JP5419256B2 - アルカリ電池 - Google Patents
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- Y02E60/12—
Description
本発明の電池に係る負極集電棒は、真鍮製で、その表面にSnメッキ層を有するものである。Snメッキ層によって、真鍮が原因となる未放電時における電池内でのガス発生を抑制することができる。
本発明のアルカリ電池に係る負極には、亜鉛合金粉末と、電解液と、ゲル化剤とを有するゲル状の負極合剤(ゲル状負極)が使用される。亜鉛合金の粉末中のZn(亜鉛)成分が、負極活物質として作用する。
本発明のアルカリ電池に係る正極は、例えば、活物質である二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケル、および導電助剤、更には成形のための電解液およびバインダを混合して正極合剤とし、この正極合剤をリング状などに加圧成形することにより形成される。
前記の通り、過放電時における電池内でのガス発生は、電池の放電が終了した後の負極において、放電反応に関与していない未反応のZn(亜鉛合金粉末に係る亜鉛合金中のZn成分)が存在する場合に起こる。よって、本発明の電池においては、正極容量に対する負極容量の比(負極容量/正極容量)が、1.25以下であることが好ましく、1.20以下であることがより好ましく、1.10以下であることが更に好ましい。このように正極容量に対する負極容量の比を小さくすることで、放電終了時における未反応のZn量を可及的に低減し、過放電時におけるガス発生を、更に抑制することができる。
正極および負極に使用する以外に電池内に注入するための電解液としては、前記の正極や負極に係る電解液と同様に、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物の水溶液からなるアルカリ水溶液や、それに酸化亜鉛を添加したものなどを用いることができる。電解液中のアルカリ金属の水酸化物の濃度としては、例えば水酸化カリウムの場合、28〜38質量%であることが好ましく、また、酸化亜鉛を使用する場合、その濃度は、1.0〜4.0質量%であることが好ましい。
本発明のアルカリ電池に係るセパレータについては特に制限は無く、例えば、ビニロンとレーヨンを主体とする不織布、ビニロン・レーヨン不織布(ビニロン・レーヨン混抄紙)、ポリアミド不織布、ポリオレフィン・レーヨン不織布、ビニロン紙、ビニロン・リンターパルプ紙、ビニロン・マーセル化パルプ紙などを用いることができる。また、親水処理された微孔性ポリオレフィンフィルム(微孔性ポリエチレンフィルムや微孔性ポリプロピレンフィルムなど)とセロファンフィルムとビニロン・レーヨン混抄紙のような吸液層とを積み重ねたものをセパレータとしてもよい。
水分を1.6質量%含有する二酸化マンガン、黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン粉末および正極合剤調製用のアルカリ電解液(酸化亜鉛を2.9質量%含有する56質量%水酸化カリウム水溶液)を87.6:6.7:0.2:5.5の質量比で、50℃の温度下で混合して正極合剤を調製した。なお、この正極合剤中、二酸化マンガン100質量部に対して、黒鉛は7.6質量部であった。また、正極合剤が含有する電解液の水酸化カリウム濃度は、二酸化マンガンの含有水分を考慮すると44.6質量%となった。
亜鉛合金粉末を、Alを300ppm、Biを100ppm、Inを500ppm、Mgを5ppmの割合で含有する亜鉛合金からなる粉末に変更した以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。なお、実施例2で使用した亜鉛合金粉末は、その平均粒径、200メッシュの篩い目を通過する粉末の割合、およびかさ密度が、実施例1で使用したものと同じである(後記の実施例3、4、比較例1〜4も同様である。)。
亜鉛合金粉末を、Alを1000ppm、Biを100ppm、Inを500ppm、Caを5ppmの割合で含有する亜鉛合金からなる粉末に変更した以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
負極集電棒5におけるSnメッキ層の厚みを0.80μmに変更した以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
亜鉛合金粉末を、Alを30ppm、Biを150ppm、Inを500ppmの割合で含有する亜鉛合金からなる粉末に変更し、負極集電棒5におけるSnメッキ層を無電解メッキ法で形成し、厚みを0.05μmとした以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
負極集電棒5におけるSnメッキ層を無電解メッキ法で形成し、厚みを0.05μmとした以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
亜鉛合金粉末を、Alを30ppm、Biを150ppm、Inを500ppmの割合で含有する亜鉛合金からなる粉末に変更した以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
亜鉛合金粉末を、Alを1000ppm、Biを150ppm、Inを500ppm、Mgを5ppmの割合で含有する亜鉛合金からなる粉末に変更した以外は、実施例1と同様にして筒形アルカリ電池を作製した。
各筒形アルカリ電池を、20℃、10Ωで48時間放電させて過放電状態とし、その後20℃で120時間保持した後に電池内部のガス量を測定した。ガス量の測定に当たっては、水中で電池を分解し、電池内のガスを捕集する水上置換法を採用した。また、前記の各ガス量測定は、実施例1〜4および比較例1〜4の電池をそれぞれ5個ずつ用い、これらの結果の平均値を求めた。なお、表1では、各実施例および比較例の電池の評価結果について、比較例1の電池での結果を100とした場合の相対値で示している。
各実施例および比較例の電池では、その未放電時において、負極集電棒に起因するガスのみの発生量の測定が困難であるため、各電池に使用した負極集電棒と、負極に係る亜鉛合金粉末とを用いて、ガス発生のモデル試験を行った。
2 正極
3 セパレータ
4 負極
5 負極集電棒
6 樹脂製の封口体
7 負極端子板
8 絶縁板
9 金属ワッシャ
63 防爆用の薄肉部
Claims (7)
- 亜鉛合金粉末を含有するゲル状負極およびアルカリ水溶液からなる電解液を有し、かつ少なくとも一方の端部が前記ゲル状負極中に浸漬され、他方の端部が負極端子板に電気的に接続された負極集電棒を有する筒形のアルカリ電池であって、
前記亜鉛合金が、Biを50〜125ppm、Alを100〜2000ppm、並びにMgを1〜20ppm含有しており、
前記負極集電棒は、真鍮製で、表面に厚みが0.6μm以上のSnメッキ層を有することを特徴とするアルカリ電池。 - 亜鉛合金は、Inを100〜1000ppm含有している請求項1に記載のアルカリ電池。
- 負極集電棒のSnメッキ層は、電解メッキ法により形成されたものである請求項1または2に記載のアルカリ電池。
- 亜鉛合金粉末は、200メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が、10〜80質量%である請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ電池。
- 亜鉛合金粉末は、200メッシュの篩い目を通過し得るものの割合が、40質量%以下である請求項4に記載のアルカリ電池。
- 正極容量に対する負極容量の比が、1.00〜1.25である請求項1〜5のいずれかに記載のアルカリ電池。
- 電解液が水酸化カリウム水溶液であり、電池系内における電解液の水酸化カリウム濃度が、平均して30〜35質量%である請求項1〜6のいずれかに記載のアルカリ電池。
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