JPH0644481B2 - 筒形アルカリ電池 - Google Patents

筒形アルカリ電池

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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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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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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。
〈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。
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。
〈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。
〈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。
〈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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〈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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)

    【特許請求の範囲】
  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。
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