JPH071733Y2 - アルカリ亜鉛蓄電池用亜鉛極 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、ニッケル−亜鉛蓄電池や銀−亜鉛蓄電池等
のように、陰極活物質として酸化亜鉛または金属亜鉛を
用いるアルカリ亜鉛蓄電池用の亜鉛極に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 上記のようなアルカリ亜鉛蓄電池で亜鉛極の陰極活物質
として用いられている亜鉛は、単位重量あたりのエネル
ギー密度が大きく且つ安価である等といった利点を有す
る反面、放電時に亜鉛がアルカリ電解液に溶出して生じ
た亜鉛酸イオンZn(0H)₄ ^2-が充電時に亜鉛極表面に樹枝
状あるい海綿状結晶（以下「デンドライト」という）と
なって電析し成長するので、充放電を繰り返すと、この
電析亜鉛がセパレータを貫通し対極に接触して内部短絡
を引き起こすことから、電池のサイクル寿命が短くなる
等という不都合がある。

上記したような電析亜鉛に起因する不都合を解消し、亜
鉛極並びに電池のサイクル寿命を改善するため、電池内
の電解液量を実質的に遊離のものがない程度に規制する
ことで亜鉛酸イオンの拡散を防止している亜鉛のデンド
ライトの成長を抑制する（例えば特公昭56-19710号公報
に開示されている）と共に、複数枚の有機セパレータあ
るいは無機セパレータを積重したりあるいは一体化した
ものを電池用セパレータとして使用することでセパレー
タ強度を高めること等が提案されており、このような構
成とすればサイクル寿命のかなりの向上が期待できる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、放電時に亜鉛酸イオンとして溶出した亜
鉛は充電時に元の位置に電析することは殆んどなく、充
放電の繰り返しによって亜鉛極の極板変形が著しくな
る。このため、上記の如き構成を採った場合でも長期サ
イクル後における亜鉛極の容量低下が大きく、より長期
にわたる充放電に耐えられなくなるという問題がある。

このような極板変形は極板周縁部において最も著しい。
これは、所謂エッジ効果によって極板周縁部に電流が流
れ易く、更に極板周縁部に余分な電解液が溜り易いこと
から、放電時における溶出亜鉛量並びに充電時における
電析亜鉛量が多いことに起因している。また、このよう
に溶出亜鉛量や電析亜鉛量が多いことから極板周縁部に
おける亜鉛のデンドライトの成長が他部よりも大きく、
セパレータ外周に沿って成長した亜鉛のデンドライトが
対極周縁部と接触して内部短絡してしまう原因となると
いう問題もある。特に、陽極およ陰極をセパレータを介
して巻回してなる発電要素を電池缶内に収納する構造を
採っている円筒形電池の場合、電極及びセパレータに含
液された電解液の発電要素中央部への拡散が十分になさ
れてないために電解液が極板周縁部に多く存在する傾向
にあり、上記の如き問題の度合もその分大きい。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案者は、上記のような亜鉛極周縁部における変形並
びに亜鉛のデンドライトの成長を抑制することによっ
て、亜鉛極及び電池にサイクル寿命を図らんと研究し考
察したところ、次の手段を用いた場合には所期の目的を
達成できることを知得してこの考案を完成した。

即ち、この考案のアルカリ亜鉛蓄電池用亜鉛極は、酸化
亜鉛及び金属亜鉛の少なくとも一種を主成分とする活物
質を集電体に添着してなり、集電体の周縁部の少なくと
も一部分が、焼結されたフッ素樹脂によって被覆されて
いることを要旨とする。

〈作用〉 上記手段のように、電気絶縁体であり、且つ撥水性に富
むフッ素樹脂を焼結させて強固に集電体周縁部に被覆す
ることにより、長期サイクルに亘って、亜鉛極周縁部に
おけるエッジ効果をなくし、同周縁部における亜鉛活物
質の電解液中への溶出が抑えられる。

〈実施例〉 以下、添付図面を用いて本考案の実施例を説明する。

酸化亜鉛粉末45重量部と亜鉛粉末45重量部とに、添加剤
として酸化水銀５重量部を加え、これらを十分に混合し
た後、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）ディスパー
ジョン５重量部を加え、次いでこれを水で稀釈し混練し
てペースト状活物質を作り、このペースト状活物質を圧
延ローラで所定の厚みのカレンダーシートとなした。

一方、鉄板に開孔を多数個設けたパンチング板の表面に
ニッケルメッキを施し、所定の寸法に切断したものを陰
極集電体とした。この陰極集電体の周縁部にPTFEディス
パージョンやFEPディスパージョン等の未焼結フッ素樹
脂ディスパージョンを塗布し、塗布後は温度60〜80℃で
10時間乾燥してディスパージョン中の水分を除去した。
そして、このように未焼結フッ素樹脂層を周縁部に形成
した陰極集電体を、窒素−水素の混合ガス雰囲気中で熱
処理（PTFE塗布の場合は320℃で30分間、FEPの場合は28
0℃で30分間）を施して未焼結フッ素樹脂を焼結フッ素
樹脂にし、陰極集電体周縁部に強固な焼結フッ素樹脂被
膜を形成した。このようにして形成した焼結フッ素樹脂
被膜処理済集電体の両面に、上記のようにして得たカレ
ンダーシートを貼り合わせた後、圧着ローラで圧着して
第１図（Ａ），（Ｂ）に示した本考案に係る亜鉛極を作
った。尚、これらの図面において、１は陰極集電体、２
は焼結フッ素樹脂被膜、３はカレンダーシートを陰極集
電体１に圧着してなる亜鉛活物質である。

そして、以上のようにして形成した亜鉛極４をセパレー
タ５を介して公知の焼結式ニッケル極６と組合せ、第２
図に示すような本考案に係るアルカリ亜鉛蓄電池（本考
案品Ａ）を作製した。同図において７〜10は夫々電槽、
電槽蓋、陰極端子、陽極端子を示す。

また、第４図に示すように周縁部の焼結フッ素樹脂処理
をしない以外は同じ陰極集電体１の両面にカレンダーシ
ート状の亜鉛活物質３を圧着して作った従来の亜鉛極を
用いた他は同様にして従来のアルカリ亜鉛蓄電池（従来
品Ｂ）を作製した。

以上の２つのアルカリ亜鉛蓄電池を、150mAで６時間充
電した後に150mA電池電圧が1.0Vになるまで放電すると
いう一連の充放電サイクルを繰り返した時の電池容量
（％）のサイクル変化を調べた。結果は第３図に示す通
りであり、例えば電池容量が初期容量の50％以下に低下
した時を電池のサイクル寿命とした場合、本考案品Ａの
サイクル寿命が従来品Ｂのサイクル寿命より著しく優れ
ていることがわかる。

この理由としては次のことが考えられる。即ち、従来品
Ｂでは、亜鉛極周縁部に余分の電解液が存在し易いため
に亜鉛極中央部に較べて亜鉛極周縁部において活物質で
ある亜鉛の溶解反応が起こり易い状態に加えて、エッジ
効果によって陰極集電体周縁部の電流が流れ易くなって
いるため、充放電サイクルにおける陰極周縁部の変形が
大きく、また、サイクルの進行に伴って陰極周縁部から
亜鉛のデンドライトが成長し、これがニッケル極と接触
して内部短絡を引き起こし易く、これらが電池特性を大
きく低下させる一因となっている。一方、本考案品Ａで
は陰極集電体周縁部が焼結フッ素樹脂で強固に被覆され
ているため、亜鉛極周縁部に余分の電解液が存在する状
態であっても、焼結フッ素樹脂が撥水性に富み且つ電気
絶縁体であるために、長期サイクルに亘ってエッジ効果
が抑制されて亜鉛極周縁部において電流は実質的には全
く流れず亜鉛の溶解反応も抑えられる。このため、亜鉛
極周縁部の変形並びに亜鉛のデンドライトの成長防止が
図れ、結果として優れたサイクル特性が得られたものと
考えられる。

尚、焼結フッ素樹脂を亜鉛極表面、すなわち亜鉛活物質
層表面の周縁部を被覆するよう形成することも考えられ
るが、未焼結フッ素樹脂を亜鉛極表面に塗着した後焼結
する必要があり、焼結の際高温となって亜鉛活物質が変
質するおそれがあるため好ましくない。また未焼結フッ
素樹脂を用いることも考えられるが、焼結フッ素樹脂に
較べ被膜強度が小さく、且つフッ素樹脂ディスパージョ
ンには界面活性剤に付与されており、被膜に界面活性剤
が付着して撥水性が小さくなるため充分な効果が得られ
ない。

〈考案の効果〉 以上のように構成されるこの考案のアルカリ亜鉛蓄電池
用亜鉛極によれば、亜鉛極周縁部の変形防止並びにこの
周縁部からの亜鉛のデンドライトの成長防止を効果的に
図ることができ、より長期にわたる充放電サイクルに耐
え得る亜鉛極を提供でき、アルカリ亜鉛蓄電池の長寿命
化を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本考案の実施例を示した部分断面図、第
１図（Ｂ）は第１図（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図、第２図は
実施例を用いてなるアルカリ亜鉛蓄電池を示した断面
図、第３図は実施例並びに従来例を用いてなるアルカリ
亜鉛蓄電池のサイクル特性を示したグラフ、第４図は従
来例を示した部分断面図である。 １……陰極集電体、２……焼結フッ素樹脂被膜、３……
亜鉛活物質、４……亜鉛極。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化亜鉛及び金属亜鉛の少なくとも一種を
   主成分とする活物質を集電体に添着してなり、集電体の
   周縁部の少なくとも一部分が、焼結されたフッ素樹脂に
   よって被覆されていることを特徴とするアルカリ亜鉛蓄
   電池用亜鉛極。