JP3253382B2 - アルカリ亜鉛蓄電池 - Google Patents
アルカリ亜鉛蓄電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ亜鉛蓄電池に
係わり、詳しくは、サイクル寿命の長いアルカリ亜鉛蓄
電池を得ることを目的とした負極材料の改良に関する。
係わり、詳しくは、サイクル寿命の長いアルカリ亜鉛蓄
電池を得ることを目的とした負極材料の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
アルカリ亜鉛蓄電池の負極材料としては、放電時にアル
カリ電解液中に溶解した亜鉛イオンが充電時に電析亜鉛
として析出する所謂溶解・析出型の金属亜鉛（板や箔）
が使用されていた。
アルカリ亜鉛蓄電池の負極材料としては、放電時にアル
カリ電解液中に溶解した亜鉛イオンが充電時に電析亜鉛
として析出する所謂溶解・析出型の金属亜鉛（板や箔）
が使用されていた。
【０００３】しかしながら、この従来のアルカリ亜鉛蓄
電池には、サイクル寿命が極めて短い（一般に１００〜
２００サイクル程度）という問題があった。サイクル寿
命を短くしていた原因は、次のとおりである。
電池には、サイクル寿命が極めて短い（一般に１００〜
２００サイクル程度）という問題があった。サイクル寿
命を短くしていた原因は、次のとおりである。
【０００４】（１）充放電サイクルの繰り返しに伴って
亜鉛が緻密化（高密度化）して負極の利用率が低下する
ため、充放電効率が悪化して、放電容量が低下する。こ
こに、亜鉛が緻密化するのは、放電時にエッジ効果によ
り優先的に電解液中に溶解した亜鉛電極の端部の亜鉛
が、充電時には亜鉛電極の中央部に電析するからであ
る。
亜鉛が緻密化（高密度化）して負極の利用率が低下する
ため、充放電効率が悪化して、放電容量が低下する。こ
こに、亜鉛が緻密化するのは、放電時にエッジ効果によ
り優先的に電解液中に溶解した亜鉛電極の端部の亜鉛
が、充電時には亜鉛電極の中央部に電析するからであ
る。
【０００５】（２）充電時に負極に析出した電析亜鉛
が、充放電サイクルを重ねるうちに、樹枝状（デンドラ
イト状）に成長し、セパレータを貫通して正負両極間を
短絡させる。
が、充放電サイクルを重ねるうちに、樹枝状（デンドラ
イト状）に成長し、セパレータを貫通して正負両極間を
短絡させる。
【０００６】本発明は、従来のアルカリ亜鉛蓄電池が有
していた上記した問題を解決するべくなされたものであ
って、その目的とするところは、サイクル寿命の長いア
ルカリ亜鉛蓄電池を提供するにある。
していた上記した問題を解決するべくなされたものであ
って、その目的とするところは、サイクル寿命の長いア
ルカリ亜鉛蓄電池を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るアルカリ亜鉛蓄電池（以下、「本発明電
池」と称する。）は、亜鉛イオンを吸蔵放出可能な炭素
材料が負極に使用されていることを特徴とする。
の本発明に係るアルカリ亜鉛蓄電池（以下、「本発明電
池」と称する。）は、亜鉛イオンを吸蔵放出可能な炭素
材料が負極に使用されていることを特徴とする。
【０００８】本発明電池における亜鉛イオンを吸蔵放出
可能な炭素材料としては、コークス、好ましくは純度９
９％以上の精製コークス、セルロース等を焼成してなる
有機物焼成体、黒鉛（天然黒鉛及び人造黒鉛）、ガラス
状黒鉛などが挙げられ、これらの炭素材料は一種単独を
用いてもよく、必要に応じて２種以上を併用してもよ
い。
可能な炭素材料としては、コークス、好ましくは純度９
９％以上の精製コークス、セルロース等を焼成してなる
有機物焼成体、黒鉛（天然黒鉛及び人造黒鉛）、ガラス
状黒鉛などが挙げられ、これらの炭素材料は一種単独を
用いてもよく、必要に応じて２種以上を併用してもよ
い。
【０００９】好適な炭素材料は、Ｘ線回折における格子
面（００２）面のｄ値（ｄ002 ）が３．３５Å以上であ
り、且つ、Ｘ線回折におけるｃ軸方向の結晶子の大きさ
（Ｌｃ）が１０Å以上のものである。なかでも、下記の
〜の物性を有する黒鉛が、亜鉛イオンの吸蔵放出量
（容量）が多いので特に好適である。
面（００２）面のｄ値（ｄ002 ）が３．３５Å以上であ
り、且つ、Ｘ線回折におけるｃ軸方向の結晶子の大きさ
（Ｌｃ）が１０Å以上のものである。なかでも、下記の
〜の物性を有する黒鉛が、亜鉛イオンの吸蔵放出量
（容量）が多いので特に好適である。
【００１０】平均粒径：１〜３０μｍ ｄ002 ：３．３５〜３．４０Å Ｌｃ：１５０Å以上 ＢＥＴ法による比表面積：０．５〜５０ｍ2 ／ｇ 真密度：１．９〜２．３ｇ／ｃｍ3
【００１１】上記炭素材料は、通常、ポリフッ化ビニリ
デン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）等の結着剤と混練して負極合剤として使用する。
デン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）等の結着剤と混練して負極合剤として使用する。
【００１２】本発明は、金属亜鉛を負極に使用していた
従来のアルカリ亜鉛蓄電池が有していたサイクル寿命が
短いという問題を、亜鉛イオンを吸蔵放出可能な炭素材
料を負極に使用することにより解消したものである。そ
れゆえ、本発明電池における正極、セパレータ、電解液
など、電池を構成する他の部材については、従来、アル
カリ亜鉛蓄電池用として実用され、或いは提案されてい
る種々の材料を制限なく使用することが可能である。
従来のアルカリ亜鉛蓄電池が有していたサイクル寿命が
短いという問題を、亜鉛イオンを吸蔵放出可能な炭素材
料を負極に使用することにより解消したものである。そ
れゆえ、本発明電池における正極、セパレータ、電解液
など、電池を構成する他の部材については、従来、アル
カリ亜鉛蓄電池用として実用され、或いは提案されてい
る種々の材料を制限なく使用することが可能である。
【００１３】たとえば、本発明をニッケル・アルカリ亜
鉛蓄電池に適用する場合は、同電池において従来使用さ
れている正極、セパレータ、電解液をそのまま使用する
ことができる。
鉛蓄電池に適用する場合は、同電池において従来使用さ
れている正極、セパレータ、電解液をそのまま使用する
ことができる。
【００１４】すなわち、正極としては焼結式ニッケル極
を、セパレータとしてはポリプロピレン不織布を、また
アルカリ電解液としては水酸化カリウム水溶液などを好
適に使用することができるが、特に制限されない。
を、セパレータとしてはポリプロピレン不織布を、また
アルカリ電解液としては水酸化カリウム水溶液などを好
適に使用することができるが、特に制限されない。
【００１５】
【作用】本発明電池においては、負極材料として、従来
の溶解・析出型の金属亜鉛に代えて、吸蔵・放出型の炭
素材料が使用されているので、樹枝状の電析亜鉛が析出
しなくなる。また、負極が緻密化して充放電効率が低下
するということもなくなる。
の溶解・析出型の金属亜鉛に代えて、吸蔵・放出型の炭
素材料が使用されているので、樹枝状の電析亜鉛が析出
しなくなる。また、負極が緻密化して充放電効率が低下
するということもなくなる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【００１７】（実施例１）天然黒鉛粉末と、結着剤とし
てのＰＴＦＥとの重量比９５：５の混合物を銅箔の両面
に塗布し、加圧成形した後、３００°Ｃで加熱処理して
電極を作製した。
てのＰＴＦＥとの重量比９５：５の混合物を銅箔の両面
に塗布し、加圧成形した後、３００°Ｃで加熱処理して
電極を作製した。
【００１８】次いで、作製した電極を作用極とし、焼結
式ニッケル極を対極とし、酸化亜鉛の３０重量％水酸化
カリウム飽和水溶液を電解液として電池系を組み立て、
充電して、亜鉛を電気化学的に前記作用極に挿入した。
式ニッケル極を対極とし、酸化亜鉛の３０重量％水酸化
カリウム飽和水溶液を電解液として電池系を組み立て、
充電して、亜鉛を電気化学的に前記作用極に挿入した。
【００１９】次いで、この作用極（黒鉛電極）を負極と
し、焼結式ニッケル極を正極として、円筒型（ＡＡサイ
ズ）のアルカリ亜鉛蓄電池ＢＡ１（本発明電池）を作製
した。なお、セパレータとしてはイオン透過性を有する
ポリプロピレン不織布を、電解液としては３０重量％水
酸化カリウム水溶液（酸化亜鉛を５重量％含む）を用い
た。
し、焼結式ニッケル極を正極として、円筒型（ＡＡサイ
ズ）のアルカリ亜鉛蓄電池ＢＡ１（本発明電池）を作製
した。なお、セパレータとしてはイオン透過性を有する
ポリプロピレン不織布を、電解液としては３０重量％水
酸化カリウム水溶液（酸化亜鉛を５重量％含む）を用い
た。
【００２０】図１は作製した本発明電池ＢＡ１の断面図
であり、図示の本発明電池ＢＡ１は、正極１及び負極
２、これら両電極を離間するセパレータ３、正極リード
４、負極リード５、正極外部端子６、負極缶７などから
なる。正極１及び負極２は電解液が注入されたセパレー
タ３を介して渦巻き状に巻き取られた状態で負極缶７内
に収容されており、正極１は正極リード４を介して正極
外部端子６に、また負極２は負極リード５を介して負極
缶７に接続され、電池ＢＡ１内部で生じた化学エネルギ
ーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようにな
っている。
であり、図示の本発明電池ＢＡ１は、正極１及び負極
２、これら両電極を離間するセパレータ３、正極リード
４、負極リード５、正極外部端子６、負極缶７などから
なる。正極１及び負極２は電解液が注入されたセパレー
タ３を介して渦巻き状に巻き取られた状態で負極缶７内
に収容されており、正極１は正極リード４を介して正極
外部端子６に、また負極２は負極リード５を介して負極
缶７に接続され、電池ＢＡ１内部で生じた化学エネルギ
ーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようにな
っている。
【００２１】（比較例１）酸化亜鉛と金属亜鉛との重量
比２：１の混合物９５重量部に、ＰＴＦＥ５重量部を加
え、さらに水を適量加えて混練した後、ローラにて圧延
して２枚のシート状成形体を得た。
比２：１の混合物９５重量部に、ＰＴＦＥ５重量部を加
え、さらに水を適量加えて混練した後、ローラにて圧延
して２枚のシート状成形体を得た。
【００２２】次いで、この２枚のシート状成形体の間に
ニッケル製のパンチングメタルからなる集電体を入れて
加圧成形した後、乾燥して負極を作製した。
ニッケル製のパンチングメタルからなる集電体を入れて
加圧成形した後、乾燥して負極を作製した。
【００２３】このようにして得た負極を黒鉛電極に代え
て使用したこと以外は実施例１と同様にして、比較電池
ＢＣ１を作製した。
て使用したこと以外は実施例１と同様にして、比較電池
ＢＣ１を作製した。
【００２４】（各電池のサイクル特性）本発明電池ＢＡ
１及び比較電池ＢＣ１について、室温（２５°Ｃ）下、
充電電流７００ｍＡで１．２時間充電した後、放電電流
７００ｍＡで放電終止電圧１．０Ｖまで放電する工程を
１サイクルとするサイクル試験を行い、各電池のサイク
ル寿命を調べた。サイクル寿命は、初期容量の８０％に
容量低下するまでの総サイクル数で評価した。結果を図
２に示す。
１及び比較電池ＢＣ１について、室温（２５°Ｃ）下、
充電電流７００ｍＡで１．２時間充電した後、放電電流
７００ｍＡで放電終止電圧１．０Ｖまで放電する工程を
１サイクルとするサイクル試験を行い、各電池のサイク
ル寿命を調べた。サイクル寿命は、初期容量の８０％に
容量低下するまでの総サイクル数で評価した。結果を図
２に示す。
【００２５】図２は、各電池のサイクル特性を、縦軸に
初期容量を１００％としたときの放電容量比率（％）
を、また横軸にサイクル数（回）をとって示したグラフ
であり、同図より、負極に炭素材料を使用した本発明電
池ＢＡ１では、１０００サイクル経過後においても放電
容量が１５％程度しか低下していないのに対して、比較
電池ＢＣ１では、５０サイクル目において、放電容量が
初期容量の８０％にまで低下し、１００サイクル目にお
いては、放電容量が殆ど零にまで低下してしまいサイク
ル寿命が極めて短いことが分かる。
初期容量を１００％としたときの放電容量比率（％）
を、また横軸にサイクル数（回）をとって示したグラフ
であり、同図より、負極に炭素材料を使用した本発明電
池ＢＡ１では、１０００サイクル経過後においても放電
容量が１５％程度しか低下していないのに対して、比較
電池ＢＣ１では、５０サイクル目において、放電容量が
初期容量の８０％にまで低下し、１００サイクル目にお
いては、放電容量が殆ど零にまで低下してしまいサイク
ル寿命が極めて短いことが分かる。
【００２６】叙上の実施例では、ニッケル・アルカリ亜
鉛蓄電池を例に挙げて説明したが、空気・アルカリ亜鉛
蓄電池など、他のアルカリ亜鉛蓄電池についても同様の
結果が得られる。また、円筒型電池を例に挙げて説明し
たが、本発明は、電池の形状に制限はなく、円筒型電池
以外にも、扁平型、角型など、種々の形状のアルカリ亜
鉛蓄電池に適用し得るものである。
鉛蓄電池を例に挙げて説明したが、空気・アルカリ亜鉛
蓄電池など、他のアルカリ亜鉛蓄電池についても同様の
結果が得られる。また、円筒型電池を例に挙げて説明し
たが、本発明は、電池の形状に制限はなく、円筒型電池
以外にも、扁平型、角型など、種々の形状のアルカリ亜
鉛蓄電池に適用し得るものである。
【００２７】
【発明の効果】本発明電池は、充放電サイクルを繰り返
し行っても、樹枝状の電析亜鉛が成長して短絡したり、
負極が緻密化して充放電効率が低下したりしないので、
サイクル寿命が長い。以上、詳述した如く、本発明は優
れた特有の効果を奏する。
し行っても、樹枝状の電析亜鉛が成長して短絡したり、
負極が緻密化して充放電効率が低下したりしないので、
サイクル寿命が長い。以上、詳述した如く、本発明は優
れた特有の効果を奏する。
【図１】実施例で作製した本発明電池の断面図である。
【図２】サイクル特性図である。
ＢＡ１ 円筒型のアルカリ亜鉛蓄電池（本発明電池） １ 正極（焼結式ニッケル極） ２ 負極（黒鉛電極） ３ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−126373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24555（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/58 H01M 4/24
Claims (1)
- 【請求項１】亜鉛イオンを吸蔵放出可能な炭素材料が負
極に使用されていることを特徴とするアルカリ亜鉛蓄電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33566292A JP3253382B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33566292A JP3253382B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163048A JPH06163048A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3253382B2 true JP3253382B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=18291117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33566292A Expired - Fee Related JP3253382B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253382B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4862249A (en) * | 1987-04-17 | 1989-08-29 | Xoc Devices, Inc. | Packaging system for stacking integrated circuits |
| CN112349873B (zh) * | 2020-11-05 | 2021-09-24 | 中南大学 | 一种提高水系锌离子电池锌负极循环稳定性的方法及其应用 |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP33566292A patent/JP3253382B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06163048A (ja) | 1994-06-10 |
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Legal Events
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