JP2005019349A

JP2005019349A - Zinc alkaline battery

Info

Publication number: JP2005019349A
Application number: JP2003186074A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Shibuya; 守渋谷
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP4255762B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem of a conventional technology by providing a battery capable of improving a low-temperature heavy-load discharge characteristic without deteriorating an over discharging characteristic at high temperature for achieving a high capacity. <P>SOLUTION: This zinc alkaline battery is provided with a bottomed cylindrical positive electrode can serving as a positive electrode terminal and a container, a positive electrode, which is arranged in the positive electrode can, shaped into a hollow cylinder, and formed of a positive electrode mixture containing oxynickel hydroxide coated with a cobalt compound, and a gel type zinc negative electrode filled in a hollow part of the positive electrode mixture via a bottomed cylindrical separator. When an electrolyte amount in the positive electrode and that in the negative electrode reaches equilibrium, a water content to a zinc powder amount in the gel type zinc negative electrode is 14-18%. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は亜鉛アルカリ電池に係わり、特に亜鉛アルカリ電池に要求されている低温重負荷放電特性、高温中における過放電特性を改善した高性能な亜鉛アルカリ電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛アルカリ電池は、正極活物質を中空円筒状の正極成形体に成形して正極を兼ねる容器に収容し、この正極成形体の中心部にセパレータを介してゲル状負極が収容されている。近年特にこのアルカリ電池において、容量を向上させることが要求されており、そのために各種の試みがなされている。例えば、正極合剤に含まれる潤滑剤を兼ねる導電材料である黒鉛の含有量を削減することが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、昨今の携帯電話、デジタルスチルカメラ等のデジタルモバイル機器において、様々な機能が追加されて、重負荷での使用が多くなってきている。また最近では低温環境で機器を使用する場合が多くなってきている。しかしながら、低温環境での使用においては、電池内部抵抗が高くなり、重負荷特性が大幅に低下する傾向にある。このため、亜鉛アルカリ電池の特性も必然と低温重負荷放電特性の改善が要求されてきている。しかしながら、低温重負荷放電性能を改善するために、正負極利用率の改善、正負極活物質の充填量増加等の検討はされてきたものの、大幅な性能改善には至っていないのが現状である。
さらに、前記特許文献１に記載の方法によっても、このような特性改善の要求に対しては、十分満足する結果が得られていない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００７２９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の上記問題点を解決すべくなされたもので、高温中における過放電特性を損なうことなく、低温重負荷放電特性を改善し、高容量を実現できる電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極端子と容器を兼ねる有底円筒状の正極缶と、前記正極缶内に配置された中空円筒状の、コバルト化合物でコーティングしたオキシ水酸化ニッケルを含有する正極合剤からなる正極と、有底円筒状のセパレータを介して、前記正極合剤の中空部に充填されたゲル状亜鉛負極を備える亜鉛アルカリ電池において、前記正負極における電解液量が平衡状態に達した時のゲル状亜鉛負極中の亜鉛粉量に対する水分率が、１４〜１８％であることを特徴とする亜鉛アルカリ電池である。
【０００７】
前記本発明において、前記コバルト化合物が、オキシ水酸化コバルト、三酸化二コバルト、一酸化コバルト、水酸化コバルト、金属ニッケル、金属コバルトより選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、前述の通り、コバルト化合物などでコーティングしたオキシ水酸化ニッケル系化合物を含有する正極活物質を用いた正極と、ゲル状亜鉛負極からなるアルカリ電池であり、この正負極における電解液量が平衡状態に達した時のゲル状亜鉛負極中の亜鉛粉量に対する水分率が、１４〜１８％であることを特徴とするものである。
上記平衡状態は、電池の電圧が１．７００〜１．７４０Ｖの範囲で安定している状態で判断することができる。
【０００９】
この本発明において、前記水分率が、１４％を下回った場合、低温重負荷放電特性が劣化する。一方、水分率が１８％を上回った場合、過放電によるガス発生が著しく、実用的な電池とならない。
【００１０】
前記本発明において、正負極における電解液量が平衡状態に達しているか否かの判定は、例えば、電池を５０〜６０℃で２日間エージングを行い、その後室温にて４日間エージングを行うなどの条件でエージングし、開路電圧の変化が見られなくなった時点をもって平衡状態と判断することができる。
【００１１】
水分率の測定方法としては、種々の方法が知られているが、例えば次のような方法を採用することができる。
すなわち、（１）まず石英ガラス製のような、蓋付きの秤量瓶を用意し、これを１０７℃±２℃に保った恒温槽内で、この秤量瓶の蓋をずらせた状態で２時間乾燥させる。（２）次いで、この秤量瓶の蓋をして、デシケータ内に載置して、室温まで放冷し、この秤量瓶の質量を、精秤する。この質量をＡとする。（３）この秤量瓶に水分率を測定する試料約５ｇを入れ、これを精秤する。この質量をＢとする。（４）次いで、１０７℃±２℃に保った恒温槽内に、試料の入った秤量瓶の蓋をずらせた状態で、２時間乾燥させる。（５）次いで、蓋をしてデシケータ内に載置して、室温まで放冷し、この秤量瓶の質量を測定する。この質量をＣとする。（６）上記工程によってえられた、質量の値から、次式によって水分率を算出する。
水分率（％）＝（Ｂ−Ｃ）／（Ｂ−Ａ）×１００
【００１２】
［電池材料］
以下、本発明の正極材料、負極材料、及び電解液について詳細に説明する。
【００１３】
（正極材料）
本発明で用いる正極活物質は、オキシ水酸化ニッケル粒子を主体とし、その表面にコバルト化合物を被覆したものである。
【００１４】
前記表面に被着するコバルト化合物としては、例えば、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）_２）、一酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化二コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）、などをあげることができ、さらにこれら酸化処理して得られるオキシ水酸化コバルト（ＣｏＯＯＨ）、四酸化三コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）などの高導電性高次コバルト酸化物などを用いることもできる。また、金属コバルトおよび金属ニッケルを用いることもできる。
このように、水酸化ニッケル表面に、さらにコバルト化合物等を被着させることによってオキシ水酸化ニッケル粒子同士の電子導電性を確保することができる。
【００１５】
上記本実施の形態の正極活物質は、例えば次の方法によって製造することができる。
すなわち、亜鉛及びコバルトをドープした水酸化ニッケル粒子に、水酸化コバルトを添加し、大気雰囲気中で攪拌しながら水酸化ナトリウム水溶液を噴霧する。引き続きマイクロウェーブ加熱を施すことにより水酸化ニッケル表面にコバルト高次酸化物の層が形成された複合水酸化ニッケル粒子が生成する。さらに、この反応系に次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加して酸化を進め、コバルト高次酸化物が被着した複合オキシ水酸化ニッケルを製造することができる。これによって導電性が極めて優れた正極活物質を得ることができる。
【００１６】
かかる際に用いるコバルト粒子あるいはコバルト化合物粒子は、比表面積が２．５〜３０ｍ^２／ｇである水酸化コバルトを用いることが好ましい。コバルト粒子あるいはコバルト化合物粒子としてこの範囲のものを採用することによって水酸化ニッケルと水酸化コバルトとの接触面積が確保され、正極の利用率の向上につながる。このような正極合剤の製造については、特開平１０−２３３２２９号公報、特開平１０−２７５６２０号公報、特開平１０−１８８９６９号公報などに説明されており、本発明においてもこれらの正極合剤の製造方法を採用することができる。
【００１７】
前記正極活物質であるオキシ水酸化ニッケル化合物は、亜鉛もしくはコバルト単独あるいはその両方を共晶しているオキシ水酸化ニッケルであることが、低電解液比率でもその構造変化を少なくできるので好ましい。オキシ水酸化ニッケルに共晶させる亜鉛もしくはコバルトの量としては、１〜７質量％の範囲が好ましい。亜鉛の量がこの範囲を下回ると、正極が膨潤しやすくなるため放電容量が低下する。また、条件によっては、正極の膨潤の度合いが大きくなることもあり、電池の形状が変化する。一方、この範囲を上回ると、相対的にニッケル純度が低下し高容量化に適さなくなる。
【００１８】
また、上記オキシ水酸化ニッケル化合物からなる正極活物質に、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｃａの化合物を添加することにより、貯蔵時の容量維持率を改善することができる。本実施の形態において用いられる上記化合物としては、例えばＹ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、などの金属酸化物、およびＣａＦ_２などの金属フッ化物があげられる。これらの金属酸化物および金属フッ化物は、正極活物質であるニッケル水酸化物に対して、０．１〜２質量％の範囲で用いることができる。金属酸化物もしくは金属フッ化物の配合量が上記範囲を下回った場合、貯蔵特性の改善効果が得られず、一方配合量が上記範囲を上回った場合、相対的に正極活物質の量が減るので高容量化に適さなくなるため好ましくない。
【００１９】
本実施の形態においては、上記ニッケル高次酸化物からなる正極活物質に二酸化マンガンが添加されていても差し支えない。これによって、過放電時の水素ガスの発生を抑止できる。本実施の形態において、オキシ水酸化ニッケル化合物に添加する二酸化マンガンとしては、一般のアルカリ電池において用いられている電解二酸化マンガンなどを使用することができる。この二酸化マンガンの添加量は、ニッケル高次酸化物に対して３〜７質量％の範囲が好ましい。この添加量が前記範囲を下回った場合には、電池の過放電時の水素ガス発生を抑止するのに十分ではなく、一方、添加量が上記範囲を上回った場合、ハイ・レート特性、特に低温環境におけるハイ・レート特性が悪化し好ましくない。
【００２０】
本実施の形態においては、正極の導電性や成形性を改善するために、正極材料に炭素粒子を含有させることが望ましい。
かかる炭素粒子としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、人工黒鉛、天然黒鉛等を用いることができる。配合量は、正極活物質：炭素粒子＝１００：３〜１０（質量比）の範囲が適切である。炭素粒子の配合比がこれより高いと活物質量が相対的に減少するため高容量化に適さなくなり、一方、炭素粒子の配合比がこれより低いと電子電導性や成形性が低下するので高出力特性に適さなくなる。
【００２１】
また、本実施の形態の正極合剤には、正極合剤を成形する際に保形性を高め、成形作業中および電池内で保形性を維持するために、バインダーを添加することが好ましい。かかるバインダーとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ＰＶｄＦの水素もしくはフッ素のうち、少なくとも１つを他の置換基で置換した変性ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−６フッ化プロピレンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−６フッ化プロピレンの３元共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。このバインダーの添加量は、正極合剤に対して、０．０５〜０．５質量％の範囲が好ましい。この添加量が、この範囲を下回った場合、バインダー添加効果が発揮されず、電池製造の歩留まりが低下する。一方、バインダー配合量がこの範囲を上回った場合、電池の容量が損なわれるため、好ましくない。
【００２２】
さらに、正極材料の成型時に、成形を容易にするために、正極合剤に潤滑剤を添加することもできる。かかる潤滑剤としては、黒鉛、ステアリン酸などが挙げられる。添加量は、正極合剤に対して、０．０５〜１．０質量％の範囲が適切である。
【００２３】
（負極材料）
本発明で用いられる負極材料は、負極活物質である亜鉛合金を主成分とする負極材料であり、公知の二酸化マンガン−亜鉛一次電池で使用されている亜鉛ゲルを用いることができる。負極材料をゲル状とするためには、電解液及び増粘剤から電解液ゲルを調整し、これに負極活物質を分散させることにより容易に得ることができる。
【００２４】
本発明において用いる亜鉛合金は、無汞化亜鉛合金として知られている水銀及び鉛を含まない亜鉛合金を用いることができる。具体的には、インジウム０．０６質量％、ビスマス０．０１４質量％、アルミニウム０．００３５質量％を含む亜鉛合金が、水素ガス発生の抑制効果があり望ましい。特にインジウム、ビスマスは放電性能を向上させるため望ましい。
負極作用物質として純亜鉛ではなく亜鉛合金を用いる理由は、アルカリ性電解液中での自己溶解速度を遅くし、密閉系の電池製品とした場合の電池内部での水素ガス発生を抑制して、漏液による事故を防止するためである。
【００２５】また、亜鉛合金の形状は、表面積を大きくして大電流放電に対応できるように粉末状とすることが望ましい。本発明において好ましい亜鉛合金の平均粒径は、１００〜３５０μｍの範囲が好ましい。亜鉛合金の平均粒径が上記範囲を上回った場合、表面積が比較的小さくなり大電流放電に対応することは困難になる。また、平均粒径が上記範囲を下回った場合、電池組み立て時の取り扱いが難しく、電解液及びゲル化剤と均一に混合することが困難になるばかりでなく、表面が活性であることから酸化されやすく不安定である。
【００２６】
また、本発明において用いられる増粘剤としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、ＣＭＣ、アルギン酸などを用いることができる。特に、ポリアクリル酸ナトリウムが、強アルカリに対する安定性が良いため好ましい。
【００２７】
（電解液）
本発明で用いられる電解液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ塩を溶質として用いた水溶液が好ましく、特に、水酸化カリウムを用いることが、好ましい。
また、本発明においては、上記水酸化カリウムなどのアルカリ塩を水に溶解して電解液とするが、さらに電解液中に亜鉛化合物を添加することが望ましい。かかる亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、水酸化亜鉛などの化合物が挙げられるが、特に酸化亜鉛が好ましい。
【００２８】
電解液として少なくとも亜鉛化合物を含有するアルカリ性水溶液を用いるのは、アルカリ性水溶液中での亜鉛合金の自己溶解が酸性系の電解液と比較して格段に少なく、更には亜鉛合金のアルカリ性電解液中での自己溶解を亜鉛化合物、例えば酸化亜鉛を溶解して亜鉛イオンを予め存在させておくことにより更に抑制するためである。
【００２９】
そして本発明においては、上述したようにニッケル亜鉛一次電池において、正負極における電解液量が平衡状態に達した時のゲル状亜鉛負極中の亜鉛粉量に対する水分率を１４〜１８％とすることにより、過放電特性を損なうことなく、低温重負荷放電特性を改善し、高容量を実現することができるものである。
【００３０】
［電池の構造］
以下、本発明の電池の詳細な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明をいわゆるインサイドアウト構造（電池缶体が正極側、電池蓋側が負極側となっている構造）と呼ばれているＪＩＳ規格のＬＲ６形（単３形）の電池に応用した例である。
【００３１】
図において１は、正極端子を兼ねる有底円筒形の金属缶であり、この金属缶１の内部に中空円筒状の正極活物質を含有する正極合剤２が収容されている。この正極合剤２の中空内部には不織布などからなる有底円筒状のセパレータ３を介して、ゲル状亜鉛負極材料４が充填されている。そして、この負極材料４には金属棒からなる負極集電棒５が挿着され、この負極集電棒５の一端は負極材料４の表面から突出してリング状金属板７及び陰極端子を兼ねる金属封口板８に電気的に接続されている。そして、正極となる金属缶１内面と、負極集電棒５の突出部外周面には、二重環状のプラスチック樹脂からなる絶縁ガスケット６が配設され、これらは絶縁されている。リング状金属板７及び金属封口板８には、安全弁作動時にガス流出口となる孔１０，１１が形成されており、絶縁ガスケット６には、電池内圧が所定圧力以上に上昇した場合、その一部を開裂させてガスを流出させ内圧を低下させるための安全弁膜９が具備されている。また、金属缶１の開口部はかしめられて液密に封止されている。
【００３２】
［製造方法］
以下に、このような電池の製造方法について過程を追って詳細に説明する。
【００３３】
（１）正極合剤の作製
所用の原料を用いて表面にコバルト化合物を配したオキシ水酸化ニッケル粒子を作製する。該オキシ水酸化ニッケル粒子表面のコバルト化合物を更に酸化して、コバルト化合物をコバルト高次酸化物に添加することによって導電性を向上させることもできる。
【００３４】
正極成形体は、上記正極活物質、二酸化マンガン、炭素質導電材、バインダー、電解液、及び所望により潤滑材などから構成される。これらの材料を、混合攪拌、圧縮、破砕、篩い分け、成形などの工程によって正極合剤として成形する。
【００３５】
ドライ攪拌：正極活物質であるオキシ水酸化ニッケル粉末に、二酸化マンガン粉末、及び黒鉛粉末を所要の量で加え万能攪拌ミキサーにてドライ攪拌する。攪拌時間は、約５分間程度である。
【００３６】
ウェット攪拌：上記ドライ攪拌によって得られた混合粉末１００質量部に対し、電解液を添加して万能攪拌ミキサーにてウェット攪拌する。この工程により、上記ドライ攪拌で混合した正極合剤成分粉末が、相互に凝着し成形可能となる。この工程において用いる電解液の量は、正極合剤成分１００質量部に対して、２〜７質量部程度であり、また、攪拌時間は、約５分間程度で十分である。
【００３７】
圧縮：次に、得られた混合物を双ロール・プレス機にて板状に圧縮する。このとき、この板状の被圧縮物の厚さが、１ｍｍ程度になるように、ロール状プレスの圧力等を調整する。
【００３８】
破砕：続いてこの板状の被圧縮物を破砕機にて破砕する。
【００３９】
篩い分け：次に、２２〜１００メッシュの自動篩分機にて分級して、粒径１５０〜７１０μｍ程度の顆粒状正極合剤を得る。
【００４０】
混合攪拌：上記工程によって得られた顆粒状合剤に、潤滑剤であるステアリン酸化合物粉末を所定量添加して混合撹拌する。攪拌時間は、およそ５分程度で十分である。これによって顆粒状正極合剤を作製することができる。
【００４１】
正極合剤の成型：前記顆粒状正極合剤をＪＩＳ規格ＬＲ６形電池用に相当する正極合剤成形金型を使用して、中空円筒形の正極合剤を加圧成形する。
【００４２】
（２）負極合剤の作製
無汞化亜鉛合金粉末と、酸化亜鉛添加水酸化カリウム水溶液（電解液）と、ゲル化剤とを、減圧下で撹拌・混合することにより、ゲル状亜鉛負極を調製する。
【００４３】
（３）セパレータの作製
ビニロン樹脂などの繊維からなる不織布を捲装し、その一部を加熱接着して円筒体を作製する。さらに、例えばポリエチレン樹脂シートから円板を打ち抜き、この円板を前記円筒体の一端に加熱接着して有底円筒状のセパレータを作製する。
【００４４】
（４）アルカリ電池の組立
金属製の正極容器中に、前記工程で作製した中空円筒状をしている正極合剤を収容し、次いで、この正極合剤の中空部にセパレータを配置する。そして、電解液を注入した後セパレータ内部にゲル状負極を注入する。そして、ゲル状負極内部に、絶縁ガスケットなど所要の電池構成部材を嵌装し、一端部に陰極端子を兼ねる封口板を設けた負極集電棒の他端を挿入し、電池容器の開口部をかしめて、電池を組み立てる。
【００４５】
組み立てられた電池は、５０〜６０℃で２日間エージングを行い、次いで室温で４日間エージングを行うなどの条件でエージングを施すことによって、電圧変動のない、平衡状態とすることができる。本発明は、この状態におけるゲル状亜鉛負極中の亜鉛粉量に対する水分率を制御するものである。平衡状態におけるゲル状亜鉛負極中の亜鉛粉量に対する水分率を所定の範囲に制御するには、上記電池製造過程において、用いられるすべての材料に含まれる水分の量を制御することによって行うことができる。特に、原料作製工程で、正極合剤の原料となる正極活物質を顆粒状にした後、２０〜２５℃において６０％ＲＨ以下で保存し、顆粒状原料に含まれる水分量を減少させることにより、所定の水分量に制御することが容易になる。具体的には、電池の設計段階で、各種水分量を変動させた電池を試作し、最適な水分率を備えた電池の製造条件に従って電池を製造することによって、必要な水分率の電池を製造することができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例について詳細に説明する。
（実施例１）
まず、オキシ水酸化コバルトでコーティングしたオキシ水酸化ニッケル粉末１２０質量部に、導電剤としてレーザー回折法による平均粒径が３０μｍの人造黒鉛７質量部を加え、続いてポリエチレン０．１２質量部を加えてから乾式撹拌を１０分間、回転数３００ｒｐｍで行なった後、練液である４０質量％苛性カリ水溶液６．２質量部を加え、湿式撹拌を１０分間、回転数３００ｒｐｍで行ない、さらに、均一に混合するため、湿式撹拌回転数６００ｒｐｍで１０分間行なって撹拌合剤とした。続いて、撹拌合剤を圧縮強度２００ｋｇ／ｍｍ^２で圧紛を行ない、薄片状態のものを作製した。さらに、分級機を用い薄片状態のものを破砕することにより顆粒合剤を作製した。尚、顆粒合剤は一定の相対湿度雰囲気中に一定期間保管しており、１０７℃２ｈ乾燥後の水分率を３％とした。
【００４７】
その後、一定重量・一定寸法の正極合剤を成形し、正極缶内部に挿入される。その後に正極合剤と正極缶との密着を図るために再加圧される。さらに、セパレータが正極合剤中空部に挿入される。このとき顆粒合剤の貯蔵条件により、正極合剤とセパレータが吸収する４０質量％苛性カリ水溶液量を１．３０ｇとした。その後４０質量％苛性カリ水溶液がセパレータ内に所定量注液され、続いて所定配合のゲル亜鉛が所定量充填される。電池封口後、所定条件のエージングにより電圧変動のない平衡状態にした。このとき、負極ゲル亜鉛に残存する水分率を亜鉛量に対して１８％とした。
このようにして図１に示すＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鈍アルカリ電池を組立てた。
【００４８】
この図において、１は正極端子を兼ねる有底円筒型の正極缶であり、この正極缶１内には前記方法で作製した中空円筒状に加圧成形した正極合剤２が充填されている。また、正極合剤２の中空部にはアセタール化ポリピニルアルコール繊維の不織布からなる有底円筒状のセパレータ３を介して、負極ゲル亜鉛４が充填されている。負極ゲル亜鉛４内にはスズメッキを施した黄銅製の集電棒５が、その上端部を負極ゲル亜鉛４に突出するように装着されている。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パッキング６が配設されている。また、パッキング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、かつ金属板７には負極端子を兼ねる帽子形のメタルボトム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パッキング６およびメタルボトム８で正極缶１内を密封口している。
【００４９】
（実施例２）
顆粒合剤の水分率を２．５％とし、所定条件のエージング後に負極ゲル亜鉛粉に残存する水分率を亜鉛量に対して１４％とした以外は、実施例１と同様にＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鉛アルカリ電池を組立てた。
【００５０】
（比較例１）
顆粒合剤の水分率を３．５％とし、所定条件のエージング後に負極ゲル亜鉛に残存する水分率を亜鉛量に対して２０％とした以外は、実施例１と同様にＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鉛アルカリ電池を組立てた。
【００５１】
（比較例２）
顆粒合剤の水分率を４．０％とし、所定条件のエージング後に負極ゲル亜鉛に残存する水分率を亜鉛量に対して２３％とした以外は、実施例１と同様にＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鉛アルカリ電池を組立てた。
【００５２】
（比較例３）
顆粒合剤の水分率を２．０％とし、所定条件のエージング後に負極ゲル亜鉛に残存する水分率を亜鉛量に対して１１％とした以外は、実施例１と同様にＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鉛アルカリ電池を組立てた。
【００５３】
（比較例４）
顆粒合剤の水分率を１．５％とし、所定条件のエージング後に負極ゲル亜鉛に残存する水分率を亜鉛量に対して８％とした以外は、実施例１と同様にＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）亜鉛アルカリ電池を組立てた。
【００５４】
以上のようにして組立てたＬＲ６形亜鉛アルカリ電池について、放電性能として初度０℃における１２００ｍＡ（３ｓｅｃ．ＯＮ−７ｓｅｃ．ＯＦＦ）パルス放電持続時間（０．９Ｖまで、ｎ＝１２個の平均値）、４０℃雰囲気中における１０Ω６８ｈ後のガス発生量（ｎ＝１２個の平均値）を調べた。
それらの結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】

【００５６】
実施例１、２のように、顆粒合剤作製後に一定の相対湿度に保管することにより、顆粒合剤水分率を２．５〜３．０％にした。この顆粒合剤を用いた場合、正極合剤とセパレータが吸収する４０質量％苛性カリ水溶液量は１．３０〜１．４０ｇと一定となり、注液、ゲル充填後の正負極に分布する電解液量が一定となる。この場合、負極ゲル亜鉛に残存する水分率は亜鉛量に対して１４〜１８％となった。この結果から、低温重負荷特性の向上には、正負極電解液量の分布が重要であることが判明した。しかし、正極側に電解液量が多く偏ると、低温使用での重負荷放電特性が劣化し、逆に負極側に電解液量が多く偏ると、特に高温での過放電時に多量のガスが発生することも判明した。
【００５７】
なお、本実施例ではオキシ水酸化ニッケルにコーティングするコバルト化合物として、オキシ水酸化コバルトを用いたが、金属コバルト、金属ニッケル、水酸化コバルト、一酸化コバルト、三酸化二コバルトを用いても同様の結果が確認できた。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、高温中における過放電特性を損なうことなく、低温重負荷放電特性を改善し、高容量を実現できる電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る亜鉛アルカリ電池の要部構成を示す断面図。
【符号の説明】
１……金属缶（外装缶）
２……正極（正極合剤）
３……セパレータ
４……ゲル状負極
５……負極集電体
６……絶縁性ガスケット
７……リング状金属板
８……金属封口板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a zinc alkaline battery, and more particularly to a high performance zinc alkaline battery with improved low temperature heavy load discharge characteristics and overdischarge characteristics at high temperatures required for zinc alkaline batteries.
[0002]
[Prior art]
In a zinc-alkaline battery, a positive electrode active material is molded into a hollow cylindrical positive electrode molded body and accommodated in a container that also serves as a positive electrode, and a gelled negative electrode is accommodated in the center of the positive electrode molded body via a separator. In recent years, particularly in this alkaline battery, it has been required to improve the capacity, and various attempts have been made for that purpose. For example, it is known to reduce the content of graphite, which is a conductive material that also serves as a lubricant contained in a positive electrode mixture (see Patent Document 1).
[0003]
By the way, in recent digital mobile devices such as mobile phones and digital still cameras, various functions have been added and the use under heavy loads is increasing. In recent years, devices are often used in a low temperature environment. However, when used in a low temperature environment, the battery internal resistance tends to be high and the heavy load characteristics tend to be greatly reduced. For this reason, the characteristics of zinc alkaline batteries are inevitably required to be improved at low temperature heavy load discharge characteristics. However, in order to improve the low-temperature heavy load discharge performance, improvement of the positive and negative electrode utilization rate, increase in the filling amount of the positive and negative electrode active materials have been studied, but the current performance has not reached a significant improvement. .
Further, even the method described in Patent Document 1 does not provide a sufficiently satisfactory result for such a request for improvement in characteristics.
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-007292
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides a battery capable of improving low temperature heavy load discharge characteristics and realizing high capacity without impairing overdischarge characteristics at high temperatures. Objective.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a positive electrode comprising a bottomed cylindrical positive electrode can serving as a positive electrode terminal and a container, and a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide coated with a cobalt compound in a hollow cylindrical shape disposed in the positive electrode can. And a zinc-alkaline battery comprising a gelled zinc negative electrode filled in the hollow portion of the positive electrode mixture through a bottomed cylindrical separator, the gel when the amount of electrolyte in the positive and negative electrodes reaches an equilibrium state The zinc-alkaline battery is characterized in that the water content relative to the amount of zinc powder in the zinc-like negative electrode is 14 to 18%.
[0007]
In the present invention, the cobalt compound is preferably at least one selected from cobalt oxyhydroxide, dicobalt trioxide, cobalt monoxide, cobalt hydroxide, metallic nickel, and metallic cobalt.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention is an alkaline battery comprising a positive electrode using a positive electrode active material containing a nickel oxyhydroxide compound coated with a cobalt compound and the like, and a gelled zinc negative electrode, and the amount of electrolyte in the positive and negative electrodes The water content with respect to the amount of zinc powder in the gelled zinc negative electrode when the water reaches an equilibrium state is 14 to 18%.
The equilibrium state can be determined when the battery voltage is stable in the range of 1.700 to 1.740V.
[0009]
In the present invention, when the moisture content is lower than 14%, the low temperature heavy load discharge characteristics deteriorate. On the other hand, when the moisture content exceeds 18%, gas generation due to overdischarge is remarkable, and a practical battery cannot be obtained.
[0010]
In the present invention, the determination of whether or not the amount of electrolyte in the positive and negative electrodes has reached an equilibrium state includes, for example, aging the battery at 50 to 60 ° C. for 2 days, and then aging at room temperature for 4 days. It is possible to determine the equilibrium state at the time when aging is performed under conditions and no change in the open circuit voltage is observed.
[0011]
Various methods are known as methods for measuring the moisture content. For example, the following methods can be employed.
That is, (1) First, a weighing bottle with a lid such as quartz glass is prepared, and this is dried for 2 hours in a constant temperature bath maintained at 107 ° C. ± 2 ° C. with the lid of the weighing bottle displaced. Let (2) Next, the weighing bottle is covered, placed in a desiccator, allowed to cool to room temperature, and the mass of the weighing bottle is precisely weighed. Let this mass be A. (3) About 5 g of a sample whose moisture content is to be measured is put in this weighing bottle, and this is precisely weighed. Let this mass be B. (4) Next, the sample is dried for 2 hours in a thermostat kept at 107 ° C. ± 2 ° C. with the lid of the weighing bottle containing the sample being slid. (5) Next, the lid is put on, placed in a desiccator, allowed to cool to room temperature, and the mass of this weighing bottle is measured. Let this mass be C. (6) From the mass value obtained by the above process, the moisture content is calculated by the following equation.
Moisture content (%) = (BC) / (BA) × 100
[0012]
[Battery materials]
Hereinafter, the positive electrode material, the negative electrode material, and the electrolytic solution of the present invention will be described in detail.
[0013]
(Positive electrode material)
The positive electrode active material used in the present invention is mainly composed of nickel oxyhydroxide particles and the surface thereof is coated with a cobalt compound.
[0014]
Examples of the cobalt compound deposited on the surface include cobalt hydroxide (Co (OH)). ₂ ), Cobalt monoxide (CoO), dicobalt trioxide (Co ₂ O ₃ ), Cobalt oxyhydroxide (CoOOH) and tricobalt tetroxide (Co ₃ O ₄ Highly conductive high-order cobalt oxides such as) can also be used. Metal cobalt and metal nickel can also be used.
Thus, the electronic conductivity of the nickel oxyhydroxide particles can be ensured by further depositing a cobalt compound or the like on the nickel hydroxide surface.
[0015]
The positive electrode active material of the present embodiment can be manufactured, for example, by the following method.
That is, cobalt hydroxide is added to nickel hydroxide particles doped with zinc and cobalt, and an aqueous sodium hydroxide solution is sprayed while stirring in an air atmosphere. Subsequent microwave heating produces composite nickel hydroxide particles in which a layer of higher cobalt oxide is formed on the nickel hydroxide surface. Furthermore, an oxidation agent such as sodium hypochlorite is added to this reaction system to promote oxidation, and a composite nickel oxyhydroxide to which a cobalt high-order oxide is deposited can be produced. As a result, a positive electrode active material having extremely excellent conductivity can be obtained.
[0016]
The cobalt particles or cobalt compound particles used in this case have a specific surface area of 2.5 to 30 m. ² It is preferable to use cobalt hydroxide which is / g. By adopting cobalt particles or cobalt compound particles in this range, a contact area between nickel hydroxide and cobalt hydroxide is secured, leading to an improvement in the utilization rate of the positive electrode. The production of such a positive electrode mixture is described in JP-A-10-233229, JP-A-10-275620, JP-A-10-188969, and the like. The manufacturing method can be adopted.
[0017]
The nickel oxyhydroxide compound, which is the positive electrode active material, is preferably nickel oxyhydroxide in which zinc or cobalt alone or both are co-crystallized because the structural change can be reduced even at a low electrolyte ratio. The amount of zinc or cobalt to be eutectic with nickel oxyhydroxide is preferably in the range of 1 to 7% by mass. If the amount of zinc falls below this range, the positive electrode tends to swell, and the discharge capacity decreases. Moreover, depending on conditions, the degree of swelling of the positive electrode may increase, and the shape of the battery changes. On the other hand, if it exceeds this range, the nickel purity is relatively lowered and it is not suitable for increasing the capacity.
[0018]
Moreover, the capacity maintenance rate at the time of storage can be improved by adding the compound of Y, Er, Yb, Ca to the positive electrode active material which consists of the said nickel oxyhydroxide compound. Examples of the compound used in the present embodiment include Y ₂ O ₃ , Er ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Etc., and CaF ₂ And metal fluorides. These metal oxides and metal fluorides can be used in the range of 0.1 to 2% by mass with respect to nickel hydroxide as the positive electrode active material. When the compounding amount of the metal oxide or metal fluoride is below the above range, the effect of improving the storage characteristics is not obtained. On the other hand, when the compounding amount exceeds the above range, the amount of the positive electrode active material is relatively reduced. This is not preferable because it is not suitable for high capacity.
[0019]
In the present embodiment, manganese dioxide may be added to the positive electrode active material made of the nickel higher-order oxide. Thereby, generation of hydrogen gas at the time of overdischarge can be suppressed. In this embodiment, as manganese dioxide to be added to the nickel oxyhydroxide compound, electrolytic manganese dioxide used in general alkaline batteries can be used. The amount of manganese dioxide added is preferably in the range of 3 to 7 mass% with respect to the nickel higher-order oxide. If this added amount is below the above range, it is not sufficient to suppress the generation of hydrogen gas when the battery is overdischarged. On the other hand, if the added amount exceeds the above range, high rate characteristics, particularly low temperature The high rate characteristic in the environment deteriorates, which is not preferable.
[0020]
In the present embodiment, it is desirable to contain carbon particles in the positive electrode material in order to improve the conductivity and moldability of the positive electrode.
As such carbon particles, for example, acetylene black, carbon black, artificial graphite, natural graphite and the like can be used. The blending amount is appropriately in the range of positive electrode active material: carbon particles = 100: 3 to 10 (mass ratio). If the blending ratio of the carbon particles is higher than this, the amount of the active material is relatively reduced, so that it is not suitable for increasing the capacity. Unsuitable for output characteristics.
[0021]
In addition, it is preferable to add a binder to the positive electrode mixture of the present embodiment in order to enhance shape retention when molding the positive electrode mixture and maintain shape retention during the molding operation and in the battery. . Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), modified PVdF obtained by substituting at least one of hydrogen or fluorine of PVdF with another substituent, and vinylidene fluoride-6fluoride. A copolymer of propylene, a terpolymer of polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-6propylene fluoride, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, or the like can be used. The amount of the binder added is preferably in the range of 0.05 to 0.5 mass% with respect to the positive electrode mixture. When this addition amount falls below this range, the binder addition effect is not exhibited, and the yield of battery production decreases. On the other hand, when the amount of the binder exceeds this range, the battery capacity is impaired, which is not preferable.
[0022]
Furthermore, a lubricant can be added to the positive electrode mixture in order to facilitate the forming of the positive electrode material. Examples of such a lubricant include graphite and stearic acid. The addition amount is suitably in the range of 0.05 to 1.0 mass% with respect to the positive electrode mixture.
[0023]
(Negative electrode material)
The negative electrode material used in the present invention is a negative electrode material mainly composed of a zinc alloy that is a negative electrode active material, and zinc gel used in known manganese dioxide-zinc primary batteries can be used. In order to make the negative electrode material into a gel, it can be easily obtained by adjusting the electrolytic solution gel from the electrolytic solution and the thickener and dispersing the negative electrode active material therein.
[0024]
The zinc alloy used in the present invention may be a zinc alloy that does not contain mercury and lead, which is known as a non-anneaded zinc alloy. Specifically, a zinc alloy containing 0.06% by mass of indium, 0.014% by mass of bismuth, and 0.0035% by mass of aluminum is desirable because it has an effect of suppressing generation of hydrogen gas. In particular, indium and bismuth are desirable for improving discharge performance.
The reason for using a zinc alloy instead of pure zinc as the negative electrode active substance is that the self-dissolution rate in the alkaline electrolyte is slowed down to suppress hydrogen gas generation inside the battery when it is used as a sealed battery product. This is to prevent accidents caused by liquid.
Further, it is desirable that the zinc alloy is in a powder form so that the surface area can be increased to cope with a large current discharge. In the present invention, the preferred average particle diameter of the zinc alloy is preferably in the range of 100 to 350 μm. When the average particle diameter of the zinc alloy exceeds the above range, the surface area becomes relatively small and it becomes difficult to cope with the large current discharge. Also, if the average particle size is below the above range, handling during battery assembly is difficult, and it becomes difficult not only to mix uniformly with the electrolyte and gelling agent, but also because the surface is active, it is oxidized. It is easy and unstable.
[0026]
Moreover, as a thickener used in this invention, polyvinyl alcohol, polyacrylate, CMC, alginic acid, etc. can be used. In particular, sodium polyacrylate is preferable because of its good stability against strong alkali.
[0027]
(Electrolyte)
The electrolytic solution used in the present invention is preferably an aqueous solution using an alkali salt such as potassium hydroxide or sodium hydroxide as a solute, and particularly preferably potassium hydroxide is used.
In the present invention, an alkaline salt such as potassium hydroxide is dissolved in water to form an electrolytic solution, and it is desirable to add a zinc compound to the electrolytic solution. Such zinc compounds include compounds such as zinc oxide and zinc hydroxide, with zinc oxide being particularly preferred.
[0028]
The alkaline aqueous solution containing at least a zinc compound is used as the electrolytic solution because the zinc alloy self-dissolution in the alkaline aqueous solution is remarkably less than that of the acidic electrolytic solution, and further in the alkaline electrolytic solution of the zinc alloy. This is to further suppress the self-dissolution of zinc by dissolving a zinc compound, for example, zinc oxide, and pre-existing zinc ions.
[0029]
In the present invention, as described above, in the nickel zinc primary battery, the moisture content with respect to the amount of zinc powder in the gelled zinc negative electrode when the amount of electrolyte in the positive and negative electrodes reaches an equilibrium state is set to 14 to 18%. As a result, the low temperature heavy load discharge characteristics can be improved and a high capacity can be realized without impairing the overdischarge characteristics.
[0030]
[Battery structure]
Hereinafter, detailed embodiments of the battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows that the present invention is applied to a JIS standard LR6 type (AA) battery called a so-called inside-out structure (a structure in which the battery can body is on the positive electrode side and the battery lid side is on the negative electrode side). It is an example.
[0031]
In the figure, reference numeral 1 denotes a bottomed cylindrical metal can also serving as a positive electrode terminal, and a positive electrode mixture 2 containing a hollow cylindrical positive electrode active material is accommodated in the metal can 1. The hollow inside of the positive electrode mixture 2 is filled with a gel-like zinc negative electrode material 4 through a bottomed cylindrical separator 3 made of a nonwoven fabric or the like. A negative electrode current collector rod 5 made of a metal rod is inserted into the negative electrode material 4, and one end of the negative electrode current collector rod 5 protrudes from the surface of the negative electrode material 4 to serve as a ring-shaped metal plate 7 and a cathode terminal. 8 is electrically connected. An insulating gasket 6 made of a double annular plastic resin is disposed on the inner surface of the metal can 1 serving as the positive electrode and the outer peripheral surface of the protruding portion of the negative electrode current collecting rod 5, and these are insulated. The ring-shaped metal plate 7 and the metal sealing plate 8 are formed with holes 10 and 11 that serve as gas outlets when the safety valve is operated, and the insulation gasket 6 has one of them when the battery internal pressure rises above a predetermined pressure. A safety valve membrane 9 is provided for cleaving the part to flow out gas and lowering the internal pressure. The opening of the metal can 1 is caulked and sealed in a liquid-tight manner.
[0032]
[Production method]
Hereinafter, a process for manufacturing such a battery will be described in detail.
[0033]
(1) Preparation of positive electrode mixture
Nickel oxyhydroxide particles having a cobalt compound on the surface are prepared using the required raw materials. The conductivity can also be improved by further oxidizing the cobalt compound on the surface of the nickel oxyhydroxide particles and adding the cobalt compound to the cobalt higher-order oxide.
[0034]
The positive electrode compact is composed of the positive electrode active material, manganese dioxide, carbonaceous conductive material, binder, electrolytic solution, and, if desired, a lubricant. These materials are molded as a positive electrode mixture by processes such as mixing, stirring, compression, crushing, sieving, and molding.
[0035]
Dry stirring: Manganese dioxide powder and graphite powder are added to nickel oxyhydroxide powder, which is a positive electrode active material, in required amounts, and dry stirring is performed using a universal stirring mixer. The stirring time is about 5 minutes.
[0036]
Wet stirring: The electrolyte solution is added to 100 parts by mass of the mixed powder obtained by the dry stirring, and wet stirring is performed with a universal stirring mixer. By this step, the positive electrode mixture component powders mixed by the dry stirring are adhered to each other and can be molded. The amount of the electrolyte used in this step is about 2 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode mixture component, and about 5 minutes is sufficient for the stirring time.
[0037]
Compression: Next, the obtained mixture is compressed into a plate shape by a twin roll press. At this time, the pressure or the like of the roll press is adjusted so that the thickness of the plate-like object to be compressed is about 1 mm.
[0038]
Crushing: Subsequently, this plate-like object to be compressed is crushed by a crusher.
[0039]
Sieving: Next, it is classified by an automatic sieving machine of 22 to 100 mesh to obtain a granular positive electrode mixture having a particle size of about 150 to 710 μm.
[0040]
Mixing and stirring: A predetermined amount of a stearic acid compound powder, which is a lubricant, is added to the granular mixture obtained by the above-mentioned step and mixed and stirred. A stirring time of about 5 minutes is sufficient. Thereby, a granular positive electrode mixture can be produced.
[0041]
Molding of positive electrode mixture: Using a positive electrode mixture molding die corresponding to a JIS standard LR6 type battery, the hollow positive electrode mixture is pressure-molded.
[0042]
(2) Preparation of negative electrode mixture
A gelled zinc negative electrode is prepared by stirring and mixing a zinc-free zinc alloy powder, a zinc oxide-added potassium hydroxide aqueous solution (electrolytic solution), and a gelling agent under reduced pressure.
[0043]
(3) Production of separator
A non-woven fabric made of fibers such as vinylon resin is dressed, and a part thereof is heated and bonded to produce a cylindrical body. Further, for example, a disc is punched from a polyethylene resin sheet, and this disc is heated and bonded to one end of the cylindrical body to produce a bottomed cylindrical separator.
[0044]
(4) Alkaline battery assembly
The positive electrode mixture having a hollow cylindrical shape produced in the above process is accommodated in a metal positive electrode container, and then a separator is disposed in the hollow portion of the positive electrode mixture. And after inject | pouring electrolyte solution, a gel-like negative electrode is inject | poured inside a separator. Then, a required battery component such as an insulating gasket is fitted inside the gelled negative electrode, the other end of the negative electrode current collector rod provided with a sealing plate also serving as a cathode terminal is inserted into one end, and the opening of the battery container is opened. Assemble the battery.
[0045]
The assembled battery is aged at 50 to 60 ° C. for 2 days, and then aged for 4 days at room temperature. Thus, the battery can be brought into an equilibrium state without voltage fluctuation. The present invention controls the moisture content relative to the amount of zinc powder in the gelled zinc negative electrode in this state. In order to control the moisture content with respect to the amount of zinc powder in the gelled zinc negative electrode in an equilibrium state within a predetermined range, it is possible to control the amount of moisture contained in all the materials used in the battery manufacturing process. it can. In particular, by making the positive electrode active material, which is the raw material of the positive electrode mixture, into a granular form in the raw material preparation step, storing it at 20 to 25 ° C. at 60% RH or less, and reducing the amount of water contained in the granular raw material It becomes easy to control to a predetermined moisture content. Specifically, at the battery design stage, a battery with various moisture contents is prototyped, and the battery is manufactured according to the manufacturing conditions of the battery with the optimum moisture content, thereby producing a battery with the required moisture content. can do.
[0046]
【Example】
Examples of the present invention and comparative examples will be described in detail below.
(Example 1)
First, to 120 parts by mass of nickel oxyhydroxide powder coated with cobalt oxyhydroxide, 7 parts by mass of artificial graphite having an average particle diameter of 30 μm by a laser diffraction method was added as a conductive agent, followed by 0.12 parts by mass of polyethylene. Then, dry stirring is performed for 10 minutes at a rotation speed of 300 rpm, and then 6.2 parts by weight of 40% by weight caustic potash aqueous solution as a kneading liquid is added, and wet stirring is performed for 10 minutes at a rotation speed of 300 rpm, and further uniform mixing Therefore, the mixture was stirred for 10 minutes at a wet stirring speed of 600 rpm to obtain a stirring mixture. Subsequently, the stirring mixture was compressed to a compressive strength of 200 kg / mm. ² The powder was pressed to produce a thin piece. Furthermore, the granule mixture was produced by crushing the thing of a thin piece state using a classifier. The granule mixture was stored in a constant relative humidity atmosphere for a certain period, and the moisture content after drying at 107 ° C. for 2 hours was 3%.
[0047]
Thereafter, a positive electrode mixture having a constant weight and a predetermined size is formed and inserted into the positive electrode can. Thereafter, repressurization is performed in order to achieve close contact between the positive electrode mixture and the positive electrode can. Further, the separator is inserted into the positive electrode mixture hollow portion. At this time, the amount of 40% by mass caustic potash solution absorbed by the positive electrode mixture and the separator was set to 1.30 g depending on the storage conditions of the granule mixture. Thereafter, a predetermined amount of 40% by mass aqueous caustic potash solution is injected into the separator, and then a predetermined amount of gel zinc of a predetermined composition is filled. After the battery was sealed, it was brought into an equilibrium state with no voltage fluctuation by aging under predetermined conditions. At this time, the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc was set to 18% with respect to the amount of zinc.
Thus, the JIS standard LR6 type (AA) sub-alkaline alkaline battery shown in FIG. 1 was assembled.
[0048]
In this figure, reference numeral 1 denotes a bottomed cylindrical positive electrode can that also serves as a positive electrode terminal. The positive electrode can 1 is filled with a positive electrode mixture 2 that is formed into a hollow cylindrical shape by the above-described method. The hollow portion of the positive electrode mixture 2 is filled with negative electrode gel zinc 4 through a bottomed cylindrical separator 3 made of a nonwoven fabric of acetalized polypinyl alcohol fibers. A current collector rod 5 made of brass plated with tin is mounted in the negative electrode gel zinc 4 so that its upper end protrudes from the negative electrode gel zinc 4. On the outer peripheral surface of the protruding portion of the current collecting rod 5 and the upper inner peripheral surface of the positive electrode can 1, a packing 6 made of a double annular polyamide resin is disposed. A ring-shaped metal plate 7 is disposed between the double annular portions of the packing 6, and a hat-shaped metal bottom 8 that also serves as a negative electrode terminal contacts the head of the current collecting rod 5 on the metal plate 7. It is arranged like this. The inside of the positive electrode can 1 is sealed with the packing 6 and the metal bottom 8 by bending the opening edge of the positive electrode can 1 inward.
[0049]
(Example 2)
JIS standard LR6 type as in Example 1 except that the moisture content of the granule mixture is 2.5% and the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc powder after aging under a predetermined condition is 14% with respect to the amount of zinc. A (AA) zinc alkaline battery was assembled.
[0050]
(Comparative Example 1)
JIS standard LR6 form (Example 1) except that the moisture content of the granule mixture was 3.5% and the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc after aging under a predetermined condition was 20% with respect to the amount of zinc. AA) Zinc alkaline battery was assembled.
[0051]
(Comparative Example 2)
JIS standard LR6 type (Example 1) except that the moisture content of the granule mixture was 4.0%, and the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc after aging under predetermined conditions was 23% with respect to the amount of zinc. AA) Zinc alkaline battery was assembled.
[0052]
(Comparative Example 3)
The JIS standard LR6 type (as in Example 1) except that the moisture content of the granule mixture was 2.0% and the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc after aging under predetermined conditions was 11% with respect to the amount of zinc. AA) Zinc alkaline battery was assembled.
[0053]
(Comparative Example 4)
JIS standard LR6 form (Example 1) except that the moisture content of the granule mixture was 1.5% and the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc after aging under predetermined conditions was 8% with respect to the amount of zinc. AA) Zinc alkaline battery was assembled.
[0054]
About the LR6 type zinc alkaline battery assembled as described above, the discharge performance is 1200 mA (3 sec.ON-7 sec.OFF) pulse discharge duration at 0 ° C. (up to 0.9 V, n = 12 average value), The amount of gas generated after 10Ω68h in an atmosphere of 40 ° C. (n = 12 average value) was examined.
The results are shown in Table 1.
[0055]
[Table 1]

[0056]
As in Examples 1 and 2, the moisture content of the granule mixture was adjusted to 2.5 to 3.0% by storing it at a constant relative humidity after preparation of the granule mixture. When this granule mixture is used, the amount of the 40% by mass caustic potash aqueous solution absorbed by the positive electrode mixture and the separator is constant at 1.30 to 1.40 g, and the amount of electrolyte distributed in the positive and negative electrodes after injection and gel filling Is constant. In this case, the moisture content remaining in the negative electrode gel zinc was 14 to 18% with respect to the amount of zinc. From this result, it was found that the distribution of the positive and negative electrode electrolytes is important for improving the low temperature heavy load characteristics. However, if the amount of electrolyte is biased to the positive electrode side, the heavy load discharge characteristics at low temperature use deteriorate, and conversely, if the amount of electrolyte solution is biased to the negative electrode side, a large amount of gas is generated especially during overdischarge at high temperatures. It also turned out to be.
[0057]
In this example, cobalt oxyhydroxide was used as a cobalt compound to be coated on nickel oxyhydroxide. However, the same can be said by using metallic cobalt, metallic nickel, cobalt hydroxide, cobalt monoxide, and dicobalt trioxide. The result was confirmed.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a battery capable of improving the low temperature heavy load discharge characteristics and realizing a high capacity without impairing the overdischarge characteristics at high temperatures.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a zinc alkaline battery according to an example.
[Explanation of symbols]
1 …… Metal can (exterior can)
2 …… Positive electrode (positive electrode mixture)
3 …… Separator
4 ... Gel negative electrode
5 …… Negative electrode current collector
6. Insulating gasket
7. Ring metal plate
8 …… Metal sealing plate

Claims

A bottomed cylindrical positive electrode can also serving as a positive electrode terminal and a container; a hollow cylindrically disposed positive electrode made of a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide coated with a cobalt compound and disposed in the positive electrode can; In a zinc alkaline battery comprising a gelled zinc negative electrode filled in a hollow part of the positive electrode mixture through a cylindrical separator,
A zinc-alkaline battery characterized by having a moisture content of 14 to 18% with respect to the amount of zinc powder in the gelled zinc negative electrode when the amount of electrolyte in the positive and negative electrodes reaches an equilibrium state.

The zinc-alkaline battery according to claim 1, wherein the cobalt compound is at least one selected from cobalt oxyhydroxide, dicobalt trioxide, cobalt monoxide, cobalt hydroxide, metallic nickel, and metallic cobalt.