(57)【要約】【課題】  アルカリ電池の正極活物資として用いられる酸化銀は性能的には良好であるものの価格が高く、銀相場により変動するため、製造コストの低減と安定といった観点からは使いにくいものであった。また、二酸化マンガンは、酸化銀より体積当たりの電気容量が小さく、放電電位が低いという課題があった。【解決手段】  上述の課題を解決するために、酸化銀を含有するコインまたはボタン型のアルカリ電池において、前記酸化銀を主体とする正極合剤に酸化銀より安価なオキシ水酸化ニッケルを混合した。オキシ水酸化ニッケルは酸化銀より若干電圧が高めであるため、使用する機器において、効率よく電池の電気容量を使い切ることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化銀とオキシ水酸化ニッケルを含有する正極合剤と、亜鉛を含有する負極合剤からなるコインまたはボタン型のアルカリ電池。
【請求項２】
酸化銀を含有する正極合剤と亜鉛を含有する負極合剤とを有し、ガスケットを介し正極缶と負極缶をかしめ封口してなるコインまたはボタン型のアルカリ電池において、前記正極合剤がオキシ水酸化ニッケルを含むことを特徴とするアルカリ電池。
【請求項３】
前記正極合剤が、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記二酸化マンガンの電気容量が正極の電気容量に対し５〜２０％であることを特徴とする請求項３に記載のアルカリ電池。
【請求項５】
前記オキシ水酸化ニッケルの含有量が酸化銀の重量の２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記オキシ水酸化ニッケルがガンマ型オキシ水酸化ニッケルであることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載のアルカリ電池。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか一項に記載のアルカリ電池を搭載した電子機器であって、定電流回路を搭載しているとことを特徴とする電子機器
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極に酸化銀を含有するボタン型またはコイン型のアルカリ電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極に酸化銀を含有するボタン型またはコイン型のアルカリ電池は、電子腕時計、電子卓上計算機や携帯ゲーム機等の小型電子機器に使用されている。正極活物質としては、主に酸化銀が用いられているが、近年、コスト削減の面から酸化銀と安価な二酸化マンガンの混合物が用いられようになってきている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開昭５２−１０５２２号公報（第１項から第２項、第１図）
【特許文献２】特開平８−１７１９０４号公報（第２項から第３項、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
正極活物質として用いられる酸化銀は性能的には良好であるものの価格が高く、銀相場により変動するため、製造コストの低減と安定といった観点からは使いにくいものであった。そのため、性能的には落ちるが正極に安価な二酸化マンガンを混合したアルカリ電池が出回っている。
【０００４】
しかし、二酸化マンガンは、酸化銀より体積当たりの電気容量が小さく、放電電位が低い。そのため、終止電圧が酸化銀電池に合わせて高めに設定されている機器においては、二酸化マンガンの放電部分を十分に活用することができなくなり、機器の使用時間が極端に短くなってしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明にかかるアルカリ電池では、酸化銀とオキシ水酸化ニッケルを含有する正極合剤と、亜鉛を含有する負極合剤を用いている。
【０００６】
また、本発明にかかるアルカリ電池は、酸化銀を含有する正極合剤と亜鉛を含有する負極合剤とアルカリ電解液とセパレータ等を内部に含み、ガスケットを介し正極缶と負極缶でかしめ封口してなるコインまたはボタン型のアルカリ電池において、前記酸化銀を主体とする正極合剤に酸化銀より安価なオキシ水酸化ニッケルを加えた。オキシ水酸化ニッケルは酸化銀より若干電圧が高めであるため、使用する機器において、効率よく電池の電気容量を使い切ることができる。
【０００７】
また、亜鉛を含有する負極合剤を用いるアルカリ電池においては、正極の電気容量を負極の電気容量より大きく設計する必要がある。負極の電気容量が多い場合、放電終了後電池内に亜鉛が残ってしまい、水素ガスが発生し、電池の膨れや破裂を招く可能性がある。設計上過剰に入れた正極は、放電において使われないことになる。正極活物質は電位の高い活物質から消費されて行くため、オキシ水酸化ニッケルや酸化銀より電位が低く安価な二酸化マンガンを加え、正極の過剰分として設定することができる。
【０００８】
正極の過剰分として加えた二酸化マンガンの電気容量を電気容量に対し５〜２０％とした。これにより、高価な酸化銀やオキシ水酸化ニッケルの量を削減することができた。
【０００９】
オキシ水酸化ニッケルの含有量は酸化銀の重量に対し２０〜８０％とした。これにより、正極ペレットの成形性を損なうことなく、コストダウンを達成することができた。
【００１０】
アルカリ電池を電子腕時計等の消費電流の小さな小型電子機器に用いる場合は、２〜３年程度の連続使用となる。そのため、正極活物質としては自己放電が小さく安定のものがよい。オキシ水酸化ニッケルの中でもガンマ型オキシ水酸化ニッケルを用いたものが特に自己放電が少なく良好であった。
【００１１】
一般に電子機器の回路は、電圧が高いと消費電流も大きくなる傾向がある。そこで、電圧の若干高い本発明のアルカリ電池の特性を十分に引き出すには、電子機器に定電流回路を搭載することが有効であった。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、正極に酸化銀を含有するボタン型またはコイン型のアルカリ電池の正極にオキシ水酸化ニッケルを混合することにより酸化銀の使用量を減らすことができ、安価なアルカリ電池の提供を可能とする。さらに本発明にかかるアルカリ電池は、放電カーブがフラットであり一定の電圧を保つため電極活物質の放電容量を有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
オキシ水酸化ニッケルは酸化銀より若干電圧が高めであるため、使用する機器において、効率よく電池の電気容量を使い切ることができる。
【００１４】
負極に亜鉛を用い、正極に酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）をそれぞれ用いて電池を作製し、それらの放電カーブを測定した。それぞれの電池の放電カーブを図１に示す。
【００１５】
酸化銀を用いた電池は１．５Ｖ前後のフラットで電気容量の大きな放電カーブを示す。それに対し、オキシ水酸化ニッケルを用いた電池は酸化銀より高い電圧を示すものの、電気容量が小さい。二酸化マンガンを用いた電池は電気容量が小さく低い電圧を示す。このような放電カーブを持つ正極材料を混合して、コスト的に優位な電池の検討を行った。
【００１６】
図２に本発明に係るアルカリ電池を示す。負極合剤１０４と正極合剤１０５がセパレータ１０６を介して対向するように配置されている。正極合剤には、正極活物質として酸化銀及びオキシ水酸化ニッケルが含まれる。さらに正極活物質として二酸化マンガンを加えることも好ましい。以上の正極活物質にグラファイトなどの導電剤とバインダーを混合し圧縮して正極合剤を成型した。
【００１７】
電解液を含浸させた含浸材１０７がセパレータ１０６と負極合剤１０４の間に配されている。これらの電極合剤とセパレータ及び電解液は、正極缶１０１と負極缶１０２をかしめて封止されている。正極缶１０１と負極缶１０２の間には、封止性を向上させるガスケット１０３が挟まれている。
【実施例】
【００１８】
酸化銀とオキシ水酸化ニッケルの重量比が１：１となるように混合した電極活物質を用いてアルカリ電池（実施例１）を作製した。酸化銀と二酸化マンガンの重量比が１：１となるように混合して作製したアルカリ電池を従来例１とする。実施例１と従来例１の放電カーブを図３に示す。
【００１９】
酸化銀とオキシ水酸化ニッケルを混ぜて正極とした実施例１は、はじめにオキシ水酸化ニッケルの電位がでて、放電の後半酸化銀の電位の現れる放電カーブを示す。酸化銀と二酸化マンガンを混ぜて正極とした従来例１は、はじめに酸化銀の電位がでて、放電の後半二酸化マンガンの電位の現れる放電カーブを示す。
【００２０】
一般に、時計等の酸化銀電池を使用することを前提に設計された機器の動作下限電圧は１．３Ｖ程度であることが多い。そのため、コストダウン目的で酸化銀の一部を二酸化マンガンで置き換えた場合、図３の従来例１に示すように電池の電気容量を使い切らないうちに動作下限電圧に達してしまい停止する。
【００２１】
しかし、実施例１のように酸化銀の一部をオキシ水酸化ニッケルで置き合えた場合、図３に示すように放電電位がほぼ動作下限電圧の上であるため、電池の電気容量を使い切るまで作動させることが可能である。
【００２２】
また、亜鉛を含有する負極合剤を用いるアルカリ電池においては、正極の電気容量を負極の電気容量より大きく設計する必要がある。負極の電気容量が多い場合、放電終了後電池内に亜鉛が残ってしまい、水素ガスが発生し、電池の膨れや破裂を招くためである。設計上過剰に入れた正極は、放電において使われないことになる。正極活物質は電位の高い活物質から消費されて行くため、オキシ水酸化ニッケルや酸化銀より電位が低く安価な二酸化マンガンを加え、正極の過剰分として設定することができる。
【００２３】
酸化銀と二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルを重量比で１：１：２で混合して作製した正極合剤を用いたアルカリ電池を実施例２とする。実施例１と実施例２の放電カーブを図４に示す。
【００２４】
負極である亜鉛の電気容量が２０ｍＡｈであれば、図４中において点線で示される部分は、過剰の部分の電気容量となるため電池としては使われない。そのため、実施例２のように点線の部分の電圧が下がる電池であっても、実際は負極のほうの電気容量が先になくなるため、実使用上何ら問題となることはない。
【００２５】
また、正極合剤及び負極合剤の秤量精度は、通常±２％程度である。そのため、正極の電気容量を大きくするには、正極の電気容量に対して最低でも４〜５％以上、正極の電気容量を負極の電気容量より大きくする必要がある。この大きくなった分を二酸化マンガンとすることにより、高価な酸化銀やオキシ水酸化ニッケルの量を減らすことができる。混合する二酸化マンガンの電気容量の上限は、正極の電気容量の２０％程度にすることが好ましい。これ以上大きくすると放電末期の電圧が下がりすぎ、電池の電気容量が低下するためである。
【００２６】
オキシ水酸化ニッケルの含有量は酸化銀の重量に対し２０〜８０％が良好である。２０％以下ではコスト的なメリットがほとんどなくなってしまう。また、８０％以上であると、正極をプレスによりペレット状に成型加工する場合、成形性が悪く、正極合剤１０５の加工歩留まりが悪くなってしまった。
【００２７】
オキシ水酸化ニッケルにはベータ型とガンマ型がある。ベータ型は密度が大きく、電気容量も大きい。アルカリ電池を電子腕時計等の消費電流の小さな小型電子機器に用いる場合は、２〜３年程度の連続使用となる。そのため、正極活物質としては自己放電が小さく安定のものがよい。ガンマ型オキシ水酸化ニッケルを用いたものは特に自己放電が少なく、酸化銀電池のような主に時計用に用いられる用途においては良好であった。
【００２８】
一般に電子機器の回路は、電圧が高いと消費電流も大きくなる傾向がある。
【００２９】
図５に一般的な回路を用いた時計用ＩＣと定電流回路を用いた時計用ＩＣの電圧に対する消費電流の関係を示した。ＩＣの動作下限電圧は両方とも１．３Ｖである。図からわかるように定電流回路を用いた時計用ＩＣにおいては、本発明の初期の電圧が１．７４Ｖであるオキシ水酸化ニッケルであっても消費電流が増化することはない。
【００３０】
酸化銀に二酸化マンガンを加えた電池をこれらのＩＣに用いた場合は、１．３Ｖ以下の放電電圧の部分の電気容量が使えないことになってしまう。また、一般的な回路を用いた時計用ＩＣに本発明のオキシ水酸化ニッケル入りのアルカリ電池を用いた場合は、１．３Ｖ以下の放電電圧の部分が少なく電気容量が無駄になることはないが、電圧が高い分消費電流が大きくなり、電池寿命が多少短くなる。
【００３１】
電圧の若干高い本発明のオキシ水酸化ニッケル入りのアルカリ電池の特性を十分に引き出すには、電子機器に定電流回路を搭載することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】負極に亜鉛を用い、正極に酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を用い作製した電池の放電カーブである。
【図２】本発明のアルカリ電池の断面図である。
【図３】本発明にかかるアルカリ電池である実施例１と従来例１の放電カーブを示すグラフである。
【図４】本発明にかかるアルカリ電池である実施例１と実施例２の放電カーブを示すグラフである。
【図５】一般的な回路を用いた時計用ＩＣと定電流回路を用いた時計用ＩＣの電圧に対する消費電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  正極缶
１０２  負極缶
１０３  ガスケット
１０４  負極合剤
１０５  正極合剤
１０６  セパレータ
１０７  含浸材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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