JP4576846B2 - Button-type zinc-air battery - Google Patents
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Description
本発明は、空気極を正極に、ゲル状の亜鉛を負極に用いたアルカリ電池、いわゆる、空気亜鉛電池に関するものである。 The present invention relates to an alkaline battery using an air electrode as a positive electrode and gelled zinc as a negative electrode, a so-called air zinc battery.
空気亜鉛電池は、空気中の酸素を正極活物質とする空気極を利用することで、経済的且つ長時間無保守で使用できる電源として、航路標識用、各種通信用、電話機用など種々の機器に適用されてきた。その中で、ボタン形の空気亜鉛電池は、同形状を有する他の電池に比較して、エネルギー密度が大きく、軽量、経済的である等の特徴を有することから適用範囲が拡がっており、現在、補聴器用の電源を主要用途としている。 Zinc-air batteries use an air electrode that uses oxygen in the air as a positive electrode active material, and as a power source that can be used economically and without maintenance for a long time, various devices such as for navigation signs, various communications, telephones, etc. Has been applied to. Among them, the button-type zinc-air battery has a wide range of applications because it has features such as high energy density, light weight, and economy compared to other batteries having the same shape. The main application is the power supply for hearing aids.
一般にボタン形空気亜鉛電池は、空気中の酸素は正極ケースに設けた空気孔から電池内に取りこまれ、正極ケースの底部凹部に配置した空気拡散紙で広く拡散され、撥水膜を通して、空気極へと供給されるよう構成されている。 Generally, in button-type zinc-air batteries, oxygen in the air is taken into the battery from the air holes provided in the positive electrode case, and is diffused widely by air diffusion paper placed in the bottom recess of the positive electrode case. It is configured to be supplied to the pole.
このボタン形空気亜鉛電池の組み立て工程では、正極ケースの底部凹部に空気拡散紙を配置した後、撥水膜をその上に挿入し、正極ケースと密着させている。この空気拡散紙の固定には過去は糊によりなされていたが、糊が空気孔を塞ぐという問題があり、例えば特許文献1に記載のように水を塗布することにより固定している。 In the process of assembling this button-type zinc-air battery, after an air diffusion paper is disposed in the bottom recess of the positive electrode case, a water-repellent film is inserted thereon and brought into close contact with the positive electrode case. The air diffusion paper has been fixed with glue in the past, but there is a problem that the glue blocks the air holes. For example, as described in Patent Document 1, the air diffusion paper is fixed by applying water.
しかし、水による固定は強固なものではないため、組み立て工程において正極ケースの底部凹部に空気拡散紙を所定の位置に配置した後、その位置から移動してしまうことがある。空気拡散紙が所定の位置から移動したまま、撥水膜を挿入すると正極ケースの底部凹部に完全には収納されず、空気拡散紙の一端が底部凹部からはみだしてしまうこと(以下、拡散紙ズレという)が発生する。底部凹部からはみだし空気拡散紙の一端は正極ケースと撥水膜で挟みこまれるので、正極ケースと撥水膜間の密閉性が損なわれる。これにより、電解液が空気拡散紙を通って、空気孔から電池外に漏液するという問題が発生する。この漏液は、電池組み立て直後に発生するのものだけでなく、時間の経過や電池が使用されて放電することにより発生することもある。電解液の漏液は放電性能の低下だけで無く、機器の損傷へと繋がるため、この拡散紙ズレは電池組み立て時に完全に排除することが望ましい。 However, since the fixing with water is not strong, the air diffusion paper may be disposed at a predetermined position in the bottom concave portion of the positive electrode case in the assembly process, and may move from the position. If the water repellent film is inserted while the air diffusion paper is moved from the predetermined position, it is not completely stored in the bottom concave portion of the positive electrode case, and one end of the air diffusion paper protrudes from the bottom concave portion (hereinafter referred to as diffusion paper misalignment). Occurs). Since one end of the air diffusion paper protruding from the bottom recess is sandwiched between the positive electrode case and the water repellent film, the sealing property between the positive electrode case and the water repellent film is impaired. This causes a problem that the electrolytic solution leaks out of the battery from the air hole through the air diffusion paper. This liquid leakage is not only generated immediately after battery assembly, but may also occur due to the passage of time or when the battery is used and discharged. Since the leakage of the electrolyte solution not only lowers the discharge performance but also damages the device, it is desirable to completely eliminate this diffusion paper misalignment when assembling the battery.
撥水膜挿入後に拡散紙ズレが発生することはないことから、電池組み立ての途中工程の撥水膜挿入の後において拡散紙ズレを排除すれば、前述のような問題が発生することはない。そこで、撥水膜挿入の後に、画像センサーを用いて、撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を明暗の変化で検知し、拡散紙ズレ品を選別して排除することが行われている。すなわち、上面からカメラで撮影し、これを画像解析して迅速に良否を判別している。
しかしながら、一方で、補聴器の高出力化により空気亜鉛電池自体も高出力化が求められており、この高出力化のために、より多くの空気を電池内に取り入れるために、空気孔の大きさや数を増加したり、撥水膜の透気度を大きくすることが行われている。撥水膜はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の微多孔膜であり、この微多孔膜は厚みと空孔率により透気度と透明度が変化する。PTFEの押出し成型シートは完全に透明であるが、シートに通気性を持たせるために延伸加工することによる空孔率の増加に伴ない、透気
度は増加するが、透明度が低下して白色を帯びてくる。さらに、ビニロンやマーセル化パルプからなる空気拡散紙は白色をしている。したがって、空気拡散紙は白色であり、透気度の大きい撥水膜を用いた場合には、撥水膜の透明度が低く白色を帯びてくるため、電池組み立て工程において画像センサーを用いて、撥水膜挿入後に撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を明暗の変化で検知することが難しく、拡散紙ズレ品を選別して排除することは困難であった。
However, on the other hand, the higher output of hearing aids has required higher output of the zinc-air battery itself. For this higher output, the size of the air holes and The number is increased or the air permeability of the water repellent film is increased. The water repellent film is a polytetrafluoroethylene (PTFE) microporous film, and the air permeability and transparency of the microporous film vary depending on the thickness and porosity. The PTFE extruded sheet is completely transparent, but the air permeability increases as the porosity increases due to stretching to make the sheet breathable, but the transparency decreases and the whiteness decreases. Come on. Further, the air diffusion paper made of vinylon or mercerized pulp is white. Therefore, air diffusion paper is white, and when a water-repellent film with high air permeability is used, the water-repellent film has low transparency and becomes white. After inserting the water film, it is difficult to detect the position of the air diffusing paper through the water-repellent film by a change in light and dark, and it is difficult to select and eliminate the diffusing paper misaligned product.
また、撥水膜の透気度を大きくする代わりに、正極ケースの空気孔の数を増加することにより高出力化を図ることもできるが、空気孔の数を増加することは正極ケースプレス加工の際の金型費用の増加や、加工スピードの低下により、部品単価の上昇をもたらすため好ましくなかった。 Also, instead of increasing the air permeability of the water-repellent film, it is possible to increase the output by increasing the number of air holes in the positive electrode case. This is not preferable because the unit cost increases due to an increase in mold costs and a decrease in processing speed.
本発明は、上記課題を解決するためのもので、組み立て工程で発生した拡散紙ズレを選別排除し、高信頼性で高出力のボタン形空気亜鉛電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a button-type zinc-air battery with high reliability and high output by selectively removing the diffusion paper misalignment generated in the assembly process.
前記課題を解決するために、本発明のボタン形空気亜鉛電池は、空気拡散紙、撥水膜、空気極、及びセパレ−タが、空気孔を有する正極ケースに順次積層され、負極ケースに収容されたゲル状亜鉛負極が前記セパレ−タを介して前記空気極に対向配置されるボタン形空気亜鉛電池であって、前記空気拡散紙がアルカリ電解液と反応し変色する着色剤を用いて着色されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the button-type zinc-air battery of the present invention includes an air diffusion paper, a water repellent film, an air electrode, and a separator, which are sequentially stacked on a positive electrode case having air holes and accommodated in the negative electrode case. A button-type zinc-air zinc battery in which the gelled zinc negative electrode is disposed to face the air electrode through the separator, and the air diffusion paper is colored using a colorant that reacts with the alkaline electrolyte and changes color. It is characterized by being.
空気拡散紙を着色することにより、透気度が大きい撥水膜を用いても撥水膜挿入後に上面からカメラで撮影し、画像センサーを用いて、撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を色調と明暗の変化で検知することができるようになり、これにより、電池組み立て時に拡散紙ズレの発生した電池を選別し排除することが可能となる。したがって、拡散紙ズレを排除しているので拡散紙ズレが原因となる空気孔からの漏液の発生のない、高信頼性でかつ、高出力のボタン形空気亜鉛電池を市場に供給できる。 Even if a water repellent film with high air permeability is used by coloring the air diffusion paper, the camera is photographed from the top surface after inserting the water repellent film, and the position of the air diffusion paper through the water repellent film using the image sensor Can be detected based on changes in color tone and brightness, so that it is possible to select and eliminate batteries that have diffused paper misalignment during battery assembly. Therefore, since the diffusion paper misalignment is eliminated, a highly reliable and high output button type air zinc battery without the occurrence of leakage from the air holes caused by the misalignment of the diffusion paper can be supplied to the market.
本発明によれば、空気拡散紙が正極ケースの底部凹部からはみ出し、その一端が正極ケースと撥水膜との間の密着部に位置して漏液が発生するという問題を解決し、品質の安定した高出力タイプのボタン形空気亜鉛電池を提供できる。 According to the present invention, the problem is that the air diffusion paper protrudes from the bottom recess of the positive electrode case, and one end thereof is located in the close contact portion between the positive electrode case and the water repellent film, thereby causing leakage. A stable high output button-type zinc-air battery can be provided.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態におけるボタン形空気亜鉛電池の断面図である。図1において、正極ケース1は底部凹部に空気孔2を有し、上部端が開口型となる形状を有している。正極ケース1の底部凹部内面には、空気拡散紙3、撥水膜4、空気極5、及びセパレータ6が順次、積層配置されている。一方、正極ケース1の底部凹部外面には、電池が未使用の状態では空気孔2を塞ぐようにシールテープ(図示しない)が貼付されており、このシールテープを正極ケース1から取り外すことで、電池内部に酸素が進入し、起電反応が開始される。この正極ケース1は、ニッケルメッキした鉄が用いられる。空気拡散紙3は、空気孔2から取り入れた空気を均一に拡散させており、ビニロンやマーセル化パルプなどの材料から構成される。撥水膜5は、PTFEからなり、空気極5への酸素供給と電解液の電池外部への漏出を防止している。負極ケース7は、正極ケース1と組み合わせて電池容器を形成するものであり、その内壁面が亜鉛負極8に電気的に接する一方、正極ケース1の開口部を封止している。亜鉛負極8はゲル状であり、34質量%の水酸化カリウム水溶液からなる電解液に、カルボキシセルロース(ゲル化剤)、および亜鉛粉末もしくは亜鉛合金粉末を配合して調製される。負極ケース7と正極ケース1との間にはポリアミド樹脂系
の絶縁ガスケット9を介挿配置している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a button-type zinc-air battery in this embodiment. In FIG. 1, the positive electrode case 1 has an
上記構造のボタン形空気亜鉛電池において空気拡散紙3をインジゴカルミンにて青色に着色している。この際、画像センサーにて判別可能な色であれば、何色でもよく、着色剤は、空気拡散紙3の酸素を供給する機能を損なわないものであれば、なんでも良いが、インジゴカルミンで青色に着色するとカメラで撮影した際に色調の差がはっきりするという点で好ましい。表1に着色剤の例を示す。
In the button-type zinc-air battery having the above structure, the
また、表2の着色剤はPH指示薬として知られ、アルカリ電解液により変色する。このようなアルカリ電解液により変色する着色剤を用いることにより、万が一画像センサーの誤作動により拡散紙ズレ品を検知できなかった場合や、撥水膜が破れていて電解液が内部から浸透してくる場合に、空気孔2から電池外へ漏液する前段階の空気拡散紙3にアルカリ電解液が浸透した時点で、空気孔2を通して空気拡散紙3を観察することにより、初期の僅かな漏液を色の変化で検出することができる。
The colorants in Table 2 are known as PH indicators and change color with alkaline electrolyte. By using a colorant that changes color with such an alkaline electrolyte, if the diffusion paper misalignment cannot be detected due to a malfunction of the image sensor, the water repellent film is broken and the electrolyte penetrates from the inside. When the alkaline electrolyte has permeated into the
(実施例)
実施例として、上記構造を有するボタン形空気亜鉛電池として、直径11.6mm、高さ5.4mmの形状を有する「PR44」ボタン形アルカリ電池(JIS規格)を作製し、評価を行った。ここで、空気孔2として直径0.5mmの孔を4個有する正極ケース1を用い、撥水膜4として厚さ0.1mm、空孔率20%のPTFE微多孔膜を用いた。
(Example)
As an example, a “PR44” button-type alkaline battery (JIS standard) having a diameter of 11.6 mm and a height of 5.4 mm was produced and evaluated as a button-type zinc-air battery having the above structure. Here, a positive electrode case 1 having four holes with a diameter of 0.5 mm was used as the
空気拡散紙3の素材は厚さ0.13mmのビニロン製不織布を用い、2.5g/lのインジゴカルミン水溶液を用いて着色量0.2g/m2で着色し使用した。着色作業は、幅15mmのフープ状の拡散紙1000mをインジゴカルミン水溶液に浸漬後、乾燥することにより実施し、その後で所定の大きさに加工した。なお、着色方法は、フープ状拡散紙を巻き出しながら着色液に浸漬、乾燥後、巻き取っても良く、また、不織布原料の繊維にあらかじめ着色していても良い。
The material of the
正極ケース1の底部凹部に水を塗布し、空気拡散紙3を配置して固定し、撥水膜4を挿入した後、上面からカメラで撮影し、画像センサーにて空気拡散紙3の位置を色調と明暗の変化で検知し、空気拡散紙3が正極ケース底部凹部からはみ出し、正極ケース1と撥水膜4との間の密着部に位置するものを選別し、これを組み立て工程から排除し、空気拡散紙3が正極ケース底部凹部に正しく配置されているもので電池を組み立てた。
Water is applied to the bottom recess of the positive electrode case 1, the
(比較例)
空気孔2として直径0.5mmの孔を4個有する正極ケースを用い、撥水膜として厚さ0.1mm、空孔率20%のPTFE微多孔膜を用い、着色していない空気拡散紙を用いて、電池を組み立てた。この時、撥水膜の透過性が低く、色調がほほんど同じなので、上面からカメラで撮影しても、空気拡散紙の位置が明暗の変化として認識しづらく検知することが出来なかったため、画像センサーによる拡散紙ズレ品の選別排除をせずに電池を組み立てた。
(Comparative example)
A positive electrode case having four holes with a diameter of 0.5 mm is used as the
(従来例)
空気孔2として直径0.5mmの孔を4個有する正極ケースを用い、撥水膜として厚さ0.1mm、空孔率10%のPTFE微多孔膜を用い、着色していない空気拡散紙をもちいて、電池を組立てた。この時、撥水膜の透過性が高く、無着色でも上面からカメラで撮影すると画像センサーにより空気拡散紙の位置を明暗の変化だけで検知することができたため、画像センサーを用いて、拡散紙ズレしたものを選別し、これを排出し、空気拡散紙が正極ケース底部凹部に正しく配置されているもので電池を組み立てた。
(Conventional example)
A positive electrode case having four holes with a diameter of 0.5 mm is used as the
実施例、比較例及び従来例の電池を組み立てた後、1週間のちに漏液の有無を検査した。また、電池の組み立て後、通常の補聴器の消費電流2mAと高出力タイプの補聴器に必要な消費電流15mAで連続放電を終止電圧0.9Vで実施した。結果を表3に示す。 After assembling the batteries of Examples, Comparative Examples, and Conventional Examples, the presence or absence of liquid leakage was inspected after one week. Further, after the battery was assembled, continuous discharge was performed at a final voltage of 0.9 V at a current consumption of 2 mA for a normal hearing aid and a current consumption of 15 mA required for a high-power type hearing aid. The results are shown in Table 3.
表3に示すように、本発明の実施例及び、従来例では漏液の発生が無いのに対し、比較例では漏液が発生している。これらの漏液した電池を解析するとすべて空気拡散紙が正極ケース底部凹部からはみ出し、正極ケースと撥水膜との間の密着部に位置しており、この部分から電解液の漏液が発生していた。また、通常の補聴器の消費電流2mAにおいてはどの条件でも安定して放電し、放電時間に差はなかった。しかし、高出力タイプの補聴器に必要な消費電流15mAにおいては、実施例、比較例では安定して放電ができたが、従来例では撥水膜の空孔率が低く、電池の反応に必要な酸素の透過量が不足したため放電が不可能であった。 As shown in Table 3, while no leakage occurred in the examples of the present invention and the conventional example, leakage occurred in the comparative example. When these leaked batteries are analyzed, all of the air diffusion paper protrudes from the concave portion at the bottom of the positive electrode case and is located in the close contact portion between the positive electrode case and the water repellent film, and electrolyte leakage occurs from this portion. It was. In addition, at a current consumption of 2 mA of a normal hearing aid, discharge was stable under any conditions, and there was no difference in discharge time. However, at a current consumption of 15 mA required for a high-power type hearing aid, discharge was stably performed in the examples and comparative examples, but the porosity of the water-repellent film was low in the conventional example, which is necessary for battery reaction. Discharge was impossible due to insufficient oxygen permeation.
本発明は、空気極を正極に、ゲル状の亜鉛を負極に用いたアルカリ電池、いわゆる、空気亜鉛電池に利用されるものであり、特に高出力タイプの電池において、拡散紙ズレによる空気孔からの漏液のない、高信頼性のボタン形空気亜鉛電池が供給できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for an alkaline battery using an air electrode as a positive electrode and gelled zinc as a negative electrode, that is, a so-called air zinc battery. Highly reliable button-type zinc-air battery without leakage.
1 正極ケース
2 空気孔
3 空気拡散紙
4 撥水膜
5 空気極
6 セパレータ
7 負極ケース
8 負極
9 絶縁ガスケット
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