JP2011108591A - Alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高容量化を図ったアルカリ電池に関する。 The present invention relates to an alkaline battery having a high capacity.
一般的なアルカリ電池は、正極と負極との間にセパレータを介在させて、正極と負極との内部短絡の防止を図っている。 In general alkaline batteries, a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode to prevent an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
従来、負極活物質に亜鉛粉末を含むアルカリ電池において、特定の放電条件で使用した場合、負極に酸化亜鉛の針状結晶が生成し、この結晶がセパレータを突き破って、いわゆるデンドライトに起因した内部短絡が生じることがある。 Conventionally, in alkaline batteries containing zinc powder as the negative electrode active material, when used under specific discharge conditions, acicular crystals of zinc oxide are formed on the negative electrode, and this crystal breaks through the separator, resulting in an internal short circuit caused by so-called dendrites. May occur.
デンドライトに起因した内部短絡を防止する技術は、種々提案されているが、セパレータについても、デンドライト耐久性を高めた種々の材料等が提案されている（特許文献１、２等を参照）。 Various techniques for preventing an internal short circuit due to dendrites have been proposed, and various materials and the like with improved dendritic durability have also been proposed for separators (see Patent Documents 1 and 2).
ところで、セパレータは、セパレータの基材を巻回して筒状に成形したものを、正極と負極との間に配されるが、アルカリ電池の高容量化を図るために、セパレータの薄膜化が要求されている。しかし、デンドライト耐久性の高いセパレータを採用して薄膜化を図った場合、セパレータの巻き始めと巻き終わりでズレが生じると、巻き数の足らない領域が発生する。かかる領域では、正極と負極との距離が短くなるため、セパレータのデンドライト耐久性が不充分となり、内部短絡が発生するおそれがある。 By the way, the separator is formed by winding the separator base material into a cylindrical shape, and is arranged between the positive electrode and the negative electrode. In order to increase the capacity of the alkaline battery, it is necessary to reduce the thickness of the separator. Has been. However, when a thin film is formed by using a separator with high dendrite durability, if a gap occurs between the start and end of winding of the separator, a region where the number of windings is insufficient is generated. In such a region, since the distance between the positive electrode and the negative electrode is shortened, the dendrite durability of the separator becomes insufficient, and an internal short circuit may occur.
従来、このようなセパレータの巻き始めと巻き終わりとのズレを考慮して、通常は、セパレータの基材を巻回して筒状に成形する際に、巻き始め部位と巻き終わり部位とをオーバーラップさせた領域を設けておくことが行われている（特許文献３、４等を参照）。 Conventionally, in consideration of such a deviation between the start and end of winding of the separator, usually, when the separator substrate is wound into a cylindrical shape, the winding start portion and the winding end portion overlap. It has been practiced to provide such a region (see Patent Documents 3, 4, etc.).
図７は、正極と負極との間に配されたセパレータの一部を示した部分断面図である。図７に示すように、筒状に巻回されたセパレータ１０４において、巻き始め部位１０４ａと巻き終わり部位１０４ｂとがオーバーラップしている領域Ａが設けられている。セパレータ１０４の外周面は、正極１０２の中空部内面１０２ａに内接しており、セパレータ１０４の内周側には、ゲル状負極１０３が充填されている。 FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a part of the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. As shown in FIG. 7, in the separator 104 wound in a cylindrical shape, a region A where the winding start portion 104a and the winding end portion 104b overlap is provided. The outer peripheral surface of the separator 104 is inscribed in the hollow portion inner surface 102 a of the positive electrode 102, and the gel-like negative electrode 103 is filled on the inner peripheral side of the separator 104.
図７に示すように、セパレータ１０４の一部に設けられたオーバーラップ領域Ａは、電池ケース内で余分な占有領域となるため、その分、ゲル状負極の充填体積の減少が余儀なくされる。 As shown in FIG. 7, the overlap area A provided in a part of the separator 104 becomes an extra occupied area in the battery case, and accordingly, the filling volume of the gelled negative electrode is inevitably reduced.
また、筒状に巻回されたセパレータは、電池ケース内に中空筒状の正極１０２を配設した後、正極１０２の中空部に挿入されるが、その際、オーバーラップ領域Ａが、他の領域よりも厚くなっているため、セパレータ１０４の巻き終わり部位１０４ｂの端部が正極１０２の中空部内面１０２ａを削ってしまうおそれがある。 In addition, the separator wound in a cylindrical shape is inserted into the hollow portion of the positive electrode 102 after disposing the hollow cylindrical positive electrode 102 in the battery case. Since it is thicker than the region, the end of the winding end portion 104b of the separator 104 may scrape the hollow portion inner surface 102a of the positive electrode 102.
図８は、正極１０２及びゲル状負極１０３をセパレータ１０４を介して電池ケース１０１内に収容して形成したアルカリ電池の断面を撮影したＸ線写真である。図８に示すように、領域Ｂにおいて、正極１０２の中空部内面に、セパレータ１０４の巻き終わり部位１０４ｂの端部によって削られた箇所が観察される。 FIG. 8 is an X-ray photograph of a cross section of an alkaline battery formed by accommodating the positive electrode 102 and the gelled negative electrode 103 in the battery case 101 via the separator 104. As shown in FIG. 8, in the region B, a portion scraped by the end of the winding end portion 104 b of the separator 104 is observed on the inner surface of the hollow portion of the positive electrode 102.
このように、筒状に巻回されたセパレータの一部にオーバーラップ領域が設けられていると、ゲル状負極１０３または／および正極１０２の体積が減少するため、アルカリ電池の高容量化が充分に図れないという問題がある。 As described above, when the overlap region is provided in a part of the separator wound in the cylindrical shape, the volume of the gelled negative electrode 103 and / or the positive electrode 102 is reduced, so that the capacity of the alkaline battery is sufficiently increased. There is a problem that cannot be achieved.
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、デンドライトによる内部短絡を抑制し、高容量化を図ったアルカリ電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and a main object thereof is to provide an alkaline battery which suppresses an internal short circuit due to dendrites and achieves a high capacity.
上記の課題を解決するために、本発明は、セパレータで正極及び負極を分離したアルカリ電池において、筒状に巻回されたセパレータに非オーバーラップ領域を設けた構成を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention employs a configuration in which a non-overlapping region is provided in a cylindrically wound separator in an alkaline battery in which a positive electrode and a negative electrode are separated by a separator.
すなわち、本発明の一側面におけるアルカリ電池は、電池ケース内に配設された中空筒状の正極と、正極の中空部内に充填された亜鉛粉末を含む負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを備え、セパレータは、不織布からなる基材をｎ回巻回して筒状に成形されており、かつ、セパレータの巻き始め部位と巻き終わり部位とがオーバーラップしない（ｎ−１）回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域を有し、セパレータの非オーバーラップ領域は、正極の中空部内面に接していないことを特徴とする。 That is, an alkaline battery according to one aspect of the present invention is disposed between a hollow cylindrical positive electrode disposed in a battery case, a negative electrode including zinc powder filled in a hollow part of the positive electrode, and the positive electrode and the negative electrode. The separator is formed into a cylindrical shape by winding the base material made of a nonwoven fabric n times, and the winding start portion and the winding end portion of the separator do not overlap (n-1). It has a non-overlap region corresponding to the number of windings, and the non-overlap region of the separator is not in contact with the inner surface of the hollow part of the positive electrode.
ある好適な実施形態において、非オーバーラップ領域の周方向の長さは、０．５〜２．１ｍｍの範囲にある。 In a preferred embodiment, the circumferential length of the non-overlapping region is in the range of 0.5 to 2.1 mm.
ある好適な実施形態において、セパレータは、セルロース繊維を主材料とした不織布からなる。また、セパレータの坪量は、２０〜５０ｇ／ｍ２の範囲にあることが好ましい。また、セパレータの巻回数は、２回（ｎ＝２）であることが好ましい。 In a preferred embodiment, the separator is made of a nonwoven fabric mainly composed of cellulose fibers. Moreover, it is preferable that the basic weight of a separator exists in the range of 20-50 g / m < 2 >. Moreover, it is preferable that the winding number of a separator is 2 times (n = 2).
本発明によれば、デンドライトによる内部短絡を抑制しつつ、高容量化を図ったアルカリ電池を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the alkaline battery which aimed at high capacity | capacitance is realizable, suppressing the internal short circuit by a dendrite.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. Moreover, it can change suitably in the range which does not deviate from the range which has the effect of this invention. Furthermore, combinations with other embodiments are possible.
図１は、本発明の一実施形態におけるアルカリ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 in one embodiment of the present invention.
図１に示すように、アルカリ電池は、有底円筒状の電池ケース１内に配設された中空筒状の正極２と、正極２の中空部内に充填された亜鉛粉末を含む負極３と、正極２と負極３との間に配されたセパレータ４とを備えている。そして、電池ケース１の開口部は、ガスケット５と、負極集電子６が接続された負極端子板７とで構成された封口ユニット９で封口されている。 As shown in FIG. 1, the alkaline battery includes a hollow cylindrical positive electrode 2 disposed in a bottomed cylindrical battery case 1, a negative electrode 3 containing zinc powder filled in the hollow portion of the positive electrode 2, A separator 4 is provided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. And the opening part of the battery case 1 is sealed with the sealing unit 9 comprised by the gasket 5 and the negative electrode terminal plate 7 to which the negative electrode current collector 6 was connected.
本願発明者が、デンドライトによる内部短絡の発生したアルカリ電池について、その発生箇所を検討していたところ、以下のような知見を得た。 The inventor of the present application has studied the location of an alkaline battery in which an internal short circuit has occurred due to dendrites, and has obtained the following knowledge.
図２（ａ）は、未使用のセパレータの表面を観察したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真、図２（ｂ）は、デンドライトが発生した箇所のセパレータの表面を観察したＳＥＭ写真、図２（ｃ）は、デンドライトを拡大して観察したＳＥＭ写真である。ここで、セパレータは、セルロース繊維とポリビニルアルコール系繊維とを混抄して形成した不織布からなる。 2A is a SEM (scanning electron microscope) photograph observing the surface of an unused separator, and FIG. 2B is a SEM photograph observing the separator surface where dendrites are generated, FIG. c) is an SEM photograph obtained by magnifying the dendrite. Here, the separator is made of a nonwoven fabric formed by mixing cellulose fibers and polyvinyl alcohol fibers.
図２（ａ）に示すように、セパレータは、細長い繊維１０が絡み合って構成されているが、図２（ｃ）に示すような無数の針状結晶であるデンドライト１１が、図２（ｂ）に示すように、繊維１０の表面を這うように成長していることが分かる。これは、別の見方をすれば、セパレータを構成する繊維１０がないところは、デンドライトが成長する支持体（繊維１０）がないため、セパレータの表面から外方に向けて長く成長することはない。 As shown in FIG. 2 (a), the separator is formed by intertwining elongated fibers 10, but the dendrite 11 which is an infinite number of needle crystals as shown in FIG. 2 (c) is formed in FIG. 2 (b). As can be seen from the graph, the fiber 10 grows so as to cite the surface. From another point of view, where there is no fiber 10 constituting the separator, there is no support (fiber 10) on which the dendrite grows, so it does not grow long outward from the surface of the separator. .
ところで、デンドライトの成長に起因する内部短絡は、負極で析出したデンドライトがセパレータを突き破って正極に至ることによって発生するが、そもそも、セパレータの外周面が正極の中空部内面に接していなければ、デンドライトがセパレータの表面から外方に向けて長く成長することがない限り、内部短絡は発生しないことになる。 By the way, the internal short circuit caused by the growth of dendrite occurs when the dendrite deposited on the negative electrode breaks through the separator and reaches the positive electrode. As long as the film does not grow long outward from the surface of the separator, an internal short circuit will not occur.
本願発明者は、このような知見から、筒状に巻回して形成されたセパレータに、あえてオーバーラップ領域を設けず、逆に、一定幅の非オーバーラップ領域を設けることによって、デンドライトに起因した内部短絡の発生を抑制し得ることに気がつき、本発明を想到するに至った。 From such knowledge, the inventor of the present application caused a dendrite by providing a non-overlap region having a constant width on the separator formed by winding in a cylindrical shape. It was noticed that the occurrence of an internal short circuit could be suppressed, and the present invention was conceived.
図３は、本実施形態における正極と負極との間に配されたセパレータの一部を示した部分断面図である。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a part of the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode in the present embodiment.
図３に示すように、セパレータ４は、不織布からなる基材を２回巻回して筒状に成形されており、かつ、セパレータ４の巻き始め部位４ａと巻き終わり部位４ｂとがオーバーラップしていない、すなわち、１回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域Ｃを有している。ここで、セパレータ４の非オーバーラップ領域Ｃは、正極２の中空部内面（破線で示した面）２ａに接していないことを要する。また、セパレータ４の内周側には、負極３が充填されている。 As shown in FIG. 3, the separator 4 is formed into a cylindrical shape by winding a substrate made of a nonwoven fabric twice, and the winding start portion 4a and the winding end portion 4b of the separator 4 overlap each other. No, that is, it has a non-overlap region C corresponding to one winding. Here, the non-overlap region C of the separator 4 needs not to be in contact with the hollow portion inner surface (surface indicated by a broken line) 2 a of the positive electrode 2. Further, the negative electrode 3 is filled on the inner peripheral side of the separator 4.
セパレータ４の非オーバーラップ領域Ｃが、正極２の中空部内面２ａに接しないようにするには、次のようにして実現できる。 In order to prevent the non-overlapping region C of the separator 4 from coming into contact with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2, it can be realized as follows.
まず、電池ケース１内に、中空筒状の正極２を配設する。次に、筒状に巻回されたセパレータ４を、正極２の中空部内に挿入する。このとき、セパレータ４の最外層は、正極２の中空部内面２ａに押し付けられるため、図３に示すように、セパレータ４の最外層の面は、正極２の中空部内面２ａと略一致する。そのため、セパレータ４の非オーバーラップ領域Ｃは、正極２の中空部内面２ａから離れて、負極３側に滑らかに曲がった状態で維持される。従って、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さＬを、適当な長さに設定することによって、セパレータ４の非オーバーラップ領域Ｃを、正極２の中空部内面２ａに接しないようにすることができる。 First, a hollow cylindrical positive electrode 2 is disposed in the battery case 1. Next, the separator 4 wound in a cylindrical shape is inserted into the hollow portion of the positive electrode 2. At this time, since the outermost layer of the separator 4 is pressed against the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2, the surface of the outermost layer of the separator 4 substantially coincides with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2. Therefore, the non-overlap region C of the separator 4 is maintained away from the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2 and smoothly bent toward the negative electrode 3 side. Therefore, by setting the circumferential length L of the non-overlap region C to an appropriate length, the non-overlap region C of the separator 4 is not in contact with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2. Can do.
このように、セパレータ４に一定幅の非オーバーラップ領域Ｃを設けて、この非オーバーラップ領域Ｃを、正極２の中空部内面２ａに接しないようにすることによって、非オーバーラップ領域Ｃにおいて、デンドライトの成長による内部短絡の発生を抑制することができる。なお、非オーバーラップ領域Ｃ以外のセパレータ４においては、所定の巻回数（図３では、２回）に相当するセパレータ４の膜厚が確保されているため、正極２と負極３との距離が充分に保たれており、デンドライトの成長による内部短絡は、もともと抑制されているので、中空部内面２ａに接していても問題はない。 In this way, by providing the separator 4 with a non-overlap region C having a certain width and not contacting the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2 in the non-overlap region C, The occurrence of internal short circuit due to the growth of dendrites can be suppressed. In the separators 4 other than the non-overlapping region C, the film thickness of the separator 4 corresponding to a predetermined number of windings (two in FIG. 3) is secured, so the distance between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is Since the internal short-circuit due to the growth of dendrites is sufficiently suppressed, there is no problem even if it is in contact with the hollow portion inner surface 2a.
また、筒状に巻回して成形されたセパレータ４は、従来のようなオーバーラップ領域が設けられていないため、負極３の充填体積を減少させる余分な占有領域をなくすことができる。 Moreover, since the separator 4 formed by being wound into a cylindrical shape is not provided with an overlap region as in the prior art, an extra occupied region that reduces the filling volume of the negative electrode 3 can be eliminated.
さらに、筒状に成形されたセパレータ４を、正極２の中空部に挿入する際、従来のようなオーバーラップ領域が設けられていないため、セパレータ４の巻き終わり部位４ｂの端部が正極２の中空部内面２ａを削るおそれはない。 Further, when the separator 4 formed into a cylindrical shape is inserted into the hollow portion of the positive electrode 2, the conventional overlap region is not provided. There is no fear of scraping the hollow portion inner surface 2a.
図４は、正極２及び負極３をセパレータ４を介して電池ケース１内に収容して形成したアルカリ電池の断面を撮影したＸ線写真である。図４に示すように、正極２の中空部内面に、セパレータ４の巻き終わり部位４ｂの端部によって削られた箇所は観察されない。 FIG. 4 is an X-ray photograph of a cross section of an alkaline battery formed by accommodating the positive electrode 2 and the negative electrode 3 in the battery case 1 with the separator 4 interposed therebetween. As shown in FIG. 4, the portion scraped by the end of the winding end portion 4 b of the separator 4 is not observed on the inner surface of the hollow portion of the positive electrode 2.
このように、非オーバーラップ領域Ｃを有するセパレータ４を用いることによって、従来のようなオーバーラップ領域を有するセパレータに比べて、負極３または／および正極２の体積を増加させることができ、その結果、アルカリ電池の高容量化を図ることが可能となる。 Thus, by using the separator 4 having the non-overlap region C, the volume of the negative electrode 3 and / or the positive electrode 2 can be increased as compared with the conventional separator having the overlap region. Therefore, it is possible to increase the capacity of the alkaline battery.
本発明において、セパレータ４は、不織布からなる基材を巻回して筒状に成形されるが、その巻回数は、使用するセパレータ４の基材の材料特性や膜厚等によって適宜決めることができる。この際、デンドライトの成長による内部短絡が生じない程度に、セパレータ４が余分な占有領域を取ることがない厚みに相当する巻回数に設定することが好ましい。 In the present invention, the separator 4 is formed into a cylindrical shape by winding a base material made of nonwoven fabric, and the number of windings can be appropriately determined depending on the material characteristics, film thickness, etc. of the base material of the separator 4 to be used. . At this time, it is preferable to set the number of turns corresponding to a thickness at which the separator 4 does not occupy an extra occupied area to such an extent that an internal short circuit due to dendrite growth does not occur.
以上のことから、本発明におけるセパレータ４は、不織布からなる基材をｎ回巻回して筒状に成形されており、かつ、セパレータ４の巻き始め部位４ａと巻き終わり部位４ｂとがオーバーラップしない（ｎ−１）回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域Ｃを有し、かつ、セパレータ４の非オーバーラップ領域Ｃが、正極２の中空部内面２ａに接していないことを要する。 From the above, the separator 4 in the present invention is formed into a cylindrical shape by winding a base material made of a nonwoven fabric n times, and the winding start portion 4a and the winding end portion 4b of the separator 4 do not overlap. It is necessary to have a non-overlap region C corresponding to the number of (n-1) turns and that the non-overlap region C of the separator 4 is not in contact with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2.
正極２の中空部内面２ａに接していない非オーバーラップ領域Ｃは、上述したように、通常のアルカリ電池の製造過程において必然的に実現可能であるが、この際、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さＬは、使用するセパレータ４の基材の材料特性や膜厚等によって適宜決めることが好ましい。もちろん、他の方法を用いて、正極２の中空部内面２ａに接していない非オーバーラップ領域Ｃを形成してもよい。 As described above, the non-overlap region C that is not in contact with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2 can be inevitably realized in the manufacturing process of a normal alkaline battery. The length L in the direction is preferably determined as appropriate depending on the material properties and film thickness of the base material of the separator 4 to be used. Of course, you may form the non-overlap area | region C which is not in contact with the hollow part inner surface 2a of the positive electrode 2 using another method.
なお、本発明において、「非オーバーラップ領域Ｃは、正極２の中空部内面２ａに接していない」とは、全ての非オーバーラップ領域Ｃにおいて、正極２の中空部内面２ａに接していない状態のみを意味するのではなく、例えば、セパレータ４の巻き始め部位４ａ近傍の非オーバーラップ領域Ｃが、正極２の中空部内面２ａに接した状態のものも含む。この場合、セパレータ４の巻き始め部位４ａ近傍を除く非オーバーラップ領域Ｃは、セパレータ４の巻き終わり部位４ｂの方向に沿って、正極２の中空部内面２ａから離れていくため、ほとんどの非オーバーラップ領域Ｃは、正極２の中空部内面２ａに接していない状態となる。それ故に、デンドライトの成長に起因する内部短絡の抑制効果は損なわれず、また、アルカリ電池の高容量化も図ることができる。 In the present invention, “the non-overlap region C is not in contact with the hollow portion inner surface 2 a of the positive electrode 2” means that the non-overlap region C is not in contact with the hollow portion inner surface 2 a of the positive electrode 2. For example, the non-overlapping region C in the vicinity of the winding start portion 4a of the separator 4 includes a state in which the positive electrode 2 is in contact with the hollow portion inner surface 2a. In this case, the non-overlap region C excluding the vicinity of the winding start portion 4a of the separator 4 moves away from the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2 along the direction of the winding end portion 4b of the separator 4, so The wrap region C is not in contact with the hollow portion inner surface 2 a of the positive electrode 2. Therefore, the effect of suppressing the internal short circuit due to the dendrite growth is not impaired, and the capacity of the alkaline battery can be increased.
本発明におけるセパレータ４は、不織布からなる基材で構成されるが、その材料は特に制限されない。セパレータ４の材料としては、セパレータ４の要求機能に合わせて適宜選択可能であるが、例えば、セルロース繊維を主材料とした不織布、あるいは、他の繊維（例えば、ポリビニルアルコール系繊維）との混抄で形成した不織布等が挙げられる。また、セパレータ４の坪量は、電解液の吸収性の観点から５０ｇ／ｍ２以下が好ましく、また、強度の観点から２０ｇ／ｍ２以上が好ましい。 Although the separator 4 in this invention is comprised with the base material which consists of a nonwoven fabric, the material in particular is not restrict | limited. The material of the separator 4 can be appropriately selected according to the required function of the separator 4, but for example, a non-woven fabric mainly composed of cellulose fibers, or mixed with other fibers (for example, polyvinyl alcohol fibers). The formed nonwoven fabric etc. are mentioned. Further, the basis weight of the separator 4 is preferably 50 g / m 2 or less from the viewpoint of the absorbability of the electrolytic solution, and preferably 20 g / m 2 or more from the viewpoint of strength.
本発明における負極３は、亜鉛粉末を含むものであれば特に制限はなく、例えば、亜鉛粉末を含むゲル状負極等が挙げられる。なお、亜鉛粉末は、Ｉｎ、Ａｌ、Ｂｉ等を含むものであってもよく、また、亜鉛合金であってもよい。 If the negative electrode 3 in this invention contains zinc powder, there will be no restriction | limiting in particular, For example, the gel-like negative electrode containing zinc powder etc. are mentioned. The zinc powder may contain In, Al, Bi, or the like, or may be a zinc alloy.
本発明における正極２は中空筒状であればよく、その材料は特に制限されない。例えば、二酸化マンガン等の正極活物質とアルカリ電解液とを含有する正極合剤粉末を中空筒状に加圧成形した成形体（正極ペレット）が挙げられる。 The positive electrode 2 in the present invention is not particularly limited as long as it has a hollow cylindrical shape. For example, the molded object (positive electrode pellet) which press-molded the positive mix powder containing positive electrode active materials, such as manganese dioxide, and alkaline electrolyte in the shape of a hollow cylinder is mentioned.
本発明における「筒状」に成形されたセパレータ４は、円筒状の他、扁平筒状に形成されたセパレータ４を含む。従って、本発明におけるアルカリ電池は、円筒形アルカリ電池の他、角形アルカリ電池にも適用できる。 The separator 4 formed into a “tubular shape” in the present invention includes a separator 4 formed into a flat cylindrical shape in addition to a cylindrical shape. Therefore, the alkaline battery in the present invention can be applied to a prismatic alkaline battery in addition to a cylindrical alkaline battery.
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における正極と負極との間に配されたセパレータの一部を示した部分断面図である。 FIGS. 5A and 5B are partial cross-sectional views illustrating a part of a separator disposed between a positive electrode and a negative electrode in another embodiment of the present invention.
図５（ａ）は、不織布からなる基材を３回巻回して筒状に成形したセパレータ４を例示したもので、セパレータ４の巻き始め部位４ａと巻き終わり部位４ｂとがオーバーラップしない２回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域Ｃを有している。 FIG. 5A illustrates a separator 4 formed by winding a base material made of a nonwoven fabric three times into a cylindrical shape. The winding start portion 4a and the winding end portion 4b of the separator 4 are not overlapped twice. Has a non-overlapping region C corresponding to the number of turns.
図５（ｂ）は、不織布からなる基材を２枚重ねた状態で、２回巻回して筒状に成形したセパレータ４を例示したもので、セパレータ４の巻き始め部位４ａと巻き終わり部位４ｂとがオーバーラップしない１回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域Ｃを有している。なお、本例示のセパレータ４は、非オーバーラップ領域Ｃが２枚の基材で構成され、非オーバーラップ領域Ｃ以外が４枚の基材で構成されるが、これは、ｎ回巻回して筒状に形成し、（ｎ−１）回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域Ｃを設けたセパレータ４と、実質的に同一である。 FIG. 5B illustrates the separator 4 formed into a cylindrical shape by winding it twice in a state in which two base materials made of nonwoven fabric are stacked, and the winding start portion 4a and the winding end portion 4b of the separator 4 are illustrated. Has a non-overlap region C corresponding to the number of windings that do not overlap. In the separator 4 of this example, the non-overlapping region C is composed of two base materials, and other than the non-overlapping region C is composed of four base materials. The separator 4 is substantially the same as the separator 4 formed in a cylindrical shape and provided with a non-overlap region C corresponding to (n-1) turns.
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に使用されるセパレータ４の基材の形状を例示的に示した平面図である。図６（ａ）は、長方形の基材、図６（ｂ）は、巻き終わり部位４ｂの端に相当する長方形の角部に切欠けを設けた基材、図６（ｃ）は、平行四辺形の基材をそれぞれ示す。勿論、セパレータ４の基材の形状をこれに限らず、種々の形状を取りうる。また、巻回の仕方も、図３、図５（ａ）、（ｂ）に例示した形態の他に、例えば、１枚の基材を４回巻回したもの、２枚に重ねた基材を３回巻回したもの等、種々の形態を取りうる。 6A to 6C are plan views exemplarily showing the shape of the base material of the separator 4 used in the present invention. 6A is a rectangular base material, FIG. 6B is a base material in which a rectangular corner corresponding to the end of the winding end portion 4b is cut, and FIG. Each of the shaped substrates is shown. Of course, the shape of the base material of the separator 4 is not limited to this, and various shapes can be taken. In addition to the form illustrated in FIGS. 3, 5A, and 5B, the winding method is, for example, one base material wound four times, and two base materials stacked on each other Can take various forms, such as those wound three times.
以下、本発明の実施例を挙げて本発明の構成及び効果をさらに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although the example and the example of the present invention are given and the composition and effect of the present invention are further explained, the present invention is not limited to these examples.
図１に示した構造の単３形アルカリ電池（ＬＲ６）を、以下の＜１＞乃至＜５＞の手順で作製した。 An AA alkaline battery (LR6) having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following procedures <1> to <5>.
＜１＞電池ケース
厚さ０．３５ｍｍのニッケルめっき鋼板から、外径が１３．９２ｍｍ、高さ５１．８ｍｍをプレス加工して、有底円筒形の電池ケース１を作製した。
<1> Battery Case A bottomed cylindrical battery case 1 was produced by pressing an outside diameter of 13.92 mm and a height of 51.8 mm from a nickel-plated steel sheet having a thickness of 0.35 mm.
＜２＞セパレータ
セルロース繊維と、ポリビニルアルコール系繊維と、バインダーとしてポリビニルアルコールとを、５０：３５：１５の質量比で混抄して、坪量３９ｇ／ｍ2、厚さ０.１５ｍｍの不織布を作製し、幅５１ｍｍの長方形状の基材を作製した。
<2> Separator Cellulose fibers, polyvinyl alcohol fibers, and polyvinyl alcohol as a binder are mixed at a mass ratio of 50:35:15 to produce a nonwoven fabric having a basis weight of 39 g / m 2 and a thickness of 0.15 mm. Thus, a rectangular substrate having a width of 51 mm was produced.
得られた基材１枚を２回巻回して円筒状に成形し、幅方向の端面を折り曲げて、有底円筒状のセパレータ４を作製した。このとき、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さＬは、０．５〜３．２ｍｍの範囲で変化させた。なお、周方向に３．０ｍｍの長さのオーバーラップ領域を設けたセパレータを、比較例として作製した。 One base material obtained was wound twice to form a cylindrical shape, and the end face in the width direction was bent to produce a bottomed cylindrical separator 4. At this time, the length L in the circumferential direction of the non-overlapping region C was changed in the range of 0.5 to 3.2 mm. In addition, the separator which provided the overlap area | region with a length of 3.0 mm in the circumferential direction was produced as a comparative example.
＜３＞正極
電解二酸化マンガン粉末と、黒鉛粉末と、電解液（３２質量％の水酸化カリウムと、２質量％の酸化亜鉛を含有する水溶液）とを、９５．５：３．５：１．０の質量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。その後、フレーク状の正極合剤を粉砕し、これを加圧成形して中空円筒状の正極２を作製した。
<3> Positive electrode An electrolytic manganese dioxide powder, a graphite powder, and an electrolytic solution (an aqueous solution containing 32% by mass of potassium hydroxide and 2% by mass of zinc oxide) are contained in 95.5: 3.5: 1. After mixing at a mass ratio of 0 and stirring sufficiently, it was compression molded into flakes. Thereafter, the flaky positive electrode mixture was pulverized and pressure-molded to produce a hollow cylindrical positive electrode 2.
＜４＞ゲル状負極
ゲル化剤（ポリアクリル酸の粉末からなる増粘剤、及び架橋分岐型ポリアクリル酸ナトリウムの粉末からなる吸水性ポリマーからなる）と、電解液と、亜鉛合金粉末（２５０ｐｐｍのインジウム、５０ｐｐｍのビスマス、１００ｐｐｍのアルミニウムを含む）とを、０．２６：０．５４：３５．２：６４．０の質量比で混合して、ゲル状負極３を作製した。
<4> Gelled negative electrode Gelling agent (consisting of a thickener composed of polyacrylic acid powder and a water-absorbing polymer composed of crosslinked sodium polyacrylate powder), electrolyte, and zinc alloy powder (250 ppm) Indium, 50 ppm of bismuth, and 100 ppm of aluminum) were mixed at a mass ratio of 0.26: 0.54: 35.2: 64.0 to prepare a gelled negative electrode 3.
＜５＞アルカリ電池の組立
１０．５ｇの正極２を電池ケース１内に挿入し、加圧治具により、高さが４１．０ｍｍ、中空部の内径が９．０ｍｍのなるように加圧して電池ケース１の内壁に密着させた。その後、正極２の中空部にセパレータ４を配置した後、１．６５ｇの電解液をセパレータ４内に注液した。その後、ゲル状負極３をセパレータ４内に、高さが４１ｍｍになるように充填した。そして、封口ユニット９を介して電池ケース１の開口部をかしめ封口した。
<5> Assembling the alkaline battery 10.5 g of the positive electrode 2 is inserted into the battery case 1 and pressed by a pressing jig so that the height is 41.0 mm and the inner diameter of the hollow portion is 9.0 mm. The battery case 1 was brought into close contact with the inner wall. Thereafter, the separator 4 was disposed in the hollow portion of the positive electrode 2, and then 1.65 g of an electrolytic solution was injected into the separator 4. Thereafter, the gelled negative electrode 3 was filled in the separator 4 so as to have a height of 41 mm. And the opening part of the battery case 1 was crimped and sealed through the sealing unit 9.
表１は、このようにして作製したアルカリ電池１〜５において、以下の２つの特性１）、２）を測定した結果を示した表である。なお、表１中のＬ寸法は、負の値が、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さを示し、正の値が、オーバーラップ領域Ａの周方向の長さを示す。 Table 1 is a table showing the results of measuring the following two characteristics 1) and 2) in the alkaline batteries 1 to 5 thus manufactured. As for the L dimension in Table 1, a negative value indicates the circumferential length of the non-overlapping region C, and a positive value indicates the circumferential length of the overlapping region A.
１）負極の充填質量
電池ケース１内に一定の高さに充填したゲル状負極３の質量を測定した。
1) Filling Mass of Negative Electrode The mass of the gelled negative electrode 3 filled in the battery case 1 at a certain height was measured.
２）放電性能
２０±２℃の環境下で、３．３Ωの負荷で４分間放電した後、５６分間休止する工程を１サイクルとして、１日に８サイクル繰り返し行って、閉路電圧が０．９Ｖに達するまでの放電時間（４分間の放電の累積時間）を測定した。
2) Discharge performance Under a 20 ± 2 ° C environment, after discharging for 4 minutes at a load of 3.3Ω and then stopping for 56 minutes, one cycle is repeated 8 cycles a day, and the closed circuit voltage is 0.9V. The discharge time until reaching the value (accumulated time of discharge for 4 minutes) was measured.
表１に示すように、非オーバーラップ領域Ｃを有するセパレータ４を用いた電池２〜５の負極３の充填質量は、従来のオーバーラップ領域Ａを有するセパレータを用いた電池１の負極の充填質量に比べて、約２％の増量が図られていることが分かる。 As shown in Table 1, the filling mass of the negative electrodes 3 of the batteries 2 to 5 using the separator 4 having the non-overlapping region C is the filling mass of the negative electrode of the battery 1 using the separator having the conventional overlapping region A. It can be seen that an increase of about 2% is achieved.
その結果、表１に示すように、非オーバーラップ領域Ｃを有するセパレータ４を用いた電池２〜４の放電性能は、従来のオーバーラップ領域Ａを有するセパレータを用いた電池１の放電性能に比べて、約４％の向上が図られている。この放電性能の向上は、負極３の充填質量が増加したことに加え、非オーバーラップ領域Ｃを設けたことによるセパレータ４の内部抵抗が低減されたことによるものと考えられる。 As a result, as shown in Table 1, the discharge performance of the batteries 2 to 4 using the separator 4 having the non-overlap region C is compared with the discharge performance of the battery 1 using the separator having the conventional overlap region A. About 4% improvement. The improvement in the discharge performance is considered to be due to the reduction in the internal resistance of the separator 4 due to the provision of the non-overlap region C in addition to the increase in the filling mass of the negative electrode 3.
なお、表１に示すように、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さが３．２ｍｍの電池５の放電性能は、電池１の放電性能よりも低下しているのが分かる。これは、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さが大きすぎると、非オーバーラップ領域Ｃの正極２の中空部内面２ａに接する領域が増え、その結果、デンドライトの成長に起因した内部短絡を起こしたためと考えられる。 In addition, as shown in Table 1, it can be seen that the discharge performance of the battery 5 in which the circumferential length of the non-overlap region C is 3.2 mm is lower than the discharge performance of the battery 1. This is because when the circumferential length of the non-overlapping region C is too large, the region in contact with the hollow portion inner surface 2a of the positive electrode 2 in the non-overlapping region C increases, and as a result, an internal short circuit due to dendrite growth is prevented. It is thought that it was caused.
このことから、非オーバーラップ領域Ｃの周方向の長さは、０．５〜２．１ｍｍの範囲にあることが好ましい。 For this reason, the length in the circumferential direction of the non-overlapping region C is preferably in the range of 0.5 to 2.1 mm.
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、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、単３形アルカリ電池を例に説明したが、これに限らず、他のサイズのアルカリ電池にも適用することができる。 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, an AA alkaline battery has been described as an example.
本発明は、高容量のアルカリ電池に有用である。 The present invention is useful for high capacity alkaline batteries.
１ 電池ケース
２ 正極
２ａ 正極の中空部内面
３ ゲル状負極
４ セパレータ
４ａ セパレータの巻き始め部位
４ｂ セパレータの巻き終わり部位
５ ガスケット
６ 負極集電子
７ 負極端子板
９ 封口ユニット
１０ セパレータの繊維
１１ デンドライト
1 Battery case
2 Positive electrode
2a Inside of the hollow part of the positive electrode
3 Gelled negative electrode
4 Separator
4a Separator winding start part 4b Separator winding end part 5 Gasket
6 Negative current collector
7 Negative terminal board
9 Sealing unit
10 Separator fiber
11 Dendrite
Claims (6)
前記正極の中空部内に充填された亜鉛粉末を含む負極と、
前記正極と前記負極との間に配されたセパレータと
を備えたアルカリ電池であって、
前記セパレータは、不織布からなる基材をｎ回巻回して筒状に成形されており、かつ、前記セパレータの巻き始め部位と巻き終わり部位とがオーバーラップしない（ｎ−１）回の巻回数に相当する非オーバーラップ領域を有し、
前記セパレータの非オーバーラップ領域は、前記正極の中空部内面に接していない、アルカリ電池。 A hollow cylindrical positive electrode disposed in the battery case;
A negative electrode containing zinc powder filled in the hollow part of the positive electrode;
An alkaline battery comprising a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The separator is formed into a cylindrical shape by winding a base material made of a nonwoven fabric n times, and the winding start portion and the winding end portion of the separator do not overlap (n-1) times. Has a corresponding non-overlapping region,
The non-overlapping area | region of the said separator is an alkaline battery which is not in contact with the hollow part inner surface of the said positive electrode.
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