(57)【要約】【課題】  定電流間欠放電性能に優れたアルカリ乾電池を提供する。【解決手段】  アルカリ乾電池における正極、負極、およびセパレータに含まれるアルカリ電解液中の水分量は、二酸化マンガン１００重量部に対して２７〜３４重量部であり、かつ亜鉛１００重量部に対して７２〜８０重量部であり、電解液が水酸化カリウムを３３〜３６重量％含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質として二酸化マンガンを含む正極、負極活物質として亜鉛を含む負極、前記正極と負極との間に配されるセパレータ、ならびに前記正極、負極、およびセパレータに含まれるアルカリ水溶液からなる電解液を具備するアルカリ乾電池であって、
前記電解液中に含まれる水分量は、二酸化マンガン１００重量部に対して２７〜３４重量部であり、かつ亜鉛１００重量部に対して７２〜８０重量部であり、
前記電解液が水酸化カリウムを３３〜３６重量％含むことを特徴とするアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ乾電池に関し、さらに詳しくは電池の構成部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルカリ乾電池では、放電性能を向上させるため、電池内での、正極活物質、負極活物質、および電解液の使用量について種々の検討が行われている。
例えば、特許文献１では、電解液である水酸化カリウム水溶液１ｇ当たり負極活物質である亜鉛の量を２．８ｇ以上とし、負極の容量に対する正極の容量比を１：１〜１．１：１とすることが提案されている。また、特許文献２では、電解液中の水酸化カリウムの濃度を３５〜４５重量％とし、負極活物質である亜鉛１ｇ当たり電解液量を０．９〜１．１ｇとすることが提案されている。
【０００３】
ところで、市場で使用される機器の使用形態の変化に伴い、ＩＥＣで設定された新規な放電モードとして定電流間欠放電における性能向上が求められている。しかし、このような放電条件では依然として十分な放電性能は得られていない。
【特許文献１】特開平８−５０９０９５号公報
【特許文献２】特開平７−１２２２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するために、定電流間欠放電性能に優れたアルカリ乾電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のアルカリ乾電池は、正極活物質として二酸化マンガンを含む正極、負極活物質として亜鉛を含む負極、前記正極と負極との間に配されるセパレータ、ならびに前記正極、負極、およびセパレータに含まれるアルカリ水溶液からなる電解液を具備するアルカリ乾電池であって、前記電解液中に含まれる水分量は、二酸化マンガン１００重量部に対して２７〜３４重量部であり、かつ亜鉛１００重量部に対して７２〜８０重量部であり、前記電解液が水酸化カリウムを３３〜３６重量％含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、正極活物質および負極活物質に対する電池内の総水分量、ならびに電解液の濃度を適宜設定することにより、定電流間欠放電性能に優れたアルカリ乾電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明者らは、アルカリ乾電池における正極活物質および負極活物質に対する電池内の水分量、ならびに電解液の濃度について種々検討した。
その結果、電池内に含まれる水分量の合計、すなわち正極、負極およびセパレータ中にアルカリ電解液として含まれる水分量の合計が、二酸化マンガン１００重量部に対して２７〜３４重量部であり、かつ亜鉛１００重量部にに対して７２〜８０重量部であり、さらに前記電解液が水酸化カリウムを３３〜３６重量％含む場合に、優れた定電流間欠放電性能が得られることを見出した。
【０００８】
正・負極活物質量と水分量とのバランスを適宜設定することにより、間欠放電時の放電休止中に電解液のバルクから正極および負極の反応界面に水がスムーズに供給される。このため、正極では二酸化マンガンの固相内にプロトン（Ｈ+）が、負極では反応生成物である水酸化亜鉛が電解液中に拡散する。さらに、放電中にも電解液から順次水が供給されるため、放電反応が進行しやすくなる。すなわち、放電休止中や放電末期においても、電解液から十分な水を供給することができる。
【０００９】
水分量が二酸化マンガン１００重量部に対して２７重量部未満では、水分量が不充分となり、放電休止中や放電末期において水の供給が不充分となり、放電性能が低下する。また、水分量が二酸化マンガン１００重量部に対して３４重量部を超えると、水分量が多くなりすぎて、電池内に充填することのできる活物質量が減少するため、放電性能が低下する。
【００１０】
水分量が亜鉛１００重量部に対して７２重量部未満では、水分量が不充分となり、放電休止中や放電末期において水の供給が不充分となり、放電性能が低下する。また、水分量が亜鉛１００重量部に対して８０重量部を超えると、水分量が多くなりすぎて、電池内に充填することのできる活物質量が減少するため、放電性能が低下する。
【００１１】
電解液中の水酸化カリウムの濃度が３３重量％未満では、イオン伝導に寄与するカリウム量が極端に少なくなるため放電性能が低下する。一方、水酸化カリウムの濃度が３６重量％を超えると、水分量が不十分となり放電休止中や放電末期において水の供給が不十分となるため放電性能が低下する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
下記に示す手順で図１に示す単１形アルカリ乾電池（ＬＲ２０）を作製した。
（１）正極合剤の作製
正極活物質として二酸化マンガンと、導電剤として黒鉛とを９０：１０の重量比で混合した。この混合物と、アルカリ電解液とを１００：３の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤２を得た。
【００１３】
（２）アルカリ乾電池の組み立て
この正極合剤２を電池ケース１内に３個挿入し、加圧治具により正極合剤２を再成形して電池ケース１の内壁に密着させた。正極合剤２の内壁にセパレータ４を配し、電池ケース１の底部に底紙１９をそれぞれ配置した。セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用
いた。
【００１４】
セパレータ４および底紙１９に、所定量のアルカリ電解液を注入した。所定時間経過した後、ゲル状負極３をこのセパレータ４および底紙１９の内側に充填した。なお、ゲル状負極３には、ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液と、負極活物質として亜鉛粉末とを１：３３：６６の重量比で混合したものを用いた。
負極集電子６をゲル状負極３の中央に差し込んだ。なお、負極集電子６には、ガスケット５および負極端子を兼ねた底板７を一体化させた。そして、電池ケース１の開口端部を、ガスケット５の端部を介して底板７の周縁部にかしめつけ、電池ケース１の開口部を封口した。外装ラベル８で電池ケース１の外表面を被覆した。
【００１５】
《比較例１〜１１》
上記のアルカリ乾電池の作製において、電解液には水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液を用いた。なお、電解液中の水酸化カリウム、酸化亜鉛、および水の重量比を３８：２：６０とした。
そして、正極活物質、負極活物質、電解液、または水分を表１に示すように増量した。なお、比較例２〜４では、表１のように比較例１に対して正極活物質量を増量した。比較例５〜７では、表１のように比較例１に対して負極活物質量を増量した。比較例８〜９では、電池内の水分量が表１のようになるように電解液を増量した。比較例１０〜１１では、電池内部の水分量が表１のようになるように水分量を増量した。このとき、電池内の部材が占める体積は、それぞれ増量した分だけ増えた。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
《比較例１２〜１４》
上記のアルカリ乾電池の作製において、正・負極活物質量を一定にし、電解液中の水酸化カリウムの濃度を表２に示すように変えた。なお、電解液中の酸化亜鉛の濃度は２重量％とした。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
《実施例１〜７および比較例１５〜２０》
上記のアルカリ乾電池の作製において、電解液には、水酸化カリウムおよび酸化亜鉛を含む水溶液を用いた。なお、電解液中の水酸化カリウム、酸化亜鉛、および水の重量比を３４：２：６４とした。すなわち、水酸化カリウムの濃度を３４重量％とした。
そして、電池内の部材が占める体積が一定になるように、表３に示すように、正極活物質および負極活物質量を変えて、活物質量に対する電池内の総水分量の比を変えた。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
《実施例８〜１１および比較例２１〜２２》
上記のアルカリ乾電池の作製において、電解液中の水酸化カリウムの濃度を表４に示すように変えた。なお、電解液中の酸化亜鉛の濃度は２重量％とした。
そして、電池内の部材が占める体積が一定になるように、表４に示すように、正極活物質量および負極活物質量を変えて、活物質量に対する電池内の総水分量の比を変えた。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
なお、表１〜４中の正・負極活物質量は、従来の条件である比較例１の正・負活物質量をそれぞれ１００とした指数で表した。
そして、上記の実施例１〜１１および比較例１〜２２のアルカリ乾電池を用いて、以下の評価を行った。
【００２４】
［評価］
（イ）定電流間欠放電試験
アルカリ乾電池を２０℃の環境下において電池電圧が０．９Ｖに達するまで、１日当たり６００ｍＡの電流値で２時間連続放電し、放電時間を測定した。なお、電池の試験数は３個とし、その放電時間の平均値を求めた。
（ロ）過放電試験
アルカリ乾電池４個と、４０Ωの抵抗とを直列に接続した。これを５セット準備し、常温で６週間放置した後、漏液した電池の数を調べた。
【００２５】
これらの結果を表５〜８に示す。なお、表５〜８中の放電性能指数は比較例１の放電時間を１００とした指数として示す。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
【表６】
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【００２８】
【表７】
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【００２９】
【表８】
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【００３０】
表５に示すように、比較例１〜１１では、活物質や電解液の増量により放電性能が向上したが、電池内に占める部材の体積が増えて、電池内の空間が減少したため、漏液する電池がみられ、過放電特性が低下した。また、表６に示すように、比較例１２〜１４では、電解液中の水酸化カリウムの濃度を低くすることにより、正極活物質量１００重量部に対する電池内の水分量は２７〜３４重量部、負極活物質量１００重量部に対する電池内の水分量は７２〜８０重量部であるが、放電性能の大幅な向上はみられなかった。
【００３１】
表７および８に示すように、正極活物質量１００重量部に対する電池内の水分量が２７〜３４重量部、負極活物質量１００重量部に対する電池内の水分量が７２〜８０重量部、および電解液中の水酸化カリウムの濃度が３３〜３６重量％を満たす実施例１〜１１の場合に、比較例１５〜２２の場合よりも放電性能指数が大幅に向上し、かついずれの電池も過放電時に漏液しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のアルカリ乾電池は、高性能の小型電子機器や携帯機器用の電源等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のアルカリ乾電池の一例の一部を断面にした正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池ケース
２  正極合剤
３  ゲル状負極
４  セパレータ
５  ガスケット
６  負極集電子
７  底板
８  外装ラベル
１９  底紙
【図１】
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