[發明專利]無汞堿性干電池

無效

• 申請號: 200980135478.2
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN102150309A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 島村治成;布目潤;加藤文生
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M6/06
• 分類號: H01M6/06;H01M4/06;H01M4/42
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳建全

技術領域

本發明涉及無汞堿性干電池。

背景技術

正極采用二氧化錳、負極采用鋅、電解液采用堿性水溶液的堿性錳干電池由于通用性高而且廉價，因而作為各種設備的電源得到廣泛普及。

在堿性干電池中，負極活性物質通常使用由氣體霧化法等得到的無定形的鋅粉。以前，為了充分確保鋅粉相互之間的接觸及鋅粉和集電體的接觸，從而提高集電效率，在負極中加入汞從而在鋅粉表面形成汞齊。例如，在專利文獻5中公開了一種在通過電解制作的針狀鋅中加入汞以取代鋅粉而作為負極活性物質的電池。但是，從對環境的角度考慮，在1980～1990年左右，進行了堿性干電池的無汞化，由此使堿性干電池的耐蝕性及放電特性下降。

有關耐蝕性的問題，例如通過采用專利文獻1所述的技術即采用含有少量銦、鋁、鉍等的高耐蝕性的鋅合金粉而得到了解決。

另一方面，關于放電特性，如專利文獻2～4所述，通過將鋅的帶狀物(ribbon)或纖維作為負極活性物質而進行改善的嘗試。在專利文獻2的技術中，通過用粘接劑固定鋅纖維和鋅粒子而形成負極，在專利文獻3的技術中，通過將鋅纖維形成為毛絨(棉狀)而作為多孔性固體鋅電極，在專利文獻4的技術中，采用鋅帶狀物作為負極活性物質。這些負極與通過汞齊固定鋅粉相互之間或針狀鋅相互之間的有汞電池同樣，由于具有多孔性、且固定鋅相互之間，因此不是使用目前市售的堿性干電池中使用的凝膠狀電解液，而是使用KOH水溶液作為電解液。在市售的堿性干電池中使用凝膠狀電解液，以便不使鋅粉末因無汞化而沉淀，從而與電解液分離。但是，在凝膠狀電解液中，與周圍的鋅粉末或集電體的接觸并不充分的鋅粉末的凝集體未進行充分的反應，就這樣處于沒有作為負極活性物質而加以利用的狀態，但在專利文獻2～4所述的技術中不會產生這樣的問題。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特公平3-71737號公報

專利文獻2：日本特表2008-516410號公報

專利文獻3：日本特表2008-518408號公報

專利文獻4：日本特表2002-531923號公報

專利文獻5：美國專利第3853625號公報

發明內容

發明所要解決的課題

但是，在專利文獻2～4所述的技術中，負極與目前市售的堿性干電池完全不同，因此在制造時所存在的問題是：需要開發使用新的制造工序及設備，從而制造成本增大。另外，在專利文獻2所述的技術中，負極為用粘接劑固定鋅粒子和鋅纖維而成的結構體，因而存在的課題是：因放電帶來的正極的膨脹而對負極的結構體施加局部的應力，因應力集中而使結構體破壞，從而使電子傳導網絡斷裂。在專利文獻3所述的技術中，通過壓縮毛絨狀的鋅纖維來形成負極，因而存在的課題是：難以形成均勻的多孔體結構，產生電子傳導網絡和電解液的擴散性不均勻，從而使負極利用率降低。在專利文獻4所述的技術中，利用鋅帶狀物形成負極，因而存在的課題是：負極中的鋅間的間隙缺少連續性，電解液的擴散受到抑制，從而使負極利用率降低。

本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠以低成本而提高放電特性的無汞堿性干電池。

用于解決課題的手段

為解決上述的課題，本發明涉及一種無汞堿性干電池，其具備正極、負極和隔膜，其中，所述負極含有作為負極活性物質的短纖維形狀的鋅和作為分散介質的凝膠狀堿性電解液，所述短纖維形狀的鋅的構成是：長度為1mm～50mm，橫斷面的長徑為2μm～1mm，比表面積為50cm²/g～1000cm²/g。此外，優選短纖維形狀的鋅的長度為橫斷面的長徑的2倍以上。

所述負極可以設計為不含有使所述負極活性物質相互之間粘接在一起的粘接劑的構成。這里所謂粘接劑，是在干電池中粘接固定負極活性物質相互之間，并保持負極活性物質相互之間的接觸狀態的物質。所述粘接劑例如是聚乙烯醇。

在某實施方式中，橫斷面的長徑和短徑具有0.1≤短徑/長徑≤1的關系。

在某實施方式中，短纖維形狀的鋅的結晶粒徑為1μm～50μm。

在某實施方式中，作為負極活性物質還含有最大直徑為500μm以下的鋅粒子，所述短纖維形狀的鋅的量為負極活性物質總量的2質量％～80質量％。優選所述橫斷面的長徑和短徑具有0.15≤短徑/長徑≤1的關系，而且所述鋅粒子的最大直徑為250μm以下。

在某實施方式中，負極的密度為2.3g/cm³～3.8g/cm³。