JP2006216353A

JP2006216353A - アルカリ電池

Info

Publication number: JP2006216353A
Application number: JP2005027493A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Iwamoto; 真一岩本; Yoshihisa Hirose; 敬久弘瀬; Noriyuki Ito; 範幸伊東
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: JP4831654B2

Abstract

【課題】亜鉛粒子または亜鉛合金粒子を有する負極を備えており、負荷特性と安全性に優れたアルカリ電池を提供する。
【解決手段】亜鉛粒子または亜鉛合金粒子を有する負極４と、防爆用の薄肉部を有する樹脂製の封口体６を備えたアルカリ電池であって、上記負極の有する亜鉛粒子または亜鉛合金粒子のうち、２００メッシュの篩い目を通過し得るものが４０〜８０質量％であり、前記封口体がナイロン６６製であり、短絡時の電池表面温度が１７０℃以下であるアルカリ電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ電池に関し、さらに詳しくは、負荷特性に優れ、短絡時の発熱を抑制して高い安全性を確保したアルカリ電池に関するものである。

亜鉛を負極活物質とするアルカリ電池は、各種電子機器の電源として用いられており、その用途に応じて種々の特性が要求されている。特に、近年普及が著しいデジタルカメラにおいては、撮影可能枚数をできるだけ多くするために、電池の高容量化と大電流放電特性などの負荷特性の更なる向上が必要であり、その要求を満たすことのできる電池設計が検討されている。

このようなアルカリ電池の負荷特性を向上させる試みとしては、正極の改良や、負極の亜鉛の改良が知られている。

例えば、正極活物質である二酸化マンガンの粒密度を特定の範囲に制御することで、電池の負荷特性の改善を図る技術が提案されている（特許文献１）。

また、亜鉛粒子や亜鉛合金粒子を用いた電池において、これらの粒子の径を従来よりも微細なものとすることで、電池の負荷特性を改善する技術も提案されている（特許文献２）。

特開１０−２２８８９９号公報特表２００１−５１２２８４号公報

ところが、負極に用いる亜鉛粒子や亜鉛合金粒子を微細にすると、負極における亜鉛の反応面積が増大するため、電池の負荷特性を向上させ得る一方で、短絡時の急激な放電反応による発熱の問題を引き起こすことがある。

亜鉛粒子や亜鉛合金粒子を負極に用いたアルカリ電池では、短絡が生じると、放電によって生成していた酸化亜鉛が還元されて亜鉛が生成し、それが腐食されることで急激なガス発生が起こり、電池缶の膨れや破裂が生じてしまう。例えば筒形のアルカリ電池では、図３に示すように、有底筒形の外装缶１（電池缶）内に、正極２、セパレータ３、負極４を含む発電要素を装填し、外装缶１の開口端部１ａに負極端子板７を配し、封口体を用いて封口した構造が採用されているが、この封口体としては、薄肉部６３を有する樹脂製の封口体６を用いている。図３に示す構造のアルカリ電池では、短絡が生じて急激なガス発生が起こった場合に、樹脂製の封口体６における薄肉部６３が優先的に破れ、ガスが金属ワッシャ９のガス抜き孔９１、および負極端子板７のガス抜き孔７１を通じて電池外に排出されることで電池の内圧が低下するといった防爆機構が作動するため、外装缶の膨れや破裂を防止することができる。

しかしながら、負極に用いる亜鉛粒子や亜鉛合金粒子を微細にすると、短絡時の発熱量が大きくなるため、上記の樹脂製封口体６の軟化が生じて、例えば図３に示すように変形するため、所定の圧力において薄肉部６３での開裂が生じず、電池の内圧を下げることができないことから、電池の破裂を十分に抑制することができなくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、亜鉛粒子または亜鉛合金粒子を有する負極を備えており、負荷特性と安全性に優れたアルカリ電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成し得た本発明のアルカリ電池は、亜鉛粒子または亜鉛合金粒子を有する負極と、防爆用の薄肉部を有する樹脂製の封口体を備えたアルカリ電池であり、上記負極の有する亜鉛粒子または亜鉛合金粒子のうち、２００メッシュの篩い目を通過し得るものが４０〜８０質量％であることを特徴とするものである。

すなわち、本発明では、負極活物質として作用し得る亜鉛粒子または亜鉛合金粒子（以下、両者を纏めて「亜鉛系粒子」ということがある）を上記の如き特定の形態のものとすることで、放電時および短絡時における負極の反応性を制御している。よって、アルカリ電池が正常に放電できる状況下においては、優れた負荷特性を発揮できる。また、電池の短絡時には、その発熱量が小さく電池の温度上昇が抑えられるために、電池内で急激にガスが発生しても、防爆用の薄肉部を有する樹脂製の封口体の軟化（伸び）が防止され、図３のような状況になる前に封口体の開裂が生じ、電池内圧の上昇を抑制し得る。このように、短絡時において、電池の防爆機構が正常に作動し得るため、電池の破裂が防止される。

なお、本明細書でいう「短絡」とは、電池外装体の正極（例えば、後記の図１における外装缶１）と負極（例えば、図１における負極端子板７）が外部接続により直接接続される、所謂外部短絡をいい、この際に流れる最大電流が１０Ａ以上の大電流である状態を意味している。

本発明によれば、優れた負荷特性を有し、また、短絡時における破裂が抑制された安全性の高いアルカリ電池を提供できる。

以下、本発明のアルカリ電池の構成を詳細に説明する。

＜負極＞
本発明のアルカリ電池に係る負極は、活物質である亜鉛粒子または亜鉛合金粒子と、アルカリ電解液と、ゲル化剤を含有するゲル状の負極合剤で構成される。

なお、負極活物質と電解液との反応によるガス発生を抑制する観点からは、亜鉛系粒子が、インジウム、ビスマスまたはアルミニウムなどの元素を合金成分として含有する亜鉛合金粒子であることが好ましい。亜鉛合金粒子におけるこれら元素の含有量としては、例えば、インジウムは０．０２〜０．０７質量％であることが好ましく、ビスマスは０．００７〜０．０２５質量％であることが好ましく、アルミニウムは０．００１〜０．００４質量％であることが好ましい。亜鉛合金粒子は、これらの合金成分を１種のみ含有してもよく、２種以上を含有していても構わない（その他の成分は、例えば、亜鉛および不可避不純物である）。

負極に係る亜鉛系粒子は、２００メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が、４０質量％以上、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは５５質量％以上である。負極の有する亜鉛系粒子が、このように微細なものを上記下限値以上に含有する場合には、負極活物質全体の比表面積を大きくできることから、負極での反応を効率よく進めることができるため、電池の負荷特性が良好となる。

また、負極に係る亜鉛系粒子は、２００メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が、８０質量％以下、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６５質量％以下である。負極の有する微細な亜鉛系粒子の割合をこのように制限することで、負極の反応性を一定の範囲に留め得ることから、短絡時における電池内での発熱量が小さくなり、電池の温度上昇が抑えられて、樹脂製封口体の軟化が防止される。

また、２００メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が、上記所定値の亜鉛系粒子を用いることで、アルカリ電池の貯蔵時においても、電解液との反応による腐食に伴うガス発生量を少なくすることができると共に、均質で流動性が良好な負極合剤を調製することもできる。

なお、負極が有する亜鉛系粒子は、例えば、その全てが３５メッシュの篩い目を通過し得ることが好ましい。また、電池製造時の取り扱い性を考慮すると、負極が有する亜鉛系粒子は、その最小粒径が７μｍ程度であることが望ましい。

負極に用いる電解液としては、アルカリ金属の水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど）の水溶液が好ましく、水酸化カリウムの水溶液がより好ましい。電解液の濃度としては、水酸化カリウム水溶液の場合、水酸化カリウム濃度を、３８質量％以下とすることが好ましい。更に、電解液のイオン伝導度を向上させて負極の反応性を高め、電池の負荷特性の向上や短絡時の発熱抑制効果をより得やすくするためには、水酸化カリウム濃度を３５質量％以下とすることがより好ましく、３３．５質量％以下とすることが更に好ましい。

一方、負極に用いる電解液が水酸化カリウム水溶液の場合、水酸化カリウム濃度が高いほど、電池を貯蔵したときの特性劣化が小さくなるため、水酸化カリウム濃度を、２８質量％以上とすることが好ましく、３０質量％以上とすることがより好ましい。

負極に用いるゲル化剤としては、例えば、ポリアクリル酸類（ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリル酸アンモニウムなど）、セルロース類［カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースや、それらのアルカリ塩など］が挙げられる。また、特開２００１−３０７７４６号公報に開示されているように、架橋ポリアクリル酸またはその塩類型吸水性ポリマー（例えば、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリル酸アンモニウムなど）と、それら以外のゲル化剤とを併用することも好ましい。架橋ポリアクリル酸またはその塩類型吸水性ポリマーと併用するゲル化剤としては、上述のセルロース類や、架橋分枝型ポリアクリル酸またはその塩類（例えば、ソーダ塩、アンモニウム塩など）などが挙げられる。なお、上記の架橋ポリアクリル酸またはその塩類型吸水性ポリマーは、平均粒子径が１０〜１００μｍで、かつその形状が球状であることが望ましい。

負極合剤における亜鉛系粒子の含有量としては、例えば、５０〜７５質量％であることが好ましい。また、負極合剤における電解液の含有量は、例えば２５〜５０質量％であることが好ましい。更に、負極合剤におけるゲル化剤の含有量は、例えば、０．０１〜１．０質量％であることが好ましい。

また、負極合剤には、酸化インジウムなどのインジウム化合物や、酸化ビスマスなどのビスマス化合物を少量含有させることもできる。これらの化合物を含有させることにより、亜鉛系粒子と電解液との腐食反応によるガス発生をより効果的に防ぐことができる。ただし、これらの化合物は、あまり含有させすぎると電池の負荷特性を低下させる虞があるので、このような問題の生じない範囲で、必要に応じた含有量を決定することが好ましい。例えば、インジウム化合物、ビスマス化合物共に、亜鉛系粒子１００質量部に対して、０．００３〜０．０５質量部程度とすることが推奨される。

＜正極＞
本発明に係る正極は、通常、活物質である二酸化マンガンまたはオキシ水酸化ニッケルおよび導電助剤、更には成形のための電解液およびバインダを混合して正極合剤とし、この正極合剤をボビン状などに加圧成形することにより形成される。

正極活物質は、そのＢＥＴ比表面積が、４０ｍ^２／ｇ以上１００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。正極活物質のＢＥＴ比表面積が小さすぎると、成形性は良好であるものの、反応面積が小さくなるために反応効率が悪くなり、負荷特性向上効果が小さくなることがある。また、正極活物質のＢＥＴ比表面積が大きすぎると、反応効率は向上するが、かさ密度が低下するために成形性が悪化することがある。正極活物質の成形性を高めて、正極合剤の成形体の強度をより向上させるには、正極活物質のＢＥＴ比表面積は６０ｍ^２／ｇ以下であることがより好ましく、また、４５ｍ^２／ｇ以上であることがより好ましい。

なお、ここでいう正極活物質のＢＥＴ比表面積は、多分子層吸着の理論式であるＢＥＴ式を用いて、表面積を測定、計算したもので、活物質の表面と微細孔の比表面積である。具体的には、窒素吸着法による比表面積測定装置（Ｍｏｕｎｔｅｃｈ社製ＭａｃｓｏｒｂＨＭｍｏｄｅｌｅ−１２０１）を用いて、ＢＥＴ比表面積として得た値である。

また、正極活物質として二酸化マンガンを用いる場合、二酸化マンガンはチタンを０．０１〜３．０質量％含有していることが望ましい。この程度の量のチタンを含有する二酸化マンガンでは、比表面積が大きくなって反応効率が向上するため、アルカリ電池の負荷特性をより高めることができる。

正極に用いる導電助剤としては、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、繊維状炭素などの炭素材料を主として用いることができるが、中でも黒鉛が好ましく用いられる。導電助剤の添加量は、正極活物質１００質量部に対して、３質量部以上とすることが好ましい。導電助剤を上記下限値以上に使用することで、正極の導電性を向上させ得ることから、活物質の反応性が高まり、負荷特性の一層の向上が期待できるためである。一方、活物質充填量の低下は好ましくないため、導電助剤の添加量は、正極活物質１００質量部に対して８．５質量部以下にすることが望ましい。

正極に用いるバインダとしては、ＣＭＣ、メチルセルロースなどのセルロース類；ポリアクリル酸塩（ソーダ塩、アンモニウム塩など）；ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂；ポリエチレンなどのポリオレフィン類；などを用いることができる。なお、バインダは、その添加量が多いと導電性が低下するなどの弊害が生じるが、少量であれば導電助剤と活物質との接触を良好にするので、電池の負荷特性を向上させることができる。具体的には、正極合剤におけるバインダの含有量を、０．１〜１質量％とすることが好ましい。

正極に用いる電解液としては、アルカリ金属の水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど）の水溶液が好ましく、水酸化カリウムの水溶液がより好ましい。電解液の濃度としては、水酸化カリウム水溶液の場合、水酸化カリウム濃度を、４５質量％以上、より好ましくは５０質量％以上とすることが望ましい。このような濃度のアルカリ電解液を用いることで、均質な正極合剤を調製でき、正極合剤成形体の高密度化が可能となるため、該成形体全体の導電性を向上させることができ、電池の負荷特性を高め得るからである。なお、正極に用いる電解液が水酸化カリウム水溶液の場合における水酸化カリウム濃度の上限は、６０質量％であることが望ましい。

＜電解液＞
本発明のアルカリ電池は、上記の正極および負極を、セパレータと共に外装体内部に封入することにより作製される（詳しくは後述する）。上記の通り、正極を構成する正極合剤、および負極を構成する負極合剤には、それぞれアルカリ電解液が含まれているが、これらのアルカリ電解液のみではその液量が不足することがあるため、更に電解液を電池内に注入して、セパレータや正極に吸収させることが望ましい。

セパレータや正極に吸収させるために電池内に注入する電解液としては、アルカリ金属の水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど）の水溶液が好ましく、水酸化カリウムの水溶液がより好ましい。水酸化カリウム水溶液の場合、電池の負荷特性を更に向上させたり、短絡時における発熱を抑制したりする観点からは、水酸化カリウム濃度を、３３．５質量％以下とすることが好ましい。他方、水酸化カリウム水溶液の濃度が大きいほど、電池を高温下で貯蔵したときの特性劣化が小さくなるため、水酸化カリウム濃度を、２８質量％以上、より好ましくは３０質量％以上とすることが推奨される。

また、亜鉛系粒子の腐食（酸化）を防止して貯蔵時の特性劣化を抑制する効果を向上させるために、正極合剤形成に用いる電解液、負極合剤形成に用いる電解液および別途電池内に注入するための電解液のうちの少なくとも１つに、亜鉛化合物を含有させておくことが望ましい。亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、ケイ酸亜鉛、チタン酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛などの可溶性化合物を用いることができ、特に、酸化亜鉛が好適に用いられる。上記のいずれの電解液においても、これらの亜鉛化合物の濃度は、例えば、１．０〜４．０質量％とすることが好ましい。

なお、本発明のアルカリ電池では、動作特性を優れたものとするための反応に必要な水分を確保する目的で、電池内の水分量の合計を、正極活物質１ｇ当たり０．２３〜０．２７５ｇとすることが好ましく、上記の各電解液の使用量によって、かかる水分量を調整することができる。

本発明のアルカリ電池に係るセパレータについては特に制限は無く、例えば、ビニロンとレーヨンを主体とする不織布、ビニロン・レーヨン不織布（ビニロン・レーヨン混抄紙）、ポリアミド不織布、ポリオレフィン・レーヨン不織布、ビニロン紙、ビニロン・リンターパルプ紙、ビニロン・マーセル化パルプ紙などを用いることができる。また、親水処理された微孔性ポリオレフィンフィルム（微孔性ポリエチレンフィルムや微孔性ポリプロピレンフィルムなど）とセロファンフィルムとビニロン・レーヨン混抄紙のような吸液層とを積み重ねたものをセパレータとしてもよい。

＜アルカリ電池の構造、およびその他の構成要素＞
本発明のアルカリ電池では、その形状などについては、特に制限は無いが、例えば、筒形（円筒形や角筒形など）の形状のものが挙げられる。以下、図面を用いて、本発明の電池の構造を説明する。図１は、本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。図１のアルカリ電池は、金属製（Ｎｉメッキを施した鉄、ステンレス鋼など）の外装缶１内に、ボビン状に成形された正極２（正極合剤成形体）が配置されており、その内側にコップ状のセパレータ３が配置され、アルカリ電解液（図示しない）がセパレータ３の内側から注入されている。更にセパレータ３の内側には亜鉛系粒子を含む負極４（ゲル状の負極合剤）が充填されている。外装缶１における１ｂは正極端子である。外装缶１の開口端部１ａには、金属製（Ｎｉメッキを施した鉄、ステンレス鋼など）の負極端子板７が配されており、樹脂製の封口体６の外周縁部６２を介して該開口端部１ａが内側に折り曲げられて封口されている。負極端子板７には、金属製（Ｓｎメッキなどを施した真鍮など）の負極集電棒５が、その頭部で溶接されており、負極集電棒５は、封口体６の中央部６１に設けられた透孔６４を通じて負極４内に挿入されている。また、封口時の負極端子板７の変形を防ぎ、かつ封口体６を内側から支える支持手段として、金属ワッシャ９（円板状の金属板）が配置されている。そして、樹脂製の封口体６には、防爆用の薄肉部６３が形成されている。短絡時に電池内においてガスが発生した場合、封口体６の薄肉部６３が優先的に開裂し、生じた裂孔からガスが金属ワッシャ９側に移動する。金属ワッシャ９および負極端子版７にはガス抜き孔が設けられており（図示しない）、電池内のガスは、これらのガス抜き孔を通じて電池外に排出される。そして、本発明の電池では、短絡時における温度上昇が抑えられており、封口体６の軟化が防止されていることから、薄肉部６３の開裂が良好に生じるため、電池の破裂が高度に抑制されている。

本発明のアルカリ電池では、上記の構成を採用することで、短絡時の電池表面温度を、１７０℃以下に制御することができる。そして、電池の構造から、短絡時における電池内の封口体６の温度は、電池表面温度とほぼ同等であると考えられる。よって、樹脂製の封口体６を構成する樹脂としては、１７０℃で軟化しないものが好適であり、例えば、ナイロン６６が好ましい。

図２に、本発明のアルカリ電池の他の例の断面図を示す。図２中、図１と同じ作用を有する要素は同じ符号を付して、重複説明を避ける。図２中、８は、外装缶１と負極端子板とを絶縁するための絶縁板であり、２０は、発電要素を収納している胴部分である。

図１に示すアルカリ電池では、金属ワッシャ９を使用している関係上、封口部分（図１中、１０）の占める体積が大きくなってしまう。これに対し、この図２の電池のように金属ワッシャをなくし、封口体６を内側から支える支持手段として負極端子板７を利用することで、封口部分１０の占める体積を減少させて発電要素を収容できる胴部分２０の体積を大きくすることができ、正極２および負極４の各合剤の充填量を、図１の電池よりも高めることができる。なお、図２に示す電池では、高容量化に伴って短絡時の発熱が一層大きくなるといった問題もあるが、本発明の構成を採用することで、電池の異常発熱を抑制することができるため、図２の構造を採用しても、短絡時における破裂を十分に抑制できることから、より実用性の高い電池とすることができる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
水分を１．６質量％含有する二酸化マンガン、黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン粉末および正極合剤調製用のアルカリ電解液（酸化亜鉛を２．９質量％含有する５６質量％水酸化カリウム水溶液）を８７．６：６．７：０．２：５．５の質量比で、５０℃の温度下で混合して正極合剤を調製した。なお、この正極合剤中、二酸化マンガン１００質量部に対して、黒鉛は７．６質量部であった。また、正極合剤が含有する電解液の水酸化カリウム濃度は、二酸化マンガンの含有水分を考慮すると４４．６質量％となった。

次に、インジウム、ビスマスおよびアルミニウムをそれぞれ０．０５質量％、０．０５質量％および０．００５質量％の割合で含有する亜鉛合金粒子、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリル酸および負極合剤調製用のアルカリ電解液（酸化亜鉛を２．２質量％含有する３３．５質量％水酸化カリウム水溶液）を３９：０．２：０．２：１８の質量比で混合し、ゲル状の負極合剤を調製した。なお、上記亜鉛合金粒子は、平均粒径が８３μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して６０質量％であって、そのかさ密度は２．６５ｇ／ｃｍ^３であった。

さらに、外装缶として、表面に無光沢Ｎｉメッキを施したキルド鋼板製で、図２に示す形状の単３形アルカリ電池用外装缶１を用意した。この外装缶１は、封口部分１０の厚みが０．２５ｍｍで、胴部分２０の厚みが０．１６ｍｍに加工され、また、電池を落下させたときに正極端子１ｂのへこみを防ぐために、正極端子部分の缶厚を胴部分２０より多少厚くしている。この外装缶1を用いて、以下のようにしてアルカリ電池を作製した。

上記正極合剤：約１１ｇを、上記外装缶１に挿入してボビン状（中空円筒状）に加圧成形し、内径：９．１ｍｍ、外径：１３．７ｍｍ、高さ：１３．９ｍｍの３個の正極合剤成形体（密度：３．２１ｇ／ｃｍ^３）が積み重なった状態とした。次に、外装缶１の開口端から高さ方向において３．５ｍｍの位置にグルーブを施し、外装缶１と封口体６との密着性を向上させるために、このグルーブ位置まで外装缶１の内側にピッチを塗布した。

次に、厚みが１００μｍで目付が３０ｇ／ｍ^２のアセタール化ビニロンとテンセルからなる不織布を三重に重ねて筒状に巻き、底部になる部分を折り曲げてこの部分を熱融着し、一端が閉じられたコップ状のセパレータ３とした。このセパレータ３を、外装缶１内に挿入された正極１の内側に装填し、注入用のアルカリ電解液（酸化亜鉛を２．２質量％含有する３３．５質量％水酸化カリウム水溶液）１．３５ｇをセパレータの内側に注入し、さらに、上記負極合剤：５．７４ｇをセパレータ３の内側に充填して負極４とした。このとき、電池系内の水分量の合計は、正極活物質１ｇ当たり０．２６１ｇであった。

上記発電要素の充填の後、表面がスズメッキされた真鍮製であり、ナイロン６６製の封口体６と組み合わされた負極集電棒５を、負極４の中央部に差し込み、外装缶１の開口端部１ａの外側からスピニング方式によりかしめることにより、図２に示す単３形アルカリ電池を作製した。ここで、上記負極集電棒５は、打ち抜き・プレス加工により形成された厚みが０．４ｍｍのニッケルメッキ鋼板製の負極端子板７に、あらかじめ溶接により取り付けられたものを用いた。また、外装缶１の開口端と負極端子板７との間には、短絡防止のために絶縁板８を装着した。以上のようにして本発明の実施例１におけるアルカリ電池を作製した。

実施例２
負極に、平均粒径が９９μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して４０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

実施例３
負極に、平均粒径が９０μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して５０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

実施例４
負極に、平均粒径が７７μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して７０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

実施例５
負極に、平均粒径が７１μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して８０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

比較例１
負極に、平均粒径が１２７μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して２０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

比較例２
負極に、平均粒径が１０４μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して３５質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

比較例３
負極に、平均粒径が６７μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して９０質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

比較例４
負極に、平均粒径が６２μｍで、３５メッシュのふるい目を全て通過し、かつ２００メッシュのふるい目を通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して１００質量％の亜鉛合金粒子を用いた他は、実施例１と同様にしてアルカリ電池を作製した。

以上のようにして作製した実施例および比較例に係る電池について、以下の負荷特性評価、および安全性評価を行った。結果を表１に示す。

＜負荷特性評価＞
実施例および比較例に係る電池各々９個に対し、１．０Ａの放電電流で、毎分１０秒間放電、５０秒間休止の周期を繰り返す試験を行い、持続時間は、電圧が１．０Ｖになるまで毎分１０秒間放電終了時を１回として数えて、１０秒間の放電（パルス放電）が可能な回数の平均値を求め、負荷特性を評価した。すなわち、パルス放電が可能な回数（パルス放電回数）が多いほど、電池の負荷特性が優れていることを意味している。

＜安全性評価＞
負荷特性評価に使用したものとは別の電池各々９個に対し、電池の外装缶側面の中央部にアルミニウム製のテープで熱電対を固定し、電池を短絡させたときの外装缶表面温度（電池表面温度）を測定して平均値を求め、短絡時の発熱挙動と、電池の破裂状況を評価した。なお、実施例２および比較例４の電池の外装缶表面温度の短絡開始からの変化を図４に示した。

表１の結果より明らかなように、実施例１〜５の電池は、負荷特性が優れている。また、短絡時の発熱が抑えられて外装缶表面の最高到達温度が１７０℃以下に抑制されており、封口体の軟化が生じておらず、電池の破裂が防止されている。特に、実施例１〜４の電池の外装缶表面温度は封口体の軟化点よりも安定して低いものであるため、量産した際にも安全面で問題ないものであるといえる。また、微細な亜鉛合金粒子の含量を増加させた実施例４および実施例５の電池は、放電特性の面で実施例２および実施例３の電池よりも優れていた。

一方、微細な亜鉛合金粒子の少ない比較例１および比較例２の電池は、外装缶表面温度は低いものの負荷特性が実施例の電池よりも劣っていた。また、微細な亜鉛合金粒子の含量を実施例よりも多くした比較例３および比較例４の電池では、パルス放電の回数を増加させることはできたが、実施例の電池よりも外装缶表面温度が大幅に上昇してしまい、封口体の軟化点以上の温度となったため、いずれも全ての電池が破裂してしまい、安全性の面で劣っていた。

本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。本発明のアルカリ電池の他の例を示す断面図である。従来のアルカリ電池の問題点を説明するための部分断面図である。実施例２および比較例４のアルカリ電池を短絡時における外装缶表面温度の、短絡開始からの変化を示すグラフである。

符号の説明

１外装缶
２正極
３セパレータ
４負極
５負極集電棒
６樹脂製の封口体
７負極端子板
８絶縁板
９金属ワッシャ
６３防爆用の薄肉部

Claims

亜鉛粒子または亜鉛合金粒子を有する負極と、防爆用の薄肉部を有する樹脂製の封口体を備えたアルカリ電池であって、
上記負極の有する亜鉛粒子または亜鉛合金粒子のうち、２００メッシュの篩い目を通過し得るものが４０〜８０質量％であることを特徴とするアルカリ電池。
上記封口体がナイロン６６製であり、短絡時における電池表面温度が１７０℃以下である請求項１に記載のアルカリ電池。