JPH10326631A

JPH10326631A - 空気電池正極体の製造法

Info

Publication number: JPH10326631A
Application number: JP9136394A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Fujigami; 光治藤上; Masanori Maeda; 政徳前田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】空気電池の正極体反応面を活性化させる目的
で、環境負荷の小さい材料を使用し、活性炭粉末を確実
に前記反応面に付着させ初期電圧特性を改善する空気電
池の製造法を提供するものである。【解決手段】水にＰＶＡを溶解した水溶液に活性炭粉末
を分散させた粉末分散液を正極体表面に均一に付着さ
せ、乾燥により水分を蒸発させ活性炭粉末を正極体表面
に固定させることにより、反応面への活性炭粉末の付着
性が大幅に改善され、放電特性を改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気電池の正極体の
製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大容量空気電池は、燈浮標（ブイ）や燈
台などの航路標識用電源などの電源に使用される一次電
池である。この空気電池は、空気中の酸素を活性化する
活性炭正極、亜鉛負極、及び電解液（か性カリ水溶液）
により構成され、電解液は電池使用時に注液するか、あ
るいは固体電解質を内蔵し注水によって電解質とするも
のである。

【０００３】空気電池の正極は活性炭粉末を成型、焼
成、その後パラフィンワックス防水工程を経て製造さ
れ、初期放電品質特性を安定させる目的で反応表面の改
善を行っている。その方法は、トリクロルエチレンやト
リクロルエタン等の有機溶剤（以下、溶剤という）に活
性炭粉末を分散させた粉末分散液（以下、活性剤とい
う）を正極体表面に付着させ、その後、乾燥固着させる
もので、電池初期使用時に正極体の反応面と電解液間の
濡れ性を向上し電圧特性の改善をしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来法では、活性炭粉
末に溶剤を加えて適度な粘度に調整し、その液をスプレ
−ガン等を用いて強制的に正極体反応面（以下、反応面
という）に吹きつけ付着させた後、乾燥工程を経て活性
炭粉末を反応面に固定していた。この正極体に付着させ
る活性炭粉末層の厚みによって、空気電池の電圧特性が
ばらつく為、前記活性炭粉末層は、厚み４〜８ｍｍで正
極体の単位面積当たり０．０５〜０．０８ｇ／ｃｍ²に
管理されていた。

【０００５】反応面にこの活性炭粉末を固定させる方法
では、防水工程で予め正極体に含浸されている表面層の
パラフィンワックス（以下、ワックスという）を溶剤の
溶解力で溶解させ、反応面に付着させた活性炭粉末側へ
移行させ、その後溶剤を発散させることでワックスが固
化して付着力が確保されているものであった。しかし、
その付着力は正極体個々の素材のばらつき、つまりワッ
クスの含浸量や反応面の表面粗さ等に左右されやすいこ
とに加え、粉末付着力そのものが弱いという不安定なも
のであった。

【０００６】また、この種の空気電池は使用開始時に注
水して作動させるのであるが、電池の構造上、注水時に
水が正極体表面に飛散し活性炭粉末が剥がれ脱落するこ
とがあり、その程度が強い場合、電圧特性のばらつきに
影響を与えることになる。このため、電圧特性は前記活
性炭粉末が防水処理が施されていないため親水性が強く
電解液に対して極めて良く濡れ、正極体反応面にこの活
性炭粉末を適正量付着させることで電解液に対して濡れ
易くなり、電圧特性も改善されるのであるが、活性炭粉
末の脱落等があると正極体の生地が露出することにな
り、その部分の表面は他の活性炭粉末付着部分よりも電
解液の撥水性が強くなり電圧特性のばらつきの原因とな
っていた。

【０００７】一方、トリクロロエチレンやトリクロルエ
タンなどの溶剤を用いている為、関連設備腐食対策やそ
の製造ライン内での飛散防止の為の局所排気及び排気回
収等の環境対策費用といった経営負担も決して小さくな
かった。

【０００８】また、環境面でも製造工程において使用す
る前記溶剤はオゾン層の破壊物質ということで使用が困
難になり、代替溶剤を手当しなければならなくなった。
しかし、代替溶剤でもこの正極体の特性面から採用可能
なものは大半が石油系溶剤であり、空気電池の製造ライ
ンでの採用を試みたが、品質のばらつき或いは安全性や
関連設備更新等など経営的に負担が大きく実現に至って
いない。

【０００９】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、放電特性を改善した空気電池を得るための
空気電池の正極体製造法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】上記の課題を解決するた
めに本発明の空気電池正極体の製造法は、水とポリビニ
ルアルコールと活性炭粉末の混合物から成る液状の表面
活性材料正極体表面に塗布した後、乾燥させるものであ
る。水と添加剤のポリビニルアルコ−ルからなる水溶液
に活性炭粉末を分散させたものを正極体の表面活性材料
として用いるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は水と添加剤のポリビニル
アルコ−ル（以下、ＰＶＡという）からなる水溶液に活
性炭粉末を分散させたものを正極体の表面活性材料とし
て用いる製造法である。

【００１２】この製造法によって、ＰＶＡの粘着性と水
溶性効果によって反応面への活性炭粉末の付着性が大幅
に改善され、従来法のようにトリクロルエチレンやトリ
クロルエタンなどの溶剤を使用した場合のように、正極
体反応面からのパラフィンワックスの溶出がなく、それ
らの撥水効果を抑制する目的の余分な活性炭粉末の必要
性もなく、１個当たりの活性炭粉末の付着量の低減が図
れる。また、活性炭粉末とその分散剤に水、添加剤にポ
リビニルアルコ−ル（以下、ＰＶＡという）を採用して
いるので、製造工程において人体や環境への負荷が極め
て小さくなる。

【００１３】また、ＰＶＡの分子量を４００〜６００と
し、水に対する添加量が１０〜４０ｐｐｍとするもので
ある。これは、ＰＶＡの分子量は３００以下では耐熱性
が劣り、また７００以上では水に対する溶解性が悪くな
り採用不可能であり、分子量４００〜６００が適正であ
る。水に対するＰＶＡの添加量は１０〜４０ｐｐｍの添
加範囲では放電試験による電圧特性に問題はなく、特に
スプレーガンの操作性から１０〜２０ｐｐｍが適正であ
る。

【００１４】また、活性炭粉末の水に対する配合量を重
量比で１７．５〜２２．５％とするものである。これ
は、スプレーガン先端のノズル噴射状態を評価すること
より、液垂れやノズル詰まりが少なくスプレーガンの操
作性が良いことから１７．５〜２２．５％が適正であ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。（実施例１）ＰＶＡの分子量が３００、４００、５０
０、６００、７００のものについて、水に対する溶解性
と耐熱性を試験した。その試験方法は、ＰＶＡを常温の
水２００ミリリットルが入っているビ−カ−に投入し撹
拌しながら約８０℃まで加温し、その後自然冷却して水
に対する各ＰＶＡの溶解性を評価した。また、耐熱性に
ついては、上記各分子量のＰＶＡ５０ｇをビ−カ−にと
り１００℃で３時間加熱しＰＶＡ変色の有無により評価
した。その結果を（表１）に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】（表１）において、溶解性は全て溶解した
ものに○印、部分溶解のものに×印を示し、耐熱性はＰ
ＶＡが変色しなかったものに○印、ＰＶＡが熱劣化し変
色（黄白色）したものに△印とした。

【００１８】（表１）の結果から、ＰＶＡの水に対する
溶解性はその分子量の違いによって異なり、分子量の小
さいものが水に溶解されやすく、分子量７００では部分
溶解であった。一方、ＰＶＡの耐熱性は分子量の小さい
ものは耐熱性に劣り、分子量３００では熱劣化が起こり
黄白色に変色した。これらのことから、ＰＶＡの分子量
は４００〜６００が好ましい。（実施例２）水に対する適正な活性炭粉末の配合量を検
討した。試験は図１に示す試験装置を用いて行った。図
１は、本発明の実施例における試験装置の構成図であ
る。図１において、１は正極体、２はタ−ンテ−ブル、
３は活性炭粉末付着防止カバ−、４はスプレ−ガン、５
は圧縮空気供給配管、６は活性剤を収納している容器、
７は前記１〜６を納めるドラフタ−である。以上のよう
に構成された装置の動作について説明をする。タ−ンテ
−ブル２の上に正極体１を置き、その正極体１に活性炭
粉末付着防止カバ−３を被せたあと、タ−ンテ−ブル２
を手動で回転させながらスプレ−ガン４（以下、ガンと
いう）に連結されている圧縮空気供給配管５から圧縮空
気を容器６に供給してガン４の先端のノズルから活性剤
を正極体１の反応面に吹き付ける。吹き付けで発生する
霧や粉塵はドラフタ−７で排気する。試験には比表面積
が３０〜６０ｇ／ｍ²の活性炭粉末を、水として水道水
を用いた。水１リットルに活性炭を所定量投入し、よく
撹拌棒でかき混ぜて活性炭粉末を分散させた分散液をガ
ンの先端ノズルから正極体に吹き付け、前記ノズルから
の分散液の噴射状態と活性炭の付着量から、水に対する
活性炭粉末の適正配合量を検討した。その結果を（表
２）に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】（表２）において、噴射状態はスプレ−ガ
ンの先端ノズルから活性炭の分散液を噴射した時に、○
印は問題なし、△印は液垂れが多い、×印はノズルの詰
まりが多いを示す。また、活性炭の付着量は、活性炭粉
末を吹き付けて乾燥した後の正極体１個当たりの付着量
を示す。

【００２１】（表２）の結果から、水に対する活性炭の
配合量は、スプレ−ガン先端のノズル噴射状態から重量
比で１７．５〜２２．５％が適当であると分かる。その
時の活性炭粉末の正極体１個当たりの付着量は０．０２
〜０．０５ｇ／ｃｍ²であり、従来法の溶剤に活性炭粉
末を分散させた分散液により作製した場合の０．０５〜
０．０８ｇ／ｃｍ²に比べ減少していることがわかる。
これは最小限の活性炭粉末で放電特性の安定化を図り、
材料コストの低減および吹き付け時間の短縮が改善され
ていることが分かる。（実施例３）水は水道水、活性炭粉末は比表面積が３０
〜６０ｇ／ｍ²、ＰＶＡは分子量が５００のものを用
い、水に対するＰＶＡの適正な添加量を検討した。その
試験方法は、活性炭粉末と水の配合比率は重量比で活性
炭粉末１に対し水５とし、水１リットルに対するＰＶＡ
の添加量を０ｍｇ，１０ｍｇ，２０ｍｇ，４０ｍｇ，６
０ｍｇ，８０ｍｇ，１００ｍｇとした。そして、ＰＶＡ
の添加量とガン先端のノズル詰まり状態や正極体乾燥
後、活性炭粉末吹き付け部への水の霧吹きテストによる
濡れ性評価を行った。また実際に電池を組み立て片側１
５°の傾きで１５秒に１回のサイクルで１時間電池を揺
動させ粉末脱落の有無とその影響による電解液の濁り状
態を振動テストにより検討した。その結果を（表３）に
示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】（表３）において、○印は全個数問題な
し、△印はばらつきがある、×印は採用不可を示す。

【００２４】（表３）の結果から、水に対するＰＶＡの
添加量が増加するとスプレ−ガン先端ノズルの詰まりが
起こり、ＰＶＡの添加量が６０ｍｇになるとノズルの詰
まりが起こりはじめ、８０ｍｇ以上では噴射が非常に困
難であった。一方、霧吹きテスト及び振動テストから、
水に１０ｍｇ以上のＰＶＡを添加することで反応面に吹
き付けた活性炭粉末の水に対する濡れ性及び付着力が改
善されていることが分かる。（実施例４）水１リットルに対するＰＶＡの添加量を１
０〜４０ｍｇとした以外は実施例３と同様にして正極体
を作り、これを用いて本発明の電池を作製した。また、
従来法の溶剤に活性炭粉末を分散させた分散液により作
成した正極体を用いて従来の電池を作製した。これら電
池を１. ０Ａで連続放電試験をした。その結果を（表
４）に示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】（表４）の結果から、水に対するＰＶＡの
添加量が１０ｐｐｍ〜４０ｐｐｍでは、従来法と大差が
なく、若干ではあるが２０ｍｇ以上になると本発明の電
池の方が端子電圧が高くなることがわかった。

【００２７】また、ｎ＝５の電池においては、ＰＶＡを
２０ｐｐｍ〜４０ｐｐｍ添加したものは放電電圧のばら
つきが従来法にくらべ小さくなっていることがわかっ
た。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、水にＰＶ
Ａを必要量添加した水溶液に活性炭粉末を分散させた活
性剤を反応面に吹き付けることで、空気電池の放電特性
を改善することができ、加えて、製造工程における環境
負荷の極めて小さい正極体の製造法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における装置の構成図

【符号の説明】

１正極体４スプレ−ガン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水とポリビニルアルコ−ルと活性炭粉末
との混合物からなる液状の表面活性材料を正極体表面に
塗布した後、乾燥させることを特徴とする空気電池正極
体の製造法。
【請求項２】ポリビニルアルコールの分子量が４００
〜６００であり、水に対する添加量が１０〜４０ｐｐｍ
であることを特徴とする請求項１記載の空気電池正極体
の製造法。
【請求項３】活性炭粉末の水に対する配合量が重量比
で１７. ５〜２２. ５％であることを特徴とする請求項
１記載の空気電池正極体の製造法。