JP3522303B2 - ボタン形アルカリ電池 - Google Patents
ボタン形アルカリ電池Info
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Description
の負極ケースを兼ねた負極集電体に関し、さらに詳しく
は水銀を添加しないボタン形アルカリ電池に使用しても
水素ガスの発生を抑制できる負極集電体及び、これを用
いて貯蔵中の性能劣化を防いだ高性能なボタン形アルカ
リ電池に関する。
には、用途に応じて二酸化マンガン,酸化銀あるいは空
気中の酸素を正極作用物質とする各種電池がある。これ
ら電池は、従来の時計や補聴器等の用途に加えて、小型
電子機器、コードレス機器の発達によりメモリーバック
アップ等に需要が拡大している。
るアルカリ電池にはゲル状亜鉛負極中に水銀が添加され
ていた。この水銀は、亜鉛合金粉や負極集電体の表面を
覆い、それらの水素過電圧を高めて水素ガスの発生を抑
制していた。
量とはいえ水銀が電池中に含有されていることは問題で
あり、水銀を添加しない電池の開発が望まれていた。
当然、亜鉛合金粉や負極集電体からの水素ガスの発生が
増大し、電池の膨れや漏液、貯蔵中の大幅な性能劣化等
の問題が発生する。これらの問題を解決するために、イ
ンジウム,ビスマス,鉛等を添加した腐食しにくい亜鉛
合金粉を使用したり、腐食抑制剤としてインジウム化合
物をゲル状亜鉛負極に含有させている。また、亜鉛合金
粉の腐食を抑制する界面活性剤をゲル状亜鉛負極中に添
加することも提案されている。これらの技術は、既に円
筒形アルカリ乾電池では使われ、水銀を添加しない電池
として発売されている。
円筒形アルカリ乾電池のように発生した水素ガスをある
程度受けとめられるスペースがなく、従って電池内部の
水素ガス発生はほとんど許されない。そのために、円筒
形アルカリ乾電池と同様の技術をそのまま適用しても水
素ガスの発生の抑制が不十分で、電池の膨れ等を生じて
しまう。
有量を増やせば、水素ガスの抑制効果は大きくなるが、
電池性能に影響を及ぼしてしまい、特に界面活性剤は効
果を得るためには多量に添加する必要があり、電池の電
気特性や放電性能の悪化につながってしまう。
らの水素ガスの発生は抑制できても、負極集電体からの
水素ガスの発生には効果がほとんどなく、また、ボタン
形アルカリ電池ではその形状からみて電池内部にスペー
スがとれないので、負極集電体からのガス発生の抑制
は、電池の安全性および電池性能の維持からも必要なこ
とである。
にインジウム化合物及びアルカリ電解液中で安定な界面
活性剤を適量含有するとともに、負極集電体のゲル状亜
鉛負極と接触する表面部分をインジウムで被覆して、負
極集電体からの水素ガスの発生を抑制したボタン形アル
カリ電池を提案している。
が提案した負極集電体は、インジウムの被覆が薄いとガ
ス発生抑制効果が低く不安定であり、インジウムの被覆
が厚い方がより高いガス発生抑制効果が安定して得られ
る。しかし、インジウムが厚すぎると、電気特性や放電
性能に悪影響を与え、またインジウムの被覆が厚いとア
ルカリ電解液が這い上がり易くなり、漏液し易くなると
いう問題がある。さらに、インジウムが厚く被覆された
材料は加工時に成形型からの離れが悪くなり、加工性に
も問題がある。それに、インジウムは高価な金属である
ため厚く被覆することはコストアップにつながるという
問題がある。
になされたもので、その目的は水銀を添加しないボタン
形アルカリ電池に使用しても水素ガスの発生を抑制でき
る負極集電体、及びこれを用いて貯蔵中の性能劣化を防
いだ高性能なボタン形アルカリ電池を提供することにあ
る。
め、本発明の請求項1は、亜鉛合金粉,アルカリ電解
液,及びゲル化剤で構成された水銀無添加のゲル状亜鉛
負極を有するボタン形アルカリ電池において、負極ケー
スを兼ねた負極集電体の少なくともゲル状亜鉛負極と接
触する表面部分に厚さ0.5〜3.5μmのインジウム
が存在しており、かつ水銀無添加のゲル状亜鉛負極中に
亜鉛合金粉に対してインジウムとして0.01〜0.1
wt%のインジウム化合物及びアルカリ電解液中で安定
な界面活性剤0.01wt%以下を含有することを特徴
とする。また、請求項2は、請求項1のボタン形アルカ
リ電池において、負極ケースを兼ねた負極集電体が、成
形後に負極ケース内面となる側に予めインジウムを電気
メッキした原材料を成形加工したものであることを特徴
とする。
水素ガスの発生を抑制することは重要である。負極集電
体のゲル状亜鉛負極と接触する表面部分に被覆されたイ
ンジウムは、負極集電体表面の水素過電圧を高くし、水
素ガスの発生を抑制するが、そのインジウム被覆の厚さ
は0.5〜3.5μmに限定される。すなわち、インジ
ウム被覆の厚さが0.5μmよりも薄いと水素ガスの発
生抑制効果は十分に発揮されず、3.5μmよりも厚い
と水素ガスの抑制効果は高く安定するが、電池の電気特
性や放電性能に悪影響を及ぼすうえに電解液の這い上が
り現象が助長されるため漏液しやすくなる。
気メッキ、溶融メッキ、無電解メッキ等があるが、溶融
メッキや無電解メッキでは、インジウム被膜を薄く抑制
することが難しいので、電気メッキが有利である。そし
て、製造工程上、インジウムを予め被覆した材料を成形
加工する方法が簡潔で有利であるが、その際インジウム
被覆が厚いと成形型からの離れが悪くなる。これはイン
ジウムが軟らかい金属であるためで、これもインジウム
被覆の厚さを限定することで加工性への影響はなくな
る。
合物及びアルカリ電解液に安定な界面活性剤を含有する
ことで、亜鉛合金粉の腐食による水素ガスの発生を抑制
する。ゲル状亜鉛負極中において、インジウム化合物は
徐々に電解液に溶解してインジウムイオンとなり、それ
らが亜鉛合金粉に触れて表面に析出し、亜鉛合金粉の水
素過電圧を高くして腐食しにくくする。界面活性剤は、
亜鉛合金粉の表面を覆い電解液との接触を制限して、腐
食しにくくしている。
細に説明する。 (実施例1)ニッケル−ステンレス−銅の3層クラッド
材の銅面に、インジウムを電気メッキで0.5μm被覆
し、これを図1に示すようなLR44アルカリマンガン
電池用の負極ケースを兼ねた負極集電体1に成形した。
図2は、図1のA部分の拡大図であり、ニッケル−ステ
ンレス−銅の3層クラッド材の銅面に、インジウムを被
覆されていることが分る。
スを含有する亜鉛合金粉、35wt%水酸化カリウム水
溶液、ポリアクリル酸、亜鉛合金粉に対してインジウム
として500ppmの酸化インジウム及び亜鉛合金粉に
対して30ppmのパーフルオロアルキルポリオキシエ
チレン系の界面活性剤を撹拌混合してゲル状亜鉛負極2
を調製した。また、電解二酸化マンガン,黒鉛を撹拌混
合後成形して正極合剤6を調製した。そして、この負極
集電体1とゲル状亜鉛負極2及び正極合剤6を用いて、
図1に示すようなLR44アルカリマンガン電池を作成
した。なお、図1において、3はセパレータ、4は液保
持材、5はガスケット、7は正極ケースである。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを電気メッキで
1.0μm被覆したこと以外は、実施例1と同様のLR
44アルカリマンガン電池を作製した。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを電気メッキで
2.0μm被覆したこと以外は、実施例1と同様のLR
44アルカリマンガン電池を作製した。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを電気メッキで
3.5μm被覆したこと以外は、実施例1と同様のLR
44アルカリマンガン電池を作製した。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを電気メッキで
0.2μm被覆したこと以外は、実施例1と同様のLR
44アルカリマンガン電池を作製した。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを電気メッキで
4.0μm被覆したこと以外は、実施例1と同様のLR
44アルカリマンガン電池を作製した。
3層クラッド材の銅面に、インジウムを被覆していない
以外は、実施例1と同様のLR44アルカリマンガン電
池を作製した。
し3%の水銀をアマルガムしたものを用い、35wt%
水酸化カリウム水溶液及びポリアクリル酸とともに撹拌
混合してゲル状亜鉛負極を調製した。このゲル状亜鉛負
極を用いた以外は比較例3と同様のLR44アルカリマ
ンガン電池を作製した。
各試作電池の電池総高、開路電圧及び内部抵抗を測定し
た。また、1.3kΩ連続放電の1.2Vまでの放電持
続時間を測定し、本発明電池の放電性能を調査した。
池総高変化と開路電圧の劣化を測定するとともに、1.
3kΩ連続放電を行い、放電性能の劣化を調査した。こ
れら60℃貯蔵による変化量は、電池内部での水素ガス
の発生量と相関し、変化量が小さいほど水素ガスの発生
量は少ない。
蔵し、耐漏液性試験を行った。電池内部での水素ガスの
発生が多ければ耐漏液性は悪くなるが、負極集電体を電
解液が這い上がりやすければ、水素ガスの発生が少なく
てもパッキングと負極集電体の間から電解液が漏液す
る。
全て20個の平均値である。また、負極集電体の成形加
工性は、○は加工時に全く問題ないもの、△は希に問題
が発生するもの、×は問題が多発するものである。
リ電池用の負極ケースを兼ねた負極集電体へのインジウ
ム被覆の厚さは、0.5〜3.5μmが妥当であり、こ
の範囲より薄い場合は水素ガスの発生の抑制が不十分で
あり、厚い場合は電気特性や放電性能に悪影響を与え、
耐漏液性が悪くなり、さらに負極集電体の成形加工性も
悪化させる。
のではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、亜鉛合金
粉の変更や他の要素の追加等を行っても差し支えない。
また、上記実施例ではボタン形アルカリマンガン電池に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、酸化銀電池,空気亜鉛電池等のゲル状亜鉛を負極
とする各種ボタン形アルカリ電池に適用できることは勿
論である。
作成されたボタン形アルカリ電池用負極集電体は、水銀
を添加しないボタン形アルカリ電池に用いても負極集電
体からの水素ガスの発生を抑制できる。また、この負極
集電体を使用し、ゲル亜鉛負極中にインジウム化合物及
びアルカリ電解液中で安定な界面活性剤を適量含有した
本発明のボタン形アルカリ電池は、貯蔵中の漏液や電池
の膨れ、性能劣化等の問題も解消することができる。
の断面図。
タ、4…液保持材、5…ガスケット、6…正極合剤、7
…正極ケース。
Claims (2)
- 【請求項1】 亜鉛合金粉,アルカリ電解液,及びゲル
化剤で構成された水銀無添加のゲル状亜鉛負極を有する
ボタン形アルカリ電池において、負極ケースを兼ねた負
極集電体の少なくともゲル状亜鉛負極と接触する表面部
分に厚さ0.5〜3.5μmのインジウムが存在してお
り、かつ水銀無添加のゲル状亜鉛負極中に亜鉛合金粉に
対してインジウムとして0.01〜0.1wt%のイン
ジウム化合物及びアルカリ電解液中で安定な界面活性剤
0.01wt%以下を含有することを特徴とするボタン
形アルカリ電池。 - 【請求項2】 前記負極ケースを兼ねた負極集電体が、
成形後に負極ケース内面となる側に予めインジウムを電
気メッキした原材料を成形加工したものである請求項1
記載のボタン形アルカリ電池。
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