碱性电池制造技术

一种碱性电池，其含有正极、负极及碱性电解液，正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂，羟基氧化镍由固溶了锰的β型结构的晶体构成，在羟基氧化镍中含有的镍和锰的合计量中锰所占的含有率是０．５－１０ｍｏｌ％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱性电池
本专利技术涉及作为一次电池的碱性电池，更详细地说，涉及在正极合剂中含有作为活性物质的二氧化锰和羟基氧化镍(也称之为碱式氢氧化镍)，并采用了反置式(inside-out)结构的所谓镍锰电池。
技术介绍
碱性电池具有反置式结构，该结构具备：兼作正极端子的正极壳、粘附在正极壳的内侧而配置的圆筒状的含有二氧化锰的正极合剂切片(pellet)、和在正极合剂切片的中空中隔着隔膜配置的凝胶状锌负极。碱性电池的正极合剂一般由电解二氧化锰和石墨导电剂组成。伴随着近年来的数字设备的普及，使用碱性电池的设备的负荷电力不断变大，正希望得到一种强负荷放电性能优异的电池。相应地，提出了在正极合剂中混合羟基氧化镍，提高电池的强负荷放电特性的方案(参照专利文献1)。在近些年，这样的碱性电池已被实用化，并被广泛普及。在碱性电池中使用的羟基氧化镍，一般是用次氯酸钠水溶液等氧化剂氧化碱性蓄电池用途的球状或鸡蛋状的氢氧化镍而得到的(参照专利文献2)。此时，为了实现在电池内的高密度填充，松密度(堆积密度)大、由β型结构的晶体构成的氢氧化镍作为原料被使用。用氧化剂处理这样的原料，就得到由β型结构的晶体构成的羟基氧化镍。出于提高电池的正极容量或其利用率的目的，有时将含有钴、锌等的碱性蓄电池用途的氢氧化镍作为原料使用(参照专利文献3)。在这样的氢氧化镍晶体中固溶有钴、锌等，形成氢氧化镍的固溶体。甚至在近些年也零散看到下述提案：在碱性电池中使用大致球状的-->羟基氧化镍的提案(参照专利文献4)、在碱性电池中使用含有锌或钴的固溶体的羟基氧化镍的提案(参照专利文献5)、控制羟基氧化镍的BET比表面积的提案(参照专利文献6)、控制羟基氧化镍中所含的硫酸根等杂质的含量的提案(参照专利文献7)、控制羟基氧化镍或电解二氧化锰的平均粒径的提案(参照专利文献8)，等等。这些提案均可看作是将与碱性蓄电池(二次电池)的正极相关的众所周知的技术转移到一次电池用途中的提案。专利文献1：特开昭57-72266号公报专利文献2：特公平4-80513号公报专利文献3：特公平7-77129号公报专利文献4：特开2002-8650号公报专利文献5：特开2002-203546号公报专利文献6：特开2003-31213号公报专利文献7：特开2003-123745号公报专利文献8：特开2003-123747号公报
技术实现思路
在由电解二氧化锰和石墨导电剂组成的基本组成中添加羟基氧化镍的场合，碱性电池的放电电压在负极含锌的场合大多具有2个放电平台区。第1平台在电池电压约1.6V附近产生，第2平台在电池电压约1.25V产生。第1平台区的放电容量主要是羟基氧化镍所含的3.0价附近的镍被还原到低氧化状态的放电反应所产生的。总的来说，可以说第1平台区的放电容量越大对电池的高容量化越有利。可是，当在第1平台区放电到全部的羟基氧化镍被还原为2价附近时，羟基氧化镍的电子传导性急剧降低，正极合剂全体的电子传导性也降低。其结果是，不能充分利用主要在第2平台区有助于放电反应的电解二氧化锰的容量。考虑到这一点，可以说在第1平台区不使羟基氧化镍完全放电为好。-->直到达到第2平台区前，羟基氧化镍具有适度的残余容量为好。由此在电解二氧化锰放电时正极合剂也能够保证比较高的电子传导性。可是，从原料的生产性、价格等观点考虑，基本上是将碱性蓄电池用途的羟基氧化镍直接地转用在碱性电池中的方案。因此，着眼于上述那样的特有的放电机构的材料开发尚未进行。因此，发生不能充分利用填充到电池内的电解二氧化锰和羟基氧化镍的容量的情况。本专利技术的一个目的是在第2平台区中电解二氧化锰放电时正极合剂的电子传导性也较高地维持，并充分利用填充到电池内的电解二氧化锰和羟基氧化镍的容量。本专利技术的另一个目的是提供能够同时兼具进一步提高强负荷放电特性、并提高电解二氧化锰的利用率的有效的措施。即，本专利技术涉及一种碱性电池，该电池含有正极、负极及碱性电解液，正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂，羟基氧化镍由固溶了锰的β型结构的晶体构成，在羟基氧化镍中含有的镍和锰的合计量中锰所占的含有率是0.5-10mol％。本专利技术的又一个目的是提供用于将在第2平台区得到的羟基氧化镍的放电容量控制在适当量，并在电池高容量化的同时提高电解二氧化锰利用率的有效的措施。针对上述目的，本专利技术提供一种碱性电池，该电池含有正极、负极及碱性电解液，正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂，上述羟基氧化镍具有如下特性。即，在本专利技术中，制作由上述羟基氧化镍和上述石墨导电剂的混合物构成的成型体，在将上述成型体浸渍在含有40重量％的KOH的水溶液中，对成型体施加每1g羟基氧化镍为5mA的恒流的场合，成型体的电位具有相对于Hg/HgO电极为+500～+100mV的第1平台区、和相对于Hg/HgO电极为+100～-400mV的第2平台区，第1平台区中的每1g羟基氧化镍的放电容量是220～250mAh，第2平台区中的每1g羟基氧化镍的放电容量是10～25mAh。根据本专利技术，羟基氧化镍并不在第1平台区完全放电，直到达到第-->2平台区还具有适度的残余容量。由此，在第2平台区中电解二氧化锰放电时正极合剂的电子传导性也较高地维持。因此，充分利用填充到电池内的电解二氧化锰和羟基氧化镍的容量成为可能。根据本专利技术，不仅能够充分利用电解二氧化锰和羟基氧化镍的容量，还能够大幅度提高电池的强负荷放电特性。根据本专利技术，通过将在第2平台区得到的羟基氧化镍的放电容量控制在适当量，在充分确保第1平台区的放电容量的同时，能够充分提高来自电解二氧化锰的集电性。附图说明图1是本专利技术的实施例的镍锰电池的一部分被剖截的主视图。图2是实施例1的镍锰电池A1～C1的放电曲线。图3是实施例1的模型电池A2～C2的正极的电位曲线。具体实施方式本专利技术的碱性电池含有正极、负极及碱性电解液，正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂。当将电解二氧化锰和羟基氧化镍进行比较时，在每单位重量的容量(mAh/g)、向壳内填充的容易度、材料价格等方面，电解二氧化锰更优异。另一方面，在放电电压和强负荷放电特性的方面，羟基氧化镍更优异。因此，若考虑电池特性的平衡和价格，优选正极合剂所含的羟基氧化镍和电解二氧化锰的合计量中羟基氧化镍和电解二氧化锰所占的含有率分别是10-80重量％及20-90重量％。另外，从得到特性平衡特别优异的电池的观点出发，进一步优选羟基氧化镍和电解二氧化锰的含有率分别是30-60重量％及40-70重量％。正极合剂中的活性物质的体积能量密度高为好。另一方面，为确保充分的强负荷放电特性，需要使正极合剂含有由石墨组成的导电剂。从-->这样的观点出发，在正极合剂所含的羟基氧化镍和电解二氧化锰及石墨导电剂的合计量中石墨导电剂所占的含有率优选是3-10重量％，进一步优选是5-8重量％。当上述含有率小于3重量％时，不管残余容量，正极合剂全体的电子传导性会变得不充分。另一方面，当上述含有率超过10重量％时，活性物质在正极合剂中占的比例过小，活性物质的体积能量密度会变得不充分。将在本专利技术的碱性电池的正极中使用的羟基氧化镍与石墨导电剂混合，将其混合物成型，将所得到的成型体浸渍在含有40重量％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性电池，其含有正极、负极及碱性电解液，所述正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂，所述羟基氧化镍由固溶了锰的β型结构的晶体构成，在所述羟基氧化镍中含有的镍和所述锰的合计量中所述锰所占的含有率是０．５－１０ｍｏｌ％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-3-24 087433/20041.一种碱性电池，其含有正极、负极及碱性电解液，所述正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂，所述羟基氧化镍由固溶了锰的β型结构的晶体构成，在所述羟基氧化镍中含有的镍和所述锰的合计量中所述锰所占的含有率是0.5-10mol％。2.一种碱性电池，其含有正极、负极及碱性电解液，所述正极具有包含羟基氧化镍、电解二氧化锰和石墨导电剂的正极合剂；在将由所述羟基氧化镍和所述石墨导电剂的混合物构成的成型体浸渍在含有40重量％的KOH的水溶液中，对所述成型体施加每1g所述羟基氧化镍为5mA的恒流的场合，所述成型体的电位具有相对于Hg/HgO电极为+500～+100mV的第1平台区、和相对于Hg/HgO电极为+100～-400mV的第2平台区，所述第1平台区中的每1g所述羟基氧化镍的放电容量是220～250mAh，所述第2平台区中的每1g所述羟基氧化镍的放电容量是10～25mAh。3.根据权利要求1所述的碱性电池，其中，在所述正极合剂中含有的所述羟基氧化镍与所述电解二氧化锰的合计量中所述羟基氧化镍所占的含有率是10-80重量％，在所述合计量中所述电解二氧化锰所占的含有率是20-90重量％。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤文生，泽田胜也，冈田忠也，向井保雄，野矢重人，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]