JPH0765835A - アルカリ亜鉛蓄電池 - Google Patents

アルカリ亜鉛蓄電池

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JPH0765835A
JPH0765835A JP5235616A JP23561693A JPH0765835A JP H0765835 A JPH0765835 A JP H0765835A JP 5235616 A JP5235616 A JP 5235616A JP 23561693 A JP23561693 A JP 23561693A JP H0765835 A JPH0765835 A JP H0765835A
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JP
Japan
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zinc
electrode
storage battery
powder
battery
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Application number
JP5235616A
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English (en)
Inventor
Mutsumi Yano
睦 矢野
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【構成】酸化亜鉛粉末及び金属亜鉛粉末を負極活物質と
する亜鉛極を備えるアルカリ亜鉛蓄電池において、前記
亜鉛粉末の表面にビスマスを付着させてある。 【効果】亜鉛極の表面部及び内部において電極反応が比
較的均一に行われるので、充放電サイクルの進行に伴う
亜鉛極の容量低下が少なく、サイクル寿命が長い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル・亜鉛蓄電
池、銀・亜鉛蓄電池など、負極として亜鉛極を用いるア
ルカリ亜鉛蓄電池に係わり、詳しくは、サイクル寿命の
長いアルカリ亜鉛蓄電池を得ることを目的とした、亜鉛
極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アルカ
リ亜鉛蓄電池には、単位重量当たりのエネルギー密度
が高い、作動電圧が比較的高い、製造コストが安価
である、安全性に優れるなどの利点が有る反面、サイ
クル寿命が短い(100サイクル程度)という欠点が有
る。
【0003】アルカリ亜鉛蓄電池のサイクル寿命が短い
のは、亜鉛極における電極反応が主としてその表面部で
起こるため、充放電サイクルの繰り返しにより電気化学
的に不活性な亜鉛化合物が亜鉛極の表面を緻密に覆うよ
うになり、その結果有効電極面積が減少して、短サイク
ル裡に電極容量及び電池容量が低下するからである。
【0004】このため、従来、アルカリ亜鉛蓄電池のサ
イクル寿命の長期化を図るべく、亜鉛極の改良が試みら
れているが、未だサイクル寿命の充分長いアルカリ亜鉛
蓄電池を得るには至っていないのが実情である。
【0005】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、サイクル寿命の長
いアルカリ亜鉛蓄電池を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るアルカリ亜鉛蓄電池(以下、「本発明電
池」と称する。)は、酸化亜鉛粉末及び金属亜鉛粉末を
負極活物質とする亜鉛極を備えるアルカリ亜鉛蓄電池に
おいて、前記亜鉛粉末の表面にビスマスを付着させてあ
ることを特徴とする。
【0007】負極活物質として酸化亜鉛粉末とともに金
属亜鉛粉末を併用することとしているのは、金属亜鉛粉
末の添加により亜鉛極の導電性を高めるとともに、放電
リザーブ(潜在容量)を設けて高率放電特性に優れたア
ルカリ亜鉛蓄電池を得るためである。
【0008】従来、亜鉛粉末はアトマイズ法、蒸気凝固
法などにより製造されているが、蓄電池(二次電池)に
おいては、粒径が大きく(通常25μm以上)比表面積
が小さいアトマイズ法によるものは、内部短絡を引き起
こし易く、また電極反応にあずかる界面の表面積が小さ
くなるので、好ましくない。蓄電池用としては、亜鉛蒸
気を凝固させて得た微粉末の比表面積が大きい亜鉛を用
いることが好ましいが、各微粉末の表面にビスマスを混
合法により直接付着させることは一般に困難である。従
って、実用的な方法としては、酢酸ビスマスの酢酸水溶
液に亜鉛微粉末を攪拌混合しながら加えたのち熟成し、
亜鉛微粉末の表面部分のZn2+をBi3+で置換するイオ
ン置換法が推奨される。
【0009】本発明における亜鉛粉末へのビスマスの好
適な付着量は、亜鉛粉末に対して0.2〜5.0重量%
である。付着量が0.2重量%未満の場合は、ビスマス
による反応抵抗増大作用(後述)が充分に発現されず、
一方付着量が5.0重量%を越えた場合は、容量低下を
招くので、いずれの場合もサイクル寿命の長期化が充分
に望み得なくなり好ましくない。
【0010】上記のビスマスによる反応抵抗増大作用を
さらに増進させるべく、負極活物質に、金属インジウ
ム、又は、インジウムの酸化物もしくは水酸化物を負極
活物質中の亜鉛の総重量に対してインジウム換算で0.
1〜5.0%の範囲で添加混合することが好ましい。
【0011】
【作用】本発明における亜鉛極においては、亜鉛粉末の
表面にビスマスを付着させてあるので、ビスマスが電極
反応の固(亜鉛)−液(電解液)界面に常に存在して、
電極反応の反応抵抗を増大させ、過電圧を高める方向に
作用する。このため、亜鉛極の表面部及び内部において
電極反応が比較的均一に行われるようになり、その結果
亜鉛極の利用率が向上し、電気化学的に不活性な緻密な
亜鉛化合物の被膜が亜鉛極の表面を覆うことに起因する
亜鉛極の容量低下が抑制され、ひいては電池容量の低下
が抑制される。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0013】(実施例1)酢酸ビスマス9gを5重量%
の酢酸水溶液に加え、攪拌混合しながら亜鉛粉末(粒
径:4〜7μm程度)500gを加えた後、さらに30
分間攪拌混合した。この混合液を濾過し、濾物としての
亜鉛粉末を水洗し、水をメタノールで置換した後、45
°Cで真空乾燥して、表面にビスマスが亜鉛粉末に対し
て1.0重量%付着した亜鉛粉末を得た。
【0014】この亜鉛粉末25重量部に、酸化亜鉛粉末
70重量部、及び、結着剤としてのフッ素樹脂(PTF
E)ディスパージョン5重量部を加えて混練し、ペース
トを得た。このようにして得たペーストを、ローラで圧
延してシート化し、所定寸法に切り取った2枚のシート
を銅製の集電体の両面に配し、加圧成形した後、乾燥し
て、亜鉛極を作製した。
【0015】次いで、負極として上記亜鉛極を、正極と
して焼結式ニッケル極を、また電解液として30重量%
の水酸化カリウム水溶液をそれぞれ使用して、AAサイ
ズの本発明電池BA1(ニッケル・亜鉛アルカリ蓄電
池:理論容量700mAh)を作製した。
【0016】図1は作製した本発明電池BA1の模式的
断面図であり、図示の本発明電池BA1は、正極1及び
負極2、これら両電極を離間する多層セパレータ3、正
極リード4、負極リード5、正極外部端子6、負極缶7
などからなる。正極1及び負極2は電解液が注入された
多層セパレータ3を介して渦巻き状に巻き取られた状態
で負極缶7内に収容されており、正極1は正極リード4
を介して正極外部端子6に、また負極2は負極リード5
を介して負極缶7に接続され、電池BA1内部で生じた
化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し
得るようになっている。
【0017】(比較例1)亜鉛粉末の表面にビスマスを
付着させなかったこと以外は実施例1と同様にして、比
較電池BC1を作製した。
【0018】〔各電池のサイクル寿命〕本発明電池BA
1及び比較電池BC1について、室温(25°C)下、
175mAで5時間充電した後、175mAで放電終止
電圧1.3Vまで放電する工程を1サイクルとする連続
充放電サイクル試験を行い、充放電サイクルの進行に伴
う容量維持率の変化を調べた。容量維持率は、初期容量
に対する各サイクルにおける放電容量の百分率である。
なお、容量維持率が初期容量の70%に低下した時点を
電池寿命と考え、その時点で試験を終了した。結果を図
2に示す。
【0019】図2は、各電池の充放電サイクルの進行に
伴う容量維持率の変化の様子を、縦軸に容量維持率
(%)を、また横軸にサイクル数(回)をとって示した
グラフであり、同図より、本発明電池BA1は、比較電
池BC1に比し、サイクル寿命が格段長いことが分か
る。これは、先に述べたように、比較電池BC1におい
ては、電極反応が主として亜鉛極の表面部で起こるた
め、電気化学的に不活性な緻密な亜鉛化合物の被膜が亜
鉛極の表面を覆い、容量が低下し易いのに対して、亜鉛
粉末の表面にビスマスを付着させてある本発明電池BA
1においては、電極反応の界面に存在するビスマスの内
部抵抗増大作用により電極反応が亜鉛極の表面部及び内
部で均一に起こるため、容量が低下しにくいからであ
る。
【0020】〔亜鉛粉末へのビスマスの付着量とサイク
ル寿命との関係〕亜鉛粉末の表面へのビスマスの付着量
を種々変化させたこと以外は実施例1と同様にしてニッ
ケル・亜鉛アルカリ蓄電池を作製し、これらの各電池の
サイクル寿命を調べた。サイクル寿命は、容量維持率が
初期容量の70%に低下するまでの総サイクル数で評価
した。結果を図3に示す。
【0021】図3は、亜鉛粉末の表面へのビスマスの付
着量とサイクル寿命との関係を、縦軸にサイクル寿命
(回)を、また横軸にビスマスの亜鉛粉末に対する付着
量(重量%)をとって示したグラフであり、同図より、
亜鉛粉末へのビスマスの好適な付着量は亜鉛粉末に対し
て0.2〜5.0重量%であることが分かる。
【0022】(実施例2)実施例1と同じ方法で得た表
面にビスマスが亜鉛粉末に対して1.0重量%付着した
亜鉛粉末25重量部に、酸化亜鉛粉末70重量部、結着
剤としてのフッ素樹脂(PTFE)ディスパージョン5
重量部、及び、水酸化インジウムを亜鉛粉末及び酸化亜
鉛粉末中の亜鉛の総重量に対してインジウム換算で2.
5重量部を加えて混練し、ペーストを得た。このように
して得たペーストを、ローラで圧延してシート化し、所
定寸法に切り取った2枚のシートを銅製の集電体の両面
に配し、加圧成形した後、乾燥して、亜鉛極を作製し
た。この亜鉛極を負極として使用したこと以外は実施例
1と同様にして、本発明電池BA2を作製し、先と同じ
条件で充放電サイクル試験を行い、充放電サイクルの進
行に伴う容量維持率の変化を調べた。結果を図2と同じ
座標系の図4に示す。なお、図4には、比較のために、
図2に示した本発明電池BA1の結果も併せて示してあ
る。
【0023】図4より、水酸化インジウムを負極活物質
中に添加することにより、サイクル寿命がより一層長く
なることが分かる。
【0024】叙上の実施例では、ニッケル・亜鉛アルカ
リ蓄電池を例に挙げて説明したが、本発明は、空気・亜
鉛アルカリ蓄電池、酸化銀・亜鉛アルカリ蓄電池など、
他のアルカリ亜鉛蓄電池にも同様に適用し得るものであ
る。また、AAサイズの電池を例に挙げて説明したが、
本発明は、電池の形状に制限はなく、扁平型、角型な
ど、種々の形状及び大きさのアルカリ亜鉛蓄電池に適用
し得るものである。さらに、上記実施例では、負極活物
質に水酸化インジウムを添加する場合を例に挙げて説明
したが、金属インジウム又はインジウムの酸化物を添加
した場合にも、同様の優れた効果が得られる。
【0025】
【発明の効果】本発明電池は、亜鉛極の表面部及び内部
において電極反応が比較的均一に行われるので、充放電
サイクルの進行に伴う亜鉛極の容量低下が少なく、サイ
クル寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で作製した本発明電池の模式的断面図で
ある。
【図2】本発明電池及び比較電池の充放電サイクルの進
行に伴う容量維持率の変化の様子を示したグラフであ
る。
【図3】亜鉛粉末の表面へのビスマスの付着量とサイク
ル寿命との関係を示したグラフである。
【図4】本発明電池の充放電サイクルの進行に伴う容量
維持率の変化の様子を示したグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化亜鉛粉末及び金属亜鉛粉末を負極活物
    質とする亜鉛極を備えるアルカリ亜鉛蓄電池において、
    前記亜鉛粉末の表面にビスマスを付着させてあることを
    特徴とするアルカリ亜鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】前記ビスマスの付着量が前記亜鉛粉末に対
    して0.2〜5.0重量%である請求項1記載のアルカ
    リ亜鉛蓄電池。
  3. 【請求項3】前記負極活物質に金属インジウム、又は、
    インジウムの酸化物もしくは水酸化物が混合されている
    請求項1又は2記載のアルカリ亜鉛蓄電池。
JP5235616A 1993-08-26 1993-08-26 アルカリ亜鉛蓄電池 Pending JPH0765835A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010518585A (ja) * 2007-02-12 2010-05-27 パワージェニックス システムズ, インコーポレーテッド 金属亜鉛型電流コレクタ
CN120581560A (zh) * 2025-05-29 2025-09-02 中南大学 一种核壳结构的亲锌金属包覆锌粉末及其制备方法和应用

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JP2010518585A (ja) * 2007-02-12 2010-05-27 パワージェニックス システムズ, インコーポレーテッド 金属亜鉛型電流コレクタ
US8940430B2 (en) 2007-02-12 2015-01-27 Powergenix Systems, Inc. Metallic zinc-based current collector
CN120581560A (zh) * 2025-05-29 2025-09-02 中南大学 一种核壳结构的亲锌金属包覆锌粉末及其制备方法和应用

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