JP6078333B2 - アルカリ電池およびアルカリ電池の製造方法 - Google Patents
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Description
前記正極合剤は電解二酸化マンガンを正極活物質として含み、当該電解二酸化マンガンは、BET法によって測定された比表面積が20m2/g以上30m2/g以下であり、
中空円筒状の前記電池缶の円筒軸の延長方向を上下方向として、前記環状の複数の正極合剤は、前記円筒軸と同軸に上下方向に互いに離間した状態で積層配置され、
前記複数の正極合剤は、それぞれの正極合剤の高さを合計した値が37.2mm以上40.8mm以下であるとともに、互いに離間する距離の合計値が2.6mm以上6.2mm以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池としている。
上記アルカリか電池において、
3個の正極合剤を備えて、上下方向の2カ所にて前記上下方向に互いに離間し、
前記正極合剤が、高さが12.4mm以上13.6mm以下であり、
前記2カ所の一方では、正極合剤が、0.9mm以上2.1mm以下の距離で離間していることとしてもよい。
BET法によって測定された比表面積が20m2/g以上30m2/g以下の二酸化マンガンを正極活物質として含んだ正極合剤を環状に成形するステップと、
前記電池缶内に複数の前記正極合剤を挿入する正極合剤挿入ステップと、
有底円筒状の前記電池缶の円筒軸の延長方向を上下方向として、前記環状に成形された複数の正極合剤を、前記円筒軸と同軸に上下方向に互いに離間した状態で積層配置するステップと、
を含み、
前記正極合剤挿入ステップでは、前記複数の正極合剤について、それぞれの正極合剤の高さを合計した値を37.2mm以上40.8mm以下とするとともに、互いに離間する距離の合計値を2.6mm以上6.2mm以下にする、
ことを特徴としている。
図2は、本発明の一実施形態に係るアルカリ電池1aの概略構造を示す図である。このアルカリ電池1aを構成する個々の要素(2〜8)は、基本的に図1に示した従来のアルカリ電池1と同様である。しかし、本実施形態に係るアルカリ電池1aでは、正極缶2内で上下方向に積層されている複数(ここでは3個)の正極合剤3が相互に密着せずに、間隙Dを有して互いに離間するように配置されている。さらに、正極合剤3を構成する正極活物質であるEMDの比表面積が、離間配置される正極合剤3用に最適化されている。それによって、本実施形態に係るアルカリ電池1aは、従来のアルカリ電池1と同等以上の放電性能と、優れた耐漏液性能を備えている。
ここで、図2に示した本実施形態に係るアルカリ電池1aの放電性能と耐漏液性能を評価するため、また、正極合剤中のEMDの比表面積の適正数値範囲を規定するために、製造条件が異なる各種正極合剤を作製し、その正極合剤を正極缶2に組み込んで図1に示した従来の構造のLR6型のアルカリ電池1、および図2に示した本実施形態と同様の構造のLR6型のアルカリ電池1aをサンプルとして作製した。
各サンプルは、図1または図2に示したように、サンプルに応じて上下方向に積層される正極合剤3同士が密着、あるいは離間するように配置されている。図3に、封口前の正極缶2に複数の正極合剤3(31〜33)を挿入したときの状態を示した。一つの正極缶2には同じ条件で製造された3個の正極合剤3(31〜33)が挿入されており、図1に示した従来の構造のアルカリ電池1に相当するサンプルでは、3個の正極合剤3(31〜33)が、正極缶2の開口22から底面21方向に向かって同じ圧力で押圧されて順次挿入されて正極缶2内に配置されたものであり、上下方向で隣接する正極合剤(31−32、32−33)同士が離間することなく密着した状態で配置されている。すなわち、図3における正極合剤間(31−32、32−33)の離間距離(D3、D4)が0となる。
つぎに、作製した各サンプルに対し、放電性能と耐漏液性能とを評価した。放電性能については、軽負荷放電試験と重負荷放電試験を行い、それぞれの放電試験結果に基づいて軽負荷放電性能と重負荷放電性能の双方の放電性能を評価した。軽負荷放電試験は、43Ωの負荷で一日4時間放電することで行い、終止電圧0.9Vとなるまでの時間(日数)によって軽負荷放電性能を評価した。重負荷放電試験は、1500mWの電気容量を2秒間で放電させた後、650mWの電気容量を28秒間で放電させる1サイクル分のパルス放電動作を1時間に10サイクル行い、終止電圧1.05Vとなるまでの時間(サイクル数)によって重負荷放電性能を評価した。なお、軽負荷と重負荷のそれぞれの放電性能については、各サンプルについて同じ条件で5個の個体を作製し、その5個の個体の平均値によって各サンプルの放電性能を評価した。
サンプル3〜9では、3個の正極合剤3(31〜33)を上下方向で密着配置させたサンプル1や2に対し、3個分の正極合剤3(31〜33)を積層したときの高さが高くなる。そのため、正極缶2の開口端面22から一番上の正極合剤31の上面35までの距離D1が、自ずと小さくなる。しかし、正極缶2における開口端面22近傍の領域には、負極端子板7と封口ガスケット8による封口体が嵌着されるため、この距離D1の下限には限度がある。
表1に示したように、基準となるサンプル1に対し、正極合剤3(31〜33)が増量されている以外は製造条件が同じサンプル2では、軽負荷、重負荷の放電性能がともに10%程度向上していた。しかし、耐漏液性能では、サンプル1では、漏液試験後に漏液したサンプルが半数の50%であったのに対し、サンプル2では全数に漏液が発生し、従来のアルカリ電池1では、放電性能と耐漏液性能とが相反する性能であることが確認できた。
以上に示した評価結果より、図2に示した本実施形態に係るアルカリ電池では、正極合剤3(31〜33)が電解液を吸収して膨潤しようとするとき、正極合剤間(31−32、32−33)にその膨潤による体積の増加分を吸収するための空間が存在するため、正極合剤3(31〜33)が十分に膨潤でき、その結果、重負荷放電性能が向上したものと考えることができる。すなわち、従来では、正極合剤3(31〜33)の電解液の吸収に伴う体積増加分に見合う空間が存在しなかったために電解液の吸収量が制限されていたが、正極合剤間(31−32、32−33)に空隙Dを設けたため、電解液がより効率的に吸収された、と考えることができる。
本実施形態に係るアルカリ電池 1aでは、正極缶2内に同じサイズの正極合剤3(31〜33)を3個挿入していたが、正極缶内に挿入される正極合剤は、複数個であればよく、また、環状の内径と外形が同じであれば、高さが異なる複数の正極合剤を一つの正極缶内に混在させて挿入してもよい。いずれにしても、有底円筒状の正極缶の円筒軸方向法を上下方向として、複数の環状の正極合剤が上下方向で離間した状態で挿入されていればよい。
Claims (3)
- 正極を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶内に環状に成形された複数の正極合剤が挿入されてなるLR6型のアルカリ電池であって、
前記正極合剤は電解二酸化マンガンを正極活物質として含み、当該電解二酸化マンガンは、BET法によって測定された比表面積が20m2/g以上30m2/g以下であり、
中空円筒状の前記電池缶の円筒軸の延長方向を上下方向として、前記環状の複数の正極合剤は、前記円筒軸と同軸に上下方向に互いに離間した状態で積層配置され、
前記複数の正極合剤は、それぞれの正極合剤の高さを合計した値が37.2mm以上40.8mm以下であるとともに、互いに離間する距離の合計値が2.6mm以上6.2mm以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池。 - 請求項1において、
3個の正極合剤を備えて、上下方向の2カ所にて前記上下方向に互いに離間し、
前記正極合剤は、高さが12.4mm以上13.6mm以下であり、
前記2カ所の一方では、正極合剤が、0.9mm以上2.1mm以下の距離で離間している、
ことを特徴とするアルカリ電池。 - 正極を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶内に環状に成形された複数の正極合剤が挿入されてなるLR6型のアルカリ電池の製造方法であって、
BET法によって測定された比表面積が20m2/g以上30m2/g以下の二酸化マンガンを正極活物質として含んだ正極合剤を環状に成形するステップと、
前記電池缶内に複数の前記正極合剤を挿入する正極合剤挿入ステップと、
有底円筒状の前記電池缶の円筒軸の延長方向を上下方向として、前記環状に成形された複数の正極合剤を、前記円筒軸と同軸に上下方向に互いに離間した状態で積層配置するステップと、
を含み、
前記正極合剤挿入ステップでは、前記複数の正極合剤について、それぞれの正極合剤の高さを合計した値を37.2mm以上40.8mm以下とするとともに、互いに離間する距離の合計値を2.6mm以上6.2mm以下にする、
ことを特徴とするアルカリ電池の製造方法。
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