JP4613477B2 - アルカリ電池用集電棒 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ電池用集電棒に関し、特に、ゲル状亜鉛負極を使用するアルカリ電池の集電棒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、亜鉛粉末および水酸化カリウム水溶液と、カルボキシメチルセルロースやポリアクリル酸などのゲル化剤とを混合してゲル状負極剤としたアルカリ電池では、集電棒の材料として銅または真鍮を使用し、耐食性、亜鉛との接触性、電子伝導性を持たせるために、その表面にＳｎめっきや溶融亜鉛めっきを施すのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されたアルカリ電池用集電棒では、めっき加工のための手間がかかり、コストがかかるという問題点がある。
【０００４】
このような問題を解消するため、集電棒そのものの素材を錫（Ｓｎ）を含む合金とするアルカリ乾電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２９５７４号公報（段落番号００１２）
【特許文献２】
特開平４−２２５６７１号公報（段落番号０００７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、集電棒は、電子伝導の役割を担うだけであって放電容量に寄与するものでなく、すなわち負極活物質である亜鉛の体積を減少させて放電容量を損なうものであり、特許文献１に開示されたアルカリ電池用集電棒の場合のみならず、特許文献２に開示された集電棒の場合も、電池内の限られた容積を有効に利用できないという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、容易且つ安価に製造することができ、放電性能を向上させることができるアルカリ電池用集電棒を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、アルカリ電池用集電棒の材料として亜鉛または５０重量％以上、好ましくは９０重量％以上の亜鉛を含有する螺旋状の亜鉛合金線を使用することにより放電性能を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明によるアルカリ電池用集電棒は、ゲル化剤と亜鉛粉とアルカリ電解液とを負極活物質とするアルカリ電池用の集電棒において、亜鉛線または５０重量％以上、好ましくは９０重量％以上の亜鉛を含有する亜鉛合金線からなり、螺旋状の形状を有することを特徴とする。
【００１０】
このアルカリ電池用集電棒において、亜鉛合金線が、アルミニウム、ビスマスおよびインジウムを含有する亜鉛合金線であるのが好ましく、０．０００１〜０．１重量％のアルミニウムと０．００１〜０．１重量％のビスマスと０．０１〜０．１重量％のインジウムとを含有し且つ残部が不可避不純物と亜鉛からなる亜鉛合金線であるのがさらに好ましい。あるいは、亜鉛合金線が、ビスマス０．００１〜０．１重量％およびインジウム０．０１〜０．１重量％の少なくとも一方と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウムおよびガリウムからなる群から選ばれる１種以上の金属０．０００１〜０．１重量％とを含有し、且つ残部が不可避不純物と亜鉛からなる亜鉛合金線であるのが好ましい。この範囲外では、集電棒からのガスの発生量が増大して、電池の漏液の原因となる。また、上記のアルカリ電池用集電棒が、表面積を大きくするために螺旋状の形状を有するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるアルカリ電池用集電棒の実施の形態の電池特性への効果は、以下のように推測される。負極ゲル状亜鉛と同様に放電反応に寄与できる亜鉛線を集電棒とすることによって、集電機能の他に従来には無い放電反応の効果を引き出すことが可能になる。具体的には、放電反応は比表面積が大きい亜鉛粉から開始する。アルカリ電池の負極ゲル中の亜鉛粉の反応の最表面が酸化物で不動態化してしまうと、それ以上は反応が進まなくなる。その後、亜鉛粉より比表面積が大きい集電棒の反応が始まる。これは、１０Ω以下の負荷であるアルカリ電池の軽負荷領域で顕著である。また、集電棒が加工が容易な亜鉛線からなるので、集電棒を螺旋状にして反応面積を増加すると、放電容量を増加させる効果がより大きくなる。
【００１２】
集電棒の材料は、アルカリ電解液中で自己放電によるガスの発生を抑制するために、アルミニウム、ビスマスおよびインジウムを含有する亜鉛合金が好ましく、０．０００１〜０．１重量％のアルミニウム、０．００１〜０．１重量％のビスマスおよび０．０１〜０．１重量％のインジウムを含有し且つ残部が不可避不純物と亜鉛からなる亜鉛合金がさらに好ましい。
【００１３】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明によるアルカリ電池用集電棒の実施例について詳細に説明する。
【００１４】
［参考例１］
図１に示すように、正極缶１０と、二酸化マンガンを正極活物質とする正極合剤１２と、セパレータ１４と、ゲル状亜鉛からなる負極剤１６と、集電棒１８と、ガスケット２０と、キャップ２２とから構成されるＬＲ６型試作電池を作製した。
【００１５】
負極剤１６としては、０．００３重量％のアルミニウムと０．０１２５重量％のビスマスと０．０５重量％のインジウムを調合した亜鉛合金粉末と、１重量％のポリアクリル酸と３重量％の酸化亜鉛を溶解させた４０％ＫＯＨ水溶液とを混合してゲル状負極活物質としたものを使用した。また、集電棒１８としては、図２（ａ）に示すような１．３ｍｍφの純亜鉛線を、負極底部から３０ｍｍの長さになるように取り付けた。
【００１６】
この試作電池について、１Ａ、２Ω、１０Ωの各モードで放電を行うことにより放電特性を調べた。これらの結果を表１に示す。表１では、１Ａの電流を流して０．９Ｖになるまでの持続時間、２Ωの抵抗で０．９Ｖになるまでの持続時間、１０Ωの抵抗で０．９Ｖになるまでの持続時間、１０Ωの抵抗で０．８Ｖになるまでの持続時間をそれぞれ測定し、後述する比較例の電池の測定値を１００とした相対値（％）を示している。
【００１７】
【表１】

【００１８】
また、この参考例で作製した電池について、放電時間と電圧の関係を調べた。その結果を図３に示す。
【００１９】
［参考例２］
アルカリ電池の集電棒を１．６ｍｍφの純亜鉛線にした以外は参考例１と同様の電池を作製し、参考例１と同様に評価した結果を表１および図３に示す。
【００２０】
［参考例３］
アルカリ電池の集電棒を３．０ｍｍφの純亜鉛線にした以外は参考例１と同様の電池を作製し、参考例１と同様に評価した結果を表１および図３に示す。
【００２１】
［実施例］
アルカリ電池の集電棒を図２（ｂ）に示すような１．３ｍｍφの螺旋状の純亜鉛線にした以外は参考例１と同様の電池を作製し、参考例１と同様に評価した結果を表１および図３に示す。
【００２２】
［比較例］
アルカリ電池の集電棒を１．４ｍｍφの黄銅棒にＳｎめっきを施したものにした以外は参考例１と同様の電池を作製し、参考例１と同様に評価した結果を表１および図３に示す。
【００２３】
これらの参考例、実施例および比較例の結果から明らかなように、参考例および実施例のように集電棒として亜鉛線を使用するアルカリ電池では、集電棒自体が放電反応するため、比較例の集電棒を使用した場合より放電持続時間を延ばす効果がある。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、容易且つ安価に製造することができ、放電性能を向上させることができるアルカリ電池用集電棒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アルカリ電池の構造を示す断面図。
【図２】 アルカリ電池用集電棒の側面図。
【図３】 参考例、実施例および比較例の集電棒を使用したアルカリ電池の放電時間と電圧の関係を示すグラフ。

Claims (6)

1. ゲル化剤と亜鉛粉とアルカリ電解液とを負極活物質とするアルカリ電池用の集電棒において、亜鉛線または５０重量％以上の亜鉛を含有する亜鉛合金線からなり、螺旋状の形状を有することを特徴とする、アルカリ電池用集電棒。
2. 前記亜鉛合金線が９０重量％以上の亜鉛を含有することを特徴とする、請求項１に記載のアルカリ電池用集電棒。
3. 前記亜鉛合金線が、アルミニウム、ビスマスおよびインジウムを含有する亜鉛合金線であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアルカリ電池用集電棒。
4. 前記亜鉛合金線が、０．０００１〜０．１重量％のアルミニウムと０．００１〜０．１重量％のビスマスと０．０１〜０．１重量％のインジウムとを含有し且つ残部が不可避不純物と亜鉛からなる亜鉛合金線であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアルカリ電池用集電棒。
5. 前記亜鉛合金線が、ビスマス０．００１〜０．１重量％およびインジウム０．０１〜０．１重量％の少なくとも一方と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウムおよびガリウムからなる群から選ばれる１種以上の金属０．０００１〜０．１重量％とを含有し、且つ残部が不可避不純物と亜鉛からなる亜鉛合金線であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアルカリ電池用集電棒。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のアルカリ電池用集電棒を用いたアルカリ電池。

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