圆筒型碱性电池制造技术

一种圆筒型碱性电池，正极中的二氧化锰的填充密度Dc为2.8～3.0g/cm3，负极中的锌或者锌合金的填充密度Da为2.0～2.3g/cm3。二氧化锰的填充密度Dc、锌或者锌合金的填充密度Da、正极的径向的厚度Tc以及负极的径向的厚度Ta满足以下的关系式(1)～(3)中的任意一个。关系式(1)：-1.975×(Tc/Ta)+2.745＜Dc/Da＜-1.690×(Tc/Ta)+2.734；关系式(2)：-11.652×(Tc/Ta)2+14.470×(Tc/Ta)-3.095＜Dc/Da＜11.652×(Tc/Ta)2-18.420×(Tc/Ta)+8.585；关系式(3)：-8.895×(Tc/Ta)2+12.864×(Tc/Ta)-3.258＜Dc/Da＜8.895×(Tc/Ta)2-16.244×(Tc/Ta)+8.726。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种圆筒型碱性电池，进一步详细地涉及正极以及负极的改良。
技术介绍
圆筒型碱性电池是使用于从低负荷到高负荷广范围的电流区域的价格便宜的干电池，作为便携设备等的电子设备的电源被广泛地使用。因此，以放电性能的改善为目的的研究开发在积极地进行。例如，在专利文献I中提出了这样的方案，负极中的锌的填充密度为1.6g/cm3以上，正极中的二氧化锰的填充密度为2. 8g/cm3以上，正负极的容量密度大约超过O. 48Ah/3cm ο在专利文献2中提出，关于5号的碱性电池，正极中的石墨的填充密度为O. 12 O. 23，正极的径向的厚度Tp和负极的径向的厚度Tn的比Tp/Tn为O. 63 O. 72或者O. 67 0.77。Τρ/Τη为O. 63 O. 72时，高速率放电特性提高，Τρ/Τη为O. 67 O. 77时，低速率放电特性提高。现有技术文献专利文献专利文献I :国际公开第94/024709号小册子专利文献2 日本特开2009-158257号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在专利文献I中仅使得电极的填充密度(活性物质量)增大，具体来说，没有充分地研究如何提高电极的填充密度等电极的制造条件。在专利文献2中，关于正极中的二氧化锰的填充密度以及负极中的锌的填充密度没有被充分地研究。又，在专利文献I以及2中，也没有对提高正负极的密度的情况下的正负极的填充密度比以及径向的厚度比那样的正极和负极的平衡进行研究。解决问题的手段一种圆筒型碱性电池,具有有底圆筒形的电池盒；中空圆筒状的正极，所述正极收纳在所述电池盒中，包含二氧化锰以及石墨；负极，所述负极填充在所述正极的中空部，包含锌或者锌合金；隔膜，所述隔膜配置在所述正极和所述负极之间；被插入所述负极中的棒状的负极集电体；和碱性电解液，所述正极中的所述二氧化锰的填充密度Dc为2. 8 3g/cm3，所述负极中的所述锌或者锌合金的填充密度Da为2 2. 3g/cm3,这里，在本专利技术的一个方面，所述二氧化锰的填充密度Dc、所述锌或者锌合金的填充密度Da、所述正极的直径方向的厚度Tc以及所述负极的直径方向的厚度Ta满足以下关系式(1)，-I. 975 X (Tc/Ta) +2. 745 < Dc/Da < -I. 690 X (Tc/Ta) +2. 734本专利技术的另一个方面，所述二氧化锰的填充密度Dc、所述锌或者锌合金的填充密度Da、所述正极的直径方向的厚度Tc以及所述负极的直径方向的厚度Ta满足以下关系式⑵，-11. 652X (Tc/Ta) 2+14. 470 X (Tc/Ta)_3. 095 < Dc/Da < 11. 652X (Tc/Ta) 2-18. 420X (Tc/Ta)+8. 585本专利技术的另一个方面，所述二氧化锰的填充密度Dc、所述锌或者锌合金的填充密度Da、所述正极的直径方向的厚度Tc以及所述负极的直径方向的厚度Ta满足以下关系式⑶，-8· 895X (Tc/Ta) 2+12. 864 X (Tc/Ta)_3. 258 < Dc/Da < 8. 895X (Tc/Ta)2-16. 244X (Tc/Ta)+8. 726专利技术的效果根据本专利技术，可以在提高正极以及负极的填充密度的同时，将正负极的填充密度比以及径向的厚度比的平衡控制在与以前不同的平衡的良好范围，所以能够提供一种具有优良放电性能的圆筒型碱性电池。所附的权利要求书中记载了本专利技术的新特征，但本专利技术涉及构成及内容这两方面结合本专利技术的其他的目的及特征，对照附图进行以下详细的说明，由此可以更好地理解本专利技术。附图说明图I是本专利技术的实施例中的圆筒型碱性电池的一部分为的剖剖面的主视图。图2是图I中的圆筒型碱性电池的横剖面图。图3是示出本专利技术的实施例中的正负极的填充密度比Dc/Da和正负极的径向的厚度比Tc/Ta的关系的图。图4是示出图3中的回归直线La的95 %置信区间的图。图5是示出图3中的回归直线Lb的95 %置信区间的图。具体实施例方式本专利技术的专利技术者在研究圆筒型碱性电池的电极的高密度化的时候，注意到以下这一点。碱性电池的生产有两个大的限制。一个是关于电极的制造的物理限制。另一个是关于电极的形状变化的限制。 关于电极的制造的物理限制是指机械加工的界限。正极的制作包含将正极合剂加压成形得到粒状的正极的工序。但是，由于加压成形所用的金属模具在压力超过其容许应力时就会破损，所以在加压成形时施加的力是有上限的。因此，正极中的二氧化锰的填充密度的限度在3g/cm3左右。负极的制作包含在电池盒内的规定部位填充凝胶状的负极的工序。如果锌的填充密度提高的话，负极的流动性降低，在电池盒内紧实地填充负极变得困难。因此，负极中的锌的填充密度的限度在2. 3g/cm3左右。关于电极的形状变化的限制是指需要预先精确地确定用于电极的成形、填充的金属模具或工具的尺寸，这意味着尺寸的变更是比较困难的。尺寸的变更需要很大的成本。即，在生产活动中，能够频繁地交换金属模具或工具的自由度是比较低的。例如，用于正极的成形的金属模具的尺寸(正极的内径以及外径的尺寸)、填充负极的注射喷嘴的口径的尺寸的变更是比较困难的。从电池的生产率以及相对于制造的可靠性的观点出发，基于高的可靠性确定金属模具以及喷 嘴的尺寸以使得金属模具以及喷嘴能够长期使用是重要的。因此，电极的高密度化需要在以下这样的条件下进行，即在满足能够生产的物理性限制的同时，可以实现高效率的可靠性高的生产这样的条件。又，碱性电池有结构上的限制。碱性电池采用内外分开(inside-out)的结构。具体的来说，碱性电池具有有底圆筒形的电池盒、收纳在电池盒中的包含二氧化锰以及石墨的中空圆筒状的正极、填充在正极的中空部的包含锌或者锌合金的负极、配置在正极和负极之间的隔膜、插入在负极中的棒状的负极集电体和碱性电解液。更具体的说，正极与电池盒的内表面接触地配置，电池盒兼作正极集电体。负极集电体沿碱性电池的轴方向插入负极的大致中央。内外分开的结构与镍氢蓄电池以及锂一次电池中所采用的螺旋结构相比，电极面积小，电极的厚度大，所以极化大。极化大的话，电极的反应速度变低。其结果，不能从活性物质中有效地取得电容。即，活性物质的利用率降低。如果提高电极中的活性物质的密度的话，该倾向变得更加显著。因此，在提高电极的密度时，需要细心地注意。又，本专利技术的专利技术者在研究电极的高密度化时，着眼于以下这一点。在碱性电池放电的时候，正极以及负极分别起以下的反应。(正极)MnO2+H++e-— MnOOH(负极)Zn+40H— Zn(OH)42 +2e放电时，在正极内H+扩散，在负极内0H_扩散。H+的扩散速度受正极的密度的影响。0H_的扩散速度受负极的密度的影响。为了使得正极和负极之间的离子(电解液)的扩散的平衡最合适，正负极的密度比是重要的因素。一般的，碱性电池中设定负极的理论电容为正极的理论电容的I. O I. 25倍。因此,碱性电池的电容实质由正极的理论电容决定。作为增大碱性电池的电容的方法，考虑增加正极活性物质的重量，从而增大正极的理论电容。但是,如果使正极的密度为一定并增加正极重量的话，由于正极的体积增加，碱性电池的直径和总高必须增加。这时，就需要大幅度地变更规格，例如各部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田忠也，小路安彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：