JPH1154161A - 空気亜鉛電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気亜鉛電池において、乾燥や多湿等の電池
外部環境に起因する電池性能の劣化を促進することなく
パルス放電性能の向上を図る。 【解決手段】 空気亜鉛電池の正極ケース４の底面と空
気極６との間に活性炭とポリテトラフルオロエチレンか
ら構成されるガス吸着層７を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気亜鉛電池、特に
その正極の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気亜鉛電池は正極活物質として空気中
の酸素を用い、負極活物質として亜鉛を用いるアルカリ
系一次電池であって、正極活物質を電池内部に設置する
空間を不要とするため、アルカリマンガン電池や酸化銀
電池と比較してエネルギー密度が高く、近年、ページャ
ー等の小型電子機器の主電源として、また、水銀電池に
代わる大容量でクリーンな補聴器用電源として急速に普
及している。

【０００３】空気亜鉛電池の正極ケースには電池外部か
ら空気を取り入れる空気孔が設けられ、正極活物質であ
る酸素はこの空気孔を通って電池外部から正極ケース内
部の空気極に供給され、アルカリ水溶液の存在下で電気
化学的に還元される。

【０００４】しかし、空気亜鉛電池はその空気孔を介し
て電池の外部環境の影響を受けやすく、低湿度雰囲気に
おいては、電解液が蒸発し、単位時間あたりのイオン伝
導量が制限され、放電可能な電流量が減少したり、放電
容量の低下を起こす原因となる。高湿度雰囲気において
は、平衡湿度に従って電解液が大気中の水蒸気を吸収し
て電気伝導率の低下やｐＨ値の低下が現れ、放電電流量
の減少、電圧の低下が起こる。また、空気中の二酸化炭
素が電解液に溶け込み、ｐＨ値の低下や電気伝導率の低
下を起こし、電圧，放電容量低下の原因となる。

【０００５】電池に対する外界からの悪影響を軽減する
ために空気孔数を減少するか、あるいは空気孔を小径化
すると、それに伴い酸素の電池内部への流入量も減少
し、放電可能な電流量が制限される。従って現在の製品
は、機器使用上必要な電流に相当する酸素の電池内への
流入量を確保した条件内で、できる限り外界からの悪影
響の少ない空気孔数，空気孔径をもつように設計されて
おり、また、正極ケース底部と空気極との間に樹脂製多
孔膜を設置し、その透気度をコントロールさせて電池性
能の劣化を抑制している。現在、特にページャー用空気
亜鉛電池に機器の多機能化等から放電可能な電流量の増
加が望まれている。そこで空気孔の孔数を増加、あるい
は空気孔径を拡大することで空気極への酸素の流入量を
増加させ、電流特性を向上することは可能であるが、前
述したように電池は外界からの悪影響を受けやすくな
り、電池性能の劣化を促進してしまう。

【０００６】以上のように、現在と同レベルの保存性を
維持した上で電流特性を向上させることは困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決する手
段に、空気中の酸素のみを優先的に透過させる酸素選択
性透過膜を空気孔と空気極の間に設置し、電池性能を低
下させる水蒸気や二酸化炭素の電池内部への流入を防ぐ
方法が考えられるが、常温域で上記するような選択作用
をもった機能材料の入手は実際には難しく、技術的に非
常に困難であると考えられる。

【０００８】そこで本発明は、前記する従来の困難とさ
れていた特殊な機能材料を備えた空気亜鉛電池を提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明の空気亜鉛電池は、正極底部と空気極との
間に、活性炭を主体として構成され放電に必要な酸素を
一定量蓄えるガス吸着層を設置したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、請求項に記載の形態で
実施できるものであり、空気亜鉛電池の正極ケース底面
と空気極の間に設置した活性炭を主体として構成される
ガス吸着層が、空気孔から入った空気中の酸素を窒素等
と共に吸着し、一定量の酸素を空気極近傍に備蓄するこ
とができる。

【００１１】従来の空気亜鉛電池では、ページャーのバ
イブレーター作動等の重負荷放電時に、空気極で放電電
流に相当する量の酸素を消費した時、空気孔から流入で
きる酸素量は限られているため、空気極で消費される酸
素量に空気孔を通って電池内に流入する酸素量が追従す
ることができず、空気極近傍の酸素分圧が低下すること
から分極が起こり放電電圧が低下して、ついには機器回
路の作動電圧を下回ることがある。

【００１２】しかし、本発明の空気亜鉛電池では、正極
ケース底面と空気極の間にガス吸着層が設置されてお
り、ガス吸着された酸素が放電に伴う空気極近傍の酸素
分圧の低下を緩和するために脱離し、その酸素が空気極
に供給され空気極の分極を低減し、ガス供給層に吸着し
た酸素が消耗されるまでの時間内では放電電圧が高く安
定な放電を可能にしている。これにより、電流密度２５
ｍＡ／ｃｍ² 程度の大電流放電時の電圧の低下を抑え、
例えばページャーのバイブレーター等、機器の作動時間
を長時間化できる。

【００１３】また、前記するガス吸着層は請求項２に記
載のように構成比が百分率で活性炭が３５％〜８５％と
するとよい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１５】図１は本発明の空気亜鉛電池の半截断面を
示す。１は負極亜鉛、２は負極ケース、３は樹脂ガスケ
ット、４は正極ケース、５は不織布および半透膜からな
るセパレータ、６は空気極、７は活性炭およびフッ素樹
脂からなるガス吸着層、８は微細孔を有する撥水膜、９
は空気を電池内部に取り入れる空気孔、１０は空気孔９
から流入した空気を空気極６の広範囲に分散させる働き
をもつ空気拡散紙、そして１１は空気孔９を封するシー
ル紙である。

【００１６】空気極６は、マンガン酸化物，活性炭およ
びポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと云
う）の水性ディスパージョンの混合物を練合し、ペース
ト状として正極集電体に充填後、加圧成型し、シート状
にして多孔性フッ素樹脂膜を圧着し、それを打ち抜きパ
ンチによって円形に打ち抜いたものである。

【００１７】ここで、ガス吸着層７は空気極６と同様、
活性炭およびＰＴＦＥの水性ディスパージョンの混合物
を練合し、ペースト状として空気極６の正極ケース４側
に充填し、加圧成型される。

【００１８】図２は従来の空気亜鉛電池の半截断面を示
す。表１は活性炭およびＰＴＦＥの構成比率が異なるガ
ス吸着層を０．１ｍｍの厚さで作成し、それらの吸着層
を用いてページャー用空気亜鉛電池ＰＲ２３３０（直径
２３．２ｍｍ，高さ３．０ｍｍ）を電池Ａ〜電池Ｈと
し、また従来例として図２に示すガス吸着層を備えてい
ないこと以外は本発明と同様の電池Ｉを作製して、それ
ぞれの電池に対して大電流放電の一例として、一般にペ
ージャーの振動呼び出し用のモーターの消費電流に相当
する８０ｍＡの定電流放電試験を行い、放電中の電池電
圧がモーターの作動限界の０．７Ｖに到達するまでの時
間を計測した結果を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から、ガス吸着層７を設置することで
放電特性を向上することができ、またガス吸着層７を構
成する活性炭の構成比率が高くなるに従い吸着酸素量が
多くなるため、空気極６での酸素分圧の低下による分極
が抑制され、電流特性は大きく向上することがわかっ
た。

【００２１】ガス吸着層７は、その目的から極力気層中
に存在することが好ましい。しかし、空気亜鉛電池では
放電に伴い負極ケース内の金属亜鉛が水酸化亜鉛や酸化
亜鉛になるため負極ケース内容物の体積が膨張し、電解
液が正極側に向かって移動する。電解液がガス吸着層７
へ浸入した場合、ガス吸着に有効な活性炭の表面が電解
液で被覆され、初期と同一な酸素の吸着量を保持できな
いため放電特性が劣化する虞がある。

【００２２】電解液のガス吸着層７への浸入を防ぐため
にガス吸着層７のバインダーには撥水性のあるＰＴＦＥ
を用いるが、活性炭との配合比の適正量を知る必要があ
る。そこで、電池Ａ〜電池Ｉについて３００Ωの定抵抗
連続放電を行い、放電開始から電池容量の９０％まで放
電したところで一旦放電を中止して、次いで８０ｍＡの
定電流放電を行った時の放電中の電池電圧が０．７Ｖに
到達するまでの時間を計測した結果と、試験終了後、電
池を分解し、それぞれのガス吸着層にｐＨ試験紙をつけ
た時の色変化を観察した結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２に示す通り、電池Ｈに見られる放電性
能の劣化は試験終了後の電池を分解し、ｐＨ試験紙をガ
ス吸着層につけた時の色変化から電解液の浸入が原因で
あると考えられる。以上の結果より空気極近傍に設置す
るガス吸着層の活性炭の配合比率は３５％〜８５％であ
ることが望ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明では、正極ケース
内部の正極ケース底部と空気極との間に、主に活性炭と
樹脂製バインダーから構成されるガス吸着層を設置する
ことで一定量の酸素を空気極近傍に備蓄し、大電流放電
時には、ガス吸着層に備蓄された酸素が空気極に供給さ
れ、一定時間内で安定な放電が可能であり、しかも従来
と同等の保存特性を有する空気亜鉛電池を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における空気亜鉛電池の構成
を示す半截断面図

【図２】従来の空気亜鉛電池の構成を示す半截断面図

【符号の説明】

１ 負極亜鉛 ２ 負極ケース ３ 樹脂ガスケット ４ 正極ケース ５ セパレータ ６ 空気極 ７ ガス吸着層 ８ 撥水膜 ９ 空気孔 １０ 空気拡散紙 １１ シール紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相馬 直子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属酸化物と炭素材から構成され、空気
   中の酸素の還元反応を起こす空気極と、負極亜鉛金属
   と、アルカリ性電解液で発電要素が構成された空気亜鉛
   電池であって、正極ケース底面と空気極との間に正極ケ
   ースの空気孔から流入した空気を吸着する活性炭を主体
   として構成されるガス吸着層を設けたことを特徴とする
   空気亜鉛電池。
2. 【請求項２】 ガス吸着層が活性炭とポリテトラフルオ
   ロエチレンから構成され、その構成比が重量百分率で活
   性炭が３５％〜８５％とした請求項１記載の空気亜鉛電
   池。