JPH0445938B2

JPH0445938B2 -

Info

Publication number: JPH0445938B2
Application number: JP56186289A
Authority: JP
Inventors: Takao Yokoyama; Nobuharu Koshiba; Akira Oota; Korenobu Morita; Fumio Ooo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1992-07-28
Also published as: JPS5887781A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ボタン型空気−亜鉛電池の改良にか
かるもので、その目的とするところは、高容量化
をはかると共に保存特性の向上をはかることにあ
る。即ち、近年人口の高年齢化に伴つて医療機器の
分野が注目されるようになつてきた。その中で難
聴対策として補聴器の需要も急速に伸びてきつつ
あり、これに付ずいして電源電池への要求も高ま
つてきている。従来より、補聴器の電源としては水銀電池が比
較的よく使用されている。水銀電池の場合、その利点として(A)容量当りの
コストが安価であること、(B)電圧が安定している
ことなどがあげられる。ところが一方では○イ、補
聴器用電源としては比較的重量が重く、例えば直
径11.6mm×高さ2.5mmのもので約3.0ｇであり、○ロ、
電池容量が少いために約２週間で電池の取り換え
が必要であること。○ハ、水銀電池に用いる正極活
物質自身が公害の原因となりうるなどの問題があ
つた。これらの諸問題に対応して注目されてきた電池
としてボタン型空気−亜鉛電池があげられる。この電池の特徴は、正極の活物質として空気中
の酸素を用いるために、負極のための容器内容積
を大きくすることが可能で、電池の高容量化がは
かれる。又比較的放電電圧が安定している。低公
害性でありかつ軽量化がはかれるなどの利点があ
る。しかしながら、水銀電池のような密封型電池で
は、電池内での内容積変化はなく何ら膨れの問題
は生じない。しかし外部から正極活物質である酸
素を取り入れるタイプの電池では、負極の反応形
態から負極側の体積は10〜20％増大する。従つて
放電が進行するにつれて徐々に体積が膨張して電
解液を遊離させ、更には空気極を圧迫し、ついに
は正極の空気取入孔より漏液する。本発明は、このようなボタン型空気−亜鉛電池
の保存特性を向上させたものである。以下、本発
明の実施例を直径11.6mm×高さ5.4mm公称容量360
ｍAhのボタン型空気−亜鉛電池を例に説明する。第１図は本実施例におけるボタン型空気−亜鉛
電池の半断面図を示し、図中１は正極ケース、２
は正極ケースにもうけられた空気取入孔で、直径
0.5mmの孔が２〜４個あけられている。３は空気
室に置かれたセルロース系の多孔性紙で、空気極
より出てきた電解液を吸収させるものである。４
はフツソ樹脂を基材とする撥水膜で漏液を押える
ためのものである。５はニツケル多孔体を集電体
とした空気極、６はセパレータ、７はアルカリ電
解液含液材である。８はナイロン樹脂よりなるガ
スケツトで負極容器９とカツプリングしている。
１０は本発明の特徴とする亜鉛負極である。即ち
８のガスケツトとカツプリングされた負極容器内
容積は230μであり、この中に汞化亜鉛粉末と
アルカリ電解液とが充填されたものである。この
時、負極容器内容積に対する亜鉛粉末量と電解液
量との充填率は75〜85％が好ましい。その理由と
して第２図に示すように、負極容器内への充填率
が75％以下の場合、電池電圧に影響は認められな
いが、負極容器内には、25％以上の空隙、すなわ
ち、空気が包含されることとなり、電池組立封口
時、正極ケースの封口加圧により空気極面側と接
するガスケツトの圧縮が生じ、負極容器内容積の
減少があり、空気の多少、電池外に吐出されるも
のの、空隙により電池を構成する要素の密着性が
悪くなり内部抵抗において著しく高くなると共に
その空気の存在位置、状態においてバラツキも極
めて大きく、特に高率放電に影響を受け易い。ま
た内部抵抗値に関しては充填率75％以上ではほと
んど差は認められなかつた。一方、充填率が95％以上では電池組立時に直後
漏液が発生する。又、充填率が85％以上の電池で
は直後漏液は認められないが、放電を行ないその
放電深さが70％以上になると、正極板より漏液が
認められる。この度合は負極容器内への負極の充
填率が高くなればなる程大きくなることがわかつ
た。従つて、負極容器内への充填率は75〜85％に
規制し、汞化亜鉛粉末とアルカリ電解液のみを一
定量充填後、空気極等が挿入された正極ケースと
負極容器とを嵌合し、負極容器中に25〜15％の空
隙部を設けた状態にて正極ケースを封口する製造
法が電池特性、耐漏液特性において最も優れてい
るものである。なお、充填率は次のようにして算出した。充填率＝亜鉛粉末の体積＋汞化に用いた水銀の体積＋ア
ルカリ電解液量／ガスケツトとカツプリングされた封口
前の負極容器内容積×100 ここで、亜鉛粉末の体積、汞化に用いた水銀の
体積は重量／真密度、アルカリ電解液量の体積は液重量／液比重の計算式で算出した。一方、電池の高容量化をはかるためには、限ら
れた負極容器内に負極活物質とアルカリ電解液と
を効率よく充填する必要がる。しかも亜鉛の反応
を考えると量的に多くの電解液を必要とし、亜鉛
と電解液量との体積比は電解液量が大となる。そ
こで、負極容器内で負極活物質と電解液量の体積
比を２元配置による実験を行なつて求めた結果、
負極活物質の占める体積１に対して、電解液は
1.3〜1.7のときが最も適していることを見出し
た。即ち、その比が1.3以下の場合、電池にして放
電すると、特に高率放電時に放電曲線の平坦性が
なくなる。又、放電末期に電解液律速から２段曲
線となる。逆に電解液の比率を1.7以上にすると、亜鉛の
充填量が低下すると共に、負極容器内に遊離の電
解液が存在し、正極群と負極群との封口カツプリ
ング時に漏液現象が起こる。又、放電の深さと共
に負極の膨潤によつて電解液が押されて漏液の現
象が認められる。従つて、ここでは負極容器内容積への充填率を
80％、亜鉛量650mg、負極活物質と電解液との体
積比を１対1.5とし、上記一定量を負極容器に充
填後、空気極等が挿入された正極ケースと負極容
器とを嵌合し、負極容器中に20％の空隙部を設け
た状態にて正極ケースを封口してボタン型空気電
池を製造した。なお、用いた電解液は10Mの
KOHに酸化亜鉛を飽和したものを用いた。次に本発明の効果について述べる。本発明の構
成〔Ａ〕、即ち負極容器内容積への充填率を80％、
負極活物質と電解液との体積比を１対1.5とした
構成を中心に充填率と体積比を変化させて表−１
のＢ〜Ｉに示す構成と対比させた。

【表】これらＡ〜Ｉの各構成により第１図の電池を試
作し、特性評価を行なつた。表−２には電池組立後、45℃の温度で16時間エ
ージングした後の内部抵抗値を示す。

【表】その結果、構成Ｂ、Ｃ、Ｄでの70％の充填率で
は内部抵抗が3.3〜5.08Ωとなり、その値が高いば
かりでなく、そのバラツキも極めて大きいと言え
る。構成Ｅ、Ａ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの充填率80％以上
になると、その値は低く、かつそのバラツキも小
さく安定している。この原因としては、電池を構成する要素の密着
性が充填率によつて影響を受けると考えられる。表−３に620Ω抵抗によつて放電した時のＡの
構成を100とした容量指数を示す。なお、終止電
圧は1.1Vとした。

【表】この結果、充填率70％の構成Ｂ、Ｃ、Ｄでは内
部抵抗が高いために、構成Ａに比べて低い値しか
得られなかつた。これは充填率が低いために、亜
鉛の絶対量が少ない結果である。充填率80％以上の構成のＥ、Ａ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、
Ｉでは他の充填率に比べて放電容量指数は高い。
その中で負極活物質体積／電解液体積＝１／２の
ものは、充填する絶対亜鉛量が少なく、又１／１
のものは電解液量が少なく、電解液律速反応とな
り平坦電圧が低く、安定した放電曲線が得られな
い。ところが、充填率90％では他の充填率の様な原
因によるものではなく、他の原因による容量低下
であることが明らかになつた。即ち、前に述べたように Z_o＋１／２O₂→ZnO の放電反応から、O₂が外気から吸収されている
ために放電が進むと共に負極側の体積が膨張する
ために、触媒層が圧迫され、更には触極側の電解
液が押し出され、撥水膜の機能はなく、O₂は供
給されないようになる。その結果、電池は窒息状態になり、負極の電位
によつて正極よりガス発生し、これらによつてつ
いには空気孔より漏液現象をきたすようになる。
この傾向は放電率が高くなる程、大きくなる。従つて放電容量指数も低くなる。総合的に判断
すると、充填率70％では容量的に問題があり、
又、90％では容量的にも低く、かつ漏液も生じ易
い。表−４に組立て直後の漏液数（サンプルは各12
個）を示す。

【表】この結果、充填率90％以上では７〜９個の直後
漏液が認められた。しかも、前述したように
180Ω、300Ωの高率放電になると、直後漏液の起
つていない電池も空気孔からの漏液があつた。ちなみに水銀電池、銀電池では負極容器充填率
が90％になつても直後漏液、放電途中、放電後で
の漏液は全く認められなく、ボタン型空気−亜鉛
電池特有の問題であり、この傾向は負極容器への
汞化亜鉛粉末及びアルカリ電解液の充填率75〜85
％においては認められなかつた。又、亜鉛と電解液との体積比１／1.3〜１／1.7
においても同様な結果であつた。即ち、その比率が１／１では充填する亜鉛量に
比べて電解液量が少ないため亜鉛の反応が電解液
律速となつて放電曲線が２段曲線となり、電池電
圧の平坦性もなくなる。又、１／２では充填され
る絶対亜鉛量が少なく、かつ電解液量が多いため
に、放電容量が少ない。従つて、本発明に示すように充填率75〜85％、
充填する亜鉛の体積／電解液体積が１／1.3〜
１／1.7に規制し、負極容器に充填後、封口する
製造法にしたとき高容量を有し、かつ耐漏液性能
のすぐれたものにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はボタン型空気−亜鉛電池の部分断面
図、第２図は負極の負極容器内への充填率と内部
抵抗との関係を示す図である。１……正極ケース、２……空気取入孔、３……
多孔性紙、４……撥水膜、５……空気極、６……
セパレータ、７……含液剤、８……ガスケツト、
９……負極容器、１０……負極活物質。

Claims

【特許請求の範囲】

１正極活物質に酸素、負極活物質に汞化亜鉛粉
末、電解液にアルカリ水溶液をそれぞれ用い、負
極容器中にゲル化剤を含むことなく活物質である
汞化亜鉛粉末とアルカリ電解液とを充填し、電池
を製造する方法であつて、ガスケツトとカツプリ
ングされた負極容器中における負極活物質と電解
液との充填率を75〜85％に規制し、かつ負極活物
質の体積１に対して、電解液体積を1.3〜1.7の範
囲に規制した汞化亜鉛粉末とアルカリ電解液のみ
を一定量充填後、空気極等が挿入された正極ケー
スと前記負極容器とを嵌合し、負極容器中に25〜
15％の空〓部を設けた状態にて正極ケースを封口
してなることを特徴とするボタン型空気−亜鉛電
池の製造法。