アルカリ電池
【課題】亜鉛負極の電子伝導性とイオン伝導性を双方とも確保することにより、大幅に放電レート特性が改善されたアルカリ電池を提供する。
【解決手段】正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含み、負極は元の厚みＸの板を波状成形して見かけ厚みＹとしたものであって、Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする。負極活物質である亜鉛の表面積を拡大してイオン伝導性を向上しつつ、板状の連続体として電子伝導性を確保することにより、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【解決手段】正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含み、負極は元の厚みＸの板を波状成形して見かけ厚みＹとしたものであって、Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする。負極活物質である亜鉛の表面積を拡大してイオン伝導性を向上しつつ、板状の連続体として電子伝導性を確保することにより、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電池、特にその負極に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池に代表されるアルカリ電池は、亜鉛あるいは亜鉛合金を負極とし、補聴器用途など小型電池としての市場が広まりつつある。この電池系においては、高性能化するモバイル機器への対応という観点から、放電レート特性の向上が望まれていた。
【０００３】
そこで従来技術は、負極活物質である亜鉛を粒子状にした上で造粒物を形成し、粒子間の接触抵抗を低減させる方法があった。具体的には２００〜４００メッシュの亜鉛粒子を湿式コウ化させ、水銀で亜鉛粒子間を結合させて造粒物を形成することにより、粒子間の接触抵抗を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６３−１９５９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の技術では、亜鉛粒子間の接触抵抗は減少できるものの、造粒物どうしの接触抵抗は解消されないので、電子伝導性は大幅に改善されない。また造粒物内部では亜鉛粒子の単位面積あたりの電解液量が減少し、イオン伝導性が低下するので、総じて放電レート特性の大幅な向上は見込めない。
【０００５】
本発明は上記課題に基づいてなされたものであり、亜鉛負極の電子伝導性とイオン伝導性を双方とも確保することにより、大幅に放電レート特性が改善されたアルカリ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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のアルカリ電池は、正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含み、負極は元の厚みＸの板を波状成形して見かけ厚みＹとしたものであって、Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする。
【０００７】
負極活物質である亜鉛の表面積を拡大してイオン伝導性を向上しつつ、板状の連続体として電子伝導性を確保することにより、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、負極の電子伝導性を確保しつつイオン伝導性を向上させることができるので、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明のアルカリ電池の負極を表す概略断面図である。本発明の骨子は、元の厚みＸの板状亜鉛または板状亜鉛合金を波状成形し、見かけ厚みＹの波状板とすることにある。このときのＹ／Ｘが２〜５０である場合、本発明の効果が発揮される。
【００１１】
従来から、アルカリ電池の放電レート特性は電子伝導性とイオン伝導性の双方に支配されることが知られている。これに加え本発明者らは、負極単位面積あたりの電解液量が少
ない箇所が生じると、そこに放電時に生成されるＺｎ（ＯＨ）42-イオンが局所的に高濃度化することで、その活物質表面にＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯとして絶縁被膜が生成されてしまい、放電レート特性の低下を加速させてしまうことに着目した。本発明はこれらの課題に基づいてなされたものであり、負極を板状とすることで電子伝導性を向上するとともに、表面に凹凸を設けて負極厚みとの比を適正化することにより、反応面積を拡げてイオン伝導性を向上させるとともにＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯの局所的な生成を抑制するものである。
【００１２】
ここで負極に関する厚みは、例えば以下のようにして測定ができる。まず負極を樹脂で覆い固め、変形が起こらない程度の強度でこれを研磨し、負極断面が見えるようにする。その後光学顕微鏡により、この板の元の厚みＸと、波状成形後の見かけ厚みＹとを測定する。測定精度を高めるためには、例えば１０個所程度でＸおよびＹを測定し、その平均値からＹ／Ｘを求めるのが好ましい。
【００１３】
ここでＹ／Ｘが２未満であると、平板に近いため電子伝導性の低下は抑制されるが、反応面積が不足するためイオン伝導性が低下し、放電レート特性が改善されない。また逆にＹ／Ｘが５０を超えると、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が生じ、その周辺でＺｎ（ＯＨ）42-の電解液中の濃度が局所的に上昇するため、活物質表面にＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯが析出して電子伝導性が低下し、放電レート特性が改善されない。
【００１４】
負極は亜鉛板または亜鉛合金からなる板のほかに、それらの板を異種金属板と貼り合わせ、実質的に合金板としたものも用いることができる。異種金属板としては例えば銅板，真鍮板，銅と錫からなる板からなるものが挙げられる。また異種金属としては、導電性に優れ、水素化電圧の高いものが好ましく、銅、真鍮、錫、インジウム、ビスマス、炭素、ニオブ、ベリリウム、アルミニウム等が上げられる。亜鉛板または亜鉛合金からなる板と異種金属板との張り合わせ方は、板同士を直接貼り合せてもよいし（この貼り合わせ方は、金属板表面の酸化物を除去して、板の面と面を合わせて熱拡散によって張り合わせるものである）、メッキや蒸着やスパッタ等を用いて作製してもよい。さらには貼り合わせ数はいくらでも良く、例えば、さらなる構造性，電子伝導性の向上を行うためには、亜鉛または亜鉛板の片面に、銅や真鍮の板を貼りつけ、その上に錫メッキを施す方法がある。
【００１５】
また、亜鉛合金は、ガス発生の観点から、Ａｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを５０〜１０００ｐｐｍ含有した合金である。その他の添加元素として、ＳｎやＰｂも効果的である。
【００１６】
またその際、負極に貫通孔を有すると、電解液の拡散性が向上し、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が発生しないため、Ｚｎ（ＯＨ）42-の濃度上昇がより抑制され、放電レート特性の向上に対する効果がより大きくなる。
【００１７】
負極活物質に対するアルカリ電解液の重量比は０．１〜２であることが好ましい。重量比が０．１未満であると負極の表面のＺｎ（ＯＨ）42-の濃度が急激に上昇し、活物質表面にＺｎＯやＺｎ（ＯＨ）2の生成が促進されて放電レート特性が低下する。逆に重量比が２を超えると負極合剤中で電解液の占める割合が大きくなり、その結果負極合剤中の活物質粉末の量が減り電池設計容量が低下する。
【００１８】
さらに電解液に水酸化リチウムを添加し、この割合を負極とアルカリ電解液との和に対する重量比率として０．１５〜０．９％にすることにより、亜鉛または亜鉛合金粉末の腐食が抑制され、より放電レート特性を向上させることができる。仮に０．１５％未満の場合、添加の効果が十分に発揮されない。逆に０．９％を超える場合、電解液の抵抗が増大
し放電レート放電に支障をきたすことになる。
【００１９】
以下に、本発明の電池について説明する。
【００２０】
図２は、本発明のアルカリ電池の一態様である空気電池の概略部分断面図である。負極ケ−ス１Ａの中に、亜鉛からなる円盤状の負極２Ａを配する一方、空気拡散紙７Ａを収納するための空気拡散室９Ａを有する正極ケース８Ａに空気極５Ａを配する。空気極５Ａを挟む形で、酸素供給と電解液の電池外部への漏液を防止するための撥水膜６Ａとセパレータ４Ａが設けられており、セパレータ４Ａが負極２Ａと対峙する形で、リング状の絶縁ガスケット３Ａを介して負極ケ−ス１Ａと正極ケース８Ａとがかしめにより一体化されている。なお正極ケース８Ａには空気孔１０Ａが設けられ、さらにその外側には、未使用時に空気孔１０Ａを封じて空気の侵入を遮断するためのシール紙１１Ａが設けられている。空気極５Ａは、金属酸化物、黒鉛、活性炭およびフッ素系結着剤を主成分とする触媒をネット状の集電体に圧着することにより構成されている。
【００２１】
図３は、本発明のアルカリ電池の一態様である円筒形アルカリ乾電池の概略部分断面図である。電池ケース１Ｂの内部には、短筒状のペレット形状に成形された正極合剤２Ｂ、セパレータ４Ｂおよび本発明の亜鉛からなる板を巻いた状態の負極３Ｂが収容されている。電池ケース１Ｂの内面には、複数個の正極合剤２Ｂが密着した状態で収容されている。正極合剤２Ｂのさらに内側にはセパレータ４Ｂが配され、さらにその内側に負極３Ｂが充填されている。
【００２２】
ここで正極として、例えば空気電池の場合は活性炭とマンガン酸化物（ＭｎＯ2やＭｎ5Ｏ8やＭｎＯＯＨやＭｎ3Ｏ4の使用が可能である）と導電材（ケッチェンブラック）とバインダー（ＰＴＦＥ）を４７：２３：１０：２０の重量比で混合した混合物からなる成型シートを、円筒形アルカリ乾電池の場合は二酸化マンガン（オキシ水酸化ニッケルまたは二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの混合物でもよい）と黒鉛と電解液を９０：６：１の重量比で混合した混合物からなる中空円筒形の成形ペレットを選択することができる。
【００２３】
またセパレータとしては、例えば空気電池の場合はセロハンとビニロンを張り合わせたものやＰＰ多孔膜とＰＰ不織布を張り合わせたものを、円筒形アルカリ乾電池の場合は、ポリビニルアルコール繊維とレーヨン繊維を重量比率７：１０で混抄した不織布を選択することができる。
【００２４】
さらに空気電池及び円筒形アルカリ電池で用いられる電解液は、ＫＯＨを水に溶解したアルカリ電解液を用いることができる。円筒形アルカリ電解液のＫＯＨ濃度は、３０重量％から４５重量％の範囲であればよい。電解液中には、亜鉛の自己放電を抑制するためにＺｎＯを溶解させてもよく、その溶解量は各アルカリ濃度に対して飽和するまでの全範囲が有効である。また、電解液には、水素ガス発生抑制のために、有機防食剤を溶解させても良い。有機防食剤は、水素発生を抑制するものであれば何でもよく、例えば、フルオロアルキルポリオキシエチレン（商品名：サーフロン＃Ｓ−１６１）等が挙げられる。また、電解液がゲル化状態であっても良い。ゲル化剤は、アルカリ電解液とゲル化するものであれば、何でもよく、ポリアクリル酸ナトリウム以外に、例えばカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、キトサンゲル、またはそれらをベースに重合度、架橋度、分子量を変化させたもの等が挙げられる。ゲル化剤の量としては、電解液をゲル化させた場合に流動する状態を維持できていれば良い。
【００２５】
電池ケースとしては、空気電池の場合は負極と接する側を銅メッキでそれ以外はニッケ
ルメッキが施された鋼ケースなどを、円筒形アルカリ乾電池の場合は内面にニッケルメッキが施された鋼のケースなどを用いることができる。
【００２６】
以下に、本発明の実施例について、図を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
（ｉ）負極の作製
まず負極の構成について（表１）に示す。
【００２８】
Ａ１〜１２の材料は、アトマイズ法（原材料を溶融させ、それを噴霧し冷却することにより粉末を作製する方法）を用いて合成したものを分級して得た亜鉛粉末であり、このうちＡ２〜１２については、合成の際にＡｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを含有させたものである。なお各元素の含有量については、原子吸光分析法で測定した結果、５０〜１０００ｐｐｍの範囲内であることが確認できた。
【００２９】
Ｂ１〜１９の材料は、純粋なＺｎ板、もしくはＡｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを溶融法で含有させて合成したＺｎ板、またはこれらのＺｎ板に異種金属板を熱拡散的方法合板させた板（板厚０．０５〜１ｍｍ）をプレス加工することによって板表面に凹凸形態をつけた状態のものである。負極表面に凹凸形態をつける方法としては、表面に凹凸を設けた１対のプレス金型の間に、上述したＺｎ板や合板を配置し、油圧プレスにて加圧する方法を選択した。なお凹凸の大きさは、凹凸度合の異なるプレス金型を用いることにより変化させた。また各元素の含有量については、原子吸光分析法で測定した結果、５０〜１０００ｐｐｍの範囲内であることが確認できた。
【００３０】
Ｃ１〜１４の材料は、Ｂ１〜Ｂ１９に用いたものと同種の材料に対し、油圧プレスを行う前にあらかじめ千鳥状にＺｎ板や合板に直線状の切り目を入れ、油圧プレスの際にこの直線状の切り目と垂直方向にテンションを掛けることによって、所定の凹凸を有しつつ、直径が０．１ｍｍの貫通孔を設けた。
【００３１】
【表１】
（ｉｉ）電池の作製
空気電池の場合は、上記Ｂ１〜１９、Ｃ１〜１４の負極を円盤状に切断し、図２に添う形でコインサイズ（φ２３ｍｍ，厚み３ｍｍのコイン状サイズ）の電池を作製した。また円筒形アルカリ乾電池の場合は、同じくＢ１〜１９、Ｃ１〜１４の負極を長方形に切断し
、図３に沿う形で単三サイズの電池を作製した。なおＡ１〜１２の負極については、それぞれの粉末を図２および３の所定の箇所に充填することにより、電池を作製した。
【００３２】
（ｉｉｉ）電池評価試験
構成された各電池を、２０℃，相対湿度４７％に保持した恒温槽に入れ、以下に示す電流で放電することにより放電容量Ｃ１（ｍＡｈ）を求めた。一方、各電池に含有するＺｎの重量から、理論放電容量Ｃ２（ｍＡｈ）を算出した。そして理論放電容量Ｃ２に対する放電容量Ｃ１の比率をＰ（％）として（式１）に基づいて求めた。ここでＰ値が大きいほど、高率放電特性が良好であることになる。
【００３３】
Ｐ＝（Ｃ１／Ｃ２）×１００・・・（式１）
空気電池の場合：放電電流密度５３、５５、６０、６５ｍＡ／ｃｍ2
円筒形アルカリ乾電池の場合：放電電流１、１．１、１．１５、１．２Ａ
【００３４】
一方、構成された各電池を、２０℃，相対湿度４７％に保持した恒温槽に入れ、以下に示す低電流で放電することにより放電容量（ｍＡｈ）も求めた。
空気電池の場合：放電電流密度１．０５、１．１、１．２ｍＡ／ｃｍ2
円筒形アルカリ乾電池の場合：放電電流５０、５１、５２ｍＡ
【００３５】
＜検討１＞
まず負極に関する元の厚みＸに対する見かけ厚みＹの比（＝Ｙ／Ｘ）について検討を行った。この検討で用いた材料は、（表１）に記載されている材料Ａ１〜Ａ１２及び材料Ｂ１〜Ｂ１９である。（表２）にこれらの材料を用いて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を１の場合で統一して行った。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を５３ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．０５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５０ｍＡに設定して行った。
【００３６】
【表２】
（表２）より、Ｐの値が空気電池で６０％以上となり、円筒形アルカリ乾電池で７０％以上と良好になったのは、負極材料として、Ｂ２〜Ｂ６及びＢ８〜Ｂ１９である。しかしそのうちＢ６とＢ１９は空間が多いため必要電解液量が多くなり、空気電池および円筒形アルカリ乾電池ともに低レート放電における放電容量は、空気電池では７００ｍＡｈ程度となり、円筒形アルカリ乾電池では１９００ｍＡｈ程度と小さな値となった。
【００３７】
以上の結果、亜鉛または亜鉛合金からなる負極を用いた円筒形アルカリ電池においてＸ／Ｙの値が２〜５０の場合のみ放電レート特性に優れ、かつ高い放電容量が得られる条件であることがわかった。
【００３８】
また負極に用いる亜鉛板に、Ａｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した合金板を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで
、水素ガス発生が抑えられて入るものと考えられる。その他としてＳｎやＰｂにもその添加効果があった。
【００３９】
＜検討２＞
次に負極の厚み方向に対する貫通孔の有無の効果について検討した。検討材料は、Ｙ／Ｘが２〜５０である材料において、その材料において貫通孔を有している材料Ｃ１〜Ｃ１４と貫通孔を有していない材料Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８を用いて検討を行った。
【００４０】
（表３）にこれらの材料を用いて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を１の場合で統一して行った。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を５５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．１Ａに設定して行った。
【００４１】
【表３】
（表３）より、空気電池におけるＰの値は、貫通孔を有しているＣ１〜Ｃ１４の材料を使用した電池の方が、貫通孔を有していないＢ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８の材料を使用した電池に比較して７０％以上と高い値を示すことがわかった。また、円筒形アルカリ乾電池におけるＰの値は、貫通孔を有しているＣ１〜Ｃ１４の材料を使用した電池の方が、貫通孔を有していないＢ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８の材料を使用した電池に比較して８０％以上と高い値を示すことがわかった。
【００４２】
このように負極を波状成形して、さらに厚み方向に貫通孔を有することにより、よりハイレート放電特性が好ましいものになることがわかった。これは電解液の拡散性が向上することで、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が発生しないため、Ｚｎ（ＯＨ）42-の濃度上昇がより抑制され、放電レート特性の向上に対する効果がより大
きくなると考えられる。
【００４３】
またこの貫通孔を有する亜鉛板に、Ａｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した合金板を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられて入るものと考えられる。その他としてＳｎやＰｂにもその添加効果があった。
【００４４】
＜検討３＞
次にアルカリ電解液の重量比について検討した。検討材料は、（表４）に示すようにＡ、ＢおよびＣからなる群から適宜選択し、電解液／亜鉛の重量比の効果について検討を行った。（表４）にこれらの材料に対して、電解液／亜鉛の重量比を０．０１〜２．９まで変えて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を６０ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．１ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．１５Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５１ｍＡに設定して行った。
【００４５】
【表４】
（表４）より、電解液／亜鉛の重量比を０．１以上とすることにより、電解液が枯渇したような場合でも、負極が従来構造のものより良好な結果となった。また電解液／亜鉛の重量比が０．１〜２の範囲内においては、空気電池における放電容量は８００ｍＡｈ以上
と高容量が得られ、円筒形アルカリ乾電池における放電容量は２２００ｍＡｈ以上と高容量が得られた。以上の結果、電解液／亜鉛の重量比が０．１〜２の範囲内になるようにアルカリ電池を作製すれば、ハイレート放電特性に優れ、かつ高い放電容量が得られることがわかった。
【００４６】
さらに、電解液／亜鉛の重量比が、０．５〜１．５であれば空気電池における放電容量が９５０ｍＡｈ以上となり、また円筒形アルカリ乾電池における放電容量が２６００ｍＡｈ以上とより高い放電容量となって、より良好な放電特性になることがわかった。
【００４７】
また、負極に用いる亜鉛にＡｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した亜鉛合金を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられているものと考えられる。その他として、Ｓｎ，Ｐｂも添加効果がある。
＜検討４＞
次にアルカリ電解液添加する水酸化リチウムの重量比率についてその効果を検討した。検討材料は（表５）に示すようにＡ、ＢおよびＣからなる群から適宜選択し、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率について検討を行った。表５にこれらの負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．０１〜２．２まで変えて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を０．９の場合で統一して行った。結果を（表５）に示す。
【００４８】
空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を６５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．２ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．２Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５２ｍＡに設定して行った。
【００４９】
【表５】
（表５）のように負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９の範囲であれば、Ｐ値は空気電池の場合では９０％以上得られ、円筒形アルカリ乾電池の場合では９１％以上得られ良好な結果となった。空気電池における放電容量は９５０ｍＡｈ以上と高容量が得られ、円筒形アルカリ乾電池における放電容量は２６００ｍＡｈ以上と高容量が得られた。以上の結果、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９の範囲で空気電池および円筒形アルカリ乾電池を作製すれば、ハイレート放電特性に優れ、かつ高い放電容量が得られることがわかった。
【００５０】
さらに、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．２１〜０．７２であれば空気電池におけるＰの値が９３％となり、円筒形アルカリ乾電池におけるＰの値が９４％となり、よりハイレート特性の優れた電池になることがわかった。
【００５１】
また、負極に用いる亜鉛にＡｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した亜鉛合金を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられているものと考えられる。その他として、Ｓｎ，Ｐｂも添加効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の負極を、空気電池や円筒形アルカリ乾電池等のアルカリ電池に対して用いることにより、高容量で、ハイレート放電が可能なアルカリ電池が実現させることができ、携帯電話やノート型ＰＣ等への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のアルカリ電池の負極を表す概略断面図
【図２】本発明のアルカリ電池の一態様である空気電池の概略部分断面図
【図３】本発明のアルカリ電池の一態様である円筒形アルカリ乾電池の概略部分断面図
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ 負極ケ−ス
２Ａ 負極
３Ａ ガスケット
４Ａ セパレ−タ
５Ａ 空気極
６Ａ 撥水膜
７Ａ 空気拡散紙
８Ａ 正極ケ−ス
９Ａ 空気拡散室
１０Ａ 空気孔
１１Ａ シ−ル紙
１Ｂ 電池ケース
２Ｂ 正極合剤
３Ｂ 負極
４Ｂ セパレータ
５Ｂ ガスケット
６Ｂ 負極集電子
７Ｂ 底板
８Ｂ 外装ラベル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電池、特にその負極に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池に代表されるアルカリ電池は、亜鉛あるいは亜鉛合金を負極とし、補聴器用途など小型電池としての市場が広まりつつある。この電池系においては、高性能化するモバイル機器への対応という観点から、放電レート特性の向上が望まれていた。
【０００３】
そこで従来技術は、負極活物質である亜鉛を粒子状にした上で造粒物を形成し、粒子間の接触抵抗を低減させる方法があった。具体的には２００〜４００メッシュの亜鉛粒子を湿式コウ化させ、水銀で亜鉛粒子間を結合させて造粒物を形成することにより、粒子間の接触抵抗を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６３−１９５９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の技術では、亜鉛粒子間の接触抵抗は減少できるものの、造粒物どうしの接触抵抗は解消されないので、電子伝導性は大幅に改善されない。また造粒物内部では亜鉛粒子の単位面積あたりの電解液量が減少し、イオン伝導性が低下するので、総じて放電レート特性の大幅な向上は見込めない。
【０００５】
本発明は上記課題に基づいてなされたものであり、亜鉛負極の電子伝導性とイオン伝導性を双方とも確保することにより、大幅に放電レート特性が改善されたアルカリ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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のアルカリ電池は、正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含み、負極は元の厚みＸの板を波状成形して見かけ厚みＹとしたものであって、Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする。
【０００７】
負極活物質である亜鉛の表面積を拡大してイオン伝導性を向上しつつ、板状の連続体として電子伝導性を確保することにより、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、負極の電子伝導性を確保しつつイオン伝導性を向上させることができるので、放電レート特性に優れたアルカリ電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明のアルカリ電池の負極を表す概略断面図である。本発明の骨子は、元の厚みＸの板状亜鉛または板状亜鉛合金を波状成形し、見かけ厚みＹの波状板とすることにある。このときのＹ／Ｘが２〜５０である場合、本発明の効果が発揮される。
【００１１】
従来から、アルカリ電池の放電レート特性は電子伝導性とイオン伝導性の双方に支配されることが知られている。これに加え本発明者らは、負極単位面積あたりの電解液量が少
ない箇所が生じると、そこに放電時に生成されるＺｎ（ＯＨ）42-イオンが局所的に高濃度化することで、その活物質表面にＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯとして絶縁被膜が生成されてしまい、放電レート特性の低下を加速させてしまうことに着目した。本発明はこれらの課題に基づいてなされたものであり、負極を板状とすることで電子伝導性を向上するとともに、表面に凹凸を設けて負極厚みとの比を適正化することにより、反応面積を拡げてイオン伝導性を向上させるとともにＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯの局所的な生成を抑制するものである。
【００１２】
ここで負極に関する厚みは、例えば以下のようにして測定ができる。まず負極を樹脂で覆い固め、変形が起こらない程度の強度でこれを研磨し、負極断面が見えるようにする。その後光学顕微鏡により、この板の元の厚みＸと、波状成形後の見かけ厚みＹとを測定する。測定精度を高めるためには、例えば１０個所程度でＸおよびＹを測定し、その平均値からＹ／Ｘを求めるのが好ましい。
【００１３】
ここでＹ／Ｘが２未満であると、平板に近いため電子伝導性の低下は抑制されるが、反応面積が不足するためイオン伝導性が低下し、放電レート特性が改善されない。また逆にＹ／Ｘが５０を超えると、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が生じ、その周辺でＺｎ（ＯＨ）42-の電解液中の濃度が局所的に上昇するため、活物質表面にＺｎ（ＯＨ）2やＺｎＯが析出して電子伝導性が低下し、放電レート特性が改善されない。
【００１４】
負極は亜鉛板または亜鉛合金からなる板のほかに、それらの板を異種金属板と貼り合わせ、実質的に合金板としたものも用いることができる。異種金属板としては例えば銅板，真鍮板，銅と錫からなる板からなるものが挙げられる。また異種金属としては、導電性に優れ、水素化電圧の高いものが好ましく、銅、真鍮、錫、インジウム、ビスマス、炭素、ニオブ、ベリリウム、アルミニウム等が上げられる。亜鉛板または亜鉛合金からなる板と異種金属板との張り合わせ方は、板同士を直接貼り合せてもよいし（この貼り合わせ方は、金属板表面の酸化物を除去して、板の面と面を合わせて熱拡散によって張り合わせるものである）、メッキや蒸着やスパッタ等を用いて作製してもよい。さらには貼り合わせ数はいくらでも良く、例えば、さらなる構造性，電子伝導性の向上を行うためには、亜鉛または亜鉛板の片面に、銅や真鍮の板を貼りつけ、その上に錫メッキを施す方法がある。
【００１５】
また、亜鉛合金は、ガス発生の観点から、Ａｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを５０〜１０００ｐｐｍ含有した合金である。その他の添加元素として、ＳｎやＰｂも効果的である。
【００１６】
またその際、負極に貫通孔を有すると、電解液の拡散性が向上し、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が発生しないため、Ｚｎ（ＯＨ）42-の濃度上昇がより抑制され、放電レート特性の向上に対する効果がより大きくなる。
【００１７】
負極活物質に対するアルカリ電解液の重量比は０．１〜２であることが好ましい。重量比が０．１未満であると負極の表面のＺｎ（ＯＨ）42-の濃度が急激に上昇し、活物質表面にＺｎＯやＺｎ（ＯＨ）2の生成が促進されて放電レート特性が低下する。逆に重量比が２を超えると負極合剤中で電解液の占める割合が大きくなり、その結果負極合剤中の活物質粉末の量が減り電池設計容量が低下する。
【００１８】
さらに電解液に水酸化リチウムを添加し、この割合を負極とアルカリ電解液との和に対する重量比率として０．１５〜０．９％にすることにより、亜鉛または亜鉛合金粉末の腐食が抑制され、より放電レート特性を向上させることができる。仮に０．１５％未満の場合、添加の効果が十分に発揮されない。逆に０．９％を超える場合、電解液の抵抗が増大
し放電レート放電に支障をきたすことになる。
【００１９】
以下に、本発明の電池について説明する。
【００２０】
図２は、本発明のアルカリ電池の一態様である空気電池の概略部分断面図である。負極ケ−ス１Ａの中に、亜鉛からなる円盤状の負極２Ａを配する一方、空気拡散紙７Ａを収納するための空気拡散室９Ａを有する正極ケース８Ａに空気極５Ａを配する。空気極５Ａを挟む形で、酸素供給と電解液の電池外部への漏液を防止するための撥水膜６Ａとセパレータ４Ａが設けられており、セパレータ４Ａが負極２Ａと対峙する形で、リング状の絶縁ガスケット３Ａを介して負極ケ−ス１Ａと正極ケース８Ａとがかしめにより一体化されている。なお正極ケース８Ａには空気孔１０Ａが設けられ、さらにその外側には、未使用時に空気孔１０Ａを封じて空気の侵入を遮断するためのシール紙１１Ａが設けられている。空気極５Ａは、金属酸化物、黒鉛、活性炭およびフッ素系結着剤を主成分とする触媒をネット状の集電体に圧着することにより構成されている。
【００２１】
図３は、本発明のアルカリ電池の一態様である円筒形アルカリ乾電池の概略部分断面図である。電池ケース１Ｂの内部には、短筒状のペレット形状に成形された正極合剤２Ｂ、セパレータ４Ｂおよび本発明の亜鉛からなる板を巻いた状態の負極３Ｂが収容されている。電池ケース１Ｂの内面には、複数個の正極合剤２Ｂが密着した状態で収容されている。正極合剤２Ｂのさらに内側にはセパレータ４Ｂが配され、さらにその内側に負極３Ｂが充填されている。
【００２２】
ここで正極として、例えば空気電池の場合は活性炭とマンガン酸化物（ＭｎＯ2やＭｎ5Ｏ8やＭｎＯＯＨやＭｎ3Ｏ4の使用が可能である）と導電材（ケッチェンブラック）とバインダー（ＰＴＦＥ）を４７：２３：１０：２０の重量比で混合した混合物からなる成型シートを、円筒形アルカリ乾電池の場合は二酸化マンガン（オキシ水酸化ニッケルまたは二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの混合物でもよい）と黒鉛と電解液を９０：６：１の重量比で混合した混合物からなる中空円筒形の成形ペレットを選択することができる。
【００２３】
またセパレータとしては、例えば空気電池の場合はセロハンとビニロンを張り合わせたものやＰＰ多孔膜とＰＰ不織布を張り合わせたものを、円筒形アルカリ乾電池の場合は、ポリビニルアルコール繊維とレーヨン繊維を重量比率７：１０で混抄した不織布を選択することができる。
【００２４】
さらに空気電池及び円筒形アルカリ電池で用いられる電解液は、ＫＯＨを水に溶解したアルカリ電解液を用いることができる。円筒形アルカリ電解液のＫＯＨ濃度は、３０重量％から４５重量％の範囲であればよい。電解液中には、亜鉛の自己放電を抑制するためにＺｎＯを溶解させてもよく、その溶解量は各アルカリ濃度に対して飽和するまでの全範囲が有効である。また、電解液には、水素ガス発生抑制のために、有機防食剤を溶解させても良い。有機防食剤は、水素発生を抑制するものであれば何でもよく、例えば、フルオロアルキルポリオキシエチレン（商品名：サーフロン＃Ｓ−１６１）等が挙げられる。また、電解液がゲル化状態であっても良い。ゲル化剤は、アルカリ電解液とゲル化するものであれば、何でもよく、ポリアクリル酸ナトリウム以外に、例えばカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、キトサンゲル、またはそれらをベースに重合度、架橋度、分子量を変化させたもの等が挙げられる。ゲル化剤の量としては、電解液をゲル化させた場合に流動する状態を維持できていれば良い。
【００２５】
電池ケースとしては、空気電池の場合は負極と接する側を銅メッキでそれ以外はニッケ
ルメッキが施された鋼ケースなどを、円筒形アルカリ乾電池の場合は内面にニッケルメッキが施された鋼のケースなどを用いることができる。
【００２６】
以下に、本発明の実施例について、図を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
（ｉ）負極の作製
まず負極の構成について（表１）に示す。
【００２８】
Ａ１〜１２の材料は、アトマイズ法（原材料を溶融させ、それを噴霧し冷却することにより粉末を作製する方法）を用いて合成したものを分級して得た亜鉛粉末であり、このうちＡ２〜１２については、合成の際にＡｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを含有させたものである。なお各元素の含有量については、原子吸光分析法で測定した結果、５０〜１０００ｐｐｍの範囲内であることが確認できた。
【００２９】
Ｂ１〜１９の材料は、純粋なＺｎ板、もしくはＡｌ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃａのうち少なくとも１つを溶融法で含有させて合成したＺｎ板、またはこれらのＺｎ板に異種金属板を熱拡散的方法合板させた板（板厚０．０５〜１ｍｍ）をプレス加工することによって板表面に凹凸形態をつけた状態のものである。負極表面に凹凸形態をつける方法としては、表面に凹凸を設けた１対のプレス金型の間に、上述したＺｎ板や合板を配置し、油圧プレスにて加圧する方法を選択した。なお凹凸の大きさは、凹凸度合の異なるプレス金型を用いることにより変化させた。また各元素の含有量については、原子吸光分析法で測定した結果、５０〜１０００ｐｐｍの範囲内であることが確認できた。
【００３０】
Ｃ１〜１４の材料は、Ｂ１〜Ｂ１９に用いたものと同種の材料に対し、油圧プレスを行う前にあらかじめ千鳥状にＺｎ板や合板に直線状の切り目を入れ、油圧プレスの際にこの直線状の切り目と垂直方向にテンションを掛けることによって、所定の凹凸を有しつつ、直径が０．１ｍｍの貫通孔を設けた。
【００３１】
【表１】
（ｉｉ）電池の作製
空気電池の場合は、上記Ｂ１〜１９、Ｃ１〜１４の負極を円盤状に切断し、図２に添う形でコインサイズ（φ２３ｍｍ，厚み３ｍｍのコイン状サイズ）の電池を作製した。また円筒形アルカリ乾電池の場合は、同じくＢ１〜１９、Ｃ１〜１４の負極を長方形に切断し
、図３に沿う形で単三サイズの電池を作製した。なおＡ１〜１２の負極については、それぞれの粉末を図２および３の所定の箇所に充填することにより、電池を作製した。
【００３２】
（ｉｉｉ）電池評価試験
構成された各電池を、２０℃，相対湿度４７％に保持した恒温槽に入れ、以下に示す電流で放電することにより放電容量Ｃ１（ｍＡｈ）を求めた。一方、各電池に含有するＺｎの重量から、理論放電容量Ｃ２（ｍＡｈ）を算出した。そして理論放電容量Ｃ２に対する放電容量Ｃ１の比率をＰ（％）として（式１）に基づいて求めた。ここでＰ値が大きいほど、高率放電特性が良好であることになる。
【００３３】
Ｐ＝（Ｃ１／Ｃ２）×１００・・・（式１）
空気電池の場合：放電電流密度５３、５５、６０、６５ｍＡ／ｃｍ2
円筒形アルカリ乾電池の場合：放電電流１、１．１、１．１５、１．２Ａ
【００３４】
一方、構成された各電池を、２０℃，相対湿度４７％に保持した恒温槽に入れ、以下に示す低電流で放電することにより放電容量（ｍＡｈ）も求めた。
空気電池の場合：放電電流密度１．０５、１．１、１．２ｍＡ／ｃｍ2
円筒形アルカリ乾電池の場合：放電電流５０、５１、５２ｍＡ
【００３５】
＜検討１＞
まず負極に関する元の厚みＸに対する見かけ厚みＹの比（＝Ｙ／Ｘ）について検討を行った。この検討で用いた材料は、（表１）に記載されている材料Ａ１〜Ａ１２及び材料Ｂ１〜Ｂ１９である。（表２）にこれらの材料を用いて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を１の場合で統一して行った。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を５３ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．０５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５０ｍＡに設定して行った。
【００３６】
【表２】
（表２）より、Ｐの値が空気電池で６０％以上となり、円筒形アルカリ乾電池で７０％以上と良好になったのは、負極材料として、Ｂ２〜Ｂ６及びＢ８〜Ｂ１９である。しかしそのうちＢ６とＢ１９は空間が多いため必要電解液量が多くなり、空気電池および円筒形アルカリ乾電池ともに低レート放電における放電容量は、空気電池では７００ｍＡｈ程度となり、円筒形アルカリ乾電池では１９００ｍＡｈ程度と小さな値となった。
【００３７】
以上の結果、亜鉛または亜鉛合金からなる負極を用いた円筒形アルカリ電池においてＸ／Ｙの値が２〜５０の場合のみ放電レート特性に優れ、かつ高い放電容量が得られる条件であることがわかった。
【００３８】
また負極に用いる亜鉛板に、Ａｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した合金板を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで
、水素ガス発生が抑えられて入るものと考えられる。その他としてＳｎやＰｂにもその添加効果があった。
【００３９】
＜検討２＞
次に負極の厚み方向に対する貫通孔の有無の効果について検討した。検討材料は、Ｙ／Ｘが２〜５０である材料において、その材料において貫通孔を有している材料Ｃ１〜Ｃ１４と貫通孔を有していない材料Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８を用いて検討を行った。
【００４０】
（表３）にこれらの材料を用いて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を１の場合で統一して行った。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を５５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．１Ａに設定して行った。
【００４１】
【表３】
（表３）より、空気電池におけるＰの値は、貫通孔を有しているＣ１〜Ｃ１４の材料を使用した電池の方が、貫通孔を有していないＢ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８の材料を使用した電池に比較して７０％以上と高い値を示すことがわかった。また、円筒形アルカリ乾電池におけるＰの値は、貫通孔を有しているＣ１〜Ｃ１４の材料を使用した電池の方が、貫通孔を有していないＢ２，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８〜Ｂ１８の材料を使用した電池に比較して８０％以上と高い値を示すことがわかった。
【００４２】
このように負極を波状成形して、さらに厚み方向に貫通孔を有することにより、よりハイレート放電特性が好ましいものになることがわかった。これは電解液の拡散性が向上することで、負極単位面積あたりの電解液量が過度に少なくなる箇所が発生しないため、Ｚｎ（ＯＨ）42-の濃度上昇がより抑制され、放電レート特性の向上に対する効果がより大
きくなると考えられる。
【００４３】
またこの貫通孔を有する亜鉛板に、Ａｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した合金板を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられて入るものと考えられる。その他としてＳｎやＰｂにもその添加効果があった。
【００４４】
＜検討３＞
次にアルカリ電解液の重量比について検討した。検討材料は、（表４）に示すようにＡ、ＢおよびＣからなる群から適宜選択し、電解液／亜鉛の重量比の効果について検討を行った。（表４）にこれらの材料に対して、電解液／亜鉛の重量比を０．０１〜２．９まで変えて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。また各負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．１９にして電池評価を行った。空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を６０ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．１ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．１５Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５１ｍＡに設定して行った。
【００４５】
【表４】
（表４）より、電解液／亜鉛の重量比を０．１以上とすることにより、電解液が枯渇したような場合でも、負極が従来構造のものより良好な結果となった。また電解液／亜鉛の重量比が０．１〜２の範囲内においては、空気電池における放電容量は８００ｍＡｈ以上
と高容量が得られ、円筒形アルカリ乾電池における放電容量は２２００ｍＡｈ以上と高容量が得られた。以上の結果、電解液／亜鉛の重量比が０．１〜２の範囲内になるようにアルカリ電池を作製すれば、ハイレート放電特性に優れ、かつ高い放電容量が得られることがわかった。
【００４６】
さらに、電解液／亜鉛の重量比が、０．５〜１．５であれば空気電池における放電容量が９５０ｍＡｈ以上となり、また円筒形アルカリ乾電池における放電容量が２６００ｍＡｈ以上とより高い放電容量となって、より良好な放電特性になることがわかった。
【００４７】
また、負極に用いる亜鉛にＡｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した亜鉛合金を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられているものと考えられる。その他として、Ｓｎ，Ｐｂも添加効果がある。
＜検討４＞
次にアルカリ電解液添加する水酸化リチウムの重量比率についてその効果を検討した。検討材料は（表５）に示すようにＡ、ＢおよびＣからなる群から適宜選択し、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率について検討を行った。表５にこれらの負極材料とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率を０．０１〜２．２まで変えて空気電池ならびに円筒形アルカリ乾電池を作製しその放電特性結果を示した。この評価試験では、負極に対するアルカリ電解液の重量比を０．９の場合で統一して行った。結果を（表５）に示す。
【００４８】
空気電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を６５ｍＡ／ｃｍ2に設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を１．２ｍＡ／ｃｍ2に設定して行った。また円筒形アルカリ乾電池における評価では、Ｐの値を評価するにあたり電流値を１．２Ａに設定して行い、放電容量を評価するにあたり電流値を５２ｍＡに設定して行った。
【００４９】
【表５】
（表５）のように負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９の範囲であれば、Ｐ値は空気電池の場合では９０％以上得られ、円筒形アルカリ乾電池の場合では９１％以上得られ良好な結果となった。空気電池における放電容量は９５０ｍＡｈ以上と高容量が得られ、円筒形アルカリ乾電池における放電容量は２６００ｍＡｈ以上と高容量が得られた。以上の結果、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９の範囲で空気電池および円筒形アルカリ乾電池を作製すれば、ハイレート放電特性に優れ、かつ高い放電容量が得られることがわかった。
【００５０】
さらに、負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．２１〜０．７２であれば空気電池におけるＰの値が９３％となり、円筒形アルカリ乾電池におけるＰの値が９４％となり、よりハイレート特性の優れた電池になることがわかった。
【００５１】
また、負極に用いる亜鉛にＡｌ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｃａのうち少なくとも１つが含有した亜鉛合金を用いると、ほとんど放電後の漏液が起こらなかった。これは、合金化することで、水素ガス発生が抑えられているものと考えられる。その他として、Ｓｎ，Ｐｂも添加効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の負極を、空気電池や円筒形アルカリ乾電池等のアルカリ電池に対して用いることにより、高容量で、ハイレート放電が可能なアルカリ電池が実現させることができ、携帯電話やノート型ＰＣ等への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のアルカリ電池の負極を表す概略断面図
【図２】本発明のアルカリ電池の一態様である空気電池の概略部分断面図
【図３】本発明のアルカリ電池の一態様である円筒形アルカリ乾電池の概略部分断面図
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ 負極ケ−ス
２Ａ 負極
３Ａ ガスケット
４Ａ セパレ−タ
５Ａ 空気極
６Ａ 撥水膜
７Ａ 空気拡散紙
８Ａ 正極ケ−ス
９Ａ 空気拡散室
１０Ａ 空気孔
１１Ａ シ−ル紙
１Ｂ 電池ケース
２Ｂ 正極合剤
３Ｂ 負極
４Ｂ セパレータ
５Ｂ ガスケット
６Ｂ 負極集電子
７Ｂ 底板
８Ｂ 外装ラベル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含むアルカリ電池であって、
前記負極は元の厚みＸの板を波状成形して、見かけ厚みＹとしたものであって、
Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする、アルカリ電池。
【請求項２】
前記負極は貫通孔を有することを特徴とする、請求項１記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記負極に対する前記アルカリ電解液の重量比が、０．１〜２であることを特徴とする、請求項１〜２に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池。
【請求項１】
正極と、亜鉛または亜鉛合金からなる負極と、アルカリ電解液とを含むアルカリ電池であって、
前記負極は元の厚みＸの板を波状成形して、見かけ厚みＹとしたものであって、
Ｙ／Ｘが２〜５０であることを特徴とする、アルカリ電池。
【請求項２】
前記負極は貫通孔を有することを特徴とする、請求項１記載のアルカリ電池。
【請求項３】
前記負極に対する前記アルカリ電解液の重量比が、０．１〜２であることを特徴とする、請求項１〜２に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
前記負極とアルカリ電解液との和に対する水酸化リチウムの重量比率が、０．１５〜０．９％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２１００４１（Ｐ２００６−２１００４１Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８０６５（Ｐ２００５−１８０６５）
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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