[发明专利]无汞碱性干电池

说明书

技术领域

本发明涉及无汞碱性干电池。

背景技术

正极采用二氧化锰、负极采用锌、电解液采用碱性水溶液的碱性锰干电池由于通用性高而且廉价，因而作为各种设备的电源得到广泛普及。

在碱性干电池中，负极活性物质通常使用由气体雾化法等得到的无定形的锌粉。以前，为了充分确保锌粉相互之间的接触及锌粉和集电体的接触，从而提高集电效率，在负极中加入汞从而在锌粉表面形成汞齐。例如，在专利文献5中公开了一种在通过电解制作的针状锌中加入汞以取代锌粉而作为负极活性物质的电池。但是，从对环境的角度考虑，在1980～1990年左右，进行了碱性干电池的无汞化，由此使碱性干电池的耐蚀性及放电特性下降。

有关耐蚀性的问题，例如通过采用专利文献1所述的技术即采用含有少量铟、铝、铋等的高耐蚀性的锌合金粉而得到了解决。

另一方面，关于放电特性，如专利文献2～4所述，通过将锌的带状物(ribbon)或纤维作为负极活性物质而进行改善的尝试。在专利文献2的技术中，通过用粘接剂固定锌纤维和锌粒子而形成负极，在专利文献3的技术中，通过将锌纤维形成为毛绒(棉状)而作为多孔性固体锌电极，在专利文献4的技术中，采用锌带状物作为负极活性物质。这些负极与通过汞齐固定锌粉相互之间或针状锌相互之间的有汞电池同样，由于具有多孔性、且固定锌相互之间，因此不是使用目前市售的碱性干电池中使用的凝胶状电解液，而是使用KOH水溶液作为电解液。在市售的碱性干电池中使用凝胶状电解液，以便不使锌粉末因无汞化而沉淀，从而与电解液分离。但是，在凝胶状电解液中，与周围的锌粉末或集电体的接触并不充分的锌粉末的凝集体未进行充分的反应，就这样处于没有作为负极活性物质而加以利用的状态，但在专利文献2～4所述的技术中不会产生这样的问题。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平3-71737号公报

专利文献2：日本特表2008-516410号公报

专利文献3：日本特表2008-518408号公报

专利文献4：日本特表2002-531923号公报

专利文献5：美国专利第3853625号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献2～4所述的技术中，负极与目前市售的碱性干电池完全不同，因此在制造时所存在的问题是：需要开发使用新的制造工序及设备，从而制造成本增大。另外，在专利文献2所述的技术中，负极为用粘接剂固定锌粒子和锌纤维而成的结构体，因而存在的课题是：因放电带来的正极的膨胀而对负极的结构体施加局部的应力，因应力集中而使结构体破坏，从而使电子传导网络断裂。在专利文献3所述的技术中，通过压缩毛绒状的锌纤维来形成负极，因而存在的课题是：难以形成均匀的多孔体结构，产生电子传导网络和电解液的扩散性不均匀，从而使负极利用率降低。在专利文献4所述的技术中，利用锌带状物形成负极，因而存在的课题是：负极中的锌间的间隙缺少连续性，电解液的扩散受到抑制，从而使负极利用率降低。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以低成本而提高放电特性的无汞碱性干电池。

用于解决课题的手段

为解决上述的课题，本发明涉及一种无汞碱性干电池，其具备正极、负极和隔膜，其中，所述负极含有作为负极活性物质的短纤维形状的锌和作为分散介质的凝胶状碱性电解液，所述短纤维形状的锌的构成是：长度为1mm～50mm，横断面的长径为2μm～1mm，比表面积为50cm²/g～1000cm²/g。此外，优选短纤维形状的锌的长度为横断面的长径的2倍以上。

所述负极可以设计为不含有使所述负极活性物质相互之间粘接在一起的粘接剂的构成。这里所谓粘接剂，是在干电池中粘接固定负极活性物质相互之间，并保持负极活性物质相互之间的接触状态的物质。所述粘接剂例如是聚乙烯醇。

在某实施方式中，横断面的长径和短径具有0.1≤短径/长径≤1的关系。

在某实施方式中，短纤维形状的锌的结晶粒径为1μm～50μm。

在某实施方式中，作为负极活性物质还含有最大直径为500μm以下的锌粒子，所述短纤维形状的锌的量为负极活性物质总量的2质量％～80质量％。优选所述横断面的长径和短径具有0.15≤短径/长径≤1的关系，而且所述锌粒子的最大直径为250μm以下。

在某实施方式中，负极的密度为2.3g/cm³～3.8g/cm³。