JPH10340719A - アルカリ乾電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極材料中におけるバインダーの含有率を増
加させることなく、バインダーの結着効果を増加させ、
正極の強度を高め、製造工程中での正極の割れや欠けを
減少させて生産性を向上させるとともに、保存による放
電持続時間の低下を抑制し、かつ電池容量の低下を防止
したアルカリ乾電池を提供する。 【解決手段】 バインダーを含む正極材料をバインダー
の融点または軟化点近くに加熱して、正極の強度を増加
させる工程を経てアルカリ乾電池を製造する。上記バイ
ンダーとしてはポリエチレンが好ましく、加熱温度とし
ては１００〜１４０℃が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ乾電池お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ乾電池の正極材料は、一般に正
極活物質としての二酸化マンガン、導電助剤としての黒
鉛を主成分とし、これに結着性を持たせるためのバイン
ダーを含み、その成形にあたっては、水または電解液を
含ませている。この正極材料中にバインダーを含有させ
るのは、アルカリ乾電池の正極が、成形後に電解液を吸
収したり、微量のガスが発生することによって正極材料
間の結着力が緩んで導電性が低下し、放電持続時間が低
下するため、この放電持続時間の低下を抑制するととも
に、製造工程中での正極の割れや欠けを減少させて生産
性を向上させるという理由によるものである。

【０００３】そして、このバインダーの正極材料中にお
ける含有率を高くすると、正極の強度を高めることがで
き、生産性を向上させることができるとともに、保存に
よる放電持続時間の低下を抑制することができるという
効果がある反面、活物質の充填量が減少して、電池容量
が低下する。

【０００４】このバインダーとしては、耐アルカリ性を
備えた有機物、たとえば、ポリエチレン、ポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリル酸ソーダ
（ＳＰＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、スチレ
ンブタジエンゴム（ＳＢＲ）など、種々の有機物が用い
られているが、決定的な物質はなく、バインダーの選択
だけでは保存による放電持続時間の低下と電池容量の低
下を一挙に解決することはできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、正極材
料中におけるバインダーの含有率を高くすると、バイン
ダーの結着効果を増加させることができ、正極の強度を
高くして、生産性を向上させることができるとともに、
保存による放電持続時間の低下を防止することができる
が、正極材料中におけるバインダーの含有率を高くする
と、活物質の充填量が減少して、電池容量が低下する。

【０００６】従って、本発明は、上記のような従来技術
における問題点を解決し、正極材料中におけるバインダ
ーの含有率を増加させることなく、バインダーの結着効
果を増加させ、生産性を向上させるとともに、保存によ
る放電持続時間の低下を抑制し、かつ電池容量の低下を
防止したアルカリ乾電池を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、バインダーを含
む正極材料をバインダーの融点または軟化点近くに加熱
するときは、バインダーと正極活物質の二酸化マンガン
などとの結着性が向上して、正極材料におけるバインダ
ーの含有率を増加させることなく、正極の強度を高める
ことができ、上記課題を解決できることを見出し、本発
明を完成するにいたった。

【０００８】すなわち、上記のように加熱することによ
り、バインダーの結着効果が増加して、正極の強度を高
めることができ、それによって製造工程中での正極の割
れや欠けが減少して生産性が向上するとともに、電池を
保存した時に電解液による正極の膨潤が少なくなり、保
存中の導電性の低下が抑制されて、保存による放電持続
時間の低下が抑制されるようになる。また、バインダー
の含有量を増加させる必要がないので、電池容量の低下
を招くことがなく、電池容量の低下を防止することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明するにあたっ
て、先に従来のアルカリ乾電池の正極の一般的な製造工
程を示すと、図３に示すように、まず、活物質と導電助
剤とバインダーと水または電解液とを混合し、ついで、
つぎの成形工程での生産性を向上させるために１０〜１
００メッシュ程度に造粒する。ただし、この造粒工程は
必須の工程ではなく、省略することができる。つぎに正
極材料を筒形に成形し、その成形体を正極缶に挿入す
る。そして、成形体を正極缶に挿入するとき、または成
形体を正極缶に挿入した後、加圧して上記正極材料の成
形体と正極缶との密着性を高めるための圧着工程を行
い、正極にされる。

【００１０】これに対して、本発明では、図１に示すよ
うに、上記混合後または造粒後に加熱するか（加熱
）、または成形後、正極缶への挿入前または挿入後、
さらには圧着後に加熱する（加熱、加熱、加熱
）。この加熱は、図１に「加熱」、「加熱」、
「加熱」、「加熱」と記入した工程中のいずれで行
ってもよいし、また、２以上の工程で行ってもよい。そ
して、この加熱を行う以外は、図３に示した従来の正極
の製造方法と同様の方法で正極を製造することができ
る。

【００１１】本発明において、正極活物質としては二酸
化マンガンなどが用いられ、導電助剤としてはたとえば
黒鉛などが用いられ、バインダーとしてはたとえばポリ
エチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル
酸ソーダ、ポリビニルアルコール、スチレンブタジエン
ゴムなどが用いられ、特にポリエチレンが所定の結着性
を得るための価格が安価であることから適している。

【００１２】加熱はバインダーの融点または軟化点近く
の温度で行うので、加熱温度は使用するバインダーによ
って異なるが、一般的には９０〜１５０℃程度が好まし
い。加熱温度が低下すぎるとバインダーの結着効果が増
加せず、加熱温度が高すぎると二酸化マンガンに含まれ
る結晶水が蒸発し、二酸化マンガンの性質が変化して電
池性能が損なわれるおそれがあるので、たとえば、バイ
ンダーとしてポリエチレンを用いる場合、加熱温度は１
００〜１４０℃が好ましい。また、加熱時間は、加熱温
度やバインダーの種類によっても異なるが、３〜１５分
程度が好ましい。

【００１３】バインダーの使用量は従来と同程度でよ
く、たとえば、正極材料中にバインダーを０．３〜１．
５重量％程度含有させればよく、特に０．３〜０．７重
量％程度の比較的少ない含有量でも良好な結着効果を発
現させることができる。

【００１４】上記のようなバインダーの融点または軟化
点近くでの加熱により、バインダーの結着効果が増加し
て、バインダーと正極活物質の二酸化マンガンなどとの
結着性が向上し、正極の強度が高くなり、製造工程中で
の正極の割れや欠けが減少して生産性が向上するととも
に、電池を保存した時に電解液による正極の膨潤が少な
くなり、保存中の導電性の低下が抑制され、保存による
放電持続時間の低下が抑制されるようになる。

【００１５】

【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。

【００１６】実施例１ 電解二酸化マンガン８９重量部と黒鉛と濃度３５重量％
の水酸化カリウム水溶液からなる電解液とを含む主正極
材料９９重量部に、バインダーとして軟化点が９６℃で
平均粒径が１８μｍのポリエチレン粉末を１重量部添加
し、攪拌・混合した。得られた混合物をプレス・粉砕し
た後、５０メッシュパスの大きさに造粒し、得られた造
粒粉末を１４０℃で５分間加熱した。つぎにプレス機で
筒形に成形した後、該成形体を４個積み重ねるようにし
て正極缶に挿入し、さらに加圧して上記成形体を正極缶
に圧着させて正極とした。この正極と公知のセパレー
タ、電解液、亜鉛ペーストなどを用いて図２に示す構造
の単３形アルカリ乾電池を作製した。

【００１７】ここで、図２に示すアルカリ乾電池につい
て説明すると、正極１は上記のようにポリエチレンをバ
インダーとして用い、造粒後、加熱した正極材料を筒形
に成形し、その筒形成形体を４個積み重ねて端子付きの
正極缶２内に挿入し、上方から加圧して上記正極材料の
成形体を正極缶２の内面に圧着したものである。

【００１８】セパレータ３は上記正極１と亜鉛ペースト
からなる負極４との間に配置し、上記亜鉛ペーストは亜
鉛粉末と水酸化カリウム水溶液にゲル化剤を添加してゲ
ル状にしたアルカリ電解液とで調製され、この亜鉛ペー
ストからなる負極４中に負極集電体５の先端部側が挿入
され、正極缶２の開口部は上記負極集電体５の頭部、封
口体６、金属ワッシャ７、樹脂ワッシャ８、絶縁キャッ
プ９、負極端子板１０などで封口され、正極缶２の外周
部は樹脂外装体１１で外装されている。

【００１９】上記のようにして作製した電池の一部を８
０℃で５日間および８日間保存し、後記の放電持続時間
の測定に供した。

【００２０】実施例２ 実施例１と同様の電解二酸化マンガンと黒鉛と電解液と
を含む主正極材料９９重量部に、バインダーとして実施
例１と同様の軟化点が９６℃で平均粒径が１８μｍのポ
リエチレン粉末を１重量部添加し、攪拌・混合した。得
られた混合物を５０メッシュパスの大きさに造粒した
後、プレス機で筒形に成形し、得られた筒形成形体を４
個積み重ねるようにして正極缶に挿入し、加圧して上記
正極材料の成形体を正極缶に圧着して正極とした。

【００２１】この正極を８０℃、１００℃、１２０℃、
１４０℃、１６０℃の各温度でそれぞれ５分間加熱し、
これらの正極を用いた以外は、実施例１と同様にして単
３形アルカリ乾電池を作製した。このようにして作製し
た電池の一部を８０℃で５日間および８日間保存して、
後記の放電持続時間の測定に供した。

【００２２】比較例１ 従来技術に従い、実施例１におけるような加熱を行わな
かった以外は、実施例１と同様にして単３形アルカリ乾
電池を作製した。作製した電池の一部を８０℃で５日間
および８日間保存して、放電持続時間の測定に供した。

【００２３】上記実施例１のように正極材料を造粒後、
１４０℃で５分間加熱してから筒形に成形した成形体、
実施例２のように正極材料を筒形に成形後に８０℃、１
００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃の各温度でそれ
ぞれ５分間加熱した成形体、および比較例１のように従
来技術に従い加熱をしていない筒形成形体のそれぞれに
側面から応力を加え、応力を徐々に増加させて、成形体
が破壊されるときの応力値を測定した。その結果を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示す結果から明らかなように、１０
０℃以上に加熱することにより、正極材料が強固に結着
し、成形体の強度が高くなって、成形体が破壊されるま
での応力値が上昇する。この結果から、製造工程中での
正極の割れや欠けが少なくなり、生産性の向上すること
がわかる。

【００２６】つぎに、実施例１〜２の電池および比較例
１の電池を２０℃、抵抗２Ωで放電させ、電池の端子電
圧が０．９Ｖに下がるまでの放電持続時間を測定した。
その結果を表２に示す。放電持続時間の測定は、実施例
１〜２および比較例１の電池において、それぞれ製造直
後の電池、８０℃で５日間保存後（表２には「８０℃５
日後」で表示）の電池および８０℃で８日間保存後（表
２には「８０℃８日後」で表示）の電池について行っ
た。上記のように８０℃で５日間保存したときの正極の
膨潤の程度は２０℃で３年間保存したときと同レベル
で、８０℃で８日間保存したときの正極の膨潤の程度は
２０℃で５年間保存したときと同レベルであることが経
験的にわかっている。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示すように、１００〜１４０℃で加
熱したものは、比較例１のような加熱をしていないもの
に比べて、放電持続時間が大きく、かつ保存による放電
持続時間の低下が少なかった。

【００２９】上記実施例では、バインダーとしてポリエ
チレンを用いた場合を例示したが、ポリエチレンと同様
に加熱により結着効果が増加するポリテトラフルオロエ
チレン、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルアルコー
ル、スチレンブタジエンゴムなどをバインダーとして用
いた場合にも、実施例で示したポリエチレンの場合と同
様の効果を奏することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、加熱
によりバインダーの結着効果を増加させることにより、
正極の強度を高め、生産性を向上させるとともに、保存
中の正極の膨潤を抑制して、保存による放電持続時間の
低下を抑制し、かつ電池容量の低下を防止することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルカリ乾電池における正極の製造工
程図である。

【図２】本発明のアルカリ乾電池の一例を示す部分断面
図である。

【図３】従来のアルカリ乾電池の正極の製造工程図であ
る。

【符号の説明】

１ 正極 ３ セパレータ ４ 負極

フロントページの続き (72)発明者 長井 龍 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダーを含む正極材料をバインダー
   の融点または軟化点近くに加熱して、正極の強度を増加
   させる工程を経て製造されたことを特徴とするアルカリ
   乾電池。
2. 【請求項２】 バインダーがポリエチレンで、加熱温度
   が１００〜１４０℃である請求項１記載のアルカリ乾電
   池。
3. 【請求項３】 バインダーを含む正極材料をバインダー
   の融点または軟化点近くに加熱して、正極の強度を増加
   させる工程を経てアルカリ乾電池を製造することを特徴
   とするアルカリ乾電池の製造方法。
4. 【請求項４】 バインダーがポリエチレンで、加熱温度
   が１００〜１４０℃である請求項２記載のアルカリ乾電
   池の製造方法。