JP2008041490A - アルカリ電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷放電性能を確保しつつ、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えたアルカリ電池を提供する。
【解決手段】正極活物質として二酸化マンガンを用いた正極合剤２１、負極活物質として合金亜鉛粉を用いた負極合剤２３、およびアルカリ電解液が含浸されるセパレータ２２からなる発電要素が電池缶１１に密閉収容されたアルカリ電池において、上記合金亜鉛粉は粒度が７５μｍ以下のものを１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含み、正極合剤２１とセパレータ２２が吸収し得る電解液量に対して９０％以上のアルカリ電解液が注液され、かつ正極合剤の電解液に対する重量比が７以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極活物質に二酸化マンガン、負極活物質に合金亜鉛粉を用いた発電要素が電池缶に密閉収容されたアルカリ電池に関する。

ＬＲ型アルカリ乾電池に代表される典型的なアルカリ電池は、正極活物質として二酸化マンガンを用いた正極合剤、負極活物質として合金亜鉛粉を用いた負極合剤、およびアルカリ電解液が含浸されるセパレータからなる発電要素が電池缶に密閉収容されている。この種のアルカリ電池では、近年、とくにデジタルカメラなどの重負荷機器の普及により、高負荷特性すなわち大電流放電特性に対する要求が強くなっている。

そのため、アルカリ電池の電解液を増量したり、負極活物質として用いる亜鉛粉の粒度を細かくしたりすることが行われている（たとえば特許文献１，２参照）。
特許第３４５０８８４号 特開２００２−２７０１６４号公報

粒度の細かい亜鉛粉の使用は、負極活物質の表面積が大きくなって反応性が高まることにより、とくに大電流放電性能の向上には有効である。その反面、反応性が高まることにより、水素ガス発生が多くなって、耐漏液性が低下するという背反が生じる。

電解液の増量も放電性能の向上に有効であるが、電解液を増量すると、電池缶内の空気室容積すなわちガス圧力緩衝空間容積が減少することにより、耐漏液性が低下する。ガス圧力緩衝空間容積が減少すると、少量のガス発生でも漏液が生じやすくなって、過放電の場合のみならず、未放電の場合でも漏液が発生するようになる。このため、機器に電池を入れたままの状態で放置すると、放電の有無にかかわらず、漏液が発生してしまうことがあった。

本発明は以上のような問題を解決するものであって、高負荷放電性能を確保しつつ、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えたアルカリ電池を提供することにある。

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。

本発明は次のような解決手段を提供する。
（１）正極活物質として二酸化マンガンを用いた正極合剤、負極活物質として合金亜鉛粉を用いた負極合剤、およびアルカリ電解液が含浸されるセパレータからなる発電要素が電池缶に密閉収容されたアルカリ電池であって、上記合金亜鉛粉は粒度が７５μｍ以下のものを１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含むとともに、正極合剤とセパレータが吸収し得る電解液量に対して９０％以上のアルカリ電解液が注液され、かつ正極合剤の電解液に対する重量比が７以上であることを特徴とするアルカリ電池。
（２）上記手段（１）において、上記合金亜鉛粉は粒度が７５μｍ以下のものを２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含むことを特徴とするアルカリ電池。

高負荷放電性能を確保しつつ、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えたアルカリ電池を提供することができる。

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。

図１は、本発明の技術が適用されたＬＲ型アルカリ乾電池の一実施形態を示す。同図に示す電池はアルカリ一次電池であって、有底筒状の金属製正極缶１１内に、正極合剤２１、セパレータ２２、ゲル状負極合剤２３からなる発電要素２０がアルカリ電解液と共に収容されている。

正極缶１１にはニッケルメッキ鋼板を深絞り加工したものが使用されている。この正極缶１１は正極集電体および正極端子を兼ねる電池缶として使用され、その底部には凸状の正極端子部１２が一体形成されている。

正極缶１１の開口部は負極端子板３２と樹脂製ガスケット３５を用いて封止されている。負極端子板３２の内側には棒状の負極集電子３１が固設され、この集電子３１がゲル状負極合剤２３中に挿入されている。

正極合剤２１は、正極活物質に黒鉛等の導電助剤を添加したものを所定の合剤形状（筒状）に成形したものであって、その正極活物質には二酸化マンガン（ＥＭＤ）が使用されている。負極合剤２３には、合金亜鉛粉末を用いたゲル状亜鉛が使用されている。

上記電池の構造的構成は従来のものと基本的に同じである。この発明の電池が従来のものと異なる特徴事項は、負極合剤２３に使用する合金亜鉛粉の粒度と注液電解液の量をそれぞれ、下記（ａ）（ｂ）（ｃ）のように定めたことにある。
（ａ）負極合剤２３の合金亜鉛粉は、粒度が７５μｍ以下のものを１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含む。
（ｂ）正極合剤２１とセパレータ２２が吸収し得る電解液量に対して、９０％以上のアルカリ電解液が注液される。
（ｃ）正極合剤２１重量の電解液に対する重量比が７以上である。

負極合剤２３に使用する合金亜鉛粉については、粒度７５μｍ以下の含有率が１０ｗｔ％未満だと大電流放電性能が確保できなくなる一方、５０ｗｔ％を越えると、負極の反応性が高くなって水素ガス発生量が増大し、耐漏液性が確保できなくなる。

しかし、上記（ａ）のように、粒度７５μｍ以下の含有率を１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲にしただけでは、水素ガス発生は完全抑制されず、機器に電池を入れたままの状態で放置されたときに生じる過放電漏液を抑制することはできない。

この過放電漏液の抑制は、上記（ａ）の構成に加えて、上記（ｂ）および（ｃ）の構成を備えることにより、はじめて可能になることが本発明者らにより知得された。すなわち、上記（ｂ）および（ｃ）の構成により、正極缶１１内に未放電での漏液を阻止するのに必要な容積のガス圧力緩衝空間を確保するとともに、過放電状態で電池内部の電解液が消費されてしまうように電解液量と放電作用物質（電池活物質）量がバランスする最適化状態を得ることができる。

このように、上記構成（ａ）（ｂ）（ｃ）をすべて同時に備えることで、高負荷放電性能を確保しつつ、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えたアルカリ電池を構成することができる。

また、上記構成（ａ）において、合金亜鉛粉は、粒度が７５μｍ以下のものを２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含むようにすれば、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えつつ、高負荷放電性能をさらに向上させることができる。

以下、本発明の典型的な実施例を示す。

〈実施例〉
表１に示すように、合金亜鉛粉末の粒度状態（７５μｍ以下の微粒割合）、注液電解液量（従来例１を１００とする相対比）、注液電解液量に対する正極重量比率（正極合剤重量／注液電解液重量）をそれぞれ異ならせて、従来例１〜３、比較例１〜６、および本発明の実施例１〜６の試験電池を作製した。試験電池はいずれもＬＲ６型のアルカリ電池であって、基本的な構造は同じである。

各試験電池についてそれぞれ、放電特性と過放電耐漏液性の試験を行った。放電特性は、１分ごとに１０００ｍＡ１０秒間の放電を１日１時間行い、終止電圧が０．９Ｖになるまでの時間（ｈ）により評価した。この評価結果は、従来例１に対する３段階の相対評価「◎」「○」「×」（◎良、○可、×不可）で表１に示した。過放電耐漏液性の試験は、ＪＩＳ−Ｃ８５１４に基づいて行い、漏液無しを「○」、漏液有りを「×」として表１に示した。

表１において、注液電解液量は、正極合剤とセパレータが装填された半電池の重量を計測後、３５〜４０％濃度のＫＯＨ水溶液を１．８ｇ注液し、１５分後に過剰な電解液を除いて再度重量測定することにより算出し、この重量を１００とした。

上記（ａ）の電解液注液量はセパレータの保液率に依存するが、通常用いられるセパレータの保液率は３００〜５００％であって、このセパレータを使用する場合、正極重量比率が７．５以下で、上記（ｂ）の電解液注液量を９０％以上とすることができる。

表１に示した試験結果は、本発明者が行った多くの試験結果の典型例（一部）であるが、この表１からも明らかなように、本発明では、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の構成をすべて備えることにより、放電特性と過放電耐漏液性を同時に確保することができる。また、過放電耐漏液性が確保されることにより、未放電での耐漏液性も確保されることが確認された。

高負荷放電性能を確保しつつ、過放電での耐漏液性および未放電での耐漏液性を備えたアルカリ電池を提供することができる。

本発明による技術が適用されたアルカリ乾電池の一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１１ 正極缶（電池缶）
１２ 正極端子部
２０ 発電要素
２１ 正極合剤
２２ セパレータ
２３ 負極合剤（合金亜鉛粉末を使用）
３１ 負極集電子
３２ 負極端子板
３５ ガスケット

Claims (2)

1. 正極活物質として二酸化マンガンを用いた正極合剤、負極活物質として合金亜鉛粉を用いた負極合剤、およびアルカリ電解液が含浸されるセパレータからなる発電要素が電池缶に密閉収容されたアルカリ電池であって、上記合金亜鉛粉は粒度が７５μｍ以下のものを１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含むとともに、正極合剤とセパレータが吸収し得る電解液量に対して９０％以上のアルカリ電解液が注液され、かつ正極合剤の電解液に対する重量比が７以上であることを特徴とするアルカリ電池。
2. 請求項１において、上記合金亜鉛粉は粒度が７５μｍ以下のものを２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含むことを特徴とするアルカリ電池。
   
   

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