(57)【要約】【課題】アルカリ電解液が酸化亜鉛を含む電池において、正極でのヘテロライト等の生成と、電池ケース内面へのチタン化合物や酸化亜鉛の析出とを抑制し、優れた放電性能および保存特性を有するアルカリ一次電池を提供する。【解決手段】正極活物質および黒鉛を含む正極と、負極活物質を含む負極と、セパレータと、アルカリ電解液とを具備し、正極活物質が二酸化マンガンを含み、アルカリ電解液が酸化亜鉛を含み、正極がメタチタン酸を含む、アルカリ一次電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質および黒鉛を含む正極と、負極活物質を含む負極と、セパレータと、アルカリ電解液とを具備し、
前記正極活物質が、二酸化マンガンを含み、
前記アルカリ電解液が、酸化亜鉛を含み、
前記正極が、メタチタン酸を含む、アルカリ一次電池。
【請求項２】
前記正極活物質と黒鉛との合計に対する前記メタチタン酸の量が、０．０５〜０．９重量％である、請求項１記載のアルカリ一次電池。
【請求項３】
前記正極中のＴｉ含有量が、０．０１５〜０．４３重量％である、請求項１または２記載のアルカリ一次電池。
【請求項４】
前記アルカリ電解液に含まれる前記酸化亜鉛の量が、０．１〜５重量％である、請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ一次電池。
【請求項５】
ＣｕＫα線による前記正極のＸ線回折チャートにおいて、２θ＝２０°〜２３°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＡとし、２θ＝１１°〜１４°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＢとするとき、電池電圧が０．９Ｖになるまで放電した後の正極におけるＢ／Ａ値が１以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のアルカリ一次電池。
【請求項６】
電池電圧が０．７Ｖになるまで放電した後の正極におけるＢ／Ａ値が１以上である、請求項５記載のアルカリ一次電池。
【請求項７】
電池電圧が０．９Ｖになるまで放電した後の正極におけるＢ／Ａ値が０．５２以下である、請求項５または６記載のアルカリ一次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ一次電池に関し、特に、正極の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ一次電池はインサイドアウト構造を有し、正極端子を兼ねる電池ケースの内側に密着するように円筒状の正極合剤ペレットが配置されている。正極合剤ペレットの中空には、セパレータを介してゲル状の負極が充填されている。正極合剤ペレットは、一般的に、正極活物質である二酸化マンガンと、導電材である黒鉛とを含む。
【０００３】
近年のデジタル機器の普及に伴い、アルカリ一次電池が用いられる機器の負荷電力は次第に大きくなっている。そのため、中負荷放電性能に加えて、保存前および保存後のいずれにおいても、優れた強負荷放電性能を有する電池が要望されつつある。
【０００４】
特許文献１は、中負荷放電性能を改良するために、Ｔｉ（ＯＨ）4およびＴｉＯ（ＯＨ）2よりなる群から選択される添加剤を正極に添加することを提案している。これにより、正極によるアルカリ電解液の保持能力が向上し、中負荷放電性能を向上させることができると述べられている。
【０００５】
特許文献２は、保存後の電池の放電性能を改良するために、チタン化合物を正極に添加することを提案している。チタン化合物を正極に添加することで、保存時における電池缶の錆の発生が抑制され、電池の内部抵抗の増大が抑制される。これにより、保存後の電池の放電性能が向上すると述べられている。
【０００６】
特許文献３は、電池ケースの内面におけるニッケルめっきの微細なクラックにより生じる鉄の腐食を抑制するために、電池ケースの内面に、チタン化合物および黒鉛を含む塗膜を形成することを提案している。これにより、保存後の電池の放電性能が向上すると述べられている。
【特許文献１】特開２００３−２０３６３５号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６４１９号公報
【特許文献３】特開２００６−１２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルカリ一次電池においては、負極に含まれる亜鉛の腐食に由来するガスの発生を抑制したり、電池の開回路電圧を例えば１．６５Ｖ以下にしたりするために、アルカリ電解液に酸化亜鉛（ＺｎＯ）を添加することが好ましい。
【０００８】
しかし、アルカリ電解液にＺｎＯを添加した場合、放電過程において電池電圧がおよそ１Ｖ程度になると、アルカリ電解液中のＺｎＯと、正極のマンガン酸化物とが反応し始める。この反応によって、ヘテロライト（ＭｎとＺｎの複合酸化物：ＺｎＯ・Ｍｎ2Ｏ3）等が生成する。ヘテロライト等が生成すると、正極の分極が増加して内部抵抗が上昇し、電池の放電性能が低下すると考えられる。
【０００９】
また、正極にチタン化合物を添加すると、電池の放電時や保存時にＺｎＯがチタン化合物と共に電池ケースの内面に析出する場合がある。ＺｎＯの析出量が大きくなると、内部抵抗が上昇するため、放電性能が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、アルカリ電解液中にＺｎＯを添加した電池において、正極でのヘテロライト等の生成を抑制するとともに、電池ケース内面へのチタン化合物やＺｎＯの析出を抑制することを目的とする。これにより、電池の内部抵抗の上昇を抑制し、優れた放電性能と保存特性とを両立したアルカリ一次電池を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアルカリ一次電池は、正極活物質および黒鉛を含む正極と、負極活物質を含む負極と、セパレータと、アルカリ電解液とを具備する。正極は、さらにメタチタン酸（ＴｉＯ（ＯＨ）2）を含む。正極活物質は二酸化マンガンを含み、アルカリ電解液は酸化亜鉛を含む。
【００１２】
本発明によれば、アルカリ電解液中のＺｎＯが正極のマンガン酸化物と反応することに由来する、ヘテロライト等の生成を抑制することができる。これにより、正極の分極を抑制し、内部抵抗の上昇を抑制することができるため、優れた放電性能を有するアルカリ一次電池を提供することができる。
【００１３】
正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量は、０．０５〜０．９重量％であることが好ましい。
正極中のＴｉ含有量は、未放電電池において０．０１５〜０．４３重量％であることが好ましい。
アルカリ電解液に含まれる酸化亜鉛の量は、０．１〜５重量％であることが好ましい。
正極中にも、酸化亜鉛を含ませることが好ましい。正極に含まれる酸化亜鉛の量は、未放電電池において、アルカリ電解液に対して０．０３〜３重量％であることが好ましい。
【００１４】
電池電圧０．９Ｖまで放電した後の正極のＣｕＫα線によるＸ線回折チャートにおいて、２θ＝２０°〜２３°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＡとし、２θ＝１１°〜１４°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＢとするとき、Ｂ／Ａ値は１以下であることが好ましい。
【００１５】
電池電圧が０．７Ｖになるまで放電した後の正極のＢ／Ａ値は、１以上であることが好ましい。
電池電圧が０．９Ｖになるまで放電した後の正極のＢ／Ａ値は、０．５２以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アルカリ電解液中にＺｎＯを添加した電池において、正極でのヘテロライト等の生成が抑制されるとともに、電池ケース内面へのチタン化合物やＺｎＯの析出が抑制される。これにより、電池の内部抵抗の上昇が抑制され、優れた放電性能と保存特性とを両立したアルカリ一次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】
【００１７】
本発明は、正極活物質および黒鉛を含む正極と、負極活物質を含む負極と、セパレータと、アルカリ電解液とを具備し、正極が、メタチタン酸を含むアルカリ一次電池に関する。正極活物質は、二酸化マンガンを含み、アルカリ電解液は、酸化亜鉛を含む。
【００１８】
本発明においては、アルカリ電解液が酸化亜鉛を含む。これにより、負極の腐食に由来するガスの発生を抑制することができる。しかし、酸化亜鉛は、正極に含まれる二酸化マンガンと反応して、ヘテロライト等を生成する。ヘテロライト等が生成されると、電池の放電性能や保存特性が低下してしまう。
【００１９】
そこで、本発明においては、正極にメタチタン酸を添加している。正極にメタチタン酸を添加することによって、放電時において正極中のマンガン酸化物とアルカリ電解液中のＺｎＯとが反応することに由来する、ヘテロライト等の生成を抑制することができる。これにより、電池の内部抵抗の上昇が抑えられ、優れた放電性能を有するアルカリ一次電池を提供することができる。
【００２０】
正極にメタチタン酸を添加することで、ヘテロライト等の生成が抑制されるメカニズムの詳細は不明だが、以下のように考えられる。
正極中の二酸化マンガンは、放電により、ＭｎＯＯＨを生成する。ヘテロライトは、放電によって生成したＭｎＯＯＨと、ＺｎＯ由来のＺｎ（ＯＨ）42-イオンとの相互作用により約１Ｖ付近で生成すると考えられる。ヘテロライト以外にも、電池の特性に影響を及ぼす種々の副生成物が生成すると考えられる。副生成物の詳細は不明だが、例えば、ＸＲＤによる指数付けによれば、Ｋ0.5Ｍｎ2Ｏ4・１．５Ｈ2Ｏと考えられる生成物が放電により生成していると考えられる。
正極にメタチタン酸を添加し、ＭｎＯＯＨの近傍にメタチタン酸を存在させることにより、上記のような副生成物の生成がメタチタン酸により阻害される。よって、ヘテロライト等の生成を抑制することができる。
【００２１】
正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量は、０．０５〜０．９重量％であることが好ましい。また、正極中のＴｉ含有量は０．０１５〜０．４３重量％である。これにより、優れた放電性能および保存特性を有するアルカリ一次電池を得ることができる。正極中のＴｉ含有量は０．０４４〜０．２３重量％が更に好ましい。これにより、優れた放電性能および保存特性を有するアルカリ一次電池を得ることができる。
【００２２】
正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量が０．０５重量％より小さいと、放電時におけるヘテロライト等の生成を十分に抑制できない場合がある。
一方、メタチタン酸の量が０．９重量％より大きいと、電池ケース内面においてチタン化合物やＺｎＯが析出し易くなり、内部抵抗が上昇する場合がある。
すなわち、メタチタン酸の量を０．０５〜０．９重量％とすることで、ヘテロライト等の生成を効果的に抑制しつつ、電池ケース内面におけるチタン化合物やＺｎＯの析出を抑制することができる。
正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量は、０．１〜０．５重量％であることが更に好ましい。
【００２３】
正極活物質は、任意成分として例えばオキシ水酸化ニッケル粉末を含んでもよい。正極活物質がオキシ水酸化ニッケル粉末を含むことで、強負荷放電特性と電池容量とが更に向上すると考えられる。
【００２４】
オキシ水酸化ニッケル粉末と電解二酸化マンガン粉末との重量比は、強負荷放電特性と電池容量とを両立する観点から、２０：８０〜９０：１０であることが好ましく、２０：８０〜５０：５０であることが更に好ましい。電解二酸化マンガンの重量比が１０％以上であれば、本発明の効果を十分に得ることができる。
【００２５】
正極は、必須成分として正極活物質と、メタチタン酸とを含み、任意成分として、例えば導電材や、アルカリ電解液等を含んでもよい。導電材は特に限定されないが、例えば黒鉛粉末を用いる。正極における導電材の量は、例えば３〜１０重量％である。
【００２６】
アルカリ一次電池の正極は、正極合剤ペレットからなる。
正極合剤ペレットの調製方法は特に限定されない。例えば、正極活物質と、導電材とを混合した後、メタチタン酸と、アルカリ電解液と、必要に応じてポリエチレン等を加えて、ミキサー等を用いて攪拌し、正極合剤とする。攪拌後、正極合剤を造粒して一定粒度に整粒し、粒状物を得る。この粒状物を中空円筒型に成型することで、正極合剤ペレットが得られる。
【００２７】
アルカリ電解液は、アルカリ水溶液と、酸化亜鉛とを含む。アルカリ電解液に含まれる酸化亜鉛の量は、０．１〜５重量％であることが好ましい。酸化亜鉛の量が０．１重量％未満であると、ガスの発生を抑制する効果が十分に得られない場合がある。一方、５重量％を超えると、電池ケース内面において酸化亜鉛が析出しやすくなり、ハイレート特性が低下する場合がある。アルカリ電解液に含まれる酸化亜鉛の量は、ガスの発生をより抑制するとともに、電池ケース内面における酸化亜鉛の析出をより抑制する観点から、０．５〜３重量％であることが更に好ましい。
アルカリ水溶液は特に限定されない。例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等を用いればよい。水酸化カリウム水溶液を用いる場合、水酸化カリウムの濃度は、例えば３０〜４０重量％であることが好ましい。
【００２８】
負極には、負極活物質と、ゲル化剤と、アルカリ電解液とを含むゲル状負極が用いられる。ゲル状負極は、負極活物質と、ゲル化剤と、アルカリ電解液とを混合することで得られる。
【００２９】
負極活物質としては、亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を用いる。亜鉛合金粉末に含まれる亜鉛以外の金属は特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ビスマス、インジウム等が挙げられる。
【００３０】
負極活物質の粒子径は特に限定されない。例えば、粒子径が７５μｍを超え、４２５μｍ以下である粉末を６０〜８０重量％含み、粒子径が７５μｍ以下である粉末を２０〜４０重量％含む亜鉛粉末または亜鉛合金粉末を、負極活物質として用いる。
【００３１】
負極のゲル化剤は特に限定されないが、例えばポリアクリル酸ナトリウム等を用いる。
【００３２】
セパレータは特に限定されないが、例えば、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ればよい。
【００３３】
アルカリ一次電池の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアルカリ一次電池の一部を断面にした正面図である。アルカリ一次電池は、電池ケース１と、正極合剤ペレット２と、ゲル状負極３と、セパレータ４と、アルカリ電解液とを具備する。正極合剤ペレット２は、正極活物質と導電材とアルカリ電解液とを含む。電池ケース１は正極端子を兼ねており、例えばニッケルめっきされた鋼板からなる。電池ケース１の内面には、黒鉛塗装膜が形成されていてもよい。
【００３４】
アルカリ一次電池の作製方法の一例について説明する。
電池ケース１内に、中空円筒型の正極合剤ペレット２を複数個挿入し、加圧治具を用いて再成形し、電池ケース１の内壁に正極合剤ペレット２を密着させる。正極合剤ペレット２の中央には、有底円筒形のセパレータ４を配置する。セパレータ４の内側に、アルカリ電解液を所定量注入する。所定時間経過後、ゲル状負極３をセパレータ４の内側に充填し、ゲル状負極３の中央に、負極集電体６を配置する。負極集電体６には、ガスケット５および負極端子を兼ねる底板（封口板）７が一体化されている。電池ケース１の開口端部を、樹脂製のガスケット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の開口部を封口する。最後に、外装ラベル８で電池ケース１の外表面を被覆する。これにより、アルカリ一次電池が得られる。
【００３５】
ここで、ＣｕＫα線による正極のＸ線回折チャートにおいて、２θ＝２０°〜２３°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＡとし、２θ＝１１°〜１４°の範囲内で最も強度の高い回折ピーク強度をＢとする。なお、ピーク強度はバックグラウンドを含むピークの高さで定義される。
【００３６】
このとき、電池電圧が０．９Ｖになるまで放電した後の正極におけるＢ／Ａ値（（Ｂ／Ａ）0.9）は、１以下であることが好ましい。(Ｂ／Ａ)0.9の値が１以下であれば、ヘテロライト等の生成が十分に抑制されていると考えられる。（Ｂ／Ａ）0.9の値が１より大きいと、ヘテロライト等の生成が多くなるため、電池の内部抵抗の上昇が大きくなり、放電特性が低下する場合がある。（Ｂ／Ａ）0.9の値は、良好な放電特性が得られることから、０．２〜０．８であることが更に好ましく、０．２〜０．５２であることが特に好ましい。
【００３７】
２θ＝２０°〜２３°の範囲で最も強度の高いピークは、マンガン酸化物に由来するピークの１つである。２θ＝１１°〜１４°の範囲で最も強度の高いピークは、ヘテロライト等に由来するピークの１つである。なお、２θ＝２０°〜２３°の範囲内で回折ピークの確認が困難である場合、２θ＝２１．６°におけるピーク強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ａとする。また、２θ＝１１°〜１４°の範囲内で回折ピークの確認が困難である場合、２θ＝１２．４８°におけるピーク強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ｂとする。
【００３８】
上記において、(Ｂ／Ａ)0.9の値が１以下であれば、その正極は、放電時におけるヘテロライト等の生成が十分に抑制されているといえる。この正極を用いることにより、優れた放電特性を有するアルカリ一次電池を提供することができる。
【００３９】
電池の使用範囲である０．９Ｖまでの放電においては、正極中のマンガン酸化物とアルカリ電解液中のＺｎＯとの反応により生成されるヘテロライト等の析出が抑制され、かつ電池ケース内面に析出するＺｎＯの量を最小限に留めることができる。すなわち、ヘテロライト等の生成を抑制しつつ、ＺｎＯの析出による影響を抑制することで、電池の内部抵抗を抑え、電池の放電特性を効果的に向上させることができる。
【００４０】
電池電圧が０．７Ｖになるまで放電した後の正極のＢ／Ａ値（（Ｂ／Ａ）0.7）は、１以上であることが好ましい。（Ｂ／Ａ）0.7の値が１より小さい場合、必要以上に多くのメタチタン酸が添加されている可能性がある。メタチタン酸の含有量が多くなると、電池ケースの内面におけるＺｎＯの析出量が大きくなる場合がある。そのため、電池の内部抵抗の上昇が大きくなり、放電特性が低下する場合がある。（Ｂ／Ａ）0.7の値は、１．３〜３であることが更に好ましい。
【００４１】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４２】
《実施例１》
（１）正極合剤ペレットの作製
電解二酸化マンガン（東ソー日向（株）製、品番ＨＨ−ＴＦ７）と黒鉛とを、重量比９５：５の割合で混合した。さらに、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対して０．２重量％のメタチタン酸（チタン工業（株）製、品番ＳＴ−１０１Ｔ）の粉末と、０．２重量％のポリエチレン（Ｄｕｐｏｎ社製、品番ＨＡ１６８１）の粉末と、１．５重量％のアルカリ電解液とをそれぞれ添加した。その後、混合物が均一になるまでミキサーを用いて撹拌、混合を行った。得られた混合物はローラーコンパクターで造粒し、造粒粉を一定粒度に整粒した。得られた粒状物を中空円筒型に加圧成型して、正極合剤ペレットを得た。なお、アルカリ電解液には、水酸化カリウムを３９重量％含む水溶液（ＺｎＯを２重量％添加）を用いた。
正極合剤ペレットの重量は、５．５８ｇであり、その中に含まれる電解二酸化マンガンの重量は５．２０２ｇとした。
【００４３】
（２）ゲル状負極の調製
負極活物質である亜鉛粉末と、ゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウムと、Ｉｎ（ＯＨ）3と、アルカリ電解液とを重量比６５．１７：０．７５：０．０２：３３．９４の割合で混合して、ゲル状負極を調製した。アルカリ電解液には、ＺｎＯを０．１重量％含む水酸化カリウム水溶液を用いた。水酸化カリウム濃度は３３重量％とした。
【００４４】
（３）アルカリ一次電池の作製
単３サイズのアルカリ一次電池を作製した。正極合剤ペレット２とセパレータ４とを電池ケース１に挿入し、電池ケース１内にアルカリ電解液を注液した。これにより、正極合剤ペレット１とセパレータ４とを湿潤させた。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。アルカリ電解液を注液した後、セパレータ４の内側にゲル状負極３を充填し、電池ケース１の開口端部を、ガスケットの周縁端部を介して、底板の周縁端部にかしめつけ、電池ケースの開口を密閉した。最後に、電池ケース１の外表面を外装ラベル８で被覆し、単三形の電池を作製した。
【００４５】
［電池の評価方法］
（４）未放電電池の正極中のＴｉ含有量の定量
（３）で作製した未放電の電池を４０℃で３日間保存（エージング）した後、分解して、正極合剤を取り出し、めのう乳鉢で正極合剤を粉砕した。粉砕した正極合剤に蒸留水を加え撹拌し、１日放置した後、上澄み液を廃棄した。その後、残留物に対して同様に蒸留水を加え攪拌し、上記と同様の操作を行った後、５０℃下で１日乾燥させた。乾燥させた正極合剤１ｇと１２ｍｏｌ／Ｌの塩酸１０ｍｌとを混合して、ホットプレートを用いて２００℃で１時間混合物を加熱し、加熱溶解を行った。
その後、不溶分を濾別した後、VARIAN社製のVISTA-RLを用いてＩＣＰ発光分光分析法を行い、定容した溶液中のＴｉを定量した。その結果、正極中のＴｉ含有量は、０．０９重量％であった。
【００４６】
（５）未放電電池中のＺｎＯ量の定量
（i）電解液中のＺｎＯ量の定量
（３）で作製した未放電の電池を４０℃で３日間保存した後、分解して、集電体、ゲル状負極およびセパレータを取り出し、ゲル状負極をビーカーに入れた。さらに純水を用いて、集電体とセパレータに付着したゲル状負極をビーカーに採取した。上澄み液を採取した後、３０ｍｌの純水を用いてゲル状負極を洗浄し、さらに上澄み液を採取した。上澄み液に亜鉛粉が混入しないように注意しながら、この操作を５回行い、得られた全ての上澄み液を試料液とした。
【００４７】
試料液に１ＮのＨＣｌ溶液を、白い浮遊物（Ｚｎ（ＯＨ）2）が溶解するまで加え、その後、ＮａＯＨやＨＣｌを用いてｐＨを約４に調整した。その後、純水を加えて５００ｍｌに定容、静置し、試料液に混入したＺｎ粉を沈降させた。
【００４８】
その後、ホールピペットで試料液５０ｍｌを測り取り、酢酸−酢酸アンモニウム緩衝液５ｍｌと、ＸＯ（キシレノールオレンジ）指示薬数滴とを加えて、０．０１ＭのＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）溶液にて滴定した。これにより、電解液中のＺｎＯを定量した。なお、溶液の色が赤紫から黄色になり、３分以上黄色の状態であった点を滴定の終点とした。
（ii）正極合剤中のＺｎＯ量の定量
（５）（i）で分解した電池から正極合剤を取り出し、乳鉢を用いて正極合剤を粉砕した。粉砕した正極合剤５ｇに、濃硫酸を５０ｍｌ加えた。その後、ホットプレートを用いて弱く沸騰するように加熱して、正極合剤を溶解させた。放冷後、過酸化水素水（原液：濃度３０〜３５．５％）を数滴滴下し、泡が出ないことを確認した。泡が出た場合、さらに濃塩酸を加え、完全に溶解するまで上記の操作を繰り返した。その後、過酸化水素水が完全に分解するまで再度弱く沸騰するように加熱した。放冷後、質量既知のガラスフィルター（１Ｇ−４）を用いて、吸引ろ過を行った。ろ液に純水を加えて、２５０ｍｌに定容した。この溶液からホールピペットで１０ｍｌ分取し、純水を加え、メスフラスコで２５０ｍｌに定容した。定容した溶液に対して、VARIAN社製のVISTA-RLを用いてＩＣＰ発光分光分析法を行い、定容した溶液中のＺｎ量を定量した。
（i）のＺｎＯ量と、（ii）のＺｎＯ量の和を、未放電電池に含まれるＺｎＯ量、すなわち未放電電池に含まれるアルカリ電解液中のＺｎＯ量（重量％）とした。
なお、メタチタン酸を正極に添加しない場合、ＺｎＯの検出量は仕込みＺｎＯ量よりも若干多くなり、メタチタン酸の添加量が増えるに従い、ＺｎＯの検出量は小さくなる傾向がある。
【００４９】
（６）電池の放電特性の評価
放電条件（Ａ）：（３）で作製した未放電の電池を４０℃で３日間保存した後、２５０ｍＡで１時間放電させ、その後２３時間休止した。この操作を１セットとして繰り返し、電池の電圧が０．９Ｖになるまでの放電時間の合計を測定した。放電は２０℃の環境で行った。
【００５０】
放電条件（Ｂ）：（３）で作製した未放電の電池を４０℃で３日間保存した後、１５００ｍＷで２秒間放電させ、その後６５０ｍＷで２８秒間放電させた。これを１セットとして１０回、合計５分間行い、その後５５分間休止した。この１時間の工程を１サイクルとして、電池の電圧が１．０５Ｖになるまで繰り返し行い、サイクル回数を評価した。放電は２０℃の環境で行った。
【００５１】
６０℃での保存前と保存後のそれぞれの電池について、放電条件（Ｂ）による放電を行い、保存後の電池の容量維持率を算出した。電池の保存は、（３）で作製した未放電の電池を４０℃で３日間保存した後、大気圧下、６０℃に設定した恒温槽中でさらに保存した。恒温槽中での保存期間は１週間とした。
《実施例２》
アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を０．５重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００５２】
《実施例３》
アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を１重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００５３】
（７）放電後の正極のＸ線回折測定
実施例３の電池の正極に対して、Ｘ線回折測定を行った。Ｘ線回折測定用のサンプルは、次のようにして調製した。上記放電条件（Ａ）で０．９Ｖまたは０．７Ｖまで放電を行った後の電池を分解して正極合剤を取り出し、乳鉢を用いて正極合剤を粉砕した。
【００５４】
正極合剤のＸ線回折をより正確に行うために、以下の方法で正極合剤中のアルカリ電解液を除去した。
粉砕した正極合剤を３００ｍｌのビーカーに入れ、正極合剤とイオン交換水との合計量が２５０ｍｌになるまでイオン交換水を加えた後、攪拌した。その後、３時間放置して上澄み液を除去し、再度正極合剤との合計量が２５０ｍｌになるまでイオン交換水を加えた。この操作を合計３回行い、上澄み液を除去した。
得られた試料は、５０℃で２４時間空気中で乾燥させた後、乳鉢で解砕して、Ｘ線回折測定用のサンプルとした。
【００５５】
Ｘ線回折装置として、全自動多目的Ｘ線回折装置（PANalytical社製のX'Pert PRO MPD）を用い、サンプルのＸ線回折測定を行った。測定条件を以下に示す。
【００５６】
サンプル量：０．４ｇ
試料板：０．５ｍｍの窪みからなる試料保持部を有する、１５ｍｍ×２０ｍｍのガラス試料板
走査範囲：１０〜８０°
電圧／電流：４５ｋＶ／４０ｍＡ
走査モード：Continuous
ステップ幅：０．０２°
走査速度：６００ｓ／ｓｔｅｐ
スリット幅（ＤＳ／ＳＳ／ＲＳ）：０．５°／ｎｏｎｅ／０．１ｍｍ
ターゲット：Ｃｕ
フィルタ：Ｃ（モノクロメーター）
【００５７】
ＣｕＫα線によるＸ線回折チャートにおいて、２θ＝２０°〜２３°の範囲内で最も強度の高いマンガン酸化物由来のピークの強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ａとした。回折ピークの確認が困難である場合、２θ＝２１．６°におけるピーク強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ａとした。
【００５８】
ＣｕＫα線によるＸ線回折チャートにおいて、２θ＝１１°〜１４°の範囲内で最も強度の高いピークの強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ｂとした。回折ピークの確認が困難である場合、２θ＝１２．４８°におけるピーク強度（バックグラウンド強度含む）をピーク強度Ｂとした。
放電条件Ａで０．９Ｖまで放電を行った後の実施例３の電池について、正極のＸ線回折チャートを図２に示す。
【００５９】
《実施例４》
アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を１．５重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００６０】
《実施例５》
アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を２重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００６１】
《実施例６》
アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を５重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００６２】
《比較例１》
正極合剤にメタチタン酸を添加せず、アルカリ電解液に含ませるＺｎＯの量を１重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。なお、放電条件Ａで０．９Ｖまで放電を行った後の比較例１の電池について、正極合剤のＸ線回折チャートを図３に示す。
《比較例２》
アルカリ電解液にＺｎＯを含ませないこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００６３】
《実施例７》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．０２重量％のメタチタン酸の粉末を加えたことと、アルカリ電解液に含ませるＺｎＯ量を１重量％としたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【００６４】
《実施例８》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．０５重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００６５】
《実施例９》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．１重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００６６】
《実施例１０》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．４重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００６７】
《実施例１１》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．５重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００６８】
《実施例１２》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、０．９重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００６９】
《実施例１３》
正極合剤に、電解二酸化マンガンと黒鉛との合計の重量に対し、１重量％のメタチタン酸の粉末を加えたこと以外、実施例７と同様にして、電池を作製した。
【００７０】
実施例１、２、４、５および６の電池については、放電条件（Ａ）で放電を行った。また、実施例３、７〜１３および比較例１、２の電池については、放電条件（Ａ）および（Ｂ）で放電を行った。結果を表１〜表３に示す。なお、表１および２において、アルカリ電解液のＺｎＯの含有量には、正極合剤ペレットの作製に用いたアルカリ電解液に添加したＺｎＯは含まれない。
【００７１】
【表１】
2009146710.tif 000003
【００７２】
【表２】
2009146710.tif 000004
【００７３】
【表３】
2009146710.tif 000005
【００７４】
放電条件（Ａ）における比較例１、２の電池の放電時間は、それぞれ９．３９時間、９．４時間であった。一方、実施例１〜１３の電池の放電時間は、いずれも９．６時間以上であった。以上より、アルカリ電解液がＺｎＯを含む電池においては、正極がメタチタン酸を含むことで放電性能が向上することがわかった。
【００７５】
正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量が０．０５〜０．９重量％である実施例３および８〜１２の電池の放電時間は、いずれも９．６８時間以上であった。
【００７６】
また、実施例１３の電池の保存後の容量維持率は、７０％であった。一方、実施例３および７〜１２の電池の保存後の容量維持率は、いずれも８０％以上であった。
以上より、正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量は、０．０５〜０．９重量％であることが更に好ましいことがわかった。
【００７７】
なかでも、実施例３、９、１０および１１の電池の放電時間は、いずれも９．７時間以上であった。よって、正極活物質と黒鉛との合計に対するメタチタン酸の量は、０．１〜０．５重量％であることがより好ましいことがわかった。
【００７８】
比較例１の電池において、電池電圧が０．９Ｖになるまで放電した後のＢ／Ａ値（（Ｂ／Ａ）0.9）は１．９５であり、保存後の容量維持率は５４．１％であるのに対し、実施例３および７〜１３の電池の（Ｂ／Ａ）0.9は、いずれも１以下であり、保存後の容量維持率は７０％以上であった。よって、実施例３および７〜１３の電池において、電池の一般的使用範囲である０．９Ｖまでの放電ではヘテロライト等の生成が抑えられ、その結果保存後の容量維持率が良好であることがわかる。
【００７９】
実施例１３の電池においては、（Ｂ／Ａ）0.9と、電池電圧が０．７Ｖになるまで放電した後のＢ／Ａ値（（Ｂ／Ａ）0.7）は、ともに１以下であり、保存後の容量維持率が７０％であった。一方、実施例３および７〜１２の電池において、（Ｂ／Ａ）0.9は１以下であるが、（Ｂ／Ａ）0.7は１以上であり、保存後の容量維持率が８０％以上であった。
【００８０】
すなわち、実施例３および７〜１２の電池では、放電電圧０．９Ｖまではヘテロライト等の生成は抑制されるが、放電電圧０．７Ｖまではヘテロライト等が抑制されていない。つまり放電電圧０．７Ｖまでヘテロライト等を抑えるだけの過剰のメタチタン酸が存在しないため、電池ケース内に析出するチタン酸化物やＺｎＯの量を低減でき、電池の内部抵抗の上昇を抑制することができたと考えられる。放電容量は、放電電圧０．９Ｖまでの放電量から計算されるため、放電電圧０．７Ｖでヘテロライト等が生成しても実用上は問題がない。
【００８１】
また、比較例２は、（Ｂ／Ａ）0.9は１以下であり、（Ｂ／Ａ）0.7は１以上ではあるが、ＺｎＯの含有量が０重量％である。よって、負極の腐食が大きく、放電条件（Ａ）による放電時間は９．４時間と短く、保存後の容量維持率は４９％と悪化した。
以上より、より放電容量を向上させるためには、電池電圧０．９Ｖまで放電した後の正極のＢ／Ａ値が１以下であり、かつ電池電圧を０．７Ｖまで放電した後の正極のＢ／Ａ値が１以上であることが好ましいことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明によれば、アルカリ一次電池の効率的な高容量化が可能であり、強負荷放電特性の向上も期待できる。従って、産業上の価値は非常に大きい。本発明は、オキシ水酸化ニッケルを正極に含むアルカリ一次電池においても有効である。
また、本発明は、単三形電池に限らず、例えば単一形、単二形、単四形、単五形、９Ｖ形のアルカリ乾電池にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施例に係るアルカリ一次電池の一部を断面にした正面図である。
【図２】本発明の実施例３の正極の回折ピークのパターンを示す図である。
【図３】本発明の比較例１の正極の回折ピークのパターンを示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  電池ケース
２  正極合剤ペレット
３  ゲル状負極
４  セパレータ
５  ガスケット
６  負極集電体
７  底板
８  外装ラベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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