JP2010073347A - Positive electrode mixture for dry battery, method of manufacturing the same, and dry battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、乾電池用正極合剤に関し、特に、電解液の含浸性の高い乾電池用正極合剤、およびその製造方法、並びそれを用いた乾電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode mixture for dry batteries, and more particularly, to a positive electrode mixture for dry batteries having a high impregnation property of an electrolyte, a method for producing the same, and a dry battery using the same.
アルカリ電池の正極合剤は、通常、二酸化マンガン等の正極活物質、および黒鉛等の導電剤を、バインダー等と混合し、この混合物を所定形状に圧縮成形して形成される。 The positive electrode mixture of an alkaline battery is usually formed by mixing a positive electrode active material such as manganese dioxide and a conductive agent such as graphite with a binder or the like, and compression-molding the mixture into a predetermined shape.
近年、アルカリ電池の放電性能の向上が求められており、そのために、限られた電池ケース内の内容積を有効利用して、正極活物質を可能な限り多く収容するために、正極合剤の圧縮成形体の密度を高くすることが行われている。 In recent years, there has been a demand for improvement in discharge performance of alkaline batteries. For this reason, in order to accommodate as much of the positive electrode active material as possible by effectively using the limited internal volume of the battery case, The density of the compression molded body is increased.
しかしながら、成形体の密度を高くすると、成形体内部の空隙体積が減少して電解液の吸液含浸量が少なくなり、また、吸液にかかる時間も長くなる。その結果、電池ケース内の電解液が不足気味になるため、高密度に成形された活物質の有効利用率が低下するとともに、電池の放電性能が低下するという問題が生じる。 However, when the density of the molded body is increased, the void volume inside the molded body is reduced, the amount of the liquid electrolyte impregnated is reduced, and the time required for the liquid absorption is also increased. As a result, the electrolytic solution in the battery case becomes deficient, which causes a problem that the effective utilization rate of the active material molded at a high density is lowered and the discharge performance of the battery is lowered.
そこで、活物質の有効利用率を高めて、電池の放電性能を向上させるために、圧縮成形して形成された正極合剤ペレットの表面に窪みを設けて、この窪みにできた空間に電解液を貯めるようにした技術が、特許文献1に記載されている。 Therefore, in order to increase the effective utilization rate of the active material and improve the discharge performance of the battery, a recess is provided on the surface of the positive electrode mixture pellet formed by compression molding, and the electrolytic solution is formed in the space formed in this recess. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes a technique for storing the above.
しかしながら、正極合剤ペレットを高密度化した場合、正極合剤ペレットの表面に設けた窪みは脆いため、作業中に欠けたりすると、活物質量が減って、放電特性を低下させるおそれがある。 However, when the density of the positive electrode material mixture pellets is increased, the depression provided on the surface of the positive electrode material mixture pellets is brittle.
また、特許文献2には、正極活物質と含浸電解液とを共に増量させる技術が記載されている。すなわち、正極合剤を、高密度および高強度にされた合剤粒、および合剤粒よりも低強度になっている合剤粒間で構成された成形体にすることによって、かかる成形体が電解液を含浸した時、低強度の合剤粒間が膨潤して微小亀裂が形成され、この微小亀裂に電解液を保持するようにしたものである。これにより、高強度の高い合剤粒によって、成形体の高密度化が図られるとともに、低強度の合剤粒間によって、成形体の電解液含浸性を向上させることができる。
しかしながら、特許文献2に記載された技術は、低強度の合剤粒間に電解液を含浸させることが前提となっているため、電解液の吸液に長時間を要し、その結果、電解液の吸液含浸量が低下するおそれがある。一方、高強度の合剤粒を使用しているため、成形体を高密度に圧縮成形することが難しいことに加え、成形体を圧縮成形する前に、高強度の合剤粒を作製する工程を別途要するため、生産性が低下するという問題がある。
However, since the technique described in
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、高い電解液含浸性を有し、高密度に成形された活物質の有効利用率が高く、放電特性に優れた乾電池用正極合剤を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and provides a positive electrode mixture for a dry battery having high electrolyte solution impregnation property, high effective utilization of an active material formed at high density, and excellent discharge characteristics. For the purpose.
本発明に係わる乾電池用正極合剤は、正極活物質および導電剤を含む正極材を所定形状に圧縮成形してなる正極合剤であって、正極合剤の成形体表面が、表面改質により親水化を付与されていることを特徴とする。 The positive electrode mixture for a dry battery according to the present invention is a positive electrode mixture formed by compression molding a positive electrode material containing a positive electrode active material and a conductive agent into a predetermined shape, and the surface of the molded body of the positive electrode mixture is subjected to surface modification. It is characterized by imparting hydrophilicity.
このような構成により、正極合剤の成形体表面は、電解液を吸収しやすくなるため、正極合剤の電解液含浸性を向上させることができる。また、正極合剤を高密度に圧縮成形した後に、成形体の表面改質を行えばよいため、成形体の高密度化を阻害せず、優れた放電特性を有する電池を得ることができる。 With such a configuration, since the surface of the molded body of the positive electrode mixture can easily absorb the electrolytic solution, the electrolyte impregnation property of the positive electrode mixture can be improved. In addition, since the surface of the molded body may be modified after the positive electrode mixture is compression-molded at a high density, a battery having excellent discharge characteristics can be obtained without hindering densification of the molded body.
ここで、正極活物質は二酸化マンガンからなり、導電剤は黒鉛からなることが好ましい。また、上記表面改質は、正極合剤の成形体表面を、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電することによりなされていることが好ましい。これにより、簡単な処理で、正極合剤の成形体表面に親水性を付与することができ、高い電解液含浸性を有する正極合剤を容易に得ることができる。 Here, the positive electrode active material is preferably made of manganese dioxide, and the conductive agent is preferably made of graphite. The surface modification is preferably performed by plasma discharge, UV irradiation, or corona discharge on the surface of the molded body of the positive electrode mixture. Thereby, hydrophilicity can be provided to the surface of the molded body of the positive electrode mixture by a simple treatment, and a positive electrode mixture having high electrolyte solution impregnation property can be easily obtained.
また、正極合剤の成形体表面は、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電により、さらに粗面化されていることが好ましい。これにより、正極合剤の成形体表面は、電解液をより吸収しやすくなるため、正極合剤の電解液含浸性をさらに向上させることができる。 The surface of the molded body of the positive electrode mixture is preferably further roughened by plasma discharge, UV irradiation, or corona discharge. Thereby, since the surface of the molded body of the positive electrode mixture becomes easier to absorb the electrolytic solution, the electrolyte solution impregnation property of the positive electrode mixture can be further improved.
また、正極合剤は、中空円筒状に圧縮成形されており、正極合剤の内壁表面が、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電により親水性を付与されていることが好ましい。これにより、正極合剤の成形体の中空部に注液された電解液が、成形体の内壁表面から吸収されやくなるため、正極合剤の電解液含浸性をより向上させることができる。 The positive electrode mixture is preferably compression-molded into a hollow cylinder, and the inner wall surface of the positive electrode mixture is preferably given hydrophilicity by plasma discharge, UV irradiation, or corona discharge. Thereby, since the electrolyte solution poured into the hollow part of the molded body of the positive electrode mixture is easily absorbed from the inner wall surface of the molded body, the electrolyte solution impregnation property of the positive electrode mixture can be further improved.
本発明に係わる乾電池用正極合剤の製造方法は、二酸化マンガンからなる正極活物質と、黒鉛からなる導電剤とを混合し、該混合物を圧縮成形して所定形状の正極合剤を形成する工程と、所定形状に形成された正極合剤の表面を、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電することによって親水性を付与する工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a positive electrode mixture for a dry battery according to the present invention includes a step of mixing a positive electrode active material made of manganese dioxide and a conductive agent made of graphite, and compression-molding the mixture to form a positive electrode mixture having a predetermined shape. And a step of imparting hydrophilicity to the surface of the positive electrode mixture formed in a predetermined shape by plasma discharge, UV irradiation, or corona discharge.
本発明に係わる乾電池は、上記に記載の乾電池用正極合剤が、電解液とともに電池ケース内に収納されていることを特徴とする。 A dry battery according to the present invention is characterized in that the positive electrode mixture for a dry battery described above is housed in a battery case together with an electrolytic solution.
本発明によれば、所定形状に圧縮成形された正極合剤の表面を、プラズマ放電等の表面改質を行うことにより親水性を付与することによって、正極合剤の表面が、電解液を吸収しやすくなるため、正極合剤の電解液含浸性を向上させることができる。また、正極合剤を高密度に圧縮成形した後に、成形体の表面改質を行えばよいため、成形体の高密度化を阻害せず、優れた放電特性を有する電池を得ることができる。 According to the present invention, the surface of the positive electrode mixture that has been compression-molded into a predetermined shape is given hydrophilicity by performing surface modification such as plasma discharge, so that the surface of the positive electrode mixture absorbs the electrolytic solution. Therefore, the electrolyte solution impregnation property of the positive electrode mixture can be improved. In addition, since the surface of the molded body may be modified after the positive electrode mixture is compression-molded at a high density, a battery having excellent discharge characteristics can be obtained without hindering densification of the molded body.
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図1は、本発明の実施形態におけるアルカリ電池用正極合剤を使用したアルカリ乾電池の構成を示した半断面図である。 FIG. 1 is a half cross-sectional view showing a configuration of an alkaline battery using a positive electrode mixture for alkaline batteries in an embodiment of the present invention.
図1に示すように、有底円筒形の電池ケース1に、中空円筒状の正極合剤2が収納され、正極合剤2の中空部には、有底円筒状に形成されたセパレータ4を介してゲル状負極3が収納されている。また、正極合剤2、セパレータ4およびゲル状負極3には、アルカリ電解液が含まれている。電池ケース1の開口部は、正極合剤2、ゲル状負極3等の発電要素を収納した後、負極集電体6、負極集電体6と電気的に接続された負極端子板(封口板)7、およびガスケット5を一体化した封口ユニット9により封口されている。また、電池ケース1の外表面は、外装ラベル8により被覆されている。
As shown in FIG. 1, a hollow cylindrical
ここで、正極合剤2は、二酸化マンガン等の正極活物質、黒鉛等の導電剤、および結着材や滑沢剤を含む混合物を、金型等により圧縮成形することによって得られる。そして、圧縮成形された正極合剤2の成形体表面は、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電による表面改質が行われて、親水性を付与されている。これにより、正極合剤2の成形体表面は、電解液を吸収しやすくなるため、正極合剤の電解液含浸性を向上させることができる。また、正極合剤を高密度に圧縮成形した後に、成形体の表面改質を行えばよいため、成形体の高密度化を阻害せず、優れた放電特性を有する電池を得ることができる。
Here, the
なお、正極合剤2の表面改質は、成形体表面を、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電することによって行うことができる。
The surface modification of the
図2は、中空円筒状の正極合剤2の表面改質の例として、プラズマ放電による表面処理の方法を模式的に示した構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a surface treatment method by plasma discharge as an example of surface modification of the hollow cylindrical
図2に示すように、プラズマ発生装置10で、プラズマノズル11の内部に高圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマノズル11の噴射口からプラズマを正極合剤2に照射することによって、正極合剤2の表面を改質して親水性を付与する。また、正極合剤2の内壁表面を改質する場合、プラズマノズルの噴射口を回転させながらプラズマ照射することによって、正極合剤2の内壁表面も容易に改質させることができる。これにより、正極合剤2の中空部に注液された電解液が、正極合剤2の内壁表面から吸収されやくなるため、正極合剤2の電解液含浸性をより向上させることができる。
As shown in FIG. 2, the
なお、本発明において、正極合剤2の成形体表面に、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電を行うことにより、成形体表面に親水性を付与しているが、これに加えて、さらに、成形体表面を粗面化することも可能である。これにより、正極合剤2の成形体表面は、電解液をより吸収しやすくなるため、正極合剤2の電解液含浸性をさらに向上させることができる。
In the present invention, the surface of the molded body of the
ここで、正極活物質は、特にその材料に制限されないが、二酸化マンガンの他、例えば、オキシ水酸化ニッケル等の材料を用いることができる。また、導電剤としては、黒鉛粉末、カーボンブラック、炭素繊維等の材料を用いることができる。 Here, the material for the positive electrode active material is not particularly limited, but materials such as nickel oxyhydroxide can be used in addition to manganese dioxide. As the conductive agent, materials such as graphite powder, carbon black, and carbon fiber can be used.
ゲル状負極3は、例えば、アルカリ電解液にゲル化剤を添加してゲル状に加工し、負極活物質である亜鉛合金粉末を混合分散させたものを用いることができる。また、ゲル化剤としては、例えば、カルボキシビニルポリマーおよびその塩類(ポリ(メタ)アクリル酸やその金属塩等)、カルボキシメチルセルロースおよびその塩類等の材料を用いることができる。
As the gelled
セパレータ4には、例えば、耐アルカリ処理を施したポリビニルアルコール繊維およびセルロース繊維を主体として混抄した不織布等が用いることができる。
As the
ガスケット5には、ナイロン、ポリプロピレン等が用いられるが、耐アルカリ性と耐熱性を有する材料として、6,6−ナイロン、6,10−ナイロン、6,12−ナイロンを用いてもよい。
Nylon, polypropylene, or the like is used for the
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、正極合剤の成形体として中空円筒状の正極合剤を例に説明したが、例えば、中空方形状の正極合剤であってもよい。また、上記実施形態では、乾電池としてアルカリ乾電池を例に説明したが、マンガン乾電池、ニッケル系一次電池等の乾電池にも適用できる。また、本発明における正極合剤を使用した乾電池は、円筒形乾電池に限らず、角形乾電池にも適用できる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the hollow cylindrical positive electrode mixture has been described as an example of the positive electrode mixture molded body. However, for example, a hollow positive electrode mixture may be used. Moreover, in the said embodiment, although the alkaline dry battery was demonstrated to the example as a dry battery, it can apply also to dry batteries, such as a manganese dry battery and a nickel-type primary battery. Moreover, the dry battery using the positive electrode mixture in the present invention is not limited to a cylindrical dry battery but can be applied to a square dry battery.
本発明の乾電池用正極合剤は、高い電解液含浸性を有し、これを用いた乾電池は、放電特性に優れ、電子機器の電源等に好適に用いられる。 The positive electrode mixture for dry batteries of the present invention has a high electrolyte solution impregnation property, and a dry battery using the positive electrode mixture has excellent discharge characteristics and is suitably used as a power source for electronic devices.
1 電池ケース
2 正極合剤
3 ゲル状負極
4 セパレータ
5 ガスケット
6 負極集電体
8 外装ラベル
9 封口ユニット
10 プラズマ発生装置
11 プラズマノズル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記正極合剤の成形体表面が、表面改質により親水性が付与されている、乾電池用正極合剤。 A positive electrode mixture for a dry battery, which is obtained by compression molding a positive electrode material containing a positive electrode active material and a conductive agent into a predetermined shape,
A positive electrode mixture for a dry battery, wherein the surface of the molded body of the positive electrode mixture is provided with hydrophilicity by surface modification.
前記所定形状に形成された正極合剤の表面を、プラズマ放電、UV照射、又はコロナ放電することによって親水性を付与する工程と
を含む、乾電池用正極合剤の製造方法。 Mixing a positive electrode active material made of manganese dioxide and a conductive agent made of graphite, and compression-molding the mixture to form a positive electrode mixture of a predetermined shape;
And a step of imparting hydrophilicity to the surface of the positive electrode mixture formed in the predetermined shape by plasma discharge, UV irradiation, or corona discharge.
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