JPH0644481B2 - 筒形アルカリ電池 - Google Patents
筒形アルカリ電池Info
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- JPH0644481B2 JPH0644481B2 JP59124713A JP12471384A JPH0644481B2 JP H0644481 B2 JPH0644481 B2 JP H0644481B2 JP 59124713 A JP59124713 A JP 59124713A JP 12471384 A JP12471384 A JP 12471384A JP H0644481 B2 JPH0644481 B2 JP H0644481B2
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- powder
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/06—Electrodes for primary cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は筒形アルカリ電池に関し、詳しくは正極活物
質としての二酸化マンガンと、導電剤としてのカーボン
を混合後に成形して正極合剤とする筒形アルカリ電池で
あって、正極合剤中の二酸化マンガン含量を増やすこと
で、その放電性能を向上させた筒形アルカリ電池に関す
るものである。
質としての二酸化マンガンと、導電剤としてのカーボン
を混合後に成形して正極合剤とする筒形アルカリ電池で
あって、正極合剤中の二酸化マンガン含量を増やすこと
で、その放電性能を向上させた筒形アルカリ電池に関す
るものである。
〈従来の技術〉 アルカリマンガン電池の如き電池では二酸化マンガン
(通常は電解二酸化マンガン(EMD)を用いるので以
下は「EMD」という)粉末にアセチレンブラックやカ
ーボングラファイトなどの炭素粉末を混合したものを正
極合剤として用いている。現用の電池ではこれらの正極
構成材料のうち、カーボン粉末の含量はEMDとカーボ
ンを足してなる正極合剤量(以下同じ)に対して10〜
20重量%と多く、このためにEMD粉末の含量が制限
されてしまっている。カーボンは正極合剤中で正極活物
質たるEMD粒子間の導電剤であるから、その含有量は
できるだけ少なくするのがEMDの含量が増大して電池
の放電性能が向上するので好ましい。しかし現用電池に
おいてカーボン含量を上記範囲より少なくした場合には
電気抵抗が極端に高くなってしまうことからこのような
範囲にせざるを得ないのが現状である。この原因につい
て本発明者が研究した所、正極構成材料の粒径に問題が
あることがわかった。つまり、現用電池ではEMD粉末
として平均粒径が40〜50μのものが、またカーボン
粉末としてはEMD粉末と同程度の35〜50μのもの
が用いられている。そして、両粉末の平均粒径がこのよ
うな範囲では導電剤であるカーボン粉末がEMD粒子間
にうまく入り込まないので、カーボン含量が10〜20
重量%より少ない状態ではEMD粒子間の電気伝導が悪
くなり、これが電気抵抗上昇の原因となっていたのであ
る。
(通常は電解二酸化マンガン(EMD)を用いるので以
下は「EMD」という)粉末にアセチレンブラックやカ
ーボングラファイトなどの炭素粉末を混合したものを正
極合剤として用いている。現用の電池ではこれらの正極
構成材料のうち、カーボン粉末の含量はEMDとカーボ
ンを足してなる正極合剤量(以下同じ)に対して10〜
20重量%と多く、このためにEMD粉末の含量が制限
されてしまっている。カーボンは正極合剤中で正極活物
質たるEMD粒子間の導電剤であるから、その含有量は
できるだけ少なくするのがEMDの含量が増大して電池
の放電性能が向上するので好ましい。しかし現用電池に
おいてカーボン含量を上記範囲より少なくした場合には
電気抵抗が極端に高くなってしまうことからこのような
範囲にせざるを得ないのが現状である。この原因につい
て本発明者が研究した所、正極構成材料の粒径に問題が
あることがわかった。つまり、現用電池ではEMD粉末
として平均粒径が40〜50μのものが、またカーボン
粉末としてはEMD粉末と同程度の35〜50μのもの
が用いられている。そして、両粉末の平均粒径がこのよ
うな範囲では導電剤であるカーボン粉末がEMD粒子間
にうまく入り込まないので、カーボン含量が10〜20
重量%より少ない状態ではEMD粒子間の電気伝導が悪
くなり、これが電気抵抗上昇の原因となっていたのであ
る。
一方、現用電池において正極合剤を成形する場合には、
EMD粉末とカーボン粉末及びバインダーとしてCMC
等の耐アルカリ性結着剤を混合し、これらを薄いアルカ
リ溶液中に分散させてスラリー状態とし、爾後これをス
プレードライヤーで噴霧して落下する間に乾燥させて粉
体状の正極合剤成形材料とする、所謂湿式噴霧造粒法が
主に用いられているが、この造粒法も正極合剤中のEM
D含量低下の一因となっている。即ち、湿式噴霧造粒法
から得られた粉体は、内部に空洞を有するがためにポロ
シティーが高く、それ故に外比が1.0〜1.2と低
い。従って、このような粉体を成形して作られた正極合
剤は充填密度が低いことから、正極合剤のEMD含量増
加の妨げになる。
EMD粉末とカーボン粉末及びバインダーとしてCMC
等の耐アルカリ性結着剤を混合し、これらを薄いアルカ
リ溶液中に分散させてスラリー状態とし、爾後これをス
プレードライヤーで噴霧して落下する間に乾燥させて粉
体状の正極合剤成形材料とする、所謂湿式噴霧造粒法が
主に用いられているが、この造粒法も正極合剤中のEM
D含量低下の一因となっている。即ち、湿式噴霧造粒法
から得られた粉体は、内部に空洞を有するがためにポロ
シティーが高く、それ故に外比が1.0〜1.2と低
い。従って、このような粉体を成形して作られた正極合
剤は充填密度が低いことから、正極合剤のEMD含量増
加の妨げになる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 この発明は筒形アルカリ電池において、上記のように正
極合剤中のカーボン粉末の平均粒径が不適当な大きさで
あること、及び正極合剤用粉体の造粒状態によって正極
合剤の充填密度が低下することによって正極合剤中のE
MD含量を増大できない問題点を解決し、正極合剤中の
EMD含量を増すことにより、その性能向上を図ること
を目的とする。
極合剤中のカーボン粉末の平均粒径が不適当な大きさで
あること、及び正極合剤用粉体の造粒状態によって正極
合剤の充填密度が低下することによって正極合剤中のE
MD含量を増大できない問題点を解決し、正極合剤中の
EMD含量を増すことにより、その性能向上を図ること
を目的とする。
〈問題点を解決するための手段〉 この発明の筒形アルカリ電池は、二酸化マンガンとカー
ボン粉末及びバインダーを含んでなる正極合剤を有する
筒形アルカリ電池において、カーボン粉末の平均粒径を
二酸化マンガン粉末の平均粒径の50%以下にすると共
にカーボンの含量を正極合剤量(二酸化マンガン+カー
ボン)の2重量%以上10重量%未満とし且つこれらの
粉末を含む正極構成材料を乾式造粒して得られた水分
1.5%以上且つ3.0%以下の粉体を成形して正極合
剤としたことを要旨とする。
ボン粉末及びバインダーを含んでなる正極合剤を有する
筒形アルカリ電池において、カーボン粉末の平均粒径を
二酸化マンガン粉末の平均粒径の50%以下にすると共
にカーボンの含量を正極合剤量(二酸化マンガン+カー
ボン)の2重量%以上10重量%未満とし且つこれらの
粉末を含む正極構成材料を乾式造粒して得られた水分
1.5%以上且つ3.0%以下の粉体を成形して正極合
剤としたことを要旨とする。
〈実施例〉 第1図において1は鉄にニッケルメッキを施してなる正
極缶、2はEMD粉末及び炭素粉末をCMC等の結着剤
で固めた正極合剤であって、これらの正極構成材料を正
極合剤2の最終水分である2%程度の水分で混合した
後、ローラで圧延してこれを粉砕して所定粒度の粉体と
なし、これをドーナツ状に圧縮成形して正極合剤とな
す、所謂乾式造粒によって作られている。即ち、平均粒
子径45μmの二酸化マンガン100重量部、平均粒子
径16μmのカーボン7重量部、バインダー(CMC)
0.2重量部、及び40%KOH水溶液3.4重量部を
均一になるまで混合し、その後圧延造粒して所定の正極
合剤を得た。
極缶、2はEMD粉末及び炭素粉末をCMC等の結着剤
で固めた正極合剤であって、これらの正極構成材料を正
極合剤2の最終水分である2%程度の水分で混合した
後、ローラで圧延してこれを粉砕して所定粒度の粉体と
なし、これをドーナツ状に圧縮成形して正極合剤とな
す、所謂乾式造粒によって作られている。即ち、平均粒
子径45μmの二酸化マンガン100重量部、平均粒子
径16μmのカーボン7重量部、バインダー(CMC)
0.2重量部、及び40%KOH水溶液3.4重量部を
均一になるまで混合し、その後圧延造粒して所定の正極
合剤を得た。
尚、本正極合剤製造においては、混合及び圧延工程にて
発熱が見られ、それにより約1%の水分が蒸発気化する
ため、最終水分2%程度の正極合剤を得るために混合時
の水分を3%程度に調整している。
発熱が見られ、それにより約1%の水分が蒸発気化する
ため、最終水分2%程度の正極合剤を得るために混合時
の水分を3%程度に調整している。
また、水分を調整するにあたっては、正極合剤の材料で
ある二酸化マンガン自体が1.3%程度の水分を保持し
ていることを考慮して行う必要がある。
ある二酸化マンガン自体が1.3%程度の水分を保持し
ていることを考慮して行う必要がある。
また、3はビニロン不織布を界面活性剤で処理するなど
したセパレータ、4は吸水性セルロース繊維などに苛性
カリ溶液等の電解液を滲み込ませた電解液保持層、5は
ゲル化あるいはペースト化した電解液に粉末亜鉛を分散
させた亜鉛負極であって中央部には一端が負極端子板6
に溶接された金属集電棒7が嵌入されている。そして8
はPP,PEなどの合成樹脂からできた負極封口パッキ
ング、9は負極封口パッキング8のボス部に嵌着された
金属リング、10はメタルジャケットであって、図示し
ない熱収縮性チューブや絶縁リング等を介して正極缶1
に装着される。
したセパレータ、4は吸水性セルロース繊維などに苛性
カリ溶液等の電解液を滲み込ませた電解液保持層、5は
ゲル化あるいはペースト化した電解液に粉末亜鉛を分散
させた亜鉛負極であって中央部には一端が負極端子板6
に溶接された金属集電棒7が嵌入されている。そして8
はPP,PEなどの合成樹脂からできた負極封口パッキ
ング、9は負極封口パッキング8のボス部に嵌着された
金属リング、10はメタルジャケットであって、図示し
ない熱収縮性チューブや絶縁リング等を介して正極缶1
に装着される。
以上の構成であるこの筒形アルカリ電池にあっては、正
極合剤2中のカーボン粉末の平均粒径がEMD粉末の平
均粒径の50%以下に規定されており、またカーボンの
含量は正極合剤量の2〜10重量%となっている。カー
ボン粉末の平均粒径を上記のように規定したのは次の理
由による。即ち、カーボン粉末の平均粒径が50%より
大きいと、カーボン粒子が正極活物質であるEMD粒子
間にうまく入り込んでくれず、このため、正極合剤中の
カーボン含量を現用電池と同様にしないと電気抵抗を低
くできないからである。一方、カーボン粉末の平均粒径
が上記範囲である条件下では、EMD粒子の回りにカー
ボン粒子が均一に分布し、またEMD粒子間にカーボン
粒子がうまく入り込むから、少量のカーボンでEMDの
集電効果を上げることが可能となる。LR6電池につい
て、二酸化マンガンの平均粒子径を45μmに固定し、
カーボンの平均粒子径を変化させた場合の短絡電流の変
化を第3図に示す。同図から明らかな通り、カーボンの
平均粒子径が22.5μm(即ち、二酸化マンガンの平
均粒子径の50%の値)以下になると、短絡電流が急激
に増大しており、上述の考え方が正しいことを裏付ける
結果となった。
極合剤2中のカーボン粉末の平均粒径がEMD粉末の平
均粒径の50%以下に規定されており、またカーボンの
含量は正極合剤量の2〜10重量%となっている。カー
ボン粉末の平均粒径を上記のように規定したのは次の理
由による。即ち、カーボン粉末の平均粒径が50%より
大きいと、カーボン粒子が正極活物質であるEMD粒子
間にうまく入り込んでくれず、このため、正極合剤中の
カーボン含量を現用電池と同様にしないと電気抵抗を低
くできないからである。一方、カーボン粉末の平均粒径
が上記範囲である条件下では、EMD粒子の回りにカー
ボン粒子が均一に分布し、またEMD粒子間にカーボン
粒子がうまく入り込むから、少量のカーボンでEMDの
集電効果を上げることが可能となる。LR6電池につい
て、二酸化マンガンの平均粒子径を45μmに固定し、
カーボンの平均粒子径を変化させた場合の短絡電流の変
化を第3図に示す。同図から明らかな通り、カーボンの
平均粒子径が22.5μm(即ち、二酸化マンガンの平
均粒子径の50%の値)以下になると、短絡電流が急激
に増大しており、上述の考え方が正しいことを裏付ける
結果となった。
従って、この条件下ではカーボン含量を現用電池より少
なくしても電池の電気抵抗にはさしたる変化がない訳で
ある。そこでどの程度少なくできるかについて本発明者
が実験した所、カーボン含量としては2〜10重量%の
範囲が適当であることがわかった。当然ながらこの範囲
はカーボン粉末の平均粒径(EMD粉末の平均粒径の何
%であるか)によって変わるものであるが、カーボン含
量を2重量%より少なくした場合には、カーボン粉末の
平均粒径を如何に小さくしてもEMDの集電効果を改善
するに足りる顕著な結果は得られなかった。因みに、L
R6電池についてカーボン粉末の平均粒径をEMD粉末
の平均粒径の50%以下にした条件下でカーボンの含量
を変えていった場合の短絡電流の変化を第2図に示す。
同図から明らかなように、カーボン含量が2重量%以上
であれば、短絡電流値は充分に満足のいく値となり、従
って、電気伝導を損うことなくカーボン含量を低くでき
ることがわかる。
なくしても電池の電気抵抗にはさしたる変化がない訳で
ある。そこでどの程度少なくできるかについて本発明者
が実験した所、カーボン含量としては2〜10重量%の
範囲が適当であることがわかった。当然ながらこの範囲
はカーボン粉末の平均粒径(EMD粉末の平均粒径の何
%であるか)によって変わるものであるが、カーボン含
量を2重量%より少なくした場合には、カーボン粉末の
平均粒径を如何に小さくしてもEMDの集電効果を改善
するに足りる顕著な結果は得られなかった。因みに、L
R6電池についてカーボン粉末の平均粒径をEMD粉末
の平均粒径の50%以下にした条件下でカーボンの含量
を変えていった場合の短絡電流の変化を第2図に示す。
同図から明らかなように、カーボン含量が2重量%以上
であれば、短絡電流値は充分に満足のいく値となり、従
って、電気伝導を損うことなくカーボン含量を低くでき
ることがわかる。
また、乾式造粒によって得られた粉体の水分は、正極合
剤の最終水分である2%程度となっているため、正極合
剤の成形時において、液が滲み出ないと共に、成形性が
良好となり、しかも成形強度が高くなる。この効果を確
認するため、LR6用の正極合剤を構成する粉体の水分
を1.0〜3.5%の範囲内で種々変えて、液の滲み出
し、成形性及び成形強度をチェックした。その結果を第
1表にまとめて示す。
剤の最終水分である2%程度となっているため、正極合
剤の成形時において、液が滲み出ないと共に、成形性が
良好となり、しかも成形強度が高くなる。この効果を確
認するため、LR6用の正極合剤を構成する粉体の水分
を1.0〜3.5%の範囲内で種々変えて、液の滲み出
し、成形性及び成形強度をチェックした。その結果を第
1表にまとめて示す。
第1表から明らかなように、粉体の水分が1.0%の場
合には成形性が不良であるばかりか成形強度が不十分で
あり、一方、粉体の水分が3.5%の場合には液の滲み
出しが生じた。それに対して粉体の水分が1.5〜3.
0%の場合には、成形性が良好であると同時に成形強度
が十分であり、液の滲み出しも生じなかった。
合には成形性が不良であるばかりか成形強度が不十分で
あり、一方、粉体の水分が3.5%の場合には液の滲み
出しが生じた。それに対して粉体の水分が1.5〜3.
0%の場合には、成形性が良好であると同時に成形強度
が十分であり、液の滲み出しも生じなかった。
なお、上述の実施例においては水分調整用として40%
KOH水溶液を用いているが、これは所定の正極合剤を
加圧成型後、正極缶に挿入し正極部としたときの正極缶
の発錆を防ぐことを目的としたものである。即ち、正極
部を放置した場合、正極缶の正極合剤に接する面に錆が
発生し内部抵抗の増大に繋がることを防ぐためである。
尚、正極部製造後すぐに電池を組み立てる場合には、水
分調整用として水(イオン交換水又は純水)を用いても
構わない。
KOH水溶液を用いているが、これは所定の正極合剤を
加圧成型後、正極缶に挿入し正極部としたときの正極缶
の発錆を防ぐことを目的としたものである。即ち、正極
部を放置した場合、正極缶の正極合剤に接する面に錆が
発生し内部抵抗の増大に繋がることを防ぐためである。
尚、正極部製造後すぐに電池を組み立てる場合には、水
分調整用として水(イオン交換水又は純水)を用いても
構わない。
〈発明の効果〉 この発明は、正極合剤中のカーボン粉末の平均粒径及び
含量を上記のように規定したから、電池内の正極合剤収
容量は同一のままで正極合剤中のEMD含量を増やすこ
とができる。また、正極合剤は乾式造粒により得られ
た、ポロシティーが低く、従って外比が1.4〜1.5
と高い粉体から作られており、この粉体を用いることに
よって正極合剤内の正極構成材料の充填密度は向上す
る。以上の相乗効果としてこの発明の筒形アルカリ電池
はその正極合剤中のEMD含量が従来電池に較べて著し
く増大し、このため電池の放電性能を飛躍的に高めるこ
とができるという優れた効果がある。
含量を上記のように規定したから、電池内の正極合剤収
容量は同一のままで正極合剤中のEMD含量を増やすこ
とができる。また、正極合剤は乾式造粒により得られ
た、ポロシティーが低く、従って外比が1.4〜1.5
と高い粉体から作られており、この粉体を用いることに
よって正極合剤内の正極構成材料の充填密度は向上す
る。以上の相乗効果としてこの発明の筒形アルカリ電池
はその正極合剤中のEMD含量が従来電池に較べて著し
く増大し、このため電池の放電性能を飛躍的に高めるこ
とができるという優れた効果がある。
また、正極合剤は乾式造粒により得られた水分1.5%
以上且つ3.0%以下の粉体から構成されており、この
ような粉体造粒時にはスプレードライなどのように熱エ
ネルギーを多量に消費する乾燥工程は不要であるから、
電池製造時の省エネルギー化を図れるという利点もあ
る。
以上且つ3.0%以下の粉体から構成されており、この
ような粉体造粒時にはスプレードライなどのように熱エ
ネルギーを多量に消費する乾燥工程は不要であるから、
電池製造時の省エネルギー化を図れるという利点もあ
る。
更に、乾式造粒によって得られた粉体の水分は、正極合
剤の最終水分である2%程度(1.5%以上且つ3.0
%以下)となっているため、正極合剤の成形時に、液
が滲み出ないこと、成形性が良好なこと、成形強度
が高いこと、の3条件を同時に満たすことが出来る点で
も優れている。
剤の最終水分である2%程度(1.5%以上且つ3.0
%以下)となっているため、正極合剤の成形時に、液
が滲み出ないこと、成形性が良好なこと、成形強度
が高いこと、の3条件を同時に満たすことが出来る点で
も優れている。
第1図はこの発明の実施例を示した断面図、第2図はこ
の発明と同様の電池において正極合剤中のカーボン含量
を変えた時の短絡電流の変化を示したグラフ、第3図は
カーボンの平均粒径と短絡電流との関係を示したグラフ
である。2……正極合剤、3……セパレータ、5……亜
鉛負極、6……負極端子板。
の発明と同様の電池において正極合剤中のカーボン含量
を変えた時の短絡電流の変化を示したグラフ、第3図は
カーボンの平均粒径と短絡電流との関係を示したグラフ
である。2……正極合剤、3……セパレータ、5……亜
鉛負極、6……負極端子板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村越 光男 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−142656(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】二酸化マンガンとカーボン粉末及びバイン
ダーを含んでなる正極合剤を有する筒形アルカリ電池に
おいて、カーボン粉末の平均粒径を二酸化マンガン粉末
の平均粒径の50%以下にすると共にカーボンの含量を
正極合剤量(二酸化マンガン+カーボン)の2重量%以
上10重量%未満とし且つこれらの粉末を含む正極構成
材料を乾式造粒して得られた水分1.5%以上且つ3.
0%以下の粉体を成形して正極合剤とする筒形アルカリ
電池。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59124713A JPH0644481B2 (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 筒形アルカリ電池 |
FR8419205A FR2568726B1 (fr) | 1984-05-14 | 1984-12-14 | Pile alcaline au manganese |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59124713A JPH0644481B2 (ja) | 1984-06-18 | 1984-06-18 | 筒形アルカリ電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS614159A JPS614159A (ja) | 1986-01-10 |
JPH0644481B2 true JPH0644481B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=14892262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59124713A Expired - Fee Related JPH0644481B2 (ja) | 1984-05-14 | 1984-06-18 | 筒形アルカリ電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0644481B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02150132A (ja) * | 1988-12-01 | 1990-06-08 | Yokogawa Electric Corp | プロセス信号伝送装置 |
US5283139A (en) * | 1993-04-12 | 1994-02-01 | Duracell Inc. | Alkaline cell |
US5771114A (en) * | 1995-09-29 | 1998-06-23 | Rosemount Inc. | Optical interface with safety shutdown |
US5727110A (en) * | 1995-09-29 | 1998-03-10 | Rosemount Inc. | Electro-optic interface for field instrument |
JPWO2009107716A1 (ja) * | 2008-02-27 | 2011-07-07 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子電極の製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59142656A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | ハイブリツド型デイスクフアイル装置 |
-
1984
- 1984-06-18 JP JP59124713A patent/JPH0644481B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS614159A (ja) | 1986-01-10 |
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