(57)【要約】【課題】長期信頼性および放電特性に優れた高容量のアルカリ電池を提供すること。【解決手段】正極合剤ペレット２とゲル状負極４との間に配されるセパレータ３を具備するアルカリ電池であって、セパレータ３が第一面と第二面を有し、第一面側に空孔率の低い分離機能層３ａが存在し、第二面側に分離機能層３ａより空孔率が高い支持層３ｂが存在することを特徴とする。これにより、不純物金属イオンの透過を抑制するセパレータを用い、不純物金属イオンの負極側への移動を抑制することで、負極側での水素ガス発生および不純物金属の析出を抑制することが出来る。【選択図】図２
2015170403.tif 000002
【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部材と、負極活物質として亜鉛を含む負極部材と、前記正極部材と前記負極部材との間に配されたセパレータと、水酸化カリウムを含む電解液とを具備するアルカリ電池であって、
前記セパレータが第一面と第二面を有し、前記第一面側に空孔率の低い第一層が存在し、前記第二面側に前記第一層より空孔率が高い第二層が存在することを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
前記セパレータの前記第一面を前記正極部材側に配置し、前記第二面を前記負極部材側に配置する、ことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記セパレータによって、カリウムが前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率に比べて、鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つが前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率の方が高い、ことを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記セパレータによって、カリウム、鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムが、前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率をそれぞれＲＫ、ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒとした場合、次式１の関係が成り立つことを特徴とする請求項３に記載のアルカリ電池。
（式１）
１０ＲＫ＜ＲＦｅ、１０ＲＫ＜ＲＣｕ、１０ＲＫ＜ＲＣｏ、１０ＲＫ＜ＲＮｉ、または１０ＲＫ＜ＲＣｒ
【請求項５】
前記正極部材に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つの含有率が、対応する、前記負極部材に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の何れか一つの含有率より大きいことを特徴とする請求項３または４に記載のアルカリ電池。
【請求項６】
前記第一層は、一定の大きさ以上のイオン又は分子の透過を抑制し、前記一定の大きさ未満のイオンの透過を抑制しない分離機能層であり、
前記分離機能層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリルニトリル、テフロン（登録商標）、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレンービニル共重合体、及びポリ塩化ビニルの内の何れか一つであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のアルカリ電池。
【請求項７】
前記第二層は、前記第一層を支持する支持層であり、
前記支持層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、エチレンービニルアルコール共重合体、ビニロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びポリフッ化ビニリデンの内の何れか一つであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載のアルカリ電池。
【請求項８】
前記セパレータの厚みは、正極端子側及び負極端子側の方が、中央部よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に正極活物質に二酸化マンガン、負極活物質に亜鉛を含み、正極と負極の間に配されるセパレータ、および水酸化カリウムを含む電解液とを用いたアルカリ電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルカリ電池の課題として、不純物金属の混入に起因する水素ガス発生が挙げられる。不純物金属は鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムなどである。これらは固体もしくはイオンの状態で電池内部に混入する可能性がある。特に正極に不純物金属が含有されている場合、正極側で不純物金属が溶け出し、負極側に移動し析出するとともに水素ガスが著しく発生し、電池性能の低下や漏液を生じさせる課題がある。
【０００３】
ここで、不純物金属による負極内部での水素ガス発生を抑制する方法としては、水素ガス吸収作用を有する銀−ニッケル系複合酸化物ペレットを正極の一部に用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では水素ガス吸収作用を有する銀−ニッケル系複合酸化物ペレットを正極の一部に用いるため、正極と負極が対向する面積を減少させてしまう。そのため、大電流連続放電や、大電流パルス放電特性が低下する課題があった。また吸収作用以上の水素ガスが発生した場合は電池性能の低下や漏液を抑えることができない課題もある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、不純物金属の正極側から負極側への移動を抑制し、これにより負極側での水素ガス発生および不純物金属の析出を抑制することで、電池性能と安全性に優れたアルカリ電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
正極活物質として二酸化マンガンを含む正極部材と、負極活物質として亜鉛を含む負極部材と、前記正極部材と前記負極部材との間に配されたセパレータと、水酸化カリウムを含む電解液とを具備するアルカリ電池であって、
前記セパレータが第一面と第二面を有し、前記第一面側に空孔率の低い第一層が存在し、前記第二面側に前記第一層より空孔率が高い第二層が存在することを特徴とするアルカリ電池である。
【０００８】
また、第２の本発明は、
前記セパレータの前記第一面を前記正極部材側に配置し、前記第二面を前記負極部材側に配置する、ことを特徴とする上記第１の本発明のアルカリ電池である。
【０００９】
また、第３の本発明は、
前記セパレータによって、カリウムが前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率に比べて、鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つが前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率の方が高い、ことを特徴とする上記第１または第２の本発明のアルカリ電池である。
【００１０】
また、第４の本発明は、
前記セパレータによって、カリウム、鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムが、前記正極部材側から前記負極部材側へ移動するのを阻止する比率をそれぞれＲＫ、ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒとした場合、次式１の関係が成り立つことを特徴とする上記第３の本発明のアルカリ電池である。
【００１１】
（式１）
１０ＲＫ＜ＲＦｅ、１０ＲＫ＜ＲＣｕ、１０ＲＫ＜ＲＣｏ、１０ＲＫ＜ＲＮｉ、または１０ＲＫ＜ＲＣｒ
また、第５の本発明は、
前記正極部材に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つの含有率が、対応する、前記負極部材に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の何れか一つの含有率より大きいことを特徴とする上記第３または第４の本発明のアルカリ電池である。
【００１２】
また、第６の本発明は、
前記第一層は、一定の大きさ以上のイオン又は分子の透過を抑制し、前記一定の大きさ未満のイオンの透過を抑制しない分離機能層であり、
前記分離機能層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリルニトリル、テフロン（登録商標）、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレンービニル共重合体、及びポリ塩化ビニルの内の何れか一つであることを特徴とする上記第１〜第５の何れか一つの本発明のアルカリ電池である。
【００１３】
また、第７の本発明は、
前記第二層は、前記第一層を支持する支持層であり、
前記支持層の材料が、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、エチレンービニルアルコール共重合体、ビニロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びポリフッ化ビニリデンの内の何れか一つであることを特徴とする上記第１〜第６の何れか一つの本発明のアルカリ電池である。
【００１４】
また、第８の本発明は、
前記セパレータの厚みは、正極端子側及び負極端子側の方が、中央部よりも大きいことを特徴とする上記第１〜第７の何れか一つの本発明のアルカリ電池である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、不純物金属の正極側から負極側への移動を抑制し、これにより負極側での水素ガス発生および不純物金属の析出を抑制することで、電池性能と安全性に優れたアルカリ電池を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるアルカリ電池の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの断面の模式図
【図３】本実施の形態における、分離性能の異なるセパレータを用いたアルカリ電池の放電特性評価の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態にかかるアルカリ電池の構成について示す断面図である。
【００１８】
本発明のアルカリ電池としては例えば、図１に示したように正極端子一体型の正極ケース１内に、その外側から正極合剤ペレット２、セパレータ３、及びゲル状負極４の順に収納し、正極ケース１の開口端を封口板５で封口するとともに、ゲル状負極４中に挿入された負極集電棒６に負極端子７を接続して構成されている。
【００１９】
尚、本実施の形態の正極合剤ペレット２は本発明の正極部材の一例にあたり、本実施の形態のゲル状負極４は本発明の負極部材の一例にあたる。
【００２０】
以下に、本発明の一実施の形態にかかるアルカリ電池を構成するセパレータ３の構成について図２を参照しながら説明する。図２は本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの断面図である。
【００２１】
まず、本発明の望ましいセパレータ３の構成としては、第一面と第二面を有し、第一面に近い方に空孔率の低い緻密な分離機能層３ａが存在し、第二面に近い方に空孔率の高い粗な支持層３ｂが存在する。つまり第一面の空孔率は第二面の空孔率より小さい。
【００２２】
ここで、本実施の形態における分離機能層３ａとは、一定の大きさ以上のイオンや分子は透過を阻止し、一定の大きさ未満のイオンは透過させる機能を持つ層である。
【００２３】
本実施の形態で用いる分離機能層３ａの厚さは、特に限定されるものではないが、10ｎｍ〜1μｍであることが好ましい。１０ｎｍ未満であると強度不足により膜に欠陥が生じる可能性が高くなり、１μｍより大きいと、電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じる。
【００２４】
分離機能層３ａの材料としては、特に限定されるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリアクリルニトリル、テフロン（登録商標）、ポリエステル系ポリマーアロイ、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレンービニル共重合体、及びポリ塩化ビニルの内の何れか一つが好ましい。特に芳香族ポリアミド、酢酸セルロースがより好ましい。
【００２５】
ここで、本実施の形態における支持層３ｂとは、分離機能層３ａを支持する多孔性の層である。特に限定されるものではないが、例えば不織布、多孔質フィルム等が挙げられる。
【００２６】
本実施の形態で用いる支持層３ｂの厚さは特に限定されるものではないが、２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。２０μｍ未満であると強度不足により膜の破断が生じる可能性が高くなり、１００μｍより大きいと、アルカリ電池の内容積のうちセパレータの体積の比率は高く、正極活物質および負極活物質の比率は低くなるため、電池容量の低下に繋がる。
【００２７】
また、支持層３ｂの開孔径としては、１００ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。１００ｎｍ未満であると電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じ、１０μｍより大きいと、正極と負極の絶縁性が担保できなくなる可能性が高くなる。また空孔率としては、５０％〜８０％が好ましい。５０％未満であると、電池反応に必要な透過対象物の移動が阻害されるため、電池性能の低下が生じ、８０％より大きいと強度不足により膜の破断が生じる可能性が高くなる。
【００２８】
支持層３ｂの材料としては、特に限定されるものではないが、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、エチレンービニルアルコール共重合体、ビニロン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びポリフッ化ビニリデンの内の何れか一つが好ましい。
【００２９】
本実施の形態のセパレータ３の製造方法としては、支持層３ｂを作製し、その後支持層３ｂ上に分離機能層３ａを形成する。
【００３０】
支持層３ｂとして不織布を使用する場合は、支持層３ｂの材料を溶解した後、スパンボンド法、ケミカルボンド法、またはニードルパンチ法などで作製することが出来る。
【００３１】
また多孔質フィルムを使用する場合は、支持層３ｂの材料を溶解または溶融させた後に乾式延伸法、湿式抽出法、または発泡法などで作製することが出来る。
【００３２】
次に支持層３ｂ上に分離機能層３ａの材料の溶液をダイコート法を用いて塗布、乾燥することでセパレータ３が得られる。
【００３３】
上記のように作製したセパレータ３と正極合剤ペレット２とゲル状負極４を正極ケース１に収納し、正極ケース１の開口端を封口板５で封口するとともに、ゲル状負極４中に挿入された負極集電棒６に負極端子７を接続した。以上のようにしてアルカリ電池を完成させた。
【００３４】
以下、具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００３５】
正極ケース１は、鉄材にニッケルめっきを施したものであり、内面には黒鉛塗装膜が形成されている。この正極ケース１の内部に、二酸化マンガンと黒鉛からなる短筒状の正極合剤ペレット２を複数個挿入した。ここで正極合剤に不純物金属として鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極合剤に対して１００ｐｐｍ混入させた。
【００３６】
正極合剤ペレット２の内側にセパレータ３を分離機能層３ａが正極合剤ペレット２側に接するように挿入した。
【００３７】
その後、正極合剤ペレット２とセパレータ３を湿潤させる目的で水酸化カリウム水溶液からなる電解液を注液した。
【００３８】
電解液の注液後、セパレータ３の内側に亜鉛合金粒子、吸水性ゲル、アルカリ電解液からなるゲル状負極４を充填した。
【００３９】
その後、封口板５、負極集電棒６と一体化された負極端子７をゲル状負極４に差し込み、正極ケース１にかしめ封口することにより作製したアルカリ電池を実施例１とした。
【実施例２】
【００４０】
正極ケース１は、鉄材にニッケルめっきを施したものであり、内面には黒鉛塗装膜が形成されている。この正極ケース１の内部に、二酸化マンガンと黒鉛からなる短筒状の正極合剤ペレット２を複数個挿入した。ここで正極合剤に不純物金属として鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極合剤に対して１００ｐｐｍ混入させた。
【００４１】
正極合剤ペレット２の内側にセパレータ３を支持層３ｂが正極合剤ペレット２側に接するように挿入した。それ以外は実施例１と同様に作製したアルカリ電池を実施例２とした。
【実施例３】
【００４２】
正極ケース１は、鉄材にニッケルめっきを施したものであり、内面には黒鉛塗装膜が形成されている。この正極ケース１の内部に、二酸化マンガンと黒鉛からなる短筒状の正極合剤ペレット２を複数個挿入した。ここで正極合剤に不純物金属として鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極合剤に対して１００ｐｐｍ混入させた。
【００４３】
正極合剤ペレット２の内側にセパレータ３を分離機能層３ａが正極合剤ペレット２側に接するように挿入した。セパレータ３として両端（正極端子側および負極端子側）の厚みが中央部の厚みより大きいものを使用した。それ以外は実施例１と同様に作製したアルカリ電池を実施例３とした。
【００４４】
（比較例１）
正極ケース１は、鉄材にニッケルめっきを施したものであり、内面には黒鉛塗装膜が形成されている。この正極ケース１の内部に、二酸化マンガンと黒鉛からなる短筒状の正極合剤ペレット２を複数個挿入した。ここで正極合剤に不純物金属として鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ正極合剤に対して１００ｐｐｍ混入させた。
【００４５】
正極合剤ペレット２の内側に比較例用セパレータを挿入した。比較例用セパレータとしては、上述した分離機能層３ａを持たない、従来のアルカリ電池に一般的に用いられている再生セルロースおよびビニロンを主体とする不織布からなる従来のセパレータを使用した。それ以外は実施例１と同様に作製したアルカリ電池を比較例１とした。
【００４６】
上記の条件で作製された実施例１〜３および比較例１の電池について放電特性評価と水素ガス発生評価を実施し、その結果について表１に示す。
【００４７】
ここで放電特性については、１０００ｍＡの定電流連続放電を行い、終止電圧が０．９Ｖになるまでの時間を測定した。また水素ガス発生評価は放電特性評価後の電池内の水素ガス量を測定し、比較例１の発生量を１００とした比率を表している。
【００４８】
【表１】
2015170403.tif 000003
【００４９】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜３に対して比較例１の放電時間および水素ガス発生量が大きく劣っていることがわかる。
【００５０】
正極合剤に不純物金属として鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムをそれぞれ１００ｐｐｍ混入した影響により、比較例１においては電池性能が大きく低下している。これは、正極側でイオン化された不純物金属が負極側に移動し、負極活物質表面に析出し、その際に負極に含まれる亜鉛が溶出し、電解液中の水と反応し水素ガスが発生したことが原因であると考えられる。
【００５１】
一方、分離機能層３ａと支持層３ｂからなるセパレータ３を使用した実施例１〜３では正極側から負極側への不純物金属イオンの移動を抑制することが出来ており、上記の水素ガスの発生が抑制されたため、優れた電池性能が得られたと考えられる。
【００５２】
次に、実施例１に比べて実施例２の放電時間が短くなっていることに関して説明する。
【００５３】
実施例１では分離機能層３ａが正極側に、支持層３ｂが負極側に配されているのに対して、実施例２では支持層３ｂが正極側に、分離機能層３ａが負極側に配されている。
【００５４】
ここで、アルカリ電池では正極側で水が消費される化学反応が起こっている。つまり正極側で水が不足することで放電特性は低下する。このため、負極側から正極側へ水の移動が必要となる。放電が進むことで正極側の水が少なくなり、金属イオンの濃度が高くなった状態となる。
【００５５】
セパレータ３を挟んで正極側と負極側で金属イオンの濃度差が発生し、その浸透圧差により通常は負極側から正極側へ水の移動が起こる。しかしながら、実施例２では粗な支持層３ｂが正極側、つまり高濃度側に配置されている。負極側から透過してきた水が支持層３ｂ内の空隙の影響により拡散せずに、支持層３ｂの内部に留まる為、その近傍の正極側の金属イオンの濃度が局部的に低下してしまう。これにより浸透圧差が低下し、負極側から正極側への水の移動が阻害される。この現象を濃度分極という。
【００５６】
一方で実施例１では緻密な分離機能層３ａが正極側、つまり高濃度側に配置されている。このため、負極側から透過してきた水は支持層３ｂ内部に留まろうとするが、隣接配置された緻密な分離機能層３ａの作用により分離機能層３ａ側へ拡散する。これにより、負極側から正極側への水の移動が阻害されることが無いので、濃度分極は抑えられる。以上の理由により、実施例１におけるセパレータの配置がより優れた放電特性を得るために好ましいことがわかった。
【００５７】
次に、実施例１に比べて実施例３の放電時間が長くなっていることに関して説明する。
【００５８】
上述のように正極側での水の不足は放電特性に影響を与える。アルカリ電池の構成上、中央部に対して正極端子側や負極端子側では水の移動経路がセパレータを介した対面の移動経路だけでなく、上部および底部を回り込む移動経路もあるため、水の不足は起こり難い。そのため、実施例１では、セパレータ３の厚みが概ね均一である為、電池の中央部において水の不足が進み、電池内部で不均一な放電状態となり性能に影響を与えたと考えられる。
【００５９】
これに対して、実施例３においては、正極端子側および負極端子側に比べて中央部の厚みが薄いセパレータ３を使用している。これにより、セパレータ３を介した対面の水の移動に関しては両端部より中央部が促進され、結果として電池内部の均一な放電状態に繋がったと考えられる。
【００６０】
以上の理由により実施例３におけるセパレータ３の厚み形状がより優れた放電特性を得るために好ましいことがわかった。
【００６１】
次に実施例１で使用したセパレータ３について、カリウムおよび不純物金属である鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率評価を実施し、その結果について表２に示す。
【００６２】
ここで阻止率評価とは、セパレータ３による分離対象の阻止率Ｒを指標とし、セパレータ３を介した供給液側の対象物質の濃度Ｃ１と透過液側の対象物質の濃度Ｃ２で定義され、阻止率Ｒ＝（１−Ｃ２÷Ｃ１）×１００で得られる。ここで、供給液としては水酸化カリウム水溶液に水酸化鉄、水酸化銅、水酸化コバルト、水酸化ニッケル、水酸化クロムを一定量添加した溶液とした。
【００６３】
セパレータ３を介して供給液側に約０．３ＭＰａの圧力をかけることで透過してきた溶液を透過液とした。その後、供給液と透過液に含有されるカリウム、鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの濃度を測定し、上記数式によりそれぞれの物質の阻止率（％）を算出した。なお、それぞれの物質の阻止率をＲＫ、ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒとした。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
表２から明らかなように実施例１で用いたセパレータ３については、カリウムの阻止率ＲＫに対して鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒのほうが高いことがわかる。これはカリウムが１価のイオンであることに対して鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムは多価のイオンであり、イオンサイズが異なることに起因している。本実施の形態の電池に用いているセパレータ３は上記のイオンサイズの違いを利用し、電池反応に必要なカリウムはセパレータを透過し、分離対象である不純物金属の移動はセパレータにより阻止する機能を有していることがこの結果からもわかる。
【００６６】
次に、セパレータ３の分離機能と阻止率について述べる。
【００６７】
実施例１で用いたセパレータ３よりも分離機能が高く、阻止サイズが小さい場合、カリウムの阻止率ＲＫおよび不純物金属である鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが表２の値より大きくなる。つまり不純物金属だけでなく、電池反応に必要なカリウムの移動が正負極間で阻害されることになるため、アルカリ電池のセパレータとしては適さない。
【００６８】
また実施例１で用いたセパレータ３よりも分離機能が低く、阻止サイズが大きい場合、カリウムの阻止率ＲＫおよび不純物金属である鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが表２の値より小さくなる。つまりカリウムだけでなく、不純物金属もセパレータを透過してしまうため、本発明の狙いとする効果が得られなくなる。
【００６９】
以上のことからカリウムの阻止率ＲＫより鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒが大きいことが必要であることがわかる。
【００７０】
ここで阻止率と電池性能の関係について述べる。
【００７１】
分離性能の異なるセパレータ３を用いて放電特性評価を実施し、その結果を図３に示す。図３にある阻止率比とは、カリウムの阻止率ＲＫと不純物金属である鉄の阻止率ＲＦｅの比（ＲＦｅ／ＦＫ）のことであり、放電時間とは、上記のセパレータを用いたアルカリ電池において１０００ｍＡの定電流連続放電を行い、終止電圧が０．９Ｖになるまでの時間のことである。なお、ここでは不純物金属として鉄における結果を示してあるが、銅、コバルト、ニッケル、クロムでも同様の結果が得られる。
【００７２】
図３から阻止率比が１０以下において、顕著に放電性能の低下が生じていることがわかる。これは阻止率比が小さくなる（カリウムの阻止率が大きくなる）ことで正負極間のカリウムの移動が阻害され放電に不具合が発生したためである。
【００７３】
以上のことからカリウムの阻止率ＲＫと鉄の阻止率ＲＦｅの比が１０倍より大きいこと（１０ＲＫ＜ＲＦｅ）が好ましい。
【００７４】
同様にカリウムの阻止率ＲＫと銅、コバルト、ニッケル、クロムの阻止率ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、ＲＣｒの差が１０倍より大きいこと（１０ＲＫ＜ＲＣｕ、１０ＲＫ＜ＲＣｏ、１０ＲＫ＜ＲＮｉ、１０ＲＫ＜ＲＣｒ）が好ましいことがわかった。
【００７５】
次に実施例１の電池について正極側および負極側に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムの含有率評価を実施し、表３にその結果を示す。なお、上述の放電特性評価前後の電池を分解し含有率を測定した。
【００７６】
【表３】
2015170403.tif 000005
【００７７】
表３から明らかなように、実施例１の電池において、放電評価後も正極側に含まれる不純物金属の含有率が負極側に含まれる不純物金属の含有率よりも高いことがわかる。これは正極側に予め混入していた不純物金属の負極側への移動を抑制できているためである。この結果から本実施の形態の電池では不純物金属イオンの移動を防ぐことで優れた電池性能が得られることがわかる。
【００７８】
以上説明した通り、本実施の形態のアルカリ電池は、正極と負極との間に配されるセパレータ３、および水酸化カリウムを含む電解液とを具備するアルカリ電池であって、セパレータ３が鉄、銅、コバルト、ニッケル、クロムなどの金属イオン分離機能を有し、正極側に混入し、イオン化した不純物金属が負極側に移動するのを防ぐことを特徴とする。本構成によって負極側での水素ガス発生および不純物金属の析出を抑制し、アルカリ電池の優れた性能と高い安全性が得られる。
【００７９】
尚、上記実施の形態では、カリウムが正極側から負極側へ移動するのを阻止する比率に比べて、正極合剤に混入された鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムが正極側から負極側へ移動するのを阻止する比率の方が高いセパレータ３について説明したが、これに限らず例えば、カリウムが正極側から負極側へ移動するのを阻止する比率に比べて、鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つが正極側から負極側へ移動するのを阻止する比率の方が高いセパレータであっても良い。この場合でも、分離機能層を持たない従来のセパレータに比べて、負極側での水素ガスの発生及び対応する不純物金属の析出を抑制することが出来、電池性能と安全性に優れたアルカリ電池を提供することが出来る。
【００８０】
また、上記実施の形態では、セパレータ３における、カリウムの阻止率ＲＫと、鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムのそれぞれの阻止率ＲＦｅ、ＲＣｕ、ＲＣｏ、ＲＮｉ、及びＲＣｒとの差が、１０倍より大きい場合について説明したが、これに限らず例えば、次式１の関係が成り立つセパレータであっても良い。
【００８１】
（式１）
１０ＲＫ＜ＲＦｅ、１０ＲＫ＜ＲＣｕ、１０ＲＫ＜ＲＣｏ、１０ＲＫ＜ＲＮｉ、または１０ＲＫ＜ＲＣｒ
この場合でも、分離機能層を持たない従来のセパレータに比べて、負極側での水素ガスの発生及び対応する不純物金属の析出を抑制することが出来、電池性能と安全性に優れたアルカリ電池を提供することが出来る。
【００８２】
また、上記実施の形態のセパレータ３を用いた電池の放電評価後における、正極側に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの含有率が、対応する、負極側に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの含有率より大きい場合について説明したが、これに限らず例えば、電池の放電評価後における、正極側に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の少なくとも何れか一つの含有率が、対応する、負極側に含まれる鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びクロムの内の何れか一つの含有率より大きいセパレータの構成であっても良い。この場合でも、分離機能層を持たない従来のセパレータに比べて、負極側での水素ガスの発生及び対応する不純物金属の析出を抑制することが出来、電池性能と安全性に優れたアルカリ電池を提供することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明のアルカリ電池は、不純物金属イオンの透過を抑制するセパレータを有し、水素ガスの発生および不純物金属の析出を抑制する。これにより長期信頼性および放電特性に優れた高容量のアルカリ電池を提供することが出来るので、アルカリ電池として有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１  正極ケース
２  正極合剤ペレット
３  セパレータ
３ａ  分離機能層
３ｂ  支持層
４  ゲル状負極
５  封口板
６  負極集電棒
７  負極端子
【図１】
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【図３】
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【図２】
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