JPS601770A - ボタン型空気亜鉛電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、補聴器用電源などして用いられるボタン型空
気亜鉛電池に関するものである。

従来例の構成とその問題点 ２ベニ゛ 近年、高年齢化に伴って医療機器の分野が注目されるよ
うになってきた。、その中で難聴対策として補聴器の需
要も急速に伸びてきつつあり、これにつれて電源電池へ
の要求も高まってきている。

従来より、補聴器の電源として水銀電池がよく用いられ
ている。

水銀電池の場合、その利点として容量当りのコストが安
価であること、放電電圧が安定していることなどがあげ
られる。ところが、一方では補聴器電源としては、比較
的重量が重く、例えば、直径１１．６＋ｍｎ、高さ６．
４聾のもので約３ｇである。

また電池容量が少ないために約２週間で電池の取り換が
必要であること、さらに水銀電池に用いる正極活物質自
身が公害の原因となり得る問題があった０ これらの問題に対して注目されてきた電池としてボタン
型空気亜鉛電池があげられる。

この電池の特徴は、正極の活物質として空気中の酸素を
用いるために、負極のための封口板内容積を大きくする
ことが可能であり、電池の高容量３・′二′ 化がはかれる。又、比較的放電々圧が安定している。低
公害性であり、かつ軽量化がはかれるなどの利点がある
。

しかし、この電池は、従来の電池と比較して、空気孔が
設けられているために、放電途中、もしくは過放電後に
その空気孔から漏液現象が認められる、多湿中に保存、
もしくは多湿中での放電中季・Ｍ仲に空気孔から漏液現
象が認められる。

この原因としては外部から正極活物質である酸素を取り
入れるために、負極の反応形態から、負極側の体積は放
電が進むと共に増加し、最終１０〜２０係増加する。従
って、放電の進行につれて体積が膨張して電解液を遊離
させ、更には空気極を圧迫し、ついには空気孔より漏液
すると考えられる。又、多湿下においては水分を電池系
内に吸収し、前述と同じ状態になると考えられる。

発明の目的 本発明は、電解液量、封口板内容積内の充填率、更には
電解液濃度を規制することによって、従来の問題点を解
決し、保存特性を向上させて信頼性特開昭ＧＯ−１７７
０（２） の高いボタン型空気亜鉛電池を提供することを目的とす
る。

発明の構成 本発明は前記の目的を達成するため、氷化亜鉛からなる
負極活物質１　ｍＡｈ　当り、か性アルカリ電解液量’
ｉｏ、２４〜０．２８μｌの量に規制したことを特徴と
するものである。これにより保存特性を向上させ、容量
増大を図ることができる。

実施例の説明 以下、本発明の実施例をＲ４４タイプ（直径１１．６■
、高さ５　、４ｍｍ、公称容量４００ｍＡｈ）の空気ボ
タン電池を例に説明する。

第１図は、本実施例を含むボタン型空気亜鉛電池の半断
面図を示し、図中１は正極ケース、２は正極ケースに設
けられた空気取入れ孔で直径０．６謳の孔が２個あけら
れている。３は空気室に置かれたセルロース系の多孔性
紙で空気を拡散させ、かつ空気極より出てきた電解液を
吸収させるものである。４は４７ソ化エチレンを基材と
する撥水膜で漏液を押える働きをする。６はニッケル多
孔５ベージ゛ 体を集電体とし、これに二酸化マンガンと活性炭と導電
材より触媒を塗着してなる空気極、６はセパレータ、７
は電解液含液材である。８はナイロンよりなるガスケッ
トで封口板９とカップリングしている。１０は本発明の
特徴とする亜鉛負極である。８のガスケットとカップリ
ングされた封口板９の内容積は２５０μｌで、この中に
水化亜鉛粉末とか性アルカリ電解液とが充填されている
。

この時、亜鉛と電解液との比率がポイントとなる。即ち
、亜鉛１ｍＡｈ　当り電解液の量は０．２４〜０．２８
μｌが最適である。０．２４μｌ　より少量の場合は、
電解液量が少ないために亜鉛の利用率が低く、電池容量
が小さくなる。又、低温試験では更に亜鉛の利用率が低
くなる。一方、０．７８μ４よりも多量では、負極の利
用率は向上するが、封口板内に遊離した電解液があり、
保存時、もしくは放電末期に漏液現象が起こってくる。

との漏液現象に関して封口板内への亜鉛及び電解液の充
填率、電解液の濃度が影響することがわかった。封口板
内への充填率は７６〜８５チ、電解液濃度は６　螢　ブ ２８〜３２係が最も好ましいことがわかった。

正極空気孔からの漏液メカニズムはボタン型空気亜鉛電
池の反応過程が Ｚ　ｎ　＋ＨＯ２−＋　Ｚ　ｎ。

とカリ、正極活物質の酸素は外部から取り入れるが、放
電が進むと共に負極側の体積が膨張するために触媒層が
圧迫され、更には負極側の電解液が押し出されて撥水膜
の機能が弱まり、酸素は供給されないようになる。

その結果、電池は窒息状態になり、負極の電位によって
正極よりガス発生し、これらによってついに空気孔より
漏液現象をきたすようになる。従って、封目板への亜鉛
等の充填率が高ければ高い程、漏液までの時間が短くな
る。

封口板への充填率が７６チ以下の場合、第２図に示すよ
うに、電池電圧に影響は認められないが、内部抵抗が著
しく高くなると共に、そのバラツキも極めて大きく、特
に高率放電に影響を受け易い。

この内部抵抗は、充填率７６係以上ではほとんど差は認
められなかった。一方充填率が９５係では７ベ″ 組立直後に漏液がほぼ全数にわたって発生する。

又、８６％以上の電池では直後の漏液はないが、放電を
行ないその放電深度が７０％〜８５係以上になると、正
極の空気孔より漏液が認められる。

この度合は、封口板内の充填率が高くなる程大きくなる
ことがわかった。

従って、封１］板への充填率は７５〜８５係が電池特性
、耐漏液特性に優れている。ここでは８゜係とした。

なお、封口板充填率は次式によって算出した。

一方、電池特性から電解液濃度が大き彦ポイントとなる
。即ち、電解液濃度が３２ｗｔ％よりも高くなると、空
気中の湿気を吸収し、正極触媒の濡れを加速させて電池
が窒息状態になシ、ついには空気孔」：り漏液状態にな
る。この傾向は電解濃度が高くなる程大きくなる。７０
〜９０襲の多湿状態ではシール紙を除いて保存するだけ
でも空気孔よりの漏液が認められる。電解液濃度が２８
ｗｔ％　よりも低いと、空気孔よりの漏液までの時間は
長くなるが、亜鉛の利用率が著しく低下する。

従って、その適正な電解液濃度は２８〜３２ｗｔ％がよ
い。ここでは３０ｗｔ％　濃度のＫＯＨ水溶液を用いた
。

次に本発明の効果について述べる０表−１に示すように
本発明の電池構成、即ち、封口板内への充填率１ｓｏ％
、電解液濃度１３０ｗｔ％、電解液量を負極活物質１ｍ
Ａｈ当り、０．２７μｌ注入した構成を中心に評価した
。なお負極充填容量は４６０ｍ　Ａ　ｈ　とした。その
他の構成については充填率。

電解液比率によって、負極電気容量、電解液量を変化さ
せた。

以下余白 ９ベー“ 表−１ 表−２には電池組立後４６°Ｃの温度で１６時保存した
後の内部抵抗値を示す。

その結果、内部抵抗値に電解液濃度の影響は認められず
、電解液比率と封口板充填率の影響が大きいことが明ら
かになった。

充填率が７０係の場合は、内部抵抗値が２．７〜１０べ
・・ ５、○　Ωとなり、その値が高いばかりでなく、そのバ
ラツキも太きいと言える。

充填率が８０係以上になるとその値は小さく、バラツキ
も少なく安定している。しかし、電解液比率も影響があ
り、特に充填率がｓｏ％以下でかつその電解液比率がｏ
、２２μｌ／１ｍＡｈ以下の場合は高い傾向がある。

この原因として、電池を構成する要素の密着性が充填率
、電解液比率によって影響を受けると考えられる。

表−２ １１　く　゛ 表−３ 表−３に６２０Ω抵抗によって放電した時の表−１中Ａ
−２の構成を１００とした容量指数を示す。なお、終止
電圧は０．９Ｖとし、放電終了までの時間の７のところ
を放電々圧として容量を算出した。

この結果、構成り、Ｃ，Ｄの７ｏ％の充填率では、内部
抵抗が高く、又充填率の関係から負極の充填容量が少な
い結果である。

充填率８０％の構成Ａ、Ｅ、Ｆは他の充填率に比べて容
量指数は高い。その中で電解液比率が０．２２μ７１／
ｍＡｈ　は絶対電解液量が少なく、又、ｏ、３２μｌ／
ｍＡｈは絶対亜鉛量が少ない。従って、前者は電解液律
速となり平担電圧が低く安定した放電曲線は得られない
。

後者は、電解液が多く安定した放電曲線は得られるが、
亜鉛律速と々る○また充填率９０係の構成では容量低下
が生じる。

即ち前に述べたように Ｚｎ＋−〇→ＺｎＯ ２ の放電反応から、酸素が外気から取り入れているために
、放電が進んでいくと共に負極側の体積が膨張するため
に、触媒層が圧迫され、更には負極側の電解液が押し出
され、撥水膜の機能が低下しついには酸素が供給されな
いようになる。

その結果、電池は窒息状態になり機能しなくなる。この
傾向は充填率が高く々る程大きくなる。

１３　ページ 従って、放電容量指数も低くなる。総合的に判断すると
、充填率７０チでは容量的に問題があり、又９ｏ％では
容量的にも低く、かつ漏液（組立直後、および放電途中
、もしくは過放電時）が生じやすくなる。

充填率９０％では７〜９個の直後漏液が認められた。し
かも前述したように放電途中で、直後漏液の起こってい
ない電池も空気孔からの漏液があった０ ちなみに、従来の水銀電池、酸化電池では封口板への充
填率が９０〜９６襲に構成されているが、前述のような
直後漏液、放電途中、過放電時の漏液は認められなく、
ボタン型電池特有の問題であり、この傾向は封目板への
充填率７５〜８６チにおいては認められなかった。

又、表−３の容量指数から、電解液濃度が高い程、指数
が高くなる傾向がある。

しかしながら、濃度が３５　ｗｔ％以上にした場合、電
解液の特性によって空気中の湿気を吸収するために、特
に多湿環境下におかれると放電途中、も１４、ミ　ニ・ しくけ放電後に空気孔より漏液現像が認められる。

表−４に、封口板充填率８０係における構成（Ｅ−１〜
Ｅ３．Ａ−１〜Ａ３．Ｆ−１〜３）での放電開始から、
漏液（空気孔）までの日数ケ示したものである。なお放
電抵抗は６２０Ω、放電環境は３０ｔｌ：、７０チとし
た。

その結果、電解液濃度３６％では６〜８日で漏液現象が
認められ、窒息状態のため放電曲線も不安定になった。

従って、放電容量指数も小さがった。

２５％　、　３ｏ％ではこの様な傾向は見られなかった
０ 表−４ １５　、゛ 他の封口板への充填率においても、漏液捷での日数には
差はあるものの同じような傾向があった。

発明の効果 これらの結果から、本発明における封目板への充填率ｉ
７６〜ｓ１５％、電解液比率’ｉ　０．２４−０．２８
μｎ／１ｍＡｈとした構成のボタン型空気亜鉛電池は容
量、漏液性能に最もすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図はボタン型空気亜鉛電池の半断面図、第２図は封
目板への亜鉛等の充填率と内部抵抗との関係を示す図で
ある。 １・・・・・・正極ケース、５・・・・・空気極、６・
・・・・・セパレータ、７・・・・・・電解液含浸材、
９・・・・・・封口板、１０・・・・・亜鉛負極。 代オＡ０工名弁オオ中７敏男、１，５１、名　区域 ０−　笥、５Ｎつ　゛賢

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）正極活物質に酸素、負極活物質に水化亜鉛、電解
   液にか性アルカリ水溶液をそれぞれ用い、負極活物質１
   　ｍＡｈ　当り電解液を０．２４〜ｏ、２８μｌの量と
   してなるボタン型空気亜鉛電池。 （′４　負極活物質とアルカリ電解液を収納する負極封
   口板内容積の充填率を７５〜８６％に規制した特許請求
   の範囲第１項記載のボタン型空気亜鉛電池０ （獅　電解液であるか性アルカリ水溶液の濃度を２８〜
   ３２ｗ＋％に規制した特許請求の範囲第１項記載のボタ
   ン型空気亜鉛電池。