特許 7105525 亜鉛電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-14

(45)【発行日】2022-07-25

(54)【発明の名称】亜鉛電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/489 20210101AFI20220715BHJP

   H01M 50/417 20210101ALI20220715BHJP

   H01M 10/30 20060101ALI20220715BHJP

【ＦＩ】

H01M50/489

H01M50/417

H01M10/30 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018028943

(22)【出願日】2018-02-21

(65)【公開番号】P2019145359

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】昭和電工マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100160897

【弁理士】

【氏名又は名称】古下 智也

(72)【発明者】

【氏名】阿部 美枝

(72)【発明者】

【氏名】大坪 亮二

【審査官】小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１２５８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６３５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０５００７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０１６０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３４３０９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／４８９

Ｈ０１Ｍ ５０／４１７

Ｈ０１Ｍ １０／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された多孔膜と、を備え、
前記多孔膜の平均細孔径が５０～１２０ｎｍであり、
前記多孔膜の透気度が３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であり、
前記多孔膜の厚さが２０μｍを超える、亜鉛電池。

【請求項2】

前記多孔膜の平均細孔径が９５ｎｍ以下である、請求項１に記載の亜鉛電池。

【請求項3】

前記多孔膜の透気度が１０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下である、請求項１又は２に記載の亜鉛電池。

【請求項4】

前記多孔膜の透気度が４８０ｓｅｃ／１００ｃｃ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の亜鉛電池。

【請求項5】

前記多孔膜の厚さが３０μｍを超える、請求項１～４のいずれか一項に記載の亜鉛電池。

【請求項6】

前記多孔膜の厚さが８０μｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の亜鉛電池。

【請求項7】

前記多孔膜がポリオレフィンを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の亜鉛電池。

【請求項8】

ニッケル亜鉛電池である、請求項１～７のいずれか一項に記載の亜鉛電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、亜鉛電池に関する。

【背景技術】

【0002】

亜鉛負極を用いる亜鉛電池としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が知られている。例えば、ニッケル亜鉛電池は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる水系電池であることから、高い安全性を有すると共に、亜鉛電極とニッケル電極との組み合わせにより、水系電池としては高い起電力を有することが知られている。さらに、ニッケル亜鉛電池は、優れた入出力性能に加えて、低コストであることから、産業用途（例えば、バックアップ電源等の用途）及び自動車用途（例えば、ハイブリッド自動車等の用途）への適用可能性が検討されている。

【0003】

ニッケル亜鉛電池は、多孔膜を介して対向する正極及び負極を備えている。ニッケル亜鉛電池に用いられる多孔膜としては、表面にニッケル層を有する微孔性フィルムセパレータが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平５－３４３０９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、亜鉛電池に対しては、優れた放電性能を得ることが求められている。放電性能を向上させるためには、多孔膜の細孔径を増加させることが考えられる。しかしながら、本発明者の知見によれば、多孔膜の細孔径を増加させることにより放電性能が向上したとしても、充分な寿命性能が得られない場合がある。

【0006】

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、優れた寿命性能及び放電性能を得ることが可能な亜鉛電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る亜鉛電池は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された多孔膜と、を備え、前記多孔膜の平均細孔径が５０ｎｍ以上であり、前記多孔膜の透気度が３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であり、前記多孔膜の厚さが２０μｍを超える。

【0008】

本発明に係る亜鉛電池によれば、優れた寿命性能及び放電性能（例えば高率放電性能）を得ることができる。

【0009】

前記多孔膜の厚さは、３０μｍを超えることが好ましい。

【0010】

前記多孔膜は、ポリオレフィンを含むことが好ましい。

【0011】

本発明に係る亜鉛電池は、ニッケル亜鉛電池であってよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、優れた寿命性能及び放電性能を得ることができる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「Ａ又はＢ」とは、Ａ及びＢのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。

【0014】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

【0015】

本実施形態に係る亜鉛電池（例えば亜鉛二次電池）としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池の基本構成としては、従来の亜鉛電池と同様の構成を用いることができる。

【0016】

本実施形態に係る亜鉛電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に配置された多孔膜と、を備える。本実施形態に係る亜鉛電池における多孔膜は、５０ｎｍ以上の平均細孔径と、３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上の透気度と、２０μｍを超える厚さ（膜厚）とを有する。このような亜鉛電池では、優れた寿命性能及び放電性能（例えば高率放電性能）を得ることができる。このような効果が得られる原因は明らかではないが、本発明者は下記のように推察している。

【0017】

亜鉛電池では、放電反応により負極において水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）_２）が生成する。水酸化亜鉛は電解液に可溶であり、水酸化亜鉛が電解液に溶解すると、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２－）が電解液中に拡散する。充電反応によりテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが亜鉛に還元される際に負極上で不均一に亜鉛の生成が進行する。その結果、負極の形態変化が進行すると共に充電電流の分布が不均一となること等により、負極上の局所で亜鉛の析出が起こり、デンドライト（樹枝状結晶）が発生する。そして、デンドライトが多孔膜を貫通して正極まで達することにより短絡して寿命性能が劣化する。一方、本実施形態に係る亜鉛電池では、透気度が３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であると共に厚さが２０μｍを超える緻密かつ厚い多孔膜を用いることにより、デンドライトが多孔膜を貫通して正極まで達することが抑制されている。これにより、優れた寿命性能を得ることができる。

【0018】

また、亜鉛電池では、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオンよりも小さな水酸化物イオンが正極及び負極間を移動することにより電池反応が進行する。この水酸化物イオンの移動が阻害される（拡散抵抗が増加する）と、放電性能が劣化する。一方、本実施形態に係る亜鉛電池では、平均細孔径が５０ｎｍ以上であることにより、水酸化物イオンが充分に移動できるため、優れた放電性能を得ることができる。

【0019】

以下、本実施形態に係る亜鉛電池の一例として、ニッケル亜鉛電池について説明する。

【0020】

本実施形態に係る亜鉛電池は、例えば、電槽、電解液及び電極群（例えば極板群）を備えている。電解液及び電極群は、電槽内に収容されている。本実施形態に係る亜鉛電池は、化成前及び化成後のいずれであってもよい。

【0021】

電解液は、例えば、溶媒及び電解質を含有している。溶媒としては、水（例えばイオン交換水）等が挙げられる。電解質としては、塩基性化合物等が挙げられ、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等のアルカリ金属水酸化物などが挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池は、アルカリ電解液を用いたアルカリ亜鉛電池として用いることができる。電解液は、溶媒及び電解質以外の成分を含有してもよく、例えば、リン酸カリウム、フッ化カリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、二酸化チタン等を含有してもよい。

【0022】

電極群は、例えば、多孔膜（セパレータ）と、当該多孔膜を介して対向する正極（正極板等）及び負極（負極板等）によって構成されている。電極群において、正極同士及び負極同士は、例えば、ストラップで連結されている。多孔膜は、例えば正極及び負極の双方に接しているが、正極及び負極の少なくとも一方に接していなくてもよい。

【0023】

多孔膜は、多孔性を有する多孔体膜である。多孔膜としては、正極及び負極間を電気的に絶縁しつつもイオン透過性を有すること、正極側における酸化性及び負極側における還元性に対する耐性を備えること、耐アルカリ性を有すること等の条件を満たす多孔膜を用いることができる。多孔膜は、例えば、平板状、シート状等の形状を有していてよい。多孔膜は、単層であってよく、複数層（例えば３層以上）であってもよい。

【0024】

多孔膜の材料としては、有機材料（樹脂材料等）、無機材料、有機無機材料などが挙げられる。樹脂材料としては、ポリアミド系ポリマー（例えばポリアミド）、オレフィン系ポリマー（ポリオレフィン）、ナイロン系ポリマー（例えばナイロン）等が挙げられる。多孔膜は、優れた寿命性能と放電性能とを両立しやすい観点から、ポリオレフィンを含むことが好ましい。ポリオレフィンとしては、電解液に対して安定性が高く、かつ、耐酸化性が高い観点から、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも一種が好ましい。無機材料としては、アルミナ、チタニア、二酸化珪素等の酸化物；窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物；硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩などが挙げられる。有機無機材料としては、多孔性配位高分子（ＰＣＰ／ＭＯＦ）等が挙げられる。多孔膜の製造方法としては、特に限定されず、湿式法（相分離法）、乾式法（延伸開孔法）、メルトブロー、エレクトロスピニング等が挙げられる。

【0025】

多孔膜の平均細孔径は、優れた放電性能を得る観点から、５０ｎｍ以上である。多孔膜の平均細孔径は、優れた放電性能を得やすい観点から、５５ｎｍ以上が好ましく、６０ｎｍ以上がより好ましく、６５ｎｍ以上が更に好ましく、７０ｎｍ以上が特に好ましく、７５ｎｍ以上が極めて好ましく、８０ｎｍ以上が非常に好ましく、８５ｎｍ以上がより一層好ましい。多孔膜の平均細孔径は、デンドライトが多孔膜を貫通して正極まで達しにくいことによって優れた寿命性能を得やすい観点、及び、水酸化物イオンが正極及び負極間を移動しやすいことによって優れた放電性能を得やすい観点から、１２０ｎｍ以下が好ましく、１１０ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以下が更に好ましく、９５ｎｍ以下が特に好ましく、９０ｎｍ以下が極めて好ましい。これらの観点から、多孔膜の平均細孔径は、５０～１２０ｎｍが好ましい。多孔膜の平均細孔径は、水銀ポロシメーター（例えば、Ｍｉｃｔｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：ＡｕｔｏＰｏｒｅＩＶ９５１０）により測定することができる。多孔膜は、相分離法、延伸開孔法、溶解再結晶法、粉末焼結法等により作製でき、多孔膜の製造方法の種類により細孔径を調整できる。

【0026】

多孔膜の透気度は、優れた寿命性能を得る観点から、３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上である。透気度は、膜に対する空気の透過性の尺度であり、ガーレー試験機法を用いて一定圧力差のもとで一定体積の空気が一定面積の膜を通過する秒数で示すことができる。多孔膜の透気度は、優れた放電性能を得やすい観点から、３５０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上が好ましく、４００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上がより好ましく、５００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上が更に好ましく、６００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上が特に好ましく、６５０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上が極めて好ましく、７００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上が非常に好ましく、８００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上がより一層好ましい。多孔膜の透気度は、水酸化物イオンが正極及び負極間を移動しやすいこと、正極で発生し得る酸素ガスが多孔膜を透過して負極に達しやすいこと等によって優れた放電性能を得やすい観点から、３０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が好ましく、２０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下がより好ましく、１５００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が更に好ましく、１０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が特に好ましく、９５０ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が極めて好ましく、９００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が非常に好ましく、８５０ｓｅｃ／１００ｃｃ以下がより一層好ましい。これらの観点から、多孔膜の透気度は、３００～３０００ｓｅｃ／１００ｃｃが好ましい。多孔膜の透気度は、ガーレー式デンソメータ（例えば、株式会社安田精機製作所製、商品名：Ｎｏ．３２３ ＧＵＲＬＥＹ ＴＹＰＥ ＤＥＮＳＯＭＥＴＥＲ、膜の面積：６４２ｍｍ^２（直径２８．６ｍｍ））により測定することができる。多孔膜の透気度は、多孔膜の製造方法により調整できる。

【0027】

多孔膜の厚さは、優れた寿命性能を得る観点から、２０μｍを超える。多孔膜の厚さは、優れた寿命性能を得やすい観点から、２５μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましく、３０μｍを超えることが更に好ましく、３５μｍ以上が特に好ましく、４０μｍ以上が極めて好ましく、４０μｍを超えることが非常に好ましい。多孔膜の厚さは、優れた放電性能を得やすい観点から、３００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下が更に好ましく、８０μｍ以下が特に好ましく、６０μｍ以下が極めて好ましく、５０μｍ以下が非常に好ましい。これらの観点から、多孔膜の厚さは、２０μｍを超え３００μｍ以下が好ましい。多孔膜の厚さとしては、厚さの平均値を用いることができる。例えば、１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の多孔膜を５枚準備し、各多孔膜における任意の９箇所の厚さを測定し、厚さの平均値を多孔膜の厚さとして用いることができる。

【0028】

多孔膜は、親水化する観点から、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を含有してもよく、スルホン化処理、フッ素ガス処理、アクリル酸グラフト重合処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等により表面処理が施されていてもよい。親水化することにより、電解液と馴染みやすく、充分な電流密度を得やすい。

【0029】

多孔膜には、５０ｎｍ以上の平均細孔径、３００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上の透気度、及び／又は、２０μｍを超える厚さを有しない不織布を積層してもよい。不織布を用いることにより、電解液を保持しやすい。不織布の構成材料としては、特に限定されず、セルロース繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等）、レーヨン繊維などが挙げられる。

【0030】

正極は、例えば、正極集電体と、当該正極集電体に支持された正極材と、を有している。

【0031】

正極集電体は、正極材からの電流の導電路を構成する。正極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。正極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された３次元網目構造の集電体などであってもよい。正極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、正極の反応電位でも安定である材料（正極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など）を用いることができる。また、正極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し酸素ガスが発生するが、酸素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。正極集電体を構成する材料の具体例としては、白金；ニッケル；ニッケル等の金属メッキを施した金属材料（銅、真鍮、鋼等）などが挙げられる。

【0032】

正極材は、層状（正極材層）であってもよい。例えば、正極集電体上に正極材層が形成されていてもよく、正極集電体が３次元網目構造を有する場合には、正極集電体の網目の間に正極材が充填されて正極材層が形成されていてもよい。

【0033】

正極材は、正極活物質を含有する。正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、水酸化ニッケル等が挙げられる。正極材は、例えば、満充電状態ではオキシ水酸化ニッケルを含有し、放電末状態では水酸化ニッケルを含有する。正極活物質の含有量は、例えば、正極材の全質量を基準として５０～９５質量％であってもよい。

【0034】

正極材は、添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤、導電剤、膨張抑制剤等が挙げられる。結着剤としては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）、フッ素系ポリマー（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）などが挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、正極活物質１００質量部に対して０．０１～５質量部であってもよい。導電剤としては、コバルト化合物（金属コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト等）などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、正極活物質１００質量部に対して１～２０質量部であってもよい。膨張抑制剤としては、酸化亜鉛等が挙げられる。膨張抑制剤の含有量は、例えば、正極活物質１００質量部に対して０．０１～５質量部であってもよい。

【0035】

負極は、例えば、負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材とを有している。

【0036】

負極集電体は、負極材からの電流の導電路を構成する。負極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。負極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された３次元網目構造の集電体などであってもよい。負極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、負極の反応電位でも安定である材料（負極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など）を用いることができる。また、負極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し水素ガスが発生するが、水素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。負極集電体を構成する材料の具体例としては、亜鉛；鉛；スズ；スズ等の金属メッキを施した金属材料（銅、真鍮、鋼、ニッケル等）などが挙げられる。

【0037】

負極材は、層状（負極材層）であってもよい。例えば、負極集電体上に負極材層が形成されていてもよく、負極集電体が３次元網目構造を有する場合には、負極集電体の網目の間に負極材が充填されて負極材層が形成されていてもよい。

【0038】

本実施形態において負極材は、亜鉛を含む負極活物質を含有する。本実施形態に係る負極は、化成前及び化成後のいずれであってもよい。

【0039】

亜鉛を含む負極活物質としては、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。負極材は、例えば、満充電状態では金属亜鉛を含有し、放電末状態では酸化亜鉛及び水酸化亜鉛を含有する。

【0040】

負極活物質の含有量は、負極材の全質量を基準として下記の範囲が好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能と放電性能とを両立しやすい観点から、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、７５質量％以上が更に好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能と放電性能とを両立しやすい観点から、９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましく、８５質量％以下が更に好ましい。これらの観点から、負極活物質の含有量は、５０～９５質量％が好ましい。

【0041】

負極材は、負極活物質以外の添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤、導電剤等が挙げられる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、負極活物質１００質量部に対して０．５～１０質量部であってもよい。導電剤としては、インジウム化合物（酸化インジウム等）などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、負極活物質１００質量部に対して１～２０質量部であってもよい。

【0042】

本実施形態に係るニッケル亜鉛電池の製造方法は、例えば、電極（正極及び負極）を得る電極製造工程と、電極を含む構成部材を組み立ててニッケル亜鉛電池を得る組立工程と、を備える。

【0043】

電極製造工程では、正極及び負極を製造する。例えば、電極材（正極材及び負極材）の原料に対して溶媒（例えば水）を加えて混練することによりペースト状の電極材（電極材ペースト）を得た後、電極材ペーストを用いて電極材層を形成する。

【0044】

正極材の原料としては、正極活物質の原料（例えば水酸化ニッケル）、添加剤（例えば前記結着剤）等が挙げられる。負極材の原料としては、負極活物質の原料（例えば金属亜鉛、酸化亜鉛及び水酸化亜鉛）、添加剤（例えば前記結着剤）等が挙げられる。

【0045】

電極材層を形成する方法としては、例えば、電極材ペーストを集電体に塗布又は充填した後に乾燥することで電極材層を得る方法が挙げられる。電極材層は、必要に応じて、プレス等によって密度を高めてもよい。

【0046】

組立工程では、例えば、まず、電極製造工程で得られた正極及び負極を、多孔膜（セパレータ）を介して交互に積層し、正極同士及び負極同士をストラップで連結させて電極群を作製する。次いで、この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成のニッケル亜鉛電池を得る。

【0047】

次いで、電解液を未化成のニッケル亜鉛電池の電槽内に注入した後、一定時間放置する。次いで、所定の条件にて充電を行うことで化成することによりニッケル亜鉛電池を得る。化成条件は、電極活物質（正極活物質及び負極活物質）の性状に応じて調整することができる。

【0048】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、正極がニッケル電極であるニッケル亜鉛電池（例えばニッケル亜鉛二次電池）の例を説明したが、亜鉛電池は、正極が空気極である空気亜鉛電池（例えば空気亜鉛二次電池）であってもよく、正極が酸化銀極である銀亜鉛電池（例えば銀亜鉛二次電池）であってもよい。

【0049】

空気亜鉛電池の空気極としては、空気亜鉛電池に使用される公知の空気極を用いることができる。空気極は、例えば、空気極触媒、電子伝導性材料等を含む。空気極触媒としては、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒を用いることができる。

【0050】

空気極触媒としては、空気亜鉛電池における正極として機能するものを用いることが可能であり、酸素を正極活物質として利用可能な種々の空気極触媒が使用可能である。空気極触媒としては、酸化還元触媒機能を有するカーボン系材料（黒鉛等）、酸化還元触媒機能を有する金属材料（白金、ニッケル等）、酸化還元触媒機能を有する無機酸化物材料（ペロブスカイト型酸化物、二酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、スピネル酸化物等）などが挙げられる。空気極触媒の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状であってもよい。空気極における空気極触媒の含有量は、空気極の合計量に対して、５～７０体積％であってもよく、５～６０体積％であってもよく、５～５０体積％であってもよい。

【0051】

電子伝導性材料としては、導電性を有し、かつ、空気極触媒とセパレータとの間の電子伝導を可能とするものを用いることができる。電子伝導性材料としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類；鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類；炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類；銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末類；ポリフェニレン誘導体等の有機電子伝導性材料；これらの任意の混合物などが挙げられる。電子伝導性材料の形状は、粒子状であってもよく、その他の形状であってもよい。電子伝導性材料は、空気極において厚さ方向に連続した相をもたらす形態で用いられることが好ましい。例えば、電子伝導性材料は、多孔質材料であってもよい。また、電子伝導性材料は、空気極触媒との混合物又は複合体の形態であってもよく、前述したように、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒であってもよい。空気極における電子伝導性材料の含有量は、空気極の合計量に対して、１０～８０体積％であってもよく、１５～８０体積％であってもよく、２０～８０体積％であってもよい。

【0052】

銀亜鉛電池の酸化銀極としては、銀亜鉛電池に使用される公知の酸化銀極を用いることができる。酸化銀極は、例えば酸化銀（Ｉ）を含む。

【実施例】

【0053】

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0054】

＜ニッケル電極の作製＞
多孔度９５％、厚さ１．６ｍｍのスポンジ状ニッケル金属多孔体をロールプレスにより厚さ１．２ｍｍまで加圧成形した。次に、平均粒径が２０μｍのコバルト被覆水酸化ニッケル粉末８８質量部と添加剤（コバルト粉末８質量部、酸化コバルト２質量部、酸化亜鉛２質量部、及び、カルボキシメチルセルロースの２質量％水溶液３０質量部）とを混合して正極材ペーストを得た。この正極材ペーストを上述のニッケル金属多孔体に充填した後、８０℃で６０分乾燥した。そして、ロールプレスにより厚さ０．６６ｍｍまで加圧成形してニッケル電極を作製した。

【0055】

＜亜鉛電極の作製＞
酸化亜鉛粉末８２質量部、亜鉛粉末１０質量部、及び、添加剤（酸化インジウム）５質量部を混合して得られた混合粉末に、ＰＴＦＥを６０質量％含有するＰＴＦＥディスパージョン（三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、商品名：テフロン３１－ＪＲ）５質量部と水１０質量部とを加えた後、剪断応力を加えながら乳鉢で１５分間混練して混練物を得た。次に、水４０質量部を加えた後に１５分間混練して負極材ペーストを得た。この負極材ペーストをローラで１．０ｍｍまで圧延してシート化した後、所定寸法の２枚のシートを切り取った。そして、２枚のシートを集電体（厚さ０．１ｍｍスズメッキ銅製のパンチングメタル）の両面に配置した後、加圧成形及び乾燥を施して厚さ０．４ｍｍの亜鉛電極を作製した。

【0056】

＜多孔膜の準備＞
単層のポリエチレン微多孔膜を２質量％の界面活性剤（ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社製、非イオン性界面活性剤、商品名：ＴｒｉｔｏｎＸ－１００）水溶液中に１５分間浸漬させた。次に、微多孔膜を水溶液から取り出した後に乾燥させることにより、表１に示す平均細孔径、透気度及び厚さを有する多孔膜を得た。多孔膜の平均細孔径は、水銀ポロシメーター（Ｍｉｃｔｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：ＡｕｔｏＰｏｒｅＩＶ９５１０）により得られた細孔径の分布から算出した。多孔膜の透気度は、ガーレー式デンソメータ（株式会社安田精機製作所製、商品名：Ｎｏ．３２３ ＧＵＲＬＥＹ ＴＹＰＥ ＤＥＮＳＯＭＥＴＥＲ）により測定した。多孔膜の厚さは、マイクロメーター（株式会社ミツトヨ製、商品名：ＰＭＵ１５０－２５ＭＸ）により測定した。１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の多孔膜を５枚準備し、各多孔膜における任意の９箇所の厚さを測定し、厚さの平均値を多孔膜の厚さとして用いた。

【0057】

＜ニッケル亜鉛電池の作製＞
上述のニッケル電極１枚及び亜鉛電極２枚のそれぞれを上述の多孔膜で包んだ。多孔膜に包まれたニッケル電極及び亜鉛電極を、不織布（平均細孔径：６μｍ、透気度：０．５ｓｅｃ／１００ｃｃ、厚さ：１００μｍ、構成材料：セルロース）を介して交互に積層した後、同極性の極板同士をスポット溶接で連結させて極板群を作製した。この極板群を電槽内に配置して未化成のニッケル亜鉛電池を得た。水酸化リチウム１質量％を含む水酸化カリウム３０質量％水溶液を電解液として未化成のニッケル亜鉛電池に注入した後、２４時間放置した。その後、２５℃の環境下において１５ｍＡ、１２時間の条件で充電を行い、設計容量が１５０ｍＡｈのニッケル亜鉛電池を作製した。

【0058】

＜電池性能評価＞
前記ニッケル亜鉛電池を用いてサイクル寿命性能及び放電性能の評価を行った。

【0059】

（サイクル寿命性能評価：耐短絡性試験）
２５℃、７５ｍＡ（０．５Ｃ）、１．９Ｖの定電圧で１０時間保持することによりニッケル亜鉛電池の充電を行った後、電池電圧が１．１Ｖに到達するまで７５ｍＡ（０．５Ｃ）の定電流でニッケル亜鉛電池の放電を行うことを１サイクルとする試験を最大で２００サイクル行った。充電末端の電流値が１サイクル目の充電末端の電流値に対して２００％を超えた場合に短絡が発生したものとして試験を終了し、試験終了までに行ったサイクル数によってサイクル寿命性能を評価した。試験終了までに行ったサイクル数を表１に示す。サイクル数が８５以上である場合を良好であると判断した。

【0060】

前記「Ｃ」とは、満充電状態から定格容量を定電流放電するときの電流の大きさを相対的に表したものである。前記「Ｃ」は、“放電電流値（Ａ）／電池容量（Ａｈ）”を意味する。例えば、定格容量を１時間で放電させることができる電流を「１Ｃ」、２時間で放電させることができる電流を「０．５Ｃ」と表現する。

【0061】

（高率放電性能評価）
２５℃、７５ｍＡ（０．５Ｃ）、１．９Ｖの定電圧で１０時間保持することによりニッケル亜鉛電池の充電を行った後、電池電圧が１．１Ｖに到達するまで３０ｍＡ（０．２Ｃ）又は１５００ｍＡ（１０Ｃ）の定電流でニッケル亜鉛電池の放電を行った。これにより、０．２Ｃ放電容量及び１０Ｃ放電容量を測定した。０．２Ｃ放電容量に対する１０Ｃ放電容量の割合を比較することにより高率放電性能を評価した。割合が８６％以上である場合を「Ａ」と評価し、割合が８２％以上８６％未満である場合を「Ｂ」と評価し、割合が８２％未満である場合を「Ｃ」と評価した。評価がＡ又はＢである場合を良好であると判断した。

【0062】

【表1】

【0063】

表１に示されるように、実施例では、比較例と比べて優れた寿命性能及び放電性能を得ることができることが確認される。