JP2006179325A - Button-shape alkaline battery - Google Patents

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Kiyoto Yoda
清人 依田
Michiko Ono
路子 小野
Masaki Shikoda
将貴 志子田
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To curtail a hydrogen gas generating volume at over-discharge of a button-shape alkaline battery equipped with an anode containing zinc alloy not containing mercury and lead. <P>SOLUTION: The button-shape alkaline battery is provided with a cathode and a gel-like anode 9 containing zinc alloy not containing mercury and lead. The anode 9 contains at least a kind of an organic inhibitor selected from a group consisting of dimethyldithio carbamate, dipropyldithio carbamate, dibutyldithio carbamate, piperazinedithio carbamate, and Ni, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine salt. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ボタン形アルカリ電池に関するものである。   The present invention relates to a button-type alkaline battery.

従来のボタン形アルカリ電池では、負極作用物質として汞化亜鉛合金粉末を使用していたため、負極集電体を兼ねる負極容器としてNi/SUS/Cuの3層クラッド材を用いても、負極容器の内面に形成されるHgアマルガム層の存在によりZnとCuの局部電池形成を防止でき、継続的な水素ガス発生を抑えることができていた。   In conventional button-type alkaline batteries, zinc iodide alloy powder is used as the negative electrode active substance. Therefore, even if a three-layer clad material of Ni / SUS / Cu is used as the negative electrode container also serving as the negative electrode current collector, The presence of the Hg amalgam layer formed on the inner surface can prevent the formation of local cells of Zn and Cu, and can suppress the continuous generation of hydrogen gas.

しかしながら、環境問題に配慮して負極作用物質として無汞化かつ鉛無添加の亜鉛合金粉末を採用した結果、負極容器の内面に配されたCuが負極作用物質中のZnと局部電池を形成して水素ガスが発生する問題を生じた。マンガン乾電池や筒形アルカリマンガン乾電池は電池内に空隙を有する筒形構造であるために多少の水素が発生したとしても影響をほとんど受けないが、空気亜鉛電池や酸化銀電池のようなボタン形アルカリ電池はボタン形で空隙がほとんどない上、サイズが小さいので少しでも水素が発生すると缶が膨らみ、極端な場合には漏液に至り、長期間にわたる電池の安全性が確保できなくなる。   However, as a result of adopting zinc-free and lead-free zinc alloy powder as the negative electrode active material in consideration of environmental problems, Cu disposed on the inner surface of the negative electrode container forms a local battery with Zn in the negative electrode active material. As a result, the problem of generating hydrogen gas occurred. Manganese batteries and cylindrical alkaline manganese batteries have a cylindrical structure with voids in the batteries, so even if some hydrogen is generated, they are hardly affected, but button-type alkalis such as air zinc batteries and silver oxide batteries are not affected. The battery is button-shaped and has almost no air gap, and since it is small in size, if even a little hydrogen is generated, the can expands, and in extreme cases, the battery leaks, making it impossible to ensure battery safety over a long period of time.

この水素ガス発生の問題を解決するため、負極容器の負極と対向する内面をSn,ZnやInのようなCuより水素過電圧の高い金属から形成したところ、使用前や放電中断時の水素ガス発生は軽減されたものの、過放電時の水素ガス発生量が多くなるという新たな問題が生じた。   In order to solve this problem of hydrogen gas generation, the inner surface of the negative electrode container facing the negative electrode is made of a metal having a higher hydrogen overvoltage than Cu, such as Sn, Zn, and In. However, there was a new problem that the amount of hydrogen gas generated during overdischarge increased.

特許文献1には、有底円筒形アルカリ電池において、ビスマスが添加された亜鉛基合金を使用すると共に、ビスマスイオンと反応して錯体を形成する化合物を負極に添加すると、過放電時の水素ガス発生量が抑えられることが開示されている。   In Patent Document 1, when a zinc-based alloy to which bismuth is added is used in a bottomed cylindrical alkaline battery and a compound that forms a complex by reacting with bismuth ions is added to the negative electrode, hydrogen gas during overdischarge is disclosed. It is disclosed that the generation amount can be suppressed.

しかしながら、特許文献1に記載の錯体は、亜鉛基合金からのビスマス溶出に有効であるものの、負極容器に起因する水素ガス発生には有効でなかった。
特開2002−50349号公報
However, although the complex described in Patent Document 1 is effective for bismuth elution from a zinc-based alloy, it is not effective for generating hydrogen gas due to the negative electrode container.
JP 2002-50349 A

本発明の目的は、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金を含む負極を備えたボタン形アルカリ電池の過放電時の水素ガス発生量を低減させることである。   An object of the present invention is to reduce the amount of hydrogen gas generated at the time of overdischarge of a button-type alkaline battery having a negative electrode containing an anhydrous silver and lead-free zinc alloy.

本発明に係るボタン形アルカリ電池は、正極と、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金及びアルカリ電解液を含むゲル状負極と具備するボタン形アルカリ電池であって、
前記負極は、ジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターを含有することを特徴とするものである。
A button-type alkaline battery according to the present invention is a button-type alkaline battery comprising a positive electrode, a gelled negative electrode containing an anhydrous silver and lead-free zinc alloy and an alkaline electrolyte,
The negative electrode is at least selected from the group consisting of dimethyldithiocarbamate, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazinedithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine. It contains one type of organic inhibitor.

また、本発明によれば、その一実施形態として、正極と、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金及びアルカリ電解液を含むゲル状負極と、前記ゲル状負極の集電体を兼ねている負極容器と具備するボタン形アルカリ電池であって、
前記負極は、ジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターを含有し、
前記負極容器の前記ゲル状負極と対向する内面に、Sn、Zn及びInよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素が配されていることを特徴とするボタン形アルカリ電池が提供される。
Further, according to the present invention, as one embodiment thereof, a positive electrode, a gelled negative electrode containing anhydrous silver and lead-free zinc alloy and an alkaline electrolyte, and a negative electrode serving also as a current collector of the gelled negative electrode A button-type alkaline battery comprising a container,
The negative electrode is at least selected from the group consisting of dimethyldithiocarbamate, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazinedithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine. Contains one organic inhibitor,
Provided is a button-type alkaline battery in which at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn and In is disposed on the inner surface of the negative electrode container facing the gelled negative electrode. .

本発明によれば、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金を含む負極を備えたボタン形アルカリ電池の過放電時の水素ガス発生量を低減させることが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to reduce the hydrogen gas generation amount at the time of the overdischarge of the button-type alkaline battery provided with the negative electrode containing an anhydrous silver and lead-free zinc alloy.

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金及びアルカリ電解液を含むゲル状負極と、このゲル状負極の負極集電体を兼ねている負極容器とを備えるボタン形アルカリ電池において、負極容器の少なくともゲル状負極と対向する内面を、Sn、Zn及びInよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素で形成し、前記ゲル状負極中にジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターを含有させることによって、使用前並びに放電中断時の水素ガス発生量を抑えつつ、過放電時の水素ガス発生量が低減されることを見出したのである。   As a result of intensive research, the inventors of the present invention include a gelled negative electrode containing an anhydrous silver and lead-free zinc alloy and an alkaline electrolyte, and a negative electrode container also serving as a negative electrode current collector of the gelled negative electrode. In the button-type alkaline battery, at least the inner surface of the negative electrode container facing the gelled negative electrode is formed of at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, and In, and dimethyldithiocarbamic acid is formed in the gelled negative electrode At least one organic inhibitor selected from the group consisting of a salt, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazine dithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine By containing, while reducing the amount of hydrogen gas generated before use and during discharge interruption, Containing gas generation amount is was found to be reduced.

すなわち、負極容器の内面に配されたSn、Zn及びInよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素は、使用前及び放電中断時の水素ガスの発生を抑制することができる。過放電状態に陥ると、負極容器の内面に配された金属元素だけでなく、内部の基材(例えばCu層)も電解液中に溶出する。前述した種類の有機系インヒビターは、基材を形成する金属(例えばCu)のイオンと錯体を形成することができるため、未反応の亜鉛合金上に金属イオン(例えばCuイオン)が再析出されず、局部電池形成による水素ガス発生を抑制することができる。これにより、過放電時の電池総高膨れ、内圧上昇による漏液等の問題を防止することが出来る。   That is, at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, and In disposed on the inner surface of the negative electrode container can suppress generation of hydrogen gas before use and when discharge is interrupted. When falling into an overdischarged state, not only the metal element disposed on the inner surface of the negative electrode container but also the internal substrate (for example, Cu layer) is eluted into the electrolyte. The organic inhibitors of the type described above can form a complex with ions of the metal (for example, Cu) that forms the base material, so that metal ions (for example, Cu ions) are not reprecipitated on the unreacted zinc alloy. The generation of hydrogen gas due to the formation of the local battery can be suppressed. As a result, it is possible to prevent problems such as total battery swelling during overdischarge and leakage due to an increase in internal pressure.

従って、本発明によれば、電池内部での水素ガス発生が低減され、高性能な、安全で環境にやさしい無水銀且つ鉛無添加のボタン形アルカリ電池を提供することができる。   Therefore, according to the present invention, generation of hydrogen gas inside the battery is reduced, and a high-performance, safe and environmentally friendly mercury-free and lead-free button alkaline battery can be provided.

なお、有機系インヒビターは、ナトリウム塩やカリウム塩のようなアルカリ金属塩が好ましい。また、有機系インヒビターの中でも、ピペラジンジチオカルバミン酸塩、N1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩が好ましい。   The organic inhibitor is preferably an alkali metal salt such as sodium salt or potassium salt. Among organic inhibitors, piperazine dithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine are preferred.

以下、ゲル状負極と負極容器について説明する。   Hereinafter, the gelled negative electrode and the negative electrode container will be described.

1)ゲル状負極
ゲル状負極は、例えば、無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末と、アルカリ電解液と、増粘剤(ゲル化剤)と、前述した種類の中から選択される少なくとも1種類の有機系インヒビターとを混合することにより形成される。
1) Gelled negative electrode The gelled negative electrode is, for example, at least one selected from the above-described types of anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder, alkaline electrolyte, thickener (gelling agent), and the like. It is formed by mixing different types of organic inhibitors.

無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金は、アルミニウム、ビスマス及びインジウムよりなる群から選択される少なくとも1種類を含有するものが望ましい。かかる無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金の中でも、Bi含有量が50〜1000ppm、In含有量が100〜1000ppmで、Al及びCaから選択される少なくとも1種類の含有量が10〜100ppmの亜鉛合金が好ましい。Bi含有量のさらに好ましい範囲は100〜500ppmで、In含有量のさらに好ましい範囲は300〜700ppmで、Al及びCaから選択される少なくとも1種類の含有量のさらに好ましい範囲は20〜50ppmである。   The mercury-free and lead-free zinc alloy desirably contains at least one selected from the group consisting of aluminum, bismuth and indium. Among such anhydrous silver and lead-free zinc alloys, a zinc alloy having a Bi content of 50 to 1000 ppm, an In content of 100 to 1000 ppm, and at least one content selected from Al and Ca is 10 to 100 ppm Is preferred. A more preferable range of the Bi content is 100 to 500 ppm, a more preferable range of the In content is 300 to 700 ppm, and a more preferable range of at least one content selected from Al and Ca is 20 to 50 ppm.

無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金は、その粉末10gをKOH33wt%水溶液10g中に浸漬して60℃雰囲気に保管した際の24時間経過後から72時間までのガス発生速度が90(μL/g・day)以下であることが望ましい。これにより、電池の使用前の水素ガス発生を低減させて、実用上膨れや漏液の問題の無いボタン形アルカリ電池とすることが出来る。更には、ガス発生速度が30(μL/g・day)以下である無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を採用することが望ましい。   Mercury-free and lead-free zinc alloy has a gas generation rate of 90 (μL / g) from the lapse of 24 hours to 72 hours when 10 g of the powder is immersed in 10 g of a 33 wt% KOH aqueous solution and stored in a 60 ° C. atmosphere. -Day) It is desirable that it be below. As a result, the generation of hydrogen gas before use of the battery can be reduced, and a button-type alkaline battery having no problem of swelling or leakage can be obtained. Furthermore, it is desirable to employ anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder having a gas generation rate of 30 (μL / g · day) or less.

ゲル状負極中の有機系インヒビターの含有量は、亜鉛合金の質量に対して50ppm以上、5000ppm以下であることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。有機系インヒビターの含有量を50ppm以上にすることによって、過放電後の電池総高変化を十分に抑制することが可能である。但し、有機系インヒビターの含有量を5000ppmよりも多くするのは、添加に見合ったほどの十分な効果を期待できず、また、過剰の有機系インヒビターにより電池の内部抵抗が高くなる恐れがある。よって、有機系インヒビターの含有量は、50ppm以上、5000ppm以下にすることが望ましい。有機系インヒビターの含有量のより好ましい範囲は、100ppm以上、2000ppm以下である。   The content of the organic inhibitor in the gelled negative electrode is desirably 50 ppm or more and 5000 ppm or less with respect to the mass of the zinc alloy. This is due to the reason explained below. By setting the content of the organic inhibitor to 50 ppm or more, it is possible to sufficiently suppress changes in the total battery height after overdischarge. However, if the content of the organic inhibitor is more than 5000 ppm, a sufficient effect corresponding to the addition cannot be expected, and the internal resistance of the battery may be increased by an excessive organic inhibitor. Therefore, the content of the organic inhibitor is desirably 50 ppm or more and 5000 ppm or less. A more preferable range of the content of the organic inhibitor is 100 ppm or more and 2000 ppm or less.

アルカリ電解液としては、例えば、水酸化カリウムを含むアルカリ水溶液等を挙げることができる。アルカリ電解液中の水酸化カリウム濃度は30〜45重量%の範囲にすることが好ましい。   Examples of the alkaline electrolyte include an alkaline aqueous solution containing potassium hydroxide. The potassium hydroxide concentration in the alkaline electrolyte is preferably in the range of 30 to 45% by weight.

増粘剤(ゲル化剤)としては、アルカリ電解液の粘性を増加させてゲル化させる機能を有するものを使用することができる。このような増粘剤としては、例えば、ポリアクリル酸のような吸水性高分子を挙げることができる。   As the thickening agent (gelling agent), those having a function of increasing the viscosity of the alkaline electrolyte to be gelled can be used. Examples of such a thickener include a water-absorbing polymer such as polyacrylic acid.

また、負極中に酸化インジウム、水酸化インジウム及び酸化ビスマスよりなる群から選択される少なくとも1種類の無機系インヒビターを亜鉛合金の質量に対して100ppm以上、1000ppm以下含有することが望ましい。これにより、電池が使用されて一時休止状態になった場合の水素ガス発生を抑制することができ、実用上膨れや漏液の問題の無いボタン形アルカリ電池とすることが出来る。無機系インヒビターの含有量のより好ましい範囲は、200ppm以上、800ppm以下である。   In addition, it is desirable that the negative electrode contains at least one inorganic inhibitor selected from the group consisting of indium oxide, indium hydroxide, and bismuth oxide in an amount of 100 ppm to 1000 ppm with respect to the mass of the zinc alloy. Thereby, it is possible to suppress the generation of hydrogen gas when the battery is used and enter a pause state, and it is possible to obtain a button-type alkaline battery that is practically free from problems of swelling and leakage. A more preferable range of the content of the inorganic inhibitor is 200 ppm or more and 800 ppm or less.

2)負極容器
負極容器は、基材と、In、Sn及びZnよりなる群から選択される少なくとも一種類の元素から形成された表面層とが積層された板材から形成されており、表面層が負極容器の少なくとも内面に位置している。
2) Negative electrode container The negative electrode container is formed of a plate material in which a base material and a surface layer formed of at least one element selected from the group consisting of In, Sn, and Zn are laminated. It is located on at least the inner surface of the negative electrode container.

表面層は、In、SnまたはZnの単体金属から形成されていても、これらの金属を含む合金から形成されていても良い。また、In層とSn層のような金属層同士、あるいは合金層同士、もしくは金属層と合金層を積層した多層板を表面層としても良い。中でも、Sn金属層、Sn合金層が好ましい。このSn合金層では、Sn含有量を80質量%以上にし、かつZn及びInよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる添加金属元素の含有量を0.1質量%以上、20質量%以下にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、Sn含有量が85質量%以上で、かつ添加金属元素の含有量が5質量%以上、15質量%以下である。   The surface layer may be formed of a single metal of In, Sn, or Zn, or may be formed of an alloy containing these metals. Alternatively, a metal plate such as an In layer and a Sn layer, alloy layers, or a multilayer board in which a metal layer and an alloy layer are stacked may be used as the surface layer. Among these, a Sn metal layer and a Sn alloy layer are preferable. In this Sn alloy layer, the Sn content is 80% by mass or more, and the content of at least one additive metal element selected from the group consisting of Zn and In is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less. It is desirable to make it. A more preferable range is an Sn content of 85% by mass or more and an additive metal element content of 5% by mass or more and 15% by mass or less.

クラッド加工により表面層を形成する場合、表面層の厚さは、3μm以上、40μm以下にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。クラッド加工により形成された表面層の厚さを3μm未満にすると、過放電時でなくとも、結晶粒界腐食により基材が表出する恐れがある。一方、クラッド加工により形成された表面層の厚さが40μmを超えると、かしめ固定による封口強度が低下して漏液の発生が助長される恐れがある。さらに好ましい範囲は5μm以上、30μm以下である。   When the surface layer is formed by cladding, the thickness of the surface layer is preferably 3 μm or more and 40 μm or less. This is due to the reason explained below. If the thickness of the surface layer formed by the clad processing is less than 3 μm, the substrate may be exposed due to grain boundary corrosion even during overdischarge. On the other hand, if the thickness of the surface layer formed by the clad processing exceeds 40 μm, the sealing strength due to caulking and fixing may be reduced, and the occurrence of liquid leakage may be promoted. A more preferable range is 5 μm or more and 30 μm or less.

電解めっきまたは無電解めっきなどのめっきにより表面層を形成する場合、表面層の厚さは0.05μm以上、5μm以下にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。めっきにより形成された表面層の厚さを0.05μm未満にすると、電解液への溶出により基材が表出して負極作用物質と局部電池を形成する恐れがある。一方、めっきにより形成された表面層の厚さが5μmを超えると、かしめ固定による封口強度が低下して漏液の発生が助長される恐れがある。   When the surface layer is formed by plating such as electrolytic plating or electroless plating, the thickness of the surface layer is preferably 0.05 μm or more and 5 μm or less. This is due to the reason explained below. When the thickness of the surface layer formed by plating is less than 0.05 μm, the base material may be exposed due to elution into the electrolytic solution, and a negative electrode active substance and a local battery may be formed. On the other hand, when the thickness of the surface layer formed by plating exceeds 5 μm, the sealing strength due to caulking and fixing may be reduced, and the occurrence of liquid leakage may be promoted.

基材としては、例えば、Ni/SUS/Cuの3層クラッドの板材、Ni/SUS等、電気的特性、強度や電池としての外観等に問題がなければ、その使用目的に応じて特に限定されるものではない。なお、Ni層はクラッド加工あるいはめっきにより形成することが可能である。   As the base material, for example, a Ni / SUS / Cu three-layer clad plate material, Ni / SUS, etc., there is no particular limitation depending on the purpose of use, as long as there is no problem in electrical characteristics, strength, and appearance as a battery. It is not something. The Ni layer can be formed by clad processing or plating.

基材の厚さは、50μm以上、150μm以下にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、50μm以上、120μm以下である。   The thickness of the substrate is desirably 50 μm or more and 150 μm or less. A more preferable range is 50 μm or more and 120 μm or less.

基材と表面層との接合方法には、例えば、クラッド加工、電解めっき、無電解めっき等を採用することができる。クラッド加工としては、表面活性化接合法を用いても良い。   For example, clad processing, electrolytic plating, electroless plating, or the like can be employed as a method for joining the base material and the surface layer. As the clad processing, a surface activated bonding method may be used.

ここで、表面活性化接合法の概要を説明すると、真空雰囲気の中で所定の厚さの各種板材の接合面となる面をイオンエッチングにより表面の酸化皮膜を除去した清浄で活性な状態に処理して、室温下で各々の処理面を低圧下で接合する方法である。このようにして、加工硬化を取り除くために焼鈍処理のような加熱をすることなく、融点の大きく異なる金属でもクラッド材とすることができる。   Here, the outline of the surface activated bonding method will be described. The surface to be a bonding surface of various plate materials having a predetermined thickness in a vacuum atmosphere is processed into a clean and active state by removing the oxide film on the surface by ion etching. In this method, the treated surfaces are joined under a low pressure at room temperature. In this manner, metals having greatly different melting points can be used as a clad material without heating as in the annealing process in order to remove work hardening.

本発明に係わる一実施形態を図面を参照して説明する。   An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係るボタン形アルカリ電池の一実施形態である空気亜鉛電池を示す模式的な断面図である。図2は図1の空気亜鉛電池の要部拡大断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a zinc-air battery which is an embodiment of a button-type alkaline battery according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the air zinc battery of FIG.

図1に示すように、有底円筒形をなす正極容器1は、その開口部の上端2がかしめ加工により内方に折り曲げられている。正極容器1は、底部に空気孔3を有する。この正極容器1は、例えばステンレス鋼などの金属から形成されており、正極端子を兼ねているものである。この正極容器1内には、正極触媒層4が収納されている。正極触媒層4に含まれる正極触媒としては、例えば、活性炭及び二酸化マンガンのようなマンガン酸化物の混合物を使用することができる。正極触媒層4は、例えば、活性炭と、マンガン酸化物と、導電性材料として膨張化黒鉛と、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン粉末とを混合し、シート状に成型することにより得られる。   As shown in FIG. 1, the positive electrode container 1 having a bottomed cylindrical shape has an upper end 2 of an opening thereof bent inward by caulking. The positive electrode container 1 has an air hole 3 at the bottom. The positive electrode container 1 is formed of a metal such as stainless steel, for example, and also serves as a positive electrode terminal. A positive electrode catalyst layer 4 is accommodated in the positive electrode container 1. As the positive electrode catalyst contained in the positive electrode catalyst layer 4, for example, a mixture of activated carbon and a manganese oxide such as manganese dioxide can be used. The positive electrode catalyst layer 4 is obtained, for example, by mixing activated carbon, manganese oxide, expanded graphite as a conductive material, and polytetrafluoroethylene powder as a binder, and molding the sheet into a sheet shape.

正極触媒層4に空気を均一に拡散させるための拡散紙5は、正極容器1の底部内面に配置されている。拡散紙5には、例えば、クラフト紙を使用することができる。拡散紙5の厚さは50〜100μmの範囲にすることが望ましい。酸素透過性を有する撥水膜6は、拡散紙5と正極触媒層4の間に介装されている。この撥水膜6は、アルカリ電解液が正極容器1の空気孔3から外部に漏れ出すのを防止するためのものである。撥水膜6は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルムのようなフッ素樹脂フィルムから形成することができる。なお、撥水膜6は、1枚に限らず、2枚以上重ねて使用することも可能である。   A diffusion paper 5 for uniformly diffusing air into the positive electrode catalyst layer 4 is disposed on the bottom inner surface of the positive electrode container 1. For the diffusion paper 5, for example, craft paper can be used. The thickness of the diffusion paper 5 is desirably in the range of 50 to 100 μm. A water repellent film 6 having oxygen permeability is interposed between the diffusion paper 5 and the positive electrode catalyst layer 4. The water repellent film 6 is for preventing the alkaline electrolyte from leaking out from the air holes 3 of the positive electrode container 1. The water repellent film 6 can be formed from a fluororesin film such as a polytetrafluoroethylene film, for example. The water-repellent film 6 is not limited to a single sheet, and two or more sheets can be used in a stacked manner.

正極集電体7は、正極触媒層4上に配置され、その周縁部が正極容器1の内面と接している。これにより、正極と正極容器1との導通が確保される。正極集電体7は、例えば、金属ネットのような導電性の多孔質板から形成することができる。   The positive electrode current collector 7 is disposed on the positive electrode catalyst layer 4, and the peripheral edge thereof is in contact with the inner surface of the positive electrode container 1. Thereby, conduction between the positive electrode and the positive electrode container 1 is ensured. The positive electrode current collector 7 can be formed from, for example, a conductive porous plate such as a metal net.

正極集電体7には、セパレータ8及びゲル状の負極9がこの順番に積層されている。セパレータ8は、例えば、ポリプロピレンのようなポリオレフィン製の微多孔膜と不織布とから形成されている。微多孔膜の方を負極9と対向させ、不織布を正極集電体7と対向させる。微多孔膜は、酸化亜鉛の析出による内部短絡を防止するためのものである。アルカリ電解液の保持に寄与しているのは、主に不織布である。   A separator 8 and a gelled negative electrode 9 are laminated on the positive electrode current collector 7 in this order. The separator 8 is formed of, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polypropylene and a nonwoven fabric. The microporous membrane is opposed to the negative electrode 9, and the nonwoven fabric is opposed to the positive electrode current collector 7. The microporous film is for preventing an internal short circuit due to precipitation of zinc oxide. It is mainly the nonwoven fabric that contributes to the retention of the alkaline electrolyte.

負極容器10は、負極集電体と負極端子を兼ねているものである。負極容器10は、有底円筒形状で、外周面に折り返されたリバース部11を有する。   The negative electrode container 10 serves as a negative electrode current collector and a negative electrode terminal. The negative electrode container 10 has a bottomed cylindrical shape and includes a reverse portion 11 that is folded back on the outer peripheral surface.

負極容器10は、基材13と、In、Sn及びZnよりなる群から選択される少なくとも一種類の元素から形成された表面層14とが積層された板材から形成されており、表面層14が負極容器10の内周面、リバース部11の底面12及びリバース部11の外周面に位置している。   The negative electrode container 10 is formed of a plate material in which a base material 13 and a surface layer 14 formed of at least one element selected from the group consisting of In, Sn, and Zn are laminated. It is located on the inner peripheral surface of the negative electrode container 10, the bottom surface 12 of the reverse portion 11, and the outer peripheral surface of the reverse portion 11.

負極容器10は、例えば、基材13と表面層14とが接合された板材を、内面が表面層14となるように絞り加工により有底円筒形に成型した後、その開口端を外周面に折り返してリバース部11を形成することによって得られる。具体的な負極容器の作製方法として、Ni/SUS/Cuの3層クラッドの板材のCu面に電解めっきを施してから絞り加工等の成形を行うか、表面活性化接合法によりNi/SUS/CuあるいはNi/SUSの板材などにSn箔をクラッドしてから絞り加工等の成形を行うなどが挙げられるが、その製法は特に限定されるものではない。   The negative electrode container 10 is formed by, for example, forming a plate material in which the base material 13 and the surface layer 14 are joined into a bottomed cylindrical shape by drawing so that the inner surface becomes the surface layer 14, and then opening the opening end on the outer peripheral surface. It is obtained by folding back to form the reverse portion 11. As a specific method for preparing the negative electrode container, the Cu surface of the Ni / SUS / Cu three-layer clad plate material is subjected to electrolytic plating and then formed by drawing or the like, or Ni / SUS / For example, a Sn foil is clad on a Cu or Ni / SUS plate, and then forming such as drawing is performed, but the manufacturing method is not particularly limited.

また、基材13をNi面が外表面となるように絞り加工により有底円筒形に成型した後、その開口端を外周面に折り返してリバース部11を形成し、次いで、容器の内周面とリバース部11の底面12及び外周面とに無電解めっきで表面層14を形成することによって、負極容器10を得ても良い。具体的には、Ni/SUS/Cuの3層クラッドの板材をCu面が内面となるように絞り加工等の成形を施した後、Cu面に無電解めっきを施すことが可能であるが、その製法は特に限定されるものではない。   Further, after forming the base material 13 into a bottomed cylindrical shape by drawing so that the Ni surface becomes the outer surface, the open end is folded back to the outer peripheral surface to form the reverse portion 11, and then the inner peripheral surface of the container Alternatively, the negative electrode container 10 may be obtained by forming the surface layer 14 on the bottom surface 12 and the outer peripheral surface of the reverse portion 11 by electroless plating. Specifically, the Ni / SUS / Cu three-layer clad plate material can be subjected to electroless plating on the Cu surface after forming such as drawing so that the Cu surface becomes the inner surface. The manufacturing method is not particularly limited.

このような負極容器10は、正極容器1の開口部に配置され、封口部材として機能する。負極容器10のリバース部11の外周面は、正極容器1の開口部付近の内周面と対向している。   Such a negative electrode container 10 is arrange | positioned at the opening part of the positive electrode container 1, and functions as a sealing member. The outer peripheral surface of the reverse portion 11 of the negative electrode container 10 faces the inner peripheral surface near the opening of the positive electrode container 1.

リング状の絶縁ガスケット15は、正極容器1の内周面とこれと対向する負極容器10との間、並びに正極容器1の内周面とゲル状負極9の外周面との間に介在されている。絶縁ガスケット15は、内周面に環状に段差16が形成されており、この段差16に負極容器10のリバース部11の底面12が配置されている。絶縁ガスケット15は、例えばナイロン製で、その表面がポリアミド系樹脂でコーティングされている。このような材料から形成された絶縁ガスケット15は、耐アルカリ性を向上することができる。   The ring-shaped insulating gasket 15 is interposed between the inner peripheral surface of the positive electrode container 1 and the negative electrode container 10 opposed thereto, and between the inner peripheral surface of the positive electrode container 1 and the outer peripheral surface of the gelled negative electrode 9. Yes. The insulating gasket 15 has an annular step 16 formed on the inner peripheral surface thereof, and the bottom surface 12 of the reverse portion 11 of the negative electrode container 10 is disposed on the step 16. The insulating gasket 15 is made of nylon, for example, and the surface thereof is coated with a polyamide-based resin. The insulating gasket 15 formed from such a material can improve alkali resistance.

正極容器1の空気孔3は、未使用時の無駄な放電を防ぐため、正極容器1の底面に貼られたシールテープ17で一時的に塞がれている。   The air hole 3 of the positive electrode container 1 is temporarily blocked with a seal tape 17 attached to the bottom surface of the positive electrode container 1 in order to prevent useless discharge when not in use.

上述したような構造の空気亜鉛電池によれば、負極容器10の内周面、リバース部11の底部12及び外周面が、Sn、Zn及びInよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素からなる表面層14で形成されているため、使用前及び放電停止時に、無水銀かつ鉛無添加の負極作用物質と負極容器10とが局部電池を形成するのを抑制することができ、水素ガスの発生を抑えることができる。   According to the air zinc battery having the structure as described above, the inner peripheral surface of the negative electrode container 10, the bottom portion 12 and the outer peripheral surface of the reverse portion 11 are at least one kind of metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, and In. Therefore, it is possible to suppress the formation of a local battery between the anhydrous silver-free lead-free negative electrode active substance and the negative electrode container 10 before use and when discharge is stopped. Can be suppressed.

また、過放電の際には、負極容器10の表面層14だけでなく、基材13も電解液中に溶出するものの、ジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターは、基材13を形成する金属(例えばCu)のイオンと錯体を形成することができるため、未反応の亜鉛合金上への金属イオン(例えばCuイオン)の再析出を抑制することができ、局部電池形成による水素ガス発生を抑えることができる。よって、使用前及び放電停止時だけでなく、過放電時の水素ガス発生も抑制されたボタン形アルカリ電池を実現することができる。   Further, in the case of overdischarge, not only the surface layer 14 of the negative electrode container 10 but also the base material 13 is eluted in the electrolytic solution, but dimethyldithiocarbamate, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazine dithiocarbamine At least one organic inhibitor selected from the group consisting of acid salts and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine salts includes ions of a metal (for example, Cu) forming the base material 13; Since a complex can be formed, reprecipitation of metal ions (for example, Cu ions) on an unreacted zinc alloy can be suppressed, and generation of hydrogen gas due to local battery formation can be suppressed. Therefore, it is possible to realize a button-type alkaline battery that suppresses generation of hydrogen gas during overdischarge as well as before use and when discharge is stopped.

有機系インヒビターの添加量を亜鉛合金の質量に対して50ppm以上、5000ppm以下にすることによって、過放電時の電池総高膨れをさらに低減することが可能である。   By setting the addition amount of the organic inhibitor to 50 ppm or more and 5000 ppm or less with respect to the mass of the zinc alloy, it is possible to further reduce the total battery swelling during overdischarge.

また、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金として、その粉末10gをKOH33wt%水溶液10g中に浸漬して60℃雰囲気に保管した際の24時間経過後から72時間までのガス発生速度が90(μL/g・day)以下であるものを使用することによって、使用前の漏液発生率をさらに少なくすることができる。   Further, as a zinc alloy containing no silver and no lead, the gas generation rate from 90 hours to 72 hours after the passage of 24 hours when 10 g of the powder was immersed in 10 g of 33 wt% KOH aqueous solution and stored in a 60 ° C. atmosphere was 90 (μL / G · day), the leakage rate before use can be further reduced.

さらに、ゲル状負極9に、酸化インジウム、水酸化インジウム及び酸化ビスマスよりなる群から選択される少なくとも1種類の無機系インヒビターを亜鉛合金の質量に対して100ppm以上、1000ppm以下含有させることによって、放電中断時の水素ガス発生による電池総高変化をさらに低減することができる。   Furthermore, the gel-like negative electrode 9 contains at least one inorganic inhibitor selected from the group consisting of indium oxide, indium hydroxide and bismuth oxide in an amount of 100 ppm or more and 1000 ppm or less with respect to the mass of the zinc alloy. The change in the total battery height due to the generation of hydrogen gas at the time of interruption can be further reduced.

本発明は集電体も兼ねる負極容器を用いるボタン形電池であれば、種類とサイズに関係なく適用することが可能である。例えば、前述した図1では、正極作用物質として酸素を使用する例を説明したが、正極作用物質として二酸化マンガンあるいは酸化銀を使用するボタン形アルカリ電池にも同様に適用することが可能である。   The present invention can be applied regardless of the type and size as long as it is a button-type battery using a negative electrode container that also serves as a current collector. For example, in FIG. 1 described above, an example in which oxygen is used as the positive electrode active material has been described. However, the present invention can be similarly applied to a button-type alkaline battery using manganese dioxide or silver oxide as the positive electrode active material.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

[実施例]
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.

(実施例1)
電解液の増粘作用を持つゲル化剤としてのポリアクリル酸の微粉末9.0重量部に無機系インヒビターとしての酸化インジウム(In23)1.0重量部を均一になるまで混合・攪拌した。次いで、Biを127ppm、Inを503ppm、Alを33ppm含有する平均粒径205μmで粒径75μm〜300μmの粒子が85重量%以上を占める粒度分布で、該亜鉛合金粉末10gをKOH33wt%水溶液10g中に浸漬して60℃雰囲気に保管した場合の24時間経過後から72時間までの間のガス発生速度が87.5(μL/g・day)の無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末200重量部と、KOH 30%とZnO 1%からなるアルカリ電解液52重量部と、前述したポリアクリル酸と酸化インジウムの混合物1.0重量部(酸化インジウムは亜鉛合金粉末の質量に対して500ppm)と、有機系インヒビターとしてのピペラジンジチオカルバミン酸カリウムを4%含有した溶液2重量部(亜鉛合金粉末の質量に対して400ppm)とを混合・攪拌して、ゲル状の亜鉛負極を調製した。
Example 1
Mix 9.0 parts by weight of fine powder of polyacrylic acid as gelling agent with thickening action of electrolyte and 1.0 part by weight of indium oxide (In 2 O 3 ) as inorganic inhibitor until uniform. Stir. Next, 10 g of the zinc alloy powder in 10 g of an aqueous solution of 33 wt% KOH having an average particle size of 205 μm containing Bi of 127 ppm, In of 503 ppm and Al of 33 ppm and having a particle size of 75 μm to 300 μm accounted for 85% by weight or more. 200 parts by weight of anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder having a gas generation rate of 87.5 (μL / g · day) after 24 hours to 72 hours when immersed in a 60 ° C. atmosphere And 52 parts by weight of an alkaline electrolyte composed of 30% KOH and 1% ZnO, 1.0 part by weight of the mixture of polyacrylic acid and indium oxide described above (indium oxide is 500 ppm based on the mass of the zinc alloy powder), 2 parts by weight of a solution containing 4% potassium piperazine dithiocarbamate as an organic inhibitor (based on the mass of the zinc alloy powder) Then, 400 ppm) was mixed and stirred to prepare a gelled zinc negative electrode.

また、Ni/SUS304/Cuから成る厚さ150μmの3層クラッド材をCu面が内面となるように成型加工してPR44形空気亜鉛電池の負極容器を作製した。この負極容器のCu面に無電解置換Snめっきを施し、厚さが0.2μmのSn金属からなる表面層を形成した。   Also, a negative electrode container of a PR44 type zinc-air battery was fabricated by molding a three-layer clad material made of Ni / SUS304 / Cu having a thickness of 150 μm so that the Cu surface was the inner surface. The Cu surface of the negative electrode container was subjected to electroless substitution Sn plating to form a surface layer made of Sn metal having a thickness of 0.2 μm.

ナイロン製で、表面がポリアミド系樹脂でコーティングされた絶縁ガスケットを用意した。この絶縁ガスケットは、リング状をなし、その内周面に環状に段差が設けられている。この絶縁ガスケット内に負極容器を挿入し、リバース部の底面を段差に配置し、負極容器と絶縁ガスケットを一体化した。   An insulating gasket made of nylon and coated on the surface with a polyamide resin was prepared. This insulating gasket has a ring shape, and an annular step is provided on the inner peripheral surface thereof. The negative electrode container was inserted into the insulating gasket, and the bottom surface of the reverse part was arranged in a step so that the negative electrode container and the insulating gasket were integrated.

こうして得られたゲル状亜鉛負極を負極容器に充填後、正極触媒層が収納された正極容器にかしめ加工により固定し、前述した図1に示す構造を有するJIS規格PR44型のボタン形空気亜鉛電池を製造した。   The gel-like zinc negative electrode thus obtained is filled in a negative electrode container, and then fixed to the positive electrode container in which the positive electrode catalyst layer is accommodated by caulking, and the button-type zinc air battery of the JIS standard PR44 type having the structure shown in FIG. Manufactured.

なお、亜鉛合金粉末のガス発生速度は、以下に説明する方法で測定した。図3は亜鉛合金のガス発生速度を測定するための測定装置を示す模式図である。   The gas generation rate of the zinc alloy powder was measured by the method described below. FIG. 3 is a schematic view showing a measuring device for measuring the gas generation rate of the zinc alloy.

60℃の恒温水槽内において、例えば内容積が25mLの三角フラスコ21内に、KOH33wt%水溶液22を10gと、亜鉛合金粉末23を10gとを収容した後、流動パラフィン24を三角フラスコ内一杯に充填した。次いで、流動パラフィン移動管25が挿入されたゴム栓26で三角フラスコ21に栓をし、流動パラフィン移動管25の下端を流動パラフィン24内に挿入した。   In a constant temperature water bath at 60 ° C., for example, 10 g of KOH 33 wt% aqueous solution 22 and 10 g of zinc alloy powder 23 are placed in an Erlenmeyer flask 21 having an internal volume of 25 mL, and then liquid paraffin 24 is filled into the Erlenmeyer flask. did. Next, the Erlenmeyer flask 21 was stoppered with a rubber stopper 26 into which the liquid paraffin moving tube 25 was inserted, and the lower end of the liquid paraffin moving tube 25 was inserted into the liquid paraffin 24.

なお、流動パラフィン移動管25は、内容積が2.0mLのメスピペットの下端の開口部を封鎖すると共に、下端付近の側壁に穴27を開けることにより作製した。   The liquid paraffin moving tube 25 was prepared by blocking the opening at the lower end of the 2.0 mL internal pipette and making a hole 27 in the side wall near the lower end.

亜鉛合金粉末23とKOH溶液22との反応により発生したガスは、三角フラスコ21内の流動パラフィン24の上部に位置する空間28に溜まり、その発生したガスの体積分の流動パラフィン24が流動パラフィン移動管25の穴27から押し出されて移動管25内を上昇する。ある一定時間での移動管25の目盛りと、それからさらに一定時間経過後の目盛りとを読み、これら目盛りの差分の体積変化量をガス発生量とみなし、このガス発生量を経過時間で除することによりガス発生速度を得る。   The gas generated by the reaction between the zinc alloy powder 23 and the KOH solution 22 accumulates in a space 28 located above the liquid paraffin 24 in the Erlenmeyer flask 21, and the liquid paraffin 24 corresponding to the volume of the generated gas moves to the liquid paraffin. It is pushed out from the hole 27 of the tube 25 and moves up in the moving tube 25. Read the scale of the moving tube 25 at a certain time and the scale after a certain time, and consider the volume change of the difference between these scales as the amount of gas generated, and divide this amount of gas generated by the elapsed time. To obtain the gas generation rate.

恒温水槽内に三角フラスコ21を浸漬してからしばらくの間は温度変化による液体の体積膨張を生じ、ガス発生によらない体積変化を生じる。よって、三角フラスコ21内にKOH33wt%水溶液22と亜鉛合金粉末23とを収容してから24時間経過した時点で移動管25の目盛りを読み、それからさらに48時間後(三角フラスコ21内にKOH33wt%水溶液22と亜鉛合金粉末23とを収容してから72時間後に相当)の目盛りを読み、この目盛りの差からガス発生速度を算出する。測定終了を72時間後としたのは、これ以上測定時間が長くなると、ガス発生速度が徐々に遅くなるため、なるべく直線的なガス発生速度を示す時間内での測定とする方が明確な比較が可能となるからである。   For a while after the Erlenmeyer flask 21 is immersed in the thermostatic water tank, the liquid undergoes volume expansion due to temperature change, and the volume change does not occur due to gas generation. Therefore, when 24 hours have passed since the KOH 33 wt% aqueous solution 22 and the zinc alloy powder 23 were accommodated in the Erlenmeyer flask 21, the scale of the moving tube 25 was read, and after 48 hours later (KOH 33 wt% aqueous solution in the Erlenmeyer flask 21 No. 22 and the zinc alloy powder 23 are stored 72 hours after the storage), and the gas generation rate is calculated from the difference between the scales. The end of measurement is 72 hours later. The gas generation rate gradually decreases as the measurement time becomes longer, so it is clear that the measurement should be performed within the time showing the linear gas generation rate as much as possible. This is because it becomes possible.

(実施例2)
有機系インヒビターの種類を下記表1に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Example 2)
A button-type zinc-air battery having the same configuration as described in Example 1 was manufactured except that the type of the organic inhibitor was changed as shown in Table 1 below.

(実施例3)
Biを502ppm、Inを503ppm、Alを30ppm含有する平均粒径201μmで粒径75μm〜300μmの粒子が85重量%以上を占める粒度分布で、かつ実施例1で説明したのと同様な方法で測定したガス発生速度が15.3(μL/g・day)の無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Example 3)
Measured by the same method as described in Example 1 with a particle size distribution in which particles having a mean particle size of 201 μm containing Bi of 502 ppm, In of 503 ppm and Al of 30 ppm and a particle size of 75 μm to 300 μm account for 85% by weight or more. The button-type air zinc having the same structure as that described in Example 1 except that an anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder having a gas generation rate of 15.3 (μL / g · day) is used. A battery was manufactured.

(実施例4)
前述した実施例3で説明したのと同様な亜鉛合金粉末を使用すると共に、無機系インヒビターとして酸化ビスマス(Bi23)0.5重量部(亜鉛合金粉末の質量に対して250ppm)と水酸化インジウム(In(OH)3)0.5重量部(亜鉛合金粉末の質量に対して250ppm)とを用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
Example 4
The same zinc alloy powder as described in Example 3 was used, and 0.5 parts by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) (250 ppm relative to the mass of the zinc alloy powder) and water were used as inorganic inhibitors. Except for using 0.5 parts by weight of indium oxide (In (OH) 3 ) (250 ppm with respect to the mass of the zinc alloy powder), button-type air zinc having the same configuration as that described in Example 1 above. A battery was manufactured.

(実施例5)
Biを892ppm、Inを497ppm、Alを32ppm含有する平均粒径198μmで粒径75μm〜300μmの粒子が85重量%以上を占める粒度分布で、かつ実施例1で説明したのと同様な方法で測定したガス発生速度が118.7(μL/g・day)の無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Example 5)
Measured by the same method as described in Example 1 with a particle size distribution in which particles having a mean particle size of 198 μm and containing 75 μm to 300 μm of Bi containing 892 ppm Bi, 497 ppm In, and 32 ppm Al account for 85% by weight or more. The button-type air zinc having the same structure as that described in Example 1 except that an anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder having a gas generation rate of 118.7 (μL / g · day) is used. A battery was manufactured.

(実施例6)
有機系インヒビターとしてピペラジンジチオカルバミン酸カリウムを4%含有した溶液を1重量部(亜鉛粉質量に対して20ppm)用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Example 6)
A button-type air zinc having the same structure as described in Example 1 above, except that 1 part by weight of a solution containing 4% potassium piperazine dithiocarbamate as an organic inhibitor (20 ppm relative to the mass of zinc powder) was used. A battery was manufactured.

(実施例7)
前述した実施例1で説明したのと同様な亜鉛合金粉末200重量部と、KOH 30%とZnO 1%からなるアルカリ電解液52重量部と、ポリアクリル酸を9重量部と、有機系インヒビターとしてのピペラジンジチオカルバミン酸カリウムを4%含有した溶液2重量部(亜鉛粉質量に対して400ppm)と混合・攪拌して、ゲル状の亜鉛負極を調製すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Example 7)
200 parts by weight of the same zinc alloy powder as described in Example 1, 52 parts by weight of an alkaline electrolyte composed of 30% KOH and 1% ZnO, 9 parts by weight of polyacrylic acid, and an organic inhibitor Except for preparing a gelled zinc negative electrode by mixing and stirring with 2 parts by weight of a solution containing 4% potassium piperazine dithiocarbamate (400 ppm with respect to the mass of zinc powder), as described in Example 1 above. A button-type zinc-air battery having the same configuration as that of the above was manufactured.

(実施例8〜10)
有機系インヒビターの種類を下記表1に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。
(Examples 8 to 10)
A button-type zinc-air battery having the same configuration as described in Example 1 was manufactured except that the type of the organic inhibitor was changed as shown in Table 1 below.

(比較例)
電解液の増粘作用を持つゲル化剤としてのポリアクリル酸の微粉末9.0重量部に無機インヒビターとしての酸化インジウム(In)1.0重量部を均一になるまで混合・攪拌した。次いで、Biを127ppm、Inを503ppm、Alを33ppm含有する平均粒径205μmで粒径75μm〜300μmの粒子が85重量%以上を占める粒度分布で、かつ実施例1で説明したのと同様な方法で測定したガス発生速度が87.5(μL/g・day)の無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末200重量部と、KOH 30%とZnO 1%からなるアルカリ電解液52重量部と、前述したポリアクリル酸と酸化インジウムの混合物1.0重量部と混合・攪拌して、ゲル状の亜鉛負極を調製した。
(Comparative example)
Mix and stir until 9.0 parts by weight of a fine powder of polyacrylic acid as a gelling agent having a thickening action for the electrolyte is uniformly 1.0 part by weight of indium oxide (In 2 O 3 ) as an inorganic inhibitor did. Next, a particle size distribution containing an average particle size of 205 μm and a particle size of 75 μm to 300 μm containing 127 ppm Bi, 503 ppm In, and 33 ppm Al accounts for 85% by weight or more, and the same method as described in Example 1 200 parts by weight of an anhydrous silver and lead-free zinc alloy powder having a gas generation rate measured in 87.5 (μL / g · day), 52 parts by weight of an alkaline electrolyte composed of 30% KOH and 1% ZnO, A gelatinous zinc negative electrode was prepared by mixing and stirring with 1.0 part by weight of the mixture of polyacrylic acid and indium oxide described above.

このゲル状の亜鉛負極を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成のボタン形空気亜鉛電池を製造した。   A button-type zinc-air battery having the same configuration as described in Example 1 was produced except that this gelled zinc negative electrode was used.

実施例1〜10及び比較例の各PR44形空気亜鉛電池について、放電特性(250Ω定抵抗放電・1.0Vまでの放電容量、n=20の平均値)、放電終了後に120時間過放電を行った直後の電池総高変化(n=20の平均値)、放電深度40%で室温放置2週間(2W)後の電池総高変化(n=20の平均値)、45℃93%RHに60日間貯蔵後の漏液数の調査(n=50)を行った。その結果を下記表1に示す。

Figure 2006179325
About each PR44 form air zinc battery of Examples 1-10 and a comparative example, over discharge was performed for 120 hours after discharge characteristics (250 Ω constant resistance discharge / discharge capacity up to 1.0V, average value of n = 20). The battery total height change immediately after (n = 20 average value), the battery total height change after 2 weeks standing at room temperature (2W) at a discharge depth of 40% (n = 20 average value), 45 ° C. 93% RH 60 The number of leaks after storage for a day was investigated (n = 50). The results are shown in Table 1 below.
Figure 2006179325

表1から明らかなように、ジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターを含有する負極を備えた実施例1〜10の電池は、これら有機系インヒビターが無添加の比較例1の電池と比較して、ほぼ同等の放電容量を実現しつつ、120時間過放電直後の電池総高変化を小さくできることがわかる。放電前の電池総高は約5.2mmであるので、実施例1〜4及び7〜10では過放電後の電池総高がPR44のJIS規格である5.4mmをいずれも下まわっており、実用上の問題が少ない。   As is apparent from Table 1, the group consisting of dimethyldithiocarbamate, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazinedithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine The batteries of Examples 1 to 10 including the negative electrode containing at least one organic inhibitor selected from the above have a discharge capacity substantially equivalent to that of the battery of Comparative Example 1 in which these organic inhibitors are not added. It can be seen that the change in the total battery height immediately after 120 hours of overdischarge can be made small. Since the total battery height before discharge is about 5.2 mm, in Examples 1 to 4 and 7 to 10, the total battery height after overdischarge is below the JIS standard of PR44 of 5.4 mm. There are few practical problems.

実施例1と実施例5の比較から、水素ガス発生速度が90(μL/g・day)以下である亜鉛合金粉末を負極作用物質として用いた実施例1では、実施例5に比較して電池総高変化が小さく、漏液特性に優れている。これは、貯蔵中に発生した水素ガスによる電池の内部圧力の上昇が抑制されたためと考えられる。貯蔵漏液は亜鉛合金自体の自己溶解速度やインヒビター添加が総合的に効いているようであるが、亜鉛合金の自己溶解、すなわち水素ガス発生をできる限り抑制することは長期信頼性の基本であることは明確であり、更には30(μL/g・day)以下が望ましい。   From a comparison between Example 1 and Example 5, in Example 1 in which a zinc alloy powder having a hydrogen gas generation rate of 90 (μL / g · day) or less was used as the negative electrode active substance, the battery was compared with Example 5. The total height change is small and the liquid leakage characteristics are excellent. This is presumably because the increase in the internal pressure of the battery due to the hydrogen gas generated during storage was suppressed. It seems that the storage leakage is self-dissolving rate of zinc alloy itself and the addition of inhibitors, but it is fundamental to long-term reliability to suppress self-dissolution of zinc alloy, that is, hydrogen gas generation as much as possible. This is clear and more preferably 30 (μL / g · day) or less.

実施例1と実施例6の比較から、有機系インヒビターの添加量が50〜5000ppmの範囲である実施例1の方が過放電後の電池総高変化が小さくなることが理解できる。また、実施例には記載していないが、有機系インヒビターの添加量が5000ppmを越えると、その顕著な効果があまり見られなくなり、コストを考えると5000ppm以下が適当である。   From comparison between Example 1 and Example 6, it can be understood that Example 1 in which the amount of the organic inhibitor added is in the range of 50 to 5000 ppm reduces the change in the total battery height after overdischarge. Although not described in the examples, when the addition amount of the organic inhibitor exceeds 5000 ppm, the remarkable effect is not seen so much, and considering the cost, 5000 ppm or less is appropriate.

実施例1と実施例7の比較から、酸化インジウムのような無機系インヒビターを含有する負極を備えた実施例1の電池では、放電深度を40%で止めて放置した場合の電池総高が小さくなっており、無機系インヒビター添加による水素ガス発生抑制効果は明らかである。また、添加量が100ppm以下ではその効果が十分ではない恐れがあり、1000ppmを越えると顕著な効果があまり見られず、性能およびコストを考慮すると100〜1000ppmが望ましい。   From the comparison between Example 1 and Example 7, in the battery of Example 1 including the negative electrode containing an inorganic inhibitor such as indium oxide, the total battery height when the discharge depth is stopped at 40% and the battery is left to stand is small. Thus, the effect of suppressing the generation of hydrogen gas by adding an inorganic inhibitor is clear. Further, if the addition amount is 100 ppm or less, the effect may not be sufficient, and if it exceeds 1000 ppm, a remarkable effect is not seen so much, and considering performance and cost, 100 to 1000 ppm is desirable.

以上説明したように、本発明によれば無水銀且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を含有する負極でありながら、電池内部での水素ガス発生が長期間にわたり抑制され、電池膨れや漏液などの問題の無い、安全で環境にやさしい高性能なボタン形アルカリ電池を提供することができる。   As described above, according to the present invention, hydrogen gas generation inside the battery is suppressed over a long period of time while being a negative electrode containing anhydrous silver and no lead-added zinc alloy powder. It is possible to provide a safe, environmentally friendly, high-performance button-type alkaline battery that is free from problems.

なお、前述した実施例では、ボタン型空気亜鉛電池の例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態をとることができる。たとえば、コイン型、主面の形状が四角もしくは略四角形の扁平形等にすることが可能である。   In the above-described embodiments, examples of button-type zinc-air batteries have been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various forms without departing from the spirit of the invention. . For example, it is possible to use a coin shape, a flat shape in which the shape of the main surface is a square or a substantially square.

図1は本発明に係るボタン形アルカリ電池の一実施形態である空気亜鉛電池を示す模式的な断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a zinc-air battery as an embodiment of a button-type alkaline battery according to the present invention. 図1の空気亜鉛電池の要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of the air zinc battery of FIG. 亜鉛合金のガス発生速度を測定するための測定装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the measuring apparatus for measuring the gas generation rate of a zinc alloy.

符号の説明Explanation of symbols

1…正極容器、2…開口部の上端、3…空気孔、4…正極触媒層、5…空気拡散紙、6…撥水膜、7…正極集電体、8…セパレータ、9…ゲル状亜鉛負極、10…負極容器、11…リバース部、12…リバース部の底面(負極容器の開口部の端面)、13…基材、14…表面層、15…絶縁性ガスケット、16…段差、17…シールテープ、21…三角フラスコ、22…KOH33重量%水溶液、23…亜鉛合金粉末、24…流動パラフィン、25…流動パラフィン移動管、26…ゴム栓、27…穴、28…ガス収容空間。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode container, 2 ... Upper end of opening, 3 ... Air hole, 4 ... Positive electrode catalyst layer, 5 ... Air diffusion paper, 6 ... Water-repellent film, 7 ... Positive electrode collector, 8 ... Separator, 9 ... Gel-like Zinc negative electrode, 10 ... negative electrode container, 11 ... reverse part, 12 ... bottom of reverse part (end face of opening of negative electrode container), 13 ... base material, 14 ... surface layer, 15 ... insulating gasket, 16 ... step, 17 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Seal tape, 21 ... Erlenmeyer flask, 22 ... KOH 33 weight% aqueous solution, 23 ... Zinc alloy powder, 24 ... Liquid paraffin, 25 ... Liquid paraffin transfer pipe, 26 ... Rubber stopper, 27 ... Hole, 28 ... Gas accommodation space.

Claims (4)

正極と、無水銀かつ鉛無添加の亜鉛合金及びアルカリ電解液を含むゲル状負極と具備するボタン形アルカリ電池であって、
前記負極は、ジメチルジチオカルバミン酸塩、ジプロピルジチオカルバミン酸塩、ジブチルジチオカルバミン酸塩、ピペラジンジチオカルバミン酸塩及びN1,N2,N3,N5−テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミン塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機系インヒビターを含有することを特徴とするボタン形アルカリ電池。
A button type alkaline battery comprising a positive electrode, a gelled negative electrode containing an anhydrous silver and lead-free zinc alloy and an alkaline electrolyte,
The negative electrode is at least selected from the group consisting of dimethyldithiocarbamate, dipropyldithiocarbamate, dibutyldithiocarbamate, piperazinedithiocarbamate and N1, N2, N3, N5-tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine. A button-type alkaline battery comprising one type of organic inhibitor.
前記少なくとも1種類の有機系インヒビターは、前記亜鉛合金の質量に対して50ppm以上、5000ppm以下であることを特徴とする請求項1記載のボタン形アルカリ電池。   2. The button-type alkaline battery according to claim 1, wherein the at least one organic inhibitor is 50 ppm or more and 5000 ppm or less with respect to the mass of the zinc alloy. 前記亜鉛合金は、その粉末10gをKOH33wt%水溶液10g中に浸漬して60℃雰囲気に保管した際の24時間経過後から72時間までのガス発生速度が90(μL/g・day)以下であることを特徴とする請求項1または2記載のボタン形アルカリ電池。   The zinc alloy has a gas generation rate of 90 (μL / g · day) or less after 24 hours to 72 hours when 10 g of the powder is immersed in 10 g of 33 wt% KOH aqueous solution and stored in an atmosphere of 60 ° C. The button-type alkaline battery according to claim 1 or 2. 前記負極は、酸化インジウム、水酸化インジウム及び酸化ビスマスよりなる群から選択される少なくとも1種類の無機系インヒビターを前記亜鉛合金の質量に対して100ppm以上、1000ppm以下含有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のボタン形アルカリ電池。   The negative electrode contains at least one inorganic inhibitor selected from the group consisting of indium oxide, indium hydroxide, and bismuth oxide in a range of 100 ppm to 1000 ppm with respect to the mass of the zinc alloy. The button-type alkaline battery according to any one of 1 to 3.
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