JPH08241721A

JPH08241721A - アルカリ乾電池

Info

Publication number: JPH08241721A
Application number: JP7042901A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Fujiwara; 隆文藤原; Koji Yoshizawa; 浩司芳澤; Akira Miura; 晃三浦; Shigeo Kobayashi; 茂雄小林; Jun Nunome; 潤布目
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】亜鉛を負極に用いるアルカリ乾電池におい
て、その負極に亜鉛箔または特定の気孔率を持ったエキ
スパンドメタル亜鉛板またはパンチングメタル亜鉛板を
用いることにより、高負荷放電特性に優れたアルカリ乾
電池を提供することを目的とする。【構成】長尺状の亜鉛板からなる負極板と金属酸化物
からなる正極板とをセパレータを介して渦巻き状に巻回
して電極板群とした構造のアルカリ乾電池であり、負極
板は亜鉛箔または５％〜７０％、好ましくは２０％〜７
０％の気孔率を持ったエキスパンドメタル亜鉛板または
パンチングメタル亜鉛板を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は亜鉛を負極とするアルカ
リ乾電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、亜鉛を負極とする乾電池としては
マンガン乾電池、アルカリマンガン電池等が一般的に知
られている。マンガン乾電池の構造は缶状に成型した亜
鉛を負極とし、これにセパレータを介して内側に正極合
剤を詰め込む構造となっている。一方、アルカリマンガ
ン電池の構造はマンガン乾電池と反対で外側に正極合剤
ペレットを配置し、セパレータを介して内側にゲル状粉
末亜鉛を詰めこむ構造となっている。これはいわゆるイ
ンサイドアウト型と呼ばれる構造である。アルカリマン
ガン電池はマンガン乾電池に比べて高負荷連続放電性能
に優れているが、これはマンガン乾電池の電解液が塩化
亜鉛や塩化アンモニウムなどの中性水溶液を用いている
のに対し、アルカリマンガン電池では強アルカリ性の水
酸化カリウム水溶液を用いているのでイオンの伝導性が
向上すること、また負極が粉末亜鉛、アルカリ電解液、
ポリアクリル酸ソーダ等を混合したゲル状負極であるの
で亜鉛粒子間の電解液の拡散が負極全体で均一かつ有利
に起こることによると考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、ヘッドホンステ
レオやＣＤプレーヤー、液晶小型テレビ等の高負荷放電
を必要とするポータブル機器が普及しているが、これら
の電源として既存の乾電池を用いた場合、高負荷放電に
優れているといわれるアルカリマンガン電池でも放電容
量は満足なものとはいえない。これはアルカリマンガン
電池はマンガン乾電池と比べ前記のような高負荷放電性
能に優れた構造ではあるが、インサイドアウト型と呼ば
れる電池構造であるため、正負極の電極面積に限界があ
り、高負荷放電時に電極に負荷がかかり過ぎ正負極の利
用率が低下するからである。

【０００４】また、アルカリマンガン電池のゲル状負極
の体積当たりの亜鉛の含有量は２．０３ｇ／ｃｍ³で亜
鉛金属単体の体積密度７．１３ｇ／ｃｍ³に比べてかな
り小さい値であり、体積当たりの亜鉛の占める割合は２
８％で負極充填容量は亜鉛金属単体を用いる場合に比べ
てかなり低いものとなる。しかし、マンガン乾電池の構
成のような金属亜鉛単体を負極に用いることは、負極充
填容量の面では有利であるが、電解液の拡散などの反応
性の面では不利となる。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するもの
で、高負荷放電特性に優れ、かつ放電容量の大きい負極
を備えたアルカリ乾電池を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明のアルカリ乾電池は、亜鉛からなる負極板
と、金属酸化物からなる正極板をセパレータを介して渦
巻き状に巻回した構造のアルカリ乾電池であり、負極板
は亜鉛板からなるものである。さらに亜鉛負極板は多数
の空孔を持ち、気孔率が５％〜７０％、好ましくは２０
％〜７０％とし、エキスパンドメタル亜鉛板またはパン
チングメタル亜鉛板のいずれかを用いる。また、金属酸
化物は二酸化マンガンとする。

【０００７】

【作用】長尺状の亜鉛負極板をセパレータを介して正極
板と共に渦巻き状に巻回して構成することにより、正負
極板の電極面積はインサイドアウト型のアルカリマンガ
ン電池に比べ大幅に増大するので、高負荷での放電性能
の向上が期待できる。また、正極板と負極板が大面積で
対向するため、負極板として亜鉛金属単体を用いた場合
でも正負極間の電解液の拡散が均一かつ有利に起こり、
ゲル状の亜鉛負極を用いた場合と同様の効果が得られ
る。つまり亜鉛金属単体を負極板として用いることによ
り負極充填容量を向上させることができ、かつ長尺状の
電極板を渦巻き構造にすることで電極面積が増大し、電
解液の拡散が均一かつ有利におこるので高負荷での放電
性能を向上させることができる。

【０００８】また、亜鉛板に多数の空孔を施すことによ
り、空孔を介して電解液の拡散が均一かつ有利に起こ
り、亜鉛の利用率を向上させることが期待できる。しか
し、空孔を増やすことが体積当たりの亜鉛の充填量を減
らし、放電容量を低下させることにつながる。このため
空孔を施した亜鉛板を用いるには気孔率の上限値をゲル
状亜鉛粉末の体積当たりの亜鉛の占める割合約３０％に
相当する気孔率７０％以内にしなければ放電容量での優
位性が得られないことになる。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）以下、図面とともに本発明を具体的な実施
例に添って説明する。

【００１０】図１に本発明の構造を適用したアルカリ乾
電池の構造断面図を示す。図中１は正極板であり、二酸
化マンガンとカーボンブラックとフッ素樹脂を混合・混
練してシート状に成型し、これをニッケルエキスパンド
メタル集電体に圧着したものであり、２はセロハンとポ
リプロピレン製不織布を張り合わせたセパレータ、３は
金属亜鉛の負極板である。これら正極板１をセパレータ
３を介して負極板２と重ね合わせて最外周に正極板がく
るように渦巻き状に巻回した電極板群を構成し、絶縁用
樹脂板５を底部に入れた電池ケース４に挿入し、電池ケ
ースの内壁と最外周の正極板が接触することで集電をと
る。一方、負極板から負極集電用リード７を引き負極端
子板６と溶接し集電をとる。最後にアルカリ電解液を注
液し電池をナイロン製封口樹脂８で封口し本発明のアル
カリ乾電池とする。

【００１１】以上のような構成で作製した本発明の単三
サイズのアルカリ乾電池Ａを電流値１Ａ、５００ｍＡ、
１００ｍＡ、１０ｍＡの連続定電流で放電を行った。な
お負極板には厚み１００μｍの亜鉛箔を用いた。また、
比較例として従来の単三サイズのアルカリマンガン電池
Ｂも同様に放電を行った。その結果を図２に示す。図２
は横軸に負荷電流、縦軸に電池電圧０．９Ｖまでの放電
容量を示す電池の負荷特性図であり、図中Ａは本発明の
アルカリ乾電池、Ｂは従来のアルカリマンガン電池であ
る。

【００１２】この図からわかるように、１００ｍＡ以上
の高負荷の放電では負荷電流値が大きくなるにつれ電池
Ａと電池Ｂの放電容量の差が徐々に大きくなることがわ
かる。これは、電池Ｂでは電極面積が小さいため高負荷
になるにつれて電極にかかる負荷の増加の割合が大きく
なり電池の分極が増大し、その結果、放電容量が低下す
る。しかし、電池Ａでは電極面積が大きいため電極にか
かる負荷の増加の割合が少なくてすみ電池の分極が余り
起こらないので放電容量の低下が起こりにくいと考えら
れる。また、渦巻き状の巻き回した構造にすることで負
極の電解液の拡散が均一かつ有利に起こり、金属単体の
亜鉛板を用いた場合でもゲル状亜鉛粉末と同様の効果が
得られるので、高負荷での放電性能を向上させることが
できたと考えられる。

【００１３】さらに、１００ｍＡ以下の低負荷での放電
容量も電池Ａは電池Ｂよりも若干ではあるが向上してお
り、これは亜鉛金属単体を負極として用いることにより
負極充填容量を向上させることができたためと考えられ
る。

【００１４】（実施例２）次に亜鉛板の気孔率を変えて
実施例１と同様の本発明のアルカリ乾電池を作製し、１
Ａでの定電流放電を行った。その結果を図３に示す。亜
鉛板は気孔率０％が実施例１で用いた厚み１００μｍの
亜鉛箔であり、気孔率５％〜９０％は厚み１００μｍの
亜鉛箔をエキスパンド加工により該気孔率になるように
調整したものである。

【００１５】この図からわかるように、気孔率０％であ
る空孔のない亜鉛箔に比べ気孔率５％の亜鉛板は負極の
利用率が１０％以上向上する。しかし、気孔率５％〜２
０％では気孔率の増加にともなう負極利用率の向上は小
さく、２０％以上ではほとんど負極利用率に変化は見ら
れない。これは亜鉛板に空孔を施すことにより、空孔を
介して負極の電解液の拡散が有利に進行し、高負荷放電
である１Ａでの放電時の負極の利用率が向上したものと
考えられ、特に５％以上の気孔率であると効果は大き
い。しかし、空孔を増やすことは体積当たりの亜鉛の充
填量を減らすことになるので放電容量の低下にもつなが
る。このため空孔を施した亜鉛板を用いるには気孔率の
上限値をゲル状亜鉛粉末の体積当たりの亜鉛の占める割
合約３０％に相当する気孔率７０％以内にしなければ実
施例１の低負荷での放電における電池Ａの電池Ｂに対す
る放電容量での優位性が得られないことになる。よって
亜鉛板の気孔率は５％〜７０％、好ましくは２０％〜７
０％にするのが良い。

【００１６】なお負極亜鉛板に関しては、実施例２では
エキスパンドメタル亜鉛板を用いたが、パンチングメタ
ル亜鉛板でも同様な効果が得られた。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ように亜鉛板をセパレータを介して正極と共に渦巻き状
に巻回することにより電極面積が大きくなり、かつ電解
液の拡散性が良くなり、また亜鉛板を用いることにより
負極充填量も向上するため、低負荷から高負荷までの放
電性能に優れたアルカリ乾電池を供給することができ
る。さらに気孔率５％〜７０％、好ましくは２０％〜７
０％亜鉛板を用いれば高負荷放電性能がさらに向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアルカリ乾電池の構造断面図

【図２】本発明によるアルカリ乾電池と従来のアルカリ
マンガン電池との放電負荷特性の比較を示す図

【図３】本発明によるアルカリ乾電池の１Ａの定電流放
電における亜鉛板の気孔率と負極利用率の関係を示す図

【符号の説明】

１正極板２セパレータ３負極板４電池ケース５絶縁用樹脂板６負極端子板７負極集電用リード８ナイロン製封口樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林茂雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者布目潤大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛からなる負極板と、金属酸化物からな
る正極板とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し構成
するアルカリ乾電池であり、前記負極板が亜鉛板からな
ることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】前記亜鉛板が多数の空孔を持つ請求項１記
載のアルカリ乾電池。
【請求項３】前記亜鉛板の気孔率が５％〜７０％である
請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項４】前記亜鉛板の気孔率が２０％〜７０％であ
る請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項５】前記亜鉛板が、エキスパンドメタル亜鉛板
またはパンチングメタル亜鉛板である請求項１記載のア
ルカリ乾電池。
【請求項６】前記金属酸化物は二酸化マンガンである請
求項１記載のアルカリ乾電池。