JP4122418B2 - 空気亜鉛電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高性能化した空気亜鉛電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛を負極とし、空気中の酸素を正極とする空気亜鉛電池は、正極作用物質を電池内に詰め込む必要がないために、負極作用物質である亜鉛をより多く詰め込むことが可能で、アルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して大容量が得られるという特徴があり、需要が拡大してきている。
【０００３】
また、環境問題がある水銀電池と互換性があるために、代替とされ、その主用途である補聴器に使用されるので、電池交換の頻度をより減少させることが望まれ、さらなる高容量化のニーズが高まっている。
そのため、亜鉛をさらに詰め込む工夫や、亜鉛の放電利用率を向上させて放電容量を大きくする工夫が必要となってきた。
【０００４】
従来、空気亜鉛電池の高容量化の手段としては、ゲル状亜鉛負極の中の電解液の比率を下げたり、部品の薄肉化により電池内容積を大きくして、ゲル状亜鉛負極を詰め込むことが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような方法においても次のような問題がある。
ゲル状亜鉛負極の電解液を減らした場合、電解液量の低下は放電利用率の低下を招く恐れがあり、亜鉛量が増えていても、必ずしも高容量化されることは言えない。
【０００６】
また、部品の薄肉化も部品強度の面から、自ずと限界はある。その手段の中には液保持材やセパレータを薄くすることも含まれているが、セパレータを薄くすることは内部短絡の危険が増加することに繋がる。液保持材は、負極とセパレータとの接触を良好に保ち、またセパレータの界面付近に電解液を保持して正負極の反応が進行しやすくする働きがあり、単に削除したり薄くすることで、保液量を減少させることは、逆に性能低下を招く恐れがある。
【０００７】
一方、液保持材が保持する電解液は、空気亜鉛電池の場合、正極側から供給はないので、ゲル状亜鉛負極中のみから吸収したものである。そのためにゲル状亜鉛負極内の電解液、特に液保持材付近のものが少なくなってしまい、その結果、正極に近い側と遠い側でゲル状亜鉛負極が不均一となって、反応も均一に進みにくくなり、放電に影響がでる恐れがある。また、ゲル状亜鉛負極中の電解液の比率が大きいほど放電利用率が高くなる傾向にあるので、液保持材への電解液吸収により電解液比率が小さくなることも、放電に不利となる。
【０００８】
さらに空気亜鉛電池は、他のアルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して、ゲル状亜鉛負極中の電解液量が少ないので、その影響を受けやすい傾向にある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、空気亜鉛電池をより高性能化することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明者らが研究の結果、ゲル状亜鉛負極と正極触媒層の間に介在する液保持材の厚さ及び保液率を適正化することで、高性能化できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、ゲル状亜鉛負極と正極触媒層との間に液保持材及びセパレータが介在する構造を有する空気亜鉛電池において、前記液保持材がビニロン、レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とする厚さ０．０５〜０．０７ｍｍの不織布であり、かつこの不織布を４０重量％水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬したときの保液率が不織布の重量の５９０〜６１４％であることを特徴とする。
【００１１】
本発明では液保持材の厚さと保液率を適正化することにより、液保持材への電解液吸収量を最適にコントロールしている。すなわち、保液量の最適化により放電利用率を向上させるとともに、液保持材を薄くすることで僅かながらも電池内容積を大きくすることが可能であるため、詰め込めるゲル状亜鉛負極を増やせ、放電容量の増加につながる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１〜２）
図１は本発明の実施例の空気亜鉛電池の断面図である。図１において、１は負極集電体、２はゲル状亜鉛負極、３は液保持材、４はセパレータ、５はパッキング、６は正極触媒、７は正極缶、８はテフロン膜、９は空気拡散紙、１０は空気孔である。
【００１３】
本実施例では、液保持材３として、ビニロン，レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とし、厚さがそれぞれ０．０７ｍｍおよび０．０５ｍｍの不織布を用いた。このとき、上記各不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ５９０％および６１４％であった。
【００１４】
保液率の測定は次のように行った。
重量既知（Ｗ１）の不織布（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を４０重量％水酸化カリウム溶液中に１０分間浸漬した。次に、浸漬した不織布を４５度に傾斜したガラス板に３分間静置後、重量を測定した（Ｗ２）。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ゲル状亜鉛負極２は、亜鉛合金粉，アルカリ電解液としての３０重量％水酸化カリウム水溶液，ゲル化剤としてのポリアクリル酸、で構成される。ゲル状亜鉛負極は、まず亜鉛合金粉とポリアクリル酸をドライ撹拌し、その後水酸化カリウム水溶液とともにウェット撹拌して調整して使用した。
【００１７】
正極触媒６は、マンガン酸化物，活性炭，及びテフロン粉末を混合撹拌して得られた正極合剤をシート状に圧延し、ニッケルメッキしたステンレスネットを片面に、他面にテフロン膜を圧着し使用した。また、パッキング５は、ナイロン製パッキングを使用し、負極ケースを兼ねた負極集電体１はニッケル−ステンレス−銅の３層クラッド材を成形加工して使用した。正極缶７は鉄材を成型加工した後にニッケルメッキを施して使用した。
【００１８】
（比較例１〜２）
液保持材として、ビニロン，レーヨン，マーセル化パルプを原料とした実施例１〜２と同様の不織布で、厚さがそれぞれ０．１２ｍｍおよび０．１０ｍｍのものを使用し、図１に示すＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。このとき、各不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ５９２％，５６０％であった。
【００１９】
（比較例３〜６）
液保持材として、ビニロン，コットン，マーセル化パルプを原料とした実施例１〜２と同様の不織布で、厚さがそれぞれ０．１２ｍｍ，０．１０ｍｍ，０．０７ｍｍおよび０．０５ｍｍのものを使用し、図１に示すようなＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。このとき、不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ４４６％，４２０％，４５３％および４４０％であった。
【００２０】
（比較例７）
液保持材を使用せずに、図１に示すようなＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。
（評価）
作成した実施例および比較例の電池各２０個について、６２０Ω及び２５０Ωの連続放電試験を行った。表１に結果を示す。各数値は２０個の電池の平均値である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
この表から明らかなように、実施例１〜２の電池は各比較例の電池よりも放電利用率が向上している。また、内容積が僅かながら大きくなって、詰め込めるゲル状亜鉛負極量が増えることもあり、放電容量も向上している。
【００２３】
比較例１のように、液保持材の保液率が同じで厚さが厚い場合は、液保持材へ吸収される電解液が多すぎるために放電利用率が低下している。また、電池内容積も小さいので、本発明品に比べて放電容量が小さい。
【００２４】
また、比較例５〜６のように、液保持材の厚さが本実施例と同じ場合でも、保液率が本発明の範囲を逸脱している場合は、最適な液保持量が得られず、本発明の効果は得られない。
【００２５】
また、液保持材を使用しない電池では、電池内容積が増えて詰め込めるゲル状亜鉛負極量が増えるが、放電利用率は大きく低下するため、結果的に放電容量は減少してしまう。
【００２６】
以上のように、ゲル状亜鉛負極と正極触媒の間に介在する液保持材として、厚さ０．０５〜０．０７ｍｍの不織布であって、４０重量％水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬したときの保液率が不織布の重量に対して５９０〜６１４％であるものを用いた場合は、放電利用率が向上し、空気亜鉛電池を高性能化および高容量化することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例により限定されるものではなく、本発明に直接影響を及ぼさない、亜鉛合金粉，ゲル化剤，電解液濃度，正極触媒等の要素については本発明の範囲を逸脱しない限り、変更して差し支えない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の空気亜鉛電池に比較して放電利用率および放電容量が向上した空気亜鉛電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すＰＲ４４型空気亜鉛電池の断面図。
【符号の説明】
１…負極集電体、２…ゲル状亜鉛負極、３…液保持材、４…セパレータ、５…パッキング、６…正極触媒、７…正極缶、８…テフロン膜、９…空気拡散紙、１０…空気孔。
【発明の属する技術分野】
本発明は高性能化した空気亜鉛電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛を負極とし、空気中の酸素を正極とする空気亜鉛電池は、正極作用物質を電池内に詰め込む必要がないために、負極作用物質である亜鉛をより多く詰め込むことが可能で、アルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して大容量が得られるという特徴があり、需要が拡大してきている。
【０００３】
また、環境問題がある水銀電池と互換性があるために、代替とされ、その主用途である補聴器に使用されるので、電池交換の頻度をより減少させることが望まれ、さらなる高容量化のニーズが高まっている。
そのため、亜鉛をさらに詰め込む工夫や、亜鉛の放電利用率を向上させて放電容量を大きくする工夫が必要となってきた。
【０００４】
従来、空気亜鉛電池の高容量化の手段としては、ゲル状亜鉛負極の中の電解液の比率を下げたり、部品の薄肉化により電池内容積を大きくして、ゲル状亜鉛負極を詰め込むことが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような方法においても次のような問題がある。
ゲル状亜鉛負極の電解液を減らした場合、電解液量の低下は放電利用率の低下を招く恐れがあり、亜鉛量が増えていても、必ずしも高容量化されることは言えない。
【０００６】
また、部品の薄肉化も部品強度の面から、自ずと限界はある。その手段の中には液保持材やセパレータを薄くすることも含まれているが、セパレータを薄くすることは内部短絡の危険が増加することに繋がる。液保持材は、負極とセパレータとの接触を良好に保ち、またセパレータの界面付近に電解液を保持して正負極の反応が進行しやすくする働きがあり、単に削除したり薄くすることで、保液量を減少させることは、逆に性能低下を招く恐れがある。
【０００７】
一方、液保持材が保持する電解液は、空気亜鉛電池の場合、正極側から供給はないので、ゲル状亜鉛負極中のみから吸収したものである。そのためにゲル状亜鉛負極内の電解液、特に液保持材付近のものが少なくなってしまい、その結果、正極に近い側と遠い側でゲル状亜鉛負極が不均一となって、反応も均一に進みにくくなり、放電に影響がでる恐れがある。また、ゲル状亜鉛負極中の電解液の比率が大きいほど放電利用率が高くなる傾向にあるので、液保持材への電解液吸収により電解液比率が小さくなることも、放電に不利となる。
【０００８】
さらに空気亜鉛電池は、他のアルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して、ゲル状亜鉛負極中の電解液量が少ないので、その影響を受けやすい傾向にある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、空気亜鉛電池をより高性能化することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明者らが研究の結果、ゲル状亜鉛負極と正極触媒層の間に介在する液保持材の厚さ及び保液率を適正化することで、高性能化できることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、ゲル状亜鉛負極と正極触媒層との間に液保持材及びセパレータが介在する構造を有する空気亜鉛電池において、前記液保持材がビニロン、レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とする厚さ０．０５〜０．０７ｍｍの不織布であり、かつこの不織布を４０重量％水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬したときの保液率が不織布の重量の５９０〜６１４％であることを特徴とする。
【００１１】
本発明では液保持材の厚さと保液率を適正化することにより、液保持材への電解液吸収量を最適にコントロールしている。すなわち、保液量の最適化により放電利用率を向上させるとともに、液保持材を薄くすることで僅かながらも電池内容積を大きくすることが可能であるため、詰め込めるゲル状亜鉛負極を増やせ、放電容量の増加につながる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１〜２）
図１は本発明の実施例の空気亜鉛電池の断面図である。図１において、１は負極集電体、２はゲル状亜鉛負極、３は液保持材、４はセパレータ、５はパッキング、６は正極触媒、７は正極缶、８はテフロン膜、９は空気拡散紙、１０は空気孔である。
【００１３】
本実施例では、液保持材３として、ビニロン，レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とし、厚さがそれぞれ０．０７ｍｍおよび０．０５ｍｍの不織布を用いた。このとき、上記各不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ５９０％および６１４％であった。
【００１４】
保液率の測定は次のように行った。
重量既知（Ｗ１）の不織布（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を４０重量％水酸化カリウム溶液中に１０分間浸漬した。次に、浸漬した不織布を４５度に傾斜したガラス板に３分間静置後、重量を測定した（Ｗ２）。
【００１５】
【数１】
ゲル状亜鉛負極２は、亜鉛合金粉，アルカリ電解液としての３０重量％水酸化カリウム水溶液，ゲル化剤としてのポリアクリル酸、で構成される。ゲル状亜鉛負極は、まず亜鉛合金粉とポリアクリル酸をドライ撹拌し、その後水酸化カリウム水溶液とともにウェット撹拌して調整して使用した。
【００１７】
正極触媒６は、マンガン酸化物，活性炭，及びテフロン粉末を混合撹拌して得られた正極合剤をシート状に圧延し、ニッケルメッキしたステンレスネットを片面に、他面にテフロン膜を圧着し使用した。また、パッキング５は、ナイロン製パッキングを使用し、負極ケースを兼ねた負極集電体１はニッケル−ステンレス−銅の３層クラッド材を成形加工して使用した。正極缶７は鉄材を成型加工した後にニッケルメッキを施して使用した。
【００１８】
（比較例１〜２）
液保持材として、ビニロン，レーヨン，マーセル化パルプを原料とした実施例１〜２と同様の不織布で、厚さがそれぞれ０．１２ｍｍおよび０．１０ｍｍのものを使用し、図１に示すＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。このとき、各不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ５９２％，５６０％であった。
【００１９】
（比較例３〜６）
液保持材として、ビニロン，コットン，マーセル化パルプを原料とした実施例１〜２と同様の不織布で、厚さがそれぞれ０．１２ｍｍ，０．１０ｍｍ，０．０７ｍｍおよび０．０５ｍｍのものを使用し、図１に示すようなＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。このとき、不織布の４０重量％水酸化カリウムの保液量は、２０℃で１０分間浸漬したときの実測値でそれぞれ４４６％，４２０％，４５３％および４４０％であった。
【００２０】
（比較例７）
液保持材を使用せずに、図１に示すようなＰＲ４４型空気亜鉛電池を作成した。
（評価）
作成した実施例および比較例の電池各２０個について、６２０Ω及び２５０Ωの連続放電試験を行った。表１に結果を示す。各数値は２０個の電池の平均値である。
【００２１】
【表１】
この表から明らかなように、実施例１〜２の電池は各比較例の電池よりも放電利用率が向上している。また、内容積が僅かながら大きくなって、詰め込めるゲル状亜鉛負極量が増えることもあり、放電容量も向上している。
【００２３】
比較例１のように、液保持材の保液率が同じで厚さが厚い場合は、液保持材へ吸収される電解液が多すぎるために放電利用率が低下している。また、電池内容積も小さいので、本発明品に比べて放電容量が小さい。
【００２４】
また、比較例５〜６のように、液保持材の厚さが本実施例と同じ場合でも、保液率が本発明の範囲を逸脱している場合は、最適な液保持量が得られず、本発明の効果は得られない。
【００２５】
また、液保持材を使用しない電池では、電池内容積が増えて詰め込めるゲル状亜鉛負極量が増えるが、放電利用率は大きく低下するため、結果的に放電容量は減少してしまう。
【００２６】
以上のように、ゲル状亜鉛負極と正極触媒の間に介在する液保持材として、厚さ０．０５〜０．０７ｍｍの不織布であって、４０重量％水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬したときの保液率が不織布の重量に対して５９０〜６１４％であるものを用いた場合は、放電利用率が向上し、空気亜鉛電池を高性能化および高容量化することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例により限定されるものではなく、本発明に直接影響を及ぼさない、亜鉛合金粉，ゲル化剤，電解液濃度，正極触媒等の要素については本発明の範囲を逸脱しない限り、変更して差し支えない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の空気亜鉛電池に比較して放電利用率および放電容量が向上した空気亜鉛電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すＰＲ４４型空気亜鉛電池の断面図。
【符号の説明】
１…負極集電体、２…ゲル状亜鉛負極、３…液保持材、４…セパレータ、５…パッキング、６…正極触媒、７…正極缶、８…テフロン膜、９…空気拡散紙、１０…空気孔。
Claims (1)
- ゲル状亜鉛負極と正極触媒層との間に液保持材及びセパレータが介在する構造を有する空気亜鉛電池において、前記液保持材がビニロン、レーヨンおよびマーセル化パルプを原料とする厚さ０．０５〜０．０７ｍｍの不織布であり、かつこの不織布を４０重量％水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬したときの保液率が不織布の重量の５９０〜６１４％であることを特徴とする空気亜鉛電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03459598A JP4122418B2 (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 空気亜鉛電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03459598A JP4122418B2 (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 空気亜鉛電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233094A JPH11233094A (ja) | 1999-08-27 |
| JP4122418B2 true JP4122418B2 (ja) | 2008-07-23 |
Family
ID=12418700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03459598A Expired - Fee Related JP4122418B2 (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 空気亜鉛電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4122418B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1093908C (zh) * | 1996-11-08 | 2002-11-06 | 发射技术有限公司 | 小型发动机的催化转换器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5637317B2 (ja) * | 2011-09-29 | 2014-12-10 | トヨタ自動車株式会社 | 金属空気電池 |
-
1998
- 1998-02-17 JP JP03459598A patent/JP4122418B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1093908C (zh) * | 1996-11-08 | 2002-11-06 | 发射技术有限公司 | 小型发动机的催化转换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11233094A (ja) | 1999-08-27 |
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