JPS5971259A - アルカリ電池およびその製造方法 - Google Patents

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】 本発明はアルカリ電池おＪ、びそのヅ７造方沃に関し、
詳しくは鉛とインジウムを並存させたアマルガム化亜鉛
粉末を電池用陰極活物質として用いたアルカリ電池およ
びその製造方法に関１′る。

亜鉛を陰極活物質として用いたアルカリ電池等において
は、水酸化カリウム水溶液香の強アルノＪり性電解液を
用いるため、電池を密閉し７１　ｋｊればならない。こ
の電池の密閉は、電池の小型化をはかる際には特に重要
であるが、間詩に電池保存中の亜鉛の腐食により発生す
る水素ガスを閉じ込めることになる。従って長期保存中
に電池内部のガス圧が高まり、密閉が完全なほど爆発等
の危険が伴なう。その対策としで、電池の構造に工夫を
こらし発生ガスを選択的に電池外部へ導くことも種々行
なわれているが、未だ完全なりのではない。

そこで、―鉛陰極活物質の腐食そのものを防止して電池
内部のガス発生を少なくすることが研究され、水銀の水
素過電圧を利用したアマルガム化亜鉛を陰極活物質とし
て用いることが専ら行なわれている。しかしながら、今
日市販されているアルカリ電池の陰極活物質は、５〜１
５重惧％稈度の多量の水銀を含有しており、人体や他の
生物体に危険を与え、環境汚染を起こす恐れが大きい。

そこで、水銀を用いず、代わりに鉛等を添加した亜鉛電
極を用いてガス発生を抑制する方法も提案されている。

しかしながら、そのような元素はある程度のガス発生抑
制効果を奏するが、水銀と置換されるに（ユはど遠いの
が現状である。また、鉛イオンやカドミウムイオン等を
添加した水銀イオンを含む酸性溶液に亜鉛粉末を浸漬し
て置換法によりアマルガメーションを行なうと同時に鉛
やカドミウムを亜１イ（粉末に添加させる方法も提案さ
れているが、この方法によっても、ガス発生を動子的に
抑制Ｌ〕つつ、水銀の含有量を低下させることはできな
い。

本発明は、以上のような現状を化の、１：２）か活物質
からの水素カス発生を抑制するために必要な水銀の含有
率を箸しく滅１少させ得る＋＋ｙ　４４１　；Ｒ物Ｖ（
を用いたアルカリ電池およびその製造方法を提供するこ
とを目的とづる。

本発明者らはこの目的に沿っＣ１（）意？ｉ１［究の結
甲亜鉛からなる陰極活物質において、水銀に加えて鉛と
インジウムを並存さ一１！るど、水銀と鉛とインジウム
がガス発生抑制に対して相乗的に作用し、従来より用い
られてきたアマルガムイヒ亜鉛からイｆる陰極活物質に
、１′３ける場合よりも水銀部を茗しく減少させても、
アマルガム化亜鉛を１；Ｚ極活物？？■どして用いｔ：
場合ど比較して同等以上のカス発生抑制効果並びに電池
性能効果を奏するに〒つた。

すなわち本発明のアルカリ電池とは、 鉛とインジウムとを並存させたアマルガム化亜鉛粉末を
電池用陰極活物質として用いることを特徴とするアルカ
リ１電池にある。

従来の単なるアマルガム化亜鉛粉末からなる陰極活物質
が５〜１５型部％の水銀含有率をイフするのに対し−で
、本発明のアルカリ電池に使用される陰極活物質は、５
重量％以下、ざらには、１重ω％ノス下になっても従来
のものと比較して同等以上にガス発生を抑制することが
できる。もちろん、水銀の含有率を大ぎくし、それに応
じてガス発生抑制機能を高めることもできる。本発明に
おける陰極活物質の好ましい水銀含有率は、実用的には
、５弔セ％以下で従来のアマルガム化亜鉛粉末からなる
陰極活物質よりも充分に大きい抑制効果を有する。

また、鉛どインジウムの含イ１率は、それぞれ０．００
５〜１重量％程度の少量で配合効果が発揮され、それ以
上配合しても効果が少ない。

本発明のアルカリ電池は、種々の方法で得られるが、好
ましい製造方法とは、 （１）鉛とインジウムと水銀を合金化させ、該合金を用
いて亜鉛粉末をアマルガム化させて得られるアマルガム
化亜鉛粉末を電池用陰極活物質として用いることを特徴
とするアルカリ電池の製造方法と、 ５− （２）亜鉛と鉛とインジウムの合金粉末を水銀でアマル
ガム化させて得られるアマルガム化合金粉末を電池用陰
極活物質どして用いることを特徴とするアルカリ電池の
製造方法である。

第１の製造方法は、例えば次のようにして実施される。

先ず水酸化カリウム水溶液のようなアルカリ液に亜鉛粉
末を投入し、１〜３０分間予備撹拌を行なう。次いで、
予め鉛とインジウムと水銀を聞合して合金化させたもの
を細穴より徐々に上記の液に滴下しつつ３０〜１２０分
間撹拌後、水洗Ｌノ、３０〜６０℃の低温で乾燥するこ
とによって、亜鉛−鉛−インジウム−水銀粉末を１：ノ
る。水銀は亜鉛のみならず鉛やインジウムとも常温下に
おいて合金を作る性質を有し、合金中の鉛、・′水銀あ
るいはインジウム／水銀の比率がそのまま保持されつつ
該合金が亜鉛粉末中に含有される。２従って合金中の鉛
並びにインジウムの含有率を変えることによって、亜鉛
粉末中の鉛、インジウムイし−Ｃ＊銀の含有率を自由に
変えることができる。

−〇− −１１だ第２の製造方法どして、先ず、溶融亜鉛に鉛と
インジウムを添加し、合金粉末化させたものを、Ｌ−述
の方法ど同様な方法、すなわち亜鉛−鉛−インジウム合
金粉末を含有するアルカリ液に水銀を添加することに、
Ｊ：り亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉末を得る。

このようにして得られた亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉
末を陰極活物質として用いることによって、ガス発ｉｐ
が抑制され、しかも電池性能に優れたアルカリ電池が提
供される。

以下、実施例おＪ：び比較例に基づいて本発明を巨体的
に説明する。

実施例１（ａ）〜（ｅ　） 先ず、１：３塩ｈす浴にて鉛０．０５５０　、インジウ
ム０．１１ｇ、水銀４．８４ＣＪを混合して鉛およびイ
ンジウ１１の比率がそれぞれ１．１重量％、２，２重役
％の鉛−インジウムアマルガムを調製した。次いで、予
め調製していた１０重昂％の水酸化カリウム溶液０．５
ノに３５〜１００メツシユの市販の電池用亜鉛粉末２５
０ｇを投入し、２０℃で５分間予備撹拌を行な−）だ。

次に、前記’ｆ４ｉ−インジウｌ＼アマルガムを所定量
粗孔から徐々に滴下しながら２０°Ｃで６０分間撹拌す
ることによってアマルガメーションを行なった。アマル
カメーション終了後、水洗をｒ］　ｊＺい４５℃で一昼
夜乾燥させた。このようにして鉛、インジウム、水銀の
含有率がぞれぞれ０．０１市隈％、０．０２手Ｍ％、０
．９重Ｍ％の亜鉛−鉛−インジウム−水銀粉末（実施例
１（ａ））を得た１′。

また、鉛、インジウムの比率が （１）鉛０．６５重坦％、インジウム１．３手早％、（
２）鉛０，３４重四％、インジウム０．６７重９％、（
３）鉛０．２０重燵％、インジウム０．４０φ撥％、（
４）鉛０．１４重缶％、インジウム０．２９重量％の鉛
−インジウムアマルガムを調製後、前記と同様な方法で
アマルカメーシ］ンしＣ鉛含′Ｐ４’；０．０１重量％
、インジウム含有率０．０２重量％で水銀含有率がそれ
ぞれ１．５重量％（実施例１Ｃ１）））、３重量％（実
施例１１′ｃ　ｇ＞　）　、　５重ｉ％（実施例１（ｄ
））、７重量％（実施例１（ｅ））の亜鉛−１イ）−イ
ンジウム−水銀粉末を得た。

このようにして得られた亜鉛−鉛−インジウム−水銀粉
末を陰極活物質として水素ガス発生試験を行なった。結
果を第１表に示す。なお、ガス発生試験は、電解液とし
て濃度４０重置火の水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を
飽和させたちの５がを用い、亜鉛−鉛一インジウムー水
銀粉末からなる陰極活物質をそれぞれ１０ｇ用いて４５
℃でガス発生速度（ｍｇ／　ａ日）を測定した。

また、この亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉末からなる陰
極活物質について、第１図に示すアルカリマンカン電池
を用いて電池性能を評価した。第１図のアルカリマンガ
ン電池は、正極缶１、正極２、セパレーター３、アマル
ガム化亜鉛粉末をカルボキシメチルセルロースでゲル化
した負極４、負極集電体５、ゴムパツキン６、押さえ板
７で構成されている。

このアルカリマンガン電池を用いて放電負荷４Ω、２０
℃の放電条件により終止電圧０．９Ｖ９− までの放電持続肋間測定し、キシ述の従来の陰極活物質
を用いた比較例１（ｄ）の測定値を１００とした指数で
示した。結果を第２表に示り一０実施例２ 実施例１と同様な方法で、鉛、インジウムの１１′。

率がそれぞれ５．２重重％、２．１重伊％の鉛−インジ
ウムアマルガムを調製後、アマルガメーションして、鉛
、インジウム、水銀含有率がそれぞれ０．０５市早％、
０．０２重量％、０．９小路％の亜鉛−鉛一インジウム
ー水銀粉末を得た。

この亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉末を陰極活物質とし
て実施例１と同様の方法によって、ガス発生試験と電池
性能試験を行ないその結束を第１表および第２表に示し
た。

実施例３ 実施例１と同様な方法で、鉛、インジウムのｎ二重がそ
れぞれ１．１重間％、１１．Ｏ重量％の鉛−インジウム
アマルガムを調製世、アマルガメーシコンして、鉛、イ
ンジウム、水銀含有率がそれぞれ０．０１重量％、０．
１重量％、０．９重昂％の曲１０− 鉛−鉛−インジウム−水銀粉末を得た。

この亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉末を陰極活物？１と
して実施例１ど同様の方法によって、ガス発生試験と電
池性能試験を行ないその結果を第１表、１３よび第２表
に示した。

実施例４ 実施例１と同様な方法で、鉛、インジウムの比率がそれ
ぞれ５．７重量％、１１．０重量％の鉛−インジウムア
マルガムを調製後、アマルガメーションして、鉛、イン
ジウム、水銀含有率がそれぞれ０．０５重口％、０．１
重量％、０．９重量％の亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉
末を得た。

この亜鉛−鉛一インジウムー水銀粉末を陰極活物質とし
て実施例１と同様の方法によって、ガス発生試験と電池
性能試験を行ないその結果を第１表および第２表に示し
た。

実施例５ 溶融亜鉛に鉛とインジウムを投入して、約４３０℃の温
度で攪拌し、鉛、インジウムの含有率がそれぞれ０．０
５＠量％、０．０２重餉％の亜鉛−鎗一インジウム合金
を調製し、これを粉末化さ］！だ。

この亜鉛−鉛−インジウム合金粉末を水銀を用いて、実
施例１と同様なｙＪ払でフマルカメ−シー１ンして、鉛
、インジウム、水銀含有寮がそれぞれ０．０５重量％、
０．０２？Ｆ量％、０　、９”’：　？Ｊ’　％　（１
）　’Ｉｆ、　＠ｆ）−鉛−インジウム−水銀粉末を得
た。

この亜鉛−Ｉｆｆ−インジウム−水銀粉末を陰極活物質
として実施例１と同様な方法によって、カス発生試験ど
電池１１能試験を行ないその結果を第１表および第２表
に示した。

比較例１（ａ）〜（ｅ　） 従来から用いられている水銀含有率０．９弔事％（比較
例１（ａ））、１．５重量％（比較例１（１）））、３
型車％（比較例１　（ｃつ）、５重量％（比較例１（（
１））、７重量％（比較例１（Ｃ））の亜５Ｆ）−水銀
粉末を陰極活物質どし、実施例１と同様の方法によって
、ガス発生試験と電池性能試験を行ないその結果を第１
表おＪζび第２表に示した。

第　　１　　表 １３− 第　　２　　表 １４− 第１表および第２表に示されるごとく、鉛とインジウム
を並存させた陰極活物質を用いた実施例１（ａ）〜（ｅ
）、２〜４は、水銀−亜鉛のみを陰極活物質とした比較
例１（ａ）〜（ｅ）に比較してガス発生抑制効果が高く
、しかも水銀の量を著しく減少させることができる。

また、電池性能もは、水銀を５Φ量％含有する水銀−亜
鉛合金を陰極活物質とした比較例１（ｄ）に比べて優れ
ていることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるアルカリマンガン電池の断面図
を示す。 １：正極缶、　２：正極、　３：セパレーター、４：ア
マルガム化亜鉛粉末をカルホキジメチルセル［］−スで
ゲル化した負極、 ５：負極集電体、　６：ゴムパツキン、７：押さλ板 １５− 第１図 ２８１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉛とインジウムとを並存させたアマルガム化亜鉛粉
   末を電池用陰極活物質として用いることを特徴とするア
   ルカリ電：ｉ！！。 ２、前記アマルガム化亜鉛粉末の鉛およびインジウム含
   有率かそれぞれ０．００５−１重量％である前記特許請
   求の範囲第１項記載のアルカリ電池。 ３、前記アマルカムイヒ押鉛扮末の水銀含有率か５重ダ
   ％以下である前記特許請求の範匠第１項または第２項記
   載のアルカリ電池。 ４、前記アマルガム化亜鉛粉末の水銀含有率が１重１％
   以下である前記特許請求の範囲第３項記軟のアルカリ電
   池。 ５、鉛とインジウムと水銀を合金イヒさせ該合金を用い
   て亜鉛粉末をアマルガム化させて得られるアマルガム化
   亜鉛粉末を電池用陰極活物質として用いることを特徴と
   するアルカリ電池の製造方法。 ６、亜鉛と鉛とインジウムの合金粉末を水集でアマルガ
   ム化させて得られるアマルガム化合金粉末を電池用陰極
   活物質と１７で用いることを特徴とするアルカリ電池の
   製造方法。