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碱性干电池

阅读：1057发布：2021-01-17

IPRDB可以提供碱性干电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是由正极、负极及碱性电解液构成的碱性干电池，上述正极由二氧化锰及石墨粉末构成，并且含有作为添加剂的Ti(SO4)2。，下面是碱性干电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.碱性干电池，它是由正极、负极及碱性电解液构成，其特征在于，上述正极由二氧化锰及石墨粉末构成，并且含有作为添加剂的Ti(SO4)2；

其中正极所含的上述Ti(SO4)2的量对100重量份上述二氧化锰为0.05-6重量份。

2.根据权利要求1所述的碱性干电池，其特征在于，上述正极所含的上述 Ti(SO4)2的量对100重量份上述二氧化锰为0.1-5重量份。

说明书全文

技术领域

本发明涉及碱性干电池。

背景技术

随着手提电话等便携式信息设备的进步，人们强烈要求能强负荷放电的碱性干电池。

在以往的碱性干电池中，为使强负荷放电特性增强，人们提出采用锐钛矿类的二氧化钛(例如日本特许公表公报平8-510355号)、以二氧化钛作为主体的复合氧化物(例如日本特许公开公报平9-139201号)、硫酸钡等钡化合物(例如国际公开第00/30198号)作为正极用添加剂。

若在正极中添加二氧化钛、以二氧化钛为主体的复合氧化物或钡化合物时，一定程度上将强负荷放电特性提高。但活性物质的利用率不充分。另外，为得到充分的效果，必须大量使用上述以往的添加剂。为此，活性物质的二氧化锰在正极中的填充量减少，电池的放电容量降低，所以轻负荷放电特性减弱。碱性干电池也被使用在时钟等必须轻负荷放电的设备中，由此，轻负荷放电特性的减弱是不理想的。

发明内容

本发明涉及由正极、负极及碱性电解液构成的碱性干电池，上述正极由二氧化锰及石墨粉末构成，并且含有作为添加剂的Ti(SO4)2。

在上述正极中所含的上述Ti(SO4)2的量较好对100重量份上述二氧化锰为0.1 -5重量份。

附图说明

图1为本发明的碱性干电池一例的部分纵截面图。

具体实施方式

本发明的碱性干电池的正极含有正极活性物质二氧化锰、导电材料石墨粉末及添加剂硫酸钛(Ti(SO4)2)。

通过在正极中含有Ti(SO4)2，可期待具有提高强负荷放电或中负荷放电时的正极活性物质的利用率的效果。还提高正极的成形性、增加活性物质的填充量，因而可期待具有抑制轻负荷放电特性减弱的效果。

强负荷放电或中负荷放电时，正极活性物质的利用率降低的原因被认为是由于二氧化锰的晶格在放电中变形，正极的导电性劣化的缘故。原来，因没能发现抑制二氧化锰的晶格变形的有效对策，所以很难充分提高活性物质的利用率。

本发明的碱性干电池的正极因含有Ti(SO4)2，所以在正极内部有硫酸根离子生成。而该硫酸根离子被认为会进入二氧化锰晶格的空间里而抑制放电中的晶格的变形。为此，即使在放电末期，晶格也能保持初始状态，支配正极还原反应的质子能够顺利地移动和扩散，可防止正极导电性的劣化。

Ti(SO4)2具有水溶性。Ti(SO4)2水溶液还能起到由二氧化锰及导电材料构成的正极合剂的粘合剂的作用。即，还期待Ti(SO4)2具有使正极合剂的成形性提高、增加正极在电池内的填充量的效果。

即使少量的Ti(SO4)2，也被认为发挥和以往的添加剂同等或以上的效果。由此，和以往相比，可期待具有提高正极中活性物质填充量的效果，即，抑制轻负荷放电特性劣化的效果。

即使少量的Ti(SO4)2，也能发挥和以往的添加剂同等或以上的效果被认为是由于电离度大、可提供更多的硫酸根离子的缘故。

上述正极较好每100重量份的二氧化锰含有0.1-5重量份的Ti(SO4)2。若 Ti(SO4)2的量超过5重量份的话，则存在轻负荷放电特性低下的趋势；若不到0.1 重量份的话，则很难充分提高强负荷放电特性及/或中负荷放电特性。Ti(SO4)2的量特好是每100重量份的二氧化锰含1-3重量份。

若直接使用Ti(SO4)2的粉末的话，粉末的吸湿性高，所以在生产工序中，添加量的管理会变得繁杂。为此，最好将Ti(SO4)2作为水溶液添加到正极合剂中。

在配制正极合剂时，将Ti(SO4)2作为水溶液使用的情况下，较好使用含Ti(SO4)2 在1重量％以上的水溶液。若水溶液中的Ti(SO4)2浓度不到1重量％时，含所需量Ti(SO4)2的水溶液的量便增加，正极合剂的成形加工性降低。

而配制正极合剂的方法例如为：以规定比例将二氧化锰和石墨粉末混合，添加Ti(SO4)2的水溶液到所得混合物中，再经混合就可配制而成。所得正极合剂通常被压缩成形为薄片状。薄片状的正极合剂被粉碎为颗粒状，经筛子分级，然后由10-100目大小的粒子构成的正极合剂被加压成形为短筒状的丸状。

对于二氧化锰及石墨粉末，并无特别限制，可用以往所用的物质。另外，对于负极及碱性电解液，并无特别限制，也可用以往所用的物质。

下面，根据实施例对本发明进行更具体说明，但本发明不受这些实施例的限制。

实施例1-6及比较例1

本发明实施例中所制得的碱性干电池的部分纵截面图显示在图1中。

图1中，成形为短筒状的丸状的多个正极合剂2以粘附在外壳内壁的状态被填充在电池外壳1的内部。隔着有底圆筒形的隔层4而将凝胶状负极3收容在正极合剂2的中空部分。作为电池外壳1，可用内面镀有镍的钢制外壳等。在隔层4 的底面上铺有增强的底纸9。底纸9的材质和隔层4相同。

如下所述制作该电池。

(1)正极合剂的制作

以90∶10的重量比率将二氧化锰和石墨粉末混合，再在该混合物中，添加调整为规定浓度的Ti(SO4)2的水溶液并混合。将这里所用的水溶液的量调整为如表1所示的对每100重量份二氧化锰的Ti(SO4)2的量为规定量(x重量份)。

每100重量份所得的混合物中，添加3重量份的碱性电解液，充分搅拌后， -压缩成形为薄片。然后，粉碎薄片状正极合剂而成颗粒状，经筛子将其分级而成为10-100目的粒子状。然后，将粒子状的正极合剂加压成形为短筒状的丸状。将2个所得的丸状的正极合剂2插入电池外壳1的内部，利用加压夹具而使正极合剂2粘附在电池外壳1的内壁上。

在配置在电池外壳1内部的正极合剂2的中空部分，配制有底圆筒形的隔层 4。将规定量的碱性电解液注入到隔层4的内部，在规定时间内使其吸收到隔层4 中。其后，将凝胶状负极3填充在隔层4的内部。然后，将负极集流体6插入凝胶状负极3的中央。使绝缘垫5及兼做负极端子的底板7和负极集流体6成为一体。

凝胶状负极3由混合33重量份的碱性电解液、1重量份的凝胶化剂及66重量份的锌粉末而制成。作为凝胶化剂，可用聚丙烯酸钠。作为碱性电解液，可用 40重量％的氢氧化钾水溶液。

作为隔层4及底纸9，可用聚乙烯醇纤维和人造纤维制成的无纺布。

隔着绝缘垫5的端部将电池外壳1的开口端部卷边紧固在底板7的外边缘，密封电池。在电池外壳1弯曲了的开口端部上配置有绝缘圈10。最后，用外包装标签8将电池外壳1的外表面覆盖，制成碱性干电池。

表1 实施例编号 Ti(SO4)2的量：X (重量份) 放电持续时间 2.2Ω 10Ω 39Ω 比较例1 0 100 100 100 实施例1 0.05 101 100 100 实施例2 0.1 105 103 100 实施例3 1 112 109 100 实施例4 3 113 109 100 实施例5 5 113 108 99 实施例6 6 112 108 97

对所得的碱性干电池进行如下评价。

(评价)

为了评价强负荷放电特性，在2.2Ω的负荷和终止电压0.9V下使初次(刚制成后)的碱性干电池连续放电，测定此时的放电时间。将未添加Ti(SO4)2的碱性干电池(比较例1)的结果作为基准值100，将强负荷放电特性作为指数表示。其结果如表1所示。

对于中负荷放电特性，除了在10Ω的负荷下连续放电以外，其余均与上述强负荷放电特性情况一样进行评价。对于轻负荷放电特性，除了在39Ω的负荷下进行连续放电以外，其余均与上述强负荷放电特性情况一样进行评价。其结果如表 1所示。

从表1可知：添加于正极合剂中的Ti(SO4)2的量对每100重量份的二氧化锰为0.1-5重量份时，碱性干电池的强负荷放电特性优异，并且没发现轻负荷放电特性劣化。另一方面，如果Ti(SO4)2的量如实施例1一样过少的话，不大能得到使正极活性物质利用率提高的效果，所以强负荷放电特性几乎没增强。另外，如果Ti(SO4)2的量如实施例6一样过多的话，发现轻负荷放电特性劣化。

比较例2及3

除了用TiO2(比较例2)或BaSO4(比较例3)代替Ti(SO4)2以外，其余均与实施例3一样制得碱性干电池。即，在比较例2中，每100重量份的二氧化锰，用1重量份的TiO2，而在比较例3中，每100重量份的二氧化锰，用1重量份的 BaSO4。

采用所得的碱性于电池，和实施例1等一样进行评价。其结果如表2所示。

表2 实施例编号添加剂放电持续时间 2.2Ω 10Ω 39Ω 实施例3 Ti(SO4)2 112 109 100 比较例2 TiO2 107 105 98 比较例3 BaSO4 106 104 97

从表2可知：和以往的含有同量添加剂的电池相比，含有Ti(SO4)2的电池的强负荷·中负荷放电特性更加优异。这是因为，和硫酸钡相比，Ti(SO4)2能提供更多的硫酸根离子，而更多的硫酸根离子可抑制二氧化锰晶格的变形，可防止正极导电性的劣化。含Ti(SO4)2的电池，即使在轻负荷放电特性上也没发现有劣化的原因被推测是可能由于含Ti(SO4)2的正极的成形性增强，正极的填充量增加的缘故。

产业上应用的可能性

如上所述，利用本发明的理想方式可提供例如，强负荷放电特性及中负荷放电特性都优异的、并且抑制了轻负荷放电特性低下的碱性干电池。

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