JP6734155B2 - Alkaline battery - Google Patents

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本発明は、中負荷放電特性が良好であり、過放電時における電池内でのガス発生量が少ないアルカリ電池に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an alkaline battery that has good medium-load discharge characteristics and a small amount of gas generated in the battery during overdischarge.

亜鉛を負極活物質とするアルカリ電池は、各種電子機器の電源として用いられ、その用途に応じて種々の特性が要求されている。これまでは、主として、デジタルカメラやフラッシュ付きカメラ、携帯テレビ、緊急充電器など、比較的大電流を必要とする用途に向けた開発がすすめられていた An alkaline battery using zinc as a negative electrode active material is used as a power source for various electronic devices, and various characteristics are required according to its use. Until now, development was mainly promoted for applications that require a relatively large current, such as digital cameras, cameras with flash, portable TVs, and emergency chargers.

例えば、特許文献1では、正極合剤、正極ペレットまたは正極のうちいずれかの含水率を測定し、その含水率に応じてアルカリ電解液の注入量を定めることによって、電池全体の水分量のばらつきを抑制し、重負荷放電特性に優れるアルカリ電池を製造することが提案されている。 For example, in Patent Document 1, the water content of any one of the positive electrode mixture, the positive electrode pellets, and the positive electrode is measured, and the injection amount of the alkaline electrolyte is determined according to the water content, thereby varying the water content of the entire battery. It has been proposed to produce an alkaline battery that suppresses the above and has excellent heavy load discharge characteristics.

また、特許文献2では、亜鉛合金粉末にAlを100ppm以上含有させ、かつ電池系内の水分量を、正極活物質1gあたり0.250〜0.300g(あるいは、亜鉛合金粉末1gあたり0.6〜0.7g)となるよう調整することにより、電池の放電時における水分の利用効率を高め、重負荷放電特性に優れると共に、過放電時におけるガス発生が抑制された電池とすることが提案されている。 In Patent Document 2, 100 ppm or more of Al is contained in the zinc alloy powder, and the amount of water in the battery system is 0.250 to 0.300 g per 1 g of the positive electrode active material (or 0.6 per 1 g of the zinc alloy powder). ~ 0.7 g), it is proposed to improve the utilization efficiency of water during discharge of the battery, have excellent heavy load discharge characteristics, and suppress the gas generation during overdischarge. ing.

一方、特許文献3では、貯蔵後の放電性能の低下を防ぐために、ゲル化剤であるポリアクリル酸塩の未架橋部分を除去した顆粒状の吸水性ポリマーをゲル状負極に添加することにより、アルカリ電池の貯蔵後の放電性能の低下や製造工程上のトラブルを回避することが提案されている。 On the other hand, in Patent Document 3, in order to prevent the deterioration of the discharge performance after storage, by adding a granular water-absorbing polymer obtained by removing the uncrosslinked portion of the polyacrylate as a gelling agent to the gelled negative electrode, It has been proposed to avoid deterioration of discharge performance of an alkaline battery after storage and troubles in the manufacturing process.

特開2013−45619号公報JP, 2013-45619, A 特開2010−118285号公報JP, 2010-118285, A 特開平10−50303号公報JP, 10-50303, A

しかしながら、最近では、前記のような大電流を必要とする機器に使用されるアルカリ電池の割合が減少し、代わって、LEDライトや健康器具など、必要とされる電流が比較的小さい機器での使用が増加しており、そのため、重負荷用途に最適化された従来の電池設計とは異なり、中負荷での放電特性に優れる電池設計を検討する必要が生じている。 However, recently, the proportion of alkaline batteries used in devices requiring large current as described above has decreased, and instead, in devices requiring relatively small current, such as LED lights and health appliances. Due to the increased use, it is necessary to consider a battery design having excellent discharge characteristics at medium load, unlike the conventional battery design optimized for heavy load applications.

また、電池の信頼性をより一層向上させるため、たとえば過放電時における電池内でのガス発生を抑制することも、引き続き求められている。 Further, in order to further improve the reliability of the battery, it is still required to suppress gas generation in the battery during over-discharge, for example.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、アルカリ電池の負極における活物質の利用効率を高めることにより、中負荷放電における特性を向上させると共に、過放電時における電池内でのガス発生を抑制し、信頼性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, by improving the utilization efficiency of the active material in the negative electrode of the alkaline battery, to improve the characteristics in medium-load discharge, gas generation in the battery during over-discharge The purpose is to suppress and improve reliability.

前記目的を達成し得た本発明のアルカリ電池は、亜鉛合金粉末と、顆粒状吸水ポリマーと、アルカリ電解液とを含有する負極、正極およびセパレータを有するアルカリ電池であって、前記亜鉛合金粉末は、Alを0.005〜0.015質量%、Biを0.005〜0.015質量%、Inを0.02〜0.04質量%、およびMgを0.0001〜0.003質量%それぞれ含有し、前記亜鉛合金粉末は、50メッシュのふるい目を通過する粉末の割合が、亜鉛合金粉末全体の98質量%以上であり、かつ200メッシュのふるい目を通過する粉末の割合が、亜鉛合金粉末全体の15質量%以下であり、前記負極内での前記顆粒状吸水ポリマーの含有量が、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.75〜1.1質量部であることを特徴とする。 The alkaline battery of the present invention that can achieve the above object is a zinc alloy powder, a negative electrode containing a granular water-absorbing polymer, an alkaline electrolyte, a positive electrode and a separator, wherein the zinc alloy powder is , 0.005 to 0.015 mass% of Al, 0.005 to 0.015 mass% of Bi, 0.02 to 0.04 mass% of In, and 0.0001 to 0.003 mass% of Mg, respectively. In the zinc alloy powder, the proportion of the powder that passes through the 50-mesh sieve is 98 mass% or more of the entire zinc alloy powder, and the proportion of the powder that passes through the 200-mesh sieve is zinc alloy. It is 15% by mass or less of the whole powder, and the content of the granular water-absorbing polymer in the negative electrode is 0.75 to 1.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder. And

本発明によれば、中負荷放電特性が良好であり、過放電時における電池内でのガス発生量が少ないアルカリ電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an alkaline battery that has good medium-load discharge characteristics and a small amount of gas generated in the battery during overdischarge.

本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the alkaline battery of this invention. 本発明のアルカリ電池の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the alkaline battery of this invention.

従来のアルカリ電池では、重負荷放電特性を向上させるため、正極の反応効率向上の観点から水分量の検討がなされ、負極については、活物質である亜鉛合金粉末の粒径を小さくし、反応面積を大きくすることにより、目的とする特性が得られるよう対応がなされていた。 In the conventional alkaline battery, in order to improve the heavy load discharge characteristics, the amount of water is examined from the viewpoint of improving the reaction efficiency of the positive electrode, and for the negative electrode, the particle size of the zinc alloy powder that is the active material is reduced to reduce the reaction area. It has been dealt with so that the desired characteristics can be obtained by increasing.

一方、本発明者らは、放電が進行するに伴い、負極内の水分が減少して放電反応に寄与しなくなる活物質を生じることが、負極の活物質の利用率を低下させ、中負荷放電特性を低下させる一因となっていることに気づいた。そこで、本発明者らは、中負荷放電特性の改善のために、放電が進行した場合でも、負極内に必要な水分が維持されるよう電池の設計を検討し直した。 On the other hand, the present inventors have found that as the discharge progresses, the water content in the negative electrode decreases and an active material that does not contribute to the discharge reaction is generated, which reduces the utilization rate of the negative electrode active material and reduces the load under medium load discharge. I noticed that it is one of the causes of the deterioration of the characteristics. Therefore, in order to improve the medium-load discharge characteristics, the present inventors reconsidered the design of the battery so that the necessary water content was maintained in the negative electrode even when the discharge proceeded.

しかし、負極内に含有される水分量が増えるよう、電池全体の電解液量を増加させることは、正極あるいは負極の充填量を減少させない限り、電池の漏液発生の可能性を高めることにつながってしまう。 However, increasing the amount of electrolyte in the entire battery to increase the amount of water contained in the negative electrode increases the possibility of battery leakage unless the filling amount of the positive electrode or negative electrode is reduced. Will end up.

一方、電池内の電解液の総量を増加させずに、正極と負極で電解液の配分を変えて、負極内に含有される水分量を増やす場合は、正極の反応に必要となる水分が不足し、正極の反応効率を低下させて放電容量の減少を招いてしまう。 On the other hand, if the amount of water contained in the negative electrode is increased by changing the distribution of the electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode without increasing the total amount of electrolytic solution in the battery, the water necessary for the reaction of the positive electrode is insufficient. However, the reaction efficiency of the positive electrode is reduced and the discharge capacity is reduced.

本発明者らは、前記の問題を生じることなく、負極の活物質の利用率を向上させることのできる電池構成について検討した結果、負極活物質である亜鉛合金粉末において、添加元素の種類およびその含有量を調整し、かつ微粒子および粗粒子の割合を減少させること、および、放電が進行した段階でも負極内に一定の水分が保持され、かつ反応に必要な水分が負極活物質に供給されるよう、電解液の水分を吸収して膨潤する顆粒状吸水ポリマーを、亜鉛合金粉末100質量部に対して、一定の割合で負極内に含有させることにより、ある程度までは前記目的を達成することができることを突き止めた。 The present inventors have examined the battery configuration that can improve the utilization rate of the active material of the negative electrode without causing the above-mentioned problems, and as a result, in the zinc alloy powder that is the negative electrode active material, the type of additive element and its Adjusting the content and reducing the proportion of fine particles and coarse particles, and a certain amount of water is retained in the negative electrode even when the discharge has progressed, and the water necessary for the reaction is supplied to the negative electrode active material. As described above, the granular water-absorbing polymer that absorbs water of the electrolytic solution and swells is contained in the negative electrode at a constant ratio with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder. I figured out what I could do.

すなわち、本発明の負極に用いられる前記亜鉛合金粉末では、Alを0.005〜0.015質量%(50〜150ppm)、Biを0.005〜0.015質量%(50〜150ppm)、Inを0.02〜0.04質量%(200〜400ppm)、およびMgを0.0001〜0.003質量%(1〜30ppm)含有する組成とする。Alは、0.007〜0.013質量%であることが好ましく、Biは、0.007〜0.013質量%であることが好ましく、Inは、0.025〜0.035質量%であることが好ましく、Mgは、0.0003〜0.002質量%であることが好ましい。 That is, in the zinc alloy powder used for the negative electrode of the present invention, Al is 0.005 to 0.015 mass% (50 to 150 ppm), Bi is 0.005 to 0.015 mass% (50 to 150 ppm), In. Is 0.02 to 0.04 mass% (200 to 400 ppm), and Mg is 0.0001 to 0.003 mass% (1 to 30 ppm). Al is preferably 0.007 to 0.013 mass %, Bi is preferably 0.007 to 0.013 mass %, and In is 0.025 to 0.035 mass %. It is preferable that Mg is 0.0003 to 0.002 mass %.

前記添加元素は、少なすぎると本発明の効果が不充分となり、多すぎると、偏析の程度が大きくなって、電池の放電特性を低下させたり、ガス発生を促進させたりする原因となる。 If the amount of the additive element is too small, the effect of the present invention will be insufficient, and if it is too large, the degree of segregation will be large, which will cause deterioration of the discharge characteristics of the battery or promotion of gas generation.

なお、亜鉛合金粉末に係る亜鉛合金は、典型的には、前記合金元素以外の部分が、Znおよび不可避不純物であるが、本発明の効果を損なわない範囲で、Caなど他の合金元素を含有していてもよい。 In addition, the zinc alloy related to the zinc alloy powder typically contains Zn and unavoidable impurities other than the above alloy elements, but contains other alloy elements such as Ca within a range that does not impair the effects of the present invention. You may have.

また、本発明の負極に用いられる前記亜鉛合金粉末では、50メッシュのふるい目を通過する粉末の割合を、亜鉛合金粉末全体の98質量%以上、好ましくは98.5質量%以上、より好ましくは99質量%以上とする。すなわち、実質的に、亜鉛合金粉末のほぼ全量が50メッシュのふるい目を通過するよう、亜鉛合金粉末の粒度を調整する。一方、200メッシュのふるい目を通過する粉末の割合を、15質量%以下、好ましくは12質量%以下、より好ましくは9質量%以下とする。すなわち、50メッシュから200メッシュの間に、ほとんどの亜鉛合金粉末の粒径が存在するよう、粒度分布を調整する。 Further, in the zinc alloy powder used for the negative electrode of the present invention, the proportion of the powder that passes through the 50-mesh sieve is 98% by mass or more, preferably 98.5% by mass or more, and more preferably the mass of the entire zinc alloy powder. 99 mass% or more. That is, the particle size of the zinc alloy powder is adjusted so that substantially all of the zinc alloy powder passes through the 50-mesh sieve. On the other hand, the proportion of the powder that passes through the 200-mesh sieve is set to 15% by mass or less, preferably 12% by mass or less, and more preferably 9% by mass or less. That is, the particle size distribution is adjusted so that the particle size of most of the zinc alloy powder exists between 50 mesh and 200 mesh.

なお、50メッシュは、ふるいの目開きが300μmに相当し、200メッシュは、ふるいの目開きが75μmに相当する。 The 50 mesh corresponds to a sieve opening of 300 μm, and the 200 mesh corresponds to a sieve opening of 75 μm.

これにより、負極内での放電反応が均一に進行しやすくなり、より少ない含有水分量で効率的に放電させることが可能となる。また、個々の亜鉛合金粉末の放電深度のばらつきが少なくなるため、他の粉末よりも放電が進行しにくいためガス発生しやすくなる粉末が生じるのを防ぐこともでき、過放電などの状態での電池内でのガス発生量を抑制することも可能となる。 Thereby, the discharge reaction in the negative electrode easily progresses uniformly, and it becomes possible to discharge efficiently with a smaller content of water. In addition, since the variation in the depth of discharge of each zinc alloy powder is reduced, it is possible to prevent the generation of powder that is more likely to generate gas because the discharge is less likely to proceed than other powders. It is also possible to suppress the amount of gas generated in the battery.

ここで、水分を吸収して膨潤する顆粒状吸水ポリマーを、負極内に、亜鉛合金粉末100質量部に対して0.75質量部以上、好ましくは0.8質量部以上、より好ましくは0.85質量部以上含有させることにより、放電に必要な電解液(水分)を前記顆粒状吸水ポリマーに保持させることができる。そのため、放電が進行して負極内の流動可能な電解液が減少し、電解液の分布に偏りが生じやすくなった場合でも、前記顆粒状吸水ポリマーに保持された電解液が徐々に負極内に供給されるため、負極全体で亜鉛合金粉末の放電反応を進行させることができ、負極の利用率を向上させて中負荷放電特性を向上させることが可能となる。 Here, the granular water-absorbing polymer that absorbs water and swells in the negative electrode in an amount of 0.75 parts by mass or more, preferably 0.8 parts by mass or more, more preferably 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder. By containing 85 parts by mass or more, the granular water-absorbing polymer can hold the electrolytic solution (water) necessary for discharge. Therefore, even if the flowable electrolytic solution in the negative electrode is reduced due to the progress of discharge and the distribution of the electrolytic solution is likely to be biased, the electrolytic solution held by the granular water-absorbing polymer gradually enters the negative electrode. Since it is supplied, the discharge reaction of the zinc alloy powder can proceed in the entire negative electrode, the utilization factor of the negative electrode can be improved, and the medium-load discharge characteristics can be improved.

ただし、顆粒状吸水ポリマーの含有量が多すぎる場合は、電解液が必要以上に顆粒状吸水ポリマーに保持され、流動可能な電解液が不足して負極の反応抵抗が増加してしまったり、亜鉛合金粉末の充填量が減少したり、後述するゲル状負極合剤の流動性が低下して生産性の悪化を招いたりするため、顆粒状吸水ポリマーの負極内での含有量は、亜鉛合金粉末100質量部に対して1.1質量部以下とし、1.05質量部以下とするのが好ましく、1質量部以下とするのがより好ましい。 However, if the content of the granular water-absorbing polymer is too large, the electrolytic solution is retained in the granular water-absorbing polymer more than necessary, and the flowable electrolytic solution is insufficient, resulting in an increase in the reaction resistance of the negative electrode, zinc, etc. The content of the granular water-absorbing polymer in the negative electrode is the zinc alloy powder because the filling amount of the alloy powder is reduced or the fluidity of the gelled negative electrode mixture described below is deteriorated and the productivity is deteriorated. The amount is 1.1 parts by mass or less, preferably 1.05 parts by mass or less, and more preferably 1 part by mass or less, relative to 100 parts by mass.

なお、前記顆粒状吸水ポリマーの負極内での含有割合は、電解液を吸収する前の乾燥状態での割合を意味する。 The content ratio of the granular water-absorbing polymer in the negative electrode means the ratio in a dry state before absorbing the electrolytic solution.

また、負極の放電に伴い、反応物である酸化亜鉛が生成してイオンとなって拡散していく過程において、その一部が亜鉛合金の表面に留まり、放電反応を阻害して負極の抵抗を上昇させ、負極の利用率低下の原因となることが知られている。本発明者らは、前記負極構成において、負極の反応生成物を拡散しやすくすることが、中負荷放電特性のより一層の向上のために必要であると考え、負極構成について更なる検討を行った。 Further, in the process in which zinc oxide, which is a reaction product, is generated and diffuses as ions along with the discharge of the negative electrode, a part of the zinc oxide remains on the surface of the zinc alloy, hinders the discharge reaction, and reduces the resistance of the negative electrode. It is known to raise the temperature and cause a decrease in the utilization factor of the negative electrode. The present inventors considered that it is necessary to facilitate the diffusion of the reaction product of the negative electrode in the negative electrode configuration in order to further improve the medium-load discharge characteristics, and further studied the negative electrode configuration. It was

その結果、負極に含有されるアルカリ電解液が、水酸化カリウムを33質量%以上、好ま しくは33.5質量%以上の濃度で含有する水溶液である場合には、亜鉛合金の表面への酸化亜鉛の析出による放電特性の低下を抑制することができることを突き止めた。負極に含有されるアルカリ電解液は、放電反応の進行と共に水酸化カリウム濃度が上昇し、また、後述する正極合剤の形成に用いるアルカリ電解液の濃度が負極に含有されるアルカリ電解液の濃度よりも高い場合には、電池の組み立て後に、徐々に濃度が上昇していく。しかし、少なくとも電池の組み立て時には、イオン伝導性を良好なものとするために、負極に含有されるアルカリ電解液中の水酸化カリウムの濃度は、38質量%以下とすることが好ましく、36.5質量%以下とすることがより好ましく、35質量%以下とすることが最も好ましい。 As a result, when the alkaline electrolyte contained in the negative electrode is an aqueous solution containing potassium hydroxide in a concentration of 33% by mass or more, preferably 33.5% by mass or more, oxidation to the surface of the zinc alloy is performed. We have found that it is possible to suppress the deterioration of the discharge characteristics due to the precipitation of zinc. The alkaline electrolyte contained in the negative electrode is increased in potassium hydroxide concentration as the discharge reaction proceeds, and the concentration of the alkaline electrolyte used for forming the positive electrode mixture described later is the concentration of the alkaline electrolyte contained in the negative electrode. If it is higher than the above, the concentration gradually increases after the battery is assembled. However, at least at the time of assembling the battery, the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte contained in the negative electrode is preferably 38% by mass or less in order to improve the ionic conductivity, and 36.5% is preferable. The content is more preferably not more than mass%, and most preferably not more than 35 mass%.

以下、本発明のアルカリ電池の構成を詳細に説明する。 Hereinafter, the structure of the alkaline battery of the present invention will be described in detail.

<負極>
本発明のアルカリ電池に係る負極には、前記亜鉛合金粉末と、前記顆粒状吸水ポリマーと、アルカリ電解液とを有するゲル状の負極合剤(ゲル状負極)が使用される。
<Negative electrode>
A gelled negative electrode mixture (gelled negative electrode) containing the zinc alloy powder, the granular water-absorbing polymer, and an alkaline electrolyte is used for the negative electrode in the alkaline battery of the present invention.

前記亜鉛合金粉末は、前述したように、粗粒および微粒の割合が少なくなるよう粒度が調整されたものであるが、本発明の効果をより優れたものとするため、その平均粒径は、120μm以上とするのが好ましく、150μm以上とするのがより好ましく、一方、200μm以下とするのが好ましく、185μm以下とするのがより好ましい。 As described above, the zinc alloy powder has a particle size adjusted so that the proportion of coarse particles and fine particles is reduced, but in order to further improve the effect of the present invention, its average particle size is: The thickness is preferably 120 μm or more, more preferably 150 μm or more, while it is preferably 200 μm or less, more preferably 185 μm or less.

前記顆粒状吸水ポリマーとしては、負極合剤を形成する際にアルカリ電解液を吸収して膨潤し、負極内で反応に必要な水分を保液できるものであれば特に限定はされないが、ポリ(メタ)アクリル酸やその架橋体、ポリ(メタ)アクリル酸塩やその架橋体などが好ましく用いられる。なお、前記ポリ(メタ)アクリル酸および前記ポリ(メタ)アクリル酸塩には、(メタ)アクリル酸および(メタ)アクリル酸塩以外のモノマー成分が含まれていてもよい。また、ポリ(メタ)アクリル酸塩としては、アルカリ金属塩やアンモニウム塩などが例示され、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましく用いられる。 The granular water-absorbing polymer is not particularly limited as long as it absorbs an alkaline electrolyte and swells when forming a negative electrode mixture and can retain the water necessary for the reaction in the negative electrode. Preferably used are (meth)acrylic acid and crosslinked products thereof, and poly(meth)acrylic acid salts and crosslinked products thereof. The poly(meth)acrylic acid and the poly(meth)acrylic acid salt may contain monomer components other than (meth)acrylic acid and the (meth)acrylic acid salt. Examples of poly(meth)acrylic acid salts include alkali metal salts and ammonium salts, and sodium salts and potassium salts are preferably used.

前記吸水ポリマーは、液保持性に優れる顆粒状のものを用いることにより、負極活物質の反応に必要な水分を充分に保持することが可能となる。 By using the water-absorbing polymer in the form of granules having excellent liquid retention properties, it becomes possible to sufficiently retain the water necessary for the reaction of the negative electrode active material.

なお、前記顆粒状吸水ポリマーの平均粒子径は、負極内で亜鉛合金粉末を保持しやすくするために、50μm以上とすることが好ましく、100μm以上とすることがより好ましく、150μm以上とすることが最も好ましい。一方、放電反応を阻害しないために、700μm以下とすることが好ましく、500μm以下とすることがより好ましく、300μm以下とすることが最も好ましい。 The average particle size of the granular water-absorbing polymer is preferably 50 μm or more, more preferably 100 μm or more, and more preferably 150 μm or more in order to easily hold the zinc alloy powder in the negative electrode. Most preferred. On the other hand, in order not to hinder the discharge reaction, it is preferably 700 μm or less, more preferably 500 μm or less, and most preferably 300 μm or less.

負極に含有させる前記アルカリ電解液としては、特に制限は無く、従来から知られているアルカリ電池やアルカリ蓄電池に使用されている電解液と同様のもの(例えば、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物の水溶液などのアルカリ水溶液)が使用できるが、前述した負極の反応生成物を拡散させやすくする点から、少なくとも水酸化カリウムを含有する水溶液であって、その濃度が33質量%以上である水溶液が用いられる。 The alkaline electrolyte to be contained in the negative electrode is not particularly limited, and is similar to the electrolytes used in conventionally known alkaline batteries and alkaline storage batteries (for example, potassium hydroxide, lithium hydroxide, water). Although an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as sodium oxide) can be used, it is an aqueous solution containing at least potassium hydroxide from the viewpoint of facilitating the diffusion of the reaction product of the negative electrode described above. An aqueous solution having a concentration of 33% by mass or more is used.

また、本発明のアルカリ電池に係る負極には、各種の添加剤をそのまま、あるいは前記アルカリ電解液に溶解させた状態で含有させることも可能である。前記添加剤としては、インジウム化合物や亜鉛化合物などが好ましく用いられる。 The negative electrode for the alkaline battery of the present invention may contain various additives as they are or in the state of being dissolved in the alkaline electrolyte. As the additive, an indium compound or a zinc compound is preferably used.

負極にインジウム化合物を含有させることにより、亜鉛合金粉末の表面にInが偏析し、亜鉛合金粉末の表面での放電生成物の析出や、亜鉛合金粉末の腐食によるガス発生を抑制する効果が期待できる。前記インジウム化合物としては、例えば、酸化インジウム、水酸化インジウムなどが例示される。前記インジウム化合物の含有量は、亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.003〜0.05質量部とすることが好ましい。 By including an indium compound in the negative electrode, In is segregated on the surface of the zinc alloy powder, and the effect of suppressing discharge gas deposition on the surface of the zinc alloy powder and gas generation due to corrosion of the zinc alloy powder can be expected. .. Examples of the indium compound include indium oxide and indium hydroxide. The content of the indium compound is preferably 0.003 to 0.05 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder.

また、負極に亜鉛化合物を含有させることにより、亜鉛合金粉末の腐食によるガス発生を抑制する効果が期待できる。前記亜鉛化合物としては、例えば、酸化亜鉛、ケイ酸亜鉛、チタン酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛などの化合物を用いることができ、アルカリ電解液に溶解させた状態で含有させることが好ましく、特に、酸化亜鉛が好適に用いられる。 In addition, by including a zinc compound in the negative electrode, an effect of suppressing gas generation due to corrosion of the zinc alloy powder can be expected. As the zinc compound, for example, compounds such as zinc oxide, zinc silicate, zinc titanate, and zinc molybdate can be used, and it is preferable that the zinc compound is contained in a state of being dissolved in an alkaline electrolyte, and particularly zinc oxide. Is preferably used.

前記亜鉛化合物の含有量は、アルカリ電解液に溶解させて用いる場合には、その濃度が1〜4質量%であることが好ましく、2.5〜3.5質量%であることがより好ましい。 The content of the zinc compound is preferably 1 to 4% by mass, and more preferably 2.5 to 3.5% by mass when dissolved in an alkaline electrolyte and used.

本発明のアルカリ電池に係る負極には、ゲル状にする際の粘度を好適な範囲とするために、アルカリ電解液に可溶である増粘剤を含有させることが好ましい。前記増粘剤としては、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類またはその塩などが例示され、架橋分枝型ポリ(メタ)アクリル酸、架橋分枝型ポリ(メタ)アクリル酸塩が好ましく用いられる。前記ポリ(メタ)アクリル酸塩および前記セルロース類の塩としては、アルカリ金属塩やアンモニウム塩などが例示され、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましく用いられる。 The negative electrode for the alkaline battery of the present invention preferably contains a thickener that is soluble in the alkaline electrolyte in order to keep the viscosity in the gelled state within a suitable range. Examples of the thickener include celluloses such as poly(meth)acrylic acid, poly(meth)acrylic acid salt, carboxymethylcellulose, methylcellulose, and hydroxypropylcellulose, or salts thereof, and crosslinked branched poly(meth). Acrylic acid and crosslinked branched poly(meth)acrylic acid salts are preferably used. Examples of the poly(meth)acrylic acid salt and the salts of celluloses include alkali metal salts and ammonium salts, and sodium salts and potassium salts are preferably used.

負極中での前記増粘剤の含有量は、負極合剤の粘度を充分に高めるため、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.15質量部以上とするのが好ましく、0.2質量部以上とするのがより好ましく、一方、負極合剤にある程度の流動性を付与するために、0.35質量以下とするのが好ましく、0.3質量部以下とするのがより好ましい。 The content of the thickener in the negative electrode is preferably 0.15 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the zinc alloy powder in order to sufficiently increase the viscosity of the negative electrode mixture, The amount is more preferably not less than 0.3 parts by mass, and more preferably not more than 0.35 parts by mass, and more preferably not more than 0.3 parts by mass, in order to impart a certain degree of fluidity to the negative electrode mixture.

また、前記顆粒状吸水ポリマーと前記増粘剤の含有量の合計は、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.95〜1.35質量部とするのが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、1.05質量部以上であることが最も好ましく、また、1.3質量部以下であることがより好ましく、1.25質量部以下であることが最も好ましい。 Further, the total content of the granular water-absorbing polymer and the thickener is preferably 0.95 to 1.35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder, and is 1 part by mass or more. It is more preferable that it is 1.05 parts by mass or more, most preferably 1.35 parts by mass or less, and most preferably 1.25 parts by mass or less.

前記亜鉛合金粉末、前記顆粒状吸水ポリマー、前記アルカリ電解液、および前記増粘剤などは混合されてゲル状の負極合剤とされ、本発明のアルカリ電池の負極として使用される。なお、前記負極合剤における前記亜鉛合金粉末の含有量は、例えば、60質量%以上であることが好ましく、65質量%以上であることがより好ましく、また、75質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。 The zinc alloy powder, the granular water-absorbing polymer, the alkaline electrolyte, the thickener and the like are mixed to form a gelled negative electrode mixture, which is used as the negative electrode of the alkaline battery of the present invention. The content of the zinc alloy powder in the negative electrode mixture is, for example, preferably 60% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, and preferably 75% by mass or less. More preferably 70% by mass or less.

<正極>
本発明のアルカリ電池に係る正極は、例えば、正極活物質、および導電助剤、更には成形のためのアルカリ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。
<Positive electrode>
The positive electrode according to the alkaline battery of the present invention is, for example, a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and further mixed with an alkaline electrolyte and a binder for molding to obtain a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is formed into a ring shape or the like. It is formed by pressure molding.

正極活物質としては、二酸化マンガンなどのマンガン酸化物、オキシ水酸化ニッケルなどのニッケル酸化物、酸化銀などの銀酸化物などを用いることができるが、二酸化マンガンが好ましく用いられる。 As the positive electrode active material, manganese oxide such as manganese dioxide, nickel oxide such as nickel oxyhydroxide, silver oxide such as silver oxide and the like can be used, but manganese dioxide is preferably used.

正極活物質は、反応面積を一定以上とし反応効率を高めるために、そのBET比表面積が、20m/g以上であることが好ましく、25m/g以上であることがより好ましい。 The positive electrode active material preferably has a BET specific surface area of 20 m 2 /g or more, and more preferably 25 m 2 /g or more, in order to make the reaction area constant or more and increase the reaction efficiency.

一方、負極の特性向上に合わせ、正極側の特性も向上させることが望ましく、正極活物質のBET比表面積を40m/g以下、好ましくは35m/g以下とすることにより、正極合剤の成形性を向上させて合剤の密度を高めることが望ましい。これにより、正極活物質の充填量を増加させて正極の容量を大きし、負極の特性向上に対応させることができる。 On the other hand, it is desirable to improve the characteristics on the positive electrode side as well as the characteristics of the negative electrode. By setting the BET specific surface area of the positive electrode active material to 40 m 2 /g or less, preferably 35 m 2 /g or less, It is desirable to improve moldability and increase the density of the mixture. This makes it possible to increase the filling amount of the positive electrode active material to increase the capacity of the positive electrode and to improve the characteristics of the negative electrode.

なお、ここでいう正極活物質のBET比表面積は、多分子層吸着の理論式であるBET式を用いて、表面積を測定、計算したもので、活物質の表面と微細孔の比表面積である。具体的には、窒素吸着法による比表面積測定装置(例えば、Mountech社製 Macsorb HM modele−1201)を用いて、BET比表面積として得た値である。 The BET specific surface area of the positive electrode active material referred to here is a specific surface area of the surface of the active material and the micropores, which is obtained by measuring and calculating the surface area by using the BET formula which is a theoretical formula for the adsorption of multiple layers. .. Specifically, it is a value obtained as a BET specific surface area by using a specific surface area measuring device by a nitrogen adsorption method (for example, Macsorb HM modelle-1201 manufactured by Mountech Co., Ltd.).

また、正極活物質の平均粒子径は、反応面積を一定以上とし反応効率を高めるために、45μm以下とすることが好ましく、40μm以下とすることがより好ましい。一方、正極合剤の成形性を向上させて合剤の密度を高めるために、30μm以上とすることが好ましく、33μm以上とすることがより好ましい。 In addition, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 45 μm or less, and more preferably 40 μm or less in order to keep the reaction area above a certain level and enhance the reaction efficiency. On the other hand, in order to improve the moldability of the positive electrode mixture and increase the density of the mixture, it is preferably 30 μm or more, and more preferably 33 μm or more.

正極に係る導電助剤としては、例えば、黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどを用いることができる。正極合剤中の導電助剤量は、導電性向上の観点から、正極活物質100質量部に対して、3質量部以上とすることが好ましく、4.5質量部以上とすることがより好ましく、6質量部以上とすることが最も好ましい。一方、正極の容量確保のためには、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、8.5質量部以下とすることがより好ましく、7質量部以下とすることが最も好ましい。 As the conductive additive for the positive electrode, for example, graphite, Ketjen black, acetylene black or the like can be used. From the viewpoint of improving conductivity, the amount of the conductive additive in the positive electrode mixture is preferably 3 parts by mass or more, and more preferably 4.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Most preferably 6 parts by mass or more. On the other hand, in order to secure the capacity of the positive electrode, the amount is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8.5 parts by mass or less, and even 7 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Is most preferred.

正極に係るバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。正極合剤中のバインダ量は、例えば、0.1〜1質量%とすることが好ましい。 As the binder for the positive electrode, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, etc. can be used. The amount of binder in the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 1% by mass, for example.

正極に用いるアルカリ電解液としては、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を水に溶解させたアルカリ水溶液や、それに酸化亜鉛などを添加したものなどが用いられるが、電池の放電特性を高める観点からは、水酸化カリウム水溶液がより好ましい。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、40〜60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。 Examples of the alkaline electrolyte used for the positive electrode include an alkaline aqueous solution in which a hydroxide of an alkali metal such as potassium hydroxide, sodium hydroxide or lithium hydroxide is dissolved in water, or a solution in which zinc oxide or the like is added. Although used, a potassium hydroxide aqueous solution is more preferable from the viewpoint of enhancing the discharge characteristics of the battery. The concentration of the alkali metal hydroxide in the electrolytic solution is preferably 40 to 60% by mass in the case of potassium hydroxide, and when zinc oxide is used, the concentration is 1.0 to It is preferably 4.0% by mass.

なお、本発明において用いられる平均粒子径は、粒度分布計を用いた粒度分布の測定により得られる体積平均粒子径(D50)として表される値である。 The average particle diameter used in the present invention is a value represented as a volume average particle diameter (D50) obtained by measuring a particle size distribution using a particle size distribution meter.

<電解液>
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アルカリ電解液、例えばセパレータに吸液させるためのアルカリ電解液としては、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が、負極に用いられるアルカリ電解液と同様の構成とすることが好ましい。
<Electrolyte>
Alkaline electrolytes for injecting into the battery other than being used for the positive electrode and the negative electrode, for example, as the alkaline electrolytes to be absorbed by the separator, similar to the electrolytes relating to the positive electrode and the negative electrode, for example, hydroxide It is possible to use an alkaline aqueous solution consisting of an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as potassium, sodium hydroxide or lithium hydroxide, or one to which zinc oxide is added, but the same as the alkaline electrolyte used for the negative electrode It is preferable to have a configuration.

<セパレータ>
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。
<Separator>
There is no particular limitation on the separator relating to the alkaline battery of the present invention. -Linter pulp paper, vinylon-mercerized pulp paper, etc. can be used. Also, a separator obtained by stacking a hydrophilic microporous polyolefin film (such as a microporous polyethylene film or a microporous polypropylene film), a cellophane film and a liquid absorbing layer such as vinylon/rayon mixed paper may be used. ..

<電池系内の水分量>
例えば、二酸化マンガンを正極活物質とし、亜鉛を負極活物質とするアルカリ電池の放電反応は、以下の式(1)に従い進行する。
<Amount of water in battery system>
For example, the discharge reaction of an alkaline battery using manganese dioxide as the positive electrode active material and zinc as the negative electrode active material proceeds according to the following formula (1).

2MnO + Zn + HO → MnOOH + ZnO (1) 2MnO 2 + Zn + H 2 O → MnOOH + ZnO (1)

前記の式(1)より明らかなように、アルカリ電池においては、放電時に水が消費されるため、放電反応の面からは、電池内に一定以上の水分が存在することが望ましく、本発明のアルカリ電池では、電池系内の水分量を、正極活物質1gあたり、0.23g以上とするのが好ましく、0.245g以上とするのがより好ましい。あるいは、電池系内の水分量を、負極の有する亜鉛合金粉末1gあたり、0.585g以上とするのが好ましく、0.6g以上とするのがより好ましい。 As is clear from the above formula (1), in an alkaline battery, since water is consumed during discharging, it is desirable that a certain amount of water or more exists in the battery from the viewpoint of discharge reaction. In an alkaline battery, the amount of water in the battery system is preferably 0.23 g or more, and more preferably 0.245 g or more, per 1 g of the positive electrode active material. Alternatively, the water content in the battery system is preferably 0.585 g or more, and more preferably 0.6 g or more, per 1 g of the zinc alloy powder contained in the negative electrode.

一方、電池内でのガス発生(特に過放電時における電池内でのガス発生)を抑制しやすくするためには、反応に関わらない余分な水分をできるだけ減らすことが望ましく、電池系内の水分量を、正極活物質1gあたり、0.27g以下とするのが好ましく、0.26g以下とするのがより好ましい。あるいは、電池系内の水分量を、負極の有する亜鉛合金粉末1gあたり、0.675g以下とするのが好ましく、0.66g以下とするのがより好ましい。 On the other hand, in order to easily suppress gas generation in the battery (especially gas generation in the battery during overdischarge), it is desirable to reduce excess water that is not involved in the reaction as much as possible. Is preferably 0.27 g or less, and more preferably 0.26 g or less, per 1 g of the positive electrode active material. Alternatively, the amount of water in the battery system is preferably 0.675 g or less, and more preferably 0.66 g or less, per 1 g of the zinc alloy powder contained in the negative electrode.

前記のように電池系内の水分量を調整することにより、中負荷放電特性が良好であり、過放電時における電池内でのガス発生量が少ないアルカリ電池を構成しやすくなる。 By adjusting the amount of water in the battery system as described above, it is easy to configure an alkaline battery that has good medium-load discharge characteristics and produces a small amount of gas in the battery during overdischarge.

<アルカリ電池の構造、およびその他の構成要素>
本発明のアルカリ電池では、その形状などについては特に制限は無いが、例えば、筒形(円筒形や角筒形など)の形状のものが挙げられる。以下、図面を用いて、本発明の電池の構造を説明する。図1は、本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。図1のアルカリ電池は、金属製(Niメッキを施した鉄、ステンレス鋼など)の外装缶1内に、リング状に成形された正極2(正極合剤成形体)が配置されており、その内側にコップ状のセパレータ3が配置され、アルカリ電解液(図示しない)がセパレータ3の内側から注入されている。更にセパレータ3の内側には亜鉛合金粉末を含む負極4(ゲル状の負極合剤)が充填されている。外装缶1における1bは正極端子である。外装缶1の開口端部1aには、金属製(Niメッキを施した鉄、ステンレス鋼など)の負極端子板7が配されており、樹脂製の封口体6の外周縁部62を介して前記開口端部1aが内側に折り曲げられて封口されている。負極端子板7には、金属製(Snメッキなどを施した真鍮など)の負極集電棒5が、その頭部で溶接されており、負極集電棒5は、封口体6の中央部61に設けられた透孔64を通じて負極4内に挿入されている。また、封口時の負極端子板7の変形を防ぎ、かつ封口体6を内側から支える支持手段として、金属ワッシャ9(円板状の金属板)が配置されている。そして、樹脂製の封口体6には、防爆用の薄肉部63が形成されている。短絡時に電池内においてガスが発生した場合、封口体6の薄肉部63が優先的に開裂し、生じた裂孔からガスが金属ワッシャ9側に移動する。金属ワッシャ9および負極端子板7にはガス抜き孔が設けられており(図示しない)、電池内のガスは、これらのガス抜き孔を通じて電池外に排出される。樹脂製の封口体6を構成する樹脂としては、例えば、ナイロン66などが挙げられる。
<Structure of alkaline battery and other components>
The shape and the like of the alkaline battery of the present invention are not particularly limited, but examples thereof include a cylindrical shape (cylindrical shape, rectangular tube shape, etc.). Hereinafter, the structure of the battery of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the alkaline battery of the present invention. In the alkaline battery of FIG. 1, a ring-shaped positive electrode 2 (positive electrode mixture molded body) is arranged in an outer can 1 made of metal (such as iron plated with Ni and stainless steel). A cup-shaped separator 3 is arranged inside, and an alkaline electrolyte (not shown) is injected from inside the separator 3. Further, the inside of the separator 3 is filled with a negative electrode 4 (gelled negative electrode mixture) containing zinc alloy powder. 1b in the outer can 1 is a positive electrode terminal. A negative electrode terminal plate 7 made of metal (Ni-plated iron, stainless steel, etc.) is arranged at the open end portion 1a of the outer can 1, and the outer peripheral edge portion 62 of the resin sealing body 6 is interposed therebetween. The open end portion 1a is bent inward and sealed. A negative electrode current collector rod 5 made of metal (such as brass plated with Sn) is welded to the negative electrode terminal plate 7 at its head, and the negative electrode current collector rod 5 is provided in the central portion 61 of the sealing body 6. It is inserted into the negative electrode 4 through the through hole 64. Further, a metal washer 9 (a disk-shaped metal plate) is arranged as a support means for preventing the negative electrode terminal plate 7 from being deformed at the time of sealing and supporting the sealing body 6 from the inside. The resin sealing body 6 is formed with an explosion-proof thin portion 63. When gas is generated in the battery at the time of short circuit, the thin portion 63 of the sealing body 6 is preferentially cleaved, and the gas is moved to the metal washer 9 side through the generated crack. The metal washer 9 and the negative electrode terminal plate 7 are provided with gas vent holes (not shown), and gas inside the battery is discharged to the outside of the battery through these gas vent holes. Examples of the resin that constitutes the resin sealing body 6 include nylon 66.

図2に、本発明のアルカリ電池の他の例の断面図を示す。図2中、図1と同じ作用を有する要素は同じ符号を付して、重複説明を避ける。図2中、8は、外装缶1と負極端子板7とを絶縁するための絶縁板であり、20は、発電要素を収納している胴部分である。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of another example of the alkaline battery of the present invention. In FIG. 2, elements having the same operations as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals to avoid redundant description. In FIG. 2, reference numeral 8 is an insulating plate for insulating the outer can 1 and the negative electrode terminal plate 7, and 20 is a body portion accommodating the power generation element.

図1に示すアルカリ電池では、金属ワッシャ9を使用している関係上、封口部分(図1中、10)の占める体積が大きくなってしまう。これに対し、この図2の電池のように金属ワッシャをなくし、封口体6を内側から支える支持手段として負極端子板7を利用することで、封口部分10の占める体積を減少させて発電要素を収容できる胴部分20の体積を大きくすることができ、正極2および負極4の各合剤の充填量を、図1の電池よりも高めることができる。 In the alkaline battery shown in FIG. 1, since the metal washer 9 is used, the volume occupied by the sealing portion (10 in FIG. 1) becomes large. On the other hand, by eliminating the metal washer and using the negative electrode terminal plate 7 as the supporting means for supporting the sealing body 6 from the inside like the battery of FIG. 2, the volume occupied by the sealing portion 10 is reduced and the power generating element is The volume of the body portion 20 that can be accommodated can be increased, and the filling amount of each mixture of the positive electrode 2 and the negative electrode 4 can be increased as compared with the battery of FIG. 1.

(実施例1)
<正極合剤の形成>
水分を1.6質量%含有する二酸化マンガン(平均粒子径:36.5μm、BET比表面積:31m/g)、黒鉛、酸化亜鉛、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(水酸化カリウムを56質量%、および酸化亜鉛を2.9質量%含有する水溶液)を100:7.7:0.2:0.2:6.9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、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45.4質量%となった。
(Example 1)
<Formation of positive electrode mixture>
Manganese dioxide containing 1.6% by mass of water (average particle size: 36.5 μm, BET specific surface area: 31 m 2 /g), graphite, zinc oxide, polytetrafluoroethylene powder, and an alkaline electrolyte for preparing a positive electrode mixture (Aqueous solution containing 56% by mass of potassium hydroxide and 2.9% by mass of zinc oxide) at a mass ratio of 100:7.7:0.2:0.2:6.9 at a temperature of 50°C. To prepare a positive electrode mixture. The concentration of potassium hydroxide in the electrolytic solution contained in the positive electrode mixture was 45.4 mass% in consideration of the water content of manganese dioxide.

<負極合剤の形成>
Alを0.01質量%(100ppm)、Biを0.01質量%(100ppm)、Inを0.03質量%(300ppm)、Mgを0.0005質量%(5ppm)の割合で含有する亜鉛合金からなる粉末と、平均粒子径が500μmの顆粒状ポリアクリル酸ナトリウムの架橋体と、ポリアクリル酸および負極合剤調製用のアルカリ電解液(水酸化カリウムを34質量%、および酸化亜鉛を2.9質量%含有する水溶液)を、100:0.91:0.24:48.1の質量比で混合し、ゲル状の負極合剤を調製した。
<Formation of negative electrode mixture>
Zinc alloy containing Al at 0.01 mass% (100 ppm), Bi at 0.01 mass% (100 ppm), In at 0.03 mass% (300 ppm), and Mg at 0.0005 mass% (5 ppm). And a crosslinked product of granular sodium polyacrylate having an average particle diameter of 500 μm, polyacrylic acid and an alkaline electrolyte for preparing a negative electrode mixture (potassium hydroxide: 34% by mass, and zinc oxide: 2. An aqueous solution containing 9% by mass) was mixed at a mass ratio of 100:0.91:0.24:48.1 to prepare a gelled negative electrode mixture.

なお、前記亜鉛合金粉末は、平均粒子径が170μmで、50メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が粉末全体の98.7質量%であり、かつ200メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が、粉末全体の11質量%であった。 The zinc alloy powder had an average particle size of 170 μm, the proportion of the powder that passed through the 50-mesh sieve was 98.7% by mass of the whole powder, and the proportion of the powder that passed through the 200-mesh sieve. Was 11 mass% of the whole powder.

<電池の作製>
外装缶として、表面に無光沢Niメッキを施したキルド鋼板製で、図2に示す形状の単3形アルカリ電池用外装缶1を用意した。この外装缶1は、封口部分10の厚みが0.25mmで、胴部分20の厚みが0.16mmに加工され、また、電池を落下させたときに正極端子1bのへこみを防ぐために、正極端子部分の缶厚は封口部と同じ厚みにしている。この外装缶1を用いて、以下のようにしてアルカリ電池を作製した。
<Production of battery>
As an outer can, an outer can 1 for AA alkaline batteries, which is made of a killed steel plate having a matte Ni plating on the surface and has a shape shown in FIG. 2, was prepared. This outer can 1 has a sealing portion 10 having a thickness of 0.25 mm and a body portion 20 having a thickness of 0.16 mm. Further, in order to prevent the positive electrode terminal 1b from being dented when the battery is dropped, The can thickness of the part is the same as the sealing part. Using this outer can 1, an alkaline battery was manufactured as follows.

前記正極合剤:11.1gを、前記外装缶1に挿入してボビン状(中空円筒状)に加圧成形し、内径:9.1mm、外径:13.7mm、高さ:13.9mmの3個の正極合剤成形体(密度:3.28g/cm)が積み重なった状態とした。次に、外装缶1の開口端から高さ方向において3.5mmの位置にグルーブを施し、外装缶1と封口体6との密着性を向上させるために、このグルーブ位置まで外装缶1の内側にピッチを塗布した。 11.1 g of the positive electrode mixture is inserted into the outer can 1 and pressure-molded into a bobbin shape (hollow cylindrical shape), and the inner diameter is 9.1 mm, the outer diameter is 13.7 mm, and the height is 13.9 mm. The three positive electrode material mixture molded bodies (density: 3.28 g/cm 3 ) were prepared in a stacked state. Next, a groove is formed at a position of 3.5 mm in the height direction from the opening end of the outer can 1, and in order to improve the adhesion between the outer can 1 and the sealing body 6, the inner side of the outer can 1 is reached to this groove position. Pitch was applied to.

次に、厚みが100μmで目付が30g/mのアセタール化ビニロンとテンセルからなる不織布を三重に重ねて筒状に巻き、底部になる部分を折り曲げてこの部分を熱融着し、一端が閉じられたコップ状のセパレータ3とした。このセパレータ3を、外装缶1内に挿入された正極1の内側に装填し、セパレータに吸液させるためのアルカリ電解液(水酸化カリウムを34質量%、および酸化亜鉛を2.9質量%含有する水溶液)1.33gをセパレータの内側に注入し、さらに、前記負極合剤:5.74gをセパレータ3の内側に充填して負極4とした。このとき、電池系内の水分量は、正極活物質1gあたり0.256g、負極の有する亜鉛合金粉末1gあたり0.633gであった。 Next, a nonwoven fabric composed of acetalized vinylon and tencel having a thickness of 100 μm and a basis weight of 30 g/m 2 is triple-layered and wound in a tubular shape, the bottom portion is bent, and this portion is heat-sealed, and one end is closed. The resulting cup-shaped separator 3 was obtained. This separator 3 is loaded inside the positive electrode 1 inserted in the outer can 1, and an alkaline electrolyte (34% by mass of potassium hydroxide and 2.9% by mass of zinc oxide is contained therein for absorbing the liquid in the separator. 1.33 g of the above aqueous solution) was injected into the inside of the separator, and further 5.74 g of the above negative electrode mixture was filled into the inside of the separator 3 to obtain the negative electrode 4. At this time, the amount of water in the battery system was 0.256 g per 1 g of the positive electrode active material and 0.633 g per 1 g of the zinc alloy powder contained in the negative electrode.

前記発電要素の充填の後、表面がスズメッキされた真鍮製であり、ナイロン66製の封口体6と組み合わされた負極集電棒5を、負極4の中央部に差し込み、外装缶1の開口端部1aの外側からスピニング方式によりかしめることにより、図2に示す単3形アルカリ電池を作製した。ここで、前記負極集電棒5は、打ち抜き・プレス加工により形成された厚みが0.4mmのニッケルメッキ鋼板製の負極端子板7に、あらかじめ溶接により取り付けられたものを用いた。また、外装缶1の開口端と負極端子板7との間には、短絡防止のために絶縁板8を装着した。以上のようにして実施例1の筒形アルカリ電池を作製した。 After filling the power generating element, the negative electrode current collector rod 5 made of brass whose surface is tin-plated and combined with the nylon 6 sealing body 6 is inserted into the central portion of the negative electrode 4, and the open end portion of the outer can 1 is inserted. The AA alkaline battery shown in FIG. 2 was produced by caulking from the outside of 1a by a spinning method. Here, as the negative electrode current collector rod 5, a negative electrode terminal plate 7 made of a nickel-plated steel plate having a thickness of 0.4 mm formed by punching and pressing was attached by welding in advance. An insulating plate 8 was attached between the open end of the outer can 1 and the negative electrode terminal plate 7 to prevent a short circuit. The cylindrical alkaline battery of Example 1 was manufactured as described above.

(実施例2)〜(実施例5)
負極合剤の作製に際し、亜鉛合金粉末100質量部に対する、顆粒状吸水ポリマー(顆粒状ポリアクリル酸ナトリウムの架橋体)および増粘剤(ポリアクリル酸)の割合を、後の表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Example 2)-(Example 5)
When producing the negative electrode mixture, the ratios of the granular water-absorbing polymer (crosslinked granular sodium polyacrylate) and the thickener (polyacrylic acid) to 100 parts by mass of the zinc alloy powder are shown in Table 1 below. An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was changed to.

(比較例1)
負極合剤の作製に際し、亜鉛合金粉末100質量部に対する、顆粒状吸水ポリマーの割合を0.61質量部とし、合剤の粘度調整のため増粘剤の割合を0.54質量部とした以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative Example 1)
When producing the negative electrode mixture, except that the ratio of the granular water-absorbing polymer was 0.61 part by mass and the ratio of the thickener was 0.54 part by mass for adjusting the viscosity of the mixture, relative to 100 parts by mass of the zinc alloy powder. An alkaline battery was prepared in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
負極合剤の作製に際し、亜鉛合金粉末100質量部に対する、顆粒状吸水ポリマーの割合を1.21質量部とした以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative example 2)
An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the granular water-absorbing polymer to 1.2 parts by mass of the zinc alloy powder was changed to 1.21 parts by mass when preparing the negative electrode mixture.

実施例1〜5および比較例1〜2のアルカリ電池における、負極合剤中の顆粒状吸水ポリマーおよび増粘剤の割合を、表1に示す。 Table 1 shows the proportions of the granular water-absorbing polymer and the thickener in the negative electrode mixture in the alkaline batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 0006734155
Figure 0006734155

(比較例3)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、50メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が粉末全体の99質量%であり、かつ200メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が、粉末全体の25質量%であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative example 3)
As for the zinc alloy powder as the negative electrode active material, the ratio of the powder that passed through the 50-mesh sieve was 99 mass% of the whole powder, and the ratio of the powder that passed through the 200-mesh sieve was 25 mass of the whole powder. An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to%.

(比較例4)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、50メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が粉末全体の95質量%であり、かつ200メッシュのふるい目を通過した粉末の割合が、粉末全体の10.5質量%であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The zinc alloy powder, which is the negative electrode active material, passed through a 50-mesh sieve in a proportion of 95% by mass of the whole powder, and the proportion of powder passing through a 200-mesh sieve in the whole powder was 10. An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to 5% by mass.

(比較例5)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、Alの含有割合が0.05質量%(500ppm)であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative example 5)
An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the zinc alloy powder as the negative electrode active material was changed to one having an Al content of 0.05 mass% (500 ppm).

(比較例6)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、Biの含有割合が0.05質量%(500ppm)であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative example 6)
An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the zinc alloy powder as the negative electrode active material was changed to one having a Bi content of 0.05 mass% (500 ppm).

(比較例7)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、Inの含有割合が0.07質量%(700ppm)であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative Example 7)
An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the zinc alloy powder as the negative electrode active material was changed to one having an In content of 0.07 mass% (700 ppm).

(比較例8)
負極活物質である亜鉛合金粉末を、Mgの含有割合が0.005質量%(50ppm)であるものに変更した以外は実施例1と同様にして、アルカリ電池を作製した。
(Comparative Example 8)
An alkaline battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the zinc alloy powder as the negative electrode active material was changed to one having a Mg content of 0.005 mass% (50 ppm).

<電池の標準容量の測定>
実施例1〜5および比較例1〜8のアルカリ電池に対し、50mAの電流値で電池電圧が0.9Vに低下するまで放電させ、各電池の標準容量を評価した。
<Measurement of standard capacity of battery>
The alkaline batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 8 were discharged at a current value of 50 mA until the battery voltage dropped to 0.9 V, and the standard capacity of each battery was evaluated.

<中負荷放電特性の測定>
実施例1〜5および比較例1〜8のアルカリ電池に対し、3.9Ωの放電抵抗を接続し、20℃で1時間放電させ、次いで23時間休止する放電−休止サイクルを繰り返し、電池電圧が0.9Vに低下するまでの総放電時間を測定した。
<Measurement of medium load discharge characteristics>
The alkaline-batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 8 were connected to a discharge resistance of 3.9Ω, discharged at 20° C. for 1 hour, and then discharged for 23 hours. The total discharge time until the voltage dropped to 0.9 V was measured.

実施例および比較例の各電池について、それぞれ5個ずつで前記の測定を行い、その平均値から各電池の中負荷放電特性を評価した。 For each of the batteries of Examples and Comparative Examples, the above-mentioned measurement was carried out for each of the five batteries, and the average load discharge characteristics of each battery were evaluated from the average value.

<過放電時のガス発生量の測定>
実施例1〜5および比較例1〜8のアルカリ電池に対し、10Ωの放電抵抗を接続し、20℃で48時間放電させて過放電状態とした。放電終了後に、電池を20℃で120時間保持した後、水中で電池を分解し、水上置換法により電池内のガスを捕集してその体積を測定した。
<Measurement of gas generation during over-discharge>
The alkaline batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 8 were connected to a discharge resistance of 10Ω and discharged at 20° C. for 48 hours to be in an overdischarged state. After the discharge was completed, the battery was kept at 20° C. for 120 hours, then the battery was decomposed in water, and the gas in the battery was collected by the water displacement method, and the volume was measured.

実施例および比較例の各電池について、それぞれ5個ずつで前記のガス量測定を行い、その平均値を各電池の過放電時のガス発生量とした。 Five gas samples were measured for each of the batteries of Examples and Comparative Examples, and the average value was used as the gas generation amount during overdischarge of each battery.

前記の各測定結果について、実施例1のアルカリ電池の値を100としたときの相対値を表2に示す。 Table 2 shows the relative values of the above-mentioned measurement results when the value of the alkaline battery of Example 1 was set to 100.

Figure 0006734155
Figure 0006734155

表2に示されるように、本発明のアルカリ電池では、負極活物質である亜鉛合金粉末について、その添加元素であるAl、Bi、InおよびMgの含有量を好適な値とし、かつ微粒子および粗粒子の割合を減少させ、電解液の水分を吸収して膨潤する顆粒状吸水ポリマーを、亜鉛合金粉末に対して一定の割合で負極内に含有させることにより、中負荷放電特性が良好であり、過放電時における電池内でのガス発生量が少ないアルカリ電池とすることができた。 As shown in Table 2, in the alkaline battery of the present invention, the content of Al, Bi, In and Mg which are the additive elements of the zinc alloy powder which is the negative electrode active material is set to a suitable value, and the content of fine particles and coarse particles is small. Decrease the proportion of particles, a granular water-absorbing polymer that swells by absorbing the water of the electrolytic solution, by containing in the negative electrode at a constant ratio to the zinc alloy powder, good medium-load discharge characteristics, It was possible to use an alkaline battery in which the amount of gas generated in the battery during overdischarge was small.

1 外装缶
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
1 Outer can 2 Positive electrode 3 Separator 4 Negative electrode 5 Negative electrode current collector rod 6 Sealing body made of resin 7 Negative electrode terminal plate 8 Insulating plate 9 Metal washer 63 Explosion-proof thin-walled part

Claims (6)

亜鉛合金粉末と、顆粒状吸水ポリマーと、アルカリ電解液とを含有する負極、正極活物質を含有する正極およびセパレータを有するアルカリ電池であって、
前記亜鉛合金粉末は、Alを0.005〜0.015質量%、Biを0.005〜0.015質量%、Inを0.02〜0.04質量%、およびMgを0.0001〜0.003質量%それぞれ含有し、
前記亜鉛合金粉末は、50メッシュのふるい目を通過する粉末の割合が、亜鉛合金粉末全体の98質量%以上であり、かつ200メッシュのふるい目を通過する粉末の割合が、亜鉛合金粉末全体の15質量%以下であり、
前記負極内での前記顆粒状吸水ポリマーの含有量が、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.75〜1.1質量部であるアルカリ電池。
An alkaline battery having a negative electrode containing zinc alloy powder, a granular water-absorbing polymer, and an alkaline electrolyte, a positive electrode containing a positive electrode active material, and a separator,
The zinc alloy powder contains 0.005 to 0.015% by mass of Al, 0.005 to 0.015% by mass of Bi, 0.02 to 0.04% by mass of In, and 0.0001 to 0 of Mg. 0.003 mass% each,
In the zinc alloy powder, the proportion of the powder that passes through the 50-mesh sieve is 98% by mass or more of the whole zinc alloy powder, and the proportion of the powder that passes through the 200-mesh sieve is in the entire zinc alloy powder. 15% by mass or less,
The alkaline battery in which the content of the granular water-absorbing polymer in the negative electrode is 0.75 to 1.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder.
前記負極が、さらに増粘剤を含有し、
前記増粘剤の含有量が、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.15〜0.35質量部である請求項1に記載のアルカリ電池。
The negative electrode further contains a thickener,
The alkaline battery according to claim 1, wherein the content of the thickener is 0.15 to 0.35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder.
前記負極が、さらに増粘剤を含有し、
前記顆粒状吸水ポリマーと前記増粘剤の含有量の合計が、前記亜鉛合金粉末100質量部に対して、0.95〜1.35質量部である請求項1または2に記載のアルカリ電池。
The negative electrode further contains a thickener,
The alkaline battery according to claim 1 or 2, wherein the total content of the granular water-absorbing polymer and the thickener is 0.95 to 1.35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the zinc alloy powder.
前記亜鉛合金粉末の平均粒子径が、120μm以上200μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ電池。 The alkaline battery according to claim 1, wherein the zinc alloy powder has an average particle diameter of 120 μm or more and 200 μm or less. 前記アルカリ電解液が、水酸化カリウムを33質量%以上38質量%以下の濃度で含有する水溶液である請求項1〜4のいずれかに記載のアルカリ電池。 The alkaline battery according to claim 1, wherein the alkaline electrolyte is an aqueous solution containing potassium hydroxide in a concentration of 33% by mass or more and 38% by mass or less. 前記正極活物質のBET比表面積が、20m /g以上40m /g以下である請求項1〜5のいずれかに記載のアルカリ電池。
The alkaline battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material has a BET specific surface area of 20 m 2 /g or more and 40 m 2 /g or less.
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