JP3553819B2 - アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はアルカリ乾電池に関し、とくに二酸化マンガンと黒鉛と電解質溶液とバインダーとを含んで構成される電池用正極合剤の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ乾電池は、リング状コア等の所定形状に成形した正極合剤を正極缶内に挿入した構造をなす。正極合剤は、活物質としての二酸化マンガンと黒鉛などの導電材およびバインダーなどを含む混合物を金型等によってプレス成型することで得られる。
【０００３】
前記の混合物はそのままでは粉体であるため、粉体を押し固めて粒状の合剤粒に加工し、その合剤粒をリング状コアに成型する。合剤粒は粉体混合物をローラコンパクタによって板状（または棒状）に圧延した上で解砕し、その解砕物を所定の粒度に篩い分けることで得られる。このとき合剤粒の粒度は大きすぎても小さすぎても成型に都合悪い。このため、バインダーの添加量を調整することで最適粒度の合剤粒を得やすくする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の放電容量は二酸化マンガンの充填量に依存する。そのため、バインダーなどの電気化学反応に寄与しない物質はなるべく減らしたい。特に小型の電池ではバインダーの相対的な量が増え、容量を減少させる原因となる。しかし、バインダーを全くなくしてしまうと、圧延時に粉体がまとまらず所定の粒度の合剤粒が得にくくなり、生産性を低下させてしまう。
【０００５】
そのため、小型の電池では導電材に表面積の大きな膨張化黒鉛を使用して導電材の相対量（重量％）を減らし、その分二酸化マンガンを増量させて放電容量を確保している。しかし、膨張化黒鉛は高価であり、電池のコストアップを招く。
【０００６】
そこで本発明は、十分な放電容量を確保しつつ、しかも安価なアルカリ乾電池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法であって、二酸化マンガンと黒鉛とバインダーとを乾式混合する工程と、当該混合物に対して電解質溶液を注入し湿式混合する工程と、当該混合物を圧延して解砕する工程と、当該解砕物を所定の粒径に篩い分けして得た水分量を２〜３重量％に調整した合剤粒を電池に適合した形状にプレス成形する工程とを含み、前記バインダーはポリアクリル酸であり、当該ポリアクリル酸は前記二酸化マンガンに対して０．０３重量％以上０．１重量％以下で混合することを特徴とするアルカリ乾電池用正極合剤の製造方法とした。
【０００８】
第２の発明は、請求項１において、前記ポリアクリル酸は、架橋型ポリアクリル酸であることを特徴とするアルカリ乾電池用正極合剤の製造方法とした。
【０００９】
第３の発明は、請求項１または２に記載の製造方法によって作製された正極合剤を使用してなるアルカリ乾電池とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＝＝＝アルカリ乾電池の製造工程＝＝＝
この発明による製造方法によって作製された電池用正極合剤の特性評価のため、ＪＩＳ規格ＬＲ６（単三型筒型アルカリ乾電池）を試作した。そのアルカリ乾電池の概略的な側面断面図を図１に示す。このアルカリ乾電池１は以下の工程に従って製造される。
【００１１】
まず、有底円筒形状をなす正極端子を兼ねた正極缶１１内に約１０．０ｇ程度の正極合剤１２を積層して挿入する。この正極合剤１２はこの発明の要件であり、その組成に特徴を有する。これについては「正極合剤の製造工程」のところで詳述する。つぎに、正極缶１１上方の所定位置にビーディング部２０を成形する。そして、積層した正極合剤１２の中空円筒内にビニロン繊維不織布からなる有底円筒状のセパレータ１３を挿入する。このセパレータ１３の中空部に水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を約１．６５ｇ注入して正極合剤１２およびセパレータ１３にこの電解液を吸液させる。さらに、亜鉛を約６０重量％含むゲル状負極１４をセパレータ１３の中空円筒内に約６．０ｇ充填する。
【００１２】
一方、真鍮製の棒状集電子（集電棒）１５をその頭部１６で負極端子１７に抵抗溶接するとともに、集電部となる集電棒１５の首部１８にガスケット１９を嵌着して集電体を形成する。この集電体を、ゲル状負極１４中に集電棒１５の先端から挿入していく。そして、正極缶１１の開口端を内側方向に折り曲げることで、開口端を封口するように配置された負極端子１４が嵌着され、缶内が密閉される。以上のようなプロセスを経て、アルカリ乾電池１が作製される。
【００１３】
＝＝＝正極合剤の製造工程＝＝＝
正極合剤１２の製造フローを図２に示す。正極活物質としての二酸化マンガンと、導電助剤としての黒鉛と、バインダーとしての架橋型ポリアクリル酸（以下、架橋型ＰＡ）を乾式混合する。ここで二酸化マンガンに対する黒鉛の添加量は例えば５重量％、架橋型ＰＡは例えば０．０３重量％である。その混合物に対して電解液としての２．５重量％のＫＯＨを注入し再び湿式混合する。つぎにこの混合体をローラコンパクタで最大３ｍｍ×３ｍｍ×１００ｍｍ程度の大きさに圧延した後、解砕機にて解砕（造粒）する。続いて篩分けをし、成形に都合が良い１７７〜１，０００μｍ程度の粒径の合剤粒（顆粒状）を得る。この合剤粒の見掛比重は１．７〜２．０ｇ／ｃｃ、水分量は２〜３重量％に調整されている。この合剤粒を金型プレス成形機にて成形圧約３．０ｔで電池に適合した形状（リング状）にプレス成形し、最終生成体である正極合剤１２を得る。なお、この正極合剤１２の密度は１立方ミリメートルあたり３．０〜３．３ｇである。
【００１４】
＝＝＝ＰＡ添加量の最適値＝＝＝
正極合剤１２の製造工程において生産性を高め、かつ電池の正極側容量を維持するために必要かつ最適なＰＡ添加量を求めるため、つぎの２つの試験を行った。
【００１５】
＜良品率＞
ＰＡ添加量の異なる合剤粒を作製し、その良品率（前記粒径範囲内の合剤粒の生成率）を測定した。具体的には、架橋型ＰＡの二酸化マンガンに対する添加量を変化させた。各添加量における良品率（重量％で算出）を表１にまとめる。
【００１６】
【表１】

【００１７】
＜放電持続時間＞
前記条件で作製した正極合剤１２を正極とするアルカリ乾電池１を試作した。各アルカリ乾電池１の放電持続時間を表２にまとめる。ここで放電持続時間とは、２０℃で２Ω定抵抗放電を連続して行った際に、電池電圧が終止電圧として設定した０．９Ｖになるまでの時間である。この時間が長いほど高性能な電池といえる。
【００１８】
【表２】

【００１９】
＜考察＞
表１から架橋型ＰＡ添加量が０．０３重量％以上の良品率の向上が顕著である。一方、表２では架橋型ＰＡ添加量が０．２０重量％以上の放電持続時間の低下が特徴的である。よって、電池性能を保ちつつ生産性を向上させるのに最適な架橋型ＰＡ添加量は、０．０３重量％以上０．１重量％以下程度であることが分かる。
【００２０】
＝＝＝その他＝＝＝
前述の架橋型ＰＡを直鎖型ＰＡに変えた場合の良品率を測定した。直鎖型ＰＡの二酸化マンガンに対する添加量が０．０３重量％のとき、良品率は４４．１％であった。バインダーを全く添加しなかった場合の４３．７重量％よりはやや向上しているものの、架橋型ＰＡの５１．５重量％に比べるとかなり劣っている。このことから、この発明の目的でＰＡを用いる場合は架橋型のＰＡを用いるのが効果的であるといえる。なお、本実施例では架橋型ＰＡとして日本純薬株式会社製ＰＷ−１５０、直鎖型ＰＡとして日本純薬株式会社製アロンビスを使用した。
【００２１】
【発明の効果】
この発明の製造方法によれば、高価な膨張化黒鉛を用いることなく十分な放電容量を確保できる。よって、安価で高性能なアルカリ乾電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の製造方法に関わるアルカリ乾電池の概略的側面断面図である。
【図２】この発明の製造方法に関わるアルカリ乾電池用正極合剤の製造フローを示す図である。
【符号の説明】
１ アルカリ乾電池
１１ 正極缶
１２ 正極合剤
１３ セパレータ
１４ ゲル状負極
１５ 集電棒
１７ 負極端子

Claims (3)

1. アルカリ乾電池用正極合剤の製造方法であって、二酸化マンガンと黒鉛とバインダーとを乾式混合する工程と、当該混合物に対して電解質溶液を注入し湿式混合する工程と、当該混合物を圧延して解砕する工程と、当該解砕物を所定の粒径に篩い分けして得た水分量を２〜３重量％に調整した合剤粒を電池に適合した形状にプレス成形する工程とを含み、前記バインダーはポリアクリル酸であり、当該ポリアクリル酸は前記二酸化マンガンに対して０．０３重量％以上０．１重量％以下で混合することを特徴とする。
2. 請求項１において、前記ポリアクリル酸は、架橋型ポリアクリル酸であることを特徴とするアルカリ乾電池用正極合剤の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法によって作製された正極合剤を使用してなるアルカリ乾電池。

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