JPH11111256A - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents
亜鉛アルカリ電池Info
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- JPH11111256A JPH11111256A JP9272395A JP27239597A JPH11111256A JP H11111256 A JPH11111256 A JP H11111256A JP 9272395 A JP9272395 A JP 9272395A JP 27239597 A JP27239597 A JP 27239597A JP H11111256 A JPH11111256 A JP H11111256A
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- JP
- Japan
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- fiber
- battery
- aromatic polyamide
- nonwoven fabric
- polyvinyl alcohol
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- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Separators (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】長期安定性と信頼性を向上させた亜鉛アルカリ
電池を提供すること。 【解決手段】亜鉛アルカリ電池のセパレータとして、芳
香族ポリアミド系繊維及びポリビニルアルコール系繊維
を含む不織布またはこれにセルロース系繊維を混合した
不織布を用いることによって、耐アルカリ性に優れかつ
保液性の良好なセパレータが得られ、電池の長期安定性
と信頼性を向上することができる。
電池を提供すること。 【解決手段】亜鉛アルカリ電池のセパレータとして、芳
香族ポリアミド系繊維及びポリビニルアルコール系繊維
を含む不織布またはこれにセルロース系繊維を混合した
不織布を用いることによって、耐アルカリ性に優れかつ
保液性の良好なセパレータが得られ、電池の長期安定性
と信頼性を向上することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は亜鉛アルカリ電池
（一次電池及び二次電池）に関し、さらに詳しくは、セ
パレータを改良して長期安定性、信頼性を向上させた亜
鉛アルカリ電池に関する。
（一次電池及び二次電池）に関し、さらに詳しくは、セ
パレータを改良して長期安定性、信頼性を向上させた亜
鉛アルカリ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、亜鉛アルカリ電池（一次電池及び
二次電池）のセパレータとしては、セルロース系繊維
（例えばマーセル化パルプ，レーヨン等）やポリビニル
アルコール系繊維（例えばＰＶＡ，ビニロン等）を主材
料とした不織布が用いられてきた。これらのうち、ＰＶ
Ａは各セパレータ構成繊維のバインダーとすることを主
目的として使用されている。また、ビニロンは耐アルカ
リ性に優れ、円筒状セパレータの作製時に機械的強度を
確保することを主目的として使用されている。しかし、
これらはアルカリ電解液の保液性が低く、一方セルロー
ス系繊維はアルカリ電解液を保液させることを主目的と
して使用されてきた。
二次電池）のセパレータとしては、セルロース系繊維
（例えばマーセル化パルプ，レーヨン等）やポリビニル
アルコール系繊維（例えばＰＶＡ，ビニロン等）を主材
料とした不織布が用いられてきた。これらのうち、ＰＶ
Ａは各セパレータ構成繊維のバインダーとすることを主
目的として使用されている。また、ビニロンは耐アルカ
リ性に優れ、円筒状セパレータの作製時に機械的強度を
確保することを主目的として使用されている。しかし、
これらはアルカリ電解液の保液性が低く、一方セルロー
ス系繊維はアルカリ電解液を保液させることを主目的と
して使用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セルロ
ース系繊維は強アルカリ性の電解液中での安定性に乏し
く、分解・溶出などの劣化によりセパレータの最も重要
な役割である正極活物質と負極活物質の分離機能が低下
してしまい、長期貯蔵中には電池内部の短絡現象につな
がる。したがってセルロース系繊維をあまり多く混合す
るのは好ましくない。
ース系繊維は強アルカリ性の電解液中での安定性に乏し
く、分解・溶出などの劣化によりセパレータの最も重要
な役割である正極活物質と負極活物質の分離機能が低下
してしまい、長期貯蔵中には電池内部の短絡現象につな
がる。したがってセルロース系繊維をあまり多く混合す
るのは好ましくない。
【０００４】本発明は、上記状況に鑑みてなされたもの
で、その目的は耐アルカリ性に優れ、かつ保液性に優れ
たセパレータを用いることにより、長期安定性、信頼性
を向上させた安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を提供す
ることにある。
で、その目的は耐アルカリ性に優れ、かつ保液性に優れ
たセパレータを用いることにより、長期安定性、信頼性
を向上させた安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、亜鉛アルカリ
電池において、芳香族ポリアミド系繊維及びポリビニル
アルコール系繊維を含む不織布、あるいはさらにセルロ
ース系繊維を含む不織布をセパレータとして使用するこ
とによって上記課題を解決し、長期安定性、信頼性を向
上させた安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を提供するも
のである。
電池において、芳香族ポリアミド系繊維及びポリビニル
アルコール系繊維を含む不織布、あるいはさらにセルロ
ース系繊維を含む不織布をセパレータとして使用するこ
とによって上記課題を解決し、長期安定性、信頼性を向
上させた安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を提供するも
のである。
【０００６】芳香族ポリアミドは主鎖中にアミド結合−
ＣＯ−ＮＨ−をもつ芳香族の重合体であり、本発明では
それを繊維状にしたものを使用する。芳香族ポリアミド
系繊維、例えばポリｐ−フェニレン・テレフタルアミド
繊維は叩解処理により不織布の細孔径を小さくすること
が可能である。しかも耐アルカリ性にも優れ、長期貯蔵
しても劣化がほとんどないため、正極活物質と負極活物
質の分離機能が保持でき、電池内部の短絡現象を抑える
ことができる。さらに、親水性も有しているので保液性
も確保できる。
ＣＯ−ＮＨ−をもつ芳香族の重合体であり、本発明では
それを繊維状にしたものを使用する。芳香族ポリアミド
系繊維、例えばポリｐ−フェニレン・テレフタルアミド
繊維は叩解処理により不織布の細孔径を小さくすること
が可能である。しかも耐アルカリ性にも優れ、長期貯蔵
しても劣化がほとんどないため、正極活物質と負極活物
質の分離機能が保持でき、電池内部の短絡現象を抑える
ことができる。さらに、親水性も有しているので保液性
も確保できる。
【０００７】しかしながら、芳香族ポリアミド系繊維だ
けでは機械的強度が弱く電池製造時の作業性が悪いの
で、ポリビニルアルコール系繊維を混合して機械的強度
を確保する必要がある。
けでは機械的強度が弱く電池製造時の作業性が悪いの
で、ポリビニルアルコール系繊維を混合して機械的強度
を確保する必要がある。
【０００８】また電池の種類によっては、芳香族ポリア
ミド系繊維とポリビニルアルコール系繊維だけからなる
不織布では保液性が十分とはいえないので、他の保液性
に優れた繊維も添加することが望ましい。例えばアルカ
リ乾電池では、さらにセルロース系繊維を混合した方が
好ましく、この場合、叩解処理をした芳香族ポリアミド
系繊維が含まれていれば、セルロース系繊維が含まれて
いても長期貯蔵中の電池内部の短絡現象は抑えられる。
ミド系繊維とポリビニルアルコール系繊維だけからなる
不織布では保液性が十分とはいえないので、他の保液性
に優れた繊維も添加することが望ましい。例えばアルカ
リ乾電池では、さらにセルロース系繊維を混合した方が
好ましく、この場合、叩解処理をした芳香族ポリアミド
系繊維が含まれていれば、セルロース系繊維が含まれて
いても長期貯蔵中の電池内部の短絡現象は抑えられる。
【０００９】なお、芳香族ポリアミド系繊維は、ポリビ
ニルアルコール系繊維やセルロース系繊維と比較して非
常に高価な材料であるので、コストを考慮すると、例え
ばアルカリ乾電池用としては、芳香族ポリアミド系繊維
を叩解処理し、これをセパレータ構成材料の３０ｗｔ％
以下の混合率で使用することが望ましい。
ニルアルコール系繊維やセルロース系繊維と比較して非
常に高価な材料であるので、コストを考慮すると、例え
ばアルカリ乾電池用としては、芳香族ポリアミド系繊維
を叩解処理し、これをセパレータ構成材料の３０ｗｔ％
以下の混合率で使用することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、アルカリ乾電池について、
本発明の実施例及び比較例を詳細に説明する。
本発明の実施例及び比較例を詳細に説明する。
【表１】
【００１１】まず、表１に記載した繊維材料配合からな
る不織布を作製した。このうち実施例１は、従来のアル
カリ乾電池用の不織布である比較例１のセルロース系繊
維の配合比を減らし、代わりにポリｐ−フェニレン・テ
レフタルアミドを叩解処理したものを混合したものであ
る。比較例１は従来のアルカリ乾電池用の不織布であ
り、比較例２は比較例１と同じ繊維材料配合ではあるが
マーセル化パルプ及びレーヨンの叩解処理を行って細孔
径を小さくしたものである。また、実施例２は実施例１
と繊維材料配合及び密度が同等で厚さが薄いもの、実施
例３は実施例１と繊維材料配合及び厚さが同等で密度が
低いものである。
る不織布を作製した。このうち実施例１は、従来のアル
カリ乾電池用の不織布である比較例１のセルロース系繊
維の配合比を減らし、代わりにポリｐ−フェニレン・テ
レフタルアミドを叩解処理したものを混合したものであ
る。比較例１は従来のアルカリ乾電池用の不織布であ
り、比較例２は比較例１と同じ繊維材料配合ではあるが
マーセル化パルプ及びレーヨンの叩解処理を行って細孔
径を小さくしたものである。また、実施例２は実施例１
と繊維材料配合及び密度が同等で厚さが薄いもの、実施
例３は実施例１と繊維材料配合及び厚さが同等で密度が
低いものである。
【００１２】これらの不織布を、所定の大きさに裁断し
て円筒状に３重に巻き、更に円形の底紙を熱融着するこ
とにより有底円筒状のセパレータを作製した。こうして
得られたセパレータを用いて、図１に示すＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組み立てた。
て円筒状に３重に巻き、更に円形の底紙を熱融着するこ
とにより有底円筒状のセパレータを作製した。こうして
得られたセパレータを用いて、図１に示すＪＩＳ規格Ｌ
Ｒ６形（単３形）アルカリ電池を組み立てた。
【００１３】この図において、１は正極端子を兼ねる有
底円筒形の金属缶であり、この金属缶１内には円筒状に
加圧成形した３個の正極合剤２が分割充填されている。
正極合剤２は二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末を混合し、
これを成形型を用いて所定の圧力で中空円筒状に加圧成
形したものである。また、正極合剤２の中空部には、前
記の繊維配合の不織布からなる有底円筒状のセパレータ
３を介して、無汞化亜鉛合金粉末、アルカリ電解液及び
ゲル化剤としてのポリアクリル酸ソーダからなるゲル状
亜鉛負極４が充填されている。ゲル状亜鉛負極４内には
真鍮製の負極集電棒５が、その上端部をゲル状負極４よ
り突出するように挿着されている。負極集電棒５の突出
部外周面及び金属缶１の上部内周面には二重環状のポリ
アミド樹脂からなる絶縁ガスケット６が配設されてい
る。また、ガスケット６の二重環状部の間にはリング状
の金属板７が配設され、かつ金属板７には負極端子を兼
ねる帽子形の金属封口板８が集電棒５の頭部に当接する
ように配設されている。そして、金属缶１の開口縁を内
方に屈曲させることによりガスケット６及び金属封口板
８で金属缶１内を密封口している。以上のようにして組
み立てた各ＬＲ６形電池について、短寿命発生率及び貯
蔵放電維持率を調べ、その結果を表２に示した。
底円筒形の金属缶であり、この金属缶１内には円筒状に
加圧成形した３個の正極合剤２が分割充填されている。
正極合剤２は二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末を混合し、
これを成形型を用いて所定の圧力で中空円筒状に加圧成
形したものである。また、正極合剤２の中空部には、前
記の繊維配合の不織布からなる有底円筒状のセパレータ
３を介して、無汞化亜鉛合金粉末、アルカリ電解液及び
ゲル化剤としてのポリアクリル酸ソーダからなるゲル状
亜鉛負極４が充填されている。ゲル状亜鉛負極４内には
真鍮製の負極集電棒５が、その上端部をゲル状負極４よ
り突出するように挿着されている。負極集電棒５の突出
部外周面及び金属缶１の上部内周面には二重環状のポリ
アミド樹脂からなる絶縁ガスケット６が配設されてい
る。また、ガスケット６の二重環状部の間にはリング状
の金属板７が配設され、かつ金属板７には負極端子を兼
ねる帽子形の金属封口板８が集電棒５の頭部に当接する
ように配設されている。そして、金属缶１の開口縁を内
方に屈曲させることによりガスケット６及び金属封口板
８で金属缶１内を密封口している。以上のようにして組
み立てた各ＬＲ６形電池について、短寿命発生率及び貯
蔵放電維持率を調べ、その結果を表２に示した。
【００１４】
【表２】
【００１５】短寿命発生率は、それぞれの電池５０個に
ついて３．９Ω間欠放電を行い、終止電圧０．９Ｖまで
の持続時間が最高持続時間の８０％未満のものを短寿命
とし、その比率（％）を示した。また貯蔵放電維持率
は、それぞれの電池５０個を６０℃の雰囲気中に４０日
間貯蔵後、２Ω連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまで
の持続時間を求め、貯蔵前の放電持続時間を１００％と
したときの比率の平均値を示した。
ついて３．９Ω間欠放電を行い、終止電圧０．９Ｖまで
の持続時間が最高持続時間の８０％未満のものを短寿命
とし、その比率（％）を示した。また貯蔵放電維持率
は、それぞれの電池５０個を６０℃の雰囲気中に４０日
間貯蔵後、２Ω連続放電を行い、終止電圧０．９Ｖまで
の持続時間を求め、貯蔵前の放電持続時間を１００％と
したときの比率の平均値を示した。
【００１６】３．９Ω間欠放電の短寿命発生は、おそら
く放電休止中に放電生成物が結晶化することにより導電
性のデンドライトが成長し、ついには正・負極間を短絡
することにより起きるものと考えられ、セパレータの細
孔径サイズに関係すると思われる。比較例１と比較例２
とを比べると、細孔径が小さい比較例２の方が短寿命が
発生しにくいことがわかり、さらに実施例１では発生し
ていない。比較例２と実施例１は細孔径がほぼ同等であ
るが、耐アルカリ性の違いから比較例２のセルロース径
繊維が評価期間中に劣化して分離機能が低下し、短寿命
が発生するに至ったためと考えられる。
く放電休止中に放電生成物が結晶化することにより導電
性のデンドライトが成長し、ついには正・負極間を短絡
することにより起きるものと考えられ、セパレータの細
孔径サイズに関係すると思われる。比較例１と比較例２
とを比べると、細孔径が小さい比較例２の方が短寿命が
発生しにくいことがわかり、さらに実施例１では発生し
ていない。比較例２と実施例１は細孔径がほぼ同等であ
るが、耐アルカリ性の違いから比較例２のセルロース径
繊維が評価期間中に劣化して分離機能が低下し、短寿命
が発生するに至ったためと考えられる。
【００１７】この耐アルカリ性の効果は、２Ω連続放電
の貯蔵放電維持率にも現れており、比較例１よりも実施
例１の維持率の方がよかった。また、比較例２は比較例
１よりも更に劣化しているが、これは、比較例２の方が
セルロース系繊維の叩解を進めており、より細い繊維と
なっているために、劣化の点ではより速く進行してしま
うことが原因と考えられる。
の貯蔵放電維持率にも現れており、比較例１よりも実施
例１の維持率の方がよかった。また、比較例２は比較例
１よりも更に劣化しているが、これは、比較例２の方が
セルロース系繊維の叩解を進めており、より細い繊維と
なっているために、劣化の点ではより速く進行してしま
うことが原因と考えられる。
【００１８】実施例２は実施例１と他の条件はほぼ同じ
で厚さを薄くした点が異なるものであるが、短寿命が発
生しており、短寿命防止には厚さの要因も大きく寄与す
ることがわかる。しかし、厚さがはるかに厚い比較例１
や比較例２よりも短寿命発生は少なく、本発明の効果が
わかる。このように不織布の厚さが薄すぎると短寿命化
を招くが、逆に厚すぎると電池の活物質の充填量が少な
くなり、また、電極間距離が広がることになって、内部
抵抗が上昇する。したがって、２５０μｍ〜５００μｍ
の範囲の厚さが望ましい。
で厚さを薄くした点が異なるものであるが、短寿命が発
生しており、短寿命防止には厚さの要因も大きく寄与す
ることがわかる。しかし、厚さがはるかに厚い比較例１
や比較例２よりも短寿命発生は少なく、本発明の効果が
わかる。このように不織布の厚さが薄すぎると短寿命化
を招くが、逆に厚すぎると電池の活物質の充填量が少な
くなり、また、電極間距離が広がることになって、内部
抵抗が上昇する。したがって、２５０μｍ〜５００μｍ
の範囲の厚さが望ましい。
【００１９】実施例３では厚さはあるが密度は低いの
で、短寿命が発生している。ただし、密度が高すぎると
保液量が少なくなり反応に必要な電解液が保持できなく
なったり、繊維間の結合力が弱いと逆に電解液により膨
潤し過ぎてしまい、電池の活物質量が少なくなる場合も
あるので、０．２５ｇ／ｃｍ3 〜０．４０ｇ／ｃｍ3 の
範囲の密度が望ましい。
で、短寿命が発生している。ただし、密度が高すぎると
保液量が少なくなり反応に必要な電解液が保持できなく
なったり、繊維間の結合力が弱いと逆に電解液により膨
潤し過ぎてしまい、電池の活物質量が少なくなる場合も
あるので、０．２５ｇ／ｃｍ3 〜０．４０ｇ／ｃｍ3 の
範囲の密度が望ましい。
【００２０】なお、本実施例以外の亜鉛負極とアルカリ
電解液を使用した電池（一次電池及び二次電池）でも、
その電池のセパレータに要求される細孔径、機械的強度
や吸液性に応じて繊維材料配合や叩解度を変えたセパレ
ータを使用することにより、長期安定性、信頼性を向上
させることを確認している。
電解液を使用した電池（一次電池及び二次電池）でも、
その電池のセパレータに要求される細孔径、機械的強度
や吸液性に応じて繊維材料配合や叩解度を変えたセパレ
ータを使用することにより、長期安定性、信頼性を向上
させることを確認している。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の亜鉛アル
カリ電池は、セパレータの材料構成を改良したことによ
り、電池の長期安定性や信頼性を向上させることができ
る。
カリ電池は、セパレータの材料構成を改良したことによ
り、電池の長期安定性や信頼性を向上させることができ
る。
【図１】本発明の一実施例であるアルカリ電池の断面
図。
図。
１…金属缶、２…正極合剤、３…セパレータ、４…ゲル
状亜鉛負極、５…負極集電棒、６…絶縁ガスケット、７
…リング状金属板、８…金属封口板。
状亜鉛負極、５…負極集電棒、６…絶縁ガスケット、７
…リング状金属板、８…金属封口板。
Claims (4)
- 【請求項１】 芳香族ポリアミド系繊維及びポリビニル
アルコール系繊維を含む不織布をセパレータとして使用
したことを特徴とする亜鉛アルカリ電池。 - 【請求項２】 芳香族ポリアミド系繊維、ポリビニルア
ルコール系繊維及びセルロース系繊維を含む不織布をセ
パレータとして使用したことを特徴とする亜鉛アルカリ
電池。 - 【請求項３】 芳香族ポリアミド系繊維がポリｐ−フェ
ニレン・テレフタルアミド繊維である請求項１または請
求項２記載の亜鉛アルカリ電池。 - 【請求項４】 芳香族ポリアミド系繊維が叩解処理され
ている請求項１または請求項２記載の亜鉛アルカリ電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9272395A JPH11111256A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 亜鉛アルカリ電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9272395A JPH11111256A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 亜鉛アルカリ電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111256A true JPH11111256A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17513305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9272395A Pending JPH11111256A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 亜鉛アルカリ電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11111256A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001155707A (ja) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Toshiba Battery Co Ltd | アルカリ電池 |
| WO2003009406A1 (en) * | 2001-07-19 | 2003-01-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline dry battery |
| WO2003098720A1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-11-27 | Mitsubishi Paper Mills Limited | Non-woven fabric for separator of alkali cell and method for production thereof |
| EP1542295A1 (en) * | 2002-09-11 | 2005-06-15 | Kuraray Co., Ltd. | Separator for alkaline battery and battery using same |
| US7740984B2 (en) | 2004-06-04 | 2010-06-22 | Rovcal, Inc. | Alkaline cells having high capacity |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP9272395A patent/JPH11111256A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001155707A (ja) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Toshiba Battery Co Ltd | アルカリ電池 |
| WO2003009406A1 (en) * | 2001-07-19 | 2003-01-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline dry battery |
| US7244529B2 (en) | 2001-07-19 | 2007-07-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline dry battery |
| WO2003098720A1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-11-27 | Mitsubishi Paper Mills Limited | Non-woven fabric for separator of alkali cell and method for production thereof |
| EP1560281A1 (en) * | 2002-05-22 | 2005-08-03 | Mitsubishi Paper Mills Limited | Non-woven fabric for separator of alkali cell and method for production thereof |
| CN100364147C (zh) * | 2002-05-22 | 2008-01-23 | 三菱制纸株式会社 | 碱性电池隔膜用无纺布及其制造方法 |
| US7405172B2 (en) | 2002-05-22 | 2008-07-29 | Mitsubishi Paper Mills Limited | Non-woven fabric for separator of alkali cell and method for production thereof |
| EP1560281A4 (en) * | 2002-05-22 | 2010-07-14 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | FLEECE MATERIAL FOR A TRACEING ALKALIZELLE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| EP1542295A1 (en) * | 2002-09-11 | 2005-06-15 | Kuraray Co., Ltd. | Separator for alkaline battery and battery using same |
| EP1542295A4 (en) * | 2002-09-11 | 2010-07-21 | Kuraray Co | SEPARATOR FOR ALKALINE BATTERIES AND BATTERY WITH SEPARATOR |
| US7740984B2 (en) | 2004-06-04 | 2010-06-22 | Rovcal, Inc. | Alkaline cells having high capacity |
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