JP2754864B2 - Manufacturing method of zinc alkaline battery - Google Patents

Manufacturing method of zinc alkaline battery

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JP2754864B2 JP2128483A JP12848390A JP2754864B2 JP 2754864 B2 JP2754864 B2 JP 2754864B2 JP 2128483 A JP2128483 A JP 2128483A JP 12848390 A JP12848390 A JP 12848390A JP 2754864 B2 JP2754864 B2 JP 2754864B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、負極活物質として亜鉛、電解液としてアル
カリ水溶液、正極活物質として二酸化マンガン、酸化
銀、酸素等を用いる亜鉛アルカリ電池の無水銀化技術に
関わり、無公害でかつ貯蔵性、放電性能に優れた亜鉛ア
ルカリ電池製造法を提供するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mercury-free technology for zinc-alkaline batteries using zinc as a negative electrode active material, an aqueous alkaline solution as an electrolyte, and manganese dioxide, silver oxide, oxygen, etc. as a positive electrode active material. The present invention relates to a method for producing a zinc alkaline battery which is pollution-free and has excellent storage properties and discharge performance.

従来の技術 約十年前から廃電池の水銀による環境汚染が強く懸念
されるようになり、アルカリ乾電池中の水銀量の低減の
研究がなされた。その結果、耐食性亜鉛合金等の開発に
より、現状ではアルカリ乾電池中に含まれる水銀量は電
池重量に対し250ppmに低減されようとしている。ところ
が、フロンによるオゾン層破壊の問題に代表されるよう
に、世界的な工業製品による環境破壊問題が懸念されて
いる今日、さらにアルカリ乾電池中の水銀を完全になく
す要望が高まってきている。
2. Description of the Related Art Approximately ten years ago, there has been a strong concern that environmental pollution due to mercury in waste batteries has become a concern, and research has been conducted on reducing the amount of mercury in alkaline dry batteries. As a result, with the development of corrosion-resistant zinc alloys and the like, the amount of mercury contained in alkaline dry batteries is currently being reduced to 250 ppm based on the battery weight. However, today, there is a concern about environmental destruction caused by industrial products worldwide, as represented by the problem of ozone depletion due to chlorofluorocarbons, and there is a growing demand for completely eliminating mercury in alkaline dry batteries.

アルカリ乾電池の無水銀化技術に関するアプローチ
は、水銀の添加されたアルカリ乾電池が開発されていた
当時からなされ、特許や邦文に亜鉛合金、無機系インヒ
ビターおよび有機系インヒビターに関する様々な材料に
ついて、多数出願や発表がなされている。
The approach to the mercury-free alkaline dry battery technology was made at the time when the alkaline dry battery to which mercury was added was developed. An announcement has been made.

発明が解決しようとする課題 純亜鉛を無水銀のまま負極の活物質に用いた電池で
は、亜鉛の水素発生を伴った腐食反応が激しく起こり、
電池内圧が増加して電解液を外部へ押し出し、耐漏液性
の低下という問題がある。
Problems to be Solved by the Invention In a battery in which pure zinc is used as the active material of the negative electrode without mercury silver, a corrosion reaction accompanied by hydrogen generation of zinc occurs violently,
There is a problem that the internal pressure of the battery is increased and the electrolytic solution is pushed to the outside, and the resistance to liquid leakage is reduced.

また部分的に放電した電池では亜鉛負極の水素発生速
度が加速され、耐漏液性はさらに低下する。これらは亜
鉛表面の水素過電圧を高めることで、腐食反応を抑制し
ていた水銀がなくなったことに起因している。
In a partially discharged battery, the hydrogen generation rate of the zinc negative electrode is accelerated, and the leak resistance is further reduced. These are attributable to the fact that by increasing the hydrogen overpotential on the zinc surface, mercury that suppressed the corrosion reaction disappeared.

亜鉛腐食の低水銀化で耐食性の効果が証明されている
インジウム、アルミニウムおよび鉛を含む耐食性亜鉛合
金でも無水銀のまま電池を構成すれば、部分放電後の電
池の耐漏液性は確保できない。
Even if a corrosion-resistant zinc alloy containing indium, aluminum, and lead, which has been proven to have a corrosion-resistant effect by reducing mercury in zinc corrosion, is used as a mercury-free battery, it is not possible to ensure the battery's liquid leakage resistance after partial discharge.

また、純亜鉛粉末を負極の活物質としたゲル負極に通
常市販されている酸化インジウムあるいは水酸化インジ
ウムを添加して構成した電池でも上述の耐食性合金のみ
で構成した電池と同様に実用的な電池の耐漏液性は確保
できない。
In addition, a commercially available battery formed by adding indium oxide or indium hydroxide to a gel negative electrode using pure zinc powder as an active material of the negative electrode is also a practical battery in the same manner as the battery formed only of the corrosion-resistant alloy described above. Cannot ensure liquid leakage resistance.

さらにインジウム、アルミニウム、鉛を含む耐食性亜
鉛合金を、負極の活物質としたゲル負極に有機系インヒ
ビターとして、低水銀化で効果のあるアミン系界面活性
剤を添加して電池を構成しても、部分放電後の電池の耐
漏液性は確保できない。
Furthermore, even if a battery is formed by adding an amine-based surfactant that is effective in reducing mercury as an organic inhibitor to a gel negative electrode using a corrosion-resistant zinc alloy containing indium, aluminum, and lead as an active material of the negative electrode, The liquid resistance of the battery after the partial discharge cannot be ensured.

以上のように、今までのシーズはそれぞれ腐食抑制効
果が完全でなく、少なくとも密閉系の電池には実用的な
ものとはいえない。
As described above, each of the conventional sheaths does not have a perfect corrosion inhibiting effect, and cannot be said to be practical at least for sealed batteries.

アルカリ乾電池の無水銀化の実現を可能にするにあた
り、本発明者等は耐食性亜鉛合金、無機系インヒビター
や有機系インヒビターのそれぞれの複合効果において、
最高に効果を発揮できる材料およびその最適な状態や濃
度について検討した。
In realizing the realization of mercury-free alkaline batteries, the present inventors have proposed a corrosion-resistant zinc alloy, a combined effect of an inorganic inhibitor and an organic inhibitor,
The materials that can exert the best effect and their optimal conditions and concentrations were studied.

課題を解決するための手段 まず、耐食性亜鉛合金と無機系インヒビターの複合使
用についての本発明の構成を説明する。本発明における
ゲル状負極は、インジウム、鉛、ビスマス、カルシウ
ム、およびアルミニウムの群のうちいずれかを適正な組
合せで、かつ亜鉛に適正量添加した耐食性亜鉛合金粉末
からなる活物質と、無機系インヒビターとしてのアルカ
リ金属の硫化物を適正な濃度で溶解させたゲル状アルカ
リ電解液により構成される。
Means for Solving the Problems First, the configuration of the present invention regarding the combined use of a corrosion-resistant zinc alloy and an inorganic inhibitor will be described. The gelled negative electrode in the present invention is an active material comprising a corrosion-resistant zinc alloy powder in which an appropriate combination of any of indium, lead, bismuth, calcium, and aluminum is added to zinc, and an inorganic inhibitor. And a gel-like alkaline electrolyte in which a sulfide of an alkali metal is dissolved at an appropriate concentration.

上記の耐食性亜鉛合金は、インジウムを0.01〜1wt
%、鉛およびビスマスの一種または二種を合計で0.005
〜0.5wt%含有した亜鉛合金、あるいはインジウムを0.0
1〜1wt%、鉛およびビスマスの一種または二種を合計で
0.005〜0.5wt%、カルシウムおよびアルミニウムの一種
または二種を合計で0.005〜0.2wt%含有した亜鉛合金で
ある。また、上記のアルカリ金属の硫化物の適切な添加
量は、亜鉛合金に対して0.005〜0.5wt%である。
The above-mentioned corrosion-resistant zinc alloy contains 0.01 to 1 wt% of indium.
%, One or two of lead and bismuth in total 0.005
0.5% by weight of zinc alloy or indium
1 to 1 wt%, one or two types of lead and bismuth in total
It is a zinc alloy containing 0.005 to 0.5 wt% and one or two kinds of calcium and aluminum in total of 0.005 to 0.2 wt%. The appropriate addition amount of the sulfide of the alkali metal is 0.005 to 0.5% by weight based on the zinc alloy.

次に、亜鉛合金、無機系インヒビターと有機系インヒ
ビターの複合使用についての本発明の構成を説明する。
本発明のゲル状負極は、インジウム、鉛、ビスマス、カ
ルシウム、および、アルミニウムを適正な組合せで適正
な量だけ添加された耐食性亜鉛合金粉末と、無機系イン
ヒビターとして適正な濃度のアルカリ金属の硫化物を溶
解させ、さらに有機系インヒビターとしてのポリエチレ
ンオキサイドを親水部に持ち、フッ化アルキル基を親油
部に持った界面活性剤の適正量を添加したゲル状アルカ
リ電解液とにより構成される。
Next, the configuration of the present invention regarding the combined use of a zinc alloy, an inorganic inhibitor and an organic inhibitor will be described.
The gelled negative electrode of the present invention comprises a corrosion-resistant zinc alloy powder in which indium, lead, bismuth, calcium, and aluminum are added in an appropriate amount in an appropriate combination, and a sulfide of an alkali metal having an appropriate concentration as an inorganic inhibitor. And a gel-like alkaline electrolyte to which an appropriate amount of a surfactant having polyethylene oxide as an organic inhibitor in a hydrophilic portion and having a fluorinated alkyl group in a lipophilic portion is added.

上記の界面活性剤は、亜鉛合金に対して0.01〜0.1wt
%アルカリ電解液中に含有させることで効果がある。
The above surfactant is used in an amount of 0.01 to 0.1 wt.
% In the alkaline electrolyte is effective.

また、耐食性亜鉛合金はインジウムを0.01〜1wt%、
鉛およびビスマスの一種または二種を合計で0.005〜0.5
wt%含有した亜鉛合金、あるいはインジウムを0.01〜1w
t%、鉛およびビスマスの一種または二種を合計で0.005
〜0.5wt%、カルシウムおよびアルミニウムの一種また
は二種を合計で0.005〜0.2wt%含有した亜鉛合金であ
る。
The corrosion-resistant zinc alloy contains 0.01 to 1 wt% of indium,
0.005 to 0.5 in total of one or two of lead and bismuth
wt% containing zinc alloy or indium 0.01-1w
t%, one or two of lead and bismuth in total 0.005
It is a zinc alloy containing about 0.5 wt% and one or two kinds of calcium and aluminum in total of 0.005 to 0.2 wt%.

また、アルカリ金属の硫化物は硫化リチウム、ポリ硫
化リチウム、硫化ナトリウム、ポリ硫化ナトリウム、硫
化カリウム、ポリ硫化カリウム、硫化ルビジウムであ
り、それらの適切な添加量は亜鉛合金に対して0.005〜
0.5wt%である。
The sulfides of alkali metals are lithium sulfide, lithium lithium sulfide, sodium sulfide, sodium polysulfide, potassium sulfide, potassium potassium sulfide, and rubidium sulfide.
0.5 wt%.

また、界面活性剤は下記の構造式 (X)−CnF2n−(Y)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Y:−CONH−あるいは−SO2NR−{Rはアルキル基} Z:−CH3,−P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金 属} n:4〜10 m:20〜100 または、 (X)−CnF2n−(CH2CH2)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Z:−CH3,−P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金 属} n:4〜10 m:40〜100 で表されるものが効果的である。Also, the surfactant is represented by the following structural formula (X) -C n F 2n - (Y) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H or -F Y: -CONH- or -SO 2 NR- {R represents an alkyl group} Z: -CH 3, -P0 3 W 2 or -SO 3 W {W alkali metals} n: 4~10 m: 20~100 or, (X) -C n F 2n - (CH 2 CH 2 ) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H or -F Z: -CH 3, -P0 3 W 2 or -SO 3 W {W is an alkali metal Those represented by the genus n: 4 to 10 m: 40 to 100 are effective.

作用 本発明の耐食性亜鉛合金、無機系インヒビター、有機
系インヒビターの材料、およびそれらの複合における組
合せや組成については、それぞれが複合効果を最高に発
揮できるように鋭意研究した結果、見出したものであ
る。その作用機構の解明は今のところ不明確であるが、
以下のように推察される。
The corrosion-resistant zinc alloy of the present invention, the inorganic inhibitor, the material of the organic inhibitor, and the combination and composition in the composite thereof have been found as a result of intensive research so that each of them can exert the composite effect to the maximum. . Although the elucidation of its mechanism of action is unclear at present,
It is inferred as follows.

まず、合金の添加元素、無機系インヒビター、有機系
インヒビターそれぞれの単独での作用効果は次のようで
ある。
First, the functions and effects of the additive elements of the alloy, the inorganic inhibitor, and the organic inhibitor alone are as follows.

合金中の添加元素のうちインジウム、鉛およびビスマ
スはそれらの元素自身の水素過電圧が高く、亜鉛に添加
されて、その表面の水素過電圧を高める作用がある。こ
れらを均一に合金中に添加した場合、粉末のどの深さに
も添加元素が存在するため、この作用は放電により新し
い亜鉛表面が現れたとしても保持される。また、アルミ
ニウムやカルシウムは亜鉛粒子を球形化させる作用があ
り、真の比表面積を少なくさせるため亜鉛粉末の単位重
量当たりの腐食量を低下させる。
Among the additional elements in the alloy, indium, lead and bismuth have a high hydrogen overpotential of these elements themselves, and have an effect of being added to zinc to increase the hydrogen overpotential on the surface. When these are uniformly added to the alloy, the effect is maintained even if a new zinc surface appears due to the discharge, because the added elements are present at every depth of the powder. Also, aluminum and calcium have the effect of spheroidizing zinc particles, and reduce the amount of corrosion per unit weight of zinc powder to reduce the true specific surface area.

アルカリ金属の硫化物はアルカリ電解液にアルカリ金
属イオンと硫黄イオンとして溶解する。この硫黄イオン
は亜鉛合金と共存状態では亜鉛と反応し、亜鉛合金表面
に不活性な硫化亜鉛の被膜を形成し、その表面の腐食反
応を抑制する。
The alkali metal sulfide dissolves in the alkaline electrolyte as alkali metal ions and sulfur ions. This sulfur ion reacts with zinc when coexisting with the zinc alloy to form an inert zinc sulfide film on the surface of the zinc alloy, thereby suppressing a corrosion reaction on the surface.

界面活性剤はゲル状アルカリ電解液中に亜鉛合金と共
存すると、金属石けんの原理で亜鉛合金表面に化学吸着
して疎水性の単分子量を形成し、防食効果を示す。特
に、ポリエチンレンオキサイドを親水部に持つ界面活性
剤は、アルカリ電解液に対しミセルとしての溶解性が高
く、電解液に投入させた場合、亜鉛合金表面への移動、
吸着が速やかに起こるため防食効果が高い。さらに、フ
ッ化アルキル基を親油部に持てば、これが亜鉛合金表面
に吸着した場合、電気絶縁性が高いため腐食反応の電子
授受を効果的に疎外し、また耐アルカリ性が強いためそ
の効果は持続する。
When a surfactant coexists with a zinc alloy in a gelled alkaline electrolyte, the surfactant chemically adsorbs on the zinc alloy surface based on the principle of metallic soap to form a hydrophobic monomolecular weight and exhibits an anticorrosion effect. In particular, surfactants having polyethynylene oxide in the hydrophilic part have high solubility as micelles in the alkaline electrolyte, and when introduced into the electrolyte, transfer to the zinc alloy surface,
The anticorrosion effect is high because adsorption occurs quickly. Furthermore, if the fluorinated alkyl group is held on the lipophilic portion, it is effectively isolated from the electron transfer of the corrosion reaction because of its high electrical insulation when it is adsorbed on the surface of the zinc alloy. continue.

次に界面活性剤の分子構造を限定する意味について説
明する。ポリエチレンオキサイドを親水部に持つ界面活
性剤は、アルカリ電解液に対しミセルとしての溶解性が
高く、電解液に投入させた場合、亜鉛合金表面への移
動、吸着が速やかに起こるため防食効果が高い。また、
ポリエチンレンオキサイドの末端が水酸基つまりアルコ
ールであると、アルカリ電解液中で加水分解を受けやす
いので、末端基は耐アルカリ性が強いメチル基、スルホ
ン基、燐酸基がよい。フッ化アルキル基を親油部に持て
ば、これが亜鉛合金表面に吸着した場合、電気絶縁性が
高いため腐食反応の電子授受を効果的に疎外する。親水
部と親油部の間の結合基は撥水性のアルキル基より、親
水性のアミド基、スルホアミド基であればこの部分での
亜鉛との化学吸着が起こり、防食性が高い。
Next, the meaning of limiting the molecular structure of the surfactant will be described. Surfactant having polyethylene oxide in the hydrophilic part has high solubility as a micelle in the alkaline electrolyte, and when injected into the electrolyte, migration and adsorption to the zinc alloy surface occur quickly, resulting in high anticorrosion effect . Also,
If the terminal of the polyethynylene oxide is a hydroxyl group, that is, an alcohol, the terminal is liable to be hydrolyzed in an alkaline electrolyte. Therefore, the terminal group is preferably a methyl group, a sulfone group, or a phosphate group having strong alkali resistance. When a fluorinated alkyl group is held in the lipophilic portion, when it is adsorbed on the surface of the zinc alloy, it has a high electrical insulation property and effectively eliminates the electron transfer of the corrosion reaction. If the bonding group between the hydrophilic part and the lipophilic part is a water-repellent alkyl group, if it is a hydrophilic amide group or a sulfoamide group, chemical adsorption with zinc occurs at this part, and the corrosion resistance is high.

次に亜鉛合金とアルカリ金属の硫化物との複合効果に
ついて説明する。アルカリ金属の硫化物は亜鉛合金表面
に不活性な硫化亜鉛の被膜を形成して作用するので、反
応がスムーズにかつ均一に起こる必要がある。耐食性の
ない亜鉛合金の表面では著しい水素ガスの発生が起こっ
ているため、硫化亜鉛の被膜形成が疎外され、被膜の状
態が不均一となる。しかし、耐食性の良好な亜鉛合金表
面では水素ガスの発生が抑制されており、被膜形成がス
ムーズにかつ均一に起こるために複合効果が得られる。
また、亜鉛と硫黄イオンの電気化学反応により亜鉛合金
中の耐食効果に有効な成分が表面で濃縮される。特に、
それは部分放電後の耐食性に有効である。
Next, a composite effect of a zinc alloy and a sulfide of an alkali metal will be described. Since the sulfide of the alkali metal forms an inert zinc sulfide film on the surface of the zinc alloy and acts, the reaction needs to occur smoothly and uniformly. Since significant hydrogen gas is generated on the surface of the zinc alloy having no corrosion resistance, the formation of the zinc sulfide film is alienated, and the state of the film becomes uneven. However, the generation of hydrogen gas is suppressed on the surface of a zinc alloy having good corrosion resistance, and the formation of a film occurs smoothly and uniformly, so that a combined effect can be obtained.
Further, a component effective for a corrosion resistance effect in the zinc alloy is concentrated on the surface by an electrochemical reaction between zinc and sulfur ions. Especially,
It is effective for corrosion resistance after partial discharge.

次に耐食性亜鉛合金、アルカリ金属の硫化物および界
面活性剤の複合効果について説明する。アルカリ金属の
硫化物の作用機構は先に記したとうりであるが、すべて
が反応してしまえば部分放電後に作用する物がなくなっ
てしまう。界面活性剤はそれ単独の作用に加え、必要以
上の硫黄イオンと亜鉛との電気化学反応を抑え、部分放
電後に作用する量を確保する作用を果たすと考えられ
る。
Next, the combined effect of a corrosion-resistant zinc alloy, a sulfide of an alkali metal and a surfactant will be described. The mechanism of action of the sulfide of the alkali metal is as described above. However, if all of the metal sulfides react, there will be no substance that acts after the partial discharge. It is considered that the surfactant, in addition to its own action, suppresses an electrochemical reaction between sulfur ions and zinc more than necessary, and acts to secure an amount of action after partial discharge.

実施例 以下、実施例によって、本発明の詳細ならびに効果を
説明する。
Examples Hereinafter, details and effects of the present invention will be described with reference to examples.

まず、耐食性亜鉛合金の作成方法は、本発明の製造法
の効果を示すため、実施例に用いたLR6型アルカリマン
ガン電池の構造、および耐漏液性の比較評価の方法につ
いて説明する。
First, the structure of the LR6 type alkaline manganese battery used in the examples and the method of comparative evaluation of liquid leakage resistance will be described in order to show the effect of the manufacturing method of the present invention in the method of producing a corrosion resistant zinc alloy.

耐食性亜鉛合金粉末は、純度99.97%の亜鉛を融解
し、所定の添加元素の所定量加え、均一溶解させた後、
圧縮空気で噴霧して粉末化するいわゆるアトマイズ法で
作成し、これをふるいで分級して粒度範囲45〜150メッ
シュに調整した。
The corrosion-resistant zinc alloy powder is prepared by melting zinc with a purity of 99.97%, adding a predetermined amount of a predetermined additive element, and uniformly dissolving it.
The powder was prepared by a so-called atomizing method in which powder was formed by spraying with compressed air, and this was classified with a sieve to adjust the particle size to a range of 45 to 150 mesh.

ゲル状負極は以下のようにして調整した。まず、40重
量%の水酸化カリウム溶液(ZnOを3wt%含む)に所定量
のアルカリ金属の酸化物を溶解させる。次に3重量%の
ポリアクリル酸ソーダと1重量%のカルボキシメチルセ
ルロースを加えてゲル化する。ついで、ゲル状電解液に
対して重量比で2倍の亜鉛合金粉末を加えて混合した。
なお、有機系インヒビターを添加する場合は、上記の調
整工程中の亜鉛粉末の投入前に、ゲル状電解液に所定量
を投入し、2〜3時間熟成する工程を付加した。
The gelled negative electrode was prepared as follows. First, a predetermined amount of an alkali metal oxide is dissolved in a 40% by weight potassium hydroxide solution (containing 3% by weight of ZnO). Next, 3% by weight of sodium polyacrylate and 1% by weight of carboxymethyl cellulose are added and gelled. Next, zinc alloy powder was added in a weight ratio twice that of the gel electrolyte and mixed.
In addition, when adding an organic inhibitor, a step of adding a predetermined amount to the gel electrolyte and aging for 2 to 3 hours before the addition of the zinc powder in the above-described adjustment step was added.

第1図は本実施例で用いたアルカリマンガン電池LR6
の構造断面図である。第1図において、1は正極合剤、
2は本発明で特徴付けられたゲル状負極、3はセパレー
タ、4はゲル負極の集電子である。5は正極端子キャッ
プ、6は金属ケース、7は電池の外装缶、8はケース6
の開口部を閉塞するポリエチレン製樹脂封口体、9は負
極端子をなす底板である。
FIG. 1 shows the alkaline manganese battery LR6 used in this embodiment.
FIG. In FIG. 1, 1 is a positive electrode mixture,
2 is a gelled negative electrode characterized by the present invention, 3 is a separator, and 4 is a current collector of the gelled negative electrode. 5 is a positive electrode terminal cap, 6 is a metal case, 7 is a battery outer can, 8 is a case 6
A resin sealing body made of polyethylene for closing the opening of No. 9 is a bottom plate forming a negative electrode terminal.

耐漏液性の比較評価の方法は、第1図で示したアルカ
リマンガン電池を100個ずつ試作し、LR6で最も苛酷な条
件である1Aの定電流で理論容量の深度20%まで部分放電
を行い、60℃で保存後に漏液した電池数を漏液指数
(%)として評価した。この苛酷な条件下での耐漏液性
は60℃保存30日で漏液指数が0%であれば実用可能であ
るが、耐漏液性などの信頼性に関する性能はできるだけ
長期に性能を維持できることが望ましい。
The method of comparative evaluation of the leak resistance is as follows: 100 alkaline manganese batteries as shown in Fig. 1 were prototyped at a time, and partial discharge was performed to a depth of 20% of the theoretical capacity at a constant current of 1A, which is the most severe condition for LR6 The number of batteries that leaked after storage at 60 ° C. was evaluated as a leak index (%). The leak resistance under these severe conditions is practical if the leak index is 0% after storage at 60 ° C for 30 days, but the performance related to reliability such as leak resistance can be maintained for as long as possible. desirable.

実施例1 亜鉛合金と無機インヒビターの複合した場合の本発明
を説明する。
Example 1 The present invention in the case where a zinc alloy and an inorganic inhibitor are combined will be described.

まず、事前に亜鉛合金について種々の添加元素を、組
成をさまざまに変化させて検討した。その結果、インジ
ウムを必須合金成分とし、これにさらに鉛およびビスマ
スをそれぞれ単独かもしくは複合で含有する亜鉛合金、
あるいはインジウムを必須成分としこれに鉛およびビス
マスをそれぞれ単独かまたは複合で、さらにカルシウム
およびアルミニウムを単独または複合で含有する亜鉛合
金系が単独では良好であることがわかった。それらの中
で最もよい合金組成群を表1に示す。
First, various additional elements of the zinc alloy were examined in advance by changing the composition in various ways. As a result, a zinc alloy containing indium as an essential alloy component, and further containing lead and bismuth alone or in combination,
Alternatively, it has been found that a zinc alloy system containing indium as an essential component, lead and bismuth alone or in combination with each other, and calcium and aluminum alone or in combination with each other is satisfactory. Table 1 shows the best alloy composition group among them.

表2に先の表1の各種亜鉛合金に対し、硫化カリウム
(K2S)の添加量を変化させて作成した電池の60℃30日
保存後の漏液試験結果を示す。
Table 2 shows the results of the liquid leakage test of the batteries prepared by changing the amount of potassium sulfide (K 2 S) added to the various zinc alloys shown in Table 1 after storage at 60 ° C. for 30 days.

表2より耐食性の優れた亜鉛合金でもそれ単独ではと
ても実用的な耐漏液性は確保できない。しかしアルカリ
金属の硫化物を適当量加えることにより、耐漏液性は確
保できることがわかる。各々の亜鉛合金に対し、アルカ
リ金属の硫化物の添加量は0.005〜0.5wt%の範囲が良好
である。
As shown in Table 2, even a zinc alloy having excellent corrosion resistance cannot secure a very practical liquid leakage resistance by itself. However, it is understood that leakage resistance can be ensured by adding an appropriate amount of sulfide of the alkali metal. The amount of the alkali metal sulfide added to each zinc alloy is preferably in the range of 0.005 to 0.5 wt%.

表3に硫化カリウム(K2S)の添加量を0.1wt%に固定
し、合金成分元素の添加量を変化させて作成した電池の
60℃30日保存後の漏液試験結果を示す。
Table 3 shows that the amount of potassium sulfide (K 2 S) was fixed at 0.1 wt%, and the amount of alloying elements was changed.
The results of the liquid leakage test after storage at 60 ° C for 30 days are shown.

表3より亜鉛合金へのインジウムの添加量は、0.01〜
1wt%、鉛およびビスマスはそれぞれ単独かもしくは合
計で0.005〜0.5wt%、カルシウムおよびアルミニウムは
それぞれ単独かもしくは合計で0.005〜0.2wt%が適当で
あることがわかる。
From Table 3, the amount of indium added to the zinc alloy is from 0.01 to
It can be seen that 1 wt%, lead and bismuth are each used alone or 0.005 to 0.5 wt% in total, and calcium and aluminum are used alone or in total 0.005 to 0.2 wt%.

実施例2 表4に先の表1の各種亜鉛合金に対し硫化物の添加量
を最適の0.1wt%に固定し、種類をポリ硫化カリウム、
硫化ナトリウム、ポリ硫化ナトリウム、硫化リチウムに
変化させて作成した電池の60℃30日保存後の漏液試験結
果を示す。
Example 2 Table 4 shows that the amount of sulfide added to each of the various zinc alloys shown in Table 1 was fixed to an optimum amount of 0.1 wt%, and the type was potassium polysulfide.
The results of a liquid leakage test after storage at 60 ° C. for 30 days for batteries prepared by changing to sodium sulfide, sodium polysulfide, and lithium sulfide are shown.

表4よりポリ硫化カリウム、硫化ナトリウム、硫化リ
チウムでも硫化カリウム(K2S)と同様の効果が得られ
ることがわかる。また、ポリ硫化ナトリウム、ポリ硫化
リチウム、硫化ルビジウムでも効果は得られる。
Table 4 shows that the same effects as potassium sulfide (K 2 S) can be obtained with polypotassium sulfide, sodium sulfide, and lithium sulfide. The effect can also be obtained with sodium polysulfide, lithium polysulfide, and rubidium sulfide.

なお、ここで用いている硫化物はアルカリ金属と硫黄
を乾式で反応、合成したものである。他に合成方法は硫
化カリウム、硫化ナトリウムの場合、水酸化物の水溶液
と硫化水素で合成する湿式法がある。
The sulfide used here is obtained by dry-reacting and synthesizing an alkali metal and sulfur. As another synthesis method, in the case of potassium sulfide and sodium sulfide, there is a wet method of synthesizing with an aqueous solution of a hydroxide and hydrogen sulfide.

表5に先の表1の各種亜鉛合金に対し合成方法異なる
硫化カリウムを最適の0.1wt%添加した電池の60℃45日
保存後の漏液試験結果を示す。
Table 5 shows the results of a liquid leakage test after storage at 60 ° C. for 45 days of a battery obtained by adding the optimum 0.1 wt% of potassium sulfide using different methods of synthesis to the various zinc alloys shown in Table 1 above.

これにより乾式法で合成したものより、湿式法合成し
たものが効果が大きいことがわかる。
Thus, it can be seen that the effect obtained by the wet method is greater than that obtained by the dry method.

実施例3 亜鉛合金と無機系インヒビターおよび有機系インヒビ
ターを複合添加した場合についての実施例を説明する。
Example 3 An example in which a zinc alloy and an inorganic inhibitor and an organic inhibitor are added in combination will be described.

表6に各亜鉛合金に対し、硫化カリウムの添加量を最
適の0.1wt%に固定し、有機インヒビターの添加量を変
化させて作成した電池の60℃60日保存後の漏液試験結果
を示す。
Table 6 shows the results of the liquid leakage test after storage at 60 ° C for 60 days for batteries prepared by fixing the amount of potassium sulfide to the optimum amount of 0.1 wt% and changing the amount of the organic inhibitor to each zinc alloy. .

これより有機系インヒビターの添加量は各亜鉛合金に
対し0.001〜0.1wt%が適当であることがわかる。
From this, it is understood that the appropriate amount of the organic inhibitor is 0.001 to 0.1 wt% for each zinc alloy.

有機系インヒビターを添加した場合でも、亜鉛合金と
無機系インヒビターを複合添加した場合と同様に、亜鉛
合金へのインジウムの添加量は、0.01〜1wt%、鉛およ
びビスマスはそれぞれ単独かもしくは合計で0.005〜0.5
wt%、カルシウムおよびアルミニウムはそれぞれ単独か
もしくは合計で0.005〜0.2wt%が適当であった。また、
無機系インヒビターの種類、濃度範囲も亜鉛合金と無機
系インヒビターを複合添加した場合と同様であった。
Even when an organic inhibitor is added, the amount of indium added to the zinc alloy is 0.01 to 1% by weight, and lead and bismuth are used alone or in a total of 0.005%, as in the case of adding a zinc alloy and an inorganic inhibitor in combination. ~ 0.5
It was suitable that each of wt%, calcium and aluminum was used alone or in a total amount of 0.005 to 0.2 wt%. Also,
The type and concentration range of the inorganic inhibitor were the same as in the case where the zinc alloy and the inorganic inhibitor were added in combination.

実施例3で用いた界面活性剤は下記の構造式 (X)−CnF2n−(Y)−(CH2CH20)−(Z) X:−H,Y:−CONH−,Z:−CH3 n:9,m:40 であるものを用いた。Surfactant used in Example 3 the following structural formula (X) -C n F 2n - (Y) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H, Y: -CONH-, Z: —CH 3 n: 9 and m: 40 were used.

下記の構造式 (X)−CnF2n−(Y)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Y:−CONH−あるいは−SO2NR−{Rはアルキル基} Z:−CH3,P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金
属} n:4〜10 m:20〜100 または、 (X)−CnF2n−(CH2CH2)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Z:−CH3,−P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金
属} n:4〜10 m:40〜100 である界面活性剤であれば、同様あるいはそれ以上の効
果が得られる。
Following structural formula (X) -C n F 2n - (Y) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H or -F Y: -CONH- or -SO 2 NR- {R is Alkyl group} Z: —CH 3 , P 3 W 2 or —SO 3 W {W is an alkali metal} n: 4 to 10 m: 20 to 100 or (X) —C n F 2n — (CH 2 CH 2 ) - (CH 2 CH 2 0 ) m - (Z) X: -H or -F Z: -CH 3, -P0 3 W 2 or -SO 3 W {W is an alkali metal} n: 4~10 m: If the surfactant is 40 to 100, the same or more effect can be obtained.

ところで、全実施例では本発明の効果を無汞化亜鉛合
金で説明したが、水銀添加量は数PPM〜数十PPMの極低汞
化の場合でも効果は充分である。
By the way, in all the embodiments, the effect of the present invention has been explained by using a non-melted zinc alloy. However, the effect is sufficient even when the amount of added mercury is extremely low, such as several ppm to several tens of PPM.

発明の効果 以上のように、本発明によれば、亜鉛アルカリ電池に
おいて、ゲル状アルカリ電解液中に適正な組成を有する
亜鉛合金と、適正な合成方法により適当な物性をもつよ
うに合成したアルカリ金属の硫化物を加えることで無水
銀でも亜鉛の腐食に伴うガス発生よる電池内圧の上昇を
抑制して電池の耐漏液性を向上あせることができる。そ
して有機インヒビターをこれに加えることでさらに貯蔵
性の良好な、無公害の亜鉛アルカリ電池を提供すること
ができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, in a zinc alkaline battery, a zinc alloy having an appropriate composition in a gel alkaline electrolyte and an alkali synthesized to have appropriate properties by an appropriate synthesis method. By adding a metal sulfide, an increase in the internal pressure of the battery due to gas generation due to the corrosion of zinc can be suppressed even with mercury-free silver, and the liquid leakage resistance of the battery can be improved. And by adding an organic inhibitor to this, it is possible to provide a pollution-free zinc-alkali battery having even better storability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例におけるアルカリマンガン電池
の断面図である。 1……正極合剤、2……ゲル状負極、3……セパレータ
FIG. 1 is a sectional view of an alkaline manganese battery according to an embodiment of the present invention. 1 ... positive electrode mixture, 2 ... gelled negative electrode, 3 ... separator

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01M 4/06 H01M 4/06 U 4/26 4/26 H 4/42 4/42 (72)発明者 杉原 佐知子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−79367(JP,A)Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01M 4/06 H01M 4/06 U 4/26 4/26 H 4/42 4/42 (72) Inventor Sachiko Sugihara Okadoma, Kadoma, Osaka 1006 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-2-79367 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】亜鉛合金粉末をゲル状アルカリ電解液に混
合分散したゲル状負極の調整において、インジウム、
鉛、ビスマス、カルシウムおよびアルミニウムの群のう
ち少なくとも1種以上を含む亜鉛合金を活物質に用い、
前記アルカリ電解液中にはアルカリ金属の硫化物を前記
亜鉛合金に対して0.05〜0.5wt%含有させることを特徴
とする亜鉛アルカリ電池の製造法。
In the preparation of a gelled negative electrode in which zinc alloy powder is mixed and dispersed in a gelled alkaline electrolyte, indium,
Using a zinc alloy containing at least one of a group of lead, bismuth, calcium and aluminum as an active material,
A method for producing a zinc alkaline battery, characterized in that the alkaline electrolyte contains 0.05 to 0.5% by weight of an alkali metal sulfide based on the zinc alloy.
【請求項2】インジウムを0.01〜1wt%、鉛およびビス
マスの一種または二種を合計で0.005〜0.5wt%含有する
亜鉛合金を負極活物質に用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の亜鉛アルカリ電池の製造法。
2. A negative electrode active material comprising a zinc alloy containing 0.01 to 1% by weight of indium and one or two types of lead and bismuth in total of 0.005 to 0.5% by weight. The method for producing a zinc alkaline battery according to the above item.
【請求項3】インジウムを0.01〜1wt%、鉛およびビス
マスの一種または二種を合計で0.005〜0.5wt%、カルシ
ウムおよびアルミニウムの一種または二種を合計で0.00
5〜0.2wt%含有する亜鉛合金を負極活物質に用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の亜鉛アルカリ
電池の製造法。
3. An indium content of 0.01 to 1 wt%, a total of 0.005 to 0.5 wt% of one or two of lead and bismuth, and a total of 0.005 to 0.5 wt% of one or two of calcium and aluminum.
The method for producing a zinc alkaline battery according to claim 1, wherein a zinc alloy containing 5 to 0.2 wt% is used as a negative electrode active material.
【請求項4】亜鉛合金粉末をゲル状アルカリ電解液に混
合分散したゲル状負極の調整において、インジウム、
鉛、ビスマス、カルシウムおよびアルミニウムの群のう
ち少なくとも1種以上を含む亜鉛合金を活物質に用い、
前記アルカリ電解液中にはアルカリ金属の硫化物を前記
亜鉛合金に対して0.0005〜0.5wt%含有させ、さらにポ
リエチレンオキサイドを親水部に持つ界面活性剤を前記
亜鉛合金に対して0.001〜0.1wt%含有させることを特徴
とする亜鉛アルカリ電池の製造法。
4. A method for preparing a gelled negative electrode in which a zinc alloy powder is mixed and dispersed in a gelled alkaline electrolyte, wherein indium,
Using a zinc alloy containing at least one of a group of lead, bismuth, calcium and aluminum as an active material,
In the alkaline electrolyte, a sulfide of an alkali metal is contained in an amount of 0.0005 to 0.5 wt% based on the zinc alloy, and a surfactant having polyethylene oxide in a hydrophilic part is contained in an amount of 0.001 to 0.1 wt% based on the zinc alloy. A method for producing a zinc-alkaline battery, comprising:
【請求項5】インジウムを0.01〜1wt%、鉛およびビス
マスの一種または二種を合計で0.005〜0.5wt%含有する
亜鉛合金を負極活物質に用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第4項記載の亜鉛アルカリ電池の製造法。
5. A negative electrode active material comprising a zinc alloy containing 0.01 to 1% by weight of indium and 0.005 to 0.5% by weight of a total of one or two of lead and bismuth. The method for producing a zinc alkaline battery according to the above item.
【請求項6】インジウムを0.01〜1wt%、鉛およびビス
マスの一種または二種を合計で0.005〜0.5wt%、カルシ
ウムおよびアルミニウムの一種または二種を合計で0.00
5〜0.2wt%含有する亜鉛合金を負極活物質に用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の亜鉛アルカリ
電池の製造法。
6. An indium of 0.01 to 1 wt%, a total of 0.005 to 0.5 wt% of one or two of lead and bismuth, and a total of 0.005 to 0.5 wt% of calcium and aluminum.
5. The method for producing a zinc alkaline battery according to claim 4, wherein a zinc alloy containing 5 to 0.2% by weight is used as a negative electrode active material.
【請求項7】ポリエチレンオキサイドを親水部に持つ界
面活性剤が下記の構造式 (X)−CnF2n−(Y)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Y:−CONH−あるいは−SO2NR−{Rはアルキル基} Z:−CH3,−P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金属} n:4〜10 m:20〜100 で表される特許請求の範囲第4項記載の亜鉛アルカリ電
池の製造法。
7. A surfactant having a polyethylene oxide hydrophilic portion structural formula (X) -C n F 2n - (Y) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H or -F Y: -CONH- or -SO 2 NR- {R represents an alkyl group} Z: -CH 3, -P0 3 W 2 or -SO 3 W {W is an alkali metal} n: 4~10 m: 20~ The method for producing a zinc alkaline battery according to claim 4, wherein the method is represented by 100.
【請求項8】ポリエチレンオキサイドを親水部に持つ界
面活性剤が下記の構造式 (X)−CnF2n−(CH2CH2)−(CH2CH20)−(Z) X:−Hあるいは−F Y:−CH3,−P03W2あるいは−SO3W{Wはアルカリ金属} n:4〜10 m:40〜100 で表される特許請求の範囲第4項記載の亜鉛アルカリ電
池の製造法。
8. surfactant having a polyethylene oxide hydrophilic portion structural formula (X) -C n F 2n - (CH 2 CH 2) - (CH 2 CH 2 0) m - (Z) X: -H or -F Y: -CH 3, -P0 3 W 2 or -SO 3 W {W is an alkali metal} n: 4~10 m: the claims represented by 40 to 100 range described paragraph 4 Manufacturing method of zinc alkaline battery.
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