(57)【要約】【課題】触媒層の製造性を低下させることなく触媒層の均質化を図り、高出力かつ高容量の空気電池を提供する。【解決手段】底面に空気孔を有する一端が開口型の正極ケースと、前記正極ケースの底面上に順次積層配置された拡散紙、撥水膜、正極集電体を支持体として圧着成形された活性炭、マンガン酸化物、バインダー、導電材から構成される正極触媒層にセパレータを接着し、その反対面に撥水層を圧着し一体化させたガス拡散電極からなる正極組立体と、前記正極組立体のセパレータに対接配置された電解液および亜鉛粉を含有したゲル状の負極活物質と、前記負極活物質に電気的に接触する負極ケースと、前記負極ケースおよび正極ケースの被封止部間に介挿入された絶縁ガスケットを有する空気電池であって、前記正極触媒層のバインダーとしてアクリル変性を施したポリテトラフルオロエチレンを用いることにより、高出力かつ高容量の空気電池を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に空気孔を有する一端が開口型の正極ケースと、前記正極ケースの底面上に順次積層配置された拡散紙、撥水膜、正極集電体を支持体として圧着成形された活性炭、マンガン酸化物、バインダー、導電材から構成される正極触媒層にセパレータを接着し、その反対面に撥水層を圧着し一体化させたガス拡散電極からなる正極組立体と、前記正極組立体のセパレータに対接配置された電解液および亜鉛粉を含有したゲル状の負極活物質と、前記負極活物質に電気的に接触する負極ケースと、前記負極ケースおよび正極ケースの被封止部間に介挿入された絶縁ガスケットを有する空気電池であって、前記正極触媒層のバインダーとしてアクリル変性を施したポリテトラフルオロエチレンを用いたことを特徴とする空気電池。
【請求項２】
前記正極触媒層のバインダー配合比率を１０％〜２５％としたことを特徴とする請求項１記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に係り、さらに詳しくは、高出力かつ長寿命化を図った空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛を負極とし、空気中の酸素を正極とする空気電池は、正極作用物質を電池内に詰め込む必要がないために、同じ大きさの電池であれば負極作用物質である亜鉛をより多く詰め込むことが可能である。したがって、空気電池はアルカリマンガン電池や酸化銀電池に比較して大容量が得られるという利点があり、需要が拡大してきている。
【０００３】
空気電池は主に補聴器等の機器に用いられるが、近年、補聴器等の機器のデジタル化が進み、電池の一層の高出力化が望まれるようになり、空気電池の更なる高出力化、高容量化へのニーズが高まってきている。そのため、空気電池の高出力化及び高容量化を実現させるために電池の内部抵抗を低減させる等、様々な取り組みがなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、正極触媒層の活物質である触媒材料に黒鉛等の導電性材料を混合し、正極触媒層の粉体間の接触抵抗を低減し電池の内部抵抗の低減化を図り、放電作動電圧を高くすることにより、高出力化及び高容量化を実現させる工夫がなされてきた。しかしながら、特許文献１に開示の方法においても次のような問題がある。
【０００５】
すなわち、正極触媒層の活物質である触媒材料に導電性材料を混合することで、正極触媒層自体の抵抗は低減され重負荷放電特性は向上する。しかしながら、導電材を添加しすぎると、内部抵抗は大幅に低減することができるものの、触媒層の成形ができないほか、触媒層密度が低下するために触媒層の成形が困難となったり、粉体間に空隙が生じるため電解液が触媒層に溜まることで触媒層が窒息を起こし、その結果、短寿命化及び貯蔵特性の低下等の問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１８９００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は触媒層に用いられるバインダーの分散性を高め、フィブリル化効率を促進することにより、触媒層の製造性を低下させることなく触媒層の均質化を図り、高出力かつ高容量の空気電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、上記底面に空気孔を有する一端が開口型の正極ケースと、前記正極ケースの底面上に順次積層配置された拡散紙、撥水膜、正極集電体を支持体として圧着成形された活性炭、マンガン酸化物、バインダー、導電材から構成される正極触媒層とセパレータを接着し、その反対面に撥水層を圧着し一体化させたガス拡散電極からなる正極組立体と、前記正極組立体のセパレータに対接配置された電解液および亜鉛粉を含有したゲル状の負極活物質と、前記負極活物質に電気的に接触する負極ケースと、前記負極ケースおよび正極ケースの被封止部間に介挿入された絶縁ガスケットを有する空気電池であって、前記正極触媒層のバインダーとしてアクリル変性を施したポリテトラフルオロエチレンを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バインダーの分散性およびフィブリル化効率が促進されることにより、触媒層の製造性を低下させることなく触媒層の均質化を図り、高出力かつ高容量の空気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】
【０００９】
以下に、本発明の最良の実施の形態を具体的な実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本実施例に係るＰＲ４４形空気電池を示している。図１において、１は正極ケース、２は正極ケース１の底面に設けられた空気孔、３は拡散紙、４は撥水膜、５は正極集電体、６は正極触媒層、７はセパレータ、８は前記触媒層６に圧着された撥水層、９は正極組立体、１０は負極活物質、１１は負極ケース、１２は絶縁性ガスケット、１３は正極ケースに設けられた空気孔を封止するためのシールテープである。
【００１０】
正極ケース２は、鉄又はステンレスにニッケルメッキを施したものが用いられる。拡散紙３は、厚さ５０〜１００μｍクラフト紙からなり、撥水膜４は、ポリテトラフルオロロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムからなる。正極触媒層６は、活性炭、マンガン酸化物、導電性材料として膨張化黒鉛、バインダーで構成されており、その触媒層構成物質を１３０℃にて加熱混合し、熱ローラーにてシート状に形成したものである。
【００１１】
また、バインダーとして、アクリル変性を施したポリテトラフルオロエチレン粉末（三菱レイヨン社製  メタブレンＡ−３０００）を用い、バインダー配合量は触媒構成物質の重量比で２５％とした。セパレータ７は、ポリプロピレン微多孔質膜と不織布を貼り合わせたものである。
【００１２】
また、負極活物質１０は、亜鉛粉および電解液を含有したゲル状のものである。このゲル状の負極活物質１０は、３０〜４５重量％の水酸化カリウム水溶液の電解液に、ポリアクリル酸（ゲル化剤）と亜鉛合金粉末とを配合して調製したゲル状の混合体である。前記亜鉛合金粉は、１００〜３００μｍ程度の粒度でアルミニウム、ビスマス、インジウム、鉛等を添加した汞化あるいは無汞化のものである。
【００１３】
さらに、負極ケース１１は、たとえばニッケル、ステンレス鋼および銅の三層クラッド製であり、また絶縁ガスケット１２はポリアミド樹脂系のものである。
【００１４】
（実施例２乃至４）
触媒層のバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレン粉末を用い、配合比率をそれぞれ２０％、１５％、１０％とした以外は、実施例１と同様な構成のＰＲ４４空気電池を作成した。
【００１５】
（比較例１乃至４）
触媒層のバインダーにアクリル変性を施していないテトラフルオロエチレン粉末を用い、配合比率をそれぞれ２５％、２０％、１５％、１０％とした以外は、実施例１と同様な構成のＰＲ４４空気電池を作成した。
【００１６】
（比較例５及び６）
触媒層にバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレン粉末を用い、配合比率をそれぞれ３０％、５％とした以外は、実施例１と同様な構成のＰＲ４４空気電池を作成した。
【００１７】
上記実施例及び比較例に記載の構成に基づき、ＪＩＳ規格ＰＲ４４型の空気電池を各５０個ずつ組み立て、触媒層の成形性比較を行った。また、上記構成の空気電池について１５ｍＡの強負荷放電を実施し、その放電結果を、比較例１の放電容量（０．９Ｖカット）を１００として指数で表し、放電中の作動電圧を測定した。
【００１８】
表１は、各評価結果を比較表示したものである。
【表１】
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【００１９】
実施例１乃至４と比較例１乃至６とを比較すると、実施例１乃至４は、触媒層の成形性及び放電試験においても良好な結果を得られていることがわかる。これは、触媒層のバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレンを用いたことで、バインダーが効率よくフィブリル化し分散性が良好になったことにより、空気極の撥水性が向上し電解液の浸透による触媒層の耐久性が高くなったためである。
【００２０】
また、実施例４と比較例４において、バインダー配合比が同じでも実施例４は触媒層の成形性が良いが比較例４では触媒層の成形性が悪く触媒層を成形することができない。これは、実施例４では、触媒層のバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレンを用いたことにより、バインダーが効率よくフィブリル化し分散性が良好になったため、少ないバインダー量でも触媒層の成形が可能になったものである。
【００２１】
さらに、実施例１乃至４と比較例５、６において、触媒層のバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレンを用いても、比較例５のようにバインダー配合比率が高すぎると、触媒層の撥水性が高くなりすぎるため作動電圧の低下、放電容量の低下を引き起こしてしまう。また、比較例６のようにバインダーの配合比率が低すぎると、効率よくフィブリル化し分散性が良好でも触媒層の成形性が悪化し、触媒層の成形ができなくなる。これは、触媒層を成形するためのバインダー量が極端に少なすぎることが原因と考えられる。したがって、触媒層のバインダーにアクリル変性を施したテトラフルオロエチレンをもちいる場合は、配合比率を１０％〜２５％にすることが望ましい。
【００２２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態をとることができる。たとえばボタン形空気電池以外の円筒型空気電池、角型空気電池であっても適用可能である。
【００２３】
以上のように、本発明によれば触媒層の製造性を低下させることなく、高出力且つ長寿命の空気電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】空気電池の要部構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１…正極ケース、２…空気孔、３…拡散紙、４…撥水膜、５…正極集電体、６…正極触媒層、７…セパレータ、８…撥水層、９…正極組立体、１０…負極活物質、１１…負極ケース、１２…絶縁性ガスケット、１３…シールテープ。
【図１】
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