JPH06338355A - 空気電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はガス拡散電極が湾曲されても、亀裂
が発生しないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
多孔質膜を得て、これを用いることにより、放電及び耐
漏液特性に優れ、信頼性の高い空気電池を提供すること
を目的とする。 【構成】 本発明は触媒粉、活性炭およびフッ素樹脂粉
末の混合物を金属製ネットに充填し、シート化した後、
片側にポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を圧着して
構成されるガス拡散電極を用いる空気電池である。本発
明は、前記ＰＴＦＥ多孔質膜として、延伸（タテ）方向
と直角な（ヨコ）方向の伸び率が２００〜２０００％で
あることを特徴とする空気電池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス拡散電極に用いるポ
リテトラフルオロエチレン（以降ＰＴＦＥと略す）多孔
質膜を改良した空気電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気電池のガス拡散電極に使われ
るＰＴＦＥ多孔質膜としては、一般に１軸または２軸延
伸により、微孔を形成させたものが用いられており、基
本物性としては膜厚、通気量、気孔率等を規定し、また
実際に、触媒粉、活性炭及びフッ素樹脂粉末の混合物を
金属ネットに充填した触媒シートと圧着した際に、密着
性の良好なＰＴＦＥ多孔質膜を使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気電池の代表例とし
て、図１に現在のボタン形空気電池の断面図を示す。図
１のごとく、１の正極ケース内に３の拡散紙、４の撥水
膜、５のガス拡散電極、６のセパレータの順に円形に打
ち抜かれて配置されている。ところで、従来の基本物性
のみで規定したＰＴＦＥ多孔質膜を用いたガス拡散電極
のタテ方向を、ある一定の直径をもつ円筒に沿って湾曲
させた際、ＰＴＦＥ多孔質膜のヨコ方向に亀裂を生じる
場合があった。

【０００４】このため、このようなガス拡散電極を用い
ると、電池組立時、特に１の正極ケース周縁部をカシメ
て封口する際、９の絶縁ガスケット底部より内側のガス
拡散電極が、７の負極作用物質側に球面状に曲げられ、
前記と同様にＰＴＦＥ多孔質膜に亀裂が生じ、この部分
より７の負極作用物質中の電解液が触媒層を通って漏出
してくる。そして４の撥水膜（ガス拡散電極とは圧着さ
れず、単膜で用いるＰＴＦＥ多孔質膜）との間にこの電
解液が溜り、２の空気孔から３の拡散紙を通して入って
きた空気の流入が断たれ、ガス拡散電極にとっては窒息
状態を招き、放電が不可能となる。また、この電解液は
４の撥水膜と１の正極ケースとの間から浸み出て、２の
空気孔より漏液する場合もある。

【０００５】一般に、封口時に起きるガス拡散電極の曲
がりは、クリンプ圧力が高くなるほど大きくなり、上記
問題が発生する確率が高くなる。このため、クリンプ圧
力は比較的低めに設定せざるを得なくなり、８の封口板
と９の絶縁ガスケットとの間からの耐漏液特性も封口性
が乏しいので、良好な結果が得られなかった。１０は電
池の使用前に空気孔２を閉鎖するシールテープである。

【０００６】本発明は、ガス拡散電極が曲げられても、
亀裂が発生しないＰＴＦＥ多孔質膜を用いることで以上
のような問題点を解消し、放電及び耐漏液特性に優れ、
信頼性の高い空気電池を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この問題点を解決するた
め本発明は、触媒粉、活性炭およびフッ素樹脂粉末の混
合物を金属製ネットに充填し、シート化した後、片側に
ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を圧着して構成さ
れるガス拡散電極を用いる空気電池であって、前記ＰＴ
ＦＥ多孔質膜として、延伸（タテ）方向と直角な（ヨ
コ）方向の伸び率（ＪＩＳ Ｋ６８８７による）が、２
００〜２０００％であることを特徴とする空気電池であ
る。

【０００８】

【作用】この構成によれば、ガス拡散電極のタテ方向を
ある一定の直径をもつ円筒に沿って湾曲させても、圧着
されているＰＴＦＥ多孔質膜のヨコ方向に亀裂は生じな
く、また封口時においても、同様にＰＴＦＥ多孔質膜に
は亀裂は生じない。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を説明する。 （１）ガス拡散電極の性能 触媒粉、活性炭及びフッ素樹脂粉末とを混合撹拌し、フ
ッ素樹脂粉末を繊維化した後、得られた混合物を圧延ロ
ーラに通して、厚み０．４ｍｍのシートを得た。このシ
ートの片面に線径０．１５ｍｍ、４０メッシュのニッケ
ルネット集電体を圧着して触媒層を成形した。この触媒
層の他面（空気供給側表面）に、気孔率３０％で厚み
０．１ｍｍ、伸び率がタテは２００％、ヨコは表１に示
す８通りのＰＴＦＥ多孔質膜を重ね合わせ、全体を一定
圧力でローラ圧着し、各々８種のガス拡散電極を作成
し、以下の比較検討を行った。

【００１０】

【表１】

【００１１】（ｉ）ヨコ方向の伸び率と接着強度 各電極を１ｃｍ幅の短冊に切断した試片につき、触媒層
とＰＴＦＥ多孔質膜間の接着強度を引張り試験機（オー
トグラフＳ−５００Ｄ，島津製作所製）を用いて剥離強
度として測定した。この結果を表２に示す。

【００１２】

【表２】

【００１３】この結果より、ヨコ方向の伸び率が大きく
なるにしたがって、触媒層とＰＴＦＥ多孔質膜間の接着
強度が強くなる。ところで、生産時のガス拡散電極を円
形に打ち抜く工程において、触媒層とＰＴＦＥ多孔質膜
との円周部分の剥がれが生じないための接着強度とし
て、５０ｇ以上必要であることが経験的に解かってい
る。剥がれのあるガス拡散電極を電池として組み立てる
と、その部分に電解液が容易に浸み出し、空気の流入を
妨害するため、電池反応が阻害される。よって、ＰＴＦ
Ｅ多孔質膜のヨコ方向の伸び率は２００％以上が必要と
なる。

【００１４】（ii）ヨコ方向の伸び率と曲げによる亀裂
発生状況 各電極をタテ方向に５ｃｍ、ヨコ方向に３ｃｍの長方形
に切断した試片につき、円筒の円周にタテ方向を沿わし
て巻いて湾曲させ、顕微鏡（×２０）を用いて、目視に
よりＰＴＦＥ多孔質膜の亀裂発生状況を観察した。この
結果を表３に示す。

【００１５】

【表３】

【００１６】この結果より、ヨコ方向の伸び率の小さい
方が亀裂が生じにくく有利である。ところで、電池組み
立て時の封口（クリンプ）工程における電極の曲がりに
伴うＰＴＦＥ多孔質膜の亀裂は、前記試験で代用するこ
とができ、亀裂発生を防ぐためには、直径が実用的に５
０ｍｍ以下まで亀裂が生じないガス拡散電極を用いる必
要がある。よってＰＴＦＥ多孔質膜のヨコ方向の伸び率
は２０００％以下とする必要がある。なお、タテとヨコ
はお互に相換関係があり、タテとヨコは入れ換えても同
じである。

【００１７】（２）電池の性能 本実施例における空気電池は図１に示した空気電池と同
様の構成であり、表１に示すＰＴＦＥ多孔質膜のみが異
なるガス拡散電極を組込んで図１のボタン形空気電池Ｐ
Ｒ４４（公称容量５４０ｍＡｈ）をクリンプ圧力別に各
々作製し、以下の試験を行った。尚、クリンプ圧力は標
準の圧力とこれに２０ｋｇｆ，４０ｋｇｆを加えて行っ
た。

【００１８】（ｉ）連続放電試験 初度及び加速試験として、６０℃で２０日間、加温貯蔵
した電池を温度２０℃相対湿度６０％Ｒｈの環境中で、
負荷抵抗２５０Ωの連続放電試験を実施し、その結果、
放電容量の平均値を表４に示した。尚、終止電圧１．１
Ｖ，試験数ｎ＝１０とした。

【００１９】

【表４】

【００２０】そして、上記試験終了後、伸び率１００〜
１５０％の電池を分解調査したところ、触媒層とＰＴＦ
Ｅ多孔質膜とが剥がれている部分が発生しており、丁度
その箇所には電解液が溜っていた。また、伸び率２５０
０〜３０００％の電池についても、同様に分解調査した
ところ、ガス拡散電極のＰＴＦＥ多孔質膜に亀裂が発生
しており、撥水膜との間に電解液が溜っていた。すなわ
ち、伸び率は２００％〜２０００％が良好な結果が得ら
れた。

【００２１】（ii）耐漏液試験 伸び率２００％と２０００％の電池について、温度４５
℃、相対湿度９３％Ｒｈの環境下に貯蔵し、封口板と絶
縁ガスケットとの間の耐漏液試験を実施し、その結果を
表５に示した。尚、試験数ｎ＝５０とした。

【００２２】

【表５】

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、延伸方
向と直角な方向の伸び率が、２００〜２０００％のＰＴ
ＦＥ多孔質膜を用いた空気電池は、放電及び耐漏液特性
に優れ、高い信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＲ４４型ボタン形空気電池の断面図である。

【符号の説明】 １ 正極ケース ２ 空気孔 ３ 拡散紙 ４ 撥水膜 ５ ガス拡散電極 ６ セパレータ ７ 負極作用物質

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒粉、活性炭およびフッ素樹脂粉末の
   混合物を金属製ネットに充填し、シート化した後、片側
   にポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を圧着して構成
   されるガス拡散電極を用いる空気電池であって、前記多
   孔質膜として、延伸（タテ）方向と直角な（ヨコ）方向
   の伸び率（ＪＩＳ Ｋ６８８７による）が２００〜２０
   ００％であることを特徴とする空気電池。