JP2005276698A - アルカリ電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 放電容量を損なうことなく、過放電によるガス発生を抑制し、耐漏液性に優れたアルカリ電池を提供する。
【解決手段】 アルカリ電池が、正極２と、負極３と、セパレータ４とからなる電極体、負極内に挿入される負極集電体６、および電極体中に含まれるアルカリ水溶液からなる電解液を収容する電池缶１、ならびに電池缶の開口部を封口する封口体５を具備し、正極の電気容量に対する負極の電気容量比が１．００〜１．１５であり、かつ電池缶および封口体で形成される電池内部の容積に対する、この容積から電解液を含む電極体および負極集電体が占める体積を除いた部分の割合が、５〜１５％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極活物質に二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルを用いたアルカリ電池に関する。
アルカリ電池は、正極端子を兼ねる正極ケースの中に、正極ケースに密着して円筒状の正極合剤を配置し、その中央にセパレータを介してゲル状負極を配置した構造を有する。近年、この電池が用いられる機器の負荷が増大しているため、強負荷放電特性に優れた電池が要望されている。そこで、強負荷放電特性の向上に対して、正極合剤にオキシ水酸化ニッケルを混合することが検討されている。
例えば、特許文献１では、次のような電池が提案されている。オキシ水酸化ニッケルを含有する正極合剤を筒状に形成する。この正極合剤の内側にセパレータを介して負極を配置することにより電極体を構成する。この電極体を有底円筒状の電池缶内に収納し、電池缶の開口部に封口ユニットを嵌合して封止する。そして、正極合剤中に含まれるオキシ水酸化ニッケルが過放電時に膨張することを考慮して、この封止ユニットと正極合剤との間に、正極合剤の高さの５〜１０％に相当する隙間を設ける。
しかし、正極に対する負極の電気容量比（負極の電気容量／正極の電気容量）が大きいと、過放電時に水素ガスが発生し、電池の内圧が上昇することにより、漏液してしまう可能性がある。
特開２００２−１９８０６０号公報
そこで、本発明では、放電容量を損なうことなく、過放電によるガス発生を抑制し、耐漏液性に優れたアルカリ電池を提供することを目的とする。
本発明のアルカリ電池は、正極活物質として二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルを含む正極と、負極活物質として亜鉛または亜鉛合金を含む負極と、前記正極と負極との間に配されるセパレータとからなる電極体、前記負極内に挿入される負極集電体、および前記電極体中に含まれるアルカリ水溶液からなる電解液を収容する電池缶、ならびに前記電池缶の開口部を封口する封口体を具備するアルカリ電池であって、前記正極の電気容量に対する負極の電気容量比が１．００〜１．１５であり、かつ前記電池缶および封口体で形成される電池内部の容積に対する、前記容積から電解液を含む電極体および負極集電体が占める体積を除いた部分の割合が、５〜１５％であることを特徴とする。
前記二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの重量比が、２０〜９０：８０〜１０であるのが好ましい。
前記二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの重量比が、４０〜６０：６０〜４０であるのが好ましい。
本発明によれば、放電容量を損なうことなく、過放電によるガス発生を抑制し、耐漏液性に優れたアルカリ電池を提供することができる。
本発明の一実施の形態を図１を参照しながら説明する。図１は、円筒形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。
正極端子を兼ねる電池缶１の内面に密着した状態で中空円筒状の正極２が配されている。正極２には、例えば、活物質としての二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルの混合物、ならびに導電剤としての黒鉛からなる正極合剤が用いられる。
この正極２の内側には、有底円筒形のセパレータ４が配置され、さらにセパレータ４の内側には、負極集電体が挿入された負極３が配置される。負極３には、例えば、ポリアクリル酸ソーダ等のゲル化剤を加えたアルカリ電解液に、亜鉛または亜鉛合金粉末を分散混合したゲル状負極が用いられる。亜鉛合金には、例えば、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＡｌを含む亜鉛合金が用いられる。
そして、この正極２、負極３およびセパレータ４からなる電極体は、アルカリ水溶液からなる電解液を含む。
負極集電体６は、封口体５、負極端子を兼ねる底板７、および絶縁ワッシャー８と一体化している。電池缶１の開口端部が、封口体５の端部を介して底板７の周縁部にかしめつけられることにより、電池缶の開口部が封口されている。外装ラベル９により電池缶１の外表面が被覆されている。
正極２の電気容量に対する負極３の電気容量比（負極の電気容量／正極の電気容量）が１．００〜１．１５である。１．００未満では、負極の電気容量が小さすぎるため、放電性能が低下する。一方、１．１５を超えると、負極の電気容量に対して正極の電気容量が小さ過ぎるため、過放電時に水素ガスが発生し、電池内圧が上昇し、漏液し易くなる。
電池缶１および封口体５で形成される電池内部の容積に対する、前記容積から電解液を含む電極体および負極集電体６が占める体積を除いた部分の割合（以下、空隙率と表す）が、５〜１５％である。
なお、図１では、負極集電体６の一部が、封口体５の中央部に設けられた孔５ａに挿入され、さらに外側に露出している。この場合における電池内部の容積とは、電池缶１と、孔５ａを含む封口体５とで囲まれた内側の部分の容積を示す。また、負極集電体６が占める体積は、上述した電池内部において負極集電体６が占める体積を示す。すなわち、負極集電体６の孔５ａに挿入された部分および外側に露出した部分の体積は除かれる。
空隙率が５％未満では、正極の膨張により封口体が変形したり、電池内部で発生するガスにより内圧が上昇したりすることにより、漏液しやすくなる。一方、空隙率が１５％を超えると、活物質量が減少し、放電性能が低下する。
上記の構成において、正極活物質である二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの混合重量比は、２０〜９０：８０〜１０が好ましい。過放電時のガス発生が抑制され、かつオキシ水酸化ニッケルによる優れた強負荷放電特性が得られる。さらに、好ましくは４０〜６０：６０〜４０である。
《実施例１》
上述した図１と同様の構造の単三形のアルカリ乾電池ＺＲ６を作製した。
正極２には次のように作製したものを用いた。まず、二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルと黒鉛とアルカリ電解液とを、重量比５０：５０：６：１の割合で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついでフレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状とした正極合剤を用いた。
負極３には、ゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウム１重量部、アルカリ電解液を３３重量部および亜鉛粉末６６重量部からなるゲル状負極を用いた。セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維とレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。アルカリ電解液には、４０重量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いた。
上記で得られた正極重量、および負極重量を調整して、正極の電気容量に対する負極の電気容量比、および空隙率を表１に示すように種々に変えて、電池１〜２３を作製した。なお、実施例の電池は、電池４〜８、１０〜１４、および１６〜２０であり、比較例の電池は、電池１〜３、９、１５、および２１〜２３である。
Figure 2005276698
［電池の評価］
（１）放電性能
２０℃の環境下、１Ｗの定電力で連続放電した。そして、放電性能を電池１３の場合の放電時間を１００とした指数として表し、指数が８５以上の場合に放電性能が優れているものと評価した。
（２）耐漏液特性
３０℃、９０％ＲＨの環境下で、１０Ωで１０日間連続放電した。そして、放電後の電池を水中にて分解し、電池内部に蓄積されたガスをメスシリンダーに捕集し、ガスの発生量を調べた。また、放電後に、漏液した電池の個数を調べた。この時、試験した電池数は１００個とした。
正極の電気容量に対する負極の電気容量比が、１．００〜１．１５、かつ空隙率が５〜１５％の場合に、優れた耐漏液性および放電性能が得られた。
《実施例２》
二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの重量比を表２に示すように種々に変えた以外は、実施例１と同様の条件でアルカリ乾電池２４〜５５を作製した。そして、実施例１と同様の条件で電池を評価した。
Figure 2005276698
二酸化マンガンと、オキシ水酸化ニッケルとの重量比が２０〜９０：８０〜１０の場合に、優れた耐漏液性および放電性能が得られた。
本発明のアルカリ電池は、通信機器、携帯機器等の電子機器用の電源として用いられる。
本発明のアルカリ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 電池缶
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ 封口体
５ａ 孔
６ 負極集電体
７ 底板
８ 絶縁ワッシャー
９ 外装ラベル

Claims (3)

  1. 正極活物質として二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルを含む正極と、負極活物質として亜鉛または亜鉛合金を含む負極と、前記正極と負極との間に配されるセパレータとからなる電極体、前記負極内に挿入される負極集電体、および前記電極体中に含まれるアルカリ水溶液からなる電解液を収容する電池缶、ならびに前記電池缶の開口部を封口する封口体を具備するアルカリ電池であって、
    前記正極の電気容量に対する前記負極の電気容量比が１．００〜１．１５であり、かつ前記電池缶および封口体で形成される電池内部の容積に対する、前記容積から電解液を含む電極体および負極集電体が占める体積を除いた部分の割合が、５〜１５％であることを特徴とするアルカリ電池。
  2. 前記二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの重量比が、２０〜９０：８０〜１０である請求項１記載のアルカリ電池。
  3. 前記二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとの重量比が、４０〜６０：６０〜４０である請求項１記載のアルカリ電池。
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