JP2003521100A

JP2003521100A - 亜鉛／空気電池

Info

Publication number: JP2003521100A
Application number: JP2001555152A
Authority: JP
Inventors: リファン、リン; ロジャー、シェパード
Original assignee: ザジレットカンパニー
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2003-07-08
Also published as: DE60124865T2; DE60124865D1; EP1252668B1; HK1048019A1; WO2001056098A2; CN1275343C; AU2001229713A1; AR027267A1; CN1397097A; US6300011B1; WO2001056098A3; EP1252668A2; ATE347178T1

Abstract

(57)【要約】亜鉛／空気電池用のアノード組成物は粒子状亜鉛に添加された金属結合剤を含んでなる。粒子状亜鉛と接触している金属結合剤を、その融点より高い温度に加熱する。冷却により、金属結合剤は固化し、亜鉛粒子表面に密着し、個々の亜鉛粒子が金属結合剤により互いに結合され、保持された凝集物を形成する。次いで、ゲル化剤および電解質を加え、アノード混合物を形成することができる。金属結合剤の融点は、約３５℃より高く、亜鉛の融点より低いのが好ましい。粒子状亜鉛に好ましい金属結合剤は、インジウムとビスマスの合金（Ｉｎ／Ｂｉ）である。他の好ましい金属結合剤は、例えばインジウム、ビスマスおよびスズの合金（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）またはインジウムとスズの合金（Ｉｎ／Ｓｎ）並びに金属インジウムでよい。アノード混合物に金属結合剤を使用することにより、亜鉛粒子の導電性が改良され、アノード組成物に水銀を加える必要が無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、亜鉛を含んでなるアノードおよび空気カソードを有する亜鉛／空気
電池に関するものである。本発明は、溶融した金属結合剤をアノード組成物に加
え、冷却した時にアノード組成物中にある亜鉛粒子を結合させる方法に関するも
のである。

【０００２】亜鉛／空気電池は、典型的には小型のボタン電池の形態にあり、プログラムで
きる型の補聴器を含む電子補聴器用のバッテリーとして特に使用される。そのよ
うな小型の電池は、典型的には直径約４〜１２ｍｍ、高さ約２〜６ｍｍのディス
ク状の円筒形を有する。亜鉛空気電池は、従来のＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃお
よびＤサイズのＺｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池と同等の大きさ、を有する円筒形ケ
ーシングを有する、幾分大きなサイズにも、それよりさらに大きなサイズにも製
造することができる。

【０００３】小型の亜鉛／空気ボタン電池は、典型的にはアノードケーシング（アノードカ
ップ）、およびカソードケーシング（カソードカップ）を含んでなる。アノード
ケーシングおよびカソードケーシングは、それぞれ典型的には、一体化された閉
鎖末端および対向する開放末端を含む、カップ形状の本体を有する。必要な材料
をアノードおよびカソードケーシング中に挿入した後、アノードケーシングの開
放末端を典型的にはカソードケーシングの開放末端の中に挿入し、縁部を折り曲
げて電池を密封する。アノードケーシングは、粒子状亜鉛を含んでなる混合物で
満たすことができる。典型的には、亜鉛混合物は水銀およびゲル化剤を含み、そ
の混合物に電解質を加えた時にゲル化する。電解質は、通常は水酸化カリウムの
水溶液であるが、他の水性アルカリ性電解質も使用できる。カソードケーシング
は、カソードケーシングの閉鎖末端の内側表面に貼り付けた空気拡散部（空気フ
ィルター）を含む。空気拡散部は、紙または多孔質重合体状材料を含む様々な空
気透過性材料から選択することができる。空気拡散部は、カソードケーシングの
閉鎖末端の表面にある空気穴に隣接して配置される。典型的には粒子状二酸化マ
ンガン、炭素および疎水性結合剤の混合物を含んでなる触媒作用する材料を、カ
ソードケーシングの中に、空気拡散部の空気穴と接触していない方の側で、空気
拡散部の上に挿入することができる。イオン透過性のセパレーターを、典型的に
は触媒作用する材料の上に、カソードケーシングの開放末端の方を向く様に取り
付ける。

【０００４】カソードケーシングは典型的には、例えばニッケルメッキしたステンレス鋼で
製造することができ、ニッケルメッキがカソードの外側表面を形成し、ステンレ
ス鋼がケーシングの内側表面を形成する。アノードケーシングもニッケルメッキ
したステンレス鋼で製造することができ、典型的にはニッケルメッキがケーシン
グの外側表面を形成する。アノードケーシングは、ニッケルの外側層および銅の
内側層を有するステンレス鋼で構成されるトリクラッド材料で製造することがで
きる。その様な実施態様では、典型的にはニッケル層がアノードケーシングの外
側表面を形成し、銅層がアノードケーシングの内側表面を形成する。銅の内側層
は、亜鉛粒子と、アノードケーシングの閉鎖末端における電池の陰極端子との間
に導電性の高い経路を与える点で好ましい。アノードケーシングの外側表面上に
耐久性のある重合体状材料の絶縁リングを挿入することができる。絶縁体リング
は、典型的には、締め付けた時の流れ（低温流れ）を起こし難い高密度ポリエチ
レン、ポリプロピレンまたはナイロンから製造する。

【０００５】アノードケーシングを亜鉛混合物で充填し、空気拡散部、触媒、およびイオン
透過性セパレーターをカソードケーシングの中に配置した後、アノードケーシン
グの開放末端をカソードケーシングの開放末端の中に挿入することができる。次
いで、カソードケーシングの周縁部をアノードケーシングの周縁部の上に折り曲
げ、堅く密封した電池を形成させることができる。アノードケーシングの周りの
絶縁体リングは、アノードカップとカソードカップの電気的な接触を阻止する。
カソードケーシング表面上の空気穴の上に取り外し可能なタブを配置する。使用
の前に、タブを除去して空気穴を露出させ、空気を進入させて電池を活性化させ
る。アノードケーシングの閉鎖末端の一部は電池の陰極端子として機能し、カソ
ードケーシングの閉鎖末端の一部は電池の陽極端子として機能する。

【０００６】典型的には、水銀は、アノード混合物中の亜鉛の少なくとも１重量％、例えば
約３重量％、の量で加える。水銀は、アノード混合物中の亜鉛粒子間の粒子間接
触を改良するためにアノード混合物に加える。これによって、アノード内の導電
性が改良され、電池性能が向上する、例えば亜鉛の実比容量（Ａｍｐ−時間／ｇ
）が高くなる。また、水銀を加えることにより、放電時に、および放電の前また
は後に電池を保管する時に、亜鉛／空気電池中で起こり得る水素ガス発生が低下
する傾向がある。ガス発生は、過剰な場合、電解質が漏れ易くなり、給電してい
る補聴器または他の電子部品を損なうか、または破壊することがある。現在、世
界中の多くの地域で、環境問題のために電気化学的電池への水銀使用が大幅に規
制されている。他の可能性があるガス発生抑制剤を水銀の代わりにアノード混合
物に加えると、これらの抑制剤はアノードの導電性を著しく下げるか、または大
量に加える必要があり、そのために電池の容量（ｍＡｍｐ−時間）が大きく低下
する。

【０００７】米国特許第３，８９７，２６５号明細書には、アノードケーシングをカソード
ケーシングの中に挿入した代表的な亜鉛／空気ボタン電池構造が開示されている
。アノードケーシングとカソードケーシングの間の絶縁体が開示されている。ア
ノードは水銀でアマルガム化された亜鉛を含んでなる。この電池は、空気拡散部
、カソード触媒、およびカソードケーシングの閉鎖末端にある、カソードケーシ
ング表面の空気穴に面したセパレーターを含んでなる機構を含む。

【０００８】米国特許第５，２７９，９０５号明細書には、アノード混合物に水銀をほとん
ど、または全く加えていない小型の亜鉛／空気電池が開示されている。代わりに
、アノードケーシングの内側層は、インジウムの層で被覆されている。開示され
ているアノードケーシングは、外側表面がニッケルで、内側表面が銅でメッキさ
れたステンレス鋼で構成されたトリクラッド材料でよい。銅層は少なくとも１マ
イクロインチ（２５．４ｘ１０^−６ｍｍ）である。この文献は、アノードケーシ
ング内側表面上の銅層をインジウムの層で被覆することを開示している。インジ
ウム層は約１マイクロインチ〜５マイクロインチ（２５．４ｘ１０^−６ｍｍ〜１
２７ｘ１０^−６ｍｍ）であることが開示されている。

【０００９】水銀を加えずに、ガス発生を著しく増加することなく、亜鉛／空気電池のアノ
ード中の亜鉛の粒子間導電性を改良することが望ましい。

【００１０】水銀を加えずに、アノード中の亜鉛の実比容量（ｍ−Ａｍｐ／ｇ）を改良する
ことが望ましい。

【００１１】本発明の一態様では、金属／空気減極電池のアノード、特に亜鉛／空気電池の
アノード、における電気化学的に活性な金属に金属結合剤を加える。本発明は、
亜鉛／空気電池のアノードを構成する粒子状亜鉛に金属結合剤を加えることに関
する。金属結合剤は亜鉛粒子の表面に密着し、亜鉛粒子を結合する。本発明の第
一の態様では、亜鉛粒子を溶融状態にある金属結合剤と接触させ、混合物の冷却
により、金属結合剤が混合物中の亜鉛粒子に密着し、結合する。

【００１２】本発明の金属結合剤は、その融点を超える温度に加熱し、溶融した液体として
亜鉛粉末に加えることができる。あるいは、金属結合剤を亜鉛粉末に加え、混合
物を金属結合剤の融点を超える温度に、ある時間加熱することができる。どちら
の場合も、本発明の金属結合剤は、粒子状亜鉛と接触している間、その融点より
高い温度にあり、従って溶融状態にある。次いで、粒子状亜鉛および溶融した（
液化した）金属結合剤を含んでなる混合物を室温近くに冷却する。混合物が冷却
すると、金属結合剤は固化し、個々の亜鉛粒子および少なくとも一部の他の隣接
する亜鉛粒子に密着する。これによって、個々の亜鉛粒子が少なくとも対になっ
て結合し、分離下亜鉛粒子凝集物を形成する。金属結合剤は、亜鉛粒子の少なく
とも一部を互いに物理的に結合し、それらの間に導電性の経路を形成する。

【００１３】亜鉛凝集物は、典型的には約２〜５００個、より典型的には約２〜１００個、
例えば約５〜１００個、の個々の亜鉛粒子を含むことができ、これらの粒子は、
粒子間で固化した金属結合剤により互いに結合され、保持されている。次いで、
ゲル化剤および電解質溶液を亜鉛凝集物の混合物に加え、亜鉛／空気電池で使用
するゲル化したアノード混合物を形成させる。あるいは、亜鉛凝集物の混合物を
アノードケーシング中に入れ、ゲル化剤および電解質溶液を加え、混合物がケー
シング中にある間に、ゲル化したアノード混合物をアノードケーシング中でその
場で形成させることができる。金属結合剤は、亜鉛の融点より低い（４１９℃未
満）融点を有し、好ましくは約３５℃より高い融点を有する導電性金属または合
金から選択することができる。その様な融点範囲内の金属結合剤（複数の金属結
合剤の混合物を含む）は、個々の亜鉛粒子を結合および相互接続する導電性結合
剤または導電性接着剤として機能する限り、適当である。好ましい金属結合剤は
、好ましくは融点が約３５℃を超え、好ましくは約３５℃〜３２０℃、である。
本発明の金属結合剤は、アノード混合物中に約０．２５〜４重量％、好ましくは
約０．５〜４重量％の亜鉛を含んでなる。

【００１４】粒子状亜鉛に好ましい金属結合剤は、インジウムとビスマス（Ｉｎ／Ｂｉ）の
合金であることが確認されている。他の好ましい金属結合剤は、インジウム、ビ
スマスおよびスズ（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）の合金、およびインジウムとスズ（Ｉｎ
／Ｓｎ）の合金、並びにインジウム金属（融点１５０℃）であることが確認され
ている。インジウムとビスマス（Ｉｎ／Ｂｉ）およびインジウム、ビスマスおよ
びスズ（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）およびインジウムとスズ（Ｉｎ／Ｓｎ）の合金は、
純粋なインジウムよりも融点が低く、好ましい。金属結合剤は、その様な適当な
個々の金属と合金の混合物を含んでなることができる。

【００１５】アノード中の亜鉛を接続する本発明の金属結合剤は、粒子間導電性および電池
放電時の亜鉛の実比容量（Ａｍｐ−時間／ｇ）を増加させる。亜鉛／空気電池の
アノードで金属結合剤を使用して亜鉛粒子を相互接続することにより、電池に水
銀を加える必要がなくなり、実質的に水銀を含まないＺｎ／空気電池を使用する
ことができる。

【００１６】本発明の金属結合剤は、亜鉛／空気電池のアノード中に組み込むことを第一の
目的としているが、Ｚｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池、特に水銀を含まないＺｎ／Ｍ
ｎＯ_２アルカリ電池、のアノードにおける粒子状亜鉛を結合することにも十分に
使用できる。Ｚｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池は、亜鉛を含んでなるアノード、Ｍｎ
Ｏ_２およびアルカリ性電解質、典型的には水酸化カリウムの水溶液、を含んでな
るアノードを特徴とする。

【００１７】本発明は図面を参照することにより、より深く理解できるであろう。

【００１８】本発明は、ガス減極された電気化学的電池に関する。その様な電池は、典型的
には亜鉛を含んでなる金属アノードおよび空気カソードを有する。この電池は一
般的に金属／空気減極電池、より典型的には亜鉛／空気電池と呼ばれる。

【００１９】本発明の亜鉛／空気電池は、実質的に水銀を含まず、亜鉛を含んでなるアノー
ドおよび空気カソードを有する小型ボタン電池の形態にあるのが望ましい。この
電池は、電子補聴器の電源として特に使用される。本発明の小型亜鉛／空気電池
は、典型的には直径約４〜１６ｍｍ、好ましくは約４〜１２ｍｍ、高さ約２〜９
ｍｍ、好ましくは約２〜６ｍｍのディスク状の円筒形を有する。小型亜鉛／空気
電池は、典型的には作動負荷電圧が約１．１ボルト〜０．２ボルトである。電池
は、典型的には約１．１〜約０．９ボルトで実質的に平らな放電電圧プロファイ
ルを有し、その後、電圧は約０．２ボルトのカット−オフにきわめて急速に降下
する。電池は約４〜１５ミリアンペアの率で、または典型的には約７５〜２７５
オームの抵抗負荷で放電することができる。ここで使用する用語「小型電池」また
は「小型ボタン電池」は、その様な小さなボタン電池を含むが、小型亜鉛／空気電
池用の他の形状およびサイズも可能であるので、それらに限定するものではない
。例えば、亜鉛空気電池は、従来のＡＡＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡ、ＣおよびＤサイズ
のＺｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池と同等の大きさを有する円筒形ケーシングを有す
る、幾分大きなサイズにも、それよりさらに大きなサイズにも製造することがで
きる。本発明は、その様なより大きな電池サイズにも、他の電池形状、例えばプ
リズムまたは長円形状、にも適用できる。

【００２０】本発明の電池は、好ましくは添加した水銀を全く含まず（添加水銀ゼロ電池）
、従って実質的に水銀を含まない。その様な添加水銀ゼロ電池では、亜鉛と共に
天然に存在する痕跡量の水銀だけが存在する。従って、本発明の亜鉛／空気電池
１００は、総水銀含有量が、アノード中の亜鉛の約１００重量ｐｐｍ未満、好ま
しくはアノード中の亜鉛の５０重量ｐｐｍ未満である。（ここで使用する用語「
実質的に水銀を含まない」は、電池の水銀含有量が、アノード中の亜鉛の約１０
０重量ｐｐｍ未満であることを意味する）本発明の電池は、アノード中に非常に
少量の鉛添加剤を有することができる。鉛を亜鉛に添加する場合、電池中の鉛含
有量は、典型的にはアノード中の亜鉛の約１００〜１０００ｐｐｍでよい。しか
し、本発明の電池は、実質的に鉛を含まなくてもよい、すなわち総鉛含有量は、
アノード中の亜鉛含有量の３０ｐｐｍ未満、好ましくは１５ｐｐｍ未満でよい。
本発明の亜鉛／空気電池１００は、アノードケーシング１６０、カソードケーシ
ング１４０、およびその間の電気的絶縁体１７０を有する。アノードケーシング
１６０は、周囲を取り囲む本体１６３、一体化された閉鎖末端１６９、および対
向する開放末端１６７を有する。カソードケーシング１４０は、周囲を取り囲む
本体１４２、一体化された閉鎖末端１４９、および対向する開放末端１４７を有
する。アノードケーシング１６０は、粒子状亜鉛およびアルカリ性電解質を含ん
でなるアノード混合物１５０を含む。カソードケーシング１４０は、その閉鎖末
端の表面に複数の空気穴１４２を有する。触媒作用する複合材料１３４がケーシ
ング１４０の中で、空気穴の近くに配置されている。電池放電の際、触媒作用す
る材料１３４は、周囲の酸素が空気穴１４２を通って進入し、電解質と反応する
時に、酸素との電気化学的反応を促進する。

【００２１】本発明により、アノード混合物を製造する際に、溶融した金属結合剤を加えて
亜鉛粉末と接触させる。溶融した金属結合剤は、その融点よりは高いが、亜鉛の
融点よりは低い温度にある。冷却により金属結合剤は固化し、亜鉛粒子表面の少
なくとも一部に密着し、亜鉛粒子の少なくとも一部を結合させて凝集物を形成さ
せる。各凝集物は、少なくとも一対の亜鉛粒子を含み、典型的には約２〜５００
個、より典型的には約２〜１００個、例えば約５〜１００個、の個別亜鉛粒子が
それらの間で固化した金属結合剤により結合されて保持される。（金属結合剤は
、典型的には金属結合剤が接触する亜鉛粒子の少なくとも約１０％、より典型的
には少なくとも約１０〜５０％を結合する）金属結合剤は導電性であり、従って
、電池放電の際に亜鉛粒子の粒子間導電性を増加する。これによって、電池放電
の際の亜鉛の実比容量（Ａｍｐ−時間／ｇ）が増加し、アノード混合物に水銀を
加える必要が無くなる。

【００２２】本発明の亜鉛／空気電池の好ましい実施態様は図１に示す通りである。図１に
示される実施態様は、小型のボタン電池の形態にある。電池１００は、カソード
ケーシング１４０（カソードカップ）、アノードケーシング１６０（アノードカ
ップ）およびそれらの間の電気的絶縁体材料１７０含んでなる。絶縁体１７０
は、図１に示す様に、アノードケーシング本体１６３の外側表面上に被せること
ができるリングの形態にあるのが好ましい。絶縁体リング１７０は、アノードケ
ーシングの周縁部１６８を超えて伸びる拡張部分１７３ａを有する（図１）。拡
張部分１７３ａを含む絶縁体１７０は、電池を密封した後に、アノード活性材料
がカソードケーシング１４０と接触するのを阻止する。絶縁体１７０は、締め付
けた時の流れを起こし難い（低温流れを起こし難い）、耐久性のある電気絶縁材
料、例えば高密度ポリエチレン、ポリプロピレンまたはナイロン、から製造され
る。

【００２３】アノードケーシング１６０およびカソードケーシング１４０は、最上層は個別
の部分である。アノードケーシング１６０およびカソードケーシング１４０は、
個別に活性材料を充填し、その後で、アノードケーシング１６０の開放末端１６
７をカソードケーシング１４０の開放末端の中に挿入することができる。アノー
ドケーシング１６０の特徴は、最大直径を有する第一直線本体部分１６３ａが周
縁部１６８から下方に、アノードケーシング１６０の高さの少なくとも５０％を
超える地点まで垂直に伸び、そこでケーシングは内側に向けて傾斜し、傾斜した
中間部分１６３ｂを形成することである。中間部分６３ｂの最終末端から下方に
第二の直線部分６３ｃが垂直に伸びている。第二の直線部分１６３ｃは直線部分
１６３ａよりも直径が小さい。この部分１６３ｃはその最終末端で９０°曲がり
、比較的平らな陰極端子表面１６５を有する閉鎖末端１６９を形成する。カソー
ドケーシング１４０の本体１４２は、閉鎖末端１４９から下方に垂直に伸びる、
最大直径の直線部分１４２ａを有する。本体１４２は、周縁部１４２ｂで終了す
る。カソードケーシング１４０の周縁部１４２ｂおよびその下にある絶縁体リン
グ１７０の周縁部１７３ｂは最初は垂直方向で直線的であり、アノードケーシン
グ１６０の傾斜した中間部分１６３ｂの上に機械的に折り曲げることができる。
これによって、カソードケーシング１４０はアノードケーシング１６０の上の所
定の位置に固定され、堅く密封された電池を形成させる。

【００２４】アノードケーシング１６０は、上記の様に粒子状亜鉛と溶融した金属結合剤の
混合物を最初に製造することにより、アノード活性材料で別に充填することがで
きる。混合物が冷却する時、粉末状のゲル化剤(gellant)を加える。混合物の製
造に使用する元の亜鉛の粒子径（すなわち金属結合剤を加える前）は、粒子を篩
に通して測定して、約３０〜３５０ミクロンであるのが好ましい。本発明の溶融
した金属結合剤との混合物を形成させるのに使用する亜鉛（元の亜鉛）は、純粋
な粒子状亜鉛でもよいし、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化した
粒子状亜鉛の形態でもよい。前記亜鉛は、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ
）およびビスマス（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化した粒子状亜鉛の形態で
もよい。亜鉛の他の合金、例えばインジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）および
鉛（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化した粒子状亜鉛も出発材料として使用す
ることができる。これらの粒子状亜鉛合金は、実質的に純粋な亜鉛を含んでなり
、実質的に純粋亜鉛の電気化学的能力を有する。この様に、用語「亜鉛」はその様
な材料を含むものとする。

【００２５】ゲル化剤は、アルカリ性電解質に実質的に不溶である様々な公知のゲル化剤か
ら選択することができる。その様なゲル化剤は、例えば、架橋されたカルボキシ
メチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプングラフト共重合体（例えばGrain Proces
sing Corp.からWaterlock A221の名称で市販されている、デンプン骨格上にグラ
フト化された、加水分解されたポリアクリロニトリル）、Carbopol C940 (B.F.
Goodrich)の名称で市販されている架橋されたポリアクリル酸重合体、Waterlock
A400(Grain Processing Corp.)として市販されているアルカリけん化されたポ
リアクリロニトリル、およびポリアクリル酸のナトリウム塩、例えばWaterlock
J-500またはJ-550の名称で市販されているナトリウムポリアクリレート超吸収性
重合体、でよい。粒子状亜鉛とゲル化剤粉末の乾燥混合物は、典型的には乾燥混
合物の約０．１〜１重量％を形成するゲル化剤で形成させることができる。約３
０〜４０重量％のＫＯＨおよび約２重量％のＺｎＯを含んでなるＫＯＨ電解質水
溶液を乾燥混合物に加え、形成された、湿ったアノード混合物５０をアノードケ
ーシング６０の中に挿入することができる。あるいは、粒子状亜鉛とゲル化剤の
乾燥粉末混合物をアノードケーシング６０の中に先ず入れ、電解質溶液を加え、
湿ったアノード混合物５０を形成させる。

【００２６】触媒作用するカソード機構１３０および空気拡散部１３１をケーシング１４０
の中に次の様に挿入することができる。空気多孔質濾紙または多孔質重合体状材
料の形態でよい空気拡散ディスク１３１（図１および２）をカソードケーシング
の中に、空気穴１４２に接する様に挿入することができる。必要に応じて、別の
電解質バリヤー層１３２（図１および２）、例えばポリテトラフルオロエチレン
（テフロン（登録商標））、を空気拡散部１３１の上に挿入することができる。
バリヤー層１３２は、使用する場合、疎水性であり、電池中への空気の流れを著
しく遅延させることなく、電解質が電池から漏れるのを阻止する様に機能するの
が望ましい。図２に示される触媒作用するカソード機構１３０は、図２に示され
る様に、電解質バリヤー材料１３５、電解質バリヤー材料１３５の下にあるカソ
ード触媒複合材料１３４、および触媒複合材料１３４の下にあるイオン透過性セ
パレーター材料１３８を含んでなるラミネートとして製造することができる。こ
れらの層のそれぞれは、個別に製造し、熱および圧力をかけてラミネートし、触
媒作用する機構１３０を形成させることができる。電解質バリヤー層１３５は、
ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））製であるのが好ましい。
セパレーター１３８は、セロハン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル、および
微細孔質ポリプロピレンを含む通常のイオン透過性セパレーター材料から選択す
ることができる。

【００２７】触媒作用するカソード複合材料１３４は、好ましくは導電性スクリーン１３７
、好ましくはニッケルメッシュスクリーン、の表面に通常の被覆方法により塗布
した、粒子状二酸化マンガン、炭素、および疎水性結合剤の、疎水性で触媒作用
するカソード混合物１３３を含んでなる。塗布する際、触媒作用する混合物１３
３は、スクリーン１３７の多孔質メッシュの中に実質的に吸収される。触媒作用
する混合物１３３に使用する二酸化マンガンは、従来のバッテリー等級の二酸化
マンガン、例えば電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）でよい。混合物１３３の製造に
使用する炭素は、グラファイト、カーボンブラックおよびアセチレンブラックを
含む様々な形態でよい。好ましい炭素は表面積が大きいことからカーボンブラッ
クである。適当な疎水性結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登
録商標））でよい。触媒作用する混合物１３３は、典型的には約３〜１０重量％
のＭｎＯ_２、１０〜２０重量％の炭素、および残りの部分を構成する結合剤を含
んでなる。電池の放電中、触媒作用する混合物３３は、主として触媒として作用
し、進入する空気と電解質の電気化学的反応を促進する。しかし、追加の二酸化
マンガンを触媒に加え、電池を空気の支援を受ける亜鉛／空気電池に変換させる
ことができる。その様な電池では、二酸化マンガンの少なくとも一部が放電され
た状態になる、すなわちマンガンの一部が電気化学的放電の際に進入する酸素と
ともに還元される。

【００２８】個々の層、すなわちバリヤー層１３５、触媒複合材料１３４、およびセパレー
ター１３８、は熱および圧力をかけてラミネートし、図２に示す様な触媒作用す
る機構１３０を形成させることができる。機構１３０はカソードケーシングの中
に、図１に示される様に、空気拡散部１３１と突き当たり、セパレーター層１３
８がケーシング１４０の開放末端の方を向く様に、挿入することができる。空気
拡散部１３１および触媒作用する機構１３０をケーシング１４０の中に挿入した
後、充填されたアノードケーシング１６０の開放末端１６７をカソードケーシン
グ１４０の開放末端１４７の中に挿入することができる。カソードケーシングの
周縁部１４２ｂをアノードケーシングの傾斜した中間部分１６３ｂの上に、上記
の様にそれらの間に絶縁体１７０が配置される様にして折り曲げることができる
。

【００２９】好ましい実施態様（図１）では、アノードケーシング１６０はその内側表面上
にメッキまたはクラッド加工された銅の層を有するので、組み立てた電池中で、
亜鉛アノード混合物１５０が銅層と接触する。銅メッキは、亜鉛が放電される時
にアノード１５０から陰極端子１６５に通る電子に導電性の高い通路を与えるの
で好ましい。アノードケーシング１６０は、内側表面を銅の層でメッキしたステ
ンレス鋼から形成させるのが好ましい。好ましくは、アノードケーシング１６０
は、図３に示される様に、内側表面を銅の層１６６で、外側表面をニッケル層１
６２でクラッド加工したステンレス鋼１６４で構成されるトリクラッド材料から
形成される。この様に、組み立てた電池１００では、銅層１６６が、亜鉛アノー
ド混合物１５０と接触するアノードケーシングの内側表面を形成させ、ニッケル
層１６２がアノードケーシングの外側表面を形成させる。

【００３０】銅層１６６の厚さは好ましくは約０．０００２インチ（０．００５ｍｍ）〜０
．００２インチ（０．０５ｍｍ）である。ステンレス鋼の厚さは典型的には約０
．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）〜０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）であ
り、ニッケル層の厚さは約０．０００１インチ（０．００２５４ｍｍ）〜０．０
０１インチ（０．０２５４ｍｍ）である。トリクラッド材料から構成されるアノ
ードケーシング１６０の総壁厚は、好ましくは約０．００１インチ（０．０２５
４ｍｍ）〜０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）である。

【００３１】本発明の改良された亜鉛／空気電池１００は、アノード製造の際にアノード混
合物１５０に加えられる金属結合剤を含む。金属結合剤添加物は、室温では固体
である。金属結合剤を先ずその融点より高い温度に加熱し、金属を液化させるこ
とができる。次いで、液化した金属を乾燥亜鉛粉末中に注ぎ込み、混合してから
、ゲル化剤および電解質を加える。あるいは、金属結合剤を亜鉛粉末に加えて物
理的な混合物を形成させ、その混合物を、金属結合剤を液化するのに十分な温度
に加熱する。金属結合剤および亜鉛粉末を含んでなる混合物が冷却すると、金属
結合剤が固化し、個々の亜鉛粒子の表面の一部に密着し、少なくとも一対の亜鉛
粒子の一部を結合し、亜鉛粒子凝集物が形成される。すなわち、冷却により、金
属結合剤が少なくとも一対の個々の亜鉛粒子を一つに接着するので、これらの粒
子は、粒子間で固化した金属結合剤により互いに永久的に密着する。亜鉛と金属
結合剤の混合物が冷却した後、ゲル化剤および電解質を加え、アノード混合物を
形成させる。金属結合剤自体は導電性が高く、亜鉛粒子を物理的に結合し、亜鉛
粒子の凝集物を形成させる導電性の結合剤または導電性の接着剤として作用する
。その様な個々の亜鉛粒子凝集物は、典型的には約２〜５００（あるいはそれ以
上）個の、金属結合剤により一緒に結合され、保持されている個別亜鉛粒子を含
んでなる。金属結合剤は、個々の凝集物内の個別亜鉛粒子の粒子間導電性を増加
させる。これによって、アノード混合物中の亜鉛の全体的な導電性が改良される
。そのために、電池の内部抵抗が減少し、電池放電の際により多くの亜鉛が活用
されるので、亜鉛の実比容量（Ａｍｐ−時間／ｇ）が増加する。

【００３２】本発明の金属結合剤アノード添加物は、好ましくはアノード混合物中の亜鉛の
約０．２５〜４、好ましくは約０．５〜４重量％、より好ましくは亜鉛の約１〜
４重量％、を構成する。金属結合剤は融点が亜鉛の融点（４１９℃）よりも低い
。金属結合剤は、融点が３００℃未満であるのが望ましく、好ましくは約３５〜
３２０℃である。

【００３３】金属結合剤は、個々の亜鉛粒子に密着し、これらの粒子を結合する導電性結合
剤または導電性接着剤として機能するのであれば、上記の融点範囲内の導電性金
属または合金から選択することができる。金属結合剤は、電解質中でも安定して
いるべきであり、亜鉛と接触した時に水素をほとんど、または全く発生しないの
が好ましい。好ましい金属結合剤は、インジウムとビスマスの合金（Ｉｎ／Ｂｉ
）であることが確認されている。他の望ましい金属結合剤は、インジウム、ビス
マスおよびスズの合金（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）またはインジウムとスズの合金（Ｉ
ｎ／Ｓｎ）でもよい。インジウム金属（融点１５０℃）も金属結合剤として使用
できる。インジウムとビスマスの合金（Ｉｎ／Ｂｉ）、インジウム、ビスマスお
よびスズの合金（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）、およびインジウムとスズの合金（Ｉｎ
／Ｓｎ）が純粋なインジウムよりも低い融点を有し、好ましい。その様な好まし
い実施態様では、金属結合剤は亜鉛の合金ではなく、亜鉛を含まない。しかし、
本発明は、亜鉛を含むことができる金属結合剤の融点が亜鉛の融点よりも低い、
好ましくは上記の約３５℃〜３２０℃の融点範囲内にあるのであれば、その様な
金属結合剤の使用も包含する。

【００３４】本発明の金属結合剤を含むアノード混合物１５０は、全体的な直径が約０．６
０８インチ（１５．４ｍｍ）で、高さ（陽極から陰極端子まで）が約０．３１４
インチ（７．９８ｍｍ）である亜鉛／空気電池１００用には、下記の様にして製
造することができる。インジウムとビスマスの合金（Ｉｎ／Ｂｉ）の金属結合剤
をるつぼ中でその融点より高い温度に加熱し、金属結合剤を液化させることがで
きる。好ましいインジウム／ビスマス合金結合剤は、インジウムとビスマスの重
量比が約６６／３４であり、融点が約７２℃である。次いで、高温の液化した金
属を乾燥亜鉛粉末に加えることができる。亜鉛粉末は、約１００〜１０００ｐｐ
ｍのインジウムおよび１００〜１０００ｐｐｍのインジウムと合金化した粒子状
亜鉛の形態でよい。亜鉛粉末と液化した金属結合剤の高温混合物が形成される。
次いで、この混合物を回転タンク（タンブラー）に、例えば回転する石英管炉に
移し、混合物を温度約１００℃〜２００℃で、タンクを回転させながらある時間
加熱する。（約１００℃〜２００℃の加熱温度は、インジウム／ビスマス金属結
合剤の融点より高く、粒子状亜鉛の融点よりは低い）加熱は、好ましくは窒素ま
たはアルゴンの不活性雰囲気中で行い、亜鉛の酸化を防止する。混合物は、タン
ク中で回転させながら約１０〜３０分間、均質な混合物が得られるまで加熱する
。この間に、液化した金属結合剤が個々の亜鉛粒子の少なくとも一部を被覆する
。次いで、混合物を、好ましくは混合物をタンク中で回転させながら、徐々に常
温に冷却させる。混合物が冷却すると、金属結合剤が固化し、個々の亜鉛粒子を
互いに結合させ、個別の亜鉛凝集物を形成させる。これらの凝集物は、典型的に
は、固化し、個々の亜鉛粒子に密着した金属結合剤により互いに結合された、約
２〜５００個（またはそれ以上）の個別の亜鉛粒子を含む。

【００３５】次いで、適当なゲル化剤を亜鉛凝集物の混合物に加えることができる。次いで
得られた混合物を攪拌し、アノードケーシング１６０の中に挿入することができ
る。次いで電解質溶液、好ましくは水酸化カリウムを含んでなる水溶液、をアノ
ードケーシング１６０の中の混合物に加え、ゲル化したアノード混合物１５０を
形成させることができる。

【００３６】特別な実施態様では、電池１００は全体的な直径が約０．６０８インチ（１５
．４ｍｍ）であり、高さ（陽極から陰極まで）が約０．３１４インチ（７．９８
ｍｍ）である。上記の様にして製造したアノード混合物１５０は下記の組成、す
なわちＺｎ（７８．５６重量％）、ゲル化剤Waterlock 550（０．２６重量％）
、水性ＫＯＨ電解質（１９．６１重量％）、金属インジウム／ビスマス合金結合
剤（１．５７重量％）、を有することができる。亜鉛（金属結合剤を加える前）
は、亜鉛を篩に通して測定した平均粒子径約３０〜３５０ミクロンを有すること
ができる。亜鉛は純粋でも、実質的に純粋でもよく、例えばビスマス（１００〜
１０００ｐｐｍ）およびインジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化した粒
子状亜鉛の形態でよい。水性電解質は、ＫＯＨ３５重量％およびＺｎＯ２重量％
の水性混合物でよい。アノード１５０は、添加した水銀がゼロでよい（水銀含有
量は亜鉛重量の１００ｐｐｍ未満であった）。アノードケーシング１６０の中に
挿入したアノード混合物１５０は約２．０ｇの亜鉛を含むことができる。

【００３７】カソード触媒複合材料１３７は、下記の組成、すなわちＭｎＯ_２（ＥＭＤ）４
．６重量％、カーボンブラック１５．３重量％、テフロン（登録商標）結合剤１
８．８重量％、およびニッケルメッシュスクリーン６１．２重量％、を有するこ
とができる。カソード触媒複合材料１３７は全体で０．１４０ｇでよい。

【００３８】本発明の利点は下記の例によって立証することができる。

【００３９】例１（Ｉｎ／Ｂｉ金属結合剤を添加水銀ゼロのアノードに加える）上記（図１）の構成部品を有する小型亜鉛／空気電池を製造した。電池は全体
的な直径が約０．６０８インチ（１５．４ｍｍ）であり、高さ（陽極から陰極ま
で）が約０．３１４インチ（７．９８ｍｍ）である。アノードケーシング４０は
壁厚約０．０１インチ（０．２５ｍｍ）を有するニッケルメッキした鋼であった
。カソード触媒複合材料３７は、下記の組成、すなわちＭｎＯ_２（ＥＭＤ）４．
６重量％、カーボンブラック１５．３重量％、テフロン（登録商標）結合剤１８
．８重量％、およびニッケルメッシュスクリーン６１．２重量％、を有していた
。カソード触媒複合材料１３７は全体で０．１４０ｇであった。

【００４０】アノードケーシング１６０は、ニッケルの外側層１６２、ステンレス鋼の中間
層１６４、および銅の内側層１６６を有するトリクラッド材料で製造した。アノ
ードケーシングの総厚は約０．０１１９インチ（０．３０２ｍｍ）であった。ア
ノード１５０は、添加水銀含有量がゼロであった（水銀含有量は亜鉛の１００ｐ
ｐｍ未満であった）。アノード１５０は、上記の様に、アノード混合物を製造す
る際に、溶融（液化）した金属結合剤添加物を乾燥亜鉛粉末に加えて製造した。
具体的には、アノード混合物１５０を製造する際に、亜鉛の総量に対して２重量
％のインジウム／ビスマス合金を亜鉛粉末に加えた。インジウム／ビスマス合金
添加物は、インジウムとビスマスの重量比が約６６／３４であった。アノード混
合物は、インジウム／ビスマス合金をその融点より高い温度に先ず加熱して合金
を液化させることにより、製造した。次いで、高温の液化したインジウム／ビス
マス合金を乾燥亜鉛粉末に加えた。亜鉛粉末は、インジウム５００ｐｐｍおよび
ビスマス５００ｐｐｍで合金化した粒子状亜鉛の形態にあった。次いで混合物を
、回転タンク中、アルゴンガスの雰囲気中で均質な混合物が得られるまで、約１
００℃〜２００℃の温度に約１０〜３０分間連続的に加熱した。次いで混合物を
放置し、徐々に室温（２０℃〜２７℃）に冷却した。混合物が冷却するにつれて
、金属結合剤が亜鉛粒子の一部を被覆し、個々の亜鉛粒子を結合して凝集物を形
成させた。固化し、亜鉛粒子表面に、および表面間で密着した金属結合剤により
、凝集物中の亜鉛粒子は互いに結合して保持される。次いで、亜鉛凝集物の冷却
した混合物に乾燥ゲル化剤粉末(Waterlock J-550)を加え、得られた混合物を攪
拌し、アノードケーシング１６０の中に挿入した。次いで電解質水溶液（ＫＯＨ
３５重量％およびＺｎＯ２重量％）を混合物に加え、アノードケーシング１６０
の中でゲル化したアノード混合物１５０を形成させた。ゲル化したアノード混合
物１５０は下記の組成、すなわちＺｎ（７８．５６重量％）、ゲル化剤Waterloc
k J-550（０．２６重量％）、水性ＫＯＨ電解質（１９．６１重量％）、金属イ
ンジウム／ビスマス合金結合剤（１．５７重量％）、を有することができる。ア
ノード中の亜鉛の量は２．０ｇであった。元の亜鉛（金属／ビスマス合金結合剤
を加える前は、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）およびビスマス（１００
〜１０００ｐｐｍ）で合金化した粒子状亜鉛の形態にあった。アノード１５０は
、添加水銀ゼロであった（水銀含有量は亜鉛の１００ｐｐｍ未満であった）。

【００４１】上記の様な１０個の電池を製造し、これらの電池を２２０オームの一定負荷で
０．９ボルトのカットオフ電圧まで放電させた。これらの、０．９ボルトのカッ
トオフ電圧まで放電させた電池の平均実耐用寿命は２６７時間であった。

【００４２】例２（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ金属結合剤を添加水銀ゼロのアノードに加える）例１と同等の電池を、同じ電池サイズ、同じカソード触媒、同等の構成部品、
および同じアノードケーシングおよびカソードケーシング材料で製造した。粒子
状亜鉛用の金属結合剤として２重量％（亜鉛の重量に対して）の異なった金属結
合剤を使用した以外は、アノード組成および重量も例１と同等であった。使用し
た金属結合剤は、インジウム、ビスマスおよびスズの合金（Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ）
であった。合金はインジウム５１重量％、ビスマス３２．５重量％、およびスズ
１６．５重量％から構成されていた。最初に金属結合剤を融解させ、溶融（液化
）した形態で亜鉛の乾燥粉末に加えた。次いで、亜鉛と金属結合剤の高温混合物
を、上記の様に、回転タンク中、不活性アルゴン雰囲気中で、約１００℃〜２０
０℃の温度に約１０〜３０分間加熱した。混合物を上記の様に放置して室温に冷
却し、固化した金属結合剤により結合され、保持された個々の亜鉛粒子を含んで
なる亜鉛粒子凝集物を形成させた。冷却した混合物にゲル化剤を加え、得られた
混合物をアノードケーシング１６０の中に挿入した。電解質をアノードケーシン
グ中にある混合物に加えた。得られた混合物を計量し、アノードケーシングおよ
びゲル化剤の中に挿入した。上記の組成物では、金属結合剤がＩｎ／Ｂｉ結合剤
の代わりにＩｎ／Ｂｉ／Ｓｎ結合剤である以外は、同じ粒子状亜鉛、ゲル化剤お
よび電解質および同じ量の亜鉛を使用した。アノード中の亜鉛の量は例１と同様
に２．０ｇであった。アノードを形成する元の亜鉛は、例１と同様に、インジウ
ム（１００〜１０００ｐｐｍ）およびビスマス（１００〜１０００ｐｐｍ）で合
金化した粒子状亜鉛の形態にあった。アノード１５０は、添加水銀ゼロであった
（水銀含有量は亜鉛の１００ｐｐｍ未満であった）。

【００４３】Ｉｎ／Ｂｉ／Ｓｎ結合剤を含む１０個の電池を製造し、これらの電池を２２０
オームの一定負荷で０．９ボルトのカットオフ電圧まで放電させた。これらの電
池の０．９ボルトのカットオフ電圧までの平均実耐用寿命は２６２時間であった
。

【００４４】例３（インジウム金属結合剤を添加水銀ゼロのアノードに加える）例１と同等の電池を、同じ電池サイズ、同じカソード触媒、同等の構成部品、
および同じアノードケーシングおよびカソードケーシング材料で製造した。粒子
状亜鉛用の金属結合剤として１重量％（亜鉛の重量に対して）の異なった金属結
合剤を使用した以外は、アノード組成および重量も例１と同等であった。使用し
た金属結合剤は、インジウム金属であった。最初に金属結合剤を融解させ、液体
形態で亜鉛の乾燥粉末に加えた。次いで、亜鉛と金属結合剤の混合物を、上記の
様に、回転タンク中、不活性アルゴン雰囲気中で、約１００℃〜２００℃の温度
に約１０〜３０分間加熱した。混合物を上記の様に放置して室温に冷却し、固化
した金属結合剤により結合され、保持された個々の亜鉛粒子を含んでなる亜鉛粒
子凝集物を形成させた。冷却した混合物にゲル化剤を加え、得られた混合物をア
ノードケーシング１６０の中に挿入した。電解質をアノードケーシング中にある
混合物に加えた。得られた混合物を計量し、アノードケーシングおよびゲル化剤
の中に挿入した。上記の組成物では、金属結合剤がインジウムである以外は、同
じ粒子状亜鉛、ゲル化剤および電解質および同じ量の亜鉛を使用した。アノード
中の亜鉛の量は例１と同様に２．０ｇであった。元の亜鉛は、例１と同様に、イ
ンジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）およびビスマス（１００〜１０００ｐｐｍ
）で合金化した粒子状亜鉛の形態にあった。アノード１５０は、添加水銀ゼロで
あった（水銀含有量は亜鉛の１００ｐｐｍ未満であった）。

【００４５】インジウム金属結合剤を含む１０個の電池を製造し、これらの電池を２２０オ
ームの一定負荷で０．９ボルトのカットオフ電圧まで放電させた。これらの電池
の０．９ボルトのカットオフ電圧までの平均実耐用寿命は２５８時間であった。

【００４６】例４（比較）水銀をアノードに加え、金属結合剤はアノードに加えなかった）例１と同等の電池を、同じ電池サイズ、同じカソード触媒、同等の構成部品、
および同じアノードケーシングおよびカソードケーシング材料で製造した。アノ
ード混合物に水銀を亜鉛の３重量％の通常量で加え、本発明の金属結合剤を加えなかった以外は、アノード組成および亜鉛量も例１と同等であった。亜鉛は、例
１と同様に、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）およびビスマス（１００〜
１０００ｐｐｍ）で合金化した粒子状亜鉛の形態にあった。アノード混合物は同
じ量（２ｇ）の亜鉛を含んでいた。

【００４７】アノード組成は、Ｚｎ（７７．８２重量％）、ゲル化剤Waterlock J-550（０
．２６重量％）、水性ＫＯＨ電解質（１９．５９重量％）、水銀（２．３３重量
％）であった。

【００４８】水銀添加物を含み、本発明の金属結合剤を含まない１０個の電池を製造し、こ
れらの電池を２２０オームの一定負荷で０．９ボルトのカットオフ電圧まで放電
させた。これらの電池の０．９ボルトのカットオフ電圧までの平均実耐用寿命は
２４３時間であった。

【００４９】例５（比較）水銀をアノードに加えず、金属結合剤もアノードに加えなかった）例１と同等の電池を、同じ電池サイズ、同じカソード触媒、同等の構成部品、
および同じアノードケーシングおよびカソードケーシング材料で製造した。アノ
ード混合物に水銀を加えず、本発明の金属結合剤も加えなかった以外は、アノー
ド組成および亜鉛量も例１と同等であった。元の亜鉛は、例１と同様に、インジ
ウム（１００〜１０００ｐｐｍ）およびビスマス（１００〜１０００ｐｐｍ）で
合金化した粒子状亜鉛の形態にあった。アノード１５０は、添加した水銀含有量
がゼロ（水銀含有量は亜鉛の１００ｐｐｍ未満であった）であり、金属結合剤含
有量がゼロであった。アノード混合物は同じ量（２ｇ）の亜鉛を含んでいた。

【００５０】アノード組成は、Ｚｎ（７９．８０重量％）、ゲル化剤Waterlock J-550（０
．２６重量％）、水性ＫＯＨ電解質（１９．９４重量％）であった。

【００５１】１０個の電池を製造し、これらの電池を２２０オームの一定負荷で０．９ボル
トのカットオフ電圧まで放電させた。これらの電池の０．９ボルトのカットオフ
電圧までの平均実耐用寿命は２３８時間であった。

【００５２】上記の例で放電した電池の性能試験結果は表１に示す通りである。表１２２０オームの一定負荷で０．９ボルトに放電させたＺｎ／空気ボタン電池実Ｚｎ比容量耐用寿命 (Amp-時間/g) 時間例１（インジウム／ビスマス金属結合剤を含み、添加水銀ゼロのアノード）０．６７２６７例２（インジウム／ビスマス／Ｓｎ金属結合剤を含み、添加水銀ゼロのアノード）０．６５２６２例３（インジウム金属結合剤を含み、添加水銀ゼロのアノード）０．６４２５８例４（Ｈｇ３重量％を添加し、金属結合剤を含まないアノード）０．６１２４５例５（添加Ｈｇゼロで、金属結合剤を含まないアノード）０．５９２３８

【００５３】この表から、電池中の亜鉛の実比容量並びに電池の耐用寿命は、添加水銀ゼロ
で、金属結合剤を添加しなかった電池（例５）と比較して、本発明の金属結合剤
をアノード組成物に添加した時に増加することがわかる。インジウムとビスマス
の合金（Ｉｎ／Ｂｉ）の金属結合剤を添加したアノード組成物が最も大きく改良
された。また、電池中の亜鉛の実比容量並びに電池の耐用寿命も、Ｈｇ３重量％
（亜鉛の量に対して）をアノード混合物に添加し、金属結合剤を添加しなかった
た比較電池（例４）より増加した。予備試験でも、アノードに本発明の金属結合
剤を加え、水銀を添加しなかった電池を貯蔵した際のガス発生は、水銀も金属結
合剤も添加しなかった同等の電池と比較して少なかった。

【００５４】本発明の金属結合剤は、亜鉛／空気電池のアノードに組み込むことを主目的と
しているが、Ｚｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池中の粒子状亜鉛を結合することにも十
分に使用できる。Ｚｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池は、粒子状亜鉛、ＭｎＯ_２および
アルカリ性電解質、典型的には水酸化カリウムの水溶液、を含んでなるアノード
を特徴とする。その様なＺｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池のアノード組成物は、ここ
に記載するアノード組成物と類似している。そのため、ここに記載する、本発明
の結合剤を使用するアノード混合物の製造方法は、Ｚｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池
、特に水銀を実質的に含まないＺｎ／ＭｎＯ_２アルカリ電池、に使用するアノー
ド混合物の製造にも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の亜鉛／空気電池の一実施態様の等測断面図。

【図２】図１に示される触媒作用するカソード機構と空気拡散部の分解組立図。

【図３】アノードケーシング壁の一実施態様の断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 5H032 AA02 AS03 BB02 BB04 BB10 CC11 EE18 HH01 HH04 HH06 5H050 AA12 AA17 BA20 CA02 CA07 CA12 CA27 CB13 DA03 DA10 EA02 HA00 HA01 HA05 HA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛粒子を含んでなるアノードを有する亜鉛／空気電池であって、前記アノー
ドが、前記亜鉛粒子の表面の少なくとも一部に密着し、個々の亜鉛粒子の少なく
とも一部を結合させ、凝集物を形成させる金属結合剤を含んでなることを特徴と
する亜鉛／空気電池。
【請求項２】前記金属結合剤の融点が前記亜鉛の融点よりも低く、前記アノードが、前記亜
鉛粒子を溶融状態にある前記金属結合剤と接触させてそれらの混合物を形成させ
ること、および前記混合物を冷却することにより、前記金属結合剤が固化し、前
記亜鉛粒子の少なくとも一部の表面に密着し、前記亜鉛粒子の少なくとも一対を
一つに結合させることを含んでなる製法により製造される、請求項１に記載の亜
鉛／空気電池。
【請求項３】前記混合物の冷却により、金属結合剤が固化し、前記亜鉛粒子の少なくとも一
部の表面に密着し、亜鉛粒子間の前記金属結合剤により結合され、保持された複
数の亜鉛粒子を含んでなる凝集物が形成される、請求項２に記載の亜鉛／空気電
池。
【請求項４】前記金属結合剤が前記結合された粒子間に導電性の通路を与える、請求項３に
記載の亜鉛／空気電池。
【請求項５】前記アノードが実質的に水銀を含まず、水銀含有量が亜鉛重量の１００ｐｐｍ
未満である、請求項１に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項６】前記アノードが、亜鉛および金属結合剤を含んでなる前記混合物に、前記混合
物を冷却する前記工程の後で、ゲル化剤およびアルカリ性電解質を加えることに
より製造される、請求項２に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項７】前記アノードが、前記金属結合剤をその融点より高い温度に加熱して前記金属
結合剤を液化し、前記亜鉛粒子と前記液化した金属結合剤の混合物を形成するこ
と、および前記混合物を前記金属結合剤の融点より低い温度に冷却することによ
り、前記金属結合剤が前記亜鉛粒子の少なくとも一部を結合させ、前記亜鉛粒子
間に電気的な通路を与えることを含んでなる製法により製造される、請求項２に
記載の亜鉛／空気電池。
【請求項８】前記アノードが、亜鉛粒子と金属結合剤の混合物を形成すること、前記混合物
を前記金属結合剤の融点より高いが、前記亜鉛粒子の融点よりは低い温度に加熱
すること、および前記混合物を前記金属結合剤の融点より低い温度に冷却するこ
とにより、前記金属結合剤が個々の亜鉛粒子を結合し、前記亜鉛粒子間に電気的
な通路を与えることを含んでなる製法により製造される、請求項２に記載の亜鉛
／空気電池。
【請求項９】前記凝集物が２〜５００個の個別亜鉛粒子を含んでなる、請求項３に記載の亜
鉛／空気電池。
【請求項１０】前記亜鉛粒子の平均粒子径が約３０〜３５０ミクロンである、請求項１に記載
の亜鉛／空気電池。
【請求項１１】前記亜鉛粒子および金属結合剤を含んでなる混合物が、約２０℃〜２７℃の室
温に冷却される、請求項２に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項１２】前記溶融した金属結合剤の温度が約３５℃〜３２０℃である、請求項２に記載
の亜鉛／空気電池。
【請求項１３】前記金属結合剤がインジウムとビスマスの合金を含んでなる、請求項２に記載
の亜鉛／空気電池。
【請求項１４】前記金属結合剤がインジウム、ビスマスおよびスズの合金を含んでなる、請求
項２に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項１５】前記金属結合剤がインジウムとスズの合金を含んでなる、請求項２に記載の亜
鉛／空気電池。
【請求項１６】前記金属結合剤がインジウムを含んでなる、請求項２に記載の亜鉛／空気電池
。
【請求項１７】前記金属結合剤が約０．２５〜４重量％の前記亜鉛を含んでなる、請求項２に
記載の亜鉛／空気電池。
【請求項１８】前記アノードが実質的に水銀を含まず、水銀含有量が亜鉛重量の１００ｐｐｍ
未満である、請求項１に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項１９】前記電池が触媒作用するカソードおよびアルカリ性電解質を含んでなる、請求
項１に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項２０】前記亜鉛と金属結合剤の混合物の加熱が、前記混合物がアルゴンおよび窒素ガ
スからなる群から選択された不活性雰囲気にさらされている間に行われる、請求
項８に記載の亜鉛／空気電池。
【請求項２１】亜鉛粒子を含んでなるアノードを有する電気化学的電池であって、前記アノー
ドが、前記亜鉛粒子の少なくとも一部の表面に密着し、前記個別亜鉛粒子の少な
くとも一部を結合する金属結合剤を含んでなり、前記アノードが亜鉛重量の１０
０ｐｐｍ未満の水銀を含んでなることを特徴とする電池。
【請求項２２】前記金属結合剤の融点が前記亜鉛粒子の融点よりも低く、前記アノードが、前
記亜鉛粒子を溶融状態にある前記金属結合剤と接触させてそれらの混合物を形成
させること、および前記混合物を室温に冷却することにより、前記金属結合剤が
固化し、前記亜鉛粒子の表面に密着し、前記亜鉛粒子の少なくとも一対を一つに
結合させることを含んでなる製法により製造される、請求項２１に記載の電池。