JPS6240162A - 亜鉛アルカリ電池 - 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】 （発明の分野） 本発明は亜鉛アルカリ電池に関し、詳しくは鉛とインジ
ウムとタリウム、カドミウム、ビスマス、ガリウム、銀
より選ばれる１種以上とアルミニウムを特定範囲で含有
した亜鉛合金をそのまま、もしくは汞化して電池用負極
活物質として用いた亜鉛アルカリ電池に関する。

（発明の背景） 亜鉛を負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等の強アルカリ性電解液を用
いるため、Ｎ池を密閉しなければならない。この電池の
密閉は電池の小型化を図る際には特に重要であるが、同
時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。

その対策として、負極活物質である亜鉛の腐食を防止し
て、電池内部の水素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汞化亜鉛を負極活物質
として用いることが専ら行なわれている。このため、今
日市販されているアルカリ電池の負極活物質は５〜１０
重量％程度の多量の水銀を含有しており、社会的ニーズ
として、より低水銀のもの、あるいは無水銀の電池の開
発が強く期待されるようになってきた。

そこで、電池内の水銀含有団を低減させるべく、亜鉛に
各種金属を添加した亜鉛合金粉末に関する提案が種々な
されている。例えば、亜鉛に鉛を添加した亜鉛合金粉末
、あるいは本発明者等による亜鉛に鉛とインジウムを添
加した亜鉛合金粉末（特開昭５８−１８１２６６号公報
）等がある。しかし、これらの亜鉛合金粉末はある程度
のガス発生抑制効果を奏するが、まだ十分とは言えない
。

このように、負極活物質である亜鉛合金粉末を低汞化と
しつつ、水素ガス発生ａを低減し、しかも電池性能であ
る放電性能を高い水準に維持する電池は未だ得られてい
ない。

（発明の目的） 本発明はかかる現状に鑑み、水銀の含有率を著しく減少
させつつ、水素ガス発生を抑制し、しかも放電性能を高
い水準に維持する負極活物質を用いた亜鉛アルカリ電池
を提供することを目的とする。

（発明の経緯） 本発明者らはこの目的に沿って鋭意研究の結果、亜鉛か
らなる負極活物質において、鉛とインジウムとタリウム
、カドミウム、ビスマス、ガリウム、銀より選ばれる１
種以上とアルミニウムを特定範囲の量添加することによ
り、これら添加元素の相乗的な効果によって、従来の低
汞化した亜鉛合金粉末よりも更に水素ガス発生量を低下
させ、しかも放電性能に優れた亜鉛アルカリ電池が得ら
れることを見出し本発明に到達した。

（発明の構成） すなわち本発明は、鉛を０．０１〜０．５重量％、イン
ジウムを０．０１〜０，５重量％、タリウム、カドミウ
ム、ビスマス、ガリウム、銀より選ばれる１種以上の合
計量を０．０１〜０．５重量％、アルミニウムを０．０
０５〜０．５型組％含有する亜鉛合金を負極活物質とし
て用いたことを特徴とする亜鉛アルカリ電池にある。

本発明において、鉛とインジウムとタリウム、カドミウ
ム、ビスマス、ガリウム、銀より選ばれる　１種以上と
アルミニウムとを特定量添加した亜鉛合金は、そのまま
負極活物質として用いるか、亜鉛合金を汞化した後に負
極活物質として用いる。

汞化する場合の水銀含有率は、従来の負極活物質の水銀
含有率よりも少ない量、すなわち５．０重量％未満であ
るが、より汞化率を低くし、低公害性を考慮すると３．
０重量％以下である。また、１．０重量％前後またはそ
れ以下の少量であってもガス発生を抑制することが可能
である。特に、排気機構を備えた空気電池や水素吸収機
構を備えた亜鉛アルカリ電池等においては、水素ガスの
発生許容ｌは比較的大きいので、このような電池に本発
明を適用する場合は、１．０重量％以下の低張化率また
は無汞化の亜鉛合金が負極活物質として好ましく用いら
れる。

この負極活物質に用いられる亜鉛合金の鉛の含有率は０
．０１〜Ｇ、Ｓｍ１１％、インジウムの含有率は０．０
１〜０．５重量％、タリウム、カドミウム、ビスマス、
ガリウム、銀より選ばれる１種以上の合計量の含有率は
０．０１〜０．５重量％、アルミニウムの含有率はｏ、
ｏｏｓ〜０．５重量％と少量で添加゛効果が発揮される
。鉛とインジウムとタリウム、カドミウム、ビスマス、
ガリウム、銀より選ばれる１種以上とアルミニウムの含
有率がそれぞれ下限未満では本発明の効果が得られず、
上限を越えると、不純物を含有した亜鉛のように、自己
放電が進み、ガス発生抑制および放電性能にとって良好
な結果が得られない。

なお、アルミニウムの含有率は０．００５〜０．２重量
％の範囲が特に好ましく、０．２重量％を越えた場合に
はそれほどの含有効果は見られない。

これら各添加元素の作用効果は充分に解明されていない
が、推定するに亜鉛合金中に含まれている鉛、インジウ
ムおよびタリウム、カドミウム、ビスマス、ガリウム、
銀は水素過電圧を高める作用あるいはアルカリ電解液中
での亜鉛の腐食を抑制する作用を有すると考えられる。

一方、アルミニウムは亜鉛合金表面を平滑化させる効果
があり、これによって反応表面積を減少させ、耐食性の
向上に役立つと考えられる。

本発明は、これら各作用の相乗効果により、放電特性を
劣化させることなく、耐食性のよい亜鉛合金が得られた
ものである。

このように本発明の亜鉛アルカリ電池は、電解液に苛性
カリ、苛性ソーダ等を主成分とするアルカリ水溶液を用
い、魚種活物質に上記した亜鉛合金または汞化した亜鉛
合金、正極活物質に二酸化マンガン、酸化銀、酸素等を
用いることにより得られる。

（実施例の説明） 以下、実施例および比較例に基づいて本発明を具体的に
説明する。

実施例１〜１８および比較例１〜８ 純度９９．９９７％以上の亜鉛地金を約５００℃で溶融
し、これに第１表に示すごとく鉛、インジウム、タリウ
ム、アルミニウムの含有率がそれぞれｏ、ｏｓ　重量％
となるように添加して亜鉛合金を作成し、これを高圧ア
ルゴンガス〈噴出圧５ｋｇ／Ｃｉ）を使って粉体化した
。次に水酸化カリウム１０％のアルカリ性溶液中にて上
記粉末に　１．０重量％になるように水銀を添加して、
汞化処理を行ない亜鉛合金粉末（実施例１）を得た。

また、第１表に示すごとく、下記の組成でそれぞれ、 １）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重量％、カ
ドミウム０．０５重量％、アルミニウム０．０５重量％
（実施例２） ２）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重量％、ビ
スマス０．０５重量％、アルミニウム０．０５重量％（
実施例３） ３）鉛０．０５重世％、インジウム０．０５重量％、ガ
リウム０．０５重世％、アルミニウム０．０５’１ｆ２
１％（実施例４） ４）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重量％、銀
０．０５重量％、アルミニウム０．０５重量％（実施例
５） ５）鉛０．Ｏｆ重伍％、インジウム０．０１重世％、タ
リウム０．０１重量％、アルミニウム０．００５重量％
（実施例６） ６）鉛０．０１重済％、インジウム０．０１重量％、カ
ドミウム０．０１重量％、アルミニウムｏ、ｏｏｓ重量
％（実施例７） ７）鉛０．０１重量％、インジウム０．０１重層％、ビ
スマス０．０１重量％、アルミニウム０．００５重世％
（実施例８） ８）鉛０．０１重量％、インジウム０．０１重量％、ガ
リウム０．０１重量％、アルミニウムｏ、ｏｏｓ重量％
（実施例９） ９）鉛０．０１装置％、インジウム０．０１重量％、銀
０．０１重量％、アルミニウム０．００５重道％（実施
例１０） １０）鉛０．５重量％、インジウム０．５重世％、タリ
ウム０．５重量％、アルミニウム０．２重ｆｆｉ％（実
施例１１） １１）鉛０．５重量％、インジウム０．５重量％、カド
ミウム０，５重量％、アルミニウム０．２重量％（実施
例１２） １２）鉛０．５重量％、インジウム０．５重口％、ビス
マス０．５重量％、アルミニウム０，２重ｆｉ％〈実施
例１３） １３）鉛０．５重量％、インジウム０．５重量％、ガリ
ウム０．５重量％、アルミニウム０．２重量％（実施例
１４） １４）鉛０．５重量％、インジウム０．５重量％、銀０
．５重量％、アルミニウム０．２重量％（実施例１５）
１５）鉛０．５重ｊ％、インジウム０．５重置％、タリ
ウム０．５重量％、アルミニウム０．５重量％（実施例
１６） １６）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重量％、
タリウム０．０１重量％、カドミウム０．０１重量％、
ビスマス０．０１重量％、ガリウム０．０１重量％、銀
０．０１重量％、アルミニウム０．０５重量％（実施例
１γ） １７）鉛０．５重量％、インジウム０．５重量％、カド
ミウム０．１重量％、ビスマス０．２重量％、ガリウム
０．２重量％、アルミニウム０．２重量％（実施例１８
） １８）鉛０．０５重量％（比較例１） １９〉鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重恐％（
比較例２） ２０）鉛０．０５重量％、インジウム００ＯＳ重量％、
タリウム０．０５重量％（比較例３） ２１）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重間％、
カドミウム０．０５重量％（比較例４）２２）鉛１．０
重量％、インジウム０．０５重量％、タリウム０．０５
重量％、アルミニウム０，０５重量％（比較例５） ２３）鉛０．０５重昂％、インジウム１．０重量％、タ
リウム０．０５重量％、アルミニウム０６０５重世％（
比較例６） ２４）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５重世％、
カドミウム１．０重量％、アルミニウム０．０５重量％
（比較例７） ２５）鉛０．０５重量％、インジウム０．０５　ｊｌ！
　ｆｊＭ　％、カドミウム０．０５重量％、アルミニウ
ム１．０重量％（比較例８） からなる亜鉛合金をそれぞれ作成し、これを前記と同様
な方法で粉体化し、汞化処理を行なって水銀含有率が１
．０重量％の亜鉛合金粉末（実施例２〜１８および比較
例１〜８）を得た。

このようにして得られた亜鉛合金粉末を使って水素ガス
発生試験を行ない、その結果を第１表に示す。なお、ガ
ス発生試験は、電解液として濃度４０重量％の水酸化カ
リウム水溶液に酸化亜鉛を飽和させたものを５１１用い
、亜鉛合金粉末を１０　ｇ用いて４５℃で５０日間のガ
ス発生量（ｙｆ／ｇ）を測定した。

また、これらの亜鉛合金粉末を負極活物質として第１図
に示すアルカリマンガ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、負極３、セパレーター４、封口体５、負極底板６、
負極集電体７、キャップ８、熱収縮性樹脂チューブ９、
絶縁リング１０゜１１、外装缶１２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０．９ｖまでの放電持続時
間を測定し、従来の負極活物質を用いた後述する比較例
９の測定値を１００とした指数で示した。結果を第１表
に示す。

比較例９ 実施例１と同様の方法で亜鉛に水銀を５．０重ｆ％添加
した従来より用いられている汞化亜鉛合金粉末（比較例
９）を得た。これを実施例１と同様の方法で水素ガス発
生試験と電池性能試験を行ない、その結果を第１表に示
した。

第１表に示されるごとく、亜鉛に鉛とインジウムとタリ
ウム、カドミウム、ビスマス、ガリウム、銀より選ばれ
る１種以上とアルミニウムを特定聞添加して汞化させた
汞化亜鉛合金粉末を負極活物質に用いた実施例１〜１８
は、比較例１〜８や亜鉛に水銀のみを添加した従来より
用いられている汞化亜鉛合金粉末を魚種活物質に用いた
比較例９に比べて、水素ガス発生抑制効果が大きく、放
電性能も優れていることがわかる。

（発明の効果） 以上説明のごとく、鉛とインジウムとタリウム、カドミ
ウム、ビスマス、ガリウム、銀より選ばれる１種以上と
アルミニウムを特定範囲で含有した亜鉛合金をそのまま
、もしくは汞化して負極活物質として用いた本発明の亜
鉛アルカリ電池は、水素ガス発生率を抑制しつつ、電池
性能を向上させることが可能であり、また水銀が低含有
率もしくは含有しないことから、社会的ニーズにも沿っ
たものである。従って、本発明の亜鉛アルカリ電池は広
範な用途に使用可能である。

【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原理図
を示す。 １：正極缶、　　２：正極、　　３：負極、４：セパレ
ーター、５：封口体、６：負極底板、７：負極集電体、
８：キャップ、 ９：熱収縮性樹脂チューブ、 １０．１７：絶縁リング、１２：外装缶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉛を０．０１〜０．５重量％、インジウムを０．０
   １〜０．５重量％、タリウム、カドミウム、ビスマス、
   ガリウム、銀より選ばれる１種以上の合計量を０．０１
   〜０．５重量％、アルミニウムを０．００５〜０．５重
   量％含有する亜鉛合金を負極活物質として用いたことを
   特徴とする亜鉛アルカリ電池。 ２、前記亜鉛合金が汞化されている前記特許請求の範囲
   第１項記載の亜鉛アルカリ電池。