JPH09180708A - アルカリ乾電池 - Google Patents
アルカリ乾電池Info
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- JPH09180708A JPH09180708A JP34282495A JP34282495A JPH09180708A JP H09180708 A JPH09180708 A JP H09180708A JP 34282495 A JP34282495 A JP 34282495A JP 34282495 A JP34282495 A JP 34282495A JP H09180708 A JPH09180708 A JP H09180708A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルカリ乾電池において、正極合剤ペレット
の空孔率、空孔中に含浸させる電解液量を規制すること
により、放電性能を向上させることを目的とする。 【解決手段】 二酸化マンガンとアセチレンブラックま
たはケッチェンブラックを混合、加圧成形して成る、細
孔量０．１４ｃｃ／ｇ以上０．２４ｃｃ／ｇ以下の正極
合剤ペレット２を電池ケース１内に収め、電解液を含浸
させ、セパレータ３を介し内部にゲル状亜鉛負極４を充
填し、乾電池を構成したもので、比較的高負荷放電に優
れた特性が得られる。
の空孔率、空孔中に含浸させる電解液量を規制すること
により、放電性能を向上させることを目的とする。 【解決手段】 二酸化マンガンとアセチレンブラックま
たはケッチェンブラックを混合、加圧成形して成る、細
孔量０．１４ｃｃ／ｇ以上０．２４ｃｃ／ｇ以下の正極
合剤ペレット２を電池ケース１内に収め、電解液を含浸
させ、セパレータ３を介し内部にゲル状亜鉛負極４を充
填し、乾電池を構成したもので、比較的高負荷放電に優
れた特性が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は二酸化マンガンを正
極に用いたアルカリ乾電池に関するものである。
極に用いたアルカリ乾電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ乾電池は、従来、正極活物質と
しての二酸化マンガンと導電材としての黒鉛などの混合
物である正極合剤をペレットに成形し正極としている。
特に、円筒形アルカリ乾電池においては、正極合剤を幾
つかに分割したドーナツ型のペレットに成形した後、電
池ケース中に挿入して正極とする。あるいは、電池ケー
ス中に挿入後、再度成形し正極を構成する場合もある。
これらの時点において正極合剤ペレットの細孔量は、水
銀圧入法によって測定される細孔径３ｎｍ〜４００μｍ
の細孔よりなる空孔率が２０〜２５％、細孔量にして
０．０７〜０．０９ｃｃ／ｇであった。このような細孔
量である理由は、合剤の組成と製造方法によって決まる
もので、このような正極の電解液吸収量は、正極合剤１
ｇ当り０．０６ｃｃ以下であるのが一般的である。
しての二酸化マンガンと導電材としての黒鉛などの混合
物である正極合剤をペレットに成形し正極としている。
特に、円筒形アルカリ乾電池においては、正極合剤を幾
つかに分割したドーナツ型のペレットに成形した後、電
池ケース中に挿入して正極とする。あるいは、電池ケー
ス中に挿入後、再度成形し正極を構成する場合もある。
これらの時点において正極合剤ペレットの細孔量は、水
銀圧入法によって測定される細孔径３ｎｍ〜４００μｍ
の細孔よりなる空孔率が２０〜２５％、細孔量にして
０．０７〜０．０９ｃｃ／ｇであった。このような細孔
量である理由は、合剤の組成と製造方法によって決まる
もので、このような正極の電解液吸収量は、正極合剤１
ｇ当り０．０６ｃｃ以下であるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】アルカリ乾電池の正極
利用率を向上させようとする場合、正極合剤中の電解液
量を増加させることが有効であることは知られている。
特に、強負荷放電においては、正極の分極が大きく、電
解液量を増加させることは大変有効である。放電性能の
向上を図るために特開昭４９−３３１２８号公報のよう
に正極合剤中の水分量を９〜１３％に規制したものがあ
るが（この値は、正極の電解液吸収量が正極合剤１ｇ当
り０．０６〜０．０９ｃｃに相当する）従来の正極合剤
ではそれ以上の電解液の吸収は困難であった。
利用率を向上させようとする場合、正極合剤中の電解液
量を増加させることが有効であることは知られている。
特に、強負荷放電においては、正極の分極が大きく、電
解液量を増加させることは大変有効である。放電性能の
向上を図るために特開昭４９−３３１２８号公報のよう
に正極合剤中の水分量を９〜１３％に規制したものがあ
るが（この値は、正極の電解液吸収量が正極合剤１ｇ当
り０．０６〜０．０９ｃｃに相当する）従来の正極合剤
ではそれ以上の電解液の吸収は困難であった。
【０００４】本発明は、上記のような課題を解決するも
ので、高負荷放電に適したアルカリ乾電池を提供するこ
とを目的とする。
ので、高負荷放電に適したアルカリ乾電池を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【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、本発明では水銀圧入法によって測定される細孔径
３ｎｍ〜４００μｍの細孔よりなる正極合剤ペレットの
細孔量を０．１４ｃｃ／ｇ以上０．２４ｃｃ／ｇ以下と
した正極をアルカリ乾電池に使用するものである。さら
に具体的には、その細孔に含浸させる電解液量を０．０
９ｃｃ／ｇ以上０．１２ｃｃ／ｇ以下に規制することに
よって、正極中の電解液量を最適化するものである。こ
の場合、二酸化マンガンと混合する導電材として、アセ
チレンブラック、あるいはケッチェンブラックが好まし
い。それは、それらの導電材の持つストラクチャーが高
い吸液性を有しているためである。
めに、本発明では水銀圧入法によって測定される細孔径
３ｎｍ〜４００μｍの細孔よりなる正極合剤ペレットの
細孔量を０．１４ｃｃ／ｇ以上０．２４ｃｃ／ｇ以下と
した正極をアルカリ乾電池に使用するものである。さら
に具体的には、その細孔に含浸させる電解液量を０．０
９ｃｃ／ｇ以上０．１２ｃｃ／ｇ以下に規制することに
よって、正極中の電解液量を最適化するものである。こ
の場合、二酸化マンガンと混合する導電材として、アセ
チレンブラック、あるいはケッチェンブラックが好まし
い。それは、それらの導電材の持つストラクチャーが高
い吸液性を有しているためである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は正極合剤ペレットの細孔
径３ｎｍ〜４００μｍの細孔よりなる細孔量が０．１４
〜０．２４ｃｃ／ｇであるアルカリ乾電池としたもので
あり、従来に比べ、正極中に含浸させる電解液量を増加
させ、二酸化マンガンの近傍に存在する電解液量を増加
させることができる。従って、上記の合剤を成形し最適
量の空孔を持つ正極合剤ペレットを製造した場合、最適
量の電解液を含浸させることができる。このような条件
で、正極反応は従来の正極合剤よりも速やかに生じる。
すなわち、正極の放電反応に伴い生成した水酸化物イオ
ンの拡散、放電反応で消費される水の供給が速やかにな
り、特に高負荷での放電における分極を低減させること
ができるため正極利用率が大幅に向上する。また、この
ように多孔性かつ高吸液性の正極合剤を製造しようとし
た場合、二酸化マンガンと混合する導電材料として、ア
セチレンブラック、あるいはケッチェンブラックを用い
ることが好ましい。その理由としては、それらの持つス
トラクチャーが高い吸液性と多孔性を持っており、二酸
化マンガンと混合することにより、これらの導電材料は
二酸化マンガンの周囲に絡み、二酸化マンガン近傍に補
液層を形成し、電解液を供給するのに好ましい状態にな
るためである。一方、従来のリン片状黒鉛や膨張黒鉛を
用いた場合、その混合量やペレット成形圧を最適化して
もアセチレンブラック、あるいはケッチェンブラックを
用いた場合と同等な放電性能を得ることができない。こ
れは、黒鉛材料が持つ撥水性が電解液の供給を妨げるた
め、および上記のような高吸液性の正極合剤ペレットを
製造できないためによると考えられる。以上の理由によ
り、本発明の正極合剤ペレットを使用しアルカリ乾電池
を製造した場合、高負荷放電でのアルカリ乾電池の放電
性能が大幅に改善される。また、上記のアルカリ乾電池
は正極の利用率が画期的に改善されるため、導電材料の
混合量増加に伴う二酸化マンガン量の減少を高負荷領域
で補うことができる。
径３ｎｍ〜４００μｍの細孔よりなる細孔量が０．１４
〜０．２４ｃｃ／ｇであるアルカリ乾電池としたもので
あり、従来に比べ、正極中に含浸させる電解液量を増加
させ、二酸化マンガンの近傍に存在する電解液量を増加
させることができる。従って、上記の合剤を成形し最適
量の空孔を持つ正極合剤ペレットを製造した場合、最適
量の電解液を含浸させることができる。このような条件
で、正極反応は従来の正極合剤よりも速やかに生じる。
すなわち、正極の放電反応に伴い生成した水酸化物イオ
ンの拡散、放電反応で消費される水の供給が速やかにな
り、特に高負荷での放電における分極を低減させること
ができるため正極利用率が大幅に向上する。また、この
ように多孔性かつ高吸液性の正極合剤を製造しようとし
た場合、二酸化マンガンと混合する導電材料として、ア
セチレンブラック、あるいはケッチェンブラックを用い
ることが好ましい。その理由としては、それらの持つス
トラクチャーが高い吸液性と多孔性を持っており、二酸
化マンガンと混合することにより、これらの導電材料は
二酸化マンガンの周囲に絡み、二酸化マンガン近傍に補
液層を形成し、電解液を供給するのに好ましい状態にな
るためである。一方、従来のリン片状黒鉛や膨張黒鉛を
用いた場合、その混合量やペレット成形圧を最適化して
もアセチレンブラック、あるいはケッチェンブラックを
用いた場合と同等な放電性能を得ることができない。こ
れは、黒鉛材料が持つ撥水性が電解液の供給を妨げるた
め、および上記のような高吸液性の正極合剤ペレットを
製造できないためによると考えられる。以上の理由によ
り、本発明の正極合剤ペレットを使用しアルカリ乾電池
を製造した場合、高負荷放電でのアルカリ乾電池の放電
性能が大幅に改善される。また、上記のアルカリ乾電池
は正極の利用率が画期的に改善されるため、導電材料の
混合量増加に伴う二酸化マンガン量の減少を高負荷領域
で補うことができる。
【０００７】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を示す。
【０００８】（実施例）図１はアルカリ乾電池の構成例
の断面図である。図中１は電池ケース兼正極集電体、２
は二酸化マンガンと導電材とからなる正極合剤ペレッ
ト、３はセパレータ、４はゲル状亜鉛負極、５は負極集
電体、６は樹脂封口体であり、単３型アルカリ乾電池で
実施した。
の断面図である。図中１は電池ケース兼正極集電体、２
は二酸化マンガンと導電材とからなる正極合剤ペレッ
ト、３はセパレータ、４はゲル状亜鉛負極、５は負極集
電体、６は樹脂封口体であり、単３型アルカリ乾電池で
実施した。
【０００９】上記正極合剤ペレット２は二酸化マンガン
と導電材としてアセチレンブラックを混合して、正極合
剤ペレットの細孔量を０．０７ｃｃ／ｇから０．２８ｃ
ｃ／ｇの範囲で検討し、正極合剤ペレットへの電解液の
注入は、真空注液法を用いて正極合剤ペレットの空孔部
の約２５〜８８％に電解液を含浸させた。図２は、細孔
量が０．０７ｃｃ／ｇから０．２８ｃｃ／ｇの正極合剤
ペレットを用い、その細孔体積の７５％に電解液を含浸
させた単３型アルカリ乾電池の１Ａ定電流放電での０．
９Ｖ終止までの放電容量と細孔量の関係を示したもので
ある。図に示されるように細孔量が小さいものでは十分
な放電容量の改善が得られない。一方、細孔量を０．２
４ｃｃ／ｇ以上の正極合剤ペレットでは、二酸化マンガ
ンおよび導電剤粒子の接触が弱くなり、電池内部抵抗が
上昇し放電容量が低下する。また、図３は細孔量０．１
６ｃｃ／ｇの正極合剤ペレットに含浸させる電解液量を
変化させて製造した単３型アルカリ乾電池の１Ａ定電流
放電での０．９Ｖ終止までの放電容量と電解液量の関係
を示したものである。このように、電解液量が正極ペレ
ット１ｇあたり０．０９ｃｃ以上０．１２ｃｃ以下の範
囲の時に大幅な放電容量の改善が得られる。これは電解
液量が最適量の時に、正極が理想的に反応できることを
示している。逆に、電解液量が少ない場合は上記の効果
が得られないばかりでなく内部抵抗の増大が生じ、一
方、電解液量が多すぎると合剤の緩みなどの問題が生じ
る。また、正極合剤ペレットの細孔量が０．１２ｃｃ／
ｇから０．２４ｃｃ／ｇの範囲のいずれの場合も、電解
液量が正極合剤ペレット１ｇ当たり０．０９ｃｃから
０．１２ｃｃで優れた放電性能が得られる。つまり、正
極合剤ペレットの細孔に占める電解液の割合よりも、正
極合剤ペレットの細孔に含浸させる電解液の総量が放電
性能に大きく寄与している。なお、実施例の正極合剤ペ
レットは見かけ密度が２．６ｇ／ｃｃであることから、
優れた放電性能が得られる電解液量は、正極合剤ペレッ
ト１ｃｃ当たり０．２３から０．３１ｃｃである。
と導電材としてアセチレンブラックを混合して、正極合
剤ペレットの細孔量を０．０７ｃｃ／ｇから０．２８ｃ
ｃ／ｇの範囲で検討し、正極合剤ペレットへの電解液の
注入は、真空注液法を用いて正極合剤ペレットの空孔部
の約２５〜８８％に電解液を含浸させた。図２は、細孔
量が０．０７ｃｃ／ｇから０．２８ｃｃ／ｇの正極合剤
ペレットを用い、その細孔体積の７５％に電解液を含浸
させた単３型アルカリ乾電池の１Ａ定電流放電での０．
９Ｖ終止までの放電容量と細孔量の関係を示したもので
ある。図に示されるように細孔量が小さいものでは十分
な放電容量の改善が得られない。一方、細孔量を０．２
４ｃｃ／ｇ以上の正極合剤ペレットでは、二酸化マンガ
ンおよび導電剤粒子の接触が弱くなり、電池内部抵抗が
上昇し放電容量が低下する。また、図３は細孔量０．１
６ｃｃ／ｇの正極合剤ペレットに含浸させる電解液量を
変化させて製造した単３型アルカリ乾電池の１Ａ定電流
放電での０．９Ｖ終止までの放電容量と電解液量の関係
を示したものである。このように、電解液量が正極ペレ
ット１ｇあたり０．０９ｃｃ以上０．１２ｃｃ以下の範
囲の時に大幅な放電容量の改善が得られる。これは電解
液量が最適量の時に、正極が理想的に反応できることを
示している。逆に、電解液量が少ない場合は上記の効果
が得られないばかりでなく内部抵抗の増大が生じ、一
方、電解液量が多すぎると合剤の緩みなどの問題が生じ
る。また、正極合剤ペレットの細孔量が０．１２ｃｃ／
ｇから０．２４ｃｃ／ｇの範囲のいずれの場合も、電解
液量が正極合剤ペレット１ｇ当たり０．０９ｃｃから
０．１２ｃｃで優れた放電性能が得られる。つまり、正
極合剤ペレットの細孔に占める電解液の割合よりも、正
極合剤ペレットの細孔に含浸させる電解液の総量が放電
性能に大きく寄与している。なお、実施例の正極合剤ペ
レットは見かけ密度が２．６ｇ／ｃｃであることから、
優れた放電性能が得られる電解液量は、正極合剤ペレッ
ト１ｃｃ当たり０．２３から０．３１ｃｃである。
【００１０】上記実施例において、正極合剤ペレットと
して、二酸化マンガン９１重量％とアセチレンブラック
９重量％を混合し、みかけ密度２．６ｇ／ｃｃに成形し
た電池を実施例１、二酸化マンガン９４重量％とケッチ
ェンブラック６重量％を混合し、みかけ密度２．６ｇ／
ｃｃに成形した電池を実施例２、二酸化マンガン９６重
量％と黒鉛４重量％を混合し成形した電池を比較例とし
た電池を作成した。
して、二酸化マンガン９１重量％とアセチレンブラック
９重量％を混合し、みかけ密度２．６ｇ／ｃｃに成形し
た電池を実施例１、二酸化マンガン９４重量％とケッチ
ェンブラック６重量％を混合し、みかけ密度２．６ｇ／
ｃｃに成形した電池を実施例２、二酸化マンガン９６重
量％と黒鉛４重量％を混合し成形した電池を比較例とし
た電池を作成した。
【００１１】上記電池の実施例および比較例の正極合剤
ペレットの細孔量（ｃｃ／ｇ）、正極合剤ペレット１ｇ
中に含浸させた電解液量、含浸した電解液量の正極空孔
体積に対する割合（電解液体積率（％））を示す。
ペレットの細孔量（ｃｃ／ｇ）、正極合剤ペレット１ｇ
中に含浸させた電解液量、含浸した電解液量の正極空孔
体積に対する割合（電解液体積率（％））を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】通常、正極合剤ペレットとセパレータに含
浸させる電解液量を注液量としているが、ここで示す電
解液量とは正極合剤ペレットのみの吸収した量を示す。
この場合、細孔量および電解液量には最適値があり、細
孔量が大きすぎる正極合剤ペレットでは充填できるマン
ガン量が小さくなりすぎ、返って放電容量が小さくな
る。また、（表２）にそれらの正極合剤ペレットを用い
て製造した単３型アルカリ乾電池の室温での定電流放電
での０．９Ｖ終止における放電容量を示す。
浸させる電解液量を注液量としているが、ここで示す電
解液量とは正極合剤ペレットのみの吸収した量を示す。
この場合、細孔量および電解液量には最適値があり、細
孔量が大きすぎる正極合剤ペレットでは充填できるマン
ガン量が小さくなりすぎ、返って放電容量が小さくな
る。また、（表２）にそれらの正極合剤ペレットを用い
て製造した単３型アルカリ乾電池の室温での定電流放電
での０．９Ｖ終止における放電容量を示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】（表２）より明らかなように、放電電流が
１００ｍＡと弱い場合は放電容量に差は見られないが、
１０００ｍＡ，１５００ｍＡと強くなるに伴い、実施例
１，２と比較例とに優位差が認められる。実施例１およ
び２は、混合時にアセチレンブラックあるいはケッチェ
ンブラックのストラクチャーが一部切断され、カーボン
が二酸化マンガンの周りを取り巻いている状態であると
考えられる。これらの正極合剤ペレットは、成形前に正
極合剤に１〜１０重量％の電解液を添加することにより
成形性を高めることができる。また、正極合剤を加圧成
形した後、電池ケース兼正極集電体１に挿入する。実施
例１，２の正極合剤ペレットは電解液注液後に膨張し電
池ケースに密着するので、従来の正極合剤のように挿入
後に再度成形する必要がない点も利点のひとつである。
１００ｍＡと弱い場合は放電容量に差は見られないが、
１０００ｍＡ，１５００ｍＡと強くなるに伴い、実施例
１，２と比較例とに優位差が認められる。実施例１およ
び２は、混合時にアセチレンブラックあるいはケッチェ
ンブラックのストラクチャーが一部切断され、カーボン
が二酸化マンガンの周りを取り巻いている状態であると
考えられる。これらの正極合剤ペレットは、成形前に正
極合剤に１〜１０重量％の電解液を添加することにより
成形性を高めることができる。また、正極合剤を加圧成
形した後、電池ケース兼正極集電体１に挿入する。実施
例１，２の正極合剤ペレットは電解液注液後に膨張し電
池ケースに密着するので、従来の正極合剤のように挿入
後に再度成形する必要がない点も利点のひとつである。
【００１６】
【発明の効果】以上の結果から明らかなように、アルカ
リ乾電池において正極合剤ペレットの空孔率、正極合剤
ペレット中に含浸させる電解液量を規制することにより
放電性能に優れた電池を得ることができた。なお、本発
明の効果は二酸化マンガンの利用率を改善させることに
よるものであり、これにより正負極充填比率の最適化を
行い、比較的高負荷放電に適した乾電池を提供するもの
である。
リ乾電池において正極合剤ペレットの空孔率、正極合剤
ペレット中に含浸させる電解液量を規制することにより
放電性能に優れた電池を得ることができた。なお、本発
明の効果は二酸化マンガンの利用率を改善させることに
よるものであり、これにより正負極充填比率の最適化を
行い、比較的高負荷放電に適した乾電池を提供するもの
である。
【図１】本発明の実施例におけるアルカリ乾電池の断面
図。
図。
【図２】正極合剤ペレットの細孔量と放電容量の関係を
示した図。
示した図。
【図３】正極合剤ペレットの細孔に含浸させる電解液量
と放電容量の関係を示した図。
と放電容量の関係を示した図。
１ 電池ケース兼正極集電体 ２ 正極合剤ペレット ３ セパレータ ４ ゲル状亜鉛負極 ５ 負極集電体 ６ 樹脂封口体
フロントページの続き (72)発明者 峠 成二 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 (3)
- 【請求項１】主成分として二酸化マンガンと導電材とか
らなる正極合剤を加圧成型してなる正極合剤ペレットを
用いたアルカリ乾電池において、正極合剤ペレットの細
孔径３ｎｍ〜４００μｍの細孔よりなる細孔量が０．１
４ｃｃ／ｇ以上０．２４ｃｃ／ｇ以下であるアルカリ乾
電池。 - 【請求項２】正極合剤１ｇ当たり０．０９ｃｃ以上０．
１２ｃｃ以下の電解液を含浸させてなる請求項１記載の
アルカリ乾電池。 - 【請求項３】導電材として、アセチレンブラック，ケッ
チェンブラックの少なくとも一つを含む請求項１記載の
アルカリ乾電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34282495A JP3651092B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | アルカリ乾電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34282495A JP3651092B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | アルカリ乾電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09180708A true JPH09180708A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3651092B2 JP3651092B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=18356778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34282495A Expired - Fee Related JP3651092B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | アルカリ乾電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3651092B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6207322B1 (en) * | 1998-11-16 | 2001-03-27 | Duracell Inc | Alkaline cell with semisolid cathode |
| JP2002500417A (ja) * | 1997-12-31 | 2002-01-08 | デュラセル インコーポレイテッド | 多孔質アルカリ亜鉛／酸化マンガン電池 |
| JP2002500418A (ja) * | 1997-12-31 | 2002-01-08 | デュラセル インコーポレイテッド | 電気化学セルバランス |
| JP2005322613A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-11-17 | Hitachi Maxell Ltd | アルカリ電池 |
| EP2109168A2 (en) | 2008-04-08 | 2009-10-14 | Panasonic Corporation | Alkaline dry battery and method for producing the same |
| WO2011001603A1 (ja) | 2009-06-29 | 2011-01-06 | パナソニック株式会社 | アルカリ乾電池 |
| US8206851B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-06-26 | Panasonic Corporation | AA alkaline battery and AAA alkaline battery |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP34282495A patent/JP3651092B2/ja not_active Expired - Fee Related
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