JP7315380B2 - アルカリ電池 - Google Patents
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Description
まず、正極活物質としての二酸化マンガンの粒子、導電材としての黒鉛の粒子、アルカリ電解液、バインダ及び必要に応じて正極添加剤を準備し、これらを混合して混合物を得る。次いで、得られた混合物を圧延、解砕、造粒、分級等の工程にて処理した後、得られた混合物の粉末を圧縮して中空円筒状に成形することにより、正極合剤21が製造される。成形された正極合剤21は、正極活物質粒子及び導電材粒子が相互に結着し、粒子間の粒界にはアルカリ電解液が存在している。
Zn+2OH-→ZnO+H2O+e-・・・(I)
まず、準備された正極缶11の内部に中空円筒形状の正極合剤21を圧入する。その後、有底円筒形状のセパレータ22を正極合剤21の中空部分に挿入する。そして、アルカリ電解液をセパレータ22の内部に供給し、当該アルカリ電解液をセパレータ22に染みこませる。ここで、セパレータ22に染みこませるアルカリ電解液としては、特に限定されるものではなく、例えば、KOH水溶液が用いられる。
1.アルカリマンガン電池の製造
(実施例1)
電解二酸化マンガン90.80重量部に対して、黒鉛5.96重量部、アルカリ電解液(40質量%KOH水溶液)2.83重量部、ポリアクリル酸0.18重量部、シリカ0.02重量部を混合し、その混合物を圧延装置に投入し圧延した。次に、圧延されて一塊となった混合物を解砕機に投入し、細かく粉砕して原料粉末を得た。次に、得られた原料粉末を造粒機に投入することにより原料粉末を構成する粒子を互いに結合させて、ある程度以上の大きさの粒子を形成した。このような造粒工程を経た原料粉末を分級機に投入して分級し、60mesh以下の粒子が30%以下となるような原料粉末を得た。分級後の原料粉末にステアリン酸カルシウムを0.20重量部混合し、原料粉末における粒子の表面にステアリン酸カルシウムを塗布した。このような原料粉末を圧縮して円筒形状に成形し正極合剤21を得た。円筒形状の正極合剤21は、複数個製造した。
Zn、Bi、Al、Inを計量し、これらが質量比で次の(II)式の割合で含まれる混合物を準備した。
Zn:Bi:Al:In=99.9:0.012:0.010:0.020・・・(II)
JIS規格のLR6形(単3形又はAA形)のアルカリマンガン電池用の正極缶11の中に上記した円筒形状の正極合剤21を3個圧入した。この正極缶11としては、ニッケルメッキ鋼板をプレス加工して得られた有底円筒形状をなしており、上端に開口部14を有し、底壁に凸状の正極端子部12を有している缶を用いた。正極合剤は正極缶11の内壁と接触しており、正極缶11及び正極端子部12は、正極合剤21と同電位となっている。なお、正極缶11の内壁には、黒鉛を含む導電膜が形成されている。
導電材(気相成長炭素繊維)を添加しないでゲル状亜鉛負極合剤23を調製したことを除いて実施例1と同様にして電池1を組み立てた。
気相成長炭素繊維の代わりにD90が22μm、比表面積が8m2/gの黒鉛の粉末を添加してゲル状亜鉛負極合剤23を調製したことを除いて実施例1と同様にして電池1を組み立てた。
気相成長炭素繊維を0.5重量部添加させ、気相成長炭素繊維をゲル状亜鉛負極合剤23の重量に対して0.5重量%含むゲル状亜鉛負極合剤23を調製したことを除いて実施例1と同様にして電池1の組み立てを試みた。しかしながら、ゲル状亜鉛負極合剤23の粘度が高くなり過ぎ、ゲル状亜鉛負極合剤23を正極缶11内のセパレータの中央の空間部分58に充填することが困難となり、電池の生産性が著しく低下した。なお、比較例3については、電池の評価を省略した。
(1)内部抵抗
実施例1、比較例1、2の各電池につき、次の(III)式に基づき内部抵抗Rを求めた。
R=(E-Ei)/I・・・(III)
実施例1、比較例1、2の各電池につき、750mAで2分間放電し、その後58分間休止するサイクルを8回繰り返し、その後16時間休止させることを行い、終止電圧(1.1V)に至るまでの放電容量を計測し放電容量を求めた。そして、比較例1の放電容量の値を100とし、各電池の放電容量と比較例1の放電容量との比を求め、その結果を放電容量比として表1に示した。
ゲル状亜鉛負極合剤に気相成長炭素繊維を含んでいる実施例1は、ゲル状亜鉛負極合剤に炭素材料を全く含まない比較例1だけではなく、ゲル状亜鉛負極合剤に炭素材料として黒鉛の粉末を添加している従来例に相当する比較例2と比べても、内部抵抗値は低下し、放電容量が向上していることがわかる。つまり、ゲル状亜鉛負極合剤に気相成長炭素繊維を含有させると、アルカリ電池における導電性が大幅に改善され、その結果、高負荷放電性能が向上すると言える。これは、繊維状の炭素が亜鉛合金粒子間において複雑に絡み合い導電ネットワークを形成し、良好な電気的接触を保つことができるので、高負荷放電性能の向上が図れたものと考えられる。
本発明の第1の態様は、アルカリ電解液を保持したセパレータにより隔離された正極及び負極を備えているアルカリ電池において、前記負極は、ゲル状亜鉛負極合剤を含むゲル状亜鉛負極であり、前記ゲル状亜鉛負極合剤は、繊維状炭素材料を含んでいる、アルカリ電池である。
2 負極
3 正極
11 正極缶
12 正極端子部
14 開口部
16 封口体
20 発電要素
21 正極合剤
22 セパレータ
23 ゲル状亜鉛負極合剤
24 ゲル状亜鉛負極
31 負極集電体
32 負極キャップ
35 封口ガスケット
Claims (2)
- アルカリ電解液を保持したセパレータにより隔離された正極及び負極を備えているアルカリ電池において、
前記負極は、ゲル状亜鉛負極合剤を含むゲル状亜鉛負極でおり、
前記ゲル状亜鉛負極合剤は、繊維状炭素材料を含んでおり、
前記繊維状炭素材料は、前記ゲル状亜鉛負極合剤の重量に対して0.1重量%以上、0.5重量%未満含まれている、アルカリ電池。 - 前記繊維状炭素材料は、気相成長炭素繊維である、請求項1に記載のアルカリ電池。
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