JP3462877B2 - 亜鉛アノードを用いた電気化学電池 - Google Patents
亜鉛アノードを用いた電気化学電池Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、亜鉛アノードと二酸化マンガンカソードの
改良された一次アルカリ電池に関する。より具体的に
は、本発明は通常の放電試験の下で電池性能を10％も向
上させることのできる最適化された電池に関する。
改良された一次アルカリ電池に関する。より具体的に
は、本発明は通常の放電試験の下で電池性能を10％も向
上させることのできる最適化された電池に関する。
アノードに亜鉛、カソードに二酸化マンガンを用いた
アルカリ電池は、20年以上に亘って商業的に利用されて
いる。従って本発明よりも前に、主要なアルカリ電池メ
ーカー間での競争により、性能特性は改善され、「最長
寿命」の電池が提供されている。この点において、アル
カリ電池は成熟商品と考えられる。電池のサイズは、例
えばAAA、AA、Ｃ、Ｄ及び9Vの如く国際的に標準化され
ており、この点ではどの電池メーカーも同じ制約を受け
ている。このように、電池内に活物質が充填される容積
は一定である。どのサイズの電池でも、それら電池から
得られるエネルギー量は理論的に上限があり、それは電
池の内部容積と、使用される電池の活性要素の実際の密
度によって決定される。
アルカリ電池は、20年以上に亘って商業的に利用されて
いる。従って本発明よりも前に、主要なアルカリ電池メ
ーカー間での競争により、性能特性は改善され、「最長
寿命」の電池が提供されている。この点において、アル
カリ電池は成熟商品と考えられる。電池のサイズは、例
えばAAA、AA、Ｃ、Ｄ及び9Vの如く国際的に標準化され
ており、この点ではどの電池メーカーも同じ制約を受け
ている。このように、電池内に活物質が充填される容積
は一定である。どのサイズの電池でも、それら電池から
得られるエネルギー量は理論的に上限があり、それは電
池の内部容積と、使用される電池の活性要素の実際の密
度によって決定される。
電池の活物質を充填できる内部容積の条件は同じであ
るため、各電池メーカーは、活物質と電解質の量の割合
を僅かずつ変えている。電池メーカーが使用する亜鉛、
二酸化マンガン、グラファイトの量、亜鉛密度、カソー
ド密度及び電解質には、夫々上限と下限があるから、ほ
ぼ無数の組合せが可能である。本発明者らは、亜鉛量、
亜鉛密度、MnO2量、MnO2密度、及び電解質量を調節する
ことにより、従来のアルカリ電池の中で最も高性能のも
のに比べて、少なくとも10％以上の性能改善が可能であ
ることを見い出した。製品の性能は20年にも亘る市場の
競争力により最適化されていることに鑑みると、これ
は、非常に意義のあることであり、全く予期され得ない
ものであった。
るため、各電池メーカーは、活物質と電解質の量の割合
を僅かずつ変えている。電池メーカーが使用する亜鉛、
二酸化マンガン、グラファイトの量、亜鉛密度、カソー
ド密度及び電解質には、夫々上限と下限があるから、ほ
ぼ無数の組合せが可能である。本発明者らは、亜鉛量、
亜鉛密度、MnO2量、MnO2密度、及び電解質量を調節する
ことにより、従来のアルカリ電池の中で最も高性能のも
のに比べて、少なくとも10％以上の性能改善が可能であ
ることを見い出した。製品の性能は20年にも亘る市場の
競争力により最適化されていることに鑑みると、これ
は、非常に意義のあることであり、全く予期され得ない
ものであった。
アルカリ電池の亜鉛アノードにおける放電反応は次の
通りである： Zn→Zn+2＋2e- Zn+2＋2OH-→ZnO＋H2O MnO2カソードでの放電反応は次の通りである： 2MnO2＋2H2O＋2e-→2MnOOH＋2OH- これら３つの反応を加えると、正味の電池反応は次の通
りである： Zn＋2MnO2＋H2O→ZnO＋2MnOOH このように、反応によって水が消費されることがわか
る。当該分野の専門家であれば、電池内の活物質の量を
増加させる場合、電池が完全に乾燥してしまうことがな
いように十分な水を存在させる必要があり、KOH電解質
の量をそれに比例して増やさねばならないと考えるであ
ろう。アルカリ電池が水分不足により乾燥し過ぎると、
電池の性能は劣化する。しかしながら、本発明者らは、
水性KOHの電解質の量を従来の電池での使用量より増や
さなくても、活物質の量を増やすことができることを見
い出した。換言すれば、Zn/KOHの比率（KOH電解質のモ
ル濃度を一定と仮定する）を、電池性能に悪影響を及ぼ
すことなく、従来の比率よりも大きくすることができ
る。これについては、後でより詳しく説明する。
通りである： Zn→Zn+2＋2e- Zn+2＋2OH-→ZnO＋H2O MnO2カソードでの放電反応は次の通りである： 2MnO2＋2H2O＋2e-→2MnOOH＋2OH- これら３つの反応を加えると、正味の電池反応は次の通
りである： Zn＋2MnO2＋H2O→ZnO＋2MnOOH このように、反応によって水が消費されることがわか
る。当該分野の専門家であれば、電池内の活物質の量を
増加させる場合、電池が完全に乾燥してしまうことがな
いように十分な水を存在させる必要があり、KOH電解質
の量をそれに比例して増やさねばならないと考えるであ
ろう。アルカリ電池が水分不足により乾燥し過ぎると、
電池の性能は劣化する。しかしながら、本発明者らは、
水性KOHの電解質の量を従来の電池での使用量より増や
さなくても、活物質の量を増やすことができることを見
い出した。換言すれば、Zn/KOHの比率（KOH電解質のモ
ル濃度を一定と仮定する）を、電池性能に悪影響を及ぼ
すことなく、従来の比率よりも大きくすることができ
る。これについては、後でより詳しく説明する。
従来のアルカリ電池には、ゲル状の亜鉛アノード混合
物が含まれている。混合物には、亜鉛金属粒子、ゲル化
剤、所定量のアルカリ電解質、少量のその他添加剤（例
えばガス発生抑制剤）が含まれる。一般的なゲル化剤
は、例えばCarbopol 940の如きカルボキシメチルセルロ
ース系のものである。ガス発生抑制剤（gassing inhibi
tors）として、インジウム、ビスマス、錫及び鉛の如き
無機添加剤、RA600（GAF製）の如き燐酸塩エステル、ア
ニオン及び非アニオン表面活性剤を挙げることができる
が、これらに限定されるものではない。例えば、米国特
許第5,168,018号、第4,939,048号、第4,500,614号、第
3,963,520号、第4,963,447号、第4,455,358号及び第4,1
95,120号に示されるように、種々のアノード混合物が当
該分野で知られている。
物が含まれている。混合物には、亜鉛金属粒子、ゲル化
剤、所定量のアルカリ電解質、少量のその他添加剤（例
えばガス発生抑制剤）が含まれる。一般的なゲル化剤
は、例えばCarbopol 940の如きカルボキシメチルセルロ
ース系のものである。ガス発生抑制剤（gassing inhibi
tors）として、インジウム、ビスマス、錫及び鉛の如き
無機添加剤、RA600（GAF製）の如き燐酸塩エステル、ア
ニオン及び非アニオン表面活性剤を挙げることができる
が、これらに限定されるものではない。例えば、米国特
許第5,168,018号、第4,939,048号、第4,500,614号、第
3,963,520号、第4,963,447号、第4,455,358号及び第4,1
95,120号に示されるように、種々のアノード混合物が当
該分野で知られている。
電池メーカーで使用する特定のアノード混合物の如何
に拘わらず、所定サイズの電池に使用される亜鉛金属の
量（ここで述べるその他のパラメータについても同様）
は、規定された範囲内である。従来のAAAサイズの電池
の場合、1.3〜1.6グラム、又は1.07〜1.31アンペア・時
間（0.82アンペア・時間／グラムに基づいて）の範囲で
ある。同じように、AAAサイズ電池における亜鉛アノー
ドの容積容量（亜鉛の容量を密封電池の全内部容積で割
算して求められる）は、電池の全内部容積の0.358〜0.4
92アンペア・時間/cm3の範囲である。亜鉛が制限電極
（limiting electrode）（カソードに対して）である場
合、前記の値は、電池から得られる最大容量及び容積容
量（volumetric capacity）を表わしている。同じよう
に、その他サイズについても、典型的な市販電池では、
ここに記載されたその他のパラメータの種々の範囲内で
作られる。
に拘わらず、所定サイズの電池に使用される亜鉛金属の
量（ここで述べるその他のパラメータについても同様）
は、規定された範囲内である。従来のAAAサイズの電池
の場合、1.3〜1.6グラム、又は1.07〜1.31アンペア・時
間（0.82アンペア・時間／グラムに基づいて）の範囲で
ある。同じように、AAAサイズ電池における亜鉛アノー
ドの容積容量（亜鉛の容量を密封電池の全内部容積で割
算して求められる）は、電池の全内部容積の0.358〜0.4
92アンペア・時間/cm3の範囲である。亜鉛が制限電極
（limiting electrode）（カソードに対して）である場
合、前記の値は、電池から得られる最大容量及び容積容
量（volumetric capacity）を表わしている。同じよう
に、その他サイズについても、典型的な市販電池では、
ここに記載されたその他のパラメータの種々の範囲内で
作られる。
本発明は、電解質の量を増やすことなく、各電極の容
量を、内部の電池容積1cm3当たり0.48、より望ましくは
0.5アンペア・時間以上にまで増すことができるという
知見に基づいている。これは、亜鉛密度をアノード容積
1cm3当たり1.4グラム以上とし、MnO2密度をカソード容
積1cm3当たり2.7グラム以上とすることにより達成され
る。
量を、内部の電池容積1cm3当たり0.48、より望ましくは
0.5アンペア・時間以上にまで増すことができるという
知見に基づいている。これは、亜鉛密度をアノード容積
1cm3当たり1.4グラム以上とし、MnO2密度をカソード容
積1cm3当たり2.7グラム以上とすることにより達成され
る。
図面を参照しながら、本発明の特徴及び利点を以下に
説明する。
説明する。
図１は、本発明に基づいて作られたアルカリ電池の断
面図である。
面図である。
シリンドリカル型の電池（10）はケーシング（12）を
有しており、ケーシングの開口端部は、シール部材（1
4）が適当な位置でクリンプされて密閉されている。カ
ソード（16）は図示の如く環状構造であり、カソードの
外表面はケーシングの内表面に接触し、ケーシングと電
気的に接触している。カソード（16）は、図示の如く、
カソードペレット（16a）を積み重ねて形成される。各
々のカソードペレットは、MnO2、導電剤及び電解質の混
合物から作られる。
有しており、ケーシングの開口端部は、シール部材（1
4）が適当な位置でクリンプされて密閉されている。カ
ソード（16）は図示の如く環状構造であり、カソードの
外表面はケーシングの内表面に接触し、ケーシングと電
気的に接触している。カソード（16）は、図示の如く、
カソードペレット（16a）を積み重ねて形成される。各
々のカソードペレットは、MnO2、導電剤及び電解質の混
合物から作られる。
電池（10）は、環状カソード（16）の内面に沿ってセ
パレータ（18）が配備される。セパレータ（18）は、電
池ロース又はレーヨンのように周知のセパレータ用材料
から構成される。
パレータ（18）が配備される。セパレータ（18）は、電
池ロース又はレーヨンのように周知のセパレータ用材料
から構成される。
アノード混合物（20）は、セパレータに沿ったキャビ
ティの中に装填される。装填されるアノード混合物（2
0）には、亜鉛粒子、アルカリ電解質、ゲル化剤、及び
前記ガス発生抑制剤の１種又は２種以上が含まれる。一
般的に、亜鉛とアルカリ電解質は両方合わせて、混合物
の重量の約96％、より望ましくは約98％まで含まれる。
ゲル化剤は混合物の重量の約３％まで、望ましくは約１
％まで含まれ、ガス発生抑制剤は混合物の重量の約１％
まで含まれる。
ティの中に装填される。装填されるアノード混合物（2
0）には、亜鉛粒子、アルカリ電解質、ゲル化剤、及び
前記ガス発生抑制剤の１種又は２種以上が含まれる。一
般的に、亜鉛とアルカリ電解質は両方合わせて、混合物
の重量の約96％、より望ましくは約98％まで含まれる。
ゲル化剤は混合物の重量の約３％まで、望ましくは約１
％まで含まれ、ガス発生抑制剤は混合物の重量の約１％
まで含まれる。
アノード集電体（22）は、図示の如く、シール部材
（14）を通って、アノード混合物（20）の中に侵入す
る。アノード集電体（22）の上端部は、図示の如く、負
極の端部キャップ（24）に接続される。なお、端部キャ
ップは電池（10）の負極の外部端子として供される。さ
らに、所定量のアルカリ電解質が電池に加えられ、アノ
ード、カソード及びセパレータの全体に分配される。
（14）を通って、アノード混合物（20）の中に侵入す
る。アノード集電体（22）の上端部は、図示の如く、負
極の端部キャップ（24）に接続される。なお、端部キャ
ップは電池（10）の負極の外部端子として供される。さ
らに、所定量のアルカリ電解質が電池に加えられ、アノ
ード、カソード及びセパレータの全体に分配される。
本発明は、亜鉛の量に対して相対的にKOH電解質を少
なくしても、効率的に放電できるという知見に基づいて
いる（電池産業において、活物質の量を多くしない限
り、電解質の量を少なくすることはできないと長年信じ
られていたこととは逆である）。結果として、アノード
構造の中の亜鉛密度を増すことができる。望ましくは、
亜鉛:KOHの重量比は、少なくとも2.8:1であり、より望
ましくは、少なくとも3:1である。Zn/KOHの重量比をこ
のように大きくしたことにより、アノード容積中の亜鉛
の密度は、アノード容積1cm3当たり、1.4グラム以上、
より望ましくは1.6グラム以上、最も望ましくは1.7グラ
ム以上である。従来の電池に比べて多くの亜鉛をアノー
ドに添加するので、電池のサイズの如何に拘わらず、電
池の内部容積に対する亜鉛アノードの容量の比を、少な
くとも0.48アンペア・時間/cm3以上、より望ましくは0.
5アンペア・時間cm3以上にまですることが可能である。
なくしても、効率的に放電できるという知見に基づいて
いる（電池産業において、活物質の量を多くしない限
り、電解質の量を少なくすることはできないと長年信じ
られていたこととは逆である）。結果として、アノード
構造の中の亜鉛密度を増すことができる。望ましくは、
亜鉛:KOHの重量比は、少なくとも2.8:1であり、より望
ましくは、少なくとも3:1である。Zn/KOHの重量比をこ
のように大きくしたことにより、アノード容積中の亜鉛
の密度は、アノード容積1cm3当たり、1.4グラム以上、
より望ましくは1.6グラム以上、最も望ましくは1.7グラ
ム以上である。従来の電池に比べて多くの亜鉛をアノー
ドに添加するので、電池のサイズの如何に拘わらず、電
池の内部容積に対する亜鉛アノードの容量の比を、少な
くとも0.48アンペア・時間/cm3以上、より望ましくは0.
5アンペア・時間cm3以上にまですることが可能である。
亜鉛を高密度にすれば亜鉛アノードの放電効率が改善
されることから、カソードの非効率性が電池性能全体を
支配する要素であると今まで考えられていたことが正し
くないことがさらにわかった。従来のアルカリ電池に充
填される導電剤の量（電池サイズによっては12重量％に
もなる）は、カソード構造中のMnO2の密度（カソード容
積の2.3〜2.75グラム/cm3のオーダ）と同様に、カソー
ドの効率改善に有効であった。それゆえ、本発明にあっ
ては、カソードに使用する導電剤の量を少なくし、それ
によってMnO2の量を増やすことができるようにしてい
る。このため、MnO2の容量は、増大した亜鉛容量と均衡
関係が維持される。望ましくは、亜鉛容量に対するMnO2
容量の比は、0.95:1と1.1:1の間であり、より望ましく
は1:1と1.1:1の間にある。従来の電池に比べて、より多
くのMnO2をカソードに加えているので、電池サイズの如
何に拘わらず、電池の内部容積に対するMnO2カソードの
容量の比を、0.48アンペア・時間/cm3以上、より望まし
くは0.5アンペア・時間/cm3まで高くすることが可能と
なる。MnO2の密度もまた、従来使用されていた密度より
も高くなり、望ましくはカソード容積1cm3当たり2.7グ
ラム以上のMnO2であり、より望ましくは2.8グラム以上
のMnO2である。
されることから、カソードの非効率性が電池性能全体を
支配する要素であると今まで考えられていたことが正し
くないことがさらにわかった。従来のアルカリ電池に充
填される導電剤の量（電池サイズによっては12重量％に
もなる）は、カソード構造中のMnO2の密度（カソード容
積の2.3〜2.75グラム/cm3のオーダ）と同様に、カソー
ドの効率改善に有効であった。それゆえ、本発明にあっ
ては、カソードに使用する導電剤の量を少なくし、それ
によってMnO2の量を増やすことができるようにしてい
る。このため、MnO2の容量は、増大した亜鉛容量と均衡
関係が維持される。望ましくは、亜鉛容量に対するMnO2
容量の比は、0.95:1と1.1:1の間であり、より望ましく
は1:1と1.1:1の間にある。従来の電池に比べて、より多
くのMnO2をカソードに加えているので、電池サイズの如
何に拘わらず、電池の内部容積に対するMnO2カソードの
容量の比を、0.48アンペア・時間/cm3以上、より望まし
くは0.5アンペア・時間/cm3まで高くすることが可能と
なる。MnO2の密度もまた、従来使用されていた密度より
も高くなり、望ましくはカソード容積1cm3当たり2.7グ
ラム以上のMnO2であり、より望ましくは2.8グラム以上
のMnO2である。
電池メーカーの中には、本発明のアノードと同じよう
に高密度のアノードを用いたものもあるが、アノードの
高密度に対応して、電解質の量、カソードの導電剤の量
を減少させることができず、MnO2の量を増加させること
ができなかった。このように、添付の請求の範囲により
包含される電池パラメータの特定の組合せは、これまで
になかったものであり、本発明によって実現された電池
性能は、現在市販されているアルカリ電池の性能を遙か
に超えている。
に高密度のアノードを用いたものもあるが、アノードの
高密度に対応して、電解質の量、カソードの導電剤の量
を減少させることができず、MnO2の量を増加させること
ができなかった。このように、添付の請求の範囲により
包含される電池パラメータの特定の組合せは、これまで
になかったものであり、本発明によって実現された電池
性能は、現在市販されているアルカリ電池の性能を遙か
に超えている。
本発明の特徴及び利点については、以下の実施例にお
いて明らかにされるであろう。
いて明らかにされるであろう。
実施例１
この実施例は、本発明に基づいて作製されたAAAサイ
ズの電池が、従来のAAAサイズの電池に比べて性能が改
善されたことを示している。
ズの電池が、従来のAAAサイズの電池に比べて性能が改
善されたことを示している。
従来のAAAサイズのアルカリ電池の内部容積は2.84cm3
である。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.
24グラムの密度にて、1.5グラムの亜鉛が含まれてい
る。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当
たり、0.435アンペア・時間である。MnO2カソードに
は、カソード容積1cm3当たり2.58グラムの密度にて、3.
6グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容
量は、電池の内部容積1cm3当たり0.474アンペア・時間
である。電解質には0.66グラムのKOHが含まれており、K
OHに対する亜鉛の重量比は2.3:1である。
である。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.
24グラムの密度にて、1.5グラムの亜鉛が含まれてい
る。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当
たり、0.435アンペア・時間である。MnO2カソードに
は、カソード容積1cm3当たり2.58グラムの密度にて、3.
6グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容
量は、電池の内部容積1cm3当たり0.474アンペア・時間
である。電解質には0.66グラムのKOHが含まれており、K
OHに対する亜鉛の重量比は2.3:1である。
本発明に基づいて作製されたAAAサイズのアルカリ電
池の内部容積は2.84cm3である。亜鉛アノードには、ア
ノード容積1cm3当たり1.74グラムの密度にて、1.7グラ
ムの亜鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、
内部の電池容積1cm3当たり0.49アンペア・時間である。
MnO2カソードには、カソード容積1cm3当たり2.99グラム
の密度にて、4.2グラムのMnO2が含まれている。MnO2カ
ソードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり0.548
アンペア・時間である。電解質には0.54グラムのKOHが
含まれており、KOHに対する亜鉛の重量比は3.2:1であ
る。
池の内部容積は2.84cm3である。亜鉛アノードには、ア
ノード容積1cm3当たり1.74グラムの密度にて、1.7グラ
ムの亜鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、
内部の電池容積1cm3当たり0.49アンペア・時間である。
MnO2カソードには、カソード容積1cm3当たり2.99グラム
の密度にて、4.2グラムのMnO2が含まれている。MnO2カ
ソードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり0.548
アンペア・時間である。電解質には0.54グラムのKOHが
含まれており、KOHに対する亜鉛の重量比は3.2:1であ
る。
夫々の電池の放電は、以下のテストの要領にて行なっ
た。「ラジオ」のシミュレーションテストは、１日当た
り４時間、75オームの抵抗を通して電池を放電させた。
0.9ボルトになるまでの合計時間を測定した。従来のAAA
電池の有効放電は64時間であったのに対し、本発明のAA
A電池は71時間であり、11％の改善が認められた。「カ
メラのフラッシュ」のシミュレーションテストでは、毎
分当たり15秒間、3.6オームの抵抗を通して電池を放電
させた。0.9ボルトになるまでの合計時間を測定した。
従来のAAAサイズ電池の有効放電は6.12時間であったの
に対し、本発明のAAAサイズ電池は6.47時間であり、６
％の改善が認められた。
た。「ラジオ」のシミュレーションテストは、１日当た
り４時間、75オームの抵抗を通して電池を放電させた。
0.9ボルトになるまでの合計時間を測定した。従来のAAA
電池の有効放電は64時間であったのに対し、本発明のAA
A電池は71時間であり、11％の改善が認められた。「カ
メラのフラッシュ」のシミュレーションテストでは、毎
分当たり15秒間、3.6オームの抵抗を通して電池を放電
させた。0.9ボルトになるまでの合計時間を測定した。
従来のAAAサイズ電池の有効放電は6.12時間であったの
に対し、本発明のAAAサイズ電池は6.47時間であり、６
％の改善が認められた。
実施例２
この実施例は、本発明に基づいて作製されたAAサイズ
の電池が、従来のAAサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
の電池が、従来のAAサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
従来のAAサイズのアルカリ電池は、内部容積が6cm3で
ある。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.4
グラムの密度にて、3.5グラムの亜鉛が含まれている。
亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり
0.476アンペア・時間である。MnO2カソードには、カソ
ード容積1cm3当たり2.55グラムの密度にて、8.31グラム
のMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内
部の電池容積1cm3当たり0.507アンペア・時間である。
電解質には1.4グラムのKOHが含まれており、KOHに対す
る亜鉛の重量比は2.5:1である。
ある。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.4
グラムの密度にて、3.5グラムの亜鉛が含まれている。
亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり
0.476アンペア・時間である。MnO2カソードには、カソ
ード容積1cm3当たり2.55グラムの密度にて、8.31グラム
のMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内
部の電池容積1cm3当たり0.507アンペア・時間である。
電解質には1.4グラムのKOHが含まれており、KOHに対す
る亜鉛の重量比は2.5:1である。
本発明に基づいて作製されたAAサイズのアルカリ電池
の内部容積は6cm3である。亜鉛アノードには、アノード
容積1cm3当たり1.8グラムの密度にて、3.9グラムの亜鉛
が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電
池容積1cm3当たり0.533アンペア・時間である。MnO2カ
ソードには、カソード容積1cm3当たり2.9グラムの密度
にて、9.3グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソード
の容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり0.57アンペア
・時間である。電解質には1.25グラムのKOHが含まれて
おり、KOHに対する亜鉛の重量比は3.1:1である。
の内部容積は6cm3である。亜鉛アノードには、アノード
容積1cm3当たり1.8グラムの密度にて、3.9グラムの亜鉛
が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電
池容積1cm3当たり0.533アンペア・時間である。MnO2カ
ソードには、カソード容積1cm3当たり2.9グラムの密度
にて、9.3グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソード
の容積容量は、内部の電池容積1cm3当たり0.57アンペア
・時間である。電解質には1.25グラムのKOHが含まれて
おり、KOHに対する亜鉛の重量比は3.1:1である。
夫々の電池の放電は、以下のテストの容量にて行なっ
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、毎分当たり15秒間、1.8オームの抵抗を通して電
池を放電させた。0.9ボルトになるまでの合計時間を測
定した。従来のAAサイズ電池の放電は9.2時間であった
のに対し、本発明のAAAサイズ電池は11.6時間であり、2
6％の改善が認められた。
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、毎分当たり15秒間、1.8オームの抵抗を通して電
池を放電させた。0.9ボルトになるまでの合計時間を測
定した。従来のAAサイズ電池の放電は9.2時間であった
のに対し、本発明のAAAサイズ電池は11.6時間であり、2
6％の改善が認められた。
実施例３
この実施例は、本発明に基づいて作製されたＣサイズ
の電池が、従来のＣサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
の電池が、従来のＣサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
従来のＣサイズのアルカリ電池の内部容積は18.8cm3
である。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.
4グラムの密度にて、10.4グラムの亜鉛が含まれてい
る。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当
たり0.45アンペア・時間である。MnO2カソードには、カ
ソード容積1cm3当たり2.6グラムの密度にて、25グラム
のMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内
部の電池容積1cm3当たり0.49アンペア・時間である。電
解質には4.3グラムのKOHが含まれており、KOHに対する
亜鉛の重量比は2.4:1である。
である。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.
4グラムの密度にて、10.4グラムの亜鉛が含まれてい
る。亜鉛アノードの容積容量は、内部の電池容積1cm3当
たり0.45アンペア・時間である。MnO2カソードには、カ
ソード容積1cm3当たり2.6グラムの密度にて、25グラム
のMnO2が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内
部の電池容積1cm3当たり0.49アンペア・時間である。電
解質には4.3グラムのKOHが含まれており、KOHに対する
亜鉛の重量比は2.4:1である。
本発明に基づいて作製されたＣサイズのアルカリ電池
の内部容積は18.8cm3である。亜鉛アノードには、アノ
ード容積1cm3当たり1.6グラムの密度にて、12グラムの
亜鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部
の電池容積1cm3当たり0.53アンペア・時間である。MnO2
カソードには、カソード容積1cm3当たり2.8グラムの密
度にて、27グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソード
の容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.53アンペア
・時間である。電解質には4.2グラムのKOHが含まれてお
り、KOHに対する亜鉛の重量比は2.9:1である。
の内部容積は18.8cm3である。亜鉛アノードには、アノ
ード容積1cm3当たり1.6グラムの密度にて、12グラムの
亜鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部
の電池容積1cm3当たり0.53アンペア・時間である。MnO2
カソードには、カソード容積1cm3当たり2.8グラムの密
度にて、27グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソード
の容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.53アンペア
・時間である。電解質には4.2グラムのKOHが含まれてお
り、KOHに対する亜鉛の重量比は2.9:1である。
夫々の電池の放電は、以下のテストの容量にて行なっ
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、８時間に亘り、毎時間当たり４分間、3.9オーム
の抵抗を通して電池を放電させた。0.9ボルトになるま
での合計時間を測定した。従来のＣサイズ電池の放電は
18.5時間であったのに対し、本発明のＣサイズ電池は2
0.7時間であり、12％の改善が認められた。
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、８時間に亘り、毎時間当たり４分間、3.9オーム
の抵抗を通して電池を放電させた。0.9ボルトになるま
での合計時間を測定した。従来のＣサイズ電池の放電は
18.5時間であったのに対し、本発明のＣサイズ電池は2
0.7時間であり、12％の改善が認められた。
実施例４
この実施例は、本発明に基づいて作製されたＤサイズ
の電池が、従来のＤサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
の電池が、従来のＤサイズの電池に比べて性能が改善さ
れたことを示している。
従来のＤサイズのアルカリ電池の内部容積は41cm3で
ある。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.5
グラムの密度にて、23グラムの亜鉛が含まれている。亜
鉛アノードの容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.
47アンペア・時間である。MnO2カソードには、カソード
容積1cm3当たり2.6グラムの密度にて、53グラムのMnO2
が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内部の電
池容積1cm3当たり0.47アンペア・時間である。電解質に
は9.7グラムのKOHが含まれており、KOHに対する亜鉛の
重量比は2.4:1である。
ある。亜鉛アノードには、アノード容積1cm3当たり1.5
グラムの密度にて、23グラムの亜鉛が含まれている。亜
鉛アノードの容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.
47アンペア・時間である。MnO2カソードには、カソード
容積1cm3当たり2.6グラムの密度にて、53グラムのMnO2
が含まれている。MnO2カソードの容積容量は、内部の電
池容積1cm3当たり0.47アンペア・時間である。電解質に
は9.7グラムのKOHが含まれており、KOHに対する亜鉛の
重量比は2.4:1である。
本発明に基づいて作製されたＤサイズのアルカリ電池
の内部容積は41cm3である。亜鉛アノードには、アノー
ド容積1cm3当たり1.6グラムの密度にて、25グラムの亜
鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部の
電池容積1cm3当たり0.5アンペア・時間である。MnO2カ
ソードには、カソード容積1cm3当たり2.8グラムの密度
にて、57グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソードの
容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.51アンペア・
時間である。電解質には8.9グラムのKOHが含まれてお
り、KOHに対する亜鉛の重量比は2.9:1である。
の内部容積は41cm3である。亜鉛アノードには、アノー
ド容積1cm3当たり1.6グラムの密度にて、25グラムの亜
鉛が含まれている。亜鉛アノードの容積容量は、内部の
電池容積1cm3当たり0.5アンペア・時間である。MnO2カ
ソードには、カソード容積1cm3当たり2.8グラムの密度
にて、57グラムのMnO2が含まれている。MnO2カソードの
容積容量は、内部電池の容積1cm3当たり0.51アンペア・
時間である。電解質には8.9グラムのKOHが含まれてお
り、KOHに対する亜鉛の重量比は2.9:1である。
夫々の電池の放電は、以下のテストの容量にて行なっ
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、８時間に亘り、毎時間当たり４分間、3.2オーム
の抵抗を通して電池を放電させた。0.9ボルトになるま
での合計時間を測定した。従来のＤサイズ電池の放電は
20.9時間であったのに対し、本発明のＤサイズ電池は2
2.3時間であり、７％の改善が認められた。
た。「カメラのフラッシュ」のシミュレーションテスト
では、８時間に亘り、毎時間当たり４分間、3.2オーム
の抵抗を通して電池を放電させた。0.9ボルトになるま
での合計時間を測定した。従来のＤサイズ電池の放電は
20.9時間であったのに対し、本発明のＤサイズ電池は2
2.3時間であり、７％の改善が認められた。
前記実施形態は、本発明に基づいて作製されたアルカ
リ電池の具体的特徴を明らかにするものであるが、それ
らの実施例は発明を例示したにすぎないものである。電
池の構造及び成分について、発明の精神及び範囲内で種
々の変形をなすことができる。請求の範囲の中で用いら
れているように、「亜鉛容量」に対する記載は、亜鉛１
グラム当たり0.82アンペア・時間に基づいており、「Mn
O2容量」に対する記載は、MnO21グラム当たり0.37アン
ペア・時間に基づいている。
リ電池の具体的特徴を明らかにするものであるが、それ
らの実施例は発明を例示したにすぎないものである。電
池の構造及び成分について、発明の精神及び範囲内で種
々の変形をなすことができる。請求の範囲の中で用いら
れているように、「亜鉛容量」に対する記載は、亜鉛１
グラム当たり0.82アンペア・時間に基づいており、「Mn
O2容量」に対する記載は、MnO21グラム当たり0.37アン
ペア・時間に基づいている。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マグヌソン，ダグラス シー.
アメリカ合衆国 01581 マサチューセ
ッツ，ウェストボロ，ウィンザー リッ
ジ ドライブ 106
(72)発明者 パテル，ブペンドラ ケイ.
アメリカ合衆国 02048 マサチューセ
ッツ，マンズフィールド，フランクリン
ストリート 393
(72)発明者 ウッドノース，ダグラス ジェイ.
アメリカ合衆国 02194 マサチューセ
ッツ，ニーダム，マニング ストリート
90
(72)発明者 ミラー，ジョン エス.
アメリカ合衆国 01776 マサチューセ
ッツ，サドベリー，ブリムストン レー
ン 109
(72)発明者 カシアノウィッツ，アルフレッド エ
ム.
アメリカ合衆国 02123 マサチューセ
ッツ，ペムブローク，サイプレス ロー
ド １
(56)参考文献 特開 昭59−192264（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 6/08
H01M 4/06
Claims (15)
- 【請求項１】亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含
むカソード、及びアルカリ電解質を有する一次電気化学
電池であって、円筒形ケーシングはその開口端部がシー
ル部材で密閉され、アノード、カソード及び電解質は全
て円筒形ケーシング内で関連して作用し；シール部材と
ケーシングの内表面により電池の内部容積が定められ；
電池の内部容積に対する、アノードとカソードの各々の
合計容量の比は、各々が内部容積1cm3当たり約0.48アン
ペア・時間よりも大きく、アノードの亜鉛の密度は、ア
ノード容積1cm3当たり1.6グラム以上であり、二酸化マ
ンガンの密度は、カソード溶液1cm3当たり2.8グラム以
上である一次電気化学電池。 - 【請求項２】電解質は水酸化カリウム（KOH）を含んで
おり、KOHの量に対する亜鉛の量の比は、KOH1グラム当
たり亜鉛2.8グラム以上である請求項１の電池。 - 【請求項３】電解質は水酸化カリウム（KOH）を含んで
おり、KOHの量に対する亜鉛の量の比は、KOH1グラム当
たり亜鉛３グラム以上である請求項１の電池。 - 【請求項４】亜鉛の容積容量に対する、二酸化マンガン
の容積容量の比は約1:1乃至1.1:1の範囲である請求項１
の電池。 - 【請求項５】亜鉛アノードの容積容量（0.82A−Hr/gに
基づく）と二酸化マンガンの容積容量（0.37A−Hr/gに
基づく）は、各々が、内部容積1cm3当たり約0.50アンペ
ア・時間を超えており、アノード中の亜鉛の密度は、ア
ノード容積1cm3当たり1.7グラム以上であり、二酸化マ
ンガンの密度はカソード容積1cm3当たり2.9グラム以上
である請求項１の電池。 - 【請求項６】亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含
むカソード、アノードとカソードの間にあるセパレー
タ、及び水酸化カリウム（KOH）含むアルカリ電解質を
有する電気化学電池であって、それら全ては、開口端部
がシール部材で密閉された円筒形ケーシングの中で関連
して作用し；シール部材とケーシングの内表面により電
池の内部容積が定められ；カソードは環状構造であり、
その外壁はケーシングの内壁に接触し、セパレータは環
状カソードの中央キャビティに沿っており、亜鉛アノー
ドはセパレータに沿うキャビテイの中にあり；電池の内
部容積は16cm3よりも大きく、電池の内部容積に対す
る、アノードとカソードの各々の合計容量の比は、各々
が内部容積1cm3当たり約0.48アンペア・時間よりも大き
く、アノードの亜鉛の密度は、アノード容積1cm3当たり
1.4グラム以上であり、水酸化カリウムに対する亜鉛の
重量比は2.8:1以上である電気化学電池。 - 【請求項７】カソード構造の中の二酸化マンガンの密度
は、カソード容積1cm3当たり二酸化マンガン2.8グラム
以上である請求項６の電池。 - 【請求項８】亜鉛の容積容量に対する、二酸化マンガン
の容積容量の比は約1:1乃至1.1:1である請求項６の電
池。 - 【請求項９】亜鉛を含むアノード、二酸化マンガンを含
むカソード、アノードとカソードの間にあるセパレー
タ、及び水酸化カリウム（KOH）を含むアルカリ電解質
を有する電気化学電池であって、それら全ては、開口端
部がシール部材で密閉された円筒形のケーシングの中で
関連して作用し、シール部材とケーシングの内表面によ
り電池の内部容積が規定され；カソードは環状構造であ
り、その外壁はケーシングの内壁に接触し、セパレータ
は環状カソードの中央キャビティに沿っており、亜鉛ア
ノードはセパレータに沿うキャビテイの中にあり；電池
の内部容積は7cm3よりも少なく、電池の内部容積に対す
る、アノードとカソードの各々の合計容量の比は、各々
が内部容積1cm3当たり約0.5アンペア・時間よりも大き
く、アノードの亜鉛の密度は、アノード容積1cm3当たり
1.7グラム以上であり、水酸化カリウムに対する亜鉛の
重量比は3.1:1以上である電気化学電池。 - 【請求項１０】カソード構造の中の二酸化マンガンの密
度は、カソード容積1cm3当たり二酸化マンガン2.8グラ
ム以上である請求項９の電池。 - 【請求項１１】亜鉛の容積容量に対する、二酸化マンガ
ンの容積容量の比は約1:1乃至1.1:1である請求項９の電
池。 - 【請求項１２】AAサイズのアルカリ電気化学電池であっ
て、カソードは３アンペア・時間を超える二酸化マンガ
ン（グラム当たり0.370アンペア・時間に基づく）を有
し、アノードは３アンペア・時間を超える亜鉛（グラム
当たり0.82アンペア・時間に基づく）を有し、カソード
の中のMnO2密度は、カソード容積1cm3当たり2.75グラム
を超えているアルカリ電気化学電池。 - 【請求項１３】AAAサイズのアルカリ電気化学電池であ
って、カソードは1.3アンペア・時間を超える二酸化マ
ンガン（グラム当たり0.370アンペア・時間に基づく）
を有し、アノードは1.3アンペア・時間を超える亜鉛
（グラム当たり0.82アンペア・時間に基づく）を有し、
MnO2密度は、カソード容積1cm3当たり2.8グラムを超え
ているアルカリ電気化学電池。 - 【請求項１４】Ｃサイズのアルカリ電気化学電池であっ
て、カソードは8.5アンペア・時間を超える二酸化マン
ガン（グラム当たり0.370アンペア・時間に基づく）を
有し、アノードは8.5アンペア・時間を超える亜鉛（グ
ラム当たり0.82アンペア・時間に基づく）を有し、カソ
ードの中のMnO2密度は、カソード容積1cm3当たり2.7グ
ラムを超えているアルカリ電気化学電池。 - 【請求項１５】Ｄサイズのアルカリ電気化学電池であっ
て、カソードは19アンペア・時間を超える二酸化マンガ
ン（グラム当たり0.370アンペア・時間に基づく）を有
し、アノードは19アンペア・時間を超える亜鉛（グラム
当たり0.82アンペア・時間に基づく）を有し、カソード
の中のMnO2密度は、カソード容積1cm3当たり2.7グラム
を超えているアルカリ電気化学電池。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/046,430 | 1993-04-12 | ||
| US08/046,430 US5283139A (en) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Alkaline cell |
| PCT/US1994/000869 WO1994024709A1 (en) | 1993-04-12 | 1994-01-21 | Electrochemical cell with zinc anode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08509095A JPH08509095A (ja) | 1996-09-24 |
| JP3462877B2 true JP3462877B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=21943413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52311994A Expired - Fee Related JP3462877B2 (ja) | 1993-04-12 | 1994-01-21 | 亜鉛アノードを用いた電気化学電池 |
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|---|---|
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| KR (1) | KR100287281B1 (ja) |
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| EC (1) | ECSP941033A (ja) |
| IL (1) | IL109274A (ja) |
| JO (1) | JO1798B1 (ja) |
| MY (1) | MY110126A (ja) |
| NZ (1) | NZ265739A (ja) |
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| TW (1) | TW240347B (ja) |
| WO (1) | WO1994024709A1 (ja) |
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