JP2006185848A - Alkaline dry cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、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用いたアルカリ乾電池に関する。 The present invention relates to an alkaline battery using manganese dioxide and nickel oxyhydroxide as a positive electrode active material.
LRなどのアルカリマンガン乾電池は、有底筒状の正極缶内に環状の正極(正極合剤、正極コア)が装填され、この正極の内側に筒状セパレータが配置され、このセパレータの内側にゲル状負極(負極ゲル)が充填されるとともに、上記正極缶の開口部が負極端子板とガスケットで封口された構造を有する。正極は、正極活物質として二酸化マンガンを含むものが使用されてきた。 In alkaline manganese batteries such as LR, a circular positive electrode (positive electrode mixture, positive electrode core) is loaded in a bottomed cylindrical positive electrode can, a cylindrical separator is placed inside the positive electrode, and a gel is placed inside the separator. A negative electrode (negative electrode gel) is filled, and the opening of the positive electrode can is sealed with a negative electrode terminal plate and a gasket. As the positive electrode, one containing manganese dioxide as a positive electrode active material has been used.
一方、近年は、電池を使用する機器(電池利用機器)の負荷(消費電力)が大きくなり、強負荷放電特性にすぐれた電池が要望されるようになってきた。また、最近は、DC−DCインバータなどの電圧安定化機能を内蔵した電池利用機器が多くなってきたが、このような機器では、電池の起電力特性(電圧特性)よりも、発電容量の絶対量が優先される。 On the other hand, in recent years, the load (power consumption) of a device using a battery (battery-utilizing device) has increased, and a battery having excellent heavy load discharge characteristics has been demanded. Recently, battery-powered devices with a built-in voltage stabilizing function such as a DC-DC inverter have increased. However, in such devices, the absolute power generation capacity is more than the electromotive force characteristics (voltage characteristics) of the battery. Quantity is preferred.
そこで、正極合剤中にオキシ水酸化ニッケルを混合させることにより強負荷放電特性を向上させたアルカリ乾電池が提供されるようになった(たとえば、特許文献1参照)。
しかし、正極合剤中にオキシ水酸化ニッケルを混合させたアルカリ乾電池は、強負荷放電特性にすぐれてはいるが、正極活物質として二酸化マンガンだけを使用した従前のアルカリ乾電池に比べて、電池内部でガス発生が生じやすいという問題のあることが、本発明者らによりあきらかとされた。このガス発生は電池漏液の原因となり、電池の信頼性を大きく損なう。 However, alkaline dry batteries in which nickel oxyhydroxide is mixed in the positive electrode mixture have excellent high-load discharge characteristics, but compared to conventional alkaline batteries that use only manganese dioxide as the positive electrode active material, Therefore, the present inventors have made it clear that there is a problem that gas is easily generated. This gas generation causes battery leakage and greatly impairs battery reliability.
ここで、本発明者らが知得したところによると、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルを使用したアルカリ乾電池では、正極合剤に含まれるオキシ水酸化ニッケルが何らかの理由で負極(負極ゲル)に混入することが、ガス発生の原因になることが判明した。 Here, according to what the present inventors have learned, in an alkaline dry battery using nickel oxyhydroxide as a positive electrode active material, the nickel oxyhydroxide contained in the positive electrode mixture becomes a negative electrode (negative electrode gel) for some reason. It has been found that mixing causes gas generation.
さらに、正極缶に装填された正極合剤の一部が負極側に移動することによって上記ガス発生が生じやすくなることが判明した。正極合剤と負極の間はセパレータで隔離されているが、たとえば製造工程あるいはライン搬送中の振動等により、正極合剤の一部が粉体や粉塵となって負極側に混入することが考えられる。その混入は極めてわずかであっても、保存条件によっては漏液に至らしめるほどのガス発生を生じさせる原因となる。 Further, it has been found that the gas generation is likely to occur when a part of the positive electrode mixture loaded in the positive electrode can moves to the negative electrode side. The positive electrode mixture and the negative electrode are separated by a separator. For example, part of the positive electrode mixture may be mixed into the negative electrode as powder or dust due to vibration during the manufacturing process or line conveyance. It is done. Even if the contamination is very slight, depending on the storage conditions, it may cause gas generation to the extent that leakage occurs.
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、強負荷放電特性にすぐれるとともに、ガス発生を生じ難くして信頼性を高めたアルカリ乾電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an alkaline dry battery that has excellent heavy load discharge characteristics and is less likely to generate gas and has improved reliability.
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Other objects and configurations of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本発明は次のような手段を提供する。
(1)有底筒状の正極缶内に、二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルを正極活物質として含む環状の正極が装填され、この正極の内側に筒状セパレータが配置され、このセパレータの内側にゲル状負極が充填されるとともに、上記正極缶の開口部が負極端子板とガスケットを用いて封口されたアルカリ乾電池において、正極に含まれるオキシ水酸化ニッケルの含有量が、正極缶の開口部側端部にてゼロまたは選択的に少ないことを特徴とするアルカリ乾電池。
The present invention provides the following means.
(1) An annular positive electrode containing manganese dioxide and nickel oxyhydroxide as a positive electrode active material is loaded into a bottomed cylindrical positive electrode can, and a cylindrical separator is disposed inside the positive electrode. In an alkaline battery filled with a gelled negative electrode and the opening of the positive electrode can sealed with a negative electrode terminal plate and a gasket, the content of nickel oxyhydroxide contained in the positive electrode is the opening side of the positive electrode can. An alkaline battery characterized in that it is zero or selectively small at the end.
上記手段(1)においては、次のような手段が実施形態としてとくに好適である。
(2)上記手段(1)において、正極は、正極缶内に積層状に装填された複数の環状正極コアからなり、正極缶の開口部側端部に位置する正極コアのオキシ水酸化ニッケル含有量が、ゼロまたは他の位置の正極コアよりも少ないことを特徴とするアルカリ乾電池。
In the above means (1), the following means are particularly suitable as an embodiment.
(2) In the above means (1), the positive electrode is composed of a plurality of annular positive cores loaded in a stacked manner in the positive electrode can, and the positive electrode core contains nickel oxyhydroxide positioned at the end of the positive electrode can An alkaline battery characterized in that the amount is less than zero or other positive electrode cores.
(3)上記手段(1)または(2)のいずれかにおいて、正極は、正極缶内に積層状に装填された複数の環状正極コアからなり、その積層の両端に位置する正極コアのオキシ水酸化ニッケル含有量が、ゼロまたは他の位置の正極コアよりも少ないことを特徴とするアルカリ乾電池。 (3) In any one of the above means (1) or (2), the positive electrode is composed of a plurality of annular positive cores loaded in a stacked manner in a positive electrode can, and the positive core oxywater located at both ends of the stacked layers An alkaline dry battery characterized in that the content of nickel oxide is less than that of a positive electrode core at zero or other positions.
(4)上記手段(1)〜(3)のいずれかにおいて、正極コアに含まれるオキシ水酸化ニッケルの含有量が、正極缶の開口部側の端部にて30%以下であることを特徴とするアルカリ乾電池。オキシ水酸化ニッケルがコバルトと亜鉛を含有することを特徴とするアルカリ乾電池。 (4) In any one of the above means (1) to (3), the content of nickel oxyhydroxide contained in the positive electrode core is 30% or less at the end on the opening side of the positive electrode can. Alkaline battery. An alkaline dry battery characterized in that nickel oxyhydroxide contains cobalt and zinc.
(5)上記手段(1)〜(4)のいずれかにおいて、オキシ水酸化ニッケルがコバルトと亜鉛を含有することを特徴とするアルカリ乾電池。 (5) The alkaline dry battery according to any one of the above means (1) to (4), wherein the nickel oxyhydroxide contains cobalt and zinc.
上記手段により、正極合剤中のオキシ水酸化ニッケルが負極に混入することによるガス発生を確実に防止することができ、これにより、強負荷放電特性にすぐれるとともに、ガス発生を生じ難くして信頼性を高めたアルカリ乾電池を提供することができる。 By the above means, it is possible to reliably prevent gas generation due to mixing of nickel oxyhydroxide in the positive electrode mixture into the negative electrode, thereby improving the high load discharge characteristics and making gas generation difficult. An alkaline dry battery with improved reliability can be provided.
上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
図1は本発明によるアルカリ乾電池の一実施形態を示す。同図に示すアルカリ乾電池10は、有底筒状の金属製正極缶11内に環状の正極合剤21が装填され、この正極合剤21の内側に筒状セパレータ22が配置され、このセパレータ22の内側にゲル状負極(負極ゲル)23が充填されるとともに、上記正極缶11の開口部が負極端子板25とガスケット26で封口された構造を有する。負極23には、負極端子板25の内側に突設された負極集電子24が貫入している。
FIG. 1 shows an embodiment of an alkaline battery according to the present invention. In the alkaline
正極缶11はニッケルメッキ鋼鈑を用いた有底円筒状容器であって、正極集電体と正極端子を兼ねる。正極合剤21は、積層状に装填されて3個の正極コア21A,21B,21Bにより形成されている。
The positive electrode can 11 is a bottomed cylindrical container using a nickel-plated steel plate and serves as a positive electrode current collector and a positive electrode terminal. The
正極コア21A,21B,21Bには、正極活物質として二酸化マンガンだけを含み、オキシ水酸化ニッケルは含まない第1の正極コア21Aと、正極活物質としてオキシ水酸化ニッケルを含み、さらに必要に応じてコバルトと亜鉛を含むが、二酸化マンガンは含まない第2の正極コア21Bとが使用されている。正極缶11の開口部側端部に位置するところには第1の正極コア21Aを配置し、正極缶11の中間部および底側に位置するところには第2の正極コア21Bを配置している。
The
上記アルカリ乾電池10は、正極合剤21の活物質としてオキシ水酸ニッケルを含むことにより、活物質として二酸化マンガンだけを使用したアルカリ乾電池よりもすぐれた強負荷放電特性を有することができる。
By including nickel oxyhydroxide as the active material of the
また、アルカリ乾電池10の製造過程などにおいて、正極缶11の開口部側端部に位置する正極コア21Aの一部とくに表面部が、粉体や粉塵などの形で負極23側に移行することが考えられるが、その正極コア21Aにはオキシ水酸化ニッケルが含まれていないため、負極23にオキシ水酸化ニッケルが混入することによるガス発生を効果的に防止することができる。
In addition, in the manufacturing process of the
これにより、強負荷放電特性にすぐれているとともに、ガス発生が生じ難くい高信頼性のアルカリ乾電池を作製することができる。このガス発生の防止効果は、正極缶11開口部側端部でのオキシ水酸化ニッケルの含有量を少なくすることによっても得ることができる。 As a result, it is possible to manufacture a highly reliable alkaline dry battery that has excellent heavy load discharge characteristics and hardly generates gas. This gas generation prevention effect can also be obtained by reducing the content of nickel oxyhydroxide at the opening side end of the positive electrode can 11.
図2は本発明の別の実施形態を示す。複数の正極コアを正極缶11内に積層状に装填する場合、同図の(a)に示すように、その積層の両端に第1の正極コア21Aを配置し、中間に第2の正極コア21Bを配置してもよい。また、同図の(b)に示すように、正極缶11の開口部に近い側に第1の正極コア21Aを2つ重ねて配置し、正極缶11の底部側に第2の正極コア21Bを配置してもよい。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. When a plurality of positive electrode cores are stacked in the positive electrode can 11, as shown in (a) of the figure, first
図3は本発明のさらに別の実施形態を示す。正極合剤21が4層の正極コアによって構成される場合、第1の正極コア21Aと第2の正極コア21Bは、同図の(a)〜(d)にそれぞれ示すような配置が有効である。
FIG. 3 shows yet another embodiment of the present invention. When the
[実施例1]
次のような2種類の正極コアA,Bを用意し、この2種類の積層順序の組み合わせにより8種類の筒形アルカリ乾電池(No.1〜8)を作製した。
[Example 1]
The following two types of positive electrode cores A and B were prepared, and eight types of cylindrical alkaline batteries (Nos. 1 to 8) were prepared by combining these two types of stacking orders.
正極コアA:二酸化マンガン90重量%、導電剤としてグラファイトを5重量%、バインダを0.2重量%、40%KOH水溶液を4.8重量%の割合で混合した。これをローラコンパクタにて圧延し、シート状にした後、解砕、篩い分けを行った。これを、金型を用いてコア形状に成形した。
正極コアB:コバルトと亜鉛を含むオキシ水酸化ニッケル90重量%、導電剤としてグラファイトを5重量%、バインダを0.2重量%、40%KOH水溶液を4.8重量%の割合で混合した。これを合剤Aと同様にコア形状に成形した。
Positive electrode core A: 90% by weight of manganese dioxide, 5% by weight of graphite as a conductive agent, 0.2% by weight of binder, and 4.8% by weight of 40% KOH aqueous solution were mixed. This was rolled with a roller compactor to form a sheet, which was then crushed and sieved. This was molded into a core shape using a mold.
Positive electrode core B: 90% by weight of nickel oxyhydroxide containing cobalt and zinc, 5% by weight of graphite as a conductive agent, 0.2% by weight of binder, and 4.8% by weight of 40% KOH aqueous solution were mixed. This was molded into a core shape in the same manner as the mixture A.
上記2種類の正極コアAおよび/またはBを正極缶内で3個積層させた正極合剤を形成するとともに、その積層順序の組み合わせにより、表1のように8種類のアルカリ乾電池(No.1〜8)を作製した。
作製した8種類の電池(No.1〜8)をそれぞれ、60℃90%(RH)の高温高湿雰囲気下で保存する試験を行った。この試験において、保存40日目までに漏液を生じた電池の個数により、各電池(No.1〜8)の信頼性を評価した。 Each of the eight types of batteries (Nos. 1 to 8) produced was tested in a high temperature and high humidity atmosphere at 60 ° C. and 90% (RH). In this test, the reliability of each battery (No. 1 to 8) was evaluated based on the number of batteries that had leaked up to the 40th day of storage.
この結果、表1に示すように、正極缶の開口部側にオキシ水酸化ニッケルを含む正極コアBを配置した電池(No.1〜4)ではいずれも高い確率で漏液が生じたが、正極缶の開口部側にオキシ水酸化ニッケルを含まない正極コアAを配置した電池(No.5〜8)では、保存試験中の漏液はなく、信頼性の高いことが判明した。 As a result, as shown in Table 1, in the batteries (Nos. 1 to 4) in which the positive electrode core B containing nickel oxyhydroxide is arranged on the opening side of the positive electrode can, liquid leakage occurred with high probability. In the battery (Nos. 5 to 8) in which the positive electrode core A not containing nickel oxyhydroxide is disposed on the opening side of the positive electrode can, it was found that there was no leakage during the storage test and the reliability was high.
[実施例2]
次のような3種類の正極コアA,B,Cを用意し、この3種類の組み合わせで7種類の筒形アルカリ乾電池を作製した。
正極コアA:実施例1の正極コアAと同じに作製した。
正極コアB:実施例1の正極コアBと同じに作製した。
正極コアC:コバルトと亜鉛を含むオキシ水酸化ニッケル45重量%、二酸化マンガンを45重量%、導電剤としてグラファイトを5重量%、バインダを0.2重量%、40%KOH水溶液を4.8重量%の割合で混合した。これを前記正極A,Bと同様に、ローラコンパクタにて圧延し、シート状にした後、解砕、篩い分けを行った。これを、金型を用いてコア形状に成形した。
[Example 2]
The following three types of positive electrode cores A, B, and C were prepared, and seven types of cylindrical alkaline batteries were produced by combining these three types.
Positive electrode core A: produced in the same manner as the positive electrode core A of Example 1.
Positive electrode core B: produced in the same manner as the positive electrode core B of Example 1.
Positive electrode core C: 45% by weight of nickel oxyhydroxide containing cobalt and zinc, 45% by weight of manganese dioxide, 5% by weight of graphite as a conductive agent, 0.2% by weight of binder, 4.8% by weight of 40% KOH aqueous solution % Was mixed. In the same manner as the positive electrodes A and B, this was rolled with a roller compactor to form a sheet, and then crushed and sieved. This was molded into a core shape using a mold.
上記正極コアAおよび/またはB、またはCを正極缶内で4個積層させた正極合剤を形成するとともに、その積層順序の組み合わせにより、表2のように7種類のアルカリ乾電池(No.1〜7)を作製した。
作製した7種類の電池(No.1〜7)をそれぞれ、60℃90%RHの高温高湿条件で40日の保存試験を行った。保存40日目までに漏液を生じた電池の個数により、各電池(No.1〜7)の信頼性を評価したところ、表2に示すように、正極缶の開口部側にオキシ水酸化ニッケルを含む正極コアBを配置した電池(No.1〜4)ではいずれも高い確率で漏液が生じたが、正極缶の開口部側にオキシ水酸化ニッケルを含まない正極コアAを配置した電池(No.5〜7)では、保存試験中の漏液はなく、信頼性の高いことが判明した。 Each of the prepared seven types of batteries (Nos. 1 to 7) was subjected to a storage test for 40 days under a high temperature and high humidity condition of 60 ° C. and 90% RH. When the reliability of each battery (No. 1 to 7) was evaluated by the number of batteries that had leaked up to the 40th day of storage, as shown in Table 2, the oxyhydroxide was formed on the opening side of the positive electrode can. In all of the batteries (Nos. 1 to 4) in which the positive electrode core B containing nickel was disposed, liquid leakage occurred with a high probability, but the positive electrode core A not containing nickel oxyhydroxide was arranged on the opening side of the positive electrode can. In the batteries (Nos. 5 to 7), it was found that there was no leakage during the storage test and the reliability was high.
[実施例3]
表3に示すように、正極缶の開口部側に位置する正極コアに含まれるオキシ水酸化ニッケルの割合を変えたアルカリ乾電池を作製し、60℃90%RHの高温高湿条件で40日の保存試験を行った。正極缶の開口部側に位置しない他の正極コアについては、実施例1,2の正極コアBを使用した。
As shown in Table 3, alkaline dry batteries with different proportions of nickel oxyhydroxide contained in the positive electrode core located on the opening side of the positive electrode can were prepared, and the temperature was kept at 60 ° C. and 90% RH for 40 days. A storage test was conducted. For other positive electrode cores not located on the opening side of the positive electrode can, the positive electrode core B of Examples 1 and 2 was used.
表3に示すように、正極缶の開口部側に位置する正極コア中のオキシ水酸化ニッケルの割合が多くなると、保存試験中に漏液を生じる個数が増えていくことがわかる。しかし、オキシ水酸化ニッケルの割合が30%以下では、保存試験中に漏液した電池がなかった。このことから、正極缶の開口部側に位置する正極コア中のオキシ水酸化ニッケルの割合は、ゼロでなくてもよいが、30%以下であることが好ましい。 As shown in Table 3, it can be seen that as the proportion of nickel oxyhydroxide in the positive electrode core located on the opening side of the positive electrode can increases, the number of liquid leaks during the storage test increases. However, when the proportion of nickel oxyhydroxide was 30% or less, no battery leaked during the storage test. From this, the proportion of nickel oxyhydroxide in the positive electrode core located on the opening side of the positive electrode can does not have to be zero, but is preferably 30% or less.
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、正極コア内でオキシ水酸化ニッケルの含有量を変え、その含有量がゼロまたは少なくなる側を正極缶の開口部側に位置させるという態様も可能である。 As described above, the present invention has been described based on the typical embodiments. However, the present invention can have various modes other than those described above. For example, a mode in which the content of nickel oxyhydroxide is changed in the positive electrode core and the side where the content becomes zero or less is positioned on the opening side of the positive electrode can is also possible.
強負荷放電特性にすぐれるとともに、ガス発生を生じ難くして信頼性を高めたアルカリ乾電池を提供することができる。 It is possible to provide an alkaline dry battery that has excellent heavy load discharge characteristics and is less likely to generate gas and has improved reliability.
10 アルカリ乾電池
11 正極缶
21 正極(正極合剤、正極コア)
22 セパレータ
23 ゲル状負極(負極ゲル)
24 負極集電子
25 負極端子板
26 ガスケット
21A 正極コア
21B 正極コア
10 Alkaline battery 11 Positive electrode can 21 Positive electrode (positive electrode mixture, positive electrode core)
22
24 Negative
Claims (5)
5. The alkaline dry battery according to claim 1, wherein the nickel oxyhydroxide contains cobalt and zinc.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004380730A JP2006185848A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Alkaline dry cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004380730A JP2006185848A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Alkaline dry cell |
Publications (1)
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JP2004380730A Pending JP2006185848A (en) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Alkaline dry cell |
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Country | Link |
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2004
- 2004-12-28 JP JP2004380730A patent/JP2006185848A/en active Pending
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