JPH02253573A - 空気電池 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は空気電池に関し、更に詳しくは、セパレータが
一体的に貼着された空気電極を具備する空気電池におい
て、内部抵抗およびそのバラツキが小さく、大電流放電
が可能で、・耐漏液性も優れ、安定な性能を有する空気
電池に関す（従来の技術） 空気電池は、空気中の酸素を正極活物質として利用する
電池であり、その形状からボタン形空気電池、角形空気
電池若しくは円筒形空気電池に分類されている。

空気電池を、縦断面図として例示したボタン形空気亜鉛
電池に基づいて説明する。

図において、１はその底面に空気孔２が形成されている
正極缶で、この中にはセルロース、ポリプロピレン等の
不織布から成る空気拡散層３、多孔質のフッ素樹脂など
から成る撥水性層４、空気電極５、セパレータ６がこの
順序で積層されて収納されている。更に、セパレータ６
の上には負極活物質と電解液とから成る負極合剤７が充
填され、負極端子も兼ねる負極缶８がガスケット９を介
して正極缶１の開口部に嵌合され、かつ、正極缶１の開
口周縁部が内側にカシメられて電池全体を封口している
。

このような構造の空気電池において、空気電極５は、白
金、パラジウム、ニッケル等の触媒成分を担持する活性
炭、マンガン酸化物の粒子をフッ素系樹脂バインダと混
線し、この混合物をニッケル金網、エキスパンデッドメ
タルのような正極集電体に担持せしめたものである。

セパレータ６は、空気電極５と負極合剤７との液絡を保
持しつつ両者を分離する機能を有するものであって、一
般に、不織布、微孔性フィルム、セロファンなど、連通
孔が分布する多孔質材料で構成されている。

このような空気電池を製造する場合、正極缶ｌの内部に
、空気拡散層３、撥水性層４、空気電極５、セパレータ
６を順次収納し、更にこの上に負極合剤７が充填されて
いる負極缶８を正極缶１に嵌合したのち封口する。この
封口時の押圧力で、セパレータ６の周縁部が空気電極５
に圧接固定されるのである。

（発明が解決しようとする課Ｂ） しかしながら、上記したような方法で製造された電池の
場合、セパレーク６の連通孔を通って電解液が必要以上
に空気電極側に移動し易くなり、そのため、空気電極は
比較的短時間で濡れてしまって電池の放電特性の低下を
招き、ひいては電池外への電解液の漏洩が進む、また、
空気電極５とセパレータ６との密着性は充分とはいえず
両者の間に間隙が生ずることがある。そのため、電解液
の粘度が高い場合には、負極合剤７と空気電極５との液
絡を充分に保持することができず、その結果、電池の内
部抵抗の上昇、そのバラツキの増大を招き電池性能が不
安定になる。

そこで、このような問題を解消するために、例えば不織
布にカルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナト
リウム、ポリビニルアルコールのような水溶性接着剤を
塗布しこれをセパレータとして空気電極に貼着した構造
の空気電池が提案されている（特開昭５７−１７２６６
５号公報参照）、この電池の場合、空気電極とセパレー
タとの密着性は向上するが、しかし、カルボキシメチル
セルロース、ポリアクリル酸ナトリウムでセパレータを
接着した空気電極は、これら接着物質が電解液に接触す
ると溶解してしまいセパレータを空気電極に固定する機
能を充分に果すことができず、またポリビニルアルコー
ルを用いた場合は、これが電解液に接触すると強固な不
溶性のフィルムを形成し、かえって電池の内部抵抗の増
大を招く。

更に特開昭６０−４１７６３号公報では、空気電極とセ
パレータとを予め樹脂接着剤で固着して一体化したもの
が開示されているが、しかしこのものは空気電極とセパ
レータとの密着性という点では優れているが、両者間に
介在せしめられている接着剤それ自体の抵抗により電池
の内部抵抗が増大するという不都合がある。

本発明は上記した問題を解決し、空気電極とセパレータ
とが強固に密着していて電池の内部抵抗は小さく、かつ
バラツキは小さく、電池性能が安定した空気電池の提供
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねる
過程で、空気電極とセパレークを接着する物質として、
接着能力が高いことはいうまでもなく、電解液と接触し
たときには多孔質膜を形成しつる物質を用いれば、空気
電極と負極合剤との間の液絡を保持しつつ、しかも空気
電極とセパレータとを強固に密着せしめることができる
との着想を得、かかる物質を見出すべく検討を加えた結
果、後述する性質を有する２種類の物質の混合物が有効
であるとの事実を見出し、本発明の空気電池を開発する
に到った。・ すなわち、本発明の空気電池は、空気電極と、該空気電
極に接着物質を介して貼着されたセパレータとを具備す
る空気電池において、該セパレータが多孔性フィルムと
織布若しくは不織布との積層体であり、該接着物質が電
解液に可溶な第１成分と電解液に対し親液性でかつ不溶
な第２成分との混合物であることを特徴とする。

本発明の空気電池は、上記したように、セパレータの構
成ならびに空気電極と該セパレータとを接着する物質に
特徴を有するものであって他の要素、構造は前述した従
来の電池と変ることはない。

まず、本発明電池に用いるセパレータは、多孔性フィル
ムと織布若しくは不織布との積層体である。多孔性フィ
ルムとしては電解液中で安定なものであればとくにその
材質は限定されないが、例えばポリテトラフルオロエチ
レン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、セ
ラフアンなどから成るものが好ましい。また、平均孔径
ｌＯＬＬｍ以下、とくに好ましくは５μｍ以下の微細孔
が、気孔率２０％以上、とくに好ましくは２５％以上と
なるように分布しているフィルムであることが好適であ
る。厚みは３０〜１００μｍ程度でよい。

上記多孔性フィルムに積層される織布若しくは不織布は
、！解液を充分に保液して必要以上の電解液が多孔性フ
ィルムを通って空気極側に移動することを抑制し、もっ
て電池性能の低下、漏液な長期に亘って防止する働きを
する。

このような織布若しくは不織布としては、例えばポリプ
ロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、コツトン等から
成るものをあげることができる。またその厚みは通常０
．３〜１．０＋ｎｍ程度でよい。

つぎに接着物質を構成する第１成分は、電解液に可溶な
物質であって、例えば、カルボキシメチルセルロース、
ポリアクリル酸ナトリウムをあげることができ、これら
はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を適宜に組
合わせて用いてもよい。

一方、第２成分は電解液に対し親液性を有するがしかし
不溶な物質であって、例えばポリビニルアルコールをあ
げることができる。これらはそれぞれ単独でまたは適宜
に組合わせて用いることができる。

本発明にかかる接着物質は、上記した各成分の水溶液を
混合して調製することができる０例えば、各成分の０．
５〜８重量％濃度の水溶液を調製し、両者を混合すれば
よい、このときの両者の混合割合は格別限定されるもの
ではないが、第１成分と第２成分との重量比が１：１５
０〜１５０：１となるように設定すればよい。

なお、この混合物に更にホウ酸、ホウ砂のようなホウ素
化合物を０．１〜２．０重量％程度と添加しておくと、
このホウ素化合物が電解液から空気電極に拡散する亜鉛
イオンを捕捉し、しかも第２成分の架橋反応を促進して
電池性能を安定化するので好適である。

空気電極とセパレータは次のようにして貼着される。す
なわち、上記したようにして本発明にかかる接着物質を
調製する。ついで、空気電極、セパレータに該接着物質
を塗布し両者を貼り合せて一体化する。このとき、セパ
レータの多孔性フィルム側に接着物質を塗布して空気電
極と貼着することが好ましい、貼着後、好ましくは１０
〜８０℃で乾燥したのち、所定形状に打抜き、空気電池
に組込むのである。

（作用） 常法によって組立てられた本発明の空気電池においては
、上記した接着物質が以下のように挙動することによっ
て電池性能の向上・安定化に寄与する。すなわち、セパ
レータと空気電極との間に介在する接着物質の層が電解
液に接触すると、該接着物質中の成分のうち、ポリビニ
ルアルコールのような電解液に対して親液性を有ししか
し不溶である第２成分は固化して皮膜を形成し、セパレ
ータと空気電極とを強固に固定する。一方、他の成分、
すなわちカルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸
ナトリウムのように電解液に可溶な第１成分は、上記し
た皮膜の中でコロイド化し、徐々に電解液に溶解し、そ
の結果皮膜に連通孔が形成されて多孔質化が進行する。

したがって、負極合剤側の電解液は皮膜中に形成された
連通孔に滲透するため、空気電極と電解液との液絡は良
好かつ安定して保持される。すなわち、空気電極とセパ
レータは強固に密着しているにもかかわらず液絡は充分
であるため、電池の内部抵抗は上昇せずかつバラツキも
小さく、大電流の取出しが可能となる。

（実施例） 実施例１〜８ 平均孔径１μｍ、気孔率３０％で厚み５０μｍのポリプ
ロピレン類の多孔性フィルムと、厚み０．５ｍｍのポリ
プロピレン製不織布とをそれぞれ表に示した接着物質の
水溶液に浸漬したのち取り出した。

活性炭とフッ素樹脂の混合物をニッケル金網に層状に担
持せしめて成る空気電極の片面に、まず上記多孔性フィ
ルムを貼着し、更にその上に上記不織布を貼着した。得
られた積層体を乾燥したのち打抜き加工し、これを用い
て常法によりＰＨ１０形のボタン形空気電池（直径１１
．６ｍｍ、総高５．４ｍｍ）を製作した。

比較のために、実施例で用いたポリプロピレン製不繊布
を接着することなく空気電極に載置したのみの場合（比
較例１）、平均孔径５０μｍ、気孔率ｌＯ％、厚み１０
０μｍのポリプロピレン類の多孔性フィルムを接着する
ことなく空気、電極に載置したのみの場合（比較例２）
、上記した不織布を表に示した接着剤で空気電極に接着
した場合（比較例３、比較例４）のそれぞれにつき、Ｐ
Ｈ１０形のボタン形電池を製作した。

これらの各電池２００個につき、電池製造直後および２
５℃において３ケ月保存した後の内部抵抗値を測定し、
その平均値又とそのバラツキ幅：　ａ　（ｎ＝５０）を
算出し、その結果を表に示した。

また、これら電池の製造直後における初期最大放電電流
、温度、２５℃、・相対湿度９５％の雰囲気中に３ケ月
保存後の漏液電池個数をそれぞれ計測し、その結果を比
較例１の場合を１とする相対値として表に示した。

実施例９ 実施例１で用いた接着物質にホウ酸を０．３重量％添加
し、これを用いて実施例１と同様にＰＲ４４形空気電池
を製作した。

この電池５０個を４５℃で３ケ月間保存したのち自己放
電率を測定し、その結果をホウ酸を添加しない場合と比
較したところ、ホウ酸が添加されていない接着物質を用
いた電池の自己放電率はホウ酸が添加された接着物質を
用いた電池のそれの約６０％であった。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の空気電池は従来
のものに比べて内部抵抗が極めて小さく、またそのバラ
ツキも小さい、したがって大電流を取出すことが可能で
ある。また、耐漏液性も帰れている。

なお、本発明はボタン形空気電池について説明したが１
本発明はこれに限定されることなく、例えば角形、円筒
形電池についても全く同様の効果が得られることはいう
までもなく、また、空気・亜鉛系電池だけでなく、空気
・アルミニウム、空気・鉄等の他の系の空気電池につい
ても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図はボタン形空気電池の構造を示す縦断面図である。 １・・・正極缶　　　　　　２・・・空気孔３・・・空
気拡散層　　　　４・・・撥水性層５・・・空気電極　
　　　　６・・・セパレーク７・・・負極合剤　　　　
　８・・・負極子９・・・ガスケット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 空気電極と、該空気電極に接着物質を介して貼着された
   セパレータとを具備する空気電池において、 該セパレータが多孔性フィルムと織布若しくは不織布と
   の積層体であり、該接着物質が、電解液に可溶な第１成
   分と電解液に対し親液性でかつ不溶な第２成分との混合
   物であることを特徴とする空気電池。