JP2000340237A - アルカリ電池 - Google Patents

アルカリ電池

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JP2000340237A
JP2000340237A JP14476799A JP14476799A JP2000340237A JP 2000340237 A JP2000340237 A JP 2000340237A JP 14476799 A JP14476799 A JP 14476799A JP 14476799 A JP14476799 A JP 14476799A JP 2000340237 A JP2000340237 A JP 2000340237A
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battery
positive electrode
potassium
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zinc alloy
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JP14476799A
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English (en)
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Kazunari Kobayashi
一成 小林
Yukihiro Ito
幸博 伊藤
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アルカリ電池の重負荷特性を向上させると同時
に中負荷特性や軽負荷放電特性を損なわないようにす
る。 【解決手段】負極作用物質として亜鉛合金を、正極作用
物質として二酸化マンガンを、電解液として水酸化カリ
ウムを主体とするアルカリ水溶液を使用するアルカリ電
池において、電池構成後の正極合剤2の密度を3.25
〜3.45g/cm3 の範囲とし、電池構成後の亜鉛合
金粉末重量に対する水酸化カリウム中のカリウム量を従
来よりも多い29.4〜33.0重量%の範囲とした。
カリウム量を多くしたことによって、放電生成物の酸化
亜鉛の拡散が行われ、それにより高密度の正極合剤を用
いても重負荷放電特性の向上を達成でき、しかも正極作
用物質が多くなるので中負荷特性や軽負荷放電特性も低
下しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電特性を改良し
たアルカリ電池に関する。
【0002】
【従来の技術】アルカリ電池は使用機器の増加に伴い需
要が急速に拡大しており、近年容量アップの研究が盛ん
に行われている。具体的には、作用物質量の増大を図る
ために正極缶を薄肉化したり、封口部分を省スペースに
するなど、内容積の増大が主である。また、電池信頼性
の向上も図られており、保存特性を確保するためにアル
カリ電解液として30〜40%の水酸化カリウム溶液
(製造時濃度)を用いていた。また、重負荷特性を向上
させるために、電池構成後の正極合剤密度を一般的には
3.2g/cm3 以下とし、正極合剤中の空隙率を高く
して電解液の吸液性を高めていた。
【0003】しかしながら、合剤の充填密度を低く抑え
ることは、重負荷放電特性には効果的だが、中負荷特性
や軽負荷放電特性は作用物質量に依存するのでこれらの
特性の向上を阻害することになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に対
処してなされたもので、アルカリ電池において、保存特
性を損なうことなく、重負荷特性を向上させると同時に
中負荷特性や軽負荷放電特性を損なわないようにするこ
とを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、負極
作用物質として亜鉛合金を、正極作用物質として二酸化
マンガンを、電解液として水酸化カリウムを主体とする
アルカリ水溶液を使用するアルカリ電池において、正極
作用物質を含有する正極合剤の密度が3.25〜3.4
5g/cm3 の範囲であり、且つ亜鉛合金粉末重量に対
する水酸化カリウム中のカリウム量が29.4〜33.
0重量%であることを特徴とする。ここで、正極合剤の
密度とは電池構成後の電池中の正極合剤の密度のことで
あり、カリウム量の比率も電池構成後の電池中のそれで
ある。本発明では、保存特性の確保と重負荷特性の向上
に当って、正極作用物質の利用率を向上させることに着
目したものである。
【0006】従来、優れた放電特性を得るために、比伝
導度の高いアルカリ電解液として水酸化カリウムを一般
的に用いており、前記したようにこれを濃度約30〜4
0重量%で用いていた。ところが、放電末期に放電生成
物として生成する酸化亜鉛は、水酸化カリウムの濃度が
高い程溶解しやすく、電解液を高濃度で使用することに
よって放電生成物の析出を抑制でき、また電解液の高濃
度使用は負極作用物質である亜鉛合金表面の不動態化も
抑制することがわかり、電解液の高濃度使用により近年
の特に大電流用用途に対し、良好な電池特性が得られる
ことがわかった。
【0007】一方、アルカリ電解液のカリウムイオンは
正極作用物質である二酸化マンガンやゲル化剤であるポ
リアクリル酸などに吸着するので、電池中におけるアル
カリ電解液の実際の濃度は、製造時の電解液濃度に比べ
て低下している。この現象はゲル化剤および二酸化マン
ガンと電解液との会合度が高いほど傾向が強くなってい
く。したがって、前述した重負荷放電特性の向上と信頼
性の向上のためにアルカリ電解液の水酸化カリウム濃度
を考慮する場合、製造時の水酸化カリウム濃度ではな
く、電池構成後のカリウムイオンの量を問題にする方が
好ましいことがわかった。
【0008】また、電池構成後の正極作用物質である二
酸化マンガンと負極作用物質である亜鉛合金との関係
は、正極容量に対し負極容量が1.0〜1.2倍程度の
バランス比であることが特性上好ましいが、この負極作
用物質の亜鉛合金は、水酸化カリウム中のカリウムイオ
ンが多く存在する負極ゲル中にあることに注目しなけれ
ばならない。一般的にアルカリ電解液は、製造時の濃度
として30〜40重量%の水酸化カリウム溶液が用いら
れているが、前述したように電池構成後のフリーなカリ
ウムイオンは二酸化マンガンやゲル化剤に吸着されて減
少するため、亜鉛合金粉末重量に対するカリウムイオン
重量の比率としては30重量%未満となっている。この
カリウムイオンの量が少ないために従来の電池では放電
生成物の拡散が悪くなっていた。
【0009】そこで本発明では、亜鉛合金粉末重量に対
する水酸化カリウム中のカリウム量を29.4〜33.
0重量%として従来より高くし、それによって放電生成
物の拡散を良好にして、正極合剤の充填密度を従来より
も高くしても重負荷特性を向上できるようにした。そし
て正極合剤の充填密度を高くしたことによって、正極作
用物質の容量アップにより中負荷、軽負荷放電特性をも
向上させた。
【0010】本発明の正極合剤の充填密度は3.25〜
3.45g/cm3 が適当であり、3.45g/cm3
を超えた場合は密度が高すぎて性能劣化が発生する。そ
の理由としては、正極合剤中の二酸化マンガン作用物質
表面での反応面積が少なくなることや電解液自体の吸液
性の低下によるプロトンの移動障害が考えられる。
【0011】また、カリウム量(電池構成後)が負極亜
鉛合金粉末重量に対し33.0重量%を超えると、電池
保存中に亜鉛合金表面が溶解してガス発生量が多くな
り、信頼性を低下させる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について詳
細に説明する。図1は本発明の実施例に用いた円筒形ア
ルカリ電池LR03(単4形)の断面図である。電池ケ
ースとしての正極集電缶1に、二酸化マンガン、黒鉛お
よび水酸化カリウムからなる正極合剤2を入れ、セパレ
ータ3を挿入した後、亜鉛合金粉末,電解液ゲル化剤,
インジウム化合物などの無機インヒビターからなるゲル
状負極4をセパレータ3内に充填し、次に樹脂封口体5
および底板7と一体となった負極集電体6をゲル状負極
に差し込み、素電池を形成した。
【0013】上記において、電解液に水酸化カリウム水
溶液を用い、電池を構成した後の総カリウム量を、負極
亜鉛粉末重量に対し30.0重量%とした。また電池構
成後の正極合剤密度を3.21,3.25,3.37,
3.45,3.49g/cm3 の5種とした。これらの
電池について、作製直後と60℃30日保存時とにおい
て、2Ω連続放電と20Ω連続放電(JIS放電)を行
った。いずれも終止電圧は0.9Vとした。また、2Ω
にて閉路電圧1.00Vまで放電させた電池を、60℃
30日間静置後、水中で分解して電池内に発生したガス
を捕集し、電池のガス発生量を測定した。これらの試験
の結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】上記表1に示されるように、カリウム量を
負極亜鉛粉末重量に対し30.0重量%とした場合に
は、正極合剤密度を高くしても2Ω連続放電(重負荷放
電)は3.45g/cm3 までは低下せず、20Ω連続
放電(中負荷放電)は向上していることがわかる。ま
た、ガス発生量はカリウムイオン量が一定であるため余
り変化がない。しかし、傾向としては、正極合剤密度が
低い程負極中の電解液が正極合剤中へ移行しやすくなる
ので、亜鉛合金と電解液との会合が減り、ガス発生量が
減る傾向がみられる。
【0016】次に、正極合剤密度を3.37g/cm3
とし、電池を構成した後の総カリウム量を、負極亜鉛粉
末重量に対し、28.0,30.0,32.0,34.
0重量%とした。これらの電池について、上記と同じく
作製直後と60℃30日保存時とにおいて、2Ω連続放
電と20Ω連続放電(JIS放電)を行った。いずれも
終止電圧は0.9Vとした。また、2Ωにて閉路電圧
1.00Vまで放電させた電池を、60℃30日間静置
後、水中で分解して電池内に発生したガスを捕集し、電
池のガス発生量を測定した。これらの試験の結果を表2
に示す。
【0017】
【表2】
【0018】表2に示されるように、正極合剤の充填密
度を一定にし、カリウム量を変化させた場合は、カリウ
ム量が増加するにしたがって2Ω連続放電性能が向上す
るが、34.0%まで増加させるとガス発生量が急激に
増大し、問題が生ずる。このガス発生量の増加は、カリ
ウムを一定量以上増加させたことによって亜鉛合金粉末
と電解液との会合度が高くなったためと考えられる。
【0019】この結果より、電池構成した後の正極合剤
密度が3.25〜3.45g/cm3 範囲で且つ亜鉛合
金粉末重量に対するカリウム量が29.4〜33.0重
量%の範囲であれば、信頼性を維持し且つ重負荷放電特
性(2Ω連続放電)、中負荷放電特性(20Ω連続放
電)が向上することがわかった。
【0020】なお、上記において正極合剤の充填密度と
は、電池構成後の電池を分解し、セパレータと正極集電
缶との間にある合剤の重量を測定しその部分の容積から
算出したものである。また亜鉛合金粉末量は、電池構成
後の電池を分解し、採取した重量であり、カリウム量は
ゲル状負極から電解液を抽出後、原子吸光光度計にて定
量したもので、採取した亜鉛合金粉末量に対する重量%
で示されている。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保存特性を損なうことなく、重負荷特性を向上させると
同時に中負荷特性や軽負荷放電特性を損なわないように
したアルカリ電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるアルカリ電池の断面
図。
【符号の説明】
1…正極集電缶、2…正極合剤、3…セパレータ、4…
ゲル状負極、5…封口体、6…負極集電体、7…底板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H015 AA07 CC02 DD01 EE05 EE06 HH01 HH08 5H024 AA03 AA11 CC02 CC14 DD14 FF09 FF31 HH01 HH08

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極作用物質として亜鉛合金を、正極作
    用物質として二酸化マンガンを、電解液として水酸化カ
    リウムを主体とするアルカリ水溶液を使用するアルカリ
    電池において、電池構成後における正極作用物質を含有
    する正極合剤の密度が3.25〜3.45g/cm3 の
    範囲であり、且つ亜鉛合金粉末重量に対する水酸化カリ
    ウム中のカリウム量が29.4〜33.0重量%である
    ことを特徴とするアルカリ電池。
JP14476799A 1999-05-25 1999-05-25 アルカリ電池 Pending JP2000340237A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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