JP2011216218A - Alkaline dry battery - Google Patents
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Abstract
【課題】未使用アルカリ乾電池を誤って充電器で充電した場合においても、電池内圧の上昇を抑制して電池が漏液に至ることを回避できるアルカリ乾電池を提供することにある。
【解決手段】アルカリ乾電池では、負極3は亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを含んでいる。ゲル状アルカリ電解液は、第4級アンモニウム塩を亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部(但し、Mは、第4級アンモニウム塩の分子量)以上含んでいる。また、アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、それぞれ、亜鉛化合物を0.3mol/l以上含んでいる。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide an alkaline battery capable of preventing the battery from leaking by suppressing an increase in battery internal pressure even when an unused alkaline battery is accidentally charged by a charger.
In an alkaline battery, a negative electrode includes zinc alloy powder and a gel alkaline electrolyte. The gel-like alkaline electrolyte contains 0.00002 M parts by weight (where M is the molecular weight of the quaternary ammonium salt) of quaternary ammonium salt with respect to 100 parts by weight of zinc alloy powder. The alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte each contain 0.3 mol / l or more of a zinc compound.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、アルカリ乾電池(以下では「電池」と記す場合がある)、とりわけ誤って充電された場合における耐漏液特性を向上させたアルカリ乾電池に関する。 The present invention relates to an alkaline dry battery (hereinafter sometimes referred to as “battery”), and more particularly, to an alkaline dry battery having improved leakage resistance when charged accidentally.
正極に二酸化マンガンを用い、負極に亜鉛を用い、電解液にアルカリ水溶液を用いたアルカリ乾電池は、汎用性が高く安価であるため、広く普及している。アルカリ乾電池の負極活物質に用いられる亜鉛は、質量当たりの理論放電容量が820mAh/gと大きい、毒性が低い、環境負荷が少ない、及び、安価である等といった特徴を有している。アルカリ乾電池の負極活物質には、ガスアトマイズ法等で得られる不定形の亜鉛粉末を使用することが望ましい。 Alkaline batteries using manganese dioxide for the positive electrode, zinc for the negative electrode, and an alkaline aqueous solution for the electrolyte are widely used because they are versatile and inexpensive. Zinc used for the negative electrode active material of an alkaline battery has characteristics such as a large theoretical discharge capacity per mass of 820 mAh / g, low toxicity, low environmental load, and low cost. As the negative electrode active material of the alkaline dry battery, it is desirable to use amorphous zinc powder obtained by a gas atomizing method or the like.
亜鉛粉末がアルカリ電解液中で腐食されると、水素ガスが発生し、電池の内圧が上昇する。電池の内圧が安全弁の作動圧まで上昇すると、安全弁が開いてガスが電池の外へ放出される。このとき、開放された安全弁からはガスだけでなくアルカリ電解液も放出されてしまい、その結果、電池が漏液に至る場合がある。 When the zinc powder is corroded in the alkaline electrolyte, hydrogen gas is generated and the internal pressure of the battery increases. When the internal pressure of the battery rises to the operating pressure of the safety valve, the safety valve opens and gas is released out of the battery. At this time, not only the gas but also the alkaline electrolyte is released from the opened safety valve, and as a result, the battery may leak.
これに対して、古くは、負極中に水銀を添加して亜鉛粉末の表面をアマルガム化することによって亜鉛の水素発生過電圧を高めるという防食法が行われていた。しかし、低公害化の社会的ニーズが高まり、1980〜1990年頃にかけてアルカリ乾電池の無水銀化が進んだ。水銀添加に取って代わる防食技術として、例えば次に挙げるような技術が提案されている。 On the other hand, in the old days, an anticorrosion method for increasing the hydrogen generation overvoltage of zinc by adding mercury to the negative electrode to amalgamate the surface of the zinc powder has been performed. However, the social needs for low pollution increased, and from about 1980 to 1990, the mercury-free alkaline batteries were advanced. For example, the following techniques have been proposed as anticorrosion techniques that replace mercury addition.
保存時の水素ガス発生を抑制する目的で、負極あるいはアルカリ電解液にカチオン性有機物を添加する方法が提案されている(特許文献1参照)。この提案によれば、負極表面での水素ガスの発生を抑制できるので、アルカリ乾電池の耐漏液性を向上させることができる。 In order to suppress the generation of hydrogen gas during storage, a method of adding a cationic organic substance to a negative electrode or an alkaline electrolyte has been proposed (see Patent Document 1). According to this proposal, since generation of hydrogen gas on the negative electrode surface can be suppressed, the leakage resistance of the alkaline dry battery can be improved.
また、高温保存時の貯蔵性を向上させる目的で、アルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度を一定以上とする方法が提案されている(特許文献2参照)。 In addition, for the purpose of improving storage stability during high-temperature storage, a method has been proposed in which the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte is a certain level (see Patent Document 2).
さらに、単三形アルカリ電池の4本のうち1本をプラスマイナス逆に装填した場合の漏液を防止する目的で、電池中の酸化亜鉛量を規定する方法が提案されている(特許文献3参照)。この提案によれば、あらかじめ酸化亜鉛を電池中に所定量配合させることにより、逆装初期の負極において水素ガス発生反応よりも先に酸化亜鉛の還元反応を起こさせ、これにより、水素ガス発生を回避することができる。 Furthermore, a method for defining the amount of zinc oxide in the battery has been proposed for the purpose of preventing leakage when one of the four AA alkaline batteries is loaded in the opposite direction (Patent Document 3). reference). According to this proposal, a predetermined amount of zinc oxide is mixed in the battery in advance to cause a reduction reaction of zinc oxide prior to the hydrogen gas generation reaction in the negative electrode in the initial stage of reverse loading, thereby generating hydrogen gas generation. It can be avoided.
従来から、アルカリ乾電池を複数個直列で使用する場合に、そのうちの一つのアルカリ乾電池を誤ってプラスマイナス逆に装填してしまい、その結果、アルカリ乾電池が充電されることがあった。さらに近年、単三型又は単四型ニッケル水素二次電池の急速な普及に伴い、これらの充電器にアルカリ乾電池を誤って装填させたためにその電池が充電され、その結果、その電池が漏液に至るケースが顕在化している。 Conventionally, when a plurality of alkaline batteries are used in series, one of the alkaline batteries is erroneously loaded in the opposite direction, and as a result, the alkaline battery may be charged. Furthermore, in recent years, with the rapid spread of AA-size or AAA-type nickel metal hydride secondary batteries, alkaline batteries are erroneously loaded into these chargers, and as a result, the batteries are charged. The cases leading to are becoming apparent.
アルカリ乾電池では、通常保存時においても、前述したようなアルカリ電解液による亜鉛粉末の腐食により、多少の水素ガスが発生する。しかし、アルカリ乾電池が逆接続される若しくはアルカリ乾電池が充電器で充電される等といったアルカリ乾電池の適正な使用範囲を超えた状況下では、水素ガスの発生量は極端に多くなり、アルカリ乾電池が漏液に至る可能性が増大する。この漏液を抑制するためには、充電反応で生成する水素ガスの発生量を低減することによって電池内圧の上昇を抑制することが望ましい。 In an alkaline battery, even during normal storage, some hydrogen gas is generated due to the corrosion of zinc powder by the alkaline electrolyte as described above. However, under conditions where the alkaline battery is over-appropriated, such as when the alkaline battery is reversely connected or when the alkaline battery is charged by a charger, the amount of hydrogen gas generated becomes extremely large and the alkaline battery leaks. The possibility of reaching a liquid increases. In order to suppress this leakage, it is desirable to suppress an increase in battery internal pressure by reducing the amount of hydrogen gas generated by the charging reaction.
先に示した特許文献1及び2では、保存時又は高温保存時における水素ガス発生の抑制効果は認められるが、充電時での水素ガスの発生を十分に抑制することは難しい。
In
特許文献3に記載の技術は、アルカリ乾電池を誤ってプラスマイナス逆に充填してしまった場合の漏液防止に関し、よって、この技術では、軽負荷機器への逆装填時における漏液防止という効果は認められる。しかしながら、この技術では、充電器によるアルカリ乾電池の充電等のように負荷が比較的大きな充電(以下ではこの充電を「高負荷充電」と記す)に起因する漏液の防止という効果を得ることは難しい。そのため、この技術を用いても、高負荷充電時における水素ガスの急激な発生を抑制することは難しい。
The technology described in
以上より、これら従来技術では、高負荷充電時におけるガスの激しい発生を抑制することは困難であり、アルカリ乾電池を充電器で誤って充電させたときの耐漏液対策には改善の余地がある。 As described above, in these conventional techniques, it is difficult to suppress the intense generation of gas during high-load charging, and there is room for improvement in measures against liquid leakage when an alkaline dry battery is accidentally charged with a charger.
上記の課題を解決するため、本発明に係るアルカリ乾電池では、アルカリ電解液は、少なくともセパレータに保持されている。負極は、亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを含んでいる。ゲル状アルカリ電解液は、第4級アンモニウム塩を亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部(但し、Mは、第4級アンモニウム塩の分子量である。以下同様)以上含んでいる。アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、亜鉛化合物を0.3mol/l以上含んでいる。 In order to solve the above problems, in the alkaline dry battery according to the present invention, the alkaline electrolyte is held at least in the separator. The negative electrode contains zinc alloy powder and a gel alkaline electrolyte. The gel alkaline electrolyte contains a quaternary ammonium salt in an amount of 0.00002 M parts by weight (where M is the molecular weight of the quaternary ammonium salt, the same applies hereinafter) with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder. . The alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte contain 0.3 mol / l or more of a zinc compound.
本発明に係るアルカリ乾電池が高負荷充電された場合であっても、負極から水素ガスが発生する時間の短縮化を図ることができ、また、発生するガスの量を最小限に抑えることができる。これにより、電池の内圧上昇を抑制できるので、電池が漏液に至ることを防止できる。 Even when the alkaline dry battery according to the present invention is charged with a high load, the time for generating hydrogen gas from the negative electrode can be shortened, and the amount of generated gas can be minimized. . Thereby, since the raise of the internal pressure of a battery can be suppressed, it can prevent that a battery reaches liquid leakage.
本発明に係るアルカリ乾電池が単三形アルカリ乾電池である場合には、本発明に係るアルカリ乾電池を次のように規定することもできる。20±2℃環境下で250mAで定電流充電した時に、T2−T1≦10(分)である。ここで、T1は、充電開始から、電池電圧が立ち上がって2.2Vに達するまでに要する時間(分)である。また、T2は、充電開始から、水素ガスの発生段階を経た後に電池電圧が2.1Vまで低下するまでに要する時間(分)である。 When the alkaline battery according to the present invention is an AA alkaline battery, the alkaline battery according to the present invention can be defined as follows. When constant current charging is performed at 250 mA in a 20 ± 2 ° C. environment, T2−T1 ≦ 10 (min). Here, T1 is the time (minutes) required from the start of charging until the battery voltage rises and reaches 2.2V. T2 is the time (minutes) required from the start of charging until the battery voltage drops to 2.1 V after passing through the hydrogen gas generation stage.
本発明に係るアルカリ乾電池が単四形アルカリ乾電池である場合には、本発明に係るアルカリ乾電池を次のように規定することもできる。20±2℃環境下で100mAで定電流充電した時に、T2−T1≦10(分)である。なお、T1及びT2は上述の通りである。 In the case where the alkaline dry battery according to the present invention is an AAA alkaline battery, the alkaline dry battery according to the present invention can be defined as follows. When constant current charging is performed at 100 mA in a 20 ± 2 ° C. environment, T2−T1 ≦ 10 (min). T1 and T2 are as described above.
本発明では、アルカリ乾電池が高負荷充電された場合であっても、電池内でのガスの発生量を抑えることができるので、電池内圧の上昇に伴う漏液を抑制できる。 In the present invention, even when the alkaline dry battery is charged with a high load, the amount of gas generated in the battery can be suppressed, so that leakage due to an increase in the battery internal pressure can be suppressed.
本発明の実施形態を説明する前に、本発明を完成させるに至った経緯を示す。 Before describing the embodiments of the present invention, the background to the completion of the present invention will be described.
本願発明者らは、高負荷充電に起因する漏液を防止するための適切な対策を考案するために、未使用アルカリ乾電池の高負荷充電時の電圧挙動を調査し、ガス発生の機構(メカニズム)について考察した。 In order to devise appropriate measures to prevent leakage due to high load charging, the inventors of the present application investigated the voltage behavior of unused alkaline batteries during high load charging, and the mechanism of gas generation (mechanism) ) Was considered.
未使用アルカリ乾電池を充電させたところ、図1(a)〜図1(c)に示す結果が得られた。図1(a)には電池電圧の挙動(同図中のL11)及びガス発生量の挙動(同図中のL12)を示しており、図1(b)には負極電位の挙動を示しており、図1(c)には正極電位の挙動を示している。ここで、負極電位及び正極電位の各挙動は、電池の正極ケース(電池ケース)の一部に孔を開け、塩橋を介して電池外の水銀/酸化水銀参照極と液絡を取ることにより測定されたものであり、図1(b)及び図1(c)の各縦軸には、水銀/酸化水銀極に対する電位を表示している。 When the unused alkaline battery was charged, the results shown in FIGS. 1A to 1C were obtained. FIG. 1A shows the behavior of the battery voltage (L11 in the figure) and the behavior of the gas generation amount (L12 in the figure), and FIG. 1B shows the behavior of the negative electrode potential. FIG. 1 (c) shows the behavior of the positive electrode potential. Here, each behavior of the negative electrode potential and the positive electrode potential is determined by opening a hole in a part of the positive electrode case (battery case) of the battery and establishing a liquid junction with the mercury / mercury oxide reference electrode outside the battery via the salt bridge. The measured vertical axis represents the potential with respect to the mercury / mercury oxide electrode on each vertical axis of FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c).
図1(a)〜(c)に示すように、高負荷充電時における電池の正極及び負極の電位挙動は、領域I〜領域IIIの3つに分類できる。領域Iでは、負極電位は緩やかに降下し、正極電位は緩やかに上昇する。その後、負極電位が急激に降下して、領域IIへ移行する。領域IIでは、負極電位は安定し、正極電位は領域Iのときと同様に緩やかに上昇する。そして、正極電位の上昇が停止して、領域IIIへ移行する。領域IIIでは、負極電位は、領域Iのときと同様の電位にまで上昇し、その後安定する。一方、正極電位は、緩やかに下降する。 As shown in FIGS. 1A to 1C, the potential behavior of the positive electrode and the negative electrode of the battery during high load charging can be classified into three regions I to III. In region I, the negative electrode potential gradually decreases and the positive electrode potential gradually increases. Thereafter, the negative electrode potential drops rapidly and shifts to region II. In region II, the negative electrode potential is stable, and the positive electrode potential rises gently as in region I. Then, the increase in the positive electrode potential stops and the region III is transferred. In region III, the negative electrode potential rises to the same potential as in region I and then stabilizes. On the other hand, the positive electrode potential gradually falls.
ガス発生量の挙動については、領域Iでは、ガスの発生は確認されない。領域IIへ移行すると、ガスの発生が確認され、その量は時間の経過とともに増加する。その後、領域IIIへ移行すると、ガスの発生量の増加は、非常に緩やかとなり、最終的にはほとんど確認されない。 Regarding the behavior of the gas generation amount, in the region I, the generation of gas is not confirmed. When moving to region II, the generation of gas is confirmed, and the amount thereof increases with time. Thereafter, when moving to region III, the increase in the amount of gas generation becomes very gradual, and is finally hardly confirmed.
先述した負極電位、正極電位及びガス発生量の挙動に基づいて、各領域における負極及び正極での反応を以下のように考察した。 Based on the behavior of the negative electrode potential, the positive electrode potential, and the amount of gas generated as described above, the reactions at the negative electrode and the positive electrode in each region were considered as follows.
領域Iにおいては、正極では(1)式に示される二酸化マンガンの酸化反応が起こっていると考えられ、負極では(2)式に示される亜鉛錯イオンの還元反応が起こっていると考えられる。 In region I, it is considered that the oxidation reaction of manganese dioxide represented by the formula (1) occurs at the positive electrode, and the reduction reaction of the zinc complex ion represented by the formula (2) occurs at the negative electrode.
正極:MnO2−x+2xOH−→MnO2+xH2O+2xe−・・・(1)
負極:Zn(OH)4 2−+2e−→Zn+4OH−・・・・・・・・(2)
電解液(アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液との総称,以下同じ)中に存在する亜鉛錯イオン(Zn(OH)4 2−)が完全に消費されると、負極電位は、急激に降下して水素発生電位に到達する。すると、(3)式に示す反応が始まり、領域IIに入る。
Positive electrode: MnO 2-x + 2xOH − → MnO 2 + xH 2 O + 2xe − (1)
Negative electrode: Zn (OH) 4 2− + 2e − → Zn + 4OH − (2)
When the zinc complex ion (Zn (OH) 4 2− ) present in the electrolyte (generic name for alkaline electrolyte and gel alkaline electrolyte, the same applies hereinafter) is completely consumed, the negative electrode potential drops sharply. The hydrogen generation potential is reached. Then, the reaction shown in the formula (3) starts and enters the region II.
領域IIにおいては、正極では領域Iから引き続いて二酸化マンガンの酸化反応が起こっていると考えられ、負極では(3)式に示される水素ガス発生反応(以下単に「水素ガス発生反応」と記す。)が起こっていると考えられる。このように負極では水素ガスが発生するため、時間の経過とともにガスの発生量が増加し、よって、電池内圧が上昇する。 In the region II, it is considered that the oxidation reaction of manganese dioxide continues in the positive electrode from the region I, and in the negative electrode, the hydrogen gas generation reaction (hereinafter simply referred to as “hydrogen gas generation reaction”) represented by the formula (3). ) Seems to have happened. As described above, since hydrogen gas is generated in the negative electrode, the amount of gas generated increases with the passage of time, and thus the internal pressure of the battery increases.
正極:MnO2−x+2xOH−→MnO2+xH2O+2xe−・・・(1)
負極:2H2O+2e−→ H2↑+2OH−・・・・・・・・・・・(3)
正極での二酸化マンガンの酸化がほぼ終了し、正極電位が酸素発生電位に到達する。すると、正極では(4)式に示す反応が始まり、領域IIIに入る。
Positive electrode: MnO 2-x + 2xOH − → MnO 2 + xH 2 O + 2xe − (1)
Negative electrode: 2H 2 O + 2e − → H 2 ↑ + 2OH − (3)
The oxidation of manganese dioxide at the positive electrode is almost completed, and the positive electrode potential reaches the oxygen generation potential. Then, at the positive electrode, the reaction shown in the formula (4) starts and enters the region III.
領域IIIにおいては、正極では(4)式に示される酸素ガス発生反応が起こる。ところで、領域IIIでは、ガスの発生量がほとんど増加していない。このことから、負極では、水素ガス発生反応よりも(5)式に示される酸素ガス消費反応(以下では単に「酸素ガス消費反応」と記す。)が優先して起こると考えられる。つまり、領域IIIでは、負極における水素ガス発生反応が抑制され、また、正極で発生した酸素が負極で還元されて消費されるため、ガス発生量の増加が抑制される。 In region III, an oxygen gas generation reaction represented by the formula (4) occurs at the positive electrode. By the way, in the region III, the amount of gas generated has hardly increased. From this, in the negative electrode, it is considered that the oxygen gas consumption reaction (hereinafter simply referred to as “oxygen gas consumption reaction”) represented by the formula (5) takes precedence over the hydrogen gas generation reaction. That is, in region III, the hydrogen gas generation reaction at the negative electrode is suppressed, and the oxygen generated at the positive electrode is reduced and consumed at the negative electrode, so that an increase in the amount of gas generation is suppressed.
正極:4OH−→O2+2H2O+4e−・・・(4)
負極:2H2O+O2+4e−→4OH−・・・(5)
以上の考察に基づいて、本願発明者らは、領域IIにおける水素ガスの発生量が減少すれば、また、領域IIから領域IIIへ移行したときに負極において水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行すれば、高負荷充電時における電池内圧の上昇を防止でき、よって、高負荷充電時における液漏れを防止できると考えた。
Positive electrode: 4OH − → O 2 + 2H 2 O + 4e − (4)
Negative electrode: 2H 2 O + O 2 + 4e − → 4OH − (5)
Based on the above considerations, the inventors of the present application will change from the hydrogen gas generation reaction to the oxygen gas consumption reaction at the negative electrode when the amount of hydrogen gas generation in the region II decreases or when the region II shifts to the region III. It was considered that if the transition was made promptly, the increase in the internal pressure of the battery at the time of high load charge could be prevented, and thus the liquid leakage at the time of high load charge could be prevented.
なお、本願発明者らは、領域IIにおける水素ガスの発生量の低減、及び、領域IIIへの移行時における負極での酸素ガス消費反応への速やかな移行の両方を実現させることが望ましいと考えている。その理由としては、次に示すことを考えている。領域IIにおける水素ガスの発生量を低減させることができなければ、領域IIにおける電池内圧の上昇を抑制できず、そのため、高負荷充電時における液漏れを防止できない場合があるからである。また、領域IIIへの移行時に負極において酸素ガス消費反応への速やかな移行を図ることが出来なければ、領域IIIにおいては、負極では水素ガス発生反応が進行し、正極では酸素ガス発生反応が進行する。そのため、領域 IIIにおけるガス発生量の増加を引き起こすので、高負荷充電時における液漏れを防止できない場合があるからである。 The inventors of the present application believe that it is desirable to realize both the reduction in the amount of hydrogen gas generated in region II and the rapid transition to the oxygen gas consumption reaction at the negative electrode during the transition to region III. ing. The reason is as follows. This is because if the amount of hydrogen gas generated in the region II cannot be reduced, the increase in the battery internal pressure in the region II cannot be suppressed, and therefore liquid leakage during high load charging may not be prevented. Further, if the negative electrode cannot be promptly shifted to the oxygen gas consumption reaction at the time of transition to region III, the hydrogen gas generation reaction proceeds at the negative electrode and the oxygen gas generation reaction proceeds at the positive electrode in region III. To do. For this reason, an increase in the amount of gas generated in the region III is caused, so that it may not be possible to prevent liquid leakage during high-load charging.
本発明の実施形態を以下に示す。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention are shown below. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below.
図2は、本実施形態に係るアルカリ乾電池の半断面図である。図2に示すように、有底円筒状の電池ケース1内に、セパレータ4を介して正極2と負極3とが収納され、また、アルカリ電解液が注入されている。電池ケース1の開口部は、ガスケット5及び負極集電子6のそれぞれに接続された負極端子板7で封口されており、電池ケース1の外面は、外装ラベル8で覆われている。
FIG. 2 is a half sectional view of the alkaline dry battery according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, a
本実施形態における負極3では、亜鉛合金粉末(負極活物質)がゲル状アルカリ電解液に分散されている。亜鉛合金粉末は、水銀、カドミウム若しくは鉛、又はそれら全てが無添加であり、電解液による亜鉛の腐食を抑制する金属(アルミニウム、インジウム又はビスマス等)を含んでいる。亜鉛合金粉末は、例えば、10ppm以上50ppm以下のアルミニウム、50ppm以上500ppm以下のビスマス及び200ppm以上1000ppm以下のインジウムの少なくとも1つの金属を含んでいれば良い。
In the
本実施形態に係るアルカリ乾電池は、さらに、以下に示す構成を備えている。 The alkaline dry battery according to the present embodiment further includes the following configuration.
本実施形態におけるゲル状アルカリ電解液は、第4級アンモニウム塩を亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部以上含んでいる。これにより、高負荷充電時に正極2で(4)式に示される酸素ガス発生反応が開始した際(以下では単に「正極2で酸素ガスが発生した際」と記す。)には、負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する。その理由としては以下に示す2つが考えられる。
The gel alkaline electrolyte in the present embodiment contains 0.00002 M parts by weight or more of quaternary ammonium salt with respect to 100 parts by weight of zinc alloy powder. As a result, when the oxygen gas generation reaction represented by the formula (4) is started at the
1つ目の理由は、第4級アンモニウム塩から電離したアンモニウムカチオンが亜鉛合金粉末の表面に吸着されるので、水分子が亜鉛合金粉末の表面へ接近することを阻害できるからである。ゼータ電位計を用いた測定等から、ゲル状アルカリ電解液中における亜鉛合金粉末の表面が負に帯電していることを確認している。第4級アンモニウム塩は、ゲル状アルカリ電解液中で陽イオンとなるので、亜鉛合金粉末の表面に吸着されると考えられる。これにより、亜鉛合金粉末の表面における水素過電圧が上昇する。そのため、アンモニウムカチオンが亜鉛合金粉末の表面に吸着されていない場合に比べて、水素ガス発生反応が起こりにくくなる。よって、正極2で酸素ガスが発生した際には、負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する。
The first reason is that the ammonium cation ionized from the quaternary ammonium salt is adsorbed on the surface of the zinc alloy powder, so that water molecules can be prevented from approaching the surface of the zinc alloy powder. From the measurement using a zeta electrometer, etc., it has been confirmed that the surface of the zinc alloy powder in the gel alkaline electrolyte is negatively charged. The quaternary ammonium salt is considered to be adsorbed on the surface of the zinc alloy powder because it becomes a cation in the gel alkaline electrolyte. Thereby, the hydrogen overvoltage at the surface of the zinc alloy powder increases. Therefore, compared with the case where the ammonium cation is not adsorbed on the surface of the zinc alloy powder, the hydrogen gas generation reaction is less likely to occur. Therefore, when oxygen gas is generated at the
2つ目の理由は、第4級アンモニウム塩が添加されているゲル状アルカリ電解液中に析出する亜鉛粒が第4級アンモニウム塩が添加されていないゲル状アルカリ電解液中に析出する亜鉛粒よりも微細であるからである。これにより、(2)式に示される亜鉛の電析反応が起こると、亜鉛の表面積が増加する。ここで、(2)式、(3)式及び(5)式に示される負極反応は、いずれも亜鉛の表面で起こっている。よって、正極2で酸素ガスが発生した際には、亜鉛の表面積が大きければ大きいほど、正極2で発生した酸素が溶存酸素として電解液中を拡散して負極側の亜鉛の表面へ到達し易くなり、従って、負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ移行し易くなる。
The second reason is that the zinc particles precipitated in the gel alkaline electrolyte to which the quaternary ammonium salt is added are precipitated in the gel alkaline electrolyte to which the quaternary ammonium salt is not added. It is because it is finer than that. Thereby, when the zinc electrodeposition reaction shown by Formula (2) occurs, the surface area of zinc increases. Here, the negative electrode reactions shown in the formulas (2), (3), and (5) all occur on the surface of zinc. Therefore, when oxygen gas is generated at the
以上2つの理由から、本実施形態におけるゲル状アルカリ電解液が第4級アンモニウム塩を亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部以上含んでいれば、正極2で酸素ガスが発生した際には負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する。これにより、正極2で酸素ガスが発生してから負極3で水素ガスが発生することを防止できる。また、(4)式により発生した酸素を(5)式で消費させることができるので、負極3で消費されずに電池ケース1内に残る酸素ガスの量の低減を図ることができる。
For the above two reasons, if the gel alkaline electrolyte in the present embodiment contains 0.00002 M parts by weight or more of the quaternary ammonium salt with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder, oxygen gas is generated at the
この第4級アンモニウム塩は、ゲル状アルカリ電解液中に、亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00010M重量部以下含まれていることが望ましい。詳しいメカニズムは不明であるが、本願発明者らは、ゲル状アルカリ電解液における第4級アンモニウム塩の濃度が高いほど通常保存時でのガス発生量が増加するという傾向を確認している。そのため、ゲル状アルカリ電解液における第4級アンモニウム塩の濃度は、亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00010M重量部以下であることが望ましい。 The quaternary ammonium salt is desirably contained in the gel alkaline electrolyte at 0.00010 M parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder. Although the detailed mechanism is unknown, the present inventors have confirmed the tendency that the higher the concentration of the quaternary ammonium salt in the gel alkaline electrolyte, the more the amount of gas generated during normal storage. Therefore, the concentration of the quaternary ammonium salt in the gel alkaline electrolyte is desirably 0.00010 M parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder.
この第4級アンモニウム塩の材料は、特に限定されない。しかし、本実施形態における第4級アンモニウム塩は、2つ以上3つ以下のメチル基と炭素数が2以上の直鎖アルキル基(以下では単に「直鎖アルキル基」と記す。)とを有していることが望ましい。その理由としては次に示すことが考えられる。第4級アンモニウム塩が2つ以上3つ以下のメチル基を有していれば、アンモニウムカチオンの亜鉛合金粉末の表面への吸着効果をさらに高めることができる。また、第4級アンモニウム塩が直鎖アルキル基を有していれば、水分子の亜鉛合金粉末の表面への接近阻害効果をさらに高めることができる。 The material of this quaternary ammonium salt is not particularly limited. However, the quaternary ammonium salt in this embodiment has 2 or more and 3 or less methyl groups and a linear alkyl group having 2 or more carbon atoms (hereinafter simply referred to as “linear alkyl group”). It is desirable that The reason can be considered as follows. If the quaternary ammonium salt has 2 or more and 3 or less methyl groups, the adsorption effect of the ammonium cation on the surface of the zinc alloy powder can be further enhanced. Moreover, if the quaternary ammonium salt has a linear alkyl group, the effect of inhibiting the access of water molecules to the surface of the zinc alloy powder can be further enhanced.
また、本実施形態におけるアルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、亜鉛化合物(例えば酸化亜鉛)を0.3mol/l以上含んでいる。これにより、高負荷充電時における領域IIでの水素ガスの発生量の低減を図ることができる。その理由としては次に示すことが考えられる。 Moreover, the alkaline electrolyte in the present embodiment and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte contain 0.3 mol / l or more of a zinc compound (for example, zinc oxide). As a result, the amount of hydrogen gas generated in region II during high load charging can be reduced. The reason can be considered as follows.
亜鉛化合物がアルカリ電解液に添加されると、アルカリ電解液中に存在する亜鉛錯イオンが増加する。また、亜鉛化合物がゲル状アルカリ電解液に添加されると、ゲル状アルカリ電解液中に存在する亜鉛錯イオンが増加する。これにより、(2)式に示される亜鉛錯イオンの還元反応が終了するまでに時間がかかる。つまり、領域Iの長期間化を図ることができる。ここで、領域IIから領域IIIへの移行時期は、正極2の電位が酸素発生電位に到達したときであるので、アルカリ電解液中における亜鉛化合物の濃度とは無関係であり、ゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液中における亜鉛化合物の濃度とも無関係である。このように亜鉛化合物をアルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液とに添加すると、領域Iの期間が長くなるにも関わらず領域IIIの開始時期が変わらないため、領域IIの期間が短くなる。領域IIでは時間の経過とともに水素ガスの発生量が増加するため(図1(a)中のL12)、領域IIの期間の短縮化により領域IIでの水素ガスの発生量の低減を図ることができる。
When a zinc compound is added to the alkaline electrolyte, zinc complex ions present in the alkaline electrolyte increase. Moreover, when a zinc compound is added to the gel alkaline electrolyte, the zinc complex ions present in the gel alkaline electrolyte increase. Thereby, it takes time to complete the reduction reaction of the zinc complex ion represented by the formula (2). That is, the region I can be extended for a long time. Here, since the transition time from the region II to the region III is when the potential of the
それだけでなく、アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とが亜鉛化合物を0.3mol/l以上含んでいれば、正極2で酸素ガスが発生した際には負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する。その理由としては次に示すことが考えられる。
In addition, if the alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte contain 0.3 mol / l or more of zinc compound, hydrogen gas is generated in the
アルカリ電解液中及びゲル状アルカリ電解液中における亜鉛錯イオンが増加するので、(2)式に示される反応によって析出する亜鉛の量が増加し、よって、亜鉛の表面積が増加する場合がある。これにより、正極2で酸素ガスが発生した際には、正極2で発生した酸素が溶存酸素として電解液中を拡散して負極3側の亜鉛表面へ到達し易くなるので、負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する。
Since zinc complex ions in the alkaline electrolyte and the gel alkaline electrolyte increase, the amount of zinc deposited by the reaction shown in the formula (2) increases, and the surface area of zinc may increase accordingly. Thereby, when oxygen gas is generated at the
アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とにおける亜鉛化合物の濃度が0.8mol/lを超えると、放電性能が低下する等の不具合を引き起こす場合がある。よって、アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とが亜鉛化合物を0.8mol/l以下含んでいることが望ましい。 If the concentration of the zinc compound in the alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte exceeds 0.8 mol / l, there may be a problem such as a decrease in discharge performance. Therefore, it is desirable that the alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte contain 0.8 mol / l or less of the zinc compound.
通常、ゲル状アルカリ電解液は、アルカリ電解液がゲル化されたものである。そのため、本実施形態では、アルカリ電解液における亜鉛化合物の濃度とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における亜鉛化合物の濃度とはほぼ同一である。 Usually, the gel-like alkaline electrolyte is a gelled alkaline electrolyte. Therefore, in the present embodiment, the concentration of the zinc compound in the alkaline electrolyte and the concentration of the zinc compound in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte are substantially the same.
また、後述の実施例では、亜鉛化合物として酸化亜鉛を例示しているが、酸化亜鉛は亜鉛化合物の一例に過ぎず、亜鉛化合物は酸化亜鉛に限定されない。 Moreover, although the zinc oxide is illustrated as a zinc compound in the below-mentioned Example, zinc oxide is only an example of a zinc compound and a zinc compound is not limited to zinc oxide.
本実施形態に係るアルカリ乾電池は、さらに、以下に示す構成を備えていることが望ましい。 The alkaline dry battery according to this embodiment preferably further has the following configuration.
本実施形態における亜鉛合金粉末のBET比表面積は0.040cm2/g以上であることが望ましい。これにより、高負荷充電時には、正極2で発生した酸素ガスが電解液中を拡散して亜鉛合金粉末の表面へ到達し易いので、負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へさらに速やかに移行する。従って、亜鉛合金粉末のBET比表面積は0.040cm2/g未満である場合に比べて、高負荷充電時における漏液の発生を防止できる。
The BET specific surface area of the zinc alloy powder in this embodiment is preferably 0.040 cm 2 / g or more. As a result, during high load charging, oxygen gas generated at the
亜鉛合金粉末のBET比表面積が0.045cm2/gを超えると、電解液に因る亜鉛の腐食に伴う水素発生の場を多く提供することになり、その結果、通常保存時における水素ガスの発生量の増加を引き起こす場合がある。よって、亜鉛合金粉末のBET比表面積は、0.040cm2/g以上0.045cm2/g以下であればさらに望ましい。 If the BET specific surface area of the zinc alloy powder exceeds 0.045 cm 2 / g, it will provide a lot of hydrogen generation fields due to the corrosion of zinc caused by the electrolyte. May cause an increase in the amount generated. Therefore, the BET specific surface area of the zinc alloy powder is more preferably 0.040 cm 2 / g or more and 0.045 cm 2 / g or less.
なお、BET比表面積が所望値を有する亜鉛合金粉末の作製方法としては、当業者が適宜選択をすれば良い。例えば、亜鉛合金粉末の粒径を変更しても良いし、所定の粒径を有する亜鉛合金粉末の割合を変更しても良い。 A method for producing a zinc alloy powder having a desired BET specific surface area may be appropriately selected by those skilled in the art. For example, the particle diameter of the zinc alloy powder may be changed, or the ratio of the zinc alloy powder having a predetermined particle diameter may be changed.
また、正極活物質として、マンガンの平均価数が3.95以上である電解二酸化マンガンを使用することが望ましい。二酸化マンガンのマンガンの平均価数が高くなると、高負荷充電時には、(1)式に示される二酸化マンガンの酸化反応を早期に終了させることができ、よって、領域IIの終了時期を早めることができる。本実施形態では、上述のように領域Iの期間が長いため、領域IIの終了時期が早まることにより領域IIの期間を更に短縮することができる。これにより、領域IIにおける水素ガスの発生量の更なる低減を図ることができるので、高負荷充電時における電池の内圧上昇をさらに防止できる。具体的には、二酸化マンガンのマンガンの平均価数が3.95以上であれば高負荷充電時における電池内圧の上昇を抑制できると考えられる。 Moreover, it is desirable to use electrolytic manganese dioxide whose average valence of manganese is 3.95 or more as the positive electrode active material. When the average valence of manganese of manganese dioxide is increased, the oxidation reaction of manganese dioxide represented by the formula (1) can be terminated early at the time of high load charging, and therefore the termination time of region II can be advanced. . In the present embodiment, since the period of the region I is long as described above, the period of the region II can be further shortened by advancing the end time of the region II. As a result, it is possible to further reduce the amount of hydrogen gas generated in the region II, thereby further preventing an increase in the internal pressure of the battery during high load charging. Specifically, if the average valence of manganese in manganese dioxide is 3.95 or more, it is considered that the increase in battery internal pressure during high load charging can be suppressed.
また、本実施形態におけるアルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、34重量%以上の水酸化カリウム水溶液であることが望ましい。アルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度及びゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度が高ければ高いほど、アルカリ電解液及びゲル状アルカリ電解液のそれぞれのpHが高くなるので、高負荷充電時には正極2での酸素発生電位が低下する。これにより、(1)式に示される二酸化マンガンの酸化反応を早期に終了させることができる。本実施形態では、上述のように領域Iの期間が長いため、領域IIの終了時期が早まることにより領域IIの期間を更に短縮することができる。よって、領域IIにおける水素ガスの発生量をさらに低減させることができる。しかし、アルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度及びゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度が40重量%を超えると、イオン導電性の低下を引き起こす場合があるので、高負荷パルス放電特性の低下を引き起こす場合がある。これらのことから、アルカリ電解液とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、34重量%以上40重量%以下の水酸化カリウム水溶液であればさらに望ましい。
In addition, the alkaline electrolyte in the present embodiment and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte are preferably 34% by weight or more of a potassium hydroxide aqueous solution. The higher the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte and the higher concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte, the higher the pH of each of the alkaline electrolyte and the gel alkaline electrolyte. During high load charging, the oxygen generation potential at the
また、本実施形態に係るアルカリ乾電池が単三形アルカリ乾電池である場合には、電池ケース1におけるエアスペースの体積(以下では単に「エアスペースの体積」と記す。)が0.35cm3以上であることが望ましい。発生するガスの体積が同じ場合、エアスペースの体積が大きいほど、水素ガスが発生したときの電池内圧の上昇を抑制できる。よって、エアスペースの体積が大きいほど、電池が漏液に至る可能性がさらに低減する。しかし、エアスペースの体積が0.70cm3を超えると、アルカリ乾電池の容量低下を引き起こす場合がある。よって、本実施形態に係るアルカリ乾電池が単三形アルカリ乾電池である場合には、エアスペースの体積は0.35cm3以上0.70cm3以下であればさらに望ましい。 Further, when the alkaline battery according to the present embodiment is an AA alkaline battery, the volume of the air space in the battery case 1 (hereinafter simply referred to as “volume of the air space”) is 0.35 cm 3 or more. It is desirable to be. When the volume of the generated gas is the same, the increase in the internal pressure of the battery when hydrogen gas is generated can be suppressed as the volume of the air space increases. Therefore, as the volume of the air space is larger, the possibility that the battery will leak is further reduced. However, if the volume of the air space exceeds 0.70 cm 3 , the capacity of the alkaline battery may be reduced. Therefore, when the alkaline battery according to the present embodiment is an AA alkaline battery, it is more desirable that the volume of the air space is 0.35 cm 3 or more and 0.70 cm 3 or less.
同様の理由から、本実施形態に係るアルカリ乾電池が単四形アルカリ乾電池である場合には、エアスペースの体積は、0.18cm3以上であることが望ましく、0.18cm3以上0.36cm3以下であればさらに望ましい。 For the same reason, when the alkaline battery of this embodiment is a AAA alkaline batteries, the volume of the air space desirably is 0.18 cm 3 or more, 0.18 cm 3 or more 0.36 cm 3 More desirable if:
なお、エアスペースの体積の測定方法としては、公知の手法を用いれば良い。 As a method for measuring the volume of the air space, a known method may be used.
以上本実施形態に係るアルカリ乾電池について電池の構成に焦点を当てて説明したが、電池の特性に着目すると、次に示す通りとなる。 Although the alkaline dry battery according to the present embodiment has been described with a focus on the battery configuration, the following is a focus on the battery characteristics.
本実施形態に係るアルカリ乾電池が単三形アルカリ乾電池である場合には、20±2℃環境下250mAでの定電流充電した時にT2−T1≦10(分)を満たしている。 When the alkaline battery according to this embodiment is an AA alkaline battery, T2−T1 ≦ 10 (min) is satisfied when the battery is charged with a constant current at 250 mA in a 20 ± 2 ° C. environment.
本実施形態に係るアルカリ乾電池が単四形アルカリ乾電池である場合には、20±2℃環境下100mAでの定電流充電した時にT2−T1≦10(分)を満たしている。 When the alkaline battery according to this embodiment is a single-size alkaline battery, T2−T1 ≦ 10 (min) is satisfied when the battery is charged with a constant current at 100 mA in an environment of 20 ± 2 ° C.
公知のアルカリ乾電池を高負荷充電させたときにはT2−T1≧30(分)であることを考慮すると、本実施形態に係るアルカリ乾電池では、領域IIの期間を短縮でき、また、領域IIから領域IIIへ移行したときには負極3では水素ガス発生反応から酸素ガス消費反応へ速やかに移行する,と言える。
Considering that T2−T1 ≧ 30 (minutes) when a known alkaline dry battery is charged with a high load, the alkaline dry battery according to the present embodiment can shorten the period of region II, and from region II to region III. It can be said that the
以下に示す実施例1〜6では単三形アルカリ乾電池について説明するが、本発明は単三形アルカリ乾電池に限定されない。 In the following Examples 1 to 6, AA alkaline batteries will be described, but the present invention is not limited to AA alkaline batteries.
<実施例1>
実施例1では、ゲル状アルカリ電解液における第4級アンモニウム塩の濃度を変更して、また、アルカリ電解液及びゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における酸化亜鉛の濃度を変更して、さらには、亜鉛合金粉末のBET比表面積を変更して、高負荷充電時における液漏れの発生確率を調べた。
<Example 1>
In Example 1, the concentration of the quaternary ammonium salt in the gel alkaline electrolyte was changed, and the concentration of zinc oxide in the alkaline electrolyte in the alkaline electrolyte and the gel alkaline electrolyte was changed. Changed the BET specific surface area of the zinc alloy powder and examined the probability of occurrence of liquid leakage during high-load charging.
−アルカリ乾電池の製造方法−
まず、正極2を作製した。電解二酸化マンガン及び黒鉛を重量比94:6の割合で混合して混合粉を得た。この混合粉100重量部に対してアルカリ電解液1重量部を加えた後、ミキサーで攪拌して混合粉とアルカリ電解液とを均一に混合し、一定粒度に整粒した。このようにして得られた粒状物を、中空円筒型を用いて加圧成形した。これにより、正極合剤ペレットを得た。
-Manufacturing method of alkaline battery-
First, the
ここで、電解二酸化マンガンとしては東ソー株式会社製のHH−TFを用い、黒鉛としては日本黒鉛工業株式会社製のSP−20を用いた。また、アルカリ電解液としては、酸化亜鉛の濃度が相異なる3種類のアルカリ電解液を用意した。具体的には、35重量%の水酸化カリウム水溶液に、0.15mol/l、0.30mol/l及び0.45mol/lとなるように酸化亜鉛を添加した。 Here, HSO-TF manufactured by Tosoh Corporation was used as the electrolytic manganese dioxide, and SP-20 manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd. was used as the graphite. As alkaline electrolytes, three types of alkaline electrolytes having different zinc oxide concentrations were prepared. Specifically, zinc oxide was added to a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution so as to be 0.15 mol / l, 0.30 mol / l, and 0.45 mol / l.
次に、電池ケース1の内部に、正極合剤ペレットを複数個挿入して加圧した。これにより、正極合剤ペレットを電池ケース1の内面に密着させた。
Next, a plurality of positive electrode mixture pellets were inserted into the
この正極合剤ペレットの内側に、円柱状に巻いたセパレータ4を挿入した。その後、セパレータ4と正極合剤ペレットとを湿潤させる目的で、本実施例におけるアルカリ電解液を注液した。セパレータ4としては、株式会社クラレ製のビニロン−リヨセル複合不織布を用いた。
A
続いて、負極3を作製した。まず、Al:0.003重量%、Bi:0.010重量%、In:0.020重量%を含有する亜鉛合金粉末をガスアトマイズ法によって作製した。次に、作製された亜鉛合金粉末を、篩を用いて分級させた。そして、BET比表面積が0.039cm2/g、0.040cm2/g、0.043cm2/g及び0.046cm2/gとなるように、亜鉛合金粉末を調製した。
Subsequently, the
この亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを混合して、ゲル状負極を作製した。ゲル状アルカリ電解液としては、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム(第4級アンモニウム塩)の濃度が相異なる3種類又は4種類のゲル状アルカリ電解液を用意した。具体的には、ゲル状アルカリ電解液は、亜鉛合金粉末100重量部に対して、本実施例におけるアルカリ電解液54重量部、架橋型ポリアクリル酸0.4重量部、及び、架橋型ポリアクリル酸ナトリウム0.7重量部が添加されたものであり、さらに、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム(0重量部)、0.00002M重量部、0.00010M重量部、及び、0.00014M重量部がそれぞれ添加されたものである。なお、本実施例では、Mは、塩化ラウリルトリメチルアンモニウムの分子量である。このようにして作製されたゲル状負極をセパレータ4の内側に挿入した。その後は、ガスケット5、負極集電子6及び負極端子板7が一体化されて形成された組立封口体を用いて電池ケース1を封口した。これにより、実施例1の単三形アルカリ乾電池が作製された。
This zinc alloy powder and a gel alkaline electrolyte were mixed to prepare a gelled negative electrode. As the gel alkaline electrolyte, three or four types of gel alkaline electrolytes having different concentrations of lauryltrimethylammonium chloride (quaternary ammonium salt) were prepared. Specifically, the gel-like alkaline electrolyte is composed of 54 parts by weight of alkaline electrolyte, 0.4 parts by weight of cross-linked polyacrylic acid, and cross-linked polyacrylic in this example with respect to 100 parts by weight of zinc alloy powder. Sodium sulfate 0.7 parts by weight was added, and lauryltrimethylammonium chloride (0 parts by weight), 0.00002 M parts by weight, 0.00010 M parts by weight, and 0.00014 M parts by weight were added. It is a thing. In this example, M is the molecular weight of lauryltrimethylammonium chloride. The gelled negative electrode thus produced was inserted into the
なお、本実施例及び後述の実施例2〜6では、アルカリ電解液における酸化亜鉛の濃度とゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における酸化亜鉛の濃度とは互いに同一であった。 In this example and Examples 2 to 6 described later, the concentration of zinc oxide in the alkaline electrolyte and the concentration of zinc oxide in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte were the same.
−アルカリ乾電池の評価方法−
1種類のアルカリ乾電池につき5個の電池を用意した。それぞれの電池を直流電源に接続し、250mAの充電レートにて2時間充電した。充電後に、目視確認により漏液の発生率(%)を求めた。なお、この評価方法を以下では「高負荷充電時の漏液試験」と記す。
-Evaluation method for alkaline batteries-
Five batteries were prepared for each type of alkaline battery. Each battery was connected to a DC power source and charged for 2 hours at a charge rate of 250 mA. After charging, the occurrence rate (%) of liquid leakage was determined by visual confirmation. Hereinafter, this evaluation method is referred to as “leakage test during high load charging”.
−結果及び考察−
結果を図3に示す。なお、図3における「塩化ラウリルトリメチルアンモニウム濃度」には、亜鉛合金粉末100重量部に対する塩化ラウリルトリメチルアンモニウムの重量部の値をその分子量で除した数字(mol)を記載している(図6及び図8においても同様)。また、図3における「充電時の漏液発生率」には、高負荷充電時の漏液試験の結果を記載している(図6及び図8においても同様)。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG. The “lauryltrimethylammonium chloride concentration” in FIG. 3 describes a number (mol) obtained by dividing the value of the parts by weight of lauryltrimethylammonium chloride with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder by the molecular weight (FIG. 6 and FIG. 6). The same applies to FIG. 8). In addition, “Liquid leakage rate at the time of charging” in FIG. 3 describes the result of the liquid leakage test at the time of high load charging (the same applies to FIGS. 6 and 8).
例えばNo.1−1〜1−3の電池に着目すると、アルカリ電解液における亜鉛化合物の濃度およびゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における亜鉛化合物の濃度が0.3mol/l以上である電池(No.1−2〜1−3の電池)では、その濃度が0.3mol/l未満である電池(No.1−1の電池)よりも、高負荷充電時の漏液発生率を低くできた。この傾向は、No.1−1〜1−3の電池以外の電池でも確認できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 For example, no. When focusing on the batteries 1-1 to 1-3, the battery (No. 1) in which the concentration of the zinc compound in the alkaline electrolyte and the concentration of the zinc compound in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte are 0.3 mol / l or more. In the battery of 1-2 to 1-3), the leakage occurrence rate at the time of high-load charging could be lowered as compared with the battery having the concentration of less than 0.3 mol / l (the battery of No. 1-1). This tendency is It was confirmed even in batteries other than the batteries 1-1 to 1-3. The reason is considered as described in the above embodiment.
また、例えばNo.1−20,1−23,1−26及び1−29の電池に着目すると、ゲル状アルカリ電解液中の塩化ラウリルトリメチルアンモニウムが亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部以上であれば高負荷充電時の漏液発生率が0%であったのに対して、その濃度が0.00002M重量部未満であれば高負荷充電時の漏液発生率は80%と極めて高かった。この傾向は、No.1−20,1−23,1−26及び1−29の電池以外の電池でも確認できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 Also, for example, No. Focusing on the batteries 1-20, 1-23, 1-26, and 1-29, the amount of lauryltrimethylammonium chloride in the gelled alkaline electrolyte is 0.00002 M parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder. If the concentration was less than 0.00002 M parts by weight, the leak rate during high load charge was as high as 80%. This tendency is It was confirmed with batteries other than the batteries 1-20, 1-23, 1-26 and 1-29. The reason is considered as described in the above embodiment.
さらに、No.1−2、1−11、1−23及び1−32の電池に着目すると、BET比表面積が0.040cm2/g以上であれば高負荷充電時の漏液発生率の更なる低下を図ることができた。この傾向は、No.1−2、1−11、1−23及び1−32の電池以外の電池でも確認できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 Furthermore, no. When focusing on the batteries of 1-2, 1-11, 1-23, and 1-32, if the BET specific surface area is 0.040 cm 2 / g or more, the leakage rate at the time of high load charging is further reduced. I was able to. This tendency is It was able to confirm also in batteries other than the battery of 1-2, 1-11, 1-23, and 1-32. The reason is considered as described in the above embodiment.
<実施例2>
実施例2では、二酸化マンガンのマンガンの価数を変更して、高負荷充電に起因する液漏れの更なる防止を検討した。
<Example 2>
In Example 2, the manganese valence of manganese dioxide was changed to study further prevention of liquid leakage caused by high load charging.
−アルカリ乾電池の製造方法−
正極2の作製方法及び負極3の作製方法を除いては上記実施例1におけるアルカリ乾電池の製造方法に従って、本実施例のアルカリ乾電池を製造した。
-Manufacturing method of alkaline battery-
Except for the production method of the
まず、正極2の作製方法を示す。
First, a method for manufacturing the
電解二酸化マンガン及び黒鉛を重量比94:6の割合で混合して混合粉を得た。この混合粉100重量部に対してアルカリ電解液1重量部を加えた後、ミキサーで攪拌して混合粉と電解液とを均一に混合し、一定粒度に整粒した。このようにして得られた粒状物を、中空円筒型を用いて加圧成形した。これにより、正極合剤ペレットを得た。 Electrolytic manganese dioxide and graphite were mixed at a weight ratio of 94: 6 to obtain a mixed powder. After adding 1 part by weight of the alkaline electrolyte to 100 parts by weight of the mixed powder, the mixed powder and the electrolytic solution were uniformly mixed by stirring with a mixer, and sized to a constant particle size. The granular material thus obtained was pressure-molded using a hollow cylindrical mold. This obtained the positive mix pellet.
ここで、電解二酸化マンガンとしては、東ソー株式会社製のアルカリ乾電池用電解二酸化マンガンHH−PF、HH−PF酸化処理品、HH−TF及びHH−TF酸化処理品の4種類を用いた。酸化処理品は、次に述べる処理が施されたものである。60℃、10wt%の硫酸水溶液に濃度が100g/lとなるように電解二酸化マンガンを添加する。このようにして得られたスラリーを60℃で1時間攪拌した後、電解二酸化マンガンを濾別、水洗、水酸化ナトリウム水溶液による中和及び再水洗を行い、マンガン価数の高い電解二酸化マンガンを得る。 Here, as the electrolytic manganese dioxide, four types of electrolytic manganese dioxide HH-PF, HH-PF oxidation treatment product, HH-TF, and HH-TF oxidation treatment product for alkaline dry batteries manufactured by Tosoh Corporation were used. The oxidized product has been subjected to the following treatment. Electrolytic manganese dioxide is added to a sulfuric acid aqueous solution at 60 ° C. and 10 wt% so that the concentration becomes 100 g / l. After stirring the slurry thus obtained at 60 ° C. for 1 hour, electrolytic manganese dioxide is filtered off, washed with water, neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution and washed again with water to obtain electrolytic manganese dioxide having a high manganese valence. .
上記4種類の二酸化マンガンのマンガン平均価数を求めた。シュウ酸を用いた酸化還元滴定で二酸化マンガン(試料)の酸化度を測定し、EDTAを用いたキレート滴定でマンガン量を測定し、マンガンの平均価数を求めた。この方法に従って各二酸化マンガンのマンガンの平均価数を求めたところ、HH−PF、HH−PF酸化処理品、HH−TF及びHH−TF酸化処理品の価数は、それぞれ、3.93、3.95、3.96、3.98であった。 The average manganese valence of the above four types of manganese dioxide was determined. The oxidation degree of manganese dioxide (sample) was measured by oxidation-reduction titration using oxalic acid, the amount of manganese was measured by chelate titration using EDTA, and the average valence of manganese was determined. When the average valence of manganese of each manganese dioxide was determined according to this method, the valences of HH-PF, HH-PF oxidation treated product, HH-TF and HH-TF oxidation treated product were 3.93, 3 and 3, respectively. .95, 3.96, 3.98.
また、アルカリ電解液としては、35重量%の水酸化カリウム水溶液に、0.4mol/lとなるように酸化亜鉛を添加したものを用いた。 Moreover, as alkaline electrolyte, what added zinc oxide so that it might become 0.4 mol / l in 35 weight% potassium hydroxide aqueous solution was used.
次に、負極3の作製方法を示す。
Next, a method for manufacturing the
実施例1で作製した亜鉛合金粉末を、BET比表面積が0.043cm2/gとなるように調製した。この亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを混合して、ゲル状負極を作製した。ゲル状アルカリ電解液は、亜鉛合金粉末100重量部に対して、本実施例におけるアルカリ電解液54重量部、架橋型ポリアクリル酸0.4重量部、及び、架橋型ポリアクリル酸ナトリウム0.7重量部が添加されたものであり、さらに、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム0.00006M重量部(Mは、塩化ラウリルトリメチルアンモニウムの分子量)が添加されたものである。 The zinc alloy powder produced in Example 1 was prepared such that the BET specific surface area was 0.043 cm 2 / g. This zinc alloy powder and a gel alkaline electrolyte were mixed to prepare a gelled negative electrode. The gel-like alkaline electrolyte is 54 parts by weight of alkaline electrolyte, 0.4 parts by weight of crosslinked polyacrylic acid, and 0.7 parts of crosslinked sodium polyacrylate in 100 parts by weight of zinc alloy powder. A part by weight is added, and 0.00006 M part by weight of lauryltrimethylammonium chloride (M is a molecular weight of lauryltrimethylammonium chloride) is further added.
−アルカリ乾電池の評価方法−
1種類のアルカリ乾電池につき5個の電池を用意し、それぞれの電池に対して高負荷充電時の漏液試験と保存時の漏液試験とを行った。なお、保存時の漏液試験では、60℃の環境下に30日間保管した後、目視確認により漏液の発生率(%)を求めた。
-Evaluation method for alkaline batteries-
Five batteries were prepared for each type of alkaline dry battery, and a leak test during high-load charging and a leak test during storage were performed for each battery. In the leakage test during storage, the rate of occurrence of leakage (%) was obtained by visual confirmation after storage in an environment at 60 ° C. for 30 days.
さらに、高負荷充電時の漏液試験において充電した電池を水中で切開して電池ケース1内のガスを捕集し、その体積を測定した。エアスペースの体積及びガス捕集量から電池内圧を計算すると、ガス捕集量が17mlのときに電池内圧は安全弁の作動圧まで到達する。したがって、ガス捕集量が17ml未満のとき、漏液の恐れがないとみなすことができる。さらに、ガス捕集量が13.5ml未満であれば、電池内圧は安全弁の作動圧に対して80%以下であるので、漏液の恐れをさらに抑えることができるので、さらに望ましいと言える。
Furthermore, the battery charged in the leak test at the time of high load charge was cut open in water, gas in the
−結果及び考察−
結果を図4に示す。なお、図4において、「(a)充電時の漏液発生率」には高負荷充電時の漏液試験の結果を記載しており、「(b)保存時の漏液発生率」には保存時の漏液試験の結果を記載している(図5及び図7においても同様)。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG. In FIG. 4, “(a) Leakage rate during charging” describes the result of the leak test during high load charging, and “(b) Leakage rate during storage” The results of the leakage test during storage are described (the same applies to FIGS. 5 and 7).
(a)充電時の漏液発生率及び(b)保存時の漏液発生率はいずれも0%であった。さらに、マンガンの平均価数が3.95以上であるとき、ガス捕集量を13.5ml未満に抑制できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 Both (a) the rate of leakage during charging and (b) the rate of leakage during storage were 0%. Furthermore, when the average valence of manganese was 3.95 or more, the amount of collected gas could be suppressed to less than 13.5 ml. The reason is considered as described in the above embodiment.
<実施例3>
実施例3では、アルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度及びゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度を変更して、高負荷充電に起因する液漏れの更なる防止を検討した。
<Example 3>
In Example 3, the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte and the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte were changed to examine further prevention of liquid leakage due to high load charging. did.
−アルカリ乾電池の製造方法−
アルカリ電解液の作製方法及び負極3の作製方法を除いては上記実施例1におけるアルカリ乾電池の製造方法に従って、本実施例のアルカリ乾電池を製造した。
-Manufacturing method of alkaline battery-
The alkaline dry battery of this example was manufactured according to the alkaline dry battery manufacturing method of Example 1 above, except for the alkaline electrolyte manufacturing method and the
アルカリ電解液としては、水酸化カリウムの濃度が相異なる6種類のアルカリ電解液を用いた。具体的には、32重量%、34重量%、36重量%、38重量%、40重量%、及び、42重量%の水酸化カリウムを含む水溶液を用意した。なお、各アルカリ電解液は、0.4mol/lの酸化亜鉛を含んでいた。 As the alkaline electrolyte, six types of alkaline electrolytes having different potassium hydroxide concentrations were used. Specifically, aqueous solutions containing 32 wt%, 34 wt%, 36 wt%, 38 wt%, 40 wt%, and 42 wt% potassium hydroxide were prepared. Each alkaline electrolyte contained 0.4 mol / l of zinc oxide.
次に、負極3の作製方法を示す。
Next, a method for manufacturing the
BET比表面積が0.043cm2/gとなるように、上記実施例1で作製した亜鉛合金粉末を調製した。この亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを混合して、ゲル状負極を作製した。ゲル状アルカリ電解液は、亜鉛合金粉末100重量部に対して、本実施例におけるアルカリ電解液54重量部、架橋型ポリアクリル酸0.4重量部、及び、架橋型ポリアクリル酸ナトリウム0.7重量部が添加されたものであり、さらに、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム0.00006M重量部(Mは、塩化ラウリルトリメチルアンモニウムの分子量)が添加されたものである。 The zinc alloy powder produced in Example 1 was prepared so that the BET specific surface area was 0.043 cm 2 / g. This zinc alloy powder and a gel alkaline electrolyte were mixed to prepare a gelled negative electrode. The gel-like alkaline electrolyte is 54 parts by weight of alkaline electrolyte, 0.4 parts by weight of crosslinked polyacrylic acid, and 0.7 parts of crosslinked sodium polyacrylate in 100 parts by weight of zinc alloy powder. A part by weight is added, and 0.00006 M part by weight of lauryltrimethylammonium chloride (M is a molecular weight of lauryltrimethylammonium chloride) is further added.
−アルカリ乾電池の評価方法−
1種類のアルカリ乾電池につき5個の電池を用意した。そして、上記実施例2と同様に、高負荷充電時の漏液試験及び保存時の漏液試験を各電池に行い、さらに、高負荷充電時の漏液試験が終了してから電池ケース1内に存在するガスの体積を測定した。また、次に示す高負荷パルス放電試験を各電池に対して行い、その平均値を求めた。
-Evaluation method for alkaline batteries-
Five batteries were prepared for each type of alkaline battery. In the same manner as in Example 2, each battery was subjected to a leak test during high load charge and a leak test during storage, and after the leak test during high load charge was completed, The volume of gas present in was measured. Moreover, the following high load pulse discharge test was done with respect to each battery, and the average value was calculated | required.
本実施例における高負荷パルス放電試験は、20℃の雰囲気下で1.5Wで2秒間放電した後0.65Wで28秒間放電するということを1サイクルとし、1時間あたりこれを連続して10サイクル行うことを繰り返すというものである。すなわち、本実施例における高負荷パルス放電試験は、1時間あたり、5分間放電して55分間休止するという間欠放電である。そして、閉路電圧が1.05Vに達するまでのパルス数を調べた。 In the high-load pulse discharge test in this example, a cycle of discharging at 1.5 W for 2 seconds in an atmosphere of 20 ° C. and then discharging at 0.65 W for 28 seconds is defined as one cycle, and this is continuously performed per hour. It is to repeat the cycle. That is, the high-load pulse discharge test in this example is intermittent discharge in which discharge is performed for 5 minutes per hour and rested for 55 minutes. The number of pulses until the closed circuit voltage reached 1.05 V was examined.
−結果及び考察−
結果を図5に示す。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG.
(a)充電時の漏液発生率及び(b)保存時の漏液発生率はいずれも0%であった。さらに、電解液中の水酸化カリウムの濃度が34重量%以上であるとき、ガス捕集量を13.5ml未満に抑制できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 Both (a) the rate of leakage during charging and (b) the rate of leakage during storage were 0%. Furthermore, when the concentration of potassium hydroxide in the electrolytic solution was 34% by weight or more, the amount of collected gas could be suppressed to less than 13.5 ml. The reason is considered as described in the above embodiment.
高負荷パルス放電試験では、水酸化カリウムの濃度が高いほど、パルス数が減少し、つまり、アルカリ乾電池の放電性能が低下した。 In the high-load pulse discharge test, the higher the potassium hydroxide concentration, the lower the number of pulses, that is, the discharge performance of the alkaline battery decreased.
これらのことから、アルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度及びゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液における水酸化カリウムの濃度が34重量%以上40重量%以下であれば、放電性能を維持しつつ、高負荷充電時における漏液発生の更なる防止を図ることができた。 From these facts, when the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte and the concentration of potassium hydroxide in the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte are 34 wt% or more and 40 wt% or less, the discharge performance is maintained. Furthermore, it was possible to further prevent the occurrence of liquid leakage during high load charging.
<実施例4>
実施例4では、保存中の水素ガスの発生抑制を検討した。
<Example 4>
In Example 4, suppression of hydrogen gas generation during storage was examined.
−アルカリ乾電池の評価方法−
上記実施例1で作製した単3形アルカリ乾電池(No.1−1〜1−18及びNo.1−31〜1−39の電池)、及び、BET比表面積が0.045cm2/gとなるように調製された亜鉛合金粉末を用いて上記実施例1と同様の方法で作製された電池(No.4−1〜4−9の電池)を、各々5個ずつ用意し、60℃環境下に30日間保管した後、目視確認により漏液の発生率(%)を求めた。さらに、これらの電池を水中で切開して、電池ケース1内のガスを捕集し、その体積を測定した。
-Evaluation method for alkaline batteries-
AA alkaline batteries (No. 1-1 to 1-18 and No. 1-31 to 1-39) produced in Example 1 and a BET specific surface area of 0.045 cm 2 / g. Five batteries (Nos. 4-1 to 4-9) prepared by the same method as in Example 1 above using the zinc alloy powder prepared as described above were prepared, respectively, in a 60 ° C. environment. And stored for 30 days, the occurrence rate (%) of liquid leakage was determined by visual confirmation. Furthermore, these batteries were dissected in water to collect the gas in the
−結果及び考察−
結果を図6に示す。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG.
全ての電池において漏液は発生しなかった。 No leakage occurred in all batteries.
保存後のガス捕集量は、亜鉛合金粉末のBET比表面積が大きいほど、また、ゲル状アルカリ電解液中における塩化ラウリルトリメチルアンモニウムの濃度が高いほど、多かった。特に、BET比表面積が0.046cm2/gであれば、BET比表面積が0.045cm2/gである場合に比べて、ガスの捕集量は非常に大きく増加した。また、ゲル状アルカリ電解液中における塩化ラウリルトリメチルアンモニウムが亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00014M重量部であれば、そのアンモニウム塩が亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00010M重量部である場合に比べて、ガスの捕集量は非常に大きく増加した。これらのことから、亜鉛合金粉末のBET比表面積は0.045cm2/g以下であることが望ましいことが確認でき、また、ゲル状アルカリ電解液は塩化ラウリルトリメチルアンモニウムを亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00010M重量部以下有していることが望ましいことが確認できた。 The amount of gas collected after storage was larger as the BET specific surface area of the zinc alloy powder was larger and as the concentration of lauryltrimethylammonium chloride in the gel alkaline electrolyte was higher. In particular, when the BET specific surface area was 0.046 cm 2 / g, the amount of collected gas was greatly increased as compared with the case where the BET specific surface area was 0.045 cm 2 / g. Further, if lauryltrimethylammonium chloride in the gel alkaline electrolyte is 0.00014 M parts by weight with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder, the ammonium salt is 0.00010 M parts by weight with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder. Compared with the case, the amount of collected gas was greatly increased. From these facts, it can be confirmed that the BET specific surface area of the zinc alloy powder is preferably 0.045 cm 2 / g or less, and the gel-like alkaline electrolyte contains lauryltrimethylammonium chloride in 100 parts by weight of the zinc alloy powder. On the other hand, it was confirmed that it was desirable to have 0.00010M parts by weight or less.
<実施例5>
実施例5では、第4級アンモニウム塩の材料を変更して、高負荷充電に起因する液漏れの更なる防止を検討した。
<Example 5>
In Example 5, the material of the quaternary ammonium salt was changed, and further prevention of liquid leakage due to high load charging was studied.
−アルカリ乾電池の製造方法−
負極3の作製方法を除いては上記実施例1におけるアルカリ乾電池の製造方法に従って、本実施例のアルカリ乾電池を製造した。なお、本実施例におけるアルカリ電解液は、35重量%の水酸化カリウム水溶液であり、0.4mol/lの酸化亜鉛を含んでいる。
-Manufacturing method of alkaline battery-
Except for the production method of the
負極3の作製方法を示す。BET比表面積が0.043cm2/gとなるように、上記実施例1で作製した亜鉛合金粉末を調製した。この亜鉛合金粉末とゲル状アルカリ電解液とを混合して、ゲル状負極を作製した。ゲル状アルカリ電解液は、亜鉛合金粉末100重量部に対して、本実施例におけるアルカリ電解液54重量部、架橋型ポリアクリル酸0.4重量部、及び、架橋型ポリアクリル酸ナトリウム0.7重量部を混合し、さらに、第4級アンモニウム塩を0.00006M重量部(Mは、各第4級アンモニウム塩の分子量)添加した。第4級アンモニウム塩としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化ジエチルジメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム及び塩化テトラデシルトリメチルアンモニウムの7種類を用いた。
A method for producing the
−アルカリ乾電池の評価方法−
上記実施例2における評価方法と同様の方法を用いて、本実施例におけるアルカリ乾電池を評価した。
-Evaluation method for alkaline batteries-
Using the same method as the evaluation method in Example 2, the alkaline dry battery in this example was evaluated.
−結果及び考察−
結果を図7に示す。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG.
いずれの第4級アンモニウム塩が添加された電池でも、(a)充電時の漏液発生率及び(b)保存時の漏液発生率は0%であった。また、第4級アンモニウム塩として2つ以上3つ以下のメチル基と直鎖アルキル基とが窒素原子に結合された第4級アンモニウム塩を用いた場合(No.5−4〜5−7の電池)では、ガス捕集量を13.5ml未満に抑制できた。この理由としては、上記実施形態で説明したことを考えている。 In any battery to which any quaternary ammonium salt was added, (a) the rate of leakage during charging and (b) the rate of leakage during storage was 0%. Further, when a quaternary ammonium salt in which 2 or more and 3 or less methyl groups and a linear alkyl group are bonded to a nitrogen atom is used as a quaternary ammonium salt (Nos. 5-4 to 5-7) In the case of (battery), the amount of gas collected could be suppressed to less than 13.5 ml. The reason is considered as described in the above embodiment.
また、詳細を省略するが、エアスペースの体積が0.35cm3以上である場合には、ガス捕集量が図7に示す値と同じであっても電池内圧を15%以上低くできた。よって、単三形アルカリ乾電池では、エアスペースの体積は0.35cm3以上であることが望ましいことが確認できた。また、単四形アルカリ乾電池では、同様の理由から、エアスペースの体積は0.18cm3以上であることが望ましいと言える。 Although details are omitted, when the volume of the air space is 0.35 cm 3 or more, the internal pressure of the battery can be reduced by 15% or more even if the gas collection amount is the same as the value shown in FIG. Therefore, it was confirmed that in the AA alkaline battery, the volume of the air space is desirably 0.35 cm 3 or more. In addition, in the AAA alkaline battery, it can be said that the volume of the air space is desirably 0.18 cm 3 or more for the same reason.
<実施例6>
実施例6では、上記実施例1におけるアルカリ乾電池を充電させたときの電圧挙動を調べた。
<Example 6>
In Example 6, the voltage behavior when the alkaline battery in Example 1 was charged was examined.
−アルカリ乾電池の充電方法−
上記実施例1におけるアルカリ乾電池(No1−1〜1−39の電池)を20±2℃環境下で250mA定電流充電し、その電池電圧をモニタリングした。そして、T1(充電開始から、電池電圧が立ち上がってその値が2.2Vに達するまでの時間(分))と、T2(充電開始から、水素ガスの発生段階を経てから電池電圧が2.1Vに低下するまでの時間(分))とを測定した。
-Charging method for alkaline batteries-
The alkaline dry battery (the battery of No. 1-1 to 1-39) in Example 1 was charged with a constant current of 250 mA in a 20 ± 2 ° C. environment, and the battery voltage was monitored. Then, T1 (time from the start of charging until the battery voltage rises until the value reaches 2.2 V (minutes)), and T2 (from the start of charging through the generation stage of hydrogen gas, the battery voltage is 2.1 V). Time (min) until the time of decrease was measured.
−結果及び考察−
結果を図8に示す。
-Results and discussion-
The results are shown in FIG.
実施例1における高負荷充電時の漏液試験において漏液の発生率が0%であった電池(No.1−11、1−12、1−14、1−15、1−17、1−18、1−23、1−24、1−26、1−27、1−29、1−30、1−32、1−33、1−35、1−36、1−38及び1−39の電池)では、T2−T1はいずれも10分以下であった。 Batteries (No. 1-11, 1-12, 1-14, 1-15, 1-17, 1- 1) in which the occurrence rate of liquid leakage was 0% in the liquid leakage test during high load charging in Example 1 18, 1-23, 1-24, 1-26, 1-27, 1-29, 1-30, 1-32, 1-33, 1-35, 1-36, 1-38, and 1-39 Battery), T2-T1 was 10 minutes or less.
一方、実施例1における高負荷充電時の漏液試験において漏液が発生した電池(No.1−1〜1−10、1−13、1−16、1−19〜1−22、1−25、1−28、1−31、1−34及び1−37の電池)では、T2−T1はいずれも10分を超えていた。 On the other hand, the batteries (No. 1-1 to 1-10, 1-13, 1-16, 1-19 to 1-22, 1- 25, 1-28, 1-31, 1-34, and 1-37), T2-T1 exceeded 10 minutes.
これらのことから、上記実施例1において漏液が発生しなかった単三形のアルカリ乾電池は、20±2℃環境下250mAでの定電流充電時においてT2−T1≦10(分)を満たす電池であると言うこともできる。 For these reasons, the AA alkaline battery in which no leakage occurred in Example 1 described above satisfies T2-T1 ≦ 10 (min) during constant current charging at 250 mA in an environment of 20 ± 2 ° C. It can also be said that.
以上説明したように、本発明によれば、未使用のアルカリ乾電池を誤って充電した場合においても、水素ガスの発生量の低減を図り且つ電池内圧の上昇を抑制できる。よって、本発明は、漏液のし難い信頼性の高いアルカリ乾電池を得るのに有効である。 As described above, according to the present invention, even when an unused alkaline dry battery is charged by mistake, the amount of hydrogen gas generated can be reduced and the increase in battery internal pressure can be suppressed. Therefore, the present invention is effective for obtaining a highly reliable alkaline battery that is difficult to leak.
1 電池ケース
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 ガスケット
6 負極集電子
7 負極端子板
8 外装ラベル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記負極は、負極活物質である亜鉛合金粉末と、ゲル状アルカリ電解液とを含み、
前記ゲル状アルカリ電解液は、第4級アンモニウム塩を前記亜鉛合金粉末100重量部に対して0.00002M重量部(Mは、前記第4級アンモニウム塩の分子量)以上含んでおり、
前記アルカリ電解液と前記ゲル状アルカリ電解液中のアルカリ電解液とは、それぞれ、亜鉛化合物を0.3mol/l以上含んでいるアルカリ乾電池。 An alkaline dry battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and at least an alkaline electrolyte retained in the separator,
The negative electrode includes a zinc alloy powder that is a negative electrode active material, and a gel alkaline electrolyte,
The gel alkaline electrolyte contains a quaternary ammonium salt in an amount of 0.00002 M parts by weight (M is the molecular weight of the quaternary ammonium salt) or more with respect to 100 parts by weight of the zinc alloy powder.
The alkaline electrolyte and the alkaline electrolyte in the gel alkaline electrolyte are alkaline batteries each containing a zinc compound in an amount of 0.3 mol / l or more.
前記電解二酸化マンガンのマンガンの平均価数は、3.95以上である請求項1または2に記載のアルカリ乾電池。 The positive electrode has electrolytic manganese dioxide as an active material,
The alkaline dry battery according to claim 1 or 2, wherein an average valence of manganese of the electrolytic manganese dioxide is 3.95 or more.
窒素原子と、
前記窒素原子に結合された2つ以上3つ以下のメチル基と、
前記窒素原子に結合され、炭素数が2以上の直鎖アルキル基とを含んでいる請求項1から5のいずれか1つに記載のアルカリ乾電池。 The quaternary ammonium salt is
A nitrogen atom,
2 or more and 3 or less methyl groups bonded to the nitrogen atom;
The alkaline dry battery according to any one of claims 1 to 5, comprising a linear alkyl group bonded to the nitrogen atom and having 2 or more carbon atoms.
前記正極、前記負極、前記セパレータ及び前記アルカリ電解液は、電池ケース内に収容されており、
前記電池ケースのエアスペースの体積は、0.35cm3以上である請求項1から7のいずれか1つに記載のアルカリ乾電池。 AA alkaline batteries
The positive electrode, the negative electrode, the separator and the alkaline electrolyte are housed in a battery case,
The alkaline dry battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the volume of the air space of the battery case is 0.35 cm 3 or more.
前記正極、前記負極、前記セパレータ及び前記アルカリ電解液は、電池ケース内に収容されており、
前記電池ケースのエアスペースの体積は、0.18cm3以上である請求項1から7のいずれか1つに記載のアルカリ乾電池。 It is a AAA alkaline battery,
The positive electrode, the negative electrode, the separator and the alkaline electrolyte are housed in a battery case,
The alkaline dry battery according to any one of claims 1 to 7, wherein a volume of an air space of the battery case is 0.18 cm 3 or more.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11322737B2 (en) | 2018-03-23 | 2022-05-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Alkaline dry batteries |
| CN115280548A (en) * | 2020-03-18 | 2022-11-01 | 松下知识产权经营株式会社 | Alkaline dry battery |
| US11817591B2 (en) | 2020-05-22 | 2023-11-14 | Duracell U.S. Operations, Inc. | Seal assembly for a battery cell |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0290465A (en) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Alkaline battery and its negative electrode active material |
| JPH05151975A (en) * | 1991-11-26 | 1993-06-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Alkaline zinc battery |
| JPH06223829A (en) * | 1993-01-21 | 1994-08-12 | Toshiba Battery Co Ltd | Zinc alkaline battery |
| JP2003151569A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Sony Corp | Alkaline zinc primary battery and alkaline zinc secondary battery |
| JP2004179044A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Hitachi Maxell Ltd | Negative electrode active material for alkaline primary battery and alkaline primary battery using the same |
| JP2006179429A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Alkaline battery |
| WO2009124161A1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-08 | The Gillette Company | Battery |
-
2010
- 2010-03-31 JP JP2010080665A patent/JP2011216218A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0290465A (en) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Alkaline battery and its negative electrode active material |
| JPH05151975A (en) * | 1991-11-26 | 1993-06-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Alkaline zinc battery |
| JPH06223829A (en) * | 1993-01-21 | 1994-08-12 | Toshiba Battery Co Ltd | Zinc alkaline battery |
| JP2003151569A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Sony Corp | Alkaline zinc primary battery and alkaline zinc secondary battery |
| JP2004179044A (en) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Hitachi Maxell Ltd | Negative electrode active material for alkaline primary battery and alkaline primary battery using the same |
| JP2006179429A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Alkaline battery |
| WO2009124161A1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-08 | The Gillette Company | Battery |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11322737B2 (en) | 2018-03-23 | 2022-05-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Alkaline dry batteries |
| US11637278B2 (en) | 2018-03-23 | 2023-04-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Alkaline dry batteries |
| CN115280548A (en) * | 2020-03-18 | 2022-11-01 | 松下知识产权经营株式会社 | Alkaline dry battery |
| US11817591B2 (en) | 2020-05-22 | 2023-11-14 | Duracell U.S. Operations, Inc. | Seal assembly for a battery cell |
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