JP3575578B2 - アルカリ二次電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ二次電池、詳しくは充放電サイクル寿命を向上できるアルカリ二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電気機器の小型高性能化、携帯電話やノートパソコン等のポータブル電子機器が広く普及し、これらの電源として小型で高容量の二次電池が要求されている。これらの要求に答えるものとして、エネルギー密度が大きく且つ経済性に優れた負極活物質に亜鉛を用いる二次電池の研究が広く行われている。しかしながらこのような従来の技術において、溶解反応を伴う亜鉛二次電池は充放電の繰り返しにより、亜鉛の針状結晶であるデンドライトの析出（充電時）や実質的活物質の減少等に伴う亜鉛極の劣化が大きく、サイクル寿命が短いという欠点があった。
【０００３】
また、亜鉛は平衡電位が水素発生電位より卑な金属であるため、充電により生成した活性化亜鉛は水素ガスを発生してアルカリ電解液に溶解する。この現象を軽減させるために、従来は水素過電圧の高い錫、鉛等による銅系集電体のメッキ、または亜鉛との合金を作り、自己放電を抑え水素ガスの発生を軽減させようとする提案がなされていた。この場合、前者は活物質の減少や活物質上の反応を制御することは出来ず、また後者は亜鉛活物質の表面積の減少による容量の低下をきたすことから、その効果は充分ではなくサイクル性の悪さから亜鉛極を用いた二次電池は実用化がなされていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来のアルカリ亜鉛二次電池には、放電時における亜鉛の溶解性の問題からサイクル特性が悪いという問題があった。
このため本発明は、負極活物質として亜鉛を用いるアルカリ二次電池において亜鉛極の劣化を軽減し、サイクル寿命の長いアルカリ亜鉛二次電池を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、かかる課題を解決するために鋭意研究したところ、銀で被覆された亜鉛粉を負極活物質として用いると充放電サイクル寿命が伸びることを見出し、本発明を提出することができた。
すなわち本発明は、負極活物質に亜鉛を用いる二次電池であって、銀で亜鉛粒子の表面を被覆した粉末を、負極活物質として用いることを特徴とするアルカリ二次電池を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の構成による効果作用については現在のところ明確ではないが、下記のように推察される。
【０００７】
本発明においては、銀イオンを含む溶液中に亜鉛の粉末を存在させると、亜鉛粒子の表面において亜鉛が溶出すると同時に亜鉛粒子の表面に銀が析出し、最終的に亜鉛粒子の表面が銀で被覆される。この場合、亜鉛粒子の表面を覆った銀は多孔質の状態であるため亜鉛粉は活物質としての機能を失わない。また銀と亜鉛の緊密なネットワークにより、充電時のデンドライトの発生が被覆金属の銀によって抑制されることが判明した。
【０００８】
また銀と亜鉛との接触面積が極めて大きいため、例えば銅集電体に析出して不働態となる亜鉛化合物の量は少なく極めて薄い析出状態となり、電気抵抗が低くなる。このため均一な活物質全体で進行され、導電性の顕著な低下を防ぐことができ、結果として充放電サイクル寿命を向上させることができる。
以下実施例をもって詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【０００９】
【実施例】
平均粒径７μｍの亜鉛粉を湿式法で強撹拌しながら０．０３規定硝酸で亜鉛粉をエッチングした後、硝酸銀水溶液を銀として、亜鉛粉に対してそれぞれ０．５％、１．０％、３．０％、５．０％となるように定量ポンプを使用して加える。上記亜鉛粉を銀で被覆した後、脱水、洗浄処理して室温にて真空乾燥した。このようにして得た被覆亜鉛粉５０部と酸化亜鉛粉５０部とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）５部とを加えて結着させた負極活物質を圧延ロール・油圧プレスを用い、厚さ０．１５ｍｍ、サイズ３．５×５．０ｃｍの銅パンチングメタルに貼り付け、全体の厚さが０．６ｍｍの負極を作成した。
次いで得られた各負極を、セパレータとしてのナイロン性不織布・セロファンを介して公知の焼結式水酸化ニッケル正極と捲回し、電解液として酸化亜鉛を飽和させた４５％のＫＯＨ水溶液に０．５％水酸化インジウムを加えて公称容量５００ｍＡｈの密閉型アルカリ亜鉛二次電池を作成した。得られた上記の密閉型アルカリ亜鉛二次電池を２０℃の雰囲気下で、２６０ｍＡの充電電流で２時間充電した後、２６０ｍＡで１．０Ｖまで放電した時の放電容量を５０、１００、１５０、２００サイクル目において測定し、その結果を表１に示した。
【００１０】
【表１】
【比較例】
被覆処理をしない亜鉛粉（平均粒径７μｍ）に酸化亜鉛を５０部混合したものに対して、ＰＴＦＥを５部の割合で添加したものを実施例と同様に操作して密閉型アルカリ亜鉛電池を作成して放電容量を測定した。その結果を表１に併せて示した。
表１の結果から、比較例に示す被覆処理を施さない密閉型アルカリ亜鉛二次電池に比べて、本発明の銀で亜鉛粉を被覆した亜鉛電極を用いた密閉型アルカリ亜鉛二次電池は、サイクルと共に放電容量の低下が穏やかであると共に大幅にサイクル寿命が長く、放電効率も大きくなることが明確となった。
【００１２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、負極活物質に銀で被覆された亜鉛粉を使用することによって、デンドライト生成によるショートや、電気化学的な亜鉛極の不働態化、負極活物質からの亜鉛の溶出を有効に抑制することができるから、サイクル寿命が長く且つ放電容量の大きいアルカリ亜鉛二次電池を提供することができる。
Claims (1)
- 負極活物質に亜鉛を用いる二次電池であって、銀で亜鉛粒子の表面を被覆した粉末を、負極活物質として用いることを特徴とするアルカリ二次電池。
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1996
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