JPH08339836A - 空気亜鉛電池 - Google Patents
空気亜鉛電池Info
- Publication number
- JPH08339836A JPH08339836A JP7144606A JP14460695A JPH08339836A JP H08339836 A JPH08339836 A JP H08339836A JP 7144606 A JP7144606 A JP 7144606A JP 14460695 A JP14460695 A JP 14460695A JP H08339836 A JPH08339836 A JP H08339836A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- air
- battery
- ptfe resin
- zinc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気極を改良し、信頼性の高い空気亜鉛電池
を提供する。 【構成】 正極として炭素系粉末、無機金属酸化物およ
びＰＴＦＥ樹脂からなる触媒層１と集電体とガス拡散層
とからなる空気極４を有し、負極の主活物質として亜鉛
合金粉を有することを特徴とする空気亜鉛電池におい
て、前記触媒層１において添加するＰＴＦＥ樹脂の添加
量が５〜２０ｗｔ％であり、かつ、含水率が４〜８ｗｔ
％に制御することで電池の初期放電性能、保存性能及び
耐漏液性能が向上し、より高い電池の信頼性が得られ
る。
を提供する。 【構成】 正極として炭素系粉末、無機金属酸化物およ
びＰＴＦＥ樹脂からなる触媒層１と集電体とガス拡散層
とからなる空気極４を有し、負極の主活物質として亜鉛
合金粉を有することを特徴とする空気亜鉛電池におい
て、前記触媒層１において添加するＰＴＦＥ樹脂の添加
量が５〜２０ｗｔ％であり、かつ、含水率が４〜８ｗｔ
％に制御することで電池の初期放電性能、保存性能及び
耐漏液性能が向上し、より高い電池の信頼性が得られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気亜鉛電池、特にその
空気極に関するものである。
空気極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、空気電池等に用いられる触媒層の
製造法として、特開昭６３−１８７５７４号公報にはポ
リテトラフルオロエチレン樹脂（以後ＰＴＦＥ樹脂と略
す）と触媒を含有する触媒層と、ＰＴＦＥ樹脂と無機粉
末を含有する層を一体に形成したもの、また、特開平２
−１７７２６４号公報には、ＰＴＦＥ樹脂と炭素粉末か
らなる層と、ＰＴＦＥ樹脂と非炭素系粉末とからなる層
が一体に形成されたものが提案されている。
製造法として、特開昭６３−１８７５７４号公報にはポ
リテトラフルオロエチレン樹脂（以後ＰＴＦＥ樹脂と略
す）と触媒を含有する触媒層と、ＰＴＦＥ樹脂と無機粉
末を含有する層を一体に形成したもの、また、特開平２
−１７７２６４号公報には、ＰＴＦＥ樹脂と炭素粉末か
らなる層と、ＰＴＦＥ樹脂と非炭素系粉末とからなる層
が一体に形成されたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法は、触媒
層作製時は、湿式で作製されるが、触媒層を含む空気極
の特性として反応ガス、電解液及び触媒の三相界面が形
成されガスと電解液の界面が形成されなければならず、
当然乾燥させなければならない。しかしながら、撥水性
の高いＰＴＦＥ樹脂が多く添加されている場合、乾燥状
態は比較的良好であるが触媒層自身の撥水性が高いため
に三相界面に必要な電解液の浸透性が低下し三相界面に
対する電解液の比率が低下し、放電性能が低下するとい
う現象を引き起こす。
層作製時は、湿式で作製されるが、触媒層を含む空気極
の特性として反応ガス、電解液及び触媒の三相界面が形
成されガスと電解液の界面が形成されなければならず、
当然乾燥させなければならない。しかしながら、撥水性
の高いＰＴＦＥ樹脂が多く添加されている場合、乾燥状
態は比較的良好であるが触媒層自身の撥水性が高いため
に三相界面に必要な電解液の浸透性が低下し三相界面に
対する電解液の比率が低下し、放電性能が低下するとい
う現象を引き起こす。
【０００４】一方ＰＴＦＥ樹脂の添加量が少なくなると
今度は触媒層の撥水性が低下し、電解液の浸透が速すぎ
て、三相界面に必要な反応ガスの比率が低下し、この場
合も放電性能が低下するばかりでなく、触媒層の電解液
に対する耐水圧が低下し、電池作製後保存中に電解液が
空気極を通過し、電池漏液を引き起こす原因となる。
今度は触媒層の撥水性が低下し、電解液の浸透が速すぎ
て、三相界面に必要な反応ガスの比率が低下し、この場
合も放電性能が低下するばかりでなく、触媒層の電解液
に対する耐水圧が低下し、電池作製後保存中に電解液が
空気極を通過し、電池漏液を引き起こす原因となる。
【０００５】本発明では、上記の問題を解決するもので
あって、初期放電特性、保存特性さらには、耐漏液特性
にも優れる空気亜鉛電池を提供するものである。
あって、初期放電特性、保存特性さらには、耐漏液特性
にも優れる空気亜鉛電池を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
本発明は、正極として炭素系粉末、無機金属酸化物およ
びＰＴＦＥ樹脂からなる触媒層と、その触媒層と集電体
とガス拡散層とからなる空気極を有し、負極の主活物質
として亜鉛合金粉を有することを特徴とする空気亜鉛電
池において触媒層中に添加するＰＴＦＥ樹脂を５〜２０
ｗｔ％でかつ含水率を４〜８ｗｔ％の範囲に制御するも
のである。
本発明は、正極として炭素系粉末、無機金属酸化物およ
びＰＴＦＥ樹脂からなる触媒層と、その触媒層と集電体
とガス拡散層とからなる空気極を有し、負極の主活物質
として亜鉛合金粉を有することを特徴とする空気亜鉛電
池において触媒層中に添加するＰＴＦＥ樹脂を５〜２０
ｗｔ％でかつ含水率を４〜８ｗｔ％の範囲に制御するも
のである。
【０００７】
【作用】本発明では触媒層に添加するＰＴＦＥ樹脂添加
量を５〜２０ｗｔ％で、かつ触媒層の含水率を４〜８ｗ
ｔ％としている。このときＰＴＦＥ樹脂添加量が２０ｗ
ｔ％を越えた領域で、触媒層の含水率が４ｗｔ％未満に
なると触媒層自身の撥水性が高くなり、三相界面での液
（電解液＋水分）の占める割合が低くなる。そのために
放電に必要な三相界面に必要な電解液の浸透性を妨げ、
反応に寄与する空気極の有効面積が減少し放電性能が低
下する。
量を５〜２０ｗｔ％で、かつ触媒層の含水率を４〜８ｗ
ｔ％としている。このときＰＴＦＥ樹脂添加量が２０ｗ
ｔ％を越えた領域で、触媒層の含水率が４ｗｔ％未満に
なると触媒層自身の撥水性が高くなり、三相界面での液
（電解液＋水分）の占める割合が低くなる。そのために
放電に必要な三相界面に必要な電解液の浸透性を妨げ、
反応に寄与する空気極の有効面積が減少し放電性能が低
下する。
【０００８】一方ＰＴＦＥ樹脂添加量が５ｗｔ％未満の
領域で、触媒層の含水率が８ｗｔ％を越えると、触媒層
の撥水性が低くなり、次のような結果が生じる。
領域で、触媒層の含水率が８ｗｔ％を越えると、触媒層
の撥水性が低くなり、次のような結果が生じる。
【０００９】すなわち触媒層の含水率が高くなると三相
界面での液（電解液＋水分）の占める割合が高くなる。
しかも水分は、触媒層作製時より存在しているため反応
ガスの浸透性を妨げ、反応に寄与する空気極の有効面積
が減少し放電性能が低下する。
界面での液（電解液＋水分）の占める割合が高くなる。
しかも水分は、触媒層作製時より存在しているため反応
ガスの浸透性を妨げ、反応に寄与する空気極の有効面積
が減少し放電性能が低下する。
【００１０】そして触媒層作製時より存在している水分
の為、特に正極金属集電体付近で後に浸透してきた電解
液が希釈され、電子伝導性が低下し放電性能が低下す
る。
の為、特に正極金属集電体付近で後に浸透してきた電解
液が希釈され、電子伝導性が低下し放電性能が低下す
る。
【００１１】さらに保存中には、正極金属集電体付近の
液（電解液＋水分）が正極金属集電体と触媒層との接触
界面に浸透し、正極金属集電体の集電面積を減少させる
が、触媒層の含水率が高いと、正極金属集電体と触媒層
の接触界面に浸透する液量が増加しさらに保存性能を低
下させる。
液（電解液＋水分）が正極金属集電体と触媒層との接触
界面に浸透し、正極金属集電体の集電面積を減少させる
が、触媒層の含水率が高いと、正極金属集電体と触媒層
の接触界面に浸透する液量が増加しさらに保存性能を低
下させる。
【００１２】また触媒層自身の電解液に対する耐水圧が
低下し、漏液という現象も引き起こしてしまう。
低下し、漏液という現象も引き起こしてしまう。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。
【００１４】図１に、本発明の効果を調べる目的で作製
した円筒型空気亜鉛電池の構造断面図を示した。図中の
４は円筒型空気極で内側から１：触媒層、２：集電体、
３：ガス拡散層である撥水性フッ素樹脂多孔膜である。
した円筒型空気亜鉛電池の構造断面図を示した。図中の
４は円筒型空気極で内側から１：触媒層、２：集電体、
３：ガス拡散層である撥水性フッ素樹脂多孔膜である。
【００１５】この３層構造の円筒型空気極の上部には金
属性の外カップ１３を挿入し、次に金属性の内カップ１
４を円筒型空気極の内側に挿入したのち、外カップ１３
は側面をローラーで溝入れされ空気極に押しつけられ、
内カップ１４は内カップ内径より外径の大きな拡口ピン
によりカップ側面が空気極の方向へ拡口されている。こ
れにより、空気極は金属カップで圧着されて気密となり
封口部の耐漏液特性の優れたものとなる。さらに、耐漏
液特性の信頼性を向上させる目的で外カップの内側面か
ら底面Ｒ部にかけて合成ゴム系のシール剤を塗布するこ
とにより信頼性の高い構造にしている。
属性の外カップ１３を挿入し、次に金属性の内カップ１
４を円筒型空気極の内側に挿入したのち、外カップ１３
は側面をローラーで溝入れされ空気極に押しつけられ、
内カップ１４は内カップ内径より外径の大きな拡口ピン
によりカップ側面が空気極の方向へ拡口されている。こ
れにより、空気極は金属カップで圧着されて気密となり
封口部の耐漏液特性の優れたものとなる。さらに、耐漏
液特性の信頼性を向上させる目的で外カップの内側面か
ら底面Ｒ部にかけて合成ゴム系のシール剤を塗布するこ
とにより信頼性の高い構造にしている。
【００１６】ゲル状亜鉛負極６は円筒型空気極内に構成
挿入されたセパレータ５を介して内部に充填されてい
る。円筒型空気極下部は樹脂封口体１６と正極ケース８
で封口されている。１２は皿底紙、１５は封止剤、７は
空気拡散紙、１０は正極ケースの空気取り入れ孔で、正
極ケース胴部及びケースの封口かしめ部分は多孔質樹脂
チューブ９により被覆絶縁外装されている。更に、電池
を使用するまでは密封シール１１で電池胴部がシールさ
れている。
挿入されたセパレータ５を介して内部に充填されてい
る。円筒型空気極下部は樹脂封口体１６と正極ケース８
で封口されている。１２は皿底紙、１５は封止剤、７は
空気拡散紙、１０は正極ケースの空気取り入れ孔で、正
極ケース胴部及びケースの封口かしめ部分は多孔質樹脂
チューブ９により被覆絶縁外装されている。更に、電池
を使用するまでは密封シール１１で電池胴部がシールさ
れている。
【００１７】次に、本実施例で用いた空気極について説
明する。この空気極は、無機金属酸化物としてマンガン
酸化物４００ｇ、炭素系粉末として活性炭３００ｇ、カ
ーボンブラック１００ｇにＰＴＦＥ樹脂を混合した後、
アルコールを加えて混練し、乾燥後粉砕、整粒したもの
を再度アルコールで混練し５０℃に加熱した２本ローラ
ーに通し圧延し０．５ｍｍに調整を行った。そして得ら
れた触媒シートをアルコールに浸せき後集電体に圧着
し、円筒型空気極を作製した。このときにこの触媒層に
対するＰＴＦＥ樹脂の添加量は重量比で、２．５ｗｔ
％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、
４０ｗｔ％になるように調整を行った。
明する。この空気極は、無機金属酸化物としてマンガン
酸化物４００ｇ、炭素系粉末として活性炭３００ｇ、カ
ーボンブラック１００ｇにＰＴＦＥ樹脂を混合した後、
アルコールを加えて混練し、乾燥後粉砕、整粒したもの
を再度アルコールで混練し５０℃に加熱した２本ローラ
ーに通し圧延し０．５ｍｍに調整を行った。そして得ら
れた触媒シートをアルコールに浸せき後集電体に圧着
し、円筒型空気極を作製した。このときにこの触媒層に
対するＰＴＦＥ樹脂の添加量は重量比で、２．５ｗｔ
％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、
４０ｗｔ％になるように調整を行った。
【００１８】前述した方法で作製した各触媒層の水分量
と電池の各性能を調べた。実験方法は得られた円筒型空
気極中触媒層の水分量を２ｗｔ％、４ｗｔ％、６ｗｔ
％、８ｗｔ％、１０ｗｔ％、１２ｗｔ％になるよう温
度、湿度で調整し、電池での初期の放電性能、６０℃１
ヶ月密封保存での放電性能及び６０℃１ヶ月密封保存で
の漏液試験の結果を（表１）（表２）に示す。放電性能
及び保存性能はそれぞれ試験数ｎ＝５で、５００ｍＡの
低電流放電で終始電圧０．９Ｖまでの持続時間及びばら
つきを調べた。また漏液試験は試験数ｎ＝２０で漏液の
有無を調べた。
と電池の各性能を調べた。実験方法は得られた円筒型空
気極中触媒層の水分量を２ｗｔ％、４ｗｔ％、６ｗｔ
％、８ｗｔ％、１０ｗｔ％、１２ｗｔ％になるよう温
度、湿度で調整し、電池での初期の放電性能、６０℃１
ヶ月密封保存での放電性能及び６０℃１ヶ月密封保存で
の漏液試験の結果を（表１）（表２）に示す。放電性能
及び保存性能はそれぞれ試験数ｎ＝５で、５００ｍＡの
低電流放電で終始電圧０．９Ｖまでの持続時間及びばら
つきを調べた。また漏液試験は試験数ｎ＝２０で漏液の
有無を調べた。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】この結果から初期の放電性能、６０℃１ヶ
月密封保存での放電性能双方ともＰＴＦＥ樹脂の添加量
が５ｗｔ％〜２０ｗｔ％で水分量が４ｗｔ％〜８ｗｔ％
のものが良好な値を示した。さらにＰＴＦＥ樹脂添加量
が２．５ｗｔ％のものの６０℃１ヶ月密封保存での放電
性能の劣化が大きい。この結果からＰＴＦＥ樹脂添加量
が、２．５ｗｔ％と少ない場合、触媒層の撥水性が低く
なり、電解液が触媒層に浸透し三相界面における反応ガ
スの占める割合が低くなる。あるいは、残留水分により
電解液濃度が低下し、電子伝導性が低下する。さらに保
存においては、金属集電体と触媒層との接触界面に電解
液が浸透し集電面積の低下により放電性能の著しい低下
を引き起こしたと考えられる。一方、ＰＴＦＥ樹脂添加
量が３０ｗｔ％以上と高いものは、三相界面における電
解液の占める割合の低下が主な要因と考えられる。
月密封保存での放電性能双方ともＰＴＦＥ樹脂の添加量
が５ｗｔ％〜２０ｗｔ％で水分量が４ｗｔ％〜８ｗｔ％
のものが良好な値を示した。さらにＰＴＦＥ樹脂添加量
が２．５ｗｔ％のものの６０℃１ヶ月密封保存での放電
性能の劣化が大きい。この結果からＰＴＦＥ樹脂添加量
が、２．５ｗｔ％と少ない場合、触媒層の撥水性が低く
なり、電解液が触媒層に浸透し三相界面における反応ガ
スの占める割合が低くなる。あるいは、残留水分により
電解液濃度が低下し、電子伝導性が低下する。さらに保
存においては、金属集電体と触媒層との接触界面に電解
液が浸透し集電面積の低下により放電性能の著しい低下
を引き起こしたと考えられる。一方、ＰＴＦＥ樹脂添加
量が３０ｗｔ％以上と高いものは、三相界面における電
解液の占める割合の低下が主な要因と考えられる。
【００２２】更に、初期の放電性能、６０℃１ヶ月密封
保存での放電性能のばらつきを比べるとＰＴＦＥ樹脂添
加量が高くなるほど、特に保存放電性能においては小さ
くなることから、触媒層の撥水性の低下は金属集電体と
触媒層との接触界面に電解液が浸透し集電面積の低下に
より放電性能の著しい低下を引き起こしたと考えられ
る。
保存での放電性能のばらつきを比べるとＰＴＦＥ樹脂添
加量が高くなるほど、特に保存放電性能においては小さ
くなることから、触媒層の撥水性の低下は金属集電体と
触媒層との接触界面に電解液が浸透し集電面積の低下に
より放電性能の著しい低下を引き起こしたと考えられ
る。
【００２３】次に漏液試験を比較すると、ＰＴＦＥ樹脂
添加量が２．５ｗｔ％で触媒層の水分が１０ｗｔ％以上
になると漏液が発生している。
添加量が２．５ｗｔ％で触媒層の水分が１０ｗｔ％以上
になると漏液が発生している。
【００２４】以上から、触媒層の撥水性は初期及び保存
を含めた放電性能及び耐漏液特性に大きく寄与している
ことが明確となった。
を含めた放電性能及び耐漏液特性に大きく寄与している
ことが明確となった。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明は、正極として炭素
系粉末、無機金属酸化物およびＰＴＦＥ樹脂からなる触
媒層とその触媒層と集電体とガス拡散層とからなる空気
極を有し、負極の主活物質として亜鉛合金粉を有するこ
とを特徴とする空気亜鉛電池において前記触媒層に添加
するＰＴＦＥ樹脂の添加量が５〜２０ｗｔ％であって、
含水率が４〜８ｗｔ％に制御することで電池の初期放電
性能、保存性能及び耐漏液性能が向上し、より高い電池
の信頼性が得られる。
系粉末、無機金属酸化物およびＰＴＦＥ樹脂からなる触
媒層とその触媒層と集電体とガス拡散層とからなる空気
極を有し、負極の主活物質として亜鉛合金粉を有するこ
とを特徴とする空気亜鉛電池において前記触媒層に添加
するＰＴＦＥ樹脂の添加量が５〜２０ｗｔ％であって、
含水率が４〜８ｗｔ％に制御することで電池の初期放電
性能、保存性能及び耐漏液性能が向上し、より高い電池
の信頼性が得られる。
【図１】円筒型空気亜鉛電池の構造断面図
１ 触媒層 ２ 集電体 ３ ガス拡散層 ４ 空気極 ５ セパレータ ６ ゲル状亜鉛負極 ７ 空気拡散紙 ８ 正極ケース ９ 樹脂チューブ １０ 空気取り入れ孔 １１ 密封シール １２ 皿底紙 １３ 外カップ １４ 内カップ １５ 封止剤 １６ 樹脂封口体
Claims (1)
- 【請求項１】炭素系粉末、無機金属酸化物、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂からなる触媒層、その触媒層と集
電体とガス拡散層とからなる空気極と、負極の主活物質
として亜鉛合金粉を有する空気亜鉛電池であって、触媒
層に添加するポリテトラフルオロエチレン樹脂の添加量
が５〜２０ｗｔ％であり、かつ触媒層の含水率が４〜８
ｗｔ％であることを特徴とする空気亜鉛電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7144606A JPH08339836A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7144606A JPH08339836A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08339836A true JPH08339836A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=15365943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7144606A Pending JPH08339836A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 空気亜鉛電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08339836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003514367A (ja) * | 1999-10-26 | 2003-04-15 | ザ ジレット カンパニー | 金属空気電気化学電池のカソード |
-
1995
- 1995-06-12 JP JP7144606A patent/JPH08339836A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003514367A (ja) * | 1999-10-26 | 2003-04-15 | ザ ジレット カンパニー | 金属空気電気化学電池のカソード |
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