JPWO2020162591A1 - 水系電解液電池用負極およびシート状電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本願で開示する水系電解液電池用負極の実施形態を説明する。本実施形態の負極は、水系電解液を有する電池用として使用されるものであり、電解亜鉛箔によって構成された活物質層を有している。
本願で開示するシート状電池の実施形態を説明する。本実施形態のシート状電池は、シート状外装体と、前記シート状外装体内に収容された発電要素とを備え、前記発電要素は、正極、負極、セパレータおよび水系電解液を含み、前記負極として、前述の本願で開示する水系電解液電池用負極を用いるものである。
シート状電池が、アルカリ電池やマンガン電池の場合、その正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
シート状電池において、正極と負極との間にはセパレータを介在させる。電池がアルカリ電池やマンガン電池、空気電池の場合のセパレータには、ビニロンとレーヨンを主体とする不織布、ビニロン・レーヨン不織布(ビニロン・レーヨン混抄紙)、ポリアミド不織布、ポリオレフィン・レーヨン不織布、ビニロン紙、ビニロン・リンターパルプ紙、ビニロン・マーセル化パルプ紙などを用いることができる。また、微多孔性フィルムを用いることもでき、微多孔性ポリオレフィンフィルム(微多孔性ポリエチレンフィルムや微多孔性ポリプロピレンフィルムなど)が具体的に例示され、水系電解液との濡れ性を改善するため、その表面を親水化処理したものであってもよい。
シート状電池の電解液には、水を溶媒とする水系電解液が使用される。なお、水系電解液のpHは、廃棄時の環境負荷低減の観点から12未満であることが好ましく、本実施形態の負極を用いることによる効果がより良好に確保できることから、7未満であることがより好ましい。また、水系電解液のpHは、電解亜鉛箔の腐食を防ぐために、通常、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましい。ただし、シート状電池がアルカリ電池の場合、水系電解液のpHは12以上と高くすることができ、例えば14以上であってもよい。
シート状電池に係るシート状外装体は、樹脂製フィルムで構成することができるが、このような樹脂製フィルムとしては、ナイロンフィルム(ナイロン66フィルムなど)、ポリエステルフィルム〔ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなど〕などが挙げられる。
電解亜鉛箔C、電解亜鉛箔D、圧延亜鉛箔K、圧延亜鉛箔Nおよび圧延亜鉛箔Oを、それぞれ30mm×15mmの大きさに切断し、評価用試料を作製した。前記評価用試料を長手方向の中央部で90度に折り曲げ、中央部で亀裂の有無を確認した。
電解亜鉛箔A〜H、および、圧延亜鉛箔K〜Pを、それぞれ、60mm×20mmの大きさに切断し、両面の周縁部の幅5mmと切断面とを粘着テープで覆うことにより、両面の中央部にそれぞれ50mm×10mmの大きさの亜鉛箔の露出部を形成し、評価用試料を作製した。
次に、前記電解亜鉛箔A〜CおよびE〜Gを用いてシート状電池を組み立て、放電特性を評価した。
<負極>
電解亜鉛箔Aを、図1に示す形状(本体部のサイズが縦:15mm×横:15mmで、負極外部端子のサイズが幅:5mm×長さ:15mm)に切断して、水系電解液電池用負極を作製した。
DBP吸油量495cm3/100g、比表面積1270m2/gのカーボンブラック〔ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製「ケッチェンブラックEC600JD(商品名)」〕:100質量部と、フタロシアニン系金属錯体:1質量部と、分散剤:25質量部と、エタノール:5000質量部とを混合して触媒層形成用組成物を作製した。
セパレータには、ポリエチレン主鎖にアクリル酸をグラフト共重合させた構造を有するグラフト共重合体で構成されたグラフトフィルム(厚み:30μm)を、セロハンフィルム(厚み:20μm)の片側に配置したもの(全体の厚み:50μm)を用いた。
撥水膜には、厚みが75μmのPE製微多孔性フィルムを用いた。
水系電解液には、20質量%の塩化アンモニウム水溶液(堀場製作所製の「LAQUAtwinコンパクトpHメータ」を用い、25℃環境下で測定したpHが4.3)に、平均分子量が700万のポリオキシエチレンを8質量%の割合で溶解させた溶液を用いた。
市販のバリアフィルム(凸版印刷社製「GL FILM」、厚み:67μm)を40mm×35mmの大きさに切断したものを2枚用意し、外装体として用いた。
電解亜鉛箔Bを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Cを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Eを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Fを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Gを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
(比較例1)
圧延亜鉛箔Mを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
10 負極
11 負極の本体部
12 負極外部端子
20 正極(空気極)
22 正極外部端子
30 セパレータ
40 撥水膜
50 シート状外装体
51 空気孔
本願で開示する水系電解液電池用負極の実施形態を説明する。本実施形態の負極は、水系電解液を有する電池用として使用されるものであり、電解亜鉛箔によって構成された活物質層を有している。
本願で開示するシート状電池の実施形態を説明する。本実施形態のシート状電池は、シート状外装体と、前記シート状外装体内に収容された発電要素とを備え、前記発電要素は、正極、負極、セパレータおよび水系電解液を含み、前記負極として、前述の本願で開示する水系電解液電池用負極を用いるものである。
シート状電池が、アルカリ電池やマンガン電池の場合、その正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
シート状電池において、正極と負極との間にはセパレータを介在させる。電池がアルカリ電池やマンガン電池、空気電池の場合のセパレータには、ビニロンとレーヨンを主体とする不織布、ビニロン・レーヨン不織布(ビニロン・レーヨン混抄紙)、ポリアミド不織布、ポリオレフィン・レーヨン不織布、ビニロン紙、ビニロン・リンターパルプ紙、ビニロン・マーセル化パルプ紙などを用いることができる。また、微多孔性フィルムを用いることもでき、微多孔性ポリオレフィンフィルム(微多孔性ポリエチレンフィルムや微多孔性ポリプロピレンフィルムなど)が具体的に例示され、水系電解液との濡れ性を改善するため、その表面を親水化処理したものであってもよい。
シート状電池の電解液には、水を溶媒とする水系電解液が使用される。なお、水系電解液のpHは、廃棄時の環境負荷低減の観点から12未満であることが好ましく、本実施形態の負極を用いることによる効果がより良好に確保できることから、7未満であることがより好ましい。また、水系電解液のpHは、電解亜鉛箔の腐食を防ぐために、通常、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましい。ただし、シート状電池がアルカリ電池の場合、水系電解液のpHは12以上と高くすることができ、例えば14以上であってもよい。
シート状電池に係るシート状外装体は、樹脂製フィルムで構成することができるが、このような樹脂製フィルムとしては、ナイロンフィルム(ナイロン66フィルムなど)、ポリエステルフィルム〔ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなど〕などが挙げられる。
電解亜鉛箔C、電解亜鉛箔D、圧延亜鉛箔K、圧延亜鉛箔Nおよび圧延亜鉛箔Oを、それぞれ30mm×15mmの大きさに切断し、評価用試料を作製した。前記評価用試料を長手方向の中央部で90度に折り曲げ、中央部で亀裂の有無を確認した。
電解亜鉛箔A〜H、および、圧延亜鉛箔K〜Pを、それぞれ、60mm×20mmの大きさに切断し、両面の周縁部の幅5mmと切断面とを粘着テープで覆うことにより、両面の中央部にそれぞれ50mm×10mmの大きさの亜鉛箔の露出部を形成し、評価用試料を作製した。
次に、前記電解亜鉛箔A〜CおよびE〜Gを用いてシート状電池を組み立て、放電特性を評価した。
<負極>
電解亜鉛箔Aを、図1に示す形状(本体部のサイズが縦:15mm×横:15mmで、負極外部端子のサイズが幅:5mm×長さ:15mm)に切断して、水系電解液電池用負極を作製した。
DBP吸油量495cm3/100g、比表面積1270m2/gのカーボンブラック〔ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製「ケッチェンブラックEC600JD(商品名)」〕:100質量部と、フタロシアニン系金属錯体:1質量部と、分散剤:25質量部と、エタノール:5000質量部とを混合して触媒層形成用組成物を作製した。
セパレータには、ポリエチレン主鎖にアクリル酸をグラフト共重合させた構造を有するグラフト共重合体で構成されたグラフトフィルム(厚み:30μm)を、セロハンフィルム(厚み:20μm)の片側に配置したもの(全体の厚み:50μm)を用いた。
撥水膜には、厚みが75μmのPE製微多孔性フィルムを用いた。
水系電解液には、20質量%の塩化アンモニウム水溶液(堀場製作所製の「LAQUAtwinコンパクトpHメータ」を用い、25℃環境下で測定したpHが4.3)に、平均分子量が700万のポリオキシエチレンを8質量%の割合で溶解させた溶液を用いた。
市販のバリアフィルム(凸版印刷社製「GL FILM」、厚み:67μm)を40mm×35mmの大きさに切断したものを2枚用意し、外装体として用いた。
電解亜鉛箔Bを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Cを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Eを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Fを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
電解亜鉛箔Gを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
(比較例1)
圧延亜鉛箔Mを用いて水系電解液電池用負極を作製した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を組み立てた。
10 負極
11 負極の本体部
12 負極外部端子
20 正極(空気極)
22 正極外部端子
30 セパレータ
40 撥水膜
50 シート状外装体
51 空気孔
Claims (6)
- 電解亜鉛箔を活物質層として含むことを特徴とする水系電解液電池用負極。
- 前記電解亜鉛箔は、Biを0.001〜0.2質量%の割合で含む亜鉛合金により構成されている請求項1に記載の水系電解液電池用負極。
- 前記電解亜鉛箔は、Inを含有しないか、またはその割合が0.04質量%以下の亜鉛合金により構成されている請求項1または2に記載の水系電解液電池用負極。
- 厚みが10〜1000μmである請求項1〜3のいずれかに記載の水系電解液電池用負極。
- シート状外装体と、前記シート状外装体内に収容された発電要素とを含むシート状電池であって、
前記発電要素は、正極、負極、セパレータおよび水系電解液を含み、
前記負極が、請求項1〜4のいずれかに記載の水系電解液電池用負極であることを特徴とするシート状電池。 - 前記水系電解液のpHが7未満である請求項5に記載のシート状電池。
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