JP4399584B2 - ボタン型空気亜鉛電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボタン型空気亜鉛電池に関わり、さらに詳しくは高容量化されたボタン型空気亜鉛電池に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
正極作用物質として空気中の酸素を用い、負極にゲル状亜鉛を用いる空気亜鉛電池は、主に補聴器やペイジャー用にボタン型のものが製品化されている。
これらの空気亜鉛電池は例えば図２に示すような構成を有している。すなわち、図２において、１は缶底部に空気孔２を有する正極缶で、該缶底部の上に空気拡散層３、撥水層４、空気中の酸素のイオン化を触媒する作用をもつ正極触媒層５、セパレータ６が順次載置され、該セパレータ６が負極容器８に充填されたゲル状亜鉛負極７と正極触媒層５とを隔離している。９は絶縁ガスケットである。
【０００３】
上記したように正極触媒層５と正極缶１との間には、撥水層４と空気拡散層３が配置されており、一般に撥水層には厚さ２００μｍ程度のポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、「ＰＴＦＥ」）の微多孔膜、空気拡散層には厚さ３００μｍ程度の紙類、不織布、ポリオレフィン系樹脂等の多孔質膜などが用いられている。
【０００４】
また、正極触媒層５、撥水層４、空気拡散層３はいずれも多孔質で通気性があるが、さらに正極触媒層は空気中の酸素を還元してイオン化するために適度の撥水性と親水性を必要とし、撥水層は電池内の電解液を外部に出さないようにするため恒久的に撥水性を維持していなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、空気亜鉛電池をさらに高容量化する動きがあり、これに対する方策として、正極触媒層、撥水層、空気拡散層及びその他の部品等の薄肉化などが検討されている。しかしながら、これらの方法は、例えば撥水層を薄くすると過放電耐漏液特性が悪くなり、空気拡散層を薄くすると空気の拡散が局所的となり拡散不十分となって高出力特性を悪化させるというように、高容量化は達成できても種々の問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処してなされたもので、ボタン型空気亜鉛電池において、過放電耐漏液特性と高出力特性を維持しながら放電特性を向上させて、高容量化を達成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、空気拡散層の材料は必要な厚さと、多孔性及び通気性を備えていればどのような材料のものでもよく、これに撥水性があれば同一の材料で撥水層と空気拡散層とを兼ねさせられ、これらを同一層とすることによって高容量化を達成し得ることが分かり、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、正極缶内に載置された正極触媒層と負極容器内に充填されたゲル状亜鉛負極とを有するボタン型空気亜鉛電池において、正極缶の缶底と正極触媒層との間に、厚さ２５０μｍ〜４００μｍ、透気度ガーレ数２０００以下の撥水性高分子樹脂多孔膜を配置したボタン型空気亜鉛電池であって、前記撥水性高分子樹脂多孔膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂微多孔膜であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、上記撥水性高分子樹脂多孔膜を用いることにより、これのみで過放電耐漏液特性と高出力特性を維持させることができ、従来の空気拡散層と撥水層の機能を兼ねたものとなる。したがって従来２層であったものを１層とすることができるので、過放電耐漏液特性と高出力特性を維持しながら、電池の高容量化を達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（実施例１〜３）
図１は本発明の一実施例であるボタン型空気亜鉛電池（ＰＲ４４Ｐ型、直径１１ｍｍ，総高５．４ｍｍ）の断面図である。この図において、１は集電端子を兼ねる正極缶で、缶底部に直径０．５ｍｍの４個の空気孔２を有している。缶底部の上に本発明の空気拡散層を兼ねる撥水層４´が載置されている。この撥水層は透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜からなり、その厚さを２５０μｍ，３００μｍ及び４００μｍの３例とした。この上に、活性炭などの触媒粉を結着剤と共に混合してシート状に成形し、これを金属網と一体化した正極触媒層５を載せ、更に厚さ５０μｍのポリプロピレン製多孔膜のセパレータ６を介して、二重環状のポリアミド樹脂からなる絶縁ガスケット９を装着し、これにゲル状亜鉛負極７を充填した負極容器８を嵌合する。そして、正極缶１の開口縁を内方に屈曲させることによりガスケット９で正極缶１内を密封口している。
【００１１】
（比較例１〜４）
撥水層の厚さがそれぞれ１００μｍ，２００μｍ，５００μｍ及び６００μｍ、透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜をそれぞれ使用した以外は、実施例１〜３と同様にして、図１に示すボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐを製造した。
【００１２】
（比較例５）
撥水層が厚さ２００μｍ，透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜を使用し、更に厚さ３００μｍのクラフトパルプ紙の空気拡散層を正極缶と撥水層との間に配置した以外は、実施例１〜３と同様にしてボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐを製造した。
【００１３】
なお、使用したＰＴＦＥ膜の気孔率は３０％から７０％で、平均孔径は０．１μｍ〜５μｍである。また、正極缶の缶底に設置されている空気取り入れ孔の４個の合計面積（０．７９ｍｍ2 ）は、有効正極面積（７０．９ｍｍ2 ）の約１．１％である。
【００１４】
（電池の評価）
以上のように製造した各ボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐについて、放電特性、高出力放電特性及び過放電後漏液試験を評価し、その結果を表１に示した。
【００１５】
１）放電特性は、それぞれの電池２０個について２０℃−６０％ＲＨの雰囲気中で２５０Ω連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまでに得られた電気容量（ｍＡｈ）の平均値で示した。
【００１６】
２）高出力放電特性は、それぞれの電池２０個について２０℃−６０％ＲＨの雰囲気中で６０Ωで連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまでに得られた電気容量（ｍＡｈ）の平均値で示した。
【００１７】
３）過放電漏液試験は、それぞれの電池２０個について２５℃−８５％ＲＨの雰囲気中で２５０Ωで連続放電を行い、作動電圧が０．５Ｖ以下となってから１００時間経過後の漏液の発生率を調べた。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１の結果から、撥水層に厚さ２５０μｍ〜４００μｍのＰＴＦＥ微多孔膜を用いれば（実施例１〜３）、放電特性及び高出力放電特性に優れ、過放電漏液の発生もないことが分かる。
【００２０】
しかし、撥水層の厚さ２５０μｍ未満のものを用いると（比較例１，２）、放電特性は優れているが、空気の拡散が不十分となり高出力放電特性は悪くなり、過放電漏液も悪くなる傾向となる。撥水層の厚さが４００μｍを超えるものを用いると（比較例３，４）、過放電漏液は問題ないが、ゲル状亜鉛負極の充填量が少なくなるので放電特性及び高出力放電特性が悪くなる。また、撥水層に厚さが２００μｍのＰＴＦＥ微多孔膜を用い、厚さ３００μｍの拡散層を用いたもの（比較例５）も、ゲル状亜鉛負極の充填量が少なくなるので放電特性及び高出力放電特性は悪くなる。
【００２１】
したがって、上記撥水層の厚さが２５０μｍ〜４００μｍの範囲であれば、放電特性及び高出力放電特性のいずれをも満足させ、しかも過放電漏液の発生がなく、この撥水層だけで従来の拡散層の機能も果たしていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボタン型空気亜鉛電池は、従来撥水層と拡散層の２層となっていたものを１層のみとして高容量化し、しかも優れた放電特性、高出力特性および過放電耐漏液特性を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の一つである、ボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐの断面図。
【図２】従来のボタン型空気電池の断面図。
【符号の説明】
１…正極缶、２…空気孔、３…拡散層、４，４´…撥水層、５…正極触媒層、６…セパレータ、７…ゲル状亜鉛負極、８…負極容器、９…絶縁ガスケット。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボタン型空気亜鉛電池に関わり、さらに詳しくは高容量化されたボタン型空気亜鉛電池に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
正極作用物質として空気中の酸素を用い、負極にゲル状亜鉛を用いる空気亜鉛電池は、主に補聴器やペイジャー用にボタン型のものが製品化されている。
これらの空気亜鉛電池は例えば図２に示すような構成を有している。すなわち、図２において、１は缶底部に空気孔２を有する正極缶で、該缶底部の上に空気拡散層３、撥水層４、空気中の酸素のイオン化を触媒する作用をもつ正極触媒層５、セパレータ６が順次載置され、該セパレータ６が負極容器８に充填されたゲル状亜鉛負極７と正極触媒層５とを隔離している。９は絶縁ガスケットである。
【０００３】
上記したように正極触媒層５と正極缶１との間には、撥水層４と空気拡散層３が配置されており、一般に撥水層には厚さ２００μｍ程度のポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、「ＰＴＦＥ」）の微多孔膜、空気拡散層には厚さ３００μｍ程度の紙類、不織布、ポリオレフィン系樹脂等の多孔質膜などが用いられている。
【０００４】
また、正極触媒層５、撥水層４、空気拡散層３はいずれも多孔質で通気性があるが、さらに正極触媒層は空気中の酸素を還元してイオン化するために適度の撥水性と親水性を必要とし、撥水層は電池内の電解液を外部に出さないようにするため恒久的に撥水性を維持していなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、空気亜鉛電池をさらに高容量化する動きがあり、これに対する方策として、正極触媒層、撥水層、空気拡散層及びその他の部品等の薄肉化などが検討されている。しかしながら、これらの方法は、例えば撥水層を薄くすると過放電耐漏液特性が悪くなり、空気拡散層を薄くすると空気の拡散が局所的となり拡散不十分となって高出力特性を悪化させるというように、高容量化は達成できても種々の問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処してなされたもので、ボタン型空気亜鉛電池において、過放電耐漏液特性と高出力特性を維持しながら放電特性を向上させて、高容量化を達成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、空気拡散層の材料は必要な厚さと、多孔性及び通気性を備えていればどのような材料のものでもよく、これに撥水性があれば同一の材料で撥水層と空気拡散層とを兼ねさせられ、これらを同一層とすることによって高容量化を達成し得ることが分かり、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、正極缶内に載置された正極触媒層と負極容器内に充填されたゲル状亜鉛負極とを有するボタン型空気亜鉛電池において、正極缶の缶底と正極触媒層との間に、厚さ２５０μｍ〜４００μｍ、透気度ガーレ数２０００以下の撥水性高分子樹脂多孔膜を配置したボタン型空気亜鉛電池であって、前記撥水性高分子樹脂多孔膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂微多孔膜であることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、上記撥水性高分子樹脂多孔膜を用いることにより、これのみで過放電耐漏液特性と高出力特性を維持させることができ、従来の空気拡散層と撥水層の機能を兼ねたものとなる。したがって従来２層であったものを１層とすることができるので、過放電耐漏液特性と高出力特性を維持しながら、電池の高容量化を達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（実施例１〜３）
図１は本発明の一実施例であるボタン型空気亜鉛電池（ＰＲ４４Ｐ型、直径１１ｍｍ，総高５．４ｍｍ）の断面図である。この図において、１は集電端子を兼ねる正極缶で、缶底部に直径０．５ｍｍの４個の空気孔２を有している。缶底部の上に本発明の空気拡散層を兼ねる撥水層４´が載置されている。この撥水層は透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜からなり、その厚さを２５０μｍ，３００μｍ及び４００μｍの３例とした。この上に、活性炭などの触媒粉を結着剤と共に混合してシート状に成形し、これを金属網と一体化した正極触媒層５を載せ、更に厚さ５０μｍのポリプロピレン製多孔膜のセパレータ６を介して、二重環状のポリアミド樹脂からなる絶縁ガスケット９を装着し、これにゲル状亜鉛負極７を充填した負極容器８を嵌合する。そして、正極缶１の開口縁を内方に屈曲させることによりガスケット９で正極缶１内を密封口している。
【００１１】
（比較例１〜４）
撥水層の厚さがそれぞれ１００μｍ，２００μｍ，５００μｍ及び６００μｍ、透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜をそれぞれ使用した以外は、実施例１〜３と同様にして、図１に示すボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐを製造した。
【００１２】
（比較例５）
撥水層が厚さ２００μｍ，透気度ガーレ数５００のＰＴＦＥ微多孔膜を使用し、更に厚さ３００μｍのクラフトパルプ紙の空気拡散層を正極缶と撥水層との間に配置した以外は、実施例１〜３と同様にしてボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐを製造した。
【００１３】
なお、使用したＰＴＦＥ膜の気孔率は３０％から７０％で、平均孔径は０．１μｍ〜５μｍである。また、正極缶の缶底に設置されている空気取り入れ孔の４個の合計面積（０．７９ｍｍ2 ）は、有効正極面積（７０．９ｍｍ2 ）の約１．１％である。
【００１４】
（電池の評価）
以上のように製造した各ボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐについて、放電特性、高出力放電特性及び過放電後漏液試験を評価し、その結果を表１に示した。
【００１５】
１）放電特性は、それぞれの電池２０個について２０℃−６０％ＲＨの雰囲気中で２５０Ω連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまでに得られた電気容量（ｍＡｈ）の平均値で示した。
【００１６】
２）高出力放電特性は、それぞれの電池２０個について２０℃−６０％ＲＨの雰囲気中で６０Ωで連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまでに得られた電気容量（ｍＡｈ）の平均値で示した。
【００１７】
３）過放電漏液試験は、それぞれの電池２０個について２５℃−８５％ＲＨの雰囲気中で２５０Ωで連続放電を行い、作動電圧が０．５Ｖ以下となってから１００時間経過後の漏液の発生率を調べた。
【００１８】
【表１】
表１の結果から、撥水層に厚さ２５０μｍ〜４００μｍのＰＴＦＥ微多孔膜を用いれば（実施例１〜３）、放電特性及び高出力放電特性に優れ、過放電漏液の発生もないことが分かる。
【００２０】
しかし、撥水層の厚さ２５０μｍ未満のものを用いると（比較例１，２）、放電特性は優れているが、空気の拡散が不十分となり高出力放電特性は悪くなり、過放電漏液も悪くなる傾向となる。撥水層の厚さが４００μｍを超えるものを用いると（比較例３，４）、過放電漏液は問題ないが、ゲル状亜鉛負極の充填量が少なくなるので放電特性及び高出力放電特性が悪くなる。また、撥水層に厚さが２００μｍのＰＴＦＥ微多孔膜を用い、厚さ３００μｍの拡散層を用いたもの（比較例５）も、ゲル状亜鉛負極の充填量が少なくなるので放電特性及び高出力放電特性は悪くなる。
【００２１】
したがって、上記撥水層の厚さが２５０μｍ〜４００μｍの範囲であれば、放電特性及び高出力放電特性のいずれをも満足させ、しかも過放電漏液の発生がなく、この撥水層だけで従来の拡散層の機能も果たしていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボタン型空気亜鉛電池は、従来撥水層と拡散層の２層となっていたものを１層のみとして高容量化し、しかも優れた放電特性、高出力特性および過放電耐漏液特性を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の一つである、ボタン型空気電池ＰＲ４４Ｐの断面図。
【図２】従来のボタン型空気電池の断面図。
【符号の説明】
１…正極缶、２…空気孔、３…拡散層、４，４´…撥水層、５…正極触媒層、６…セパレータ、７…ゲル状亜鉛負極、８…負極容器、９…絶縁ガスケット。
Claims (1)
- 正極缶内に載置された正極触媒層と負極容器内に充填されたゲル状亜鉛負極とを有するボタン型空気亜鉛電池において、正極缶の缶底と正極触媒層との間に、厚さ２５０μｍ〜４００μｍ、透気度ガーレ数２０００以下の撥水性高分子樹脂多孔膜を配置したボタン型空気亜鉛電池であって、
前記撥水性高分子樹脂多孔膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂微多孔膜であることを特徴とするボタン型空気亜鉛電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16306898A JP4399584B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | ボタン型空気亜鉛電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16306898A JP4399584B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | ボタン型空気亜鉛電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354168A JPH11354168A (ja) | 1999-12-24 |
| JP4399584B2 true JP4399584B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=15766577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16306898A Expired - Fee Related JP4399584B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | ボタン型空気亜鉛電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4399584B2 (ja) |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP16306898A patent/JP4399584B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11354168A (ja) | 1999-12-24 |
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Legal Events
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