JPH10189006A

JPH10189006A - 空気電池

Info

Publication number: JPH10189006A
Application number: JP8345337A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Ogata; 秀之小方; Masao Kawaguchi; 正夫川口
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】空気電池において、作動電圧の低下および触媒
層の成形性の低下を招来することなく内部抵抗を低減し
て、重負荷放電に対応可能な空気電池を提供すること。【解決手段】活性炭を含む触媒層５を備えた正極と、電
解液および亜鉛粉を含むゲル状負極８とを有する空気電
池において、前記触媒層に導電性材料として膨張化黒鉛
を配合したことによって、作動電圧を低下させたり触媒
層の成形性を損なわずに内部抵抗を低減する。膨張化黒
鉛の配合量は重量比で０．５〜１０％が好ましい。空気
電池はボタン型に限らず、例えば円筒状のものでもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気電池に係り、
さらに詳しくは、作動電圧および成形性の低下を招来す
ることなく内部抵抗の低減および放電特性の向上（重負
荷放電）を図った空気電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】多孔質の活性炭を含む触媒層を備えた正
極組み立て体（正極）と、亜鉛粉および電解液を含むゲ
ル状の負極活物質層（負極）との間で、空気中の酸素を
使用して電力を得る空気電池が実用に供されている。す
なわち、空気を利用して正極および負極で、次のような
電極反応をそれぞれ行うことによって、１．４Ｖ程度の
起電力を得る空気電池が知られている。

【０００３】負極側：Ｚｎ＋２ＯＨ^-→ＺｎＯ＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- 正極側：1/2 Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→２ＯＨ^-

【０００４】図１は空気電池の要部の断面図である。図
中、１は底壁面に空気孔２を有する一端が開口型の正極
ケースであり、正極ケース１内には、その内底壁面上に
拡散紙３，撥水膜４，触媒層５およびセパレータ６が順
次積層配置されて正極組み立て体７を成形している。触
媒層５は一般的に、活性炭、マンガン酸化物およびテフ
ロン粉末の混合体で、シート状に成形されている。ま
た、８は正極組み立て体７のセパレータ６上に積層配置
された亜鉛粉および電解液を含有したゲル状の負極活物
質層である。ここで、ゲル状の負極活物質層は、たとえ
ば３０重量％の水酸化カリウム水溶液からなる電解液、
ポリアクリル酸ナトリウム（ゲル化剤）、亜鉛粉末もし
くは亜鉛合金粉末と配合してなる混合体である。

【０００５】さらに、９は前記負極活物質層８に内壁面
部が電気的に接して、前記正極ケースの開口部を封止す
る負極ケース、１０は前記負極ケース９および正極ケー
ス１の被封止部間に介挿配置された絶縁ガスケット、１
１は前記空気孔２を封止するため正極ケース１底面に貼
着されたシールテープである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、より重負荷で放
電できる電池の需要が高まっており、このような要望に
対応して作動電圧が高く、内部抵抗を低く抑えた空気電
池の開発が進められている。すなわち、空気電池に内蔵
されている触媒層５に、カーボンブラック系（ケッチェ
ンブラックやアセチレンブラック）の導電性材料を添加
含有させ、内部抵抗を低減させる構成が試みられてい
る。

【０００７】しかしながら、触媒層にカーボンブラック
系の導電性材料を添加した場合、少量ではほとんど効果
が見られない。また、その量を増加すると、内部抵抗は
低減されるものの作動電圧が低下するという現象や、成
形性が悪くなるという現象が起こる。その原因として
は、導電性材料の添加含有量に相当する触媒量が低減す
ることになり、十分な触媒活性が得られないということ
がある。つまり、導電性材料を多量に添加させると、結
果的にはかえって作動電圧が低下するので、重負荷化が
阻害されることとなる。

【０００８】また、触媒層５にカーボンブラック系の導
電性材料よりも導電性の高い人造黒鉛を添加する方法も
ある。しかし、添加量が少量の場合には若干の効果はあ
るが、触媒層５の成形性が低下するという問題がある。
また、多量に添加した場合には、触媒層５の製造が困難
となる。

【０００９】本発明は、上記問題に対処してなされたも
ので、空気電池において、作動電圧および成形性の低下
を招来することなく、内部抵抗を低減することを目的と
し、その結果、重負荷放電を行うことが可能な空気電池
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、活性
炭を含む触媒層を備えた正極と、電解液および亜鉛粉を
含むゲル状負極とを有する空気電池において、前記触媒
層に導電性材料として膨張化黒鉛を配合したことを特徴
とするものである。

【００１１】本発明においては、触媒層に導電性材料と
して膨張化黒鉛を配合したことにより、電池の内部抵抗
の低減化を図りながら所要の作動電圧を保持することが
でき、さらに触媒層の成形性も損なわない。特に膨張化
黒鉛の配合量を重量比で０．５〜１０％とした場合が好
ましい。膨張化黒鉛が成形性を損なわない理由は明らか
でないが、従来の人造黒鉛に比べて膨張化黒鉛のほうが
粒子が柔らかいので、成型する際に潰れやすくなるため
ではないかと考えられる。

【００１２】本発明の空気電池はボタン型でも円筒型で
もよい。いずれにおいても、壁面に空気孔を有する一端
が開口型の正極ケースと、前記正極ケースの内壁面上に
順次積層配置された拡散紙、撥水膜、触媒層およびセパ
レータからなる正極組み立て体と、前記正極組み立て体
のセパレータに対接配置された電解液および亜鉛粉を含
有したゲル状の負極活物質層と、前記負極活物質層に電
気的に接触して正極ケースの開口部を封止する負極ケー
スと、前記負極ケースおよび正極ケースの被封止部間に
介挿入された絶縁ガスケットとを有する。

【００１３】活性炭を含む触媒層には上記したように導
電性材料として重量比で０．５〜１０％の膨張化黒鉛
（たとえば日本黒鉛工業（株）製ＫＥＸ−５，ＣＭＸ
−４０等）が添加されている。

【００１４】ボタン型の空気電池場合は、負極ケースは
内壁面が負極活物質に接して封止する構造をとり、また
円筒型の場合には、集電体を負極活物質に挿入・接続し
て封止する構造をとる。つまり、この発明における負極
ケースは、通常の封止ケースそのものと、集電体付きの
封止ケースとが含まれる。

【００１５】

【発明の実施の形態】ボタン型空気電池、円筒型空気電
池とも基本的な構成は、従来の場合と同様である。この
実施例はボタン型空気電池なので、前記図１を参照して
実施例を説明する。

【００１６】図１はＪＩＳ規格ＰＲ４４型の空気電池の
要部構成を断面的に示したものである。１は底壁面に空
気孔２を有する一端が開口型の正極ケースである。そし
て、前記正極ケース１内には、その内底壁面上に拡散紙
３，撥水膜４，触媒層５およびセパレータ６が順次積層
配置されて正極組み立て体７を成形している。ここで、
拡散紙３はクラフト紙、撥水膜４はポリテトラフロロエ
チレン（ＰＴＦＥ）フィルムである。触媒層５は、活性
炭に、マンガン酸化物，導電性材料として膨張化黒鉛
（ＣＭＸ−４０），ポリテトラフロロエチレン粉末をそ
れぞれ混合し、シート状に形成したものである。セパレ
ータ６はポリプロピレン微多孔質膜である。

【００１７】また、８は正極組み立て体７のセパレータ
６上に積層配置されたゲル状の負極活物質である。ゲル
状の負極活物質８は、２５〜４２重量％の水酸化カリウ
ム水溶液の電解液に、ポリアクリル酸ナトリウム（ゲル
化剤）、亜鉛粉末もしくは亜鉛合金粉末とを配合して調
製したゲル状の混合体である。

【００１８】さらに、９は前記負極活物質層８に内壁面
部が電気的に接する一方、前記正極ケース１の開口部を
封止する負極ケース、１０は前記負極ケース９および正
極ケース１の被封止部間に介挿配置された絶縁ガスケッ
ト、１１は前記空気孔２を封止するため正極ケース１外
装壁面に貼着されたシールテープである。ここで、負極
ケース９は、たとえばニッケル、ステンレス鋼および銅
の三層クラッド製であり、また絶縁ガスケット１０はポ
リアミド樹脂系のものである。

【００１９】上記において、触媒層５の構成を、表１に
示すように膨張化黒鉛の添加量の異なる触媒層として、
５種の空気電池（実施例１〜５）をそれぞれ５０個ずつ
組み立て作成した。

【００２０】また、比較のため、表１に示すように導電
剤としてカーボンブラック系のものおよび人造黒鉛（Ｓ
Ｐ１０）を添加含有させて触媒層５を構成し、それ以外
は実施例と同様にして空気電池（比較例１〜１０）を、
それぞれ５０個ずつ組み立て作成した。

【００２１】上記構成の空気電池について、温度２０℃
における電池の内部抵抗の測定結果（１０個の平均
値）、定抵抗（負荷）２５０Ωでの作動電圧の測定結果
（１０個の平均値）、および触媒層の成形性を、前記触
媒層の構成（組成・素材）とともに、表１および図２に
比較表示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１および図２から明らかなように、膨張
化黒鉛を１０重量％以下（実施例１〜４）添加した場
合、改善前（比較例１）と比較すると、いずれも内部抵
抗が低く、安定した作動電圧が得られ、成形性も良好で
あった。

【００２４】しかし、膨張化黒鉛を１５重量％（実施例
５）添加した場合、内部抵抗、成形性に関しては良好で
あるが、作動電圧が低下してしまった。原因としては、
触媒量が低減し、十分な触媒活性が得られなかったため
である。このことからも、膨張化黒鉛の添加量は０．５
〜１０重量％程度が望ましい。

【００２５】これに対してカーボンブラック系の導電性
材料を添加した場合（比較例２〜６）は、少量では内部
抵抗が低下せず、多量に添加した場合は内部抵抗が低下
するものの作動電圧が低下した。また成形性も低下し
た。したがって重負荷放電に十分耐えられない。

【００２６】さらに、人造黒鉛を導電性材料として３重
量％以下添加した場合（比較例７，８）、若干の効果は
あるものの、触媒層５の成形性が低下してしまう。５〜
１０重量％添加した場合は（比較例９，１０）、触媒層
の成形が全くできなかった。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろな変
形をとることができる。たとえば、空気電池の形式はＪ
ＩＳ規格ＰＲ４４以外であってもよい。また、ボタン型
空気電池以外の円筒型空気電池であってもよい。すなわ
ち正極ケースとして側壁に空気孔を有する円筒型を用
い、同じく円筒状に成形した正極組み立て体を、正極ケ
ース内に挿入装着し、円筒状の正極組み立て体内に負極
活物質層を充填装着した構成の場合にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空気電池において、作動電圧を低下させることなく、ま
た触媒層の成形性を低下させることなく、内部抵抗を容
易に下げることができる。したがって本発明によれば、
重負荷放電に対応可能な空気電池を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボタン型空気電池の断面図。

【図２】本発明の実施例および比較例の空気電池におけ
る導電剤添加率と内部抵抗および作動電圧の関係を示す
図。

【符号の説明】

１…正極ケース、２…空気孔、３…拡散紙、４…撥水
膜、５…触媒層、６…セパレータ、７…正極組み立て
体、８…負極活物質、９…負極ケース、１０…絶縁性ガ
スケット、１１…シールテープ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭を含む触媒層を備えた正極と、電
解液および亜鉛粉を含むゲル状負極とを有する空気電池
において、前記触媒層に導電性材料として膨張化黒鉛を
配合したことを特徴とする空気電池。
【請求項２】膨張化黒鉛の配合量が重量比で０．５〜
１０％である請求項１記載の空気電池。