【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ乾電池、さらに詳しくはゲル負極の反応効率の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ乾電池では、正極ケース内に充填された円筒形の正極合剤の中空部に、セパレータを介して円柱形状にゲル負極が充填されている。このゲル負極は、正極合剤に近い外周部ほど効率的に反応する。したがって、ゲル負極の中央部における反応効率は外周部に比べて相対的に低くなり、負極の反応効率を低下させる原因となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
今後、製品の低コスト化競争が予想されるため、少ない活物質量でも反応効率を向上させて、優れたコストパフォーマンスを実現することが課題として要求されている。
そこで、本発明では、上記従来の課題を解決するため、反応効率の低いゲル負極の中央部を定型物で置換し、負極の反応効率を向上させることにより、従来よりも少ない負極活物質量でも優れた強負荷放電特性を有するアルカリ乾電池を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルカリ乾電池は、正極ケース内に充填された円筒形の正極合剤、前記正極合剤の中空部にセパレータを介して充填されたゲル負極、および前記ゲル負極の中央部に設けられた集電子を具備するアルカリ乾電池であって、前記ゲル負極の中央部に定型物が配置されていることを特徴とする。
【０００５】
前記定型物が、電解液を保持していることが好ましい。
前記定型物が、前記集電子の先端部に取り付けられていることが好ましい。
前記定型物が、多孔性高分子、多孔性セラミックス、吸水性高分子、天然繊維、および合成繊維からなる群より選ばれた少なくとも一種で構成されていることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１を参照しながら説明する。
正極ケース１内には、円筒形の正極合剤２が充填され、前記正極合剤２の中空部にセパレータ４を介して円柱形状にゲル負極３が充填されている。ゲル負極３の中央部には、集電子６が挿入されている。本発明は、このようなアルカリ乾電池の前記ゲル負極３の中央部に定型物９が配置されていることを特徴とする。
上記のように反応効率の低いゲル負極３の中央部を、定型物９で置換することにより定型物９の体積に相当する分だけゲル負極３は減少するが、ゲル負極３の反応効率が向上するため、低コストでありながら優れた強負荷放電特性を有するアルカリ乾電池を得ることができる。
【０００７】
前記定型物９が、電解液を保持していることが好ましい。このような構成とすることにより、ゲル負極３中の電解液量が増加するため、負極の反応効率を向上させることができる。
また、前記定型物９が、集電子６の先端部に取り付けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、定型物９は、ゲル負極３の内部を移動することなく、確実にゲル負極３の中央部に固定された状態となる。
【０００８】
前記定型物９は、多孔性高分子、多孔性セラミックス、吸水性高分子、天然繊維、および合成繊維からなる群より選ばれた少なくとも一種で構成されていることが好ましい。また、これ以外にも保液性を有しない定型物９として、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタンなどの合成樹脂を用いても構わない。
前記多孔性高分子としては、例えば、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンなどが挙げられる。
【０００９】
前記多孔性セラミックスとしては、例えば、シリカ、アルミナなどが挙げられる。
前記吸水性高分子としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。
【００１０】
前記天然繊維としては、例えば、リンターパルプなどが挙げられる。
前記合成繊維としては、例えば、ビニロン、レーヨン、ポリアミドなどが挙げられる。
これらのなかでも、特に保液量、吸液速度に優れていて、集電子６に取り付けやすいという理由により、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンなどの多孔性高分子が好ましい。
【００１１】
前記正極合剤２としては、例えば、二酸化マンガン、黒鉛および電解液からなる合剤を円筒状にプレス成型したものなどが用いられる。
前記ゲル負極３としては、例えば、アルカリ電解液およびカルボキシメチルセルロースまたはポリアクリル酸ナトリウムなどのゲル化剤からなるゲル状電解液に亜鉛粉末を分散させたものなどが用いられる。
【００１２】
前記セパレータ４としては、例えば、ビニロン、レーヨン、リンターパルプを主成分とした不織布などが用いられる。
前記集電子６としては、例えば、真鍮を所定の形状に成型した後、錫によりメッキされたものなどが用いられる。
【００１３】
以下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【実施例】
【００１４】
《実施例》
本発明の実施例において作製したアルカリ乾電池の一部を断面にした正面図を図１に示す。
【００１５】
ｉ）正極合剤の作製
二酸化マンガン粉末、黒鉛粉末および４０重量％の水酸化カリウム水溶液を９２：７：１の重量比で混合した。得られた混合物をプレス成型して円筒状のタブレットとし、正極合剤２を作製した。
【００１６】
ｉｉ）ゲル負極の作製
４０重量％の水酸化カリウム水溶液（２重量％の酸化亜鉛を含む）にポリアクリル酸ナトリウムを２．５重量％加えてゲル状電解液を得た。得られたゲル状電解液に重量比で２倍量の亜鉛粉末を加えて混合、分散させることによりゲル負極３を作製した。
【００１７】
ｉｉｉ）アルカリ乾電池の作製
上記で得られた正極合剤２を正極ケース１内に挿入し加圧治具により正極合剤２を再成型して正極ケース１の内壁に密着させた。正極合剤２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置し、セパレータ４内へ所定量のアルカリ電解液を注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極３をセパレータ４を介して正極合剤２の中空部へ充填した。なお、正極合剤２の充填量は、従来と同量とし、ゲル負極３の充填量は、従来の充填量から後にゲル負極３に挿入される定型物９の体積に相当する分の充填量を差し引いた量とした。
セパレータ４には、ビニロンおよびレーヨンを主成分とする不織布を用いた。電解液には、４０重量％の水酸化カリウム水溶液（２重量％の酸化亜鉛を含む）を用いた。
【００１８】
そして、集電子６の鋭利な先端に、定型物９を圧入することにより取り付け、前記定型物９をアルカリ電解液中に浸漬し、充分に電解液を含浸させた。なお、定型物９には、外径８ｍｍ、高さ３０ｍｍおよび密度０．０３ｇ／ｃｍ３の発泡ポリエチレンからなる円柱状のものを用いた。この定型物９の体積は、従来のゲル負極の充填体積の１０％に相当する体積とした。また、定型物９には、集電子６を取り付ける位置に、予め径が１．５ｍｍおよび深さが１０ｍｍの穴をあけておき、集電子６（外径２．５ｍｍ）を圧入して取り付ける際には、その嵌合により定型物９を集電子６の先端部に保持させた。
【００１９】
先端部に電解液を含む前記定型物９を取り付けた集電子６をゲル負極３の中央に差し込んだ。なお、集電子６には、ガスケット５および負極端子を兼ねる底板７を一体化させた。そして、正極ケース１内の開口端部を、ガスケット５の端部を介して、底板７の周縁部にかしめつけ、正極ケース１の開口部を封口した。最後に、外装ラベル８で正極ケース１の外表面を被覆して、単一型アルカリ乾電池（ＬＲ２０）を作製した。
【００２０】
《比較例１》
実施例で用いた定型物の代わりに、その定型物の体積に相当する分のゲル負極をセパレータを介して正極合剤の中空部に充填した以外は、実施例と同様の方法により単一型アルカリ乾電池（ＬＲ２０）を作製した。
【００２１】
《比較例２》
集電子の先端部に定型物を取り付けない以外は、実施例と同様の方法により単一型アルカリ乾電池（ＬＲ２０）を作製した。
【００２２】
［評価］
強負荷放電特性を評価するために、上記で作製した実施例ならびに比較例１および２の各アルカリ乾電池を閉路電圧が０．９Ｖに達するまで２．２Ωの負荷で連続的に放電させ、その時の放電時間を測定した。その評価結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１中におけるゲル負極の充填体積、亜鉛重量および電解液重量ならびに放電時間の値は、比較例１の値を１００とし、それぞれ比較例１に対する相対値として表した。
実施例では、比較例２と同様に比較例１に比べ負極活物質である亜鉛の充填量が１０％減少しているが、ゲル負極の中央部に電解液を含む定型物が配置されていることにより、ゲル負極中の電解液量が５％増加し、負極の反応効率が向上したため、比較例１と同等の優れた強負荷放電特性が得られた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、反応効率の低いゲル負極の中央部を定型物で置換し、負極の反応効率を向上させることにより、従来よりも少ない負極活物質量でも優れた強負荷放電特性を有するアルカリ乾電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルカリ乾電池の一例の一部を断面にした正面図である。
【符号の説明】
１ 正極ケース
２ 正極合剤
３ ゲル負極
４ セパレータ
５ ガスケット
６ 集電子
７ 底板
８ 外装ラベル
９ 定型物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an alkaline dry battery, and more particularly, to an improvement in reaction efficiency of a gel negative electrode.
[0002]
[Prior art]
In an alkaline dry battery, a cylindrical negative electrode mixture is filled in a hollow portion of a cylindrical positive electrode mixture filled in a positive electrode case with a separator interposed therebetween. This gel negative electrode reacts more efficiently in the outer peripheral portion closer to the positive electrode mixture. Therefore, the reaction efficiency at the central part of the gel negative electrode is relatively lower than that at the outer peripheral part, which causes the reaction efficiency of the negative electrode to decrease.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since competition for cost reduction of products is expected in the future, it is required to improve the reaction efficiency even with a small amount of active material and to realize excellent cost performance.
Therefore, in the present invention, in order to solve the above-mentioned conventional problems, by replacing the central portion of the gel negative electrode having a low reaction efficiency with a fixed material and improving the reaction efficiency of the negative electrode, even with a smaller amount of the negative electrode active material than before, An object of the present invention is to provide an alkaline dry battery having excellent heavy load discharge characteristics.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The alkaline dry battery of the present invention is provided in a cylindrical positive electrode mixture filled in a positive electrode case, a gel negative electrode filled in a hollow portion of the positive electrode mixture via a separator, and provided in a central portion of the gel negative electrode. An alkaline dry battery including a current collector, wherein a fixed object is disposed at a center of the gel negative electrode.
[0005]
It is preferable that the fixed object holds an electrolytic solution.
It is preferable that the fixed object is attached to a tip portion of the current collector.
It is preferable that the template is made of at least one selected from the group consisting of porous polymers, porous ceramics, water-absorbing polymers, natural fibers, and synthetic fibers.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The positive electrode case 1 is filled with a cylindrical positive electrode mixture 2, and the hollow portion of the positive electrode mixture 2 is filled with a columnar gel negative electrode 3 via a separator 4. A current collector 6 is inserted into the center of the gel negative electrode 3. The present invention is characterized in that a fixed product 9 is arranged at the center of the gel negative electrode 3 of such an alkaline dry battery.
As described above, by replacing the central portion of the gel negative electrode 3 having a low reaction efficiency with the fixed material 9, the gel negative electrode 3 is reduced by an amount corresponding to the volume of the fixed material 9, but the reaction efficiency of the gel negative electrode 3 is improved. Therefore, it is possible to obtain an alkaline dry battery having excellent heavy load discharge characteristics at low cost.
[0007]
It is preferable that the fixed object 9 holds an electrolytic solution. With such a configuration, the amount of the electrolyte in the gel negative electrode 3 increases, so that the reaction efficiency of the negative electrode can be improved.
Further, it is preferable that the fixed object 9 is attached to the tip of the current collector 6. With such a configuration, the fixed object 9 is reliably fixed to the center of the gel negative electrode 3 without moving inside the gel negative electrode 3.
[0008]
The template 9 is preferably made of at least one selected from the group consisting of porous polymers, porous ceramics, water-absorbing polymers, natural fibers, and synthetic fibers. In addition, a synthetic resin such as polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyamide, and polyurethane may be used as the fixed object 9 having no liquid retaining property.
Examples of the porous polymer include foamed polyethylene and foamed polyurethane.
[0009]
Examples of the porous ceramic include silica and alumina.
Examples of the water absorbing polymer include carboxymethyl cellulose (CMC), sodium polyacrylate, and polyvinyl alcohol.
[0010]
Examples of the natural fibers include linter pulp.
Examples of the synthetic fibers include vinylon, rayon, and polyamide.
Among these, porous polymers such as foamed polyethylene and foamed polyurethane are preferable because they are particularly excellent in liquid retention amount and liquid absorption rate and are easily attached to the current collector 6.
[0011]
As the positive electrode mixture 2, for example, a mixture obtained by press-forming a mixture composed of manganese dioxide, graphite and an electrolytic solution into a cylindrical shape is used.
As the gel negative electrode 3, for example, one obtained by dispersing zinc powder in a gel electrolyte made of an alkali electrolyte and a gelling agent such as carboxymethyl cellulose or sodium polyacrylate is used.
[0012]
As the separator 4, for example, non-woven fabric mainly composed of vinylon, rayon, and linter pulp is used.
As the current collector 6, for example, a brass molded into a predetermined shape and then plated with tin is used.
[0013]
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【Example】
[0014]
"Example"
FIG. 1 is a front view showing a cross section of a part of an alkaline dry battery produced in an example of the present invention.
[0015]
i) Preparation of Positive Electrode Mixture Manganese dioxide powder, graphite powder and a 40% by weight aqueous potassium hydroxide solution were mixed in a weight ratio of 92: 7: 1. The resulting mixture was press-molded into a cylindrical tablet to produce a positive electrode mixture 2.
[0016]
ii) Preparation of gel negative electrode 2.5% by weight of sodium polyacrylate was added to a 40% by weight aqueous solution of potassium hydroxide (containing 2% by weight of zinc oxide) to obtain a gel electrolyte. A gel negative electrode 3 was prepared by adding twice the weight ratio of zinc powder to the obtained gel electrolyte and mixing and dispersing the zinc powder.
[0017]
iii) Preparation of Alkaline Dry Battery The positive electrode mixture 2 obtained above was inserted into the positive electrode case 1, and the positive electrode mixture 2 was reformed with a pressing jig and was brought into close contact with the inner wall of the positive electrode case 1. A bottomed cylindrical separator 4 was disposed in the center of the positive electrode mixture 2, and a predetermined amount of an alkaline electrolyte was injected into the separator 4. After a lapse of a predetermined time, the gelled negative electrode 3 obtained above was filled into the hollow portion of the positive electrode mixture 2 via the separator 4. The filling amount of the positive electrode mixture 2 is the same as the conventional amount, and the filling amount of the gel negative electrode 3 is a filling amount corresponding to the volume of the fixed material 9 inserted into the gel negative electrode 3 after the conventional filling amount. Was subtracted.
As the separator 4, a non-woven fabric mainly containing vinylon and rayon was used. As the electrolyte, a 40% by weight aqueous solution of potassium hydroxide (containing 2% by weight of zinc oxide) was used.
[0018]
Then, the fixed object 9 was attached to the sharp tip of the current collector 6 by press-fitting, and the fixed object 9 was immersed in an alkaline electrolyte to sufficiently impregnate the electrolyte. In addition, as the standard article 9, a cylindrical article made of expanded polyethylene having an outer diameter of 8 mm, a height of 30 mm, and a density of 0.03 g / cm 3 was used. The volume of the fixed product 9 was set to a volume corresponding to 10% of the filling volume of the conventional gel negative electrode. Further, a hole having a diameter of 1.5 mm and a depth of 10 mm is previously formed in the fixed object 9 at a position where the current collector 6 is to be mounted, and the current collector 6 (outer diameter 2.5 mm) is press-fitted and mounted. Then, the fixed object 9 was held at the tip of the current collector 6 by the fitting.
[0019]
The current collector 6 having the fixed object 9 containing an electrolytic solution attached to the tip was inserted into the center of the gel negative electrode 3. The current collector 6 was integrated with a gasket 5 and a bottom plate 7 serving also as a negative electrode terminal. Then, the opening end in the positive electrode case 1 was crimped to the peripheral edge of the bottom plate 7 via the end of the gasket 5, and the opening of the positive electrode case 1 was sealed. Finally, the outer surface of the positive electrode case 1 was covered with the outer label 8 to produce a single alkaline dry battery (LR20).
[0020]
<< Comparative Example 1 >>
Instead of the standard product used in the example, except that the gel negative electrode corresponding to the volume of the standard product was filled into the hollow portion of the positive electrode mixture via a separator, a single mold was used in the same manner as in the example. An alkaline dry battery (LR20) was produced.
[0021]
<< Comparative Example 2 >>
A single-type alkaline dry battery (LR20) was produced in the same manner as in the example, except that the fixed object was not attached to the tip of the current collector.
[0022]
[Evaluation]
In order to evaluate the heavy load discharge characteristics, each of the alkaline dry batteries of the above-described Examples and Comparative Examples 1 and 2 was continuously discharged with a load of 2.2Ω until the closed circuit voltage reached 0.9 V. The discharge time was measured. Table 1 shows the evaluation results.
[0023]
[Table 1]
[0024]
In Table 1, the values of the filling volume, the zinc weight, the electrolyte weight, and the discharge time of the gel negative electrode were set to 100 in Comparative Example 1 and expressed as relative values to Comparative Example 1.
In the example, the filling amount of zinc as the negative electrode active material was reduced by 10% as compared with the comparative example 1 as in the comparative example 2, but the fixed substance containing the electrolytic solution was arranged at the center of the gel negative electrode. As a result, the amount of the electrolyte in the gel negative electrode increased by 5%, and the reaction efficiency of the negative electrode was improved. Thus, excellent high-load discharge characteristics equivalent to Comparative Example 1 were obtained.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by replacing the central part of a gel negative electrode having a low reaction efficiency with a fixed substance and improving the reaction efficiency of the negative electrode, an excellent heavy load discharge is achieved even with a smaller amount of the negative electrode active material than before. An alkaline dry battery having characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a part of an example of an alkaline dry battery of the present invention in cross section.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode case 2 Positive electrode mixture 3 Gel negative electrode 4 Separator 5 Gasket 6 Current collector 7 Bottom plate 8 Exterior label 9 Standard product
