JPS63126164A - アルカリ亜鉛蓄電池 - Google Patents
アルカリ亜鉛蓄電池Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/244—Zinc electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、ニッケルー亜鉛蓄電池や銀−亜鉛蓄電池な
どの、亜鉛極を一方の電極に用いて構成されるアルカリ
亜鉛蓄電池に関するものである。
どの、亜鉛極を一方の電極に用いて構成されるアルカリ
亜鉛蓄電池に関するものである。
〈従来の技術〉
近年、各種電気搬器や電子機器のポータプル化により、
その駆動用電源としての二次電池の需要が急増している
。このような二次電池としては、既に商品化されている
ニッケルーカドミウム蓄電池が大半を占めているが、各
種機器の高性能高出力化に伴って、より高出力可能な二
次電池に対する要望が強い。上記のアルカリ亜鉛蓄電池
は、単位型組あたりのエネルギー密度が大きく且つ安価
で経済性に優れている等といった利点を有することから
、この種の要望に適うものとして注目されているものの
、解決すべき技術的課題が種々あり、未だ商品化される
には至っていない。
その駆動用電源としての二次電池の需要が急増している
。このような二次電池としては、既に商品化されている
ニッケルーカドミウム蓄電池が大半を占めているが、各
種機器の高性能高出力化に伴って、より高出力可能な二
次電池に対する要望が強い。上記のアルカリ亜鉛蓄電池
は、単位型組あたりのエネルギー密度が大きく且つ安価
で経済性に優れている等といった利点を有することから
、この種の要望に適うものとして注目されているものの
、解決すべき技術的課題が種々あり、未だ商品化される
には至っていない。
この課題の１つに、サイクル劣化が大きく、電池のサイ
クル寿命が実用上十分でないということが挙げられる。
クル寿命が実用上十分でないということが挙げられる。
これは、放電時に亜鉛がアルカリ電解液に溶出して生じ
た亜鉛酸イオンが充電時には初期形態に電析せず、亜鉛
極表面に樹枝状あるいは海綿状に電析し、またサイクル
の進行に伴って対極方向に成長することに起因している
。そして、充放電を繰返すと、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（いわゆる「デンド
ライトショート」）を引き起こすこと、並びに、亜鉛極
の形状変化に伴って電池容量が低下すること等が原因と
なって電池のサイクル寿命が短くなってしまう。
た亜鉛酸イオンが充電時には初期形態に電析せず、亜鉛
極表面に樹枝状あるいは海綿状に電析し、またサイクル
の進行に伴って対極方向に成長することに起因している
。そして、充放電を繰返すと、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（いわゆる「デンド
ライトショート」）を引き起こすこと、並びに、亜鉛極
の形状変化に伴って電池容量が低下すること等が原因と
なって電池のサイクル寿命が短くなってしまう。
また、このようなデンドライトショートや容口低下によ
る劣化の度合は一様でなく、電池毎に・ 大きく異なる
ことから、電池のサイクル寿命のバラツキが著しく、安
定した性能が得にくいという欠点もある。
る劣化の度合は一様でなく、電池毎に・ 大きく異なる
ことから、電池のサイクル寿命のバラツキが著しく、安
定した性能が得にくいという欠点もある。
また、上記の亜鉛極は、通常、金属亜鉛粉末あるいは酸
化亜鉛粉末の少なくとも一方を主成分とする亜鉛活物質
を出発物質として作製される。この時使用される金属亜
鉛粉末はいわゆる放電リザーブとして機能するが、この
金属亜鉛量が多く、亜鉛極における含有割合が高い（例
えば酸化亜鉛粉末に対して金属亜鉛粉末を３０重１％以
上含有。特に１５０ ＠ｆｉ％以上含有する場合は極め
て顕著となる）亜鉛活物質を用いてなる亜鉛極の場合、
これに伴う極板中の酸化亜鉛粉末の含有最の減少により
、例えば電池組立後の初期化成時において酸化亜鉛の還
元反応（ＺｎＯ−＋Ｚｎ）が短時間で終わってしまうこ
とから、亜鉛極が過充電状態となる度合が大きくなって
しまう。このため、この亜鉛極では、その表面における
電析亜鉛の樹枝状の成長が加速されるようになり、デン
ドライトショートによる内部短絡が起こり易く、また内
部短絡に至らなくともセパレータに樹枝状に析出した電
析亜鉛が核となってサイクル中のデンドライトショート
を引き起こし易くなるという欠点がある。
化亜鉛粉末の少なくとも一方を主成分とする亜鉛活物質
を出発物質として作製される。この時使用される金属亜
鉛粉末はいわゆる放電リザーブとして機能するが、この
金属亜鉛量が多く、亜鉛極における含有割合が高い（例
えば酸化亜鉛粉末に対して金属亜鉛粉末を３０重１％以
上含有。特に１５０ ＠ｆｉ％以上含有する場合は極め
て顕著となる）亜鉛活物質を用いてなる亜鉛極の場合、
これに伴う極板中の酸化亜鉛粉末の含有最の減少により
、例えば電池組立後の初期化成時において酸化亜鉛の還
元反応（ＺｎＯ−＋Ｚｎ）が短時間で終わってしまうこ
とから、亜鉛極が過充電状態となる度合が大きくなって
しまう。このため、この亜鉛極では、その表面における
電析亜鉛の樹枝状の成長が加速されるようになり、デン
ドライトショートによる内部短絡が起こり易く、また内
部短絡に至らなくともセパレータに樹枝状に析出した電
析亜鉛が核となってサイクル中のデンドライトショート
を引き起こし易くなるという欠点がある。
以上の電析亜鉛に起因する欠点を解消する技術としては
、電池内のアルカリ電解液量を実質的に遊離のものがな
い程度に制限することで放電時の亜鉛酸イオンの拡散を
抑制するようにした構成が、従来より用いられている。
、電池内のアルカリ電解液量を実質的に遊離のものがな
い程度に制限することで放電時の亜鉛酸イオンの拡散を
抑制するようにした構成が、従来より用いられている。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、上記のように電解液量を１Ｉ（Ｊ限した
場合でも、電解液の偏在などによって部分的に電解液量
が豊富な個所が生じ易く、この個所においては、亜鉛の
樹枝状あるいは海綿状の電析は免れず、また亜鉛極の前
記形状変化を有効に防ぐことはできない。従って、上記
構成のみによるサイクル寿命改善の度合は少なく実用上
満足しうるサイクル寿命が得られない。
場合でも、電解液の偏在などによって部分的に電解液量
が豊富な個所が生じ易く、この個所においては、亜鉛の
樹枝状あるいは海綿状の電析は免れず、また亜鉛極の前
記形状変化を有効に防ぐことはできない。従って、上記
構成のみによるサイクル寿命改善の度合は少なく実用上
満足しうるサイクル寿命が得られない。
く問題点を解決するための手段〉
この発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、金属亜鉛粉末あるい
は酸化亜鉛粉末の少なくとも一方を主成分とする亜鉛活
物質を出発物質として含有し、前記金属亜鉛粉末は酸化
処理によりその表面に酸化亜鉛の層を形成したものであ
り、且つ、カーボン粉末を添加してなる亜鉛極を用いた
ことを要旨とする。
は酸化亜鉛粉末の少なくとも一方を主成分とする亜鉛活
物質を出発物質として含有し、前記金属亜鉛粉末は酸化
処理によりその表面に酸化亜鉛の層を形成したものであ
り、且つ、カーボン粉末を添加してなる亜鉛極を用いた
ことを要旨とする。
〈作 用〉
亜鉛活物質に用いる酸化亜鉛粉末として上記のように表
面に酸化亜鉛の層を形成したものを使用することで、活
物質中の酸化亜鉛粉末に加えてこの層部分の酸化亜鉛が
初期化成時において還元されるようになる。この結果、
亜鉛極が過充電状態になる度合が抑制され、初期化成時
におけるデンドライトショートやセパレータ中での電析
亜鉛の析出が有効に阻止できる。また、亜鉛極に上記の
カーボン粉末を添加することで、亜鉛極における集電体
から亜鉛活物質への電子伝導度が向上し、上記酸化亜鉛
層形成による亜鉛極内の導電性低下が補償でき、初期化
成時における充電電流が酸化亜鉛の還元反応に有効に使
われるようになり、酸化亜鉛の還元が確実に行なわれる
ようになる。このようなカーボン粉末としては膨張黒鉛
１人造黒鉛、カーボンブラック、ケッチンブラックなど
が挙げられるが、なかでも、導電性に優れ、亜鉛極の水
素過電圧を減少させず、しかも保液性が高いなどの理由
で膨張黒鉛が最適である。
面に酸化亜鉛の層を形成したものを使用することで、活
物質中の酸化亜鉛粉末に加えてこの層部分の酸化亜鉛が
初期化成時において還元されるようになる。この結果、
亜鉛極が過充電状態になる度合が抑制され、初期化成時
におけるデンドライトショートやセパレータ中での電析
亜鉛の析出が有効に阻止できる。また、亜鉛極に上記の
カーボン粉末を添加することで、亜鉛極における集電体
から亜鉛活物質への電子伝導度が向上し、上記酸化亜鉛
層形成による亜鉛極内の導電性低下が補償でき、初期化
成時における充電電流が酸化亜鉛の還元反応に有効に使
われるようになり、酸化亜鉛の還元が確実に行なわれる
ようになる。このようなカーボン粉末としては膨張黒鉛
１人造黒鉛、カーボンブラック、ケッチンブラックなど
が挙げられるが、なかでも、導電性に優れ、亜鉛極の水
素過電圧を減少させず、しかも保液性が高いなどの理由
で膨張黒鉛が最適である。
よって、以上の構成を採ることで、亜鉛活物質における
金属亜鉛粉末の含有量が多い場合でも、デンドライトシ
ョートに起因する劣化が有効に防止されて電池のサイク
ル特性が改善される。
金属亜鉛粉末の含有量が多い場合でも、デンドライトシ
ョートに起因する劣化が有効に防止されて電池のサイク
ル特性が改善される。
尚、金属亜鉛粉末における上記酸化亜鉛層の割合は、金
属亜鉛粉末に対して３０重ｆｆ１％以下とするのが好ま
しいことが知得されている。つまり、これが３０重量％
より多いと初期化成時においてこの酸化亜鉛層が完全に
還元されず、金属亜鉛粉末が酸化亜鉛で被覆されたまま
残存することから、亜鉛極における導電性が低下し、特
性劣化を招くからである。また、この酸化亜鉛層の割合
の下限は、金属亜鉛粉末に対して５＠旦％であることが
知得されている。５重量％より少ないと、その金属亜鉛
粉末の挙動が金属亜鉛に近づいて所望の効果が得られな
くなってしまうからである。
属亜鉛粉末に対して３０重ｆｆ１％以下とするのが好ま
しいことが知得されている。つまり、これが３０重量％
より多いと初期化成時においてこの酸化亜鉛層が完全に
還元されず、金属亜鉛粉末が酸化亜鉛で被覆されたまま
残存することから、亜鉛極における導電性が低下し、特
性劣化を招くからである。また、この酸化亜鉛層の割合
の下限は、金属亜鉛粉末に対して５＠旦％であることが
知得されている。５重量％より少ないと、その金属亜鉛
粉末の挙動が金属亜鉛に近づいて所望の効果が得られな
くなってしまうからである。
〈実施例〉
以下に本発明の実施例を詳述する。
酸化亜鉛粉末４５重量％に、表面を酸化処理してそのｉ
ｏ＠ａ％に相当する亜鉛を酸化亜鉛層としてなる金属亜
鉛粉末４５重量％を加えた亜鉛活物質に、添加剤として
酸化水銀５重量％を混ぜ、更に、亜鉛活物質に対して２
重量％の旧の膨張黒鉛（日本黒鉛社製）を加え、これら
を十分に混合した。このようにして作った混合物にポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン
５重量％を加え、更に水で稀釈し混練して作ったペース
ト状活物質を、ローラにより所定の厚さで圧延してカレ
ンダーシートを作製した。そして、このカレンダーシー
トを集電体の両面に貼合せ、圧着するなどして、ペース
ト式亜鉛極を作製した。
ｏ＠ａ％に相当する亜鉛を酸化亜鉛層としてなる金属亜
鉛粉末４５重量％を加えた亜鉛活物質に、添加剤として
酸化水銀５重量％を混ぜ、更に、亜鉛活物質に対して２
重量％の旧の膨張黒鉛（日本黒鉛社製）を加え、これら
を十分に混合した。このようにして作った混合物にポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン
５重量％を加え、更に水で稀釈し混練して作ったペース
ト状活物質を、ローラにより所定の厚さで圧延してカレ
ンダーシートを作製した。そして、このカレンダーシー
トを集電体の両面に貼合せ、圧着するなどして、ペース
ト式亜鉛極を作製した。
こうして得た亜鉛極を陰極に用い、これに公知の焼結式
ニッケル極を陽極として組合せ、第１図に示した構造で
単二サイズのニッケルー亜鉛蓄電池（本発明電池）を作
った。この図において、１はニッケル極、２は亜鉛極で
あり、これらは多層セパレータ３を介して渦巻状に巻回
されて電極群を形成している。これら亜鉛極２とニッケ
ル極１及び多層セパレータ３には濃度４０重量％の苛性
カリ水溶液からなるアルカリ電解液が吸収されており、
また電池内には遊離のアルカリ電解液が殆んど存在しな
い構成となっている。更に、４は陰極端子兼用の電池缶
、５は陽極端子兼用の封口体であり、これらはそれぞれ
亜鉛極２、ニッケル極１に電気的に接続されている。ま
た、６は絶縁バッキングである。
ニッケル極を陽極として組合せ、第１図に示した構造で
単二サイズのニッケルー亜鉛蓄電池（本発明電池）を作
った。この図において、１はニッケル極、２は亜鉛極で
あり、これらは多層セパレータ３を介して渦巻状に巻回
されて電極群を形成している。これら亜鉛極２とニッケ
ル極１及び多層セパレータ３には濃度４０重量％の苛性
カリ水溶液からなるアルカリ電解液が吸収されており、
また電池内には遊離のアルカリ電解液が殆んど存在しな
い構成となっている。更に、４は陰極端子兼用の電池缶
、５は陽極端子兼用の封口体であり、これらはそれぞれ
亜鉛極２、ニッケル極１に電気的に接続されている。ま
た、６は絶縁バッキングである。
一方、上記の酸化処理をしない金属亜鉛粉末を用いてな
る亜鉛活物質を使用すると共に上記の膨張黒鉛を添加し
ないで作製した亜鉛極を用いた他は本発明電池と同様と
して、ニッケルー亜鉛蓄電池（比較電池〉を作製した。
る亜鉛活物質を使用すると共に上記の膨張黒鉛を添加し
ないで作製した亜鉛極を用いた他は本発明電池と同様と
して、ニッケルー亜鉛蓄電池（比較電池〉を作製した。
以上の２種の電池をそれぞれ多数用意し、これらの電池
について、３６０ｍＡＨの電流で５時間充電した後に３
６０ｍＡＨの電流で電池電圧が１．０Ｖに達するまで放
電するという条件で充放電サイクルを繰返し、電池容量
（％〉のサイクル変化を調べた。
について、３６０ｍＡＨの電流で５時間充電した後に３
６０ｍＡＨの電流で電池電圧が１．０Ｖに達するまで放
電するという条件で充放電サイクルを繰返し、電池容量
（％〉のサイクル変化を調べた。
上記の結果をプロットし、電池品種（本発明電池、比較
電池）毎にグループ分けした所、第２図のグラフを得た
。同図より、本発明電池では４００サイクルを過ぎても
すべて８２％以上の高い電池容量を維持しており１．ま
たそのバラツキも小ざく抑えられている。これに対し、
比較電池の場合、第４００サイクル目までの間にすべて
サイクル寿命（電池容量が初期の５０％以下になった時
点）となり、電池容量のバラツキが大きく、またサイク
ル寿命も１２０サイクルから４００サイクルの間で広く
ばらついていることがわかる。このように本発明電池の
特性がよいのは、亜鉛活物質に用いる金属亜鉛粉末とし
て上記酸化処理をしたものを用いたこと、並びに亜鉛極
に膨張黒鉛を添加含有させたことによる相乗効果によっ
て、初期化成時は勿論、サイクル中の電析亜鉛の樹枝状
の成長が抑制され、また、これに起因するデンドライト
ショートの発生が有効に防止できたことによるものと考
えられる。
電池）毎にグループ分けした所、第２図のグラフを得た
。同図より、本発明電池では４００サイクルを過ぎても
すべて８２％以上の高い電池容量を維持しており１．ま
たそのバラツキも小ざく抑えられている。これに対し、
比較電池の場合、第４００サイクル目までの間にすべて
サイクル寿命（電池容量が初期の５０％以下になった時
点）となり、電池容量のバラツキが大きく、またサイク
ル寿命も１２０サイクルから４００サイクルの間で広く
ばらついていることがわかる。このように本発明電池の
特性がよいのは、亜鉛活物質に用いる金属亜鉛粉末とし
て上記酸化処理をしたものを用いたこと、並びに亜鉛極
に膨張黒鉛を添加含有させたことによる相乗効果によっ
て、初期化成時は勿論、サイクル中の電析亜鉛の樹枝状
の成長が抑制され、また、これに起因するデンドライト
ショートの発生が有効に防止できたことによるものと考
えられる。
〈発明の効果〉
以上のように構成されるこの発明によれば、デンドライ
トショートに起因する特性劣化を有効に抑制し、長期サ
イクルに耐えうるアルカリ亜鉛蓄電池を提供することが
できる。
トショートに起因する特性劣化を有効に抑制し、長期サ
イクルに耐えうるアルカリ亜鉛蓄電池を提供することが
できる。
第１図は実施例の電池の構造を示した断面図、第２図は
本発明電池と比較電池のザイクル特性を示したグラフで
ある。 １・・・ニッケル極、２・・・亜鉛極。
本発明電池と比較電池のザイクル特性を示したグラフで
ある。 １・・・ニッケル極、２・・・亜鉛極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、金属亜鉛粉末あるいは酸化亜鉛粉末の少なくとも一
方を主成分とする亜鉛活物質を出発物質として含有し、
前記金属亜鉛粉末は酸化処理によりその表面に酸化亜鉛
の層を形成したものであり、且つ、カーボン粉末を添加
してなる亜鉛極を用いたことを特徴とするアルカリ亜鉛
蓄電池。 ２、前記酸化亜鉛の層の割合が、前記金属亜鉛粉末に対
して３０重量％以下であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のアルカリ亜鉛蓄電池。 ３、カーボン粉末が膨張黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラ
ック、アセチレンブラック、ケッチンブラックの少なく
とも一種からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載のアルカリ亜鉛蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271379A JPS63126164A (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271379A JPS63126164A (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63126164A true JPS63126164A (ja) | 1988-05-30 |
Family
ID=17499250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61271379A Pending JPS63126164A (ja) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63126164A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327157A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Japan Storage Battery Co Ltd | 蓄電池 |
| JP2008529224A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 亜鉛−ニッケル二次電池用亜鉛陰極、その製造方法及び該亜鉛陰極を含む亜鉛−ニッケル二次電池 |
| JP2013502026A (ja) * | 2009-08-07 | 2013-01-17 | パワージェニックス・システムズ・インコーポレーテッド | 炭素繊維亜鉛電極 |
-
1986
- 1986-11-14 JP JP61271379A patent/JPS63126164A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327157A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Japan Storage Battery Co Ltd | 蓄電池 |
| JP2008529224A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 亜鉛−ニッケル二次電池用亜鉛陰極、その製造方法及び該亜鉛陰極を含む亜鉛−ニッケル二次電池 |
| JP2013502026A (ja) * | 2009-08-07 | 2013-01-17 | パワージェニックス・システムズ・インコーポレーテッド | 炭素繊維亜鉛電極 |
| US9947919B2 (en) | 2009-08-07 | 2018-04-17 | Zincfive Power, Inc. | Carbon fiber zinc negative electrode |
| US10763495B2 (en) | 2009-08-07 | 2020-09-01 | Zincfive Power, Inc. | Carbon fiber zinc negative electrode |
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