JPH04284362A - アルカリ電池 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛粉末を主とした陰
極活物質をアルカリ電解液とゲル化剤とからなるゲル状
電解液に分散させたゲル状陰極を有するアルカリ電池に
関し、特にゲル状陰極に使用されるゲル化剤の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛アルカリ乾電池の陰極としては、一
般に所謂ゲル状陰極が用いられている。このゲル状陰極
の具体的な構造は、例えば、粒径約２０〜５０μｍの微
粉末から成る架橋型ポリアクリル酸（日本純薬製，ジュ
ンロンＰＷ１５０）等のゲル化剤によって高粘度化した
ゲル状アルカリ電解液中に、汞化した亜鉛粉末を分散さ
せた構造となっている。このような構造とすれば、電解
液中のイオンの拡散が容易となると共に陰極の表面積が
拡大するので、強放電下においても分極が小さくなる。 また、陰極の取扱いは液体と同様に取り扱えば良いので
、生産時における取扱性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、環境汚染の
問題が大きくクローズアップされた今日では、水銀を全
く含有しない電池が強く期待されている。しかしながら
、上記汞化した亜鉛粉末に代えて無汞化の亜鉛粉末を用
いた場合には、亜鉛粒子間或いは亜鉛粒子と集電体との
接触が弱くなるため、電池の内部抵抗が著しく高くなり
、短絡電流や回路電圧が著しく低下する。この結果、大
電流が取り出せて効率的な放電ができるというアルカリ
電池の特徴が損なわれることになるという課題を有して
いた。

【０００４】本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、大電流が取り出せて効率的な放電ができるとい
うアルカリ電池の特徴を損なうことなく、無汞化を達成
できるアルカリ電池を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、亜鉛粉末を主体とする陰極活物質を、アル
カリ電解液とゲル化剤とから成るゲル状電解液に分散さ
せたゲル状陰極を有するアルカリ電池において、前記ゲ
ル化剤には、三次元構造を有し粒径が５０μｍ以上の顆
粒状ゲル化剤が含有されていることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明で用いるゲル化剤の作用は定かではない
が、以下のように推察される。上記顆粒状ゲル化剤はゲ
ル状陰極においてアルカリ電解液を吸収して、ある程度
膨潤すると共に、それ以上は膨潤しなくなる。即ち、顆
粒状ゲル化剤は漁網を広げたような状態となり、且つそ
の状態が長時間保持される。そして、この膨潤したゲル
化剤によって、亜鉛粒子は常時圧力を受けた状態に保た
れるので、亜鉛粒子間或いは亜鉛粒子と集電体との接触
状態が良好に保たれる。即ち、顆粒ゲル化剤は水銀と同
様な役割を有することとなるため、陰極活物質として無
汞化亜鉛粉末を用いた場合であっても、大電流が取り出
せて効率的な放電が可能となる。

【０００７】

【実施例】（第１実施例）本発明の第１実施例を、図１
に基づいて、以下に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明のアルカリ電池の一例である
ＬＲ６タイプの電池の断面図である。この図１において
１は陽極缶であり、この陽極缶１内には二酸化マンガン
を主体とする陽極５と、セパレータ６と、亜鉛粒子を含
む陰極７とが配設されている。また、上記陽極缶１の開
口部には封口ガスケット３を介して陰極端子板２が取り
付けられており、この陰極端子板２は集電棒４を介して
上記陰極７と電気的に接続されている。

【０００８】ここで、上記陰極７は、以下のようにして
作製した。先ず、４０％のＫＯＨ水溶液に酸化亜鉛を飽
和させた電解液を、公知の微粉末ポリアクリル酸と架橋
型ポリアクリル酸ソーダ（タイラー標準篩によって調整
し、その粒径は５０〜１００μｍである）とを重量比で
１：１の割合で混合したゲル化剤によってゲル化し、こ
のゲル中に無効果亜鉛粉末を分散させることにより作製
した。

【０００９】一方、上記陽極５は、二酸化マンガンに黒
鉛を混合し、これを加圧成型することにより作製した。 このようにして作製した電池を、以下（Ａ１　）電池と
称する。 〔実施例２〜５〕架橋型ポリアクリル酸ソーダとして、
粒径が１００〜２５０μｍ、２５０〜５００μｍ、５０
０〜８５０μｍ、８５０〜１０００μｍのものをそれぞ
れ用いる他は、上記実施例１と同様にして電池を作製し
た。

【００１０】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ（Ａ２　）電池〜（Ａ５　）電池と称する。 〔比較例１〕架橋型ポリアクリル酸ソーダとして、粒径
が３２〜５０μｍのものを用いる他は、上記実施例１と
同様にして電池を作製した。

【００１１】このようにして作製した電池を、以下（Ｘ
１　）電池と称する。 〔比較例２〕ゲル化剤として、微粉末ポリアクリル酸の
みを用いる他は、上記実施例１と同様にして電池を作成
した。このようにして作製した電池を、以下（Ｘ２　）
電池と称する。 〔実験〕上記本発明の（Ａ１　）電池〜（Ａ５　）電池
及び比較例の（Ｘ１　）電池及び（Ｘ２　）電池の放電
特性を調べたので、その結果を下記表１に示す。尚、実
験条件は、定抵抗（３．９Ω）で、電池電圧が０．９Ｖ
まで放電するという条件である。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１より明らかなように、本発明の（Ａ１
　）電池〜（Ａ５　）電池は比較例の（Ｘ１　）電池及
び（Ｘ２　）電池に比べて放電持続時間が長くなってい
ることが認められる。これは、架橋型ポリアクリル酸ソ
ーダを含有しない（Ｘ２　）電池では、ゲル化剤による
圧力が弱いため、亜鉛粒子間或いは亜鉛粒子と集電体と
の接触性が低下する。また、架橋型ポリアクリル酸ソー
ダの粒径が５０μｍ未満の（Ｘ１　）電池では、架橋型
ポリアクリル酸ソーダと微粉末架橋型ポリアクリル酸と
の粒径が余り変わらないため、やはりゲル化剤による圧
力の向上を図ることができない。これに対して、（Ａ１
　）電池〜（Ａ５　）電池では、架橋型ポリアクリル酸
ソーダがアルカリ電解液を吸収してある程度膨潤し、且
つその粒径が大きいので、亜鉛粒子は膨潤したゲル化剤
により常に圧力を受ける。したがって、亜鉛粒子間或い
は亜鉛粒子と集電体との接触状態が良好に保たれるとい
う理由によるものと考えられる。

【００１４】特に、（Ａ２　）電池〜（Ａ４　）電池で
は、飛躍的に放電持続時間が長くなっていることが認め
られる。これは、架橋型ポリアクリル酸ソーダの粒径が
１００μｍ以上であれば上記添加効果が一層発揮される
一方、架橋型ポリアクリル酸ソーダの粒径が８５０μｍ
を超えると、ゲル状陰極とした後の膨潤で粒径が大きく
なり過ぎ、亜鉛粉末の充填量が低下するということによ
るものと考えられる。

【００１５】したがって、架橋型ポリアクリル酸ソーダ
の粒径は１００μｍ以上８５０μｍ以下であることが望
ましい。また、本実施例には示さないが、本発明の（Ａ
２　）電池〜（Ａ４　）電池は、負極に水銀が添加され
た電池と略同等の放電特性を有していることを、実験に
より確認している。

【００１６】（第２実施例） 〔実施例１〜実施例３〕顆粒状ゲル化剤として、架橋型
ポリアクリル酸ソーダの代わりに、それぞれ架橋型ポリ
アクリル酸、グラフト化デンプン及びカルボキシメチル
セルロースを用いる他は、前記第１実施例の実施例１と
同様にして電池を作成した。

【００１７】このようにして作成した電池を、以下それ
ぞれ（Ｂ１　）電池〜（Ｂ３　）電池と称する。 〔比較例〕ゲル化剤として微粉末ポリアクリル酸のみを
用いると共に、亜鉛粉末の代わりに約０．６ｗｔ％の水
銀が添加された亜鉛合金粉末を用いる他は、前記第１実
施例の実施例１と同様の電池を作成した。

【００１８】このようにして作製した電池を、以下（Ｙ
）電池と称する。 〔実験１〕前記本発明の（Ａ１　）電池，上記本発明の
（Ｂ１　）電池〜（Ｂ３　）電池及び上記比較例の（Ｙ
）電池を６０℃で３０日間保存した後に、各電池の放電
特性を調べたので、その結果を表２に示す。尚、放電特
性の実験条件は、前記第１実施例の実験と同様の条件で
ある。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２より明らかなように、本発明の（Ａ１
　）電池，（Ｂ１　）電池，（Ｂ２　）電池では、水銀
を含む（Ｙ）電池と同等の放電持続時間であることが認
められる。これに対して、本発明の（Ｂ３）電池では、
放電持続時間が著しく短くなっていることが認められる
。したがって、電池を高温で長期間保存する場合には、
顆粒状ゲル化剤として、架橋型ポリアクリル酸、架橋型
ポリアクリル酸ソーダ、グラフト化デンプンを用いるの
が望ましい。

【００２１】尚、上記の如く（Ｂ３　）電池の特性が劣
っているのは、アルカリ電解液が存在すること及び６０
℃という高温状態で長期間保存されるということに起因
して、カルボキシメチルセルロースが分解する。このた
め、陰極がゲル状状態を保持することができず、亜鉛粉
末が沈降してしまうという理由によるものと考えられる
。 〔実験２〕本実験においては、顆粒状ゲル化剤の最適濃
度を調べた。

【００２２】具体的には、架橋型ポリアクリル酸、架橋
型ポリアクリル酸ソーダ、グラフト化デンプンとの含有
比率を種々変化させる他は、上記実施例１と同様に電池
を作成し、各電池の放電特性を調べたので、その結果を
図２に示す。尚、実験条件は、前記第１実施例の実験と
同様の条件である。図２より明らかなように、何れの顆
粒状ゲル化剤であっても、ゲル化剤の総濃度の４０〜６
０ｗｔ％の範囲で放電持続時間が長くなっていることが
認められる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
銀を用いることなく、亜鉛粒子間或いは亜鉛粒子と集電
体との接触状態を良好に保つことができる。この結果、
無汞化を図りつつ大電流を取り出すことができ、効率的
な放電が可能となるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルカリ電池の一例であるＬＲ６タイ
プの電池の断面図である。

【図２】顆粒状ゲル化剤濃度と放電持続時間との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

５　　　　陽極 ６　　　　セパレータ ７　　　　陰極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　亜鉛粉末を主体とする陰極活物質を、
   アルカリ電解液とゲル化剤とから成るゲル状電解液に分
   散させたゲル状陰極を有するアルカリ電池において、前
   記ゲル化剤には、三次元構造を有し粒径が５０μｍ以上
   の顆粒状ゲル化剤が含有されていることを特徴とするア
   ルカリ電池。