JP3185244B2 - アルカリ電池用亜鉛負極板 - Google Patents
アルカリ電池用亜鉛負極板Info
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルカリ電池用亜鉛負極
板に関するものである。
板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、電子機器の発展によっ
て新しい高性能の電池の出現が期待されている。そのう
ち、亜鉛を負極とする電池、例えばアルカリマンガン電
池やニッケル・亜鉛電池の高性能化への要求が強まって
いる。特に、これらの電池は二次電池としての可能性が
あるが、サイクル寿命が短いために、実用化が困難であ
った。
て新しい高性能の電池の出現が期待されている。そのう
ち、亜鉛を負極とする電池、例えばアルカリマンガン電
池やニッケル・亜鉛電池の高性能化への要求が強まって
いる。特に、これらの電池は二次電池としての可能性が
あるが、サイクル寿命が短いために、実用化が困難であ
った。
【０００３】その大きな技術的な課題としては、亜鉛の
デンドライト現象やシェイプチェンジ現象がある。これ
らの課題を克服するための一つの手段として、導電材と
して銅粉末やカドミウム粉末を添加して電流分布を均一
にして、これらの課題を軽減する試みが提案されている
が（例えばGS NEWS VOL.49,26(1990),特開平1-315949）
充分なものではなかった。
デンドライト現象やシェイプチェンジ現象がある。これ
らの課題を克服するための一つの手段として、導電材と
して銅粉末やカドミウム粉末を添加して電流分布を均一
にして、これらの課題を軽減する試みが提案されている
が（例えばGS NEWS VOL.49,26(1990),特開平1-315949）
充分なものではなかった。
【０００４】現在、二酸化マンガン・亜鉛電池は一次電
池として実用化されているが、充放電が可能な二次電池
としては実用化されていない。また、ニッケル・亜鉛電
池も、高エネルギー密度の電池として期待されている
が、現在のところ寿命性能が充分でないために実用化レ
ベルには、到達しておらず、その原因の大部分は亜鉛負
極のデンドライト現象やシェイプチェンジ現象にある。
これらの現象はいずれもサイクルにともなう容量低下や
電池の短絡に結びつくためにその効果的な対策が望まれ
ている。
池として実用化されているが、充放電が可能な二次電池
としては実用化されていない。また、ニッケル・亜鉛電
池も、高エネルギー密度の電池として期待されている
が、現在のところ寿命性能が充分でないために実用化レ
ベルには、到達しておらず、その原因の大部分は亜鉛負
極のデンドライト現象やシェイプチェンジ現象にある。
これらの現象はいずれもサイクルにともなう容量低下や
電池の短絡に結びつくためにその効果的な対策が望まれ
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の集電機
能と比較して極めて効果的な新しい集電構造の亜鉛負極
板に関するものであり、この負極板を二酸化マンガン・
亜鉛電池やニッケル・亜鉛電池に適用することによって
サイクル寿命性能を著しく改良したものである。
能と比較して極めて効果的な新しい集電構造の亜鉛負極
板に関するものであり、この負極板を二酸化マンガン・
亜鉛電池やニッケル・亜鉛電池に適用することによって
サイクル寿命性能を著しく改良したものである。
【０００６】その特徴は、銅の基本集電体、例えば、活
物質支持体のパンチングメタルあるいはその活物質に混
合した銅粉末の周辺に銅の微粉末が均質に分布する構造
の亜鉛負極板に関するものである。
物質支持体のパンチングメタルあるいはその活物質に混
合した銅粉末の周辺に銅の微粉末が均質に分布する構造
の亜鉛負極板に関するものである。
【０００７】その具体的な製造方法の一つは，銅を集電
体とする亜鉛負極板を過放電したのち、充電することで
ある。その場合、通電電流の大きさとその時間によっ
て、集電体として機能する銅の微粉末の量が制御でき
る。
体とする亜鉛負極板を過放電したのち、充電することで
ある。その場合、通電電流の大きさとその時間によっ
て、集電体として機能する銅の微粉末の量が制御でき
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を用いて説明す
る。 ［実施例１］酸化亜鉛粉末１００部および長さ１ｍｍの
ナイロンの短繊維０．２部をプロピレングリコ−ル３０
部で混合して、ペースト状にする。次にポリテトラフル
オロエチレン粉末の６０％水性デイスパージョン溶液３
ｍｌを加えて混練する。その後、厚さ０．１ｍｍの銅の
パンチングメタルに加圧ローラーで圧着してから１５０
℃で乾燥し、再度プレスして酸化亜鉛の理論容量が７０
０ｍＡｈで、寸法が２．３×１５×５２（ｍｍ）の負極
板を製作した。
る。 ［実施例１］酸化亜鉛粉末１００部および長さ１ｍｍの
ナイロンの短繊維０．２部をプロピレングリコ−ル３０
部で混合して、ペースト状にする。次にポリテトラフル
オロエチレン粉末の６０％水性デイスパージョン溶液３
ｍｌを加えて混練する。その後、厚さ０．１ｍｍの銅の
パンチングメタルに加圧ローラーで圧着してから１５０
℃で乾燥し、再度プレスして酸化亜鉛の理論容量が７０
０ｍＡｈで、寸法が２．３×１５×５２（ｍｍ）の負極
板を製作した。
【０００９】この負極板を３Ｍの水酸化カリウム水溶液
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ａ）を得た。 ［実施例２］酸化亜鉛粉末１００部および長さ１ｍｍの
ナイロンの短繊維０．２部をプロピレングリコール３０
部で混合して、ペースト状にする。次にポリテトラフル
オロエチレン粉末の６０％水性デイスパージョン溶液３
ｍｌを加えて混練する。その後、厚さ０．１ｍｍの銅の
パンチングメタルに加圧ローラーで圧着してから１５０
℃で乾燥し、再度プレスして酸化亜鉛の理論容量が７０
０ｍＡｈで、寸法が２．３×１５×５２（ｍｍ）の負極
板を製作した。
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ａ）を得た。 ［実施例２］酸化亜鉛粉末１００部および長さ１ｍｍの
ナイロンの短繊維０．２部をプロピレングリコール３０
部で混合して、ペースト状にする。次にポリテトラフル
オロエチレン粉末の６０％水性デイスパージョン溶液３
ｍｌを加えて混練する。その後、厚さ０．１ｍｍの銅の
パンチングメタルに加圧ローラーで圧着してから１５０
℃で乾燥し、再度プレスして酸化亜鉛の理論容量が７０
０ｍＡｈで、寸法が２．３×１５×５２（ｍｍ）の負極
板を製作した。
【００１０】この負極板を３Ｍの水酸化カリウム水溶液
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で６３分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｂ）を得た。 ［実施例３］酸化亜鉛粉末１００部，金属カドミウム１
０部および長さ１ｍｍのナイロンの短繊維０．２部をプ
ロピレングリコール３５部で混合して、ペースト状にす
る。つぎにポリテトラフルオロエチレン粉末の６０％水
性デイスパージョン溶液３ｍｌを加えて混練する。その
後、厚さ０．１ｍｍの銅のパンチングメタルに加圧ロー
ラーで圧着してから１５０℃で乾燥し、再度プレスして
酸化亜鉛の理論容量が７００ｍＡｈで、寸法が２．３×
１５×５２（ｍｍ）の負極板を製作した。
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で６３分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｂ）を得た。 ［実施例３］酸化亜鉛粉末１００部，金属カドミウム１
０部および長さ１ｍｍのナイロンの短繊維０．２部をプ
ロピレングリコール３５部で混合して、ペースト状にす
る。つぎにポリテトラフルオロエチレン粉末の６０％水
性デイスパージョン溶液３ｍｌを加えて混練する。その
後、厚さ０．１ｍｍの銅のパンチングメタルに加圧ロー
ラーで圧着してから１５０℃で乾燥し、再度プレスして
酸化亜鉛の理論容量が７００ｍＡｈで、寸法が２．３×
１５×５２（ｍｍ）の負極板を製作した。
【００１１】この負極板を３Ｍの水酸化カリウム水溶液
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｃ）を得た。 ［実施例４］酸化亜鉛粉末１００部，金属銅粉末１０部
および長さ１ｍｍのナイロンの短繊維０．２部をプロピ
レングリコ−ル３５部で混合して、ペースト状にする。
つぎにポリテトラフルオロエチレン粉末の６０％水性デ
イスパージョン溶液３ｍｌを加えて混練する。その後、
厚さ０．１ｍｍの銅のパンチングメタルに加圧ローラー
で圧着してから１５０℃で乾燥し、再度プレスして酸化
亜鉛の理論容量が７００ｍＡｈで、寸法が２．３×１５
×５２（ｍｍ）の負極板を製作した。
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｃ）を得た。 ［実施例４］酸化亜鉛粉末１００部，金属銅粉末１０部
および長さ１ｍｍのナイロンの短繊維０．２部をプロピ
レングリコ−ル３５部で混合して、ペースト状にする。
つぎにポリテトラフルオロエチレン粉末の６０％水性デ
イスパージョン溶液３ｍｌを加えて混練する。その後、
厚さ０．１ｍｍの銅のパンチングメタルに加圧ローラー
で圧着してから１５０℃で乾燥し、再度プレスして酸化
亜鉛の理論容量が７００ｍＡｈで、寸法が２．３×１５
×５２（ｍｍ）の負極板を製作した。
【００１２】この負極板を３Ｍの水酸化カリウム水溶液
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｄ）を得た。
を使用し、２枚のニッケル板を対極として、５ｍＡの電
流で２２分間アノード通電したのち、今度は逆に同じ電
流でカソード通電をおこなった。その後さらに湯洗・乾
燥して本発明による負極板（Ｄ）を得た。
【００１３】これらの負極板を０．１２ｍｍのポリアミ
ド不織布１枚、厚さ２５μｍのポリエチレン製の微孔性
膜１枚からなるセパレータで包んだのち、０．１２ｍｍ
のポリアミド不織布１枚で包まれた正極板２枚の間には
さみ、電解液として酸化亜鉛を飽和した８．５Ｍの水酸
化カリウム水溶液２．５ｍｌを用いて公称容量が５００
ｍＡｈの合成樹脂電槽を使用した角形ニッケル・亜鉛電
池（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）を製作した。電
池の符号は負極板のものに対応させている。外形寸法は
７×１６．５×８ｍｍであり、電池には０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 で作動する安全弁を付けている。
ド不織布１枚、厚さ２５μｍのポリエチレン製の微孔性
膜１枚からなるセパレータで包んだのち、０．１２ｍｍ
のポリアミド不織布１枚で包まれた正極板２枚の間には
さみ、電解液として酸化亜鉛を飽和した８．５Ｍの水酸
化カリウム水溶液２．５ｍｌを用いて公称容量が５００
ｍＡｈの合成樹脂電槽を使用した角形ニッケル・亜鉛電
池（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）を製作した。電
池の符号は負極板のものに対応させている。外形寸法は
７×１６．５×８ｍｍであり、電池には０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 で作動する安全弁を付けている。
【００１４】こうして製作した電池を２０℃、０．５Ｃ
の電流で２時間充電したのち０．２Ｃの電流で１．４Ｖ
まで放電するというサイクル試験をおこなった。初期容
量を１００とする放電容量の推移を図１に示す。
の電流で２時間充電したのち０．２Ｃの電流で１．４Ｖ
まで放電するというサイクル試験をおこなった。初期容
量を１００とする放電容量の推移を図１に示す。
【００１５】なお、比較のためにアノード通電・カソー
ド通電処理をおこなわなかった亜鉛負極板を使用した以
外は実施例１と同様にしてニッケル・亜鉛電池（Ｅ）を
製作した。さらに、アノード通電・カソード通電処理を
おこなわなかった亜鉛負極板を使用した以外は実施例４
と同様にしてニッケル・亜鉛電池（Ｆ）も製作して評価
をおこなった。
ド通電処理をおこなわなかった亜鉛負極板を使用した以
外は実施例１と同様にしてニッケル・亜鉛電池（Ｅ）を
製作した。さらに、アノード通電・カソード通電処理を
おこなわなかった亜鉛負極板を使用した以外は実施例４
と同様にしてニッケル・亜鉛電池（Ｆ）も製作して評価
をおこなった。
【００１６】図１より、本発明の負極板を使用した電池
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は、従来の負極板
を使用した電池（Ｅ），（Ｆ）よりも、サイクルに伴う
放電容量の低下が少ないことがわかる。さらに、本発明
による電池を比較してみると、アノード通電処理時間の
長い、すなわち電池（Ａ）よりも電池（Ｂ）の方がサイ
クル寿命性能がよく、また金属カドミウム粉末や銅粉末
を用いる本発明の負極板を使用した電池（Ｃ）および
（Ｄ）の性能が良いことがわかる。
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は、従来の負極板
を使用した電池（Ｅ），（Ｆ）よりも、サイクルに伴う
放電容量の低下が少ないことがわかる。さらに、本発明
による電池を比較してみると、アノード通電処理時間の
長い、すなわち電池（Ａ）よりも電池（Ｂ）の方がサイ
クル寿命性能がよく、また金属カドミウム粉末や銅粉末
を用いる本発明の負極板を使用した電池（Ｃ）および
（Ｄ）の性能が良いことがわかる。
【００１７】次に、本発明による負極板の性能が優れて
いる理由を調べるために、それぞれの負極板の断面をＸ
線マイクロアナライザーで調査した。その結果、本発明
による負極板は、銅グリッドから表面に銅の微粒子が均
一に分布していた。また、アノード通電処理時間の長い
負極板の方が微粒子の銅の量が多かった。一方、従来の
負極板（Ｅ）または（Ｆ）の場合には、銅の微粒子がほ
とんど認められなかった。
いる理由を調べるために、それぞれの負極板の断面をＸ
線マイクロアナライザーで調査した。その結果、本発明
による負極板は、銅グリッドから表面に銅の微粒子が均
一に分布していた。また、アノード通電処理時間の長い
負極板の方が微粒子の銅の量が多かった。一方、従来の
負極板（Ｅ）または（Ｆ）の場合には、銅の微粒子がほ
とんど認められなかった。
【００１８】これらのことから、本発明の負極板の性能
が優れているのは、活物質の酸化亜鉛粉末の近傍に均一
な銅の微粒子が存在することによって、負極板の電流分
布が均一になるために亜鉛負極板のシェイプチェンジ現
象やデンドライト現象が抑制されたためによるものと思
われる。特に、金属カドミウム粉末や金属銅粉末を含ん
だ場合に、その効果が著しくなるのは、金属カドミウム
粒子間や金属銅粒子間に微粒子の銅粉末が均一に介在し
て集電性がさらに向上したためであると推測される。
が優れているのは、活物質の酸化亜鉛粉末の近傍に均一
な銅の微粒子が存在することによって、負極板の電流分
布が均一になるために亜鉛負極板のシェイプチェンジ現
象やデンドライト現象が抑制されたためによるものと思
われる。特に、金属カドミウム粉末や金属銅粉末を含ん
だ場合に、その効果が著しくなるのは、金属カドミウム
粒子間や金属銅粒子間に微粒子の銅粉末が均一に介在し
て集電性がさらに向上したためであると推測される。
【００１９】より実用的には、実施例のように負極板を
あらかじめアノード・カソード処理をするのではなく、
電池としたのち一定時間過放電したのち、充電すればよ
い。その場合、電流の大きさは小さいほど例えば０．１
Ｃ以下にすればより効果的であることがわかった。
あらかじめアノード・カソード処理をするのではなく、
電池としたのち一定時間過放電したのち、充電すればよ
い。その場合、電流の大きさは小さいほど例えば０．１
Ｃ以下にすればより効果的であることがわかった。
【００２０】まとめると、 （１）銅の基本集電体とその周辺に銅の微粉末が均質に
分布する構造を備えること特徴とするアルカリ電池用亜
鉛負極板。 （２）銅の基本粒子とその周辺に銅の基本粒子よりも小
さい銅の微粉末が均質に分布する構造を備えることを特
徴とするアルカリ電池用亜鉛負極板。 （３）金属カドミウムを含有することを特徴とする上記
（１）または（２）記載のアルカリ電池用亜鉛負極板。 （４）銅を集電体とする亜鉛負極板を備えたアルカリ電
池を過放電することを特徴とする化成方法。 により、亜鉛負極板を用いたアルカリ電池の寿命性能が
向上したことがわかる。
分布する構造を備えること特徴とするアルカリ電池用亜
鉛負極板。 （２）銅の基本粒子とその周辺に銅の基本粒子よりも小
さい銅の微粉末が均質に分布する構造を備えることを特
徴とするアルカリ電池用亜鉛負極板。 （３）金属カドミウムを含有することを特徴とする上記
（１）または（２）記載のアルカリ電池用亜鉛負極板。 （４）銅を集電体とする亜鉛負極板を備えたアルカリ電
池を過放電することを特徴とする化成方法。 により、亜鉛負極板を用いたアルカリ電池の寿命性能が
向上したことがわかる。
【００２１】以上は、本発明を亜鉛極をニッケル・亜鉛
電池に適用してその効果を確認したが、正極に二酸化マ
ンガンを用いたアルカリマンガン電池や酸化銀を用いた
銀電池に適用しても同様な効果を確認することができ
た。
電池に適用してその効果を確認したが、正極に二酸化マ
ンガンを用いたアルカリマンガン電池や酸化銀を用いた
銀電池に適用しても同様な効果を確認することができ
た。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の亜鉛負極板
は、銅の基本集電体とその周辺に銅の微粉末が均質に分
布する構造を特徴とする亜鉛負極板であり、活物質の酸
化亜鉛粉末の近傍に均一な銅の微粒子が存在することに
よって、負極板の電流分布が均一になるために亜鉛負極
板のシェイプチェンジ現象やデンドライト現象が抑制さ
れる。従って、この負極板を使用したニッケル・亜鉛電
池、二酸化マンガン・亜鉛電池および酸化銀・亜鉛電池
等のアルカリ電池の寿命性能は著しく向上する。
は、銅の基本集電体とその周辺に銅の微粉末が均質に分
布する構造を特徴とする亜鉛負極板であり、活物質の酸
化亜鉛粉末の近傍に均一な銅の微粒子が存在することに
よって、負極板の電流分布が均一になるために亜鉛負極
板のシェイプチェンジ現象やデンドライト現象が抑制さ
れる。従って、この負極板を使用したニッケル・亜鉛電
池、二酸化マンガン・亜鉛電池および酸化銀・亜鉛電池
等のアルカリ電池の寿命性能は著しく向上する。
【図１】本発明の負極板を使用した電池と従来の負極板
を使用した電池の充放電サイクルに伴う容量保持率を比
較した図。
を使用した電池の充放電サイクルに伴う容量保持率を比
較した図。
Claims (2)
- 【請求項１】銅の基本集電体を備えた亜鉛負極板におい
て、アノード通電処理後にカソード通電処理を行うこと
によって得られる前記基本集電体の周辺に銅の微粉末が
均質に分布する構造を備えることを特徴とするアルカリ
電池用亜鉛負極板。 - 【請求項２】銅の基本集電体を備え、銅粉末が添加され
た亜鉛負極板において、アノード通電処理後にカソード
通電処理を行うことによって得られる前記銅粉末の周辺
に銅の微粉末が均質に分布する構造を備えることを特徴
とするアルカリ電池用亜鉛負極板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14101991A JP3185244B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | アルカリ電池用亜鉛負極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14101991A JP3185244B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | アルカリ電池用亜鉛負極板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337248A JPH04337248A (ja) | 1992-11-25 |
| JP3185244B2 true JP3185244B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=15282310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14101991A Expired - Fee Related JP3185244B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | アルカリ電池用亜鉛負極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3185244B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6735539B2 (ja) * | 2015-03-25 | 2020-08-05 | 株式会社日本触媒 | 電極及びそれを用いて構成される電池 |
| CN113036152B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-08-23 | 山东大学 | 一种高能量密度、高安全无负极锌金属电池及其制备方法和应用 |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP14101991A patent/JP3185244B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337248A (ja) | 1992-11-25 |
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