JPH071732Y2 - アルカリ亜鉛二次電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本考案は銀−亜鉛二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池の
ように負極活物質として亜鉛を用いるアルカリ亜鉛二次
電池に関するものである。

（ロ） 従来の技術 負極活物質としての亜鉛は単位重量あたりのエネルギー
密度が大きく且つ安価である利点を有する反面、放電時
に亜鉛がアルカリ電解液に溶出して亜鉛酸イオンとな
り、充電時にその亜鉛酸イオンが亜鉛負極表面に樹枝状
あるいは海綿状に電析するため、充放電を繰り返すと電
析亜鉛がセパレータを貫通して対極に接して内部短絡を
引き起こすためサイクル寿命が短い欠点がある。

このサイクル寿命を改善するために電解液量を実質的に
遊離のものを存在させない程度に制限することが特公昭
55-29548号公報で提案されているが、電解液量を制限し
た場合に於いても樹枝状亜鉛の成長は抑えられず、また
セパレータと接する亜鉛負極表面部近傍に於いては電解
液が充分存在するものの亜鉛負極内部に於いては電解液
が不足して未反応の活物質が残存するという問題があっ
た。

特開昭58-126666号公報では、ニッケルなどの金属を塗
着した不織布をセパレータに使用することが提案されて
おり、これによって亜鉛負極表面に成長してきた樹枝状
亜鉛は、ニッケルに接触してその樹枝状亜鉛の先端が溶
解するので、樹枝状亜鉛の成長が抑制されて内部短絡が
防止される。しかしながら、この方法では、亜鉛負極表
面から樹枝状亜鉛がある程度成長した後にその樹枝状亜
鉛の先端を溶解させるものであるため、樹枝状亜鉛の溶
解が行なわれる際には既に樹枝状亜鉛が亜鉛負極表面に
生成している。したがって樹枝状亜鉛は成長及び溶解を
繰り返すが、亜鉛は樹枝状亜鉛の先端に優先的に電析す
るため、前記成長及び溶解を繰り返していると樹枝状亜
鉛の成長の方が溶解より早くなり、樹枝状亜鉛はセパレ
ータを貫通して内部短絡を起こす。また前述同様この方
法を用いた場合に於いても亜鉛負極内部の電解液不足に
より未反応の活物質が残存するという問題点は解決する
ことはできなかった。

（ハ） 考案が解決しようとする問題点 本考案は電解液不足による亜鉛極内部に於ける未反応の
活物質の残存を解消すると共に、樹枝状亜鉛の成長をよ
り一層抑制した長寿命のアルカリ亜鉛二次電池を提供し
ようとするものである。

（ニ） 問題点を解決するための手段 本考案のアルカリ亜鉛二次電池は、遊離のものが存在し
ない程度に液量が制限されたアルカリ電解液を備えるも
のに於いて、亜鉛負極は複数の亜鉛活物質層の間にパル
プ繊維と導電性繊維の混紡不織布を介して積層した積層
体で構成したものであり、更に亜鉛負極と正極との間に
は前記パルプ繊維と導電性繊維の混紡不織布を配するこ
とより一層の効果を得ることのできるものである。

（ホ） 作用 亜鉛負極の亜鉛活物質層がパルプ繊維と導電性繊維の混
紡不織布によって複数層に分離されていると、亜鉛負極
内部で発生した樹枝状亜鉛が大きく成長して亜鉛負極表
面に到達する前、即ち、まだあまり成長しておらず発生
期の状態にある亜鉛極内部に於いて、前記混紡不織布中
の導電性繊維と樹枝状亜鉛が接触溶解して樹枝状亜鉛の
成長を初期段階で抑えることができ、更に亜鉛負極と正
極との間に前記混紡不織布が介在すると亜鉛負極から成
長してきた樹枝状亜鉛の成長を抑制できるのでより効果
的である。このとき、亜鉛負極と正極との間に介在させ
る混紡不織布は、亜鉛負極表面に接触させて配すると樹
枝状亜鉛の成長をより早期に抑制することができるが、
ポリプロピレンフィルムなどの微孔性フィルムを介して
配しても同様に抑制することが可能である。

また混紡不織布は含液性の良好なパルプ繊維を含むもの
であるので、亜鉛活物質層の間の混紡不織布の存在によ
り亜鉛負極内部まで充分に電解液を供給でき、未反応の
ままで残存し易い亜鉛負極内部の活物質を充放電反応に
関与させることができる。

（ヘ） 実施例 本考案の一実施例を図面に基づき以下に説明する。

第１図は本考案の一実施例に於けるニッケル−亜鉛アル
カリ二次電池の断面図、第２図は第１図の本考案電池に
用いた亜鉛負極の斜視図である。図中（１）は亜鉛負極
であって、次のように構成されている。即ち、酸化亜鉛
からなる活物質93重量部と酸化水銀２重量部との混合粉
末にポリテトラフルオロエチレン分散液５重量部と水を
加えて混練し数回ロール掛を行なって所定の厚みの亜鉛
活物質シートを作製する。この活物質シートを同メッシ
ュからなる負極集電体（２）の両面に圧着して第１の亜
鉛活物質層（3a）を形成し、次いでその表面にパルプ繊
維としてのレーヨン繊維と導電性の炭素繊維を混合した
混紡不織布（4a）を圧着し、更にその表面に前記した活
物質シートを圧着して第２の亜鉛活物質層（3b）を形成
し、その表面に前記の不織布（4a）と同様な混紡不織布
（4b）を圧着して構成されている。（５）はニッケル−
カドミウム電池で公知の焼結式ニッケル正極、（６）は
微孔性ポリプロピレンフィルムセパレータ、（７）は電
槽、（８）は電槽蓋、（９）、（10）は正、負極外部端
子であり、電解液は遊離のものが存在しない程度に液量
が制限されている。

上記構成の本考案のニッケル−亜鉛二次電池（Ａ）と、
比較のため前記レーヨン繊維と炭素繊維の混紡不織布の
代わりにレーヨン繊維を使用して構成した比較電池
（Ｂ）及び、負極集電体の両面に形成する亜鉛活物質層
を単層としその表面にレーヨン繊維と炭素繊維の混紡不
織布を圧着して作製した亜鉛負極を前記亜鉛負極の代わ
りに使用して構成した比較電池（Ｃ）を用い、充放電を
繰り返し行なうことによりサイクル特性を測定した。測
定は1.8AHの電池容量を有する前記本考案電池（Ａ）、
比較電池（Ｂ）及び比較電池（Ｃ）を何れも0.25Cの電
流で4.5時間充電した後、0.25Cの電流で４時間放電する
条件で充放電を繰り返し行ない、この結果を第３図に各
電池の初期容量を100として示す。パルプ繊維と導電性
繊維の混紡不織布によって亜鉛活物質層を複数層に分離
した亜鉛負極を備えた本考案電池（Ａ）、比較電池
（Ｂ）及び（Ｃ）に比べてサイクル特性が向上してい
る。比較電池（Ｂ）のように導電性繊維を混合していな
いパルプ繊維の不織布によって亜鉛活物質層を分離して
亜鉛極内部への電解液供給を改善するだけでは樹枝状亜
鉛の成長を防止することができることがわかる。また、
比較電池（Ｃ）のように亜鉛負極表面だけを導電性繊維
を混合した混紡不織布を使用しただけでは樹枝状亜鉛の
成長は充分に抑制できず、本考案電池のように亜鉛活物
質層を導電性繊維を混合した混紡不織布によって複数層
に分離して、樹枝状亜鉛を亜鉛負極内部に於いて成長初
期にその成長を抑制することが、樹枝状亜鉛の成長抑制
に特に有効で有ることがわかる。

尚、本考案の要点は亜鉛活物質層をパルプ繊維と導電性
繊維の混紡不織布により複数層に分離した積層構造の亜
鉛負極を用いることであり、実施例で示したもの以外に
帯状の負極集電体に複数層の亜鉛活物質層を前記混紡不
織布を介して圧着して亜鉛負極を構成し、この亜鉛負極
を正極と共に渦巻状に巻回して電極体を形成して用いて
も良い。また、実施例では混紡不織布に混合する導電性
繊維として炭素繊維を用いたが、この他導電性繊維とし
ては亜鉛より貴な金属の繊維が使用可能である。

（ト） 考案の効果 本考案のアルカリ亜鉛二次電池は、遊離のものが存在し
ない程度に液量が制限されたアルカリ電解液を備え、亜
鉛負極が複数の亜鉛活物質層をパルプ繊維と導電性繊維
の混紡不織布を介して積層体から構成されているので、
前記混紡不織布中の導電性繊維により樹枝状亜鉛を成長
初期段階で溶解しその成長を抑制するため樹枝状亜鉛の
成長による内部短絡を防止できると共に、前記混紡不織
布中のパルプ繊維が含液性の良好なものであるため亜鉛
負極内部まで充分に電解液を供給できるので内部の活物
質を有効利用することができ、これらにより高容量で且
つ長寿命を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のアルカリ亜鉛二次電池の断面図、第２
図は本考案電池に用いた亜鉛負極の斜視図、第３図は本
考案電池（Ａ）、比較電池（Ｂ）及び（Ｃ）のサイクル
特性図である。 （１）……亜鉛負極、（５）……ニッケル正極、（２）
……負極集電体、（3a）……第１の亜鉛活物質槽、（3
b）……第２の亜鉛活物質槽、（4a）……第１のパルプ
繊維と導電性繊維の混紡不織布、（4b）……第２のパル
プ繊維と導電性繊維の混紡不織布、（６）……微孔性ポ
リプロピレンフィルムセパレータ、（７）……電槽、
（８）……電槽蓋、（９）、（10）……正、負極外部端
子。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】亜鉛負極と、正極と、遊離のものが存在し
   ない程度に液量が制限されたアルカリ電解液を備えるも
   のであって、前記亜鉛負極は複数の亜鉛活物質層をパル
   プ繊維と導電性繊維の混紡不織布を介して積層した積層
   体であることを特徴とするアルカリ亜鉛二次電池。
2. 【請求項２】前記亜鉛負極と正極との間には前記パルプ
   繊維と導電性繊維の混紡不織布が介在することを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第（１）項記載のアルカリ
   亜鉛二次電池。