して３〜１０質量％の範囲にある場合がある。また、上
述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形状が略
球状である場合がある。また、上述のベータ型オキシ水
酸化ニッケルの平均粒径は１９〜４０μｍの範囲にある
場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化ニッケ
ルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲にあ
り、ベータ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．
２〜２．７ｇ／ｃｍ³の範囲にある場合がある。

【００１１】本発明の電池用正極は、正極活物質と黒鉛
粉末とを含有する電池用正極において、正極活物質がベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合物
であり、黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲にあ
るものである。上述の黒鉛粉末の含有量は、正極活物質
に対して３〜１０質量％の範囲にある場合がある。ま
た、上述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形
状が略球状である場合がある。また、上述のベータ型オ
キシ水酸化ニッケルの平均粒径は１９〜４０μｍの範囲
にある場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化
ニッケルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範
囲にあり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度
は２．２〜２．７ｇ／ｃｍ³の範囲にある場合がある。

【００１２】本発明の電池用正極は、正極活物質を含有
する電池用正極において、正極活物質がベータ型オキシ
水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合物であり、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルの含有量が、正極活物質に対
して３０質量％以上であるものである。上述のベータ型
オキシ水酸化ニッケルは、その層間にアルカリカチオン
を含有する場合がある。また、上述のアルカリカチオン
は、Ｌｉ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちのいずれか１種類、ま
たは、Ｌｉ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちから選んだ２種類以
上の組み合わせからなる場合がある。また、上述のアル
カリカチオンは、Ｋ⁺からなる場合がある。また、上述
のベータ型オキシ水酸化ニッケル中のアルカリカチオン
の含有量は、２〜５質量％である場合がある。また、上
述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形状が略
球状である場合がある。

【００１３】本発明の電池は、正極活物質と導電剤であ
る黒鉛粉末とを少なくとも含む混合粉末を中空円筒状に
ペレット成形した正極を外周部に配し、負極活物質であ
る亜鉛と電解液とを少なくとも含む負極を中心部に配
し、正極と負極の間にセパレータを配した電池におい
て、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルであ
り、黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲にあるも
のである。

【００１４】上述の黒鉛粉末の含有量は、正極活物質に
対して３〜１０質量％の範囲にある場合がある。また、
上述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形状が
略球状である場合がある。また、上述のベータ型オキシ
水酸化ニッケルの平均粒径は１９〜４０μｍの範囲にあ
る場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲に
あり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は
２．２〜２．７ｇ／ｃｍ³の範囲にある場合がある。

【００１５】本発明の電池は、正極活物質と導電剤であ
る黒鉛粉末とを少なくとも含む混合粉末を中空円筒状に
ペレット成形した正極を外周部に配し、負極活物質であ
る亜鉛と電解液とを少なくとも含む負極を中心部に配
し、正極と負極の間にセパレータを配した電池におい
て、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンの混合物であり、黒鉛粉末の平均粒径が８〜
３０μｍの範囲にあるものである。

【００１６】上述の黒鉛粉末の含有量は、正極活物質に
対して３〜１０質量％の範囲にある場合がある。また、
上述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形状が
略球状である場合がある。また、上述のベータ型オキシ
水酸化ニッケルの平均粒径は１９〜４０μｍの範囲にあ
る場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲に
あり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は
２．２〜２．７ｇ／ｃｍ³の範囲にある場合がある。

【００１７】本発明の電池は、正極活物質と導電剤であ
る黒鉛粉末とを少なくとも含む混合粉末を中空円筒状に
ペレット成形した正極を外周部に配し、負極活物質であ
る亜鉛と電解液とを少なくとも含む負極を中心部に配
し、正極と負極の間にセパレータを配した電池におい
て、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンの混合物であり、ベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルの含有量が、正極活物質に対して３０質量％以上で
あるものである。

【００１８】上述のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、
その層間にアルカリカチオンを含有する場合がある。ま
た、上述のアルカリカチオンは、Ｌｉ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ⁺
のうちのいずれか１種類、または、Ｌｉ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ
⁺のうちから選んだ２種類以上の組み合わせからなる場
合がある。また、上述のアルカリカチオンは、Ｋ⁺から
なる場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化ニ
ッケル中のアルカリカチオンの含有量は、２〜５質量％
である場合がある。また、上述のベータ型オキシ水酸化
ニッケルは、粒子の形状が略球状である場合がある。

【００１９】本発明の電池用正極および電池によれば、
黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲にあり、黒鉛
粉末の含有量が正極活物質に対して３〜１０質量％の範
囲にあるので、正極活物質の充填密度を大きくすること
ができるとともに電池の内部抵抗を小さくすることがで
きる。また、本発明の電池用正極および電池によれば、
正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マ
ンガンの混合物であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケル
の含有量が正極活物質に対して３０質量％以上であり、
ベータ型オキシ水酸化ニッケルがその層間にアルカリカ
チオンを含有するので、ほぼ一定した放電容量を維持す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。最初に、電池用正極および電池にかかる第
１の発明の実施の形態について説明する。

【００２１】まず、本実施の形態にかかる電池の構成に
ついて説明する。図１は本実施の形態にかかる電池の一
構成例を示す断面図である。すなわち、この電池１は、
ベータ型オキシ水酸化ニッケル（β−ＮｉＯＯＨ）の
み、またはベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マン
ガンとの混合物を正極活物質とする正極と、亜鉛を負極
活物質とする負極とを有する電池である。

【００２２】具体的には、この電池１は、電池缶２と、
正極３と、セパレータ４と、負極５と、封口部材６と、
ワッシャー７と、負極端子板８と、集電ピン９とを備え
ている。ここで、電池缶２は、開口部を有する中空有底
円筒状の金属製の缶である。電池缶２は、例えば鉄にニ
ッケルめっきが施されており、電池の外部正極端子とな
る。

【００２３】正極３は、中空円筒状をしており、正極活
物質であるオキシ水酸化ニッケルのみ、またはオキシ水
酸化ニッケルと二酸化マンガンとの混合物と、導電剤で
ある黒鉛粉末と、電解液である水酸化カリウム水溶液と
からなる正極合剤を中空円筒状に成形した正極ペレット
３ａ，３ｂ，３ｃが電池缶２の内部に積層されている。
なお、正極３を構成するオキシ水酸化ニッケル、二酸化
マンガン、および黒鉛粉末については、その具体的内容
を後に述べる。

【００２４】セパレータ４は、薄い厚肉を有する円筒状
であり、一方の端部は閉じられており、他の端部は開口
部を有している。セパレータ４は、正極３の内側に接す
るように配される。

【００２５】負極５は、負極活物質となる亜鉛粉末と、
水酸化カリウム水溶液を使用した電解液と、負極５をゲ
ル状として亜鉛粉末と電解液を均一に分散させておくた
めのゲル化剤とからなる。この負極５は、有底円筒状の
セパレータ４の内部に注入されている。

【００２６】そして、正極３と、負極５が充填されたセ
パレータ４とが内部に収納された電池缶２の開口部は、
封口部材６がこの開口部を封口するために嵌合されてい
る。封口部材６はプラスチック材からなり、更に封口部
材６を覆うようにワッシャー７と負極端子板８とが取り
付けられている。

【００２７】さらに、上記ワッシャー７が取り付けられ
た封口部材６の貫通孔には、上方から黄銅製の集電ピン
９が圧入されている。これにより、負極の集電は、負極
端子板８に溶接された釘状の集電ピン９が封口部材６の
中央部に形成された貫通孔に圧入されて、負極に達する
ことで確保されている。また、正極の集電は、正極３と
電池缶２とが接続されることで確保される。そして、電
池缶２の外周面は、図示しない外装ラベルによって覆わ
れており、電池缶２の下部に正極端子が位置している。

【００２８】つぎに、正極を構成する正極活物質および
導電剤である黒鉛粉末について詳細に説明する。上述し
たように、正極活物質は、ベータ型オキシ水酸化ニッケ
ルのみであるか、ベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンとの混合物からなっている。

【００２９】最初に、正極活物質であるオキシ水酸化ニ
ッケルについて、詳しく説明する。本実施の形態におい
ては、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケル、特にベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルを採用する。

【００３０】図２は、本実施の形態にかかる電池の正極
活物質に用いる略球状のベータ型オキシ水酸化ニッケル
（Ａ）と、従来の電池の正極活物質に用いる非球状のベ
ータ型オキシ水酸化ニッケル（Ｂ）を示す図である。こ
こで、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、それぞれ上段は本
実施の形態のベータ型オキシ水酸化ニッケル、および従
来のベータ型オキシ水酸化ニッケルの電子顕微鏡写真を
示すものであり、またそれぞれ下段は上段の写真の粒子
の外形をわかりやすいように示したものである。

【００３１】図２Ａからわかるように、本実施の形態に
かかるベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子の形状が
略球状である。すなわち、粒子の表面は角が取れ比較的
滑らかであり、全体の形状は若干細長いものや若干扁平
に近いものもあるが全体としては略球状を呈している。

【００３２】これに対して、図２Ｂからわかるように、
従来のベータ型オキシ水酸化ニッケルは、非球状であ
る。すなわち、その形状は、大きな固まりを砕いて粉々
にしたような形状であり、それぞれの粒子が角張ってお
り、全体の形状も平板に近いもの、細長いもの、立方体
に近いものなど様々である。

【００３３】本実施の形態で用いる正極活物質である、
ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、以下の平均粒径と粒
度分布の範囲内にあることが望ましい。すなわち、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルの平均粒径は、１９〜４０μ
ｍの範囲内にあることが望ましい。また、ベータ型オキ
シ水酸化ニッケルの粒度分布は、５〜８０μｍの範囲内
にあることが望ましい。なお、粒度分布の最小値はふる
い下５％の値であり、粒度分布の最大値はふるい下９５
％の値である。

【００３４】略球状のベータ型オキシ水酸化ニッケルの
タップ（Ｔａｐ）密度とバルク（Ｂｕｌｋ）密度はつぎ
の範囲内にあることが望ましい。すなわち、ベータ型オ
キシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．７ｇ／
ｃｍ³の範囲にあることが望ましい。また、ベータ型オ
キシ水酸化ニッケルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／
ｃｍ³の範囲にあることが望ましい。

【００３５】なお、タップ密度とバルク密度（「かさ密
度」ともいう）の測定方法はつぎの通りである。すなわ
ち、対象となる粉末を特定の容器に自然落下充填し、こ
の時の質量をＡ（ｇ）、体積をＢ（ｃｍ³）、容器を持
ち上げて容器の底を机などに２００回軽くぶつけた（タ
ッピング）後の体積をＣ（ｃｍ³）とすると以下の式で
定義される。バルク密度＝Ａ／Ｂ（ｇ／ｃｍ³）タップ密度＝Ａ／Ｃ（ｇ／ｃｍ³）

【００３６】つぎに、正極活物質である二酸化マンガン
について説明する。二酸化マンガンとしては、電解二酸
化マンガンを用いることが望ましい。その理由は重金属
などの不純物が少なく、かつ、プレス成形時に高密度化
が可能であるからである。なお、二酸化マンガンはこの
電解二酸化マンガンに限定されるわけではない。このほ
か二酸化マンガンとして、化学二酸化マンガンを用いる
ことができる。

【００３７】つぎに、導電剤である黒鉛粉末について詳
細に説明する。黒鉛粉末としては、人造黒鉛を用いるこ
とが望ましい。その理由は、重金属などの不純物が少な
いからである。なお、黒鉛粉末はこの人造黒鉛に限定さ
れるわけではない。このほか黒鉛粉末として、りん状黒
鉛、土状黒鉛、キッシュ黒鉛などを用いることができ
る。

【００３８】黒鉛粉末の平均粒径は８〜３０μｍの範囲
にあることが望ましい。正極活物質にベータ型オキシ水
酸化ニッケルを使用するアルカリ亜鉛電池において、正
極合剤中に導電剤として使用する黒鉛粉末の平均粒径が
８μｍ未満の場合、正極合剤を加圧成形するときの充填
密度が小さくなり、電池１個あたりに充填される正極活
物質量が小さくなる。一方、黒鉛粉末の平均粒径が３０
μｍより大きい場合、電池の内部抵抗が増加し重負荷放
電特性が低下する。よって黒鉛粉末の平均粒径が８〜３
０μｍの範囲のものを使用することにより、重負荷放電
特性に優れたアルカリ亜鉛電池が得られる。

【００３９】黒鉛粉末の粒度分布の範囲は、平均粒径を
中心とし、±約２０μｍの範囲にあることが望ましい。
また、平均粒径が２０μｍ以下の場合は、±約５μｍの
範囲にあることが望ましい。例えば、平均粒径が３０μ
ｍの場合、最小粒径１０μｍ、最大粒径５０μｍであ
る。粒度分布がこの範囲内にあると重負荷放電特性が安
定するという利点があるからである。

【００４０】黒鉛粉末の比表面積は、１〜５０ｍ²／ｇ
の範囲内にあることが望ましい。比表面積がこの範囲内
にあると電池中の電解液の拡散が促進され、重負荷放電
特性が向上するという利点があるからである。

【００４１】黒鉛粉末の含有量は、正極活物質に対して
３〜１０質量％の範囲にあることが望ましい。黒鉛粉末
の含有量がこの範囲内にあると正極剤の導電性と、正極
剤中の活物質含有量が共に適正な値となり放電容量が向
上するという利点があるからである。

【００４２】本実施の形態によれば、黒鉛粉末の平均粒
径が８〜３０μｍの範囲にあり、黒鉛粉末の含有量が正
極活物質に対して３〜１０質量％の範囲にあるので、正
極活物質の充填密度を大きくすることができるとともに
電池の内部抵抗を小さくすることができる。この結果、
重負荷放電特性に優れた電池を提供することができる。
すなわち、本実施の形態によれば、正極活物質にベータ
型オキシ水酸化ニッケルのみ、またはベータ型オキシ水
酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合物を用いたアルカ
リ亜鉛電池において、大電力放電でも長時間作動できる
重負荷放電特性に優れたアルカリ亜鉛電池を提供するこ
とができる。

【００４３】なお、上述の発明の実施の形態では、一次
電池であるアルカリ亜鉛電池について説明したが、この
一次電池に限定されるわけではなく、このほか二次電池
であるアルカリ亜鉛電池についても、本発明が適用でき
ることはもちろんである。また、上述の発明の実施の形
態では、正極活物質としてその形状が略球状のベータ型
オキシ水酸化ニッケルについて説明したが、ベータ型オ
キシ水酸化ニッケルはその形状が略球状のものに限定さ
れるわけではなく、その他いかなる形状の場合において
も、本発明が適用できることはもちろんである。

【００４４】また、上述の発明の実施の形態では、円筒
形のアルカリ亜鉛電池について説明したが、この円筒形
電池に限定されるわけではなく、このほか扁平形など他
の形状のアルカリ亜鉛電池についても、本発明が適用で
きることはもちろんである。また、電池サイズは特に限
定されるものではない。

【００４５】また、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採
り得ることはもちろんである。

【００４６】つぎに、電池用正極および電池にかかる第
２の発明の実施の形態について説明する。最初に、本実
施の形態にかかる電池の構成について説明する。図３は
本実施の形態にかかる電池の一構成例を示す断面図であ
る。すなわち、この電池１は、アルカリカチオンを含有
するベータ型オキシ水酸化ニッケル（β−ＮｉＯＯＨ）
のみ、またはアルカリカチオンを含有するベータ型オキ
シ水酸化ニッケルと二酸化マンガンとの混合物を正極活
物質とする正極と、亜鉛を負極活物質とする負極とを有
する電池である。

【００４７】正極３は、中空円筒状をしており、正極活
物質であるアルカリカチオンを含有するオキシ水酸化ニ
ッケルのみ、またはアルカリカチオンを含有するオキシ
水酸化ニッケルと二酸化マンガンとの混合物と、導電剤
である黒鉛粉末と、電解液である水酸化カリウム水溶液
とからなる正極合剤を中空円筒状に成形した正極ペレッ
ト３ａ，３ｂ，３ｃが電池缶２の内部に積層されてい
る。なお、正極３を構成するアルカリカチオンを含有す
るオキシ水酸化ニッケル、および二酸化マンガンについ
ては、その具体的内容を後に述べる。

【００４８】なお、本実施の形態にかかる電池の構成
は、正極３を除いては、上述した第１の発明の実施の形
態における電池の構成と同一であるので、本実施の形態
にかかる電池のその他の構成については説明を省略す
る。

【００４９】つぎに、本実施の形態の正極に用いる正極
活物質について説明する。本実施の形態にかかる正極に
用いる正極活物質は、アルカリカチオンを含有するベー
タ型オキシ水酸化ニッケルのみの場合と、アルカリカチ
オンを含有するベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化
マンガンの混合物からなる場合がある。

【００５０】最初に、アルカリカチオンを含有するベー
タ型オキシ水酸化ニッケルについて説明する。アルカリ
カチオンを含有するベータ型オキシ水酸化ニッケルは、
水酸化ニッケルを、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤
を含むアルカリ液相中で酸化処理してベータ型オキシ水
酸化ニッケルを合成する第１工程と、第１工程終了後に
得られたベータ型オキシ水酸化ニッケルを、酸化剤を含
まないアルカリ性水溶液と混合し、これらアルカリカチ
オンを、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの層間に含有さ
せることを目的とする第２工程を経て得られる。

【００５１】ここで、第１の工程について説明する。第
１の工程は、水酸化ニッケルを適当な酸化剤、例えば次
亜塩素酸ナトリウムと、適当なアルカリ種、例えば水酸
化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムとを含
む液相中で酸化させる方法（化学酸化法）によりベータ
型オキシ水酸化ニッケルを合成する工程である。

【００５２】上述の第１の実施の形態で用いたベータ型
オキシ水酸化ニッケルは、この第１の工程により得られ
る。したがって、この第１の工程により得られたベータ
型オキシ水酸化ニッケルは、上述の第１の実施の形態で
用いたベータ型オキシ水酸化ニッケルと同じである。こ
のベータ型オキシ水酸化ニッケルの平均粒径は、１９〜
４０μｍの範囲内にあることが望ましい。また、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルの粒度分布は、５〜８０μｍの
範囲内にあることが望ましい。また、ベータ型オキシ水
酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．７ｇ／ｃｍ³
の範囲にあることが望ましい。また、ベータ型オキシ水
酸化ニッケルのバルク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³
の範囲にあることが望ましい。

【００５３】つぎに、第２の工程について説明する。第
１工程終了後に得られたベータ型オキシ水酸化ニッケル
を、酸化剤を含まないアルカリ性水溶液と混合し、これ
らアルカリカチオンを、ベータ型オキシ水酸化ニッケル
の層間に含有させることにより、アルカリカチオンを含
有する略球状のベータ型オキシ水酸化ニッケルを得るこ
とができる。第２の工程で使用するアルカリ水溶液は、
水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの
うちのいずれか１種類、または、水酸化リチウム、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウムのうちから選んだ２種類
以上の組み合わせからなる水溶液である。なお、アルカ
リの形態は上述したものに限定されるわけではない。

【００５４】第２の工程において、ベータ型オキシ水酸
化ニッケル格子内に侵入させるアルカリカチオンは、Ｌ
ｉ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちのいずれか１種類、または、
Ｌｉ ⁺，Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちから選んだ２種類以上の組
み合わせ等からなる。

【００５５】第２の工程を経て生成したベータ型オキシ
水酸化ニッケル中のアルカリカチオンの組成は、２〜５
質量％とすることが望ましく、更には３〜５質量％とす
ることがより望ましい。２質量％よりも小さいと、層間
に取り込まれたアルカリカチオンの量が不足であり、こ
の製造工程本来の目的である、保存特性の改善がほとん
ど見られない。また、オートクレープなどの装置を用い
て、より高い圧力下で第２工程を行うと、より多くのア
ルカリカチオンが侵入可能であるが、５質量％を超える
とベータ型オキシ水酸化ニッケルから、密度の低いガン
マ型オキシ水酸化ニッケルへと変化してしまい、正極活
物質の高密度性が失われてしまうためである。

【００５６】つぎに、正極活物質である二酸化マンガン
について説明する。本実施の形態で用いる二酸化マンガ
ンは、上述の第１の実施の形態で用いた二酸化マンガン
と同じである。

【００５７】また、正極活物質として、ベータ型オキシ
水酸化ニッケルと二酸化マンガンとの混合物を用いる場
合は、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの含有量は、正極
活物質に対して３０質量％以上であることが望ましく、
５０質量％以上であることがさらに望ましい。その理由
は、後に記載する実施例において説明する。

【００５８】本実施の形態によれば、正極活物質がベー
タ型オキシ水酸化ニッケルのみか、ベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンの混合物であり、ベータ型
オキシ水酸化ニッケルの含有量が正極活物質に対して３
０質量％以上であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが
その層間にアルカリカチオンを含有するので、保存前に
おいてほぼ一定した放電容量を維持することができる。
その結果、重負荷放電特性に優れた電池を提供すること
ができる。

【００５９】また、正極活物質がベータ型オキシ水酸化
ニッケルのみか、ベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンの混合物であり、ベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルの含有量が正極活物質に対して５０質量％以上であ
り、ベータ型オキシ水酸化ニッケルがその層間にアルカ
リカチオンを含有するので、保存前後においてほぼ一定
した放電容量を維持することができる。その結果、重負
荷放電特性および保存特性に優れた電池を提供すること
ができる。

【００６０】なお、上述の発明の実施の形態では、一次
電池であるアルカリ亜鉛電池について説明したが、この
一次電池に限定されるわけではなく、このほか二次電池
であるアルカリ亜鉛電池についても、本発明が適用でき
ることはもちろんである。また、上述の発明の実施の形
態では、正極活物質としてその形状が略球状のベータ型
オキシ水酸化ニッケルについて説明したが、ベータ型オ
キシ水酸化ニッケルはその形状が略球状のものに限定さ
れるわけではなく、その他いかなる形状の場合において
も、本発明が適用できることはもちろんである。

【００６１】また、上述の発明の実施の形態では、円筒
形のアルカリ亜鉛電池について説明したが、この円筒形
電池に限定されるわけではなく、このほか扁平形など他
の形状のアルカリ亜鉛電池についても、本発明が適用で
きることはもちろんである。また、電池サイズは特に限
定されるものではない。

【００６２】また、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採
り得ることはもちろんである。

【００６３】

【実施例】つぎに、本発明の具体的な第１の実施例につ
いて説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定され
るものではないことはもちろんである。

【００６４】最初に、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの
みを正極活物質に使用したアルカリ亜鉛電池と、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの２種を正極
活物質に使用したアルカリ亜鉛電池についての、電池サ
ンプルの作製方法について説明する。

【００６５】まず、正極活物質にベータ型オキシ水酸化
ニッケルのみを使用したアルカリ亜鉛電池について説明
する。なお、本実施例で用いるベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルは、後述する第２の実施例における第１工程によ
り作製した。

【００６６】正極合剤の作製は、高密度水酸化ニッケル
を化学酸化して得られたベータ型オキシ水酸化ニッケル
（形状：略球状、タップ密度：２．５ｇ／ｃｍ³、バル
ク密度：２．０ｇ／ｃｍ³、平均粒径：２０μｍ、粒度
分布：５〜７０μｍ）、黒鉛粉末（人造黒鉛、商品名：
ＳＰ−２０、日本黒鉛社製）、および水酸化カリウム水
溶液を質量比で所定の割合で秤量し、インペラーやボー
ルミルなどの攪拌方法によって混合する。

【００６７】ここでは、正極活物質には上述のベータ型
オキシ水酸化ニッケルを用い、この正極活物質を用いた
正極合剤に使用する黒鉛粉末を、黒鉛粉末粒子の平均粒
子径を４μｍから５０μｍまで変化させたものを用い
て、正極合剤の配合比としてベータ型オキシ水酸化ニッ
ケル９２質量％、黒鉛粉末８％とし、以下の作製手順に
従い電池をそれぞれ作製した。

【００６８】上述の混合した材料を電池缶内に収まるよ
うに加圧成形して、中空円筒形に成形した正極とし、こ
れを電池缶に挿入した。つぎに、円筒有底状に成形され
たセパレータを正極の中心部に挿入し、ゲル状負極合剤
を電池の中心空間部に充填させる。ゲル状負極合剤は、
粒状亜鉛と酸化亜鉛を、ゲル化剤を用いて電解液である
水酸化カリウム水溶液に均一に分散混合させたものであ
る。

【００６９】最後に、絶縁体のワッシャーと安全弁を伴
う封口部材を電池缶に挿入し、電池缶の開口部を内側
に、かしめ加工して単３形のアルカリ亜鉛電池とした。

【００７０】つぎに、正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンを使用したアルカリ亜鉛電
池について説明する。正極活物質にはベータ型オキシ水
酸化ニッケルと二酸化マンガン（電解二酸化マンガン、
商品名：ＴＫＵＲ、三井金属鉱業社製）の混合物を用
い、正極活物質全体に占めるベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルの割合を５０質量％，３０質量％，１０質量％の３
種類とした。この正極活物質を用いた正極合剤に使用す
る黒鉛粉末には、粒子の平均粒子径を４μｍから５０μ
ｍまで変化させたものを用い、正極活物質と黒鉛粉末の
配合比を、正極活物質９２質量％、黒鉛粉末８質量％と
した。それ以外は上述の実施例と同一の仕様で作製手順
に従い電池をそれぞれ作製した。

【００７１】つぎに、正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルのみを使用し、正極合剤中の黒鉛粉末含有量
を変化させたアルカリ亜鉛電池について説明する。正極
活物質にはベータ型オキシ水酸化ニッケルを用い、この
正極活物質を用いた正極合剤に使用する黒鉛粉末を、黒
鉛粉末粒子の平均粒子径を６μｍから３５μｍまで変化
させたものを用い、正極合剤の配合比として正極活物質
に対して、黒鉛粉末量を２．０〜１１．０質量％とした
以外は、上述の実施例の作製手順に従い電池をそれぞれ
作製した。

【００７２】つぎに、正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンの混合物を使用し、正極合
剤中の黒鉛粉末含有量を変化させたアルカリ亜鉛電池に
ついて説明する。正極活物質にはベータ型オキシ水酸化
ニッケルと上述の二酸化マンガンの混合物を用い、正極
活物質全体に占めるベータ型オキシ水酸化ニッケルの割
合を５０質量％，３０質量％，１０質量％の３種類とし
た。この正極活物質を用いた正極合剤に使用する黒鉛粉
末を、黒鉛粉末粒子の平均粒子径を６μｍから３５μｍ
まで変化させたものを用い、正極合剤の割合比として正
極活物質に対して、黒鉛粉末量を２．０〜１１．０質量
％とした以外は、上述の実施例の作製手順に従い電池を
それぞれ作製した。

【００７３】つぎに、以上のように作製した電池サンプ
ルについて、電池特性を評価した。すなわち、これらの
電池を２０℃の雰囲気で１．５Ｗの定電力放電をし、放
電終止電圧１．０Ｖに達するまでの放電時間を測定し
た。

【００７４】これらの電池サンプルについての評価結果
は表１〜６に示すとおりである。最初に、正極活物質に
オキシ水酸化ニッケルのみを使用したアルカリ亜鉛電池
についての測定結果を表１を参照しながら説明する。

【００７５】

【表１】

【００７６】表から分かるように、黒鉛粉末の平均粒径
が４μｍから８μｍに増加するにしたがって放電時間は
２０分から４６分と急激に増加している。また、黒鉛粉
末の平均粒径が８μｍから３０μｍの間では放電時間は
４６〜４８分と同程度でかつ高い値を示している。つぎ
に、黒鉛粉末の平均粒径が３０μｍから５０μと増加す
るにしたがって放電時間は４８分から２０分へと急激に
減少している。これらのことから、正極活物質にベータ
型オキシ水酸化ニッケルのみを使用した場合は、黒鉛粉
末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあることが望
ましい。

【００７７】つぎに、正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンの混合物を使用したアルカ
リ亜鉛電池についての測定結果を表２を参照しながら説
明する。

【００７８】

【表２】

【００７９】最初に、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが
正極活物質中に５０質量％含まれている場合についてみ
てみる。表から分かるように、黒鉛粉末の平均粒径が４
μｍから８μｍに増加するにしたがって放電時間は８分
から４４分と急激に増加している。また、黒鉛粉末の平
均粒径が８μｍから３０μｍの間では放電時間は４４〜
４６分と同程度でかつ高い値を示している。つぎに、黒
鉛粉末の平均粒径が３０μｍから５０μと増加するにし
たがって放電時間は４６分から１４分へと急激に減少し
ている。これらのことから、正極活物質にベータ型オキ
シ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用し、ベータ型
オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に５０質量％含ま
れている場合は、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μ
ｍの範囲にあることが望ましい。

【００８０】つぎに、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが
正極活物質中に３０質量％含まれている場合、およびベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に１０質量
％含まれている場合についてみてみる。これらの場合に
おいても、上述の場合と同様な傾向があることが分か
る。

【００８１】したがって、正極活物質にベータ型オキシ
水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用しベータ型オキ
シ水酸化ニッケルが正極活物質中に３０質量％含まれて
いる場合、および正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルと二酸化マンガンを使用しベータ型オキシ水酸化
ニッケルが正極活物質中に１０質量％含まれている場
合、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあ
ることが望ましい。

【００８２】これらのことから、正極活物質にベータ型
オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用している
場合は、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲
にあることが望ましい。

【００８３】つぎに、正極活物質にオキシ水酸化ニッケ
ルのみを使用し、正極合剤中の黒鉛粉末含有量を変化さ
せたアルカリ亜鉛電池についての測定結果を表３を参照
しながら説明する。

【００８４】

【表３】

【００８５】正極活物質に対する黒鉛粉末の含有量と、
それぞれの含有量における放電時間の最大値との関係を
見てみる。黒鉛粉末の含有量が２．０質量％の場合は放
電時間の最大値が２６分である。また、黒鉛粉末の含有
量が２．５質量％の場合は放電時間の最大値が２８分で
ある。また、黒鉛粉末の含有量が２．８質量％の場合は
放電時間の最大値が２８分である。このように、黒鉛粉
末の含有量が２．０〜２．８質量％においては、放電時
間の最大値は２６〜２８分の範囲内にある。

【００８６】つぎに、黒鉛粉末の含有量が３．０質量％
の場合は放電時間の最大値が４８分である。また、黒鉛
粉末の含有量が５．０質量％の場合は放電時間の最大値
が４８分である。また、黒鉛粉末の含有量が８．０質量
％の場合は放電時間の最大値が４８分である。また、黒
鉛粉末の含有量が１０．０質量％の場合は放電時間の最
大値が４８分である。このように、黒鉛粉末の含有量が
３．０〜１０．０質量％においては、放電時間の最大値
は４８分であり、上述の黒鉛粉末の含有量が２．０〜
２．８質量％における放電時間の最大値２６〜２８分に
比較して非常に高い値である。

【００８７】つぎに、黒鉛粉末の含有量が１０．２質量
％の場合は放電時間の最大値が３２分である。また、黒
鉛粉末の含有量が１０．５質量％の場合は放電時間の最
大値が２４分である。また、黒鉛粉末の含有量が１１．
０質量％の場合は放電時間の最大値が２０分である。こ
のように、黒鉛粉末の含有量が１０．２〜１１．０質量
％においては、放電時間の最大値は２０〜３２分の範囲
にあり、上述の黒鉛粉末の含有量が３．０〜１０．０質
量％における放電時間の最大値４８分に比較して非常に
低い値である。

【００８８】これらのことから、正極活物質にベータ型
オキシ水酸化ニッケルのみを使用した場合、正極活物質
に対する黒鉛粉末の含有量は３．０〜１０．０質量％の
範囲内にあることが望ましい。

【００８９】つぎに、正極活物質に対する黒鉛粉末の含
有量が３．０〜１０．０質量％の範囲内にある場合の、
黒鉛粉末の平均粒径と放電時間の関係を見てみる。最初
に、黒鉛粉末の含有量が３．０質量％の場合についてみ
てみる。表から分かるように、黒鉛粉末の平均粒径が６
μｍから８μｍに増加するにしたがって放電時間は２２
分から４４分と急激に増加している。また、黒鉛粉末の
平均粒径が８μｍから３０μｍの間では放電時間は４４
〜４８分と同程度でかつ高い値を示している。つぎに、
黒鉛粉末の平均粒径が３０μｍから３５μと増加するに
したがって放電時間は４８分から２４分へと急激に減少
している。これらのことから、正極活物質にベータ型オ
キシ水酸化ニッケルのみを使用し、黒鉛粉末の含有量が
３．０質量％の場合、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３
０μｍの範囲にあることが望ましい。

【００９０】つぎに、黒鉛粉末の含有量が５．０質量％
の場合、８．０質量％の場合、および１０．０質量％の
場合についてみてみる。これらの場合においても、上述
の３．０質量％の場合と同様な傾向があることが分か
る。したがって、正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルのみを使用し、かつ黒鉛粉末の含有量が５．０質
量％、８．０質量％、および１０．０質量％の場合、黒
鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあること
が望ましい。

【００９１】これらのことから、正極活物質にベータ型
オキシ水酸化ニッケルのみを使用し、かつ黒鉛粉末の含
有量が３．０〜１０．０質量％の範囲内のある場合は、
黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあるこ
とが望ましい。

【００９２】つぎに、正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンを使用し、正極合剤中の黒
鉛粉末含有量を変化させたアルカリ亜鉛電池についての
測定結果を表４〜６を参照しながら説明する。

【００９３】

【表４】

【００９４】

【表５】

【００９５】

【表６】

【００９６】最初に、表４を見てみる。表４は、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に５０質量％含
まれている場合である。正極活物質に対する黒鉛粉末の
含有量と、それぞれの含有量における放電時間の最大値
との関係を見てみる。表からわかるように、黒鉛粉末の
含有量が２．０〜２．８質量％においては、放電時間の
最大値は２４分である。つぎに、黒鉛粉末の含有量が
３．０〜１０．０質量％においては、放電時間の最大値
は４２〜４６分の範囲内にあり、上述の黒鉛粉末の含有
量が２．０〜２．８質量％における放電時間の最大値２
４分に比較して非常に高い値である。つぎに、黒鉛粉末
の含有量が１０．２〜１１．０質量％においては、放電
時間の最大値は１８〜３０分の範囲にあり、上述の黒鉛
粉末の含有量が３．０〜１０．０質量％における放電時
間の最大値４２〜４６分に比較して非常に低い値であ
る。

【００９７】これらのことから、正極活物質にベータ型
オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用し、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に５０質量％
含まれている場合、正極活物質に対する黒鉛粉末の含有
量は３．０〜１０．０質量％の範囲内にあることが望ま
しい。

【００９８】つぎに、正極活物質に対する黒鉛粉末の含
有量が３．０〜１０．０質量％の範囲内にある場合の、
黒鉛粉末の平均粒径と放電時間の関係を見てみる。最初
に、黒鉛粉末の含有量が３．０質量％の場合についてみ
てみる。表から分かるように、黒鉛粉末の平均粒径が６
μｍから８μｍに増加するにしたがって放電時間は２０
分から４２分と急激に増加している。また、黒鉛粉末の
平均粒径が８μｍから３０μｍの間では放電時間は４２
分と高い値を示している。つぎに、黒鉛粉末の平均粒径
が３０μｍから３５μと増加するにしたがって放電時間
は４２分から２２分へと急激に減少している。これらの
ことから、正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケル
と二酸化マンガンを使用し、ベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルが正極活物質中に５０質量％含まれ、かつ黒鉛粉末
の含有量が３．０質量％の場合、黒鉛粉末の平均粒径は
８μｍ〜３０μｍの範囲にあることが望ましい。

【００９９】つぎに、黒鉛粉末の含有量が５．０質量％
の場合、８．０質量％の場合、および１０．０質量％の
場合についてみてみる。これらの場合においても、上述
の場合と同様な傾向があることが分かる。したがって、
正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マ
ンガンを使用し、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが正極
活物質中に５０質量％含まれ、かつ黒鉛粉末の含有量が
５．０質量％、８．０質量％、および１０．０質量％の
場合、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ〜３０μｍの範囲に
あることが望ましい。

【０１００】これらのことから、正極活物質にベータ型
オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用し、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に５０質量％
含まれ、かつ黒鉛粉末の含有量が３．０〜１０．０質量
％の範囲内のある場合は、黒鉛粉末の平均粒径は８μｍ
〜３０μｍの範囲にあることが望ましい。

【０１０１】つぎに、表５を見てみる。表５は、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に３０質量％含
まれている場合である。表５の測定結果は、上述した表
４の測定結果と同様な傾向を示している。このことか
ら、正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンを使用し、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが
正極活物質中に３０質量％含まれている場合、正極活物
質に対する黒鉛粉末の含有量は３．０〜１０．０質量％
の範囲内にあることが望ましい。また、正極活物質にベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用
し、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に３
０質量％含まれ、かつ黒鉛粉末の含有量が３．０〜１
０．０質量％の範囲内のある場合は、黒鉛粉末の平均粒
径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあることが望ましい。

【０１０２】つぎに、表６を見てみる。表６は、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に１０質量％含
まれている場合である。表６の測定結果は、上述した表
４の測定結果と同様な傾向を示している。このことか
ら、正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンを使用し、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが
正極活物質中に１０質量％含まれている場合、正極活物
質に対する黒鉛粉末の含有量は３．０〜１０．０質量％
の範囲内にあることが望ましい。また、正極活物質にベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンを使用
し、ベータ型オキシ水酸化ニッケルが正極活物質中に１
０質量％含まれ、かつ黒鉛粉末の含有量が３．０〜１
０．０質量％の範囲内のある場合は、黒鉛粉末の平均粒
径は８μｍ〜３０μｍの範囲にあることが望ましい。

【０１０３】以上のことから、表１〜６における検討結
果を総合的に評価するとつぎのことがいえる。すなわ
ち、正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケルのみを
使用した場合、および正極活物質にベータ型オキシ水酸
化ニッケルと二酸化マンガンを使用した場合、正極活物
質に対する黒鉛粉末の含有量は３．０〜１０．０質量％
の範囲内にあることが望ましい。また、正極活物質にベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルのみを使用した場合、およ
び正極活物質にベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化
マンガンを使用した場合、黒鉛粉末の平均粒径は８〜３
０μｍの範囲にあることが望ましい。

【０１０４】以上のことから、本実施例によれば、黒鉛
粉末の平均粒径を８〜３０μｍの範囲とし、黒鉛粉末の
含有量を正極活物質に対して３〜１０質量％の範囲とす
ることにより、１．５Ｗ定電力という重負荷放電におい
て優れた特性を示す電池を提供することができる。

【０１０５】つぎに、本発明の具体的な第２の実施例に
ついて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではないことはもちろんである。

【０１０６】最初に、本実施例で用いた電池サンプルの
作製方法について説明する。まず、正極活物質に用いる
ベータ型オキシ水酸化ニッケルを以下の工程により作製
した。

【０１０７】第１工程として、出発原料である水酸化ニ
ッケル（形状：略球状、タップ密度：２．３ｇ／ｃ
ｍ³、バルク密度：１．８ｇ／ｃｍ³）を、次亜塩素酸
ナトリウムを含むアルカリ液相中で酸化させ、ベータ型
オキシ水酸化ニッケルを合成した。

【０１０８】つぎに第２工程として、第１工程で得られ
たベータ型オキシ水酸化ニッケル（形状：略球状、タッ
プ密度：２．５ｇ／ｃｍ³、バルク密度：２．０ｇ／ｃ
ｍ³、平均粒径：２０μｍ、粒度分布：５〜７０μｍ）
を、４０質量％の水酸化カリウム水溶液と混合し、５０
〜６０℃、圧力０．５〜０．７Ｍｐａで、約３０時間反
応させた。これらの工程終了後に、ベータ型オキシ水酸
化ニッケル中のカリウム組成が４質量％のものが得られ
た。

【０１０９】なお、第２工程で得られた、層間にアルカ
リカチオンを含有するベータ型オキシ水酸化ニッケルの
形状は、第２工程の出発原料、すなわち第１工程で得ら
れたベータ型オキシ水酸化ニッケルの形状とほぼ同じで
あった。すなわち、第２工程で得られたベータ型オキシ
水酸化ニッケルの形状は、図２Ａで説明したような、略
球状であった。

【０１１０】また、第２工程で得られたベータ型オキシ
水酸化ニッケルの、平均粒径、粒度分布、バルク密度、
およびタップ密度は、第１工程で得られたベータ型オキ
シ水酸化ニッケルの、平均粒径、粒度分布、バルク密
度、およびタップ密度とそれぞれほぼ同じであった。

【０１１１】つぎに、第１工程および第２工程を経て得
られたベータ型オキシ水酸化ニッケルと、二酸化マンガ
ン（電解二酸化マンガン、商品名：ＴＫＵＲ、三井金属
鉱業社製）、黒鉛粉末（平均粒径：８μｍ、粒度分布：
１〜２５μｍ、灰分０．３質量％以下の高純度粉末黒
鉛）と、水酸化カリウム水溶液（４０質量％）とを、表
７に示す組成でそれぞれ十分混合して正極合剤とし、こ
の正極合剤を同条件で加圧し、中空円筒状に成形するこ
とにより正極を作製した。そして、この正極を電池缶の
内側に挿入した。

【０１１２】

【表７】

【０１１３】つぎに、この正極の内側に、不織布からな
るセパレータ（親水化処理したポリオレフィン系セパレ
ータ）を挿入し、セパレータ電解液（４０質量％水酸化
カリウム水溶液）を注入後、負極活物質である亜鉛と電
解液（４０質量％水酸化カリウム水溶液）および亜鉛と
電解液を均一に分散させておくためのゲル化剤とを少な
くとも含むゲル状負極合剤を充填した。

【０１１４】最後に、電池缶の開口部を、スプリングと
集合ピンとが取り付けられた封口部材により封口して、
インサイドアウト構造である単３形のアルカリ亜鉛電池
を作製し、それらの電池をサンプルＮｏ１〜１４とし
た。

【０１１５】なお、表７においては、電池１本当たりの
正極合剤の充填量（ｇ）を表わす。ちなみに、各サンプ
ルにおいて、電池１本当たりの正極合剤の充填量が異な
るのは、ベータ型オキシ水酸化ニッケルおよび二酸化マ
ンガンの組成によって、正極合剤としての密度が大きく
異なるためであり、正極合剤を同条件で加圧成形した結
果である。

【０１１６】以上のようにして作製されたサンプルＮｏ
１〜１４の電池について、つぎに２つの条件で放電試験
を行った。すなわち、１つ目は電池サンプルを作製した
後、１５００ｍＷの定電力で、電池電圧が１．０Ｖにな
るまで放電を行った。２つ目は電池作製後に６０℃で２
０日間保存した後、１５００ｍＷの定電力で、電池電圧
が１．０Ｖになるまで放電を行った。サンプルＮｏ１〜
１４の電池について、保存前と保存後の放電容量の測定
結果を表８および図４に示す。ここで図４は、保存前と
保存後における、ベータ型オキシ水酸化ニッケルまたは
二酸化マンガンの組成と放電容量との関係を示す図であ
る。

【０１１７】

【表８】

【０１１８】表８および図４の結果より、保存前は正極
活物質の全質量（ベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸
化マンガンの総和）に対し、ベータ型オキシ水酸化ニッ
ケルが３０質量％以上（二酸化マンガンが７０質量％以
下）、保存後はベータ型オキシ水酸化ニッケルが５０質
量％以上（二酸化マンガンが５０質量％以下）の場合
に、それぞれ高い放電容量を保持し、これらの値よりも
ベータ型オキシ水酸化ニッケルの組成が小さいと（二酸
化マンガンの組成が大きいと）、急激に放電容量が小さ
くなってしまうのが分かる。このことから、正極中に混
合するベータ型オキシ水酸化ニッケル（二酸化マンガ
ン）の量は、正極活物質の全質量に対し、３０質量％以
上（７０質量％以下）、保存後の放電容量も考えれば、
ベータ型オキシ水酸化ニッケルは５０質量％以上（二酸
化マンガンは５０質量％以下）とすることがより望まし
い。

【０１１９】ちなみに、上述のベータ型オキシ水酸化ニ
ッケル（二酸化マンガン）の検討に関しては、カリウム
組成が４質量％のベータ型オキシ水酸化ニッケルによっ
て行ったが、カリウム組成が２．０質量％、２．５質量
％、３．０質量％、３．５質量％、４．５質量％、およ
び５．０質量％のベータ型オキシ水酸化ニッケルを使用
した場合についても同様の結果が得られた。

【０１２０】以上のことから、本実施例によれば、正極
活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルのみ、またはベ
ータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合物
であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの含有量が正極
活物質に対して３０質量％以上であり、ベータ型オキシ
水酸化ニッケルがその層間にアルカリカチオンを含有す
るので、保存前において高い放電容量を得ることができ
る。また、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの含有量が正
極活物質に対して５０質量％以上であり、ベータ型オキ
シ水酸化ニッケルがその層間にアルカリカチオンを含有
するので、保存前および保存後において高い放電容量を
得ることができる。

【０１２１】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲に
あり、黒鉛粉末の含有量が正極活物質に対して３〜１０
質量％の範囲にあるので、重負荷放電特性に優れた電池
を提供することができる。

【０１２２】正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケ
ルと二酸化マンガンの混合物であり、ベータ型オキシ水
酸化ニッケルの含有量が正極活物質に対して３０質量％
以上であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルがその層間
にアルカリカチオンを含有するので、重負荷放電特性に
優れた電池を提供することができる。また、ベータ型オ
キシ水酸化ニッケルの含有量が正極活物質に対して５０
質量％以上であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルがそ
の層間にアルカリカチオンを含有するので、重負荷放電
特性および保存特性に優れた電池を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる電池の一構成例を示
す縦断面図である。

【図２】本実施の形態にかかる正極に用いる略球状のベ
ータ型オキシ水酸化ニッケル（Ａ）と、従来の非球状の
ベータ型オキシ水酸化ニッケル（Ｂ）を示す図である。

【図３】第２の実施の形態にかかる電池の一構成例を示
す縦断面図である。

【図４】保存前と保存後における、ベータ型オキシ水酸
化ニッケルまたは二酸化マンガンの組成と放電容量との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１‥‥電池、２‥‥電池缶、３‥‥正極、４‥‥セパレ
ータ、５‥‥負極、６‥‥封口部材、７‥‥ワッシャ
ー、８‥‥負極端子板、９‥‥集電ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 6/06 Ｈ０１Ｍ 6/06 Ｃ 10/30 10/30 Ｚ (72)発明者本田一良福島県安達郡本宮町字樋ノ口２番地ソニー福島株式会社内 (72)発明者大矢邦泰福島県安達郡本宮町字樋ノ口２番地ソニー福島株式会社内 (72)発明者山本賢太東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5H024 AA01 AA03 AA14 CC02 DD01 DD09 EE03 FF07 FF31 HH01 HH13 HH15 5H028 AA05 CC08 EE01 EE05 EE08 FF02 HH01 HH05 5H050 AA02 BA04 BA11 CA03 CA05 CA29 CB13 DA10 DA13 DA19 EA09 FA07 FA12 FA17 FA19 HA01 HA05 HA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質と黒鉛粉末とを含有する電池
用正極において、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルであり、黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範
囲にあることを特徴とする電池用正極。
【請求項２】黒鉛粉末の含有量が、正極活物質に対し
て３〜１０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項
１記載の電池用正極。
【請求項３】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子
の形状が略球状であることを特徴とする請求項２記載の
電池用正極。
【請求項４】ベータ型オキシ水酸化ニッケルの平均粒
径は１９〜４０μｍの範囲にあることを特徴とする請求
項３記載の電池用正極。
【請求項５】ベータ型オキシ水酸化ニッケルのバルク
密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲にあり、ベータ
型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．７
ｇ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴とする請求項４記載
の電池用正極。
【請求項６】正極活物質と黒鉛粉末とを含有する電池
用正極において、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルと二酸化マンガンの混合物であり、黒鉛粉末の平
均粒径が８〜３０μｍの範囲にあることを特徴とする電
池用正極。
【請求項７】黒鉛粉末の含有量が、正極活物質に対し
て３〜１０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項
６記載の電池用正極。
【請求項８】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒子
の形状が略球状であることを特徴とする請求項７記載の
電池用正極。
【請求項９】ベータ型オキシ水酸化ニッケルの平均粒
径は１９〜４０μｍの範囲にあることを特徴とする請求
項８記載の電池用正極。
【請求項１０】ベータ型オキシ水酸化ニッケルのバル
ク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲にあり、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．
７ｇ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴とする請求項９記
載の電池用正極。
【請求項１１】正極活物質を含有する電池用正極にお
いて、正極活物質がベータ型オキシ水酸化ニッケルと二
酸化マンガンの混合物であり、ベータ型オキシ水酸化ニ
ッケルの含有量が、正極活物質に対して３０質量％以上
であることを特徴とする電池用正極。
【請求項１２】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、そ
の層間にアルカリカチオンを含有することを特徴とする
請求項１１記載の電池用正極。
【請求項１３】アルカリカチオンは、Ｌｉ⁺，Ｎ
ａ⁺，Ｋ⁺のうちのいずれか１種類、または、Ｌｉ⁺，
Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちから選んだ２種類以上の組み合わせ
からなることを特徴とする請求項１２記載の電池用正
極。
【請求項１４】アルカリカチオンは、Ｋ⁺からなるこ
とを特徴とする請求項１２記載の電池用正極。
【請求項１５】ベータ型オキシ水酸化ニッケル中のア
ルカリカチオンの含有量が、２〜５質量％であることを
特徴とする請求項１３記載の電池用正極。
【請求項１６】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒
子の形状が略球状であることを特徴とする請求項１５記
載の電池用正極。
【請求項１７】正極活物質と導電剤である黒鉛粉末と
を少なくとも含む混合粉末を中空円筒状にペレット成形
した正極を外周部に配し、負極活物質である亜鉛と電解
液とを少なくとも含む負極を中心部に配し、正極と負極
の間にセパレータを配した電池において、正極活物質が
ベータ型オキシ水酸化ニッケルであり、黒鉛粉末の平均
粒径が８〜３０μｍの範囲にあることを特徴とする電
池。
【請求項１８】黒鉛粉末の含有量が、正極活物質に対
して３〜１０質量％の範囲にあることを特徴とする請求
項１７記載の電池。
【請求項１９】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒
子の形状が略球状であることを特徴とする請求項１８記
載の電池。
【請求項２０】ベータ型オキシ水酸化ニッケルの平均
粒径は１９〜４０μｍの範囲にあることを特徴とする請
求項１９記載の電池。
【請求項２１】ベータ型オキシ水酸化ニッケルのバル
ク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲にあり、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．
７ｇ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴とする請求項２０
記載の電池。
【請求項２２】正極活物質と導電剤である黒鉛粉末と
を少なくとも含む混合粉末を中空円筒状にペレット成形
した正極を外周部に配し、負極活物質である亜鉛と電解
液とを少なくとも含む負極を中心部に配し、正極と負極
の間にセパレータを配した電池において、正極活物質が
ベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合
物であり、黒鉛粉末の平均粒径が８〜３０μｍの範囲に
あることを特徴とする電池。
【請求項２３】黒鉛粉末の含有量が、正極活物質に対
して３〜１０質量％の範囲にあることを特徴とする請求
項２２記載の電池。
【請求項２４】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒
子の形状が略球状であることを特徴とする請求項２３記
載の電池。
【請求項２５】ベータ型オキシ水酸化ニッケルの平均
粒径は１９〜４０μｍの範囲にあることを特徴とする請
求項２４記載の電池。
【請求項２６】ベータ型オキシ水酸化ニッケルのバル
ク密度は１．６〜２．２ｇ／ｃｍ³の範囲にあり、ベー
タ型オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は２．２〜２．
７ｇ／ｃｍ³の範囲にあることを特徴とする請求項２５
記載の電池。
【請求項２７】正極活物質と導電剤である黒鉛粉末と
を少なくとも含む混合粉末を中空円筒状にペレット成形
した正極を外周部に配し、負極活物質である亜鉛と電解
液とを少なくとも含む負極を中心部に配し、正極と負極
の間にセパレータを配した電池において、正極活物質が
ベータ型オキシ水酸化ニッケルと二酸化マンガンの混合
物であり、ベータ型オキシ水酸化ニッケルの含有量が、
正極活物質に対して３０質量％以上であることを特徴と
する電池。
【請求項２８】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、そ
の層間にアルカリカチオンを含有することを特徴とする
請求項２７記載の電池。
【請求項２９】アルカリカチオンは、Ｌｉ⁺，Ｎ
ａ⁺，Ｋ⁺のうちのいずれか１種類、または、Ｌｉ⁺，
Ｎａ⁺，Ｋ⁺のうちから選んだ２種類以上の組み合わせ
からなることを特徴とする請求項２８記載の電池。
【請求項３０】アルカリカチオンは、Ｋ⁺からなるこ
とを特徴とする請求項２８記載の電池。
【請求項３１】ベータ型オキシ水酸化ニッケル中のア
ルカリカチオンの含有量が、２〜５質量％であることを
特徴とする請求項２９記載の電池。
【請求項３２】ベータ型オキシ水酸化ニッケルは、粒
子の形状が略球状であることを特徴とする請求項３１記
載の電池。