JPS63138668A

JPS63138668A - 薄型空気電池

Info

Publication number: JPS63138668A
Application number: JP28492186A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 研二松本; Yasushi Oe; 靖大江; Yuichi Fujita; 藤田　佑一
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1986-11-29
Filing date: 1986-11-29
Publication date: 1988-06-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、薄型空気電池に関するものであり、特に正極
面の略全面にガス透過膜を設け、酸素ガスの透過をよく
したことに特徴を有するものである。

〔従来技術および問題点〕

金属を負極活物質および酸素を正極活物質として用い、
酸素を正極活物質として用いる空気電池は、電池内容積
の大部分を負極活物質で占めるため、他の電池と比較し
、２倍前後のエネルギー田度を期待することができる。

正極活物質である酸素は、正極面に設けた空気孔より拡
散流入し、ガス拡散電極上で次式（Ｈ）に示す反応によ
り還元される。

Ｏｉ＋ＨｔＯ＋２ｅ−−＋　　ｏ！ｔｌ−＋　ＯＨ−（
Ｈ）しかし、上式の空気孔より空気中の酸素ばかりでな
く、二酸化炭素が流入し、電解液組成を変化させあるい
は、上述の（Ｈ）式の反応を疎外する。

また電池内から上述の空気孔を通し電解液が流出し、漏
液あるいは電解液の蒸発により、電池性能の低下が認め
られる。

このような問題に対し現在市販されているボタン型空気
亜鉛電池では、空気孔形状を可能な限り小さくし、さら
に使用時までシールテープなどで空気孔を塞いでいる。

しかし使用時酸素ガスの流入に伴ない、有毒ガスの流入
あるいは、水分の蕉発が生じており、問題の本質的な解
決に至っていない、このため、液体、水蒸気の透過およ
び有毒ガスの流入を防ぎ、かつ必要量の酸素ガスを透過
する酸素ガス選択透過膜の使用が提案されている。

しかし、酸素ガス選択透過膜を用いて空気孔をふさぐ場
合、酸素ガスが透過する膜面積が小さくなるため、酸素
透過量が小さく、大電流放電が困難である。また酸素ガ
ス選択透過膜を、正極面とガス拡散電極の間に載置した
場合、電池シール部での酸素ガス透過膜の破損および酸
素ガス透過膜のシール不完全が生じるばかりでなく、空
気孔から流入した酸素が空気孔に近い酸素ガス透過膜に
開存的に透過するためガス拡散電極が開存的に劣化する
。

特に、薄型の空気電池では、負極活物質層に対し、ガス
拡散電極面積が広いため、ガス拡散電極が開存的に劣化
し、電池性能が著しく劣化する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、以上の現状に鑑みてなされたものであり、片
面に正極、他方の面に負極を形成してなる薄型空気電池
において、正極面の略全面を酸素ガス透過性の外被体と
し、正極端子を前記正極面に部分的に設けるか、もしく
は電池側面から凸状に付設してなることを特徴とする空
気電池を開示したものである。

以下本発明を図面に従い詳細に説明する。第１図は、本
発明の薄型空気電池の正極面の斜視図、第３図は本発明
の薄型空気電池の断面図である。

まず、導電性、酸素透過性かつ捩水性の高分子フィルム
の表面に周縁部を残して正極触媒層（３ｄ）を設けてガ
ス拡散電極（３）とし、かつ前記フィルムの裏面には、
拡散紙（２）を介して外周部を正極端子とし、中央部に
ガス透過性の外被体を設けてなる正極面（１）を設け、
前記高分子フィルム（３ａ）と正極端子（１ａ）とを接
着剤により一体化して正極（８）とした。

また、負極（９）は、負極集電体（６）の裏面に周縁部
を残して負極活物質Ｎ（５）を設けてなる。

そして、正極（８）の高分子フィルムの周縁部と負極（
９）の負極集電体（６）の周縁部とを封口材（７）を介
して重ね、ヒートシールすると共に、この時、正極触媒
層（３ｄ）と負極活物質層（５）の間に例えば不織布、
紙等からなるセパレーター（４）を介して重ねてなる薄
型空気電池である。

ここで、正極触媒層（３ｄ）は、インキ状にした正極触
媒を導電性、酸素透過性かつ捩水性を有するフィルム上
に周縁部を残して塗布乾燥して設ける。また、負極活物
質層（５）も同様にして負極集電体（６）に設ける。

第３図に本発明の薄型空気電池の断面図を示す。

正極端子（１ａ）の材質は、金属などの電子導電性を有
する材質が用いられる。前記正極端子（１ａ）を樹脂に
導電性フィラーを混練してなる導電性フィルムあるいは
該導電性フィルムと金属ラミネートフィルムを用いるこ
とが好ましく、ガス透過性膜と一体となった構造が可能
であり、正極端子（１ａ）とガス透過膜（１ｂ）の接続
部での漏れがなく、かつ電池内壁が樹脂のため電解液の
クリープによる漏液がなくなる。

ガス透過性膜（１ｂ）は、酸素ガス透過性に優れ、水溶
液および水蒸気バリヤー性が高く、透過速度の比が１，
５以上好ましくは３．０以上のフィルムが好ましく、ポ
リジメチルシロキサンおよびその誘導体に代表されるシ
リコーン樹脂が用いられるが、これに限定されるもので
はなく前記ガス透過膜（ｌｂ）は第１図に示した如く、
正極の略全面に！！置することが可能であり、エチルセ
ルロース、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、低密度ポリ
エチレン、ニトリルゴムなど、およびこれらの複合フィ
ルムなどが含まれる。上述のガス透過膜の形状厚みは、
使用するガス透過膜の材質、ガス透過速度および、使用
する電池性能により変化させる必要がある。微孔性フィ
ルム、紙、あるいは不織布などの支持基村上に上述のガ
ス透過性膜（１ｂ）を載置し、あるいは前記ガス透過性
膜を上述の基材で重ね合わせた積層構造にすることが好
ましく、ガス透過膜の機械的強度を補ないかつ薄い膜が
作成でき、ガス透過量を大きくできる。

上述の様に構成した正極面（１）に対向し、第３図に示
した様に薄型空気電池を構成する。

第３図において負極活物質層（５）は、亜鉛もしくは汞
化亜鉛であるが、これらに限定されるものではなく、例
えば鉄、カドミウム、マグネシウム、アルミニウム、リ
チウムおよびこれらの適当な化合物混合物が含まれる。

負極４Ｊ電体（６）は、電子導電性がよくかつ電気導電
性フィラーが良くかつ電気化学的に安定であればニッケ
ル箔、ステンレス箔、ニッケルメッキを施したステンレ
ス箔或いは、導電性フィラーを樹脂に混練して作成した
導電性フィルムあるいは、前記導電性フィルムと金属箔
とのラミネートフィルム等が用いられる。

以上述べた様に構成した負極集電体（６）、負極活物ｆ
ｆｌ！（５）は、セパレーター（４）を介してガス拡散
電極（３）と対向してなる。セパレーター（４）は、電
気化学的に絶縁を保ち、電解液中のイオン移動を妨げな
いものであればよく、紙、各種不織布微孔性フィルムお
よび半透膜等を用いる。

前記ガス拡散電極（３）は、正極面（１）のガス透過膜
（１ｂ）を透過した酸素を電気化学的に還元しうる触媒
（例えば白金、銀、ニッケル等の貴金属系触媒あるいは
、フタロシアニン系化合物、マンガン酸化物等の周知の
もの）と挨水性バインダー導電性助剤をガス拡散電極用
集電体に均一に分散させてなる。前記ガス拡散電極用集
電体は、ニッケルグリッド、ニッケルスクリーンメツシ
ュなどのボタン型空気電池に使用されている周知のもの
でも使用しうるが、特に薄型空気電池では、ガス透過性
を有しかつ電子導電性を有する高分子フィルム、例えば
炭素フィラーを４０重量パーセント混練したポリテトラ
フルオロエチレン微孔膜を用いることにより厚みの薄い
ガス拡散電極が得られる。上述のガス拡散電極（３）と
外周部の正極端子（１ａ）とは電気化学的に接続されて
なる。

本発明の薄型空気電池は、正極面の外周に正極端子を設
けたが、正極端子は正極面の外周部に限定されるもので
はな（、電気的にガス拡散電極と接続されていれば、正
極面上に格子状、短冊状あるいは部分的に載置したもの
等であっても構わない。

さらに、第２図に示したように正極端子（１ａ）を電池
側面から凸状に設けたものでもよく、ガス拡散電極（４
）の集電体を延出し、正極端子（１ａ）とすることも可
能なものである。

酸素を一層ガス拡散電極の全面に拡散可能ならしめるた
めに、ガス透過膜とガス拡散電極（４）との間に、酸素
と親和性の高い不織布あるいは紙よりなるガス拡散紙（
２）をｉ！２ｚすることが有効である。

封口材（７）は、正極面（１）と負極集電体（６）との
電気的絶縁を保ち、かつ電解液が漏液しないために正極
面（１）と負極集電体（６）との間に強固に接着してな
るものであればよく、前記封口材（７）の材質、形状は
正極面（１）と負極集電体（６）との材質により選択さ
れるものである。

本発明の空気電池の形状は、長方形であるが、これに限
定されるものではなく、円形、ドーナツ状、Ｌ字型等、
任意の形状が可能である。

以上本発明を説明したが本発明の実施例を挙げ以下説明
する。

〔作　　　用〕

本発明の薄型空気電池は、正極面の略全面に酸素透過性
の外被体を設けた構造である。したがって、正極活物質
である酸素を正極面の略全面から取り込むことができ、
前記外被体に重ねて設けたガス拡散電極を均一に酸素ガ
スが透過する。

〔実　　施　　例〕

第４図に薄型空気電池Ｅ、Ｆ、Ｇの分極曲線を示す。こ
こで、薄型空気電池Ｅの正極面は、外被体であるガス透
過膜として２０μｍの低密度ポリエチレンフィルム（ガ
ス透過膜の面積４０ｍａ＋Ｘ２０ｍｍ）を用い、正極端
子として、アセチレンブラックを３５１ｉ１パーセント
含むポリエチレンからなる厚み４０μｍの導電性フィル
ムと２０μｍのアルミ箔のラミネートフィルムを第１図
に示す様に載置し形成した。ここで正極面の形状は４８
ｍ×３５１１ＩＩ１１であり、前記ガス透過膜と前記正
極端子とはヒートシールにより接着した。

ここで薄型空気電池Ｅは、前記正極端子と同一材質から
なる４８ＩＩＩｌＩ×３５１１１ｆｆｌの形状の負極集
電体上に３２＋ｍ＋＋Ｘ１９ｍｍの形状でポリアクリル
酸エステルよりなるバインダーと混練した亜鉛粉末を塗
布乾燥し、負極活物質層を形成し、３％酸化亜鉛を含む
３０％水酸化カリウム水溶液からなる電解液を含浸した
ポリエチレン不織布セパレーターを介し、ポリテトラフ
ルオロエチレンに炭素フィラーを混練して作成した微孔
膜（膜厚１００μｍ、体積固有抵抗０゜６Ω口、空孔率
約６０％、孔径０．１μｍ）からなるガス拡散電極用触
媒を１１３ｉ置したガス拡散電極と対向させセルロース
を主成分とする不織布からなるガス拡散紙および前述の
様に構成した正極面を載置後外集部をポリエチレン／ポ
リエチレンテレツクレート／ポリエチレンよりなる絶縁
性封口枠で外周部をヒートシールすることにより密閉し
作成した。正極端子とガス拡散電極用集電体は、電池外
周部で電気的に接続されてなる。

また、薄型空気電池Ｆは、平均孔径１．０μｍ空孔率７
０％のポリエチレン多孔膜上にポリジメチルシロキサン
からなる溶液を厚さ約５μｍで２回塗布することにより
作成したガス透過膜を使用したほかは、上述の薄型電池
Ｅと同一の構造の薄型空気電池である。

薄型空気電池Ｇは、従来の薄型空気電池であり、正極面
は前述の正極端子と同一材質からなる４８Ｉｎ１１×３
５ｍの形状で０．１　ｍの空気孔４つを有し、正極面と
ガス拡散紙の間に薄型空気電池Ｆで用いたガス透過膜を
載置した以外は上述の薄型電池Ｅと同一の薄型空気電池
である。

第４図より本発明による薄型空気電池Ｅ、Ｆは、従来の
薄型空気電池Ｇに比べて分極が小さく、大電流密度領域
でも電位の大幅な低下がみられずすぐれた特性を有する
。

また、上述の薄型空気電池Ｅ、Ｆ、Ｇの２，５にΩ定抵
抗放電の放電曲線を第５図に示す、第５図より本発明に
よる薄型空気電池Ｅ、Ｆは、放電時のガス拡散１ｉ橿の
部分的な劣化がなく、放電容量が極めて良好であった。

〔発明の効果〕

本発明の薄型空気電池は、以上の如く、正極の略全面を
酸素ガス透過性の外被体とし、外部との電気的接続のた
めの正極端子を正極面に部分的に設けるか、もしくは、
電池側面から凸状に付設したものである。したがって、
ガス拡散電極全面に均一に酸素ガスが透過しガス拡散電
極の局部的劣化がなく、さらに膜面積を広くでき、酸素
ガス透過量が大きく、大電流放電が可能になるとともに
長期間の使用でも放電容量の劣化が少なく、工業的価値
が大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による薄型空気電池の正極面の斜視図
、　第２図は、別の形状にした薄型空気電池の斜視図、
第３図は、本発明による薄型空気電池の斜視図である。　第４図は、本発明による薄型空気電池Ｅ、Ｆおよび従
来の薄型空気電池Ｇの分極曲線を示すグラフ、第５図は
、薄型空気電池Ｅ、Ｆ、Ｇの放電曲線を示すグラフであ
る。！・・・・正極面　　　　２・・・・ガス拡散紙１ａ・
・正極端子ｌｂ・・ガス透過膜３・・・・ガス拡散電極　４・・・・セパレーター３ｃ
・・高分子フィルム３ｄ・・正極活物質５・・・・負極活物質　　６・・・・負極集電体７・・
・・封口材　　　　８・・・・正極９・・・・負極

Claims

【特許請求の範囲】

片面に正極、他方の面に負極を形成して成る薄型空気電
池において、正極面の略全面を酸素ガス透過性の外被体
とし、正極端子を該正極面に部分的に設けるか、もしく
は電池側面から凸状に付設してなることを特徴とする薄
型空気電池。