JP7166705B2 - 亜鉛電池用負極の製造方法及び亜鉛電池の製造方法 - Google Patents
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Description
(正極)2NiOOH+2H2O+2e- → 2Ni(OH)2+2OH-
(負極)Zn+2OH- → Zn(OH)2+2e-
活物質利用率(%)=[負極の放電容量]/[負活物質(亜鉛含有成分)の理論容量]×100
なお、負極活物質の理論容量は、「負極内の亜鉛重量(g)×1.219(Ah/g)」により求められ、負極材が酸化亜鉛(ZnO)等の金属亜鉛(Zn)以外の亜鉛含有成分を負極活物質として含む場合には、金属亜鉛(Zn)に変換して理論容量を算出する。
[負極の作製]
負極集電体として開孔率60%のスズメッキを施した鋼板パンチングメタルを用意した。次いで、酸化亜鉛、金属亜鉛、界面活性剤(BASF社製、商品名:DispexAA4140)、HEC及びイオン交換水を所定量秤量して混合し、得られた混合液を攪拌することにより負極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を「酸化亜鉛:金属亜鉛:HEC:界面活性剤=84.5:11.5:3.5:0.5」に調整した。酸化亜鉛としては、平均粒子径(D50)が0.06μmである酸化亜鉛粒子を使用した。金属亜鉛としては、平均粒子径が32.2μmである金属亜鉛粒子を使用した。HECとしては、住友精化株式会社製のAV-15F(商品名)を使用した。負極材ペーストの水分量は、負極材ペーストの全質量基準で32.5質量%に調整した。次いで、負極材ペーストを負極集電体上に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、負極材(負極材層)を有する未化成の負極を得た。
負極の作製時に、酸化亜鉛として、表1に示す平均粒子径を有する酸化亜鉛粒子をそれぞれ用いたこと以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
負極の作製時に、バインダーの使用量を表2に示す量(負極材ペーストの固形分全量基準)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
以下の方法により、負極活物質の理論容量及び負極の放電容量を求め、負極の活物質利用率を算出した。
負活物質(亜鉛含有成分)の理論容量={[負極内の亜鉛重量(g)]+[負極内の酸化亜鉛重量(g)]×65.38(g/mol)/81.38(g/mol)}×1.219(Ah/g)
実施例及び比較例の負極を用い、以下の手順で寿命性能評価用の亜鉛電池を作製した。
イオン交換水に水酸化カリウム(KOH)及び水酸化リチウム(LiOH)を加え、混合することにより電解液(水酸化カリウム濃度:30質量%、水酸化リチウム濃度:1質量%)を調製した。
空隙率95%の発泡ニッケルからなる格子体を用意し、格子体を加圧成形することで正極集電体を得た。次いで、コバルトコート水酸化ニッケル粉末、金属コバルト、水酸化コバルト、酸化イットリウム、CMC、PTFE、イオン交換水を所定量秤量して混合し、混合液を攪拌することにより、正極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を、「水酸化ニッケル:金属コバルト:酸化イットリウム:水酸化コバルト:CMC:PTFE=88:10.3:1:0.3:0.3:0.1」に調整した。正極材ペーストの水分量は、正極材ペーストの全質量基準で27.5質量%に調整した。次いで、正極材ペーストを正極集電体の正極材支持部に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、正極材層を有する未化成の正極を得た。
セパレータには、微多孔膜として、Celgard2500、不織布として、VL100(ニッポン高度紙工業製)を、それぞれ用いた。微多孔膜は、電池組立て前に、界面活性剤Triton-X100(ダウケミカル株式会社製)で、親水化処理した。親水化処理は、Triton-X100が1質量%の量で含まれる水溶液に微多孔膜を24時間浸漬した後、室温で1時間乾燥する方法で行った。さらに、微多孔膜は、所定の大きさに裁断し、それを半分に折り、側面を熱溶着することで袋状に加工した。袋状に加工した微多孔膜に、正極(未化成の正極)及び負極(未化成の負極)のそれぞれを1枚収納した。不織布は、所定の大きさに裁断したものを使用した。
袋状の微多孔膜に収納された正極と、袋状の微多孔膜に収納された負極と、不織布とを積層した後、同極性の極板同士をストラップで連結させて電極群(極板群)を作製した。電極群は、正極1枚及び負極2枚で、正極と負極の間に不織布を配置した構成とした。この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成のニッケル亜鉛電池を得た。次いで、電解液を未化成のニッケル亜鉛電池の電槽内に注入した後、24時間放置した。その後、60mA、15時間の条件で充電を行い、公称容量が600mAhのニッケル亜鉛電池を作製した。
25℃、600mA(1C)、1.9Vの定電圧で、電流値が30mA(0.05C)に減衰するまでニッケル亜鉛電池の充電を行った後、電池電圧が1.1Vに到達するまで150mA(0.25C)の定電流でニッケル亜鉛電池の放電を行うことを1サイクルとする試験を行った。放電容量が1サイクル目の放電容量に対して50%を下回った場合に試験を終了し、試験終了までに行ったサイクル数によってサイクル寿命性能を評価した。試験終了までに行ったサイクル数を表1及び表2に示す。
Claims (5)
- 負極集電体と、前記負極集電体に支持された負極材と、を有する亜鉛電池用負極の製造方法であって、
平均粒子径が0.05~0.06μmである酸化亜鉛粒子を含む負極材ペーストを用意する工程と、
前記負極材ペーストを前記負極集電体に配置した後に乾燥する工程と、を備える、亜鉛電池用負極の製造方法。 - 負極集電体と、前記負極集電体に支持された負極材と、を有する亜鉛電池用負極の製造方法であって、
平均粒子径が0.05~0.28μmである酸化亜鉛粒子を含む負極材ペーストを用意する工程と、
前記負極材ペーストを前記負極集電体に配置した後に乾燥する工程と、を備え、
前記負極材ペーストがバインダーを更に含み、
前記バインダーの含有量が、前記負極材ペーストの固形分全量を基準として、3.5~7質量%である、亜鉛電池用負極の製造方法。 - 負極集電体と、前記負極集電体に支持された負極材と、を有する亜鉛電池用負極の製造方法であって、
平均粒子径が0.05~0.28μmである酸化亜鉛粒子を含む負極材ペースト(ただし、1~6μmの粒径を有する金属亜鉛粉末を含む負極材ペーストは除く)を用意する工程と、
前記負極材ペーストを前記負極集電体に配置した後に乾燥する工程と、を備える、亜鉛電池用負極の製造方法。 - 前記負極材ペーストがバインダーを更に含み、
前記バインダーの含有量が、前記負極材ペーストの固形分全量を基準として、10質量%以下である、請求項1又は3に記載の亜鉛電池用負極の製造方法。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法により製造された負極を用いる、亜鉛電池の製造方法。
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