JP2006244989A - アルカリ電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 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は、その全てが80メッシュの篩い目を通過し得るものであり、且つ200メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が20〜80質量%であることを特徴とするアルカリ電池である。
【選択図】 なし
Description
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。
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。
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。
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。
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。
負極に、平均粒径が102μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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30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。
負極に、平均粒径が95μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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。
負極に、平均粒径が89μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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。
負極に、平均粒径が82μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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%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。
負極に、平均粒径が75μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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。
負極に、平均粒径が69μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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。
負極に、平均粒径が116μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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10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。
負極に、平均粒径が63μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩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。
負極に、平均粒径が57μmで、80メッシュの篩い目を全て通過し、かつ200メッシュの篩い目を全て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。
負極に、平均粒径が127μmで、35メッシュの篩い目を全て通過し、80メッシュの篩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%であり、かつ200メッシュの篩い目を全て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。
負極に、平均粒径が111μmで、35メッシュの篩い目を全て通過し、80メッシュの篩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30質量%であり、かつ200メッシュの篩い目を全て通過する亜鉛合金粒子が、全亜鉛合金粒子量に対して30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。
負極に、平均粒径が90μmで、35メッシュの篩い目を全て通過し、80メッシュの篩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%であり、かつ200メッシュの篩い目を全て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。
負極に、平均粒径が77μmで、35メッシュの篩い目を全て通過し、80メッシュの篩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%であり、かつ200メッシュの篩い目を全て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。
負極に、平均粒径が71μmで、35メッシュの篩い目を全て通過し、80メッシュの篩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%であり、かつ200メッシュの篩い目を全て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。
実施例および比較例に係る電池各々9個に対し、2.0Aの放電電流で、毎分2秒間放電、58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になるまでの毎分2秒間放電終了時を1回として数えて、電圧が1.0Vになるまでの2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。
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3および比較例2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。
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 (4)
- 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は、その全てが80メッシュの篩い目を通過し得るものであり、且つ200メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が20〜80質量%であることを特徴とするアルカリ電池。 - 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の割合が50質量%以下である請求項1に記載のアルカリ電池。
- 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の割合が30質量%以上である請求項1または2に記載のアルカリ電池。
- 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1〜3のいずれかに記載のアルカリ電池。
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