JP3155202B2 - アルカリ電池用負極亜鉛基合金粉及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放電前と放電後
の水素ガス発生の抑制および負荷放電特性の向上に有効
な微量の金属を含有したアルカリ電池用負極亜鉛基合金
粉及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ電池の負極活物質として用いら
れる従来の亜鉛基合金粉にあっては、環境上有害とされ
る鉛、カドミウム、水銀を用いることなく放電前と放電
後の水素ガス発生および負荷放電特性を改善するため、
盛んに研究が行われており、これらの改善に効果的で比
較的安全な微量の金属がいくつか見いだされて採用さ
れ、ほぼ実用に耐えるアルカリ電池が実現されている。

【０００３】この微量金属としては、例えばビスマス、
アルミニウム、インジウム、ガリウム、リチウム、ナト
リウムなどであり、これら微量金属のどれをどの程度添
加すると効果的か、またこれら微量金属を複合添加する
と大きな相乗効果が得られるかといった事項について、
多くの有意義なデータが蓄積されてきている。例えば電
気化学５９，Ｎｏ．４(1991)の第３２５頁から第３２９
頁には、自己放電による水素ガス発生が亜鉛基合金粉の
結晶粒界から起こり、水素過電圧の高いビスマスを単独
に添加することにより水素ガス発生をある程度抑制でき
るが、酸化ビスマスに変化しない方法をこうじる必要が
あることが報告されている。

【０００４】この水素ガス発生が結晶粒界から起こるの
は、結晶粒界が結晶の粒内に比べて原子同士の整合性が
悪く、歪み等が蓄積されているためであり、この歪みが
原因で水素ガス発生反応が進行してしまうためである、
とされている。

【０００５】そこで、本発明者らはビスマスを単独に添
加することによる有効性や問題点を検証するため水素ガ
ス発生試験を行った。試験方法としては、電池の水素ガ
ス発生の試験として放電前の電池貯蔵中のガス発生量の
測定と、放電後のガス発生量の測定を行った。放電前の
ガス発生量の測定としては、ビスマスが添加された亜鉛
基合金粉を酸化亜鉛の飽和した４０重量％ＫＯＨ溶液と
ともにガスピペットに入れ、約６０℃の温度で３日間保
存したときの水素ガスの発生量を測定し、このガス発生
量から次式を用いてガス発生指数Ｋを算出し、このとき
添加するビスマス量を変化させて対応するガス発生指数
Ｋの変化を求めることとした。

【０００６】Ｋ＝ガス発生量［ｃｃ］／（亜鉛基合金粉
量［ｇ］×保存日数［ｄａｙ］） また、放電後のガス発生量の測定としては、ビスマスが
単独に添加された亜鉛基合金粉を図１の縦断面図に示す
構成の電池に用い、この電池を約２０℃の温度で、２オ
ームの抵抗に接続して過放電させ、放電終止電圧が０Ｖ
に至った後のガス発生量を測定し、このとき添加するビ
スマス量を変化させて対応するガス発生量の変化を求め
ることとした。このときのガス発生量の測定は、放電さ
せた電池を流動パラフィンとともにガスピペットに入れ
て、この状態で約６０℃の温度で３日間保存し、保存中
に電池から排出された水素ガスの量を測定することとし
た。

【０００７】このとき用いた図１に示す電池の具体的な
構成としては、ＪＩＳ規格でＬＲ２０形式のアルカリ電
池であって、有底円筒型の電池ケ―ス１の内部に発電要
素が収納されてその開口部に封口ガスケット２を介して
負極端子板３をかしめ付けることにより電池内部を密封
しており、その発電要素としては、負極端子板３に電気
的に接続した集電棒４が封口ガスケット２の中心を貫通
して、集電棒４の外周を取巻くようにして負極５、セパ
レ―タ６、及び二酸化マンガンを主体とする正極合剤７
が同心状に充填されている。この負極は、酸化亜鉛を飽
和させた４０重量％のＫＯＨ溶液を３４重量％に対し
て、亜鉛基合金粉を６５重量％、及びゲル化剤としてポ
リアクリル酸とポリアクリル酸ソーダとを各０．５重量
％を混合してゲル状としたものを用いた。

【０００８】

【表１】 以上説明した水素ガス発生試験の結果、表１に示すよう
に、放電前のガス発生量は、ビスマスを単独に添加する
ことによってある程度は抑えられていることが確認でき
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようなビスマスを単独に添加しただけの亜鉛基合金粉
にあっては、表１に示すように、放電後のガス発生量が
ビスマスを添加するに連れて大きくなっていくのであ
る。放電後にガス発生が増加すれば負荷放電性能の劣化
や漏液などの不具合をもたらす可能性がある。

【００１０】また、放電前のガス発生の抑制効果につい
ても、まだ十分とは言えず、放電前と放電後の水素ガス
発生を抑制させるため改善が望まれる。

【００１１】本発明は以上説明したような従来の問題点
に鑑みなされたもので、その目的は、放電前と放電後の
水素ガス発生量および負荷放電特性を改善できる、水銀
やカドミウムおよび鉛といった有害物質を含まないアル
カリ電池の負極活物質として用いられる亜鉛基合金粉及
びその製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のアルカリ電池用負極亜鉛基合金粉にあって
は、純亜鉛に対しビスマス（以下Ｂｉとする）を０．０
０１〜０．５重量％の範囲で含有するとともに元素の周
期表におけるタンタル（以下Ｔａとする）を含む５Ａ族
遷移元素のうち少なくとも１種類を０．００１〜１．０
０重量％の範囲で含有し、他に不可避な不純物以外は含
有しないのである。ここで、元素の周期表における５Ａ
族遷移元素としては、Ｔａの他にニオブやバナジウムが
あり、これら遷移元素も本発明に適用できる。

【００１３】望ましくは、前記亜鉛基合金は更に錫（以
下Ｓｎとする）を０．００１〜０．５重量％の範囲で含
有し他に不可避な不純物以外は含有しないことで、より
望ましくは、前記亜鉛基合金は酸素を０．００１〜０．
０８重量％の範囲で含有してなるのである。また、前記
アルカリ電池用負極亜鉛基合金粉の外観比重は１．５〜
２．４ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、さらに、前記
アルカリ電池用負極亜鉛基合金粉は真空若しくは不活性
ガスの雰囲気のもと１００〜４００℃の範囲で熱処理さ
れてなることが好ましい。

【００１４】上記の構成に伴う本発明の作用について
は、現状では明確に解明できていないが発明者らは次の
ように推定している。

【００１５】水素ガスの発生場所は、前述したように、
亜鉛基合金粉の結晶粒界であり、ここは歪み等が蓄積さ
れて原子同士の整合性が悪い。そこで、純亜鉛にＢｉを
所定の範囲で含有させると、Ｂｉは水素過電圧が高いた
め、これが亜鉛の結晶粒界に析出して放電前のガス発生
を抑制する。しかしながら、負荷放電させると酸化ビス
マスが生成される。この酸化ビスマスは水素過電圧が低
いため負荷放電に伴って水素ガスが発生してしまうので
ある。また、負荷放電時には前述した酸化ビスマスの他
に酸化亜鉛が生成され、この酸化亜鉛は負荷放電反応を
阻害するため負荷放電時間が減少してしまう。

【００１６】そこで、Ｂｉに加えてＴａ、ニオブやバナ
ジウム等の５Ａ族遷移元素を純亜鉛に含有させるように
すると、これら５Ａ族遷移元素は負荷放電に伴う酸化ビ
スマスの生成を抑制する働きを有するため、負荷放電後
のガス発生が抑制される。また、５Ａ族遷移元素はＢｉ
が結晶粒界へ析出することを促進する働きも有するた
め、放電前のガス発生を抑制する。さらに、この５Ａ族
遷移元素は負荷放電時の酸化亜鉛の生成を抑制する働き
も有するため、負荷放電時間が増加する。

【００１７】また、Ｂｉ及びＴａに加えてＳｎを純亜鉛
に含有させるようにすると、ＳｎはＢｉと同様に水素過
電圧が高いためこれが亜鉛の結晶粒界に析出し、放電前
のガス発生を抑制する働きをする。また、このＳｎは亜
鉛基合金に含有される際に亜鉛の結晶粒を微細化する働
きを奏するため、結晶粒界における原子同士の整合性が
向上し、歪みが緩和される。加えてＳｎは亜鉛基合金に
含有される際にＢｉや５Ａ族遷移元素を細かく分散させ
る働きも有し、この細かく分散されたＢｉや５Ａ族遷移
元素は亜鉛の結晶粒界に析出し、放電前のガス発生を抑
制する働きをする。

【００１８】さらに、前記の微量金属（５Ａ族遷移元素
も含む）に加えて酸素を純亜鉛に含有させるようにする
と、これら微量金属と酸素とが何らかの反応を起こして
水素ガス発生を抑制させるような結合状態となり、放電
前の水素ガス発生が抑制される。

【００１９】さらにまた、亜鉛基合金粉の外観比重を小
さく、即ち比表面積を大きくして放電利用率の向上を図
ると、同時に水素ガス発生反応も起こりやすくなるが、
前記の微量金属の含有によってこの水素ガス発生を抑制
できる。即ち、従来一般に用いられている外観比重は、
特開平４−２９６４５１号公報にされるように、２．５
〜３．５ｇ／ｃｍ³ であるが、前記の微量金属の含有し
た亜鉛基合金粉の外観比重をこれより比較的小さな１．
５〜２．４ｇ／ｃｍ³ の範囲に特定することにより、放
電前の水素ガス発生を抑制しながらも放電利用率を高く
できる。このことにより、この亜鉛基合金粉を負極活物
質として電池に用いると従来と同等の負荷放電容量を維
持しながらも負極充填量を減らすことができるため、低
コスト化が図れる。

【００２０】また、前記の微量金属の含有した亜鉛基合
金粉を真空若しくは不活性ガスの雰囲気のもと１００〜
４００℃の範囲で熱処理すると、水素ガス発生抑制作用
を有する前記の微量金属が結晶粒界により析出するとと
もに、亜鉛の再結晶により水素ガス発生の原因となる結
晶粒界の歪みを緩和または除去するため、前記の微量金
属による水素ガス抑制効果がより促進され、これを用い
た電池の放電前の水素ガス発生がより抑制される。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１〜５形態を以
下に説明する。本形態の亜鉛基合金粉にあっては、５Ａ
族遷移元素を構成するＴａ、ニオブ及びバナジウムのう
ちＴａを挙げて説明するが、これら３種類のいずれも同
族の元素であるため互いに共通した放電前と放電後の水
素ガス発生及び負荷放電特性等の作用効果を奏する。

【００２２】先ず、第１形態を説明すると、亜鉛純度が
９９．９９８６重量％以上の純亜鉛地金を原料とする。
このとき不可避の不純物は考慮しない。この純亜鉛に対
して後述する範囲の割合で微量金属を添加して溶湯状態
とする。次にこの溶湯状態の亜鉛基合金をチャンバー内
で周知のガスアトマイズ法により粉体状態にする。

【００２３】このとき、各微量金属が添加された溶湯状
態の亜鉛基合金がチャンバー内でガス噴霧されると、微
粒子化された亜鉛基合金は冷却凝固して粉体となってい
くのである。

【００２４】以上の亜鉛基合金粉の作製方法により、純
亜鉛に対してＢｉを０．２重量％添加した条件下におい
てＴａを０．０００８〜１．１０重量％の組成範囲で変
化させた亜鉛基合金粉を作製した。そして、これら亜鉛
基合金粉について、３５〜２００メッシュの粒度範囲に
篩別し、水素ガス発生試験と負荷放電試験を行った。こ
のとき、Ｂｉを０．２重量％としたのは、前述した表１
における放電前の水素ガス発生量と放電後のそれとが共
に良好な値を代表として選択したためである。

【００２５】水素ガス発生試験としては従来技術の項で
説明した試験と同じ方法で放電前のガス発生量と、放電
後のガス発生量との測定を行った。負荷放電試験として
は、放電後のガス発生量を測定した際の放電終止電圧０
Ｖに至るまでの放電時間を測定した。放電時間として
は、純亜鉛に対してＢｉを０．２重量％及びＴａを１．
１０重量％を添加した場合の放電時間を１００とし、こ
れに対する百分率％で示した。以上を試験例１として表
２に示す。

【００２６】

【表２】 上記表２の試験例１において、実用的に望ましい条件と
しては、放電前ガス発生指数Ｋを０．１未満にするとと
もに放電後ガス発生量を３．１未満とし、放電時間とし
ては１１０％を上回ることとした。その結果、Ｂｉを含
有した亜鉛基合金中のＴａ含有量が０．００１〜１．０
０重量％の範囲において放電前ガス発生指数Ｋ、放電後
ガス発生量及び放電時間につきそれぞれ効果が認められ
た。

【００２７】放電前のガス発生については、ガス発生指
数Ｋとして示されるように、Ｔａを添加するに連れてそ
の抑制効果が大きくなり、これが０．３０重量％の場合
のとき最もその抑制効果が大きい。さらにＴａの添加量
を増すに連れてその抑制効果が薄れていく。また、前述
したようにＢｉを単独添加しただけでは問題となってい
た放電後の水素ガス発生量も低減でき、Ｔａを添加する
に連れてその抑制効果が大きくなり、これが０．３０重
量％の場合のとき最もその抑制効果が大きく、さらにＴ
ａの添加量を増すに連れてその抑制効果が薄れていく。
さらに、放電時間については、Ｔａを添加するに連れて
放電時間が大きくなり、これが０．３０重量％の場合の
とき最も放電時間が大きく、さらにＴａの添加量を増す
に連れて放電時間が低減していく。

【００２８】したがって、実用的範囲としてＢｉを含有
した亜鉛基合金にＴａを０．００１〜１．００重量％の
範囲において添加することにより、ガス発生が抑えら
れ、これをアルカリ電池に用いると放電前と放電後にお
ける水素ガス発生を抑制できるとともに、負荷放電特性
が向上することが知得できた。

【００２９】次に本発明の実施の第２形態を説明する
と、前記第１形態の知得に基づき、Ｂｉ及びＴａを添加
した亜鉛基合金に対して水素過電圧の高いＳｎを添加し
た亜鉛基合金粉を作製した。作製方法としては、前記第
１形態の場合と同じ方法を用いた。このＳｎの実用的な
添加範囲を特定するため、前記第１形態において良好な
ガス発生指数Ｋ、ガス発生量及び放電時間の特性を示し
た０．２重量％のＢｉ及び０．０５重量％のＴａを純亜
鉛に添加する条件下でＳｎを０．０００８〜０．６０重
量％の組成範囲で変化させた亜鉛基合金粉を作製し、こ
れら亜鉛基合金粉の水素ガス発生試験と負荷放電試験を
前記第１形態と同様に行った。以上を試験例２として表
３に示す。

【００３０】

【表３】 上記表３の試験例２において、実用的に望ましい条件と
しては、放電前ガス発生指数Ｋを０．０６５以下にする
とともに放電時間としては１１５％を上回ることとし
た。このとき、前記第１形態で説明した表２においてＴ
ａを１．１０重量％添加した時の放電時間を１００と
し、これに対する百分率とした。その結果、Ｂｉ及びＴ
ａが添加された亜鉛基合金中のＳｎの含有量が０．００
１〜０．５０重量％の範囲において放電前ガス発生指数
Ｋ及び放電時間につきそれぞれ効果が認められた。

【００３１】放電前のガス発生については、ガス発生指
数Ｋとして示されるように、Ｓｎを添加するに連れてそ
の抑制効果が大きくなり、これが０．０３重量％の場合
のとき最もその抑制効果が大きい。さらにＳｎの添加量
を増すに連れてその抑制効果が薄れていく。また、放電
時間については、Ｓｎを添加するに連れて放電時間が大
きくなり、これが０．０３重量％の場合のとき最も放電
時間が大きい。さらにＳｎの添加量を増すに連れて放電
時間が低減していく。

【００３２】したがって、実用的範囲としてＢｉ及びＴ
ａを含有した亜鉛基合金にＳｎを０．００１〜０．５０
重量％の範囲において添加することにより、Ｓｎを添加
しない場合に比べて水素ガス発生がより抑えられこれを
アルカリ電池に用いると放電前の水素ガス発生をより抑
制できるとともに、負荷放電特性がより向上することが
知得できた。

【００３３】亜鉛基合金中におけるＴａの実用的な添加
範囲については、表２で示したように前記第１形態で確
認されているが、Ｂｉ及びＴａに加えてＳｎを含有した
亜鉛基合金についてＴａの実用的な添加範囲を再度確認
するため、前記試験例２の知得に基づいて、表３におい
て良好な放電前の水素ガス発生制御効果及び負荷放電特
性を示した０．１５重量％のＳｎ及び０．２重量％のＢ
ｉを純亜鉛に添加する条件下でＴａを０．０００８〜
１．０５重量％の組成範囲で変化させた亜鉛基合金粉を
前記第１形態と同様に作製し、これら亜鉛基合金粉の水
素ガス発生試験と負荷放電試験を前記第１形態と同様に
行った。以上を試験例３として表４に示す。

【００３４】

【表４】 上記表４の試験例３において、実用的に望ましい条件と
して、ガス発生指数Ｋを０．０９０未満にするとともに
ガス発生量を３．０未満にし、さらに放電時間としては
１１０％を上回ることとした。このとき、前記第１形態
で説明した表２においてＴａを１．１０重量％添加した
時の放電時間を１００とし、これに対する百分率とし
た。その結果、Ｂｉ及びＳｎが添加された亜鉛基合金中
のＴａの含有量が０．００１〜１．００重量％の範囲に
おいてガス発生指数Ｋ、ガス発生量及び放電時間におい
てそれぞれ効果が認められた。

【００３５】放電前のガス発生については、Ｔａを添加
するに連れてその抑制効果が大きくなり、これが０．０
５重量％の場合のとき最もその抑制効果が大きい。さら
にＴａを添加するに連れてその抑制効果が薄れていく。
また、放電後の水素ガス発生量も低減でき、Ｔａを添加
するに連れてその抑制効果が大きくなり、これが０．３
０重量％の場合のとき最もその抑制効果が大きく、さら
にＴａを添加するに連れてその抑制効果が薄れていく。
さらに、放電時間については、Ｔａを添加するに連れて
放電時間が大きくなり、これが０．１０重量％の場合の
とき最も放電時間が大きく、さらにＴａを添加するに連
れて放電時間が低減していく。

【００３６】したがって、Ｂｉを０．２重量％含有した
亜鉛基合金に対してＴａを０．０５重量％及びＳｎを
０．１５重量％含有させるようにすると、水素ガス発生
がより抑えられ、これをアルカリ電池に用いると放電前
の水素ガス発生をより抑制できるとともに、負荷放電特
性がより向上することが知得できた。

【００３７】次に本発明の実施の第３形態を説明する
と、この実施形態では亜鉛基合金中に酸素を溶存させる
ことによって、水素ガスの発生を抑制する効果があるこ
とを知得し、これに基づいてなされたものである。先
ず、亜鉛基合金としては、前記第２形態の知得に基づ
き、Ｂｉ、Ｔａ及びＳｎを添加した亜鉛基合金に対して
酸素を含有させた亜鉛基合金粉を作製した。作製方法と
しては、先ず亜鉛純度が９９．９９８６重量％以上の純
亜鉛地金を原料とする。このとき不可避の不純物は考慮
しない。この純亜鉛に対して後述する割合でＢｉ、Ｔａ
及びＳｎを添加して溶湯状態とする。このとき、アルゴ
ン等の不活性ガスと酸素ガスとの混合雰囲気中に晒すこ
とにより、酸素が溶湯状態の亜鉛基合金に溶存するよう
にする。そして酸素が溶存した溶湯状態の亜鉛基合金を
チャンバー内で前記第１形態で説明したようにガスアト
マイズ法により粉体状態とする。

【００３８】ここで、作製した亜鉛基合金中の酸素含有
量の測定方法について説明すると、本第３形態では不活
性気体融解法によって測定しており、具体的にはＬＥＣ
ＯＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ社(U.S.A.)製の酸素分析装置
（ＲＯ−４１６ＤＲ）を用いた。詳しくは装置内の黒鉛
製のルツボに亜鉛基合金粉試料を入れ、このルツボを不
活性ガス雰囲気中のインパルス炉内に装填して瞬間的に
合金粉試料を融解させる。すると、合金粉試料中の酸素
がルツボの黒鉛と結合して炭素化合物のガスとなり、こ
のガス量を赤外線吸収法で検出することによって酸素量
を定量するようにする。

【００３９】このようにして測定された亜鉛基合金中の
酸素含有量と前述した溶湯状態の亜鉛基合金が晒される
雰囲気中の酸素濃度との対応関係を調べ、この対応関係
に基づいて酸素濃度を調整することにより所望の酸素含
有量の亜鉛基合金粉を作製する。

【００４０】この酸素の実用的な含有範囲を特定するた
め、前記第２形態において最も良好な放電前の水素ガス
発生を示した、Ｂｉを０．２重量％、Ｔａを０．０５重
量％及びＳｎを０．１５重量％添加した亜鉛基合金に対
して酸素を０．０００５〜０．０９重量％の組成範囲で
変化させた亜鉛基合金粉を作製し、これら亜鉛基合金粉
の放電前の水素ガス発生試験を前記第１、２形態と同様
に行った。以上を試験例４として表５に示す。

【００４１】

【表５】 上記表５の試験例４において、ガス発生指数Ｋとしては
０．０３２を下回ることを実用的に望ましい条件とし
た。このガス発生指数Ｋで示される放電前のガス発生に
ついては、酸素を含有させるに連れてその抑制効果が大
きくなり、これが０．０３重量％の場合のとき最もその
抑制効果が大きい。さらに酸素を含有させるに連れてそ
の抑制効果が薄れていく。

【００４２】したがって、実用的範囲としてＢｉ、Ｔａ
及びＳｎを含有した亜鉛基合金に酸素を０．００１〜
０．０８重量％の範囲において含有させることにより水
素ガス発生がより抑えられ、これをアルカリ電池に用い
ると放電前の水素ガス発生をより抑制できることが確認
できた。

【００４３】次に本発明の実施の第４形態を説明する
と、この実施形態では亜鉛基合金粉の外観比重が水素ガ
ス発生に影響を及ぼすことを知得し、この知得に基づい
てなされたものである。先ず、亜鉛基合金として、前記
第２形態の知得に基づき、Ｂｉ、Ｔａ及びＳｎを添加し
た亜鉛基合金に対して外観比重を特定した亜鉛基合金粉
を作製した。作製方法としては、先ず亜鉛純度が９９．
９９８６重量％以上の純亜鉛地金を原料とする。このと
き不可避の不純物は考慮しない。この純亜鉛に対して後
述する割合でＢｉ、Ｔａ及びＳｎを添加して溶湯状態と
する。そして溶湯状態の亜鉛基合金を、例えば酸素雰囲
気の調整可能なチャンバー内で周知のガスアトマイズ法
により粉体状態にする。

【００４４】このとき、各微量金属が添加された溶湯状
態の亜鉛基合金がチャンバー内でガス噴霧されると、微
粒子化された亜鉛基合金は冷却凝固して粉体となってい
くのである。このとき、チャンバー内の酸素濃度を変化
させることによって亜鉛基合金粉の外観比重を調整す
る。そして、得られた亜鉛基合金粉を３５〜２００メッ
シュの粒度範囲に篩別し、アルカリ電池負極用亜鉛基合
金粉とした。

【００４５】この外観比重の測定は日本工業規格（ＪＩ
Ｓ）「金属粉の見掛密度試験方法」のＺ２５０４の規定
に従って行い、測定された外観比重と前述したチャンバ
ー内の酸素濃度との対応関係を調べ、この対応関係に基
づいてチャンバー内の酸素濃度を調整することにより所
望の外観比重の亜鉛基合金粉を作製するようにした。

【００４６】この亜鉛基合金粉の外観比重の実用的な範
囲を特定するため、前記第２形態において最も良好な放
電前の水素ガス発生量を示した、Ｂｉを０．２重量％、
Ｔａを０．０５重量％及びＳｎを０．１５重量％含有し
た亜鉛基合金について、その外観比重を１．２〜３．０
ｇ／ｃｍ³ の範囲で変化させた亜鉛基合金粉を作製し、
これら亜鉛基合金粉の水素ガス発生試験を前記第１〜３
形態と同様に行った。このとき従来例として、Ｂｉを
０．０２重量％、アルミニウム０．００３重量％、イン
ジウムを０．０５重量％含有した亜鉛基合金についても
同様の試験を行った。以上を試験例５として表６に示
す。

【００４７】

【表６】 上記表６の試験例５において、従来の一般的な外観比重
は前述したように２．５〜３．５ｇ／ｃｍ³ の範囲であ
ったが、ガス発生指数Ｋを見てみると外観比重が２．４
ｇ／ｃｍ³ 以下の範囲でも０．１をはるかに下回ってお
り、放電前の水素ガス発生が抑制されていることが知得
された。また、外観比重が小さくなるに連れて比表面積
が大きくなるためその抑制効果が薄れていく傾向を示
し、また、従来例と比べても各外観比重の数値において
本第４形態の亜鉛基合金が優れていることが確認でき
た。

【００４８】次に前記試験例５と同じ条件で微量金属が
添加された亜鉛基合金粉を用いたアルカリ電池の負極充
填量に対する負荷放電試験を行った。この試験で用いた
アルカリ電池はサイズをＪＩＳ規格でＬＲ６形式とした
他は前記［従来の技術］の項で用いたＬＲ２０形式と同
じ構造ならびに負極組成のものとし、放電条件としては
１０オーム連続放電を行ったときに終止電圧０．９Ｖに
至るまでの放電持続時間を測定することとした。このと
き、ＫＯＨ溶液やゲル化剤とともに亜鉛基合金粉を混合
した負極の充填量を最大６．０ｇとし、アルカリ電池に
対して一定の体積で充填した。よって、外観比重が小さ
くなるに連れて負極充填量（重量）は、少なくなる。以
上を試験例６として表７に示す。

【００４９】

【表７】 上記表７の試験例６において、前記試験例５で知得され
た水素ガス発生抑制効果が顕著である外観比重が２．４
ｇ／ｃｍ³ 以下の範囲としても、これが１．５ｇ／ｃｍ
³ 以上であれば従来の２．５ｇ／ｃｍ³ 以上のものと比
較して放電持続時間をほぼ同等にできることが確認でき
た。また、外観比重を小さくするに連れて負極充填量も
小さくなっていくが放電持続時間はほぼ一定の数値を示
し、明らかな低下はみられない。

【００５０】つまり、本第４形態の亜鉛基合金粉にあっ
ては、外観比重を小さく、即ち比表面積を大きくすると
負荷放電反応に寄与する粒子間の接触面積が大きくな
り、負荷放電性能が向上するのである。このため、放電
持続時間をほぼ同等にしながらも負極充填量を低下させ
て低コスト化が図れるのである。反対に負極充填量を従
来と同等にするならば、放電持続時間を増加させて従来
と同じコストで負荷放電の高性能化が図れる。

【００５１】以上の試験５、６の結果によれば、亜鉛基
合金粉の外観比重を１．５〜２．４ｇ／ｃｍ³ の範囲と
すれば、放電前の水素ガス発生の抑制及び負荷放電特性
を向上できることが確認できた。

【００５２】次に本発明の実施の第５形態を説明する
と、この実施形態では亜鉛基合金粉に熱処理を施すこと
が水素ガス発生に影響を及ぼすことを知得し、この知得
に基づいてなされたものである。先ず、亜鉛基合金とし
て、前記第２形態の知得に基づき、Ｂｉ、Ｔａ及びＳｎ
を添加した亜鉛基合金粉に対して、真空若しくは不活性
ガスの雰囲気のもと熱処理を施したもののガス発生抑制
効果を調べた。具体的には、前記第２形態において最も
良好な放電前の水素ガス発生量を示した、Ｂｉを０．２
重量％、Ｔａを０．０５重量％及びＳｎを０．１５重量
％含有した亜鉛基合金について前記第１形態で説明した
ようにガスアトマイズ法により粉体状態とし、この亜鉛
基合金粉を真空若しくはアルゴン等の不活性ガスの雰囲
気のもとで熱処理することとした。

【００５３】以上のようにして作製された亜鉛基合金粉
についての有効性を確認するため、熱処理する際の雰囲
気を変えて放電前の水素ガス発生試験を前記第１、２形
態と同様に行った。具体的には、アルゴンガス雰囲気、
真空雰囲気あるいは大気中の３種類の雰囲気とし、熱処
理温度は１５０℃と３５０℃の２種類とした。また比較
として熱処理しない（未処理の）ものについても試験を
行った。以上を試験例７として表８に示す。

【００５４】

【表８】 上記表８の試験例７において、不活性ガスあるいは真空
雰囲気中において熱処理する方が大気中で熱処理する場
合及び未処理の場合に比べて水素ガス発生抑制効果があ
ることが確認できた。特に熱処理温度が高い方がこの抑
制効果に優れていることがわかった。

【００５５】次に、不活性ガスとしてアルゴン雰囲気中
における亜鉛基合金粉の有効な熱処理温度を調べるた
め、９０〜４１０℃の範囲の各熱処理温度に対する放電
前の水素ガス発生試験を上記試験例７の場合と同様に行
った。以上を試験例８として表９に示す。

【００５６】

【表９】 上記表９の試験例８において、熱処理温度が１００℃未
満では水素ガス発生抑制効果が得られず、これが高くな
るに連れて水素ガス発生抑制効果が大きくなっていき、
４００℃を超えると亜鉛合金粉が焼結したり融解してし
まったりしてアルカリ電池の負極材料として用いること
ができないことが確認できた。したがって、この熱処理
温度は１００〜４００℃の範囲とすることが好ましい。

【００５７】以上の試験例７、８の結果から本第５形態
の亜鉛基合金にあっては、これをアルカリ電池に用いる
と熱処理しないものに比べて放電前の水素ガス発生の抑
制に優れていることが確認できた。また、負荷放電後の
水素ガス発生についても前記第１、２形態と同様にして
測定したところ、熱処理を行わない場合に比べて半分程
度に抑制されることが確認できた。

【００５８】以上、説明した本発明の第１〜５形態にあ
っては、従来多く採用されてきたインジウムを含有する
ことなく、アルカリ電池の放電前と放電後の水素ガス発
生の抑制及び負荷放電特性を向上できる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のア
ルカリ電池用負極亜鉛基合金粉によれば、水銀やカドミ
ウムおよび鉛といった有害物質を亜鉛に含有することな
く、Ｂｉ及びＴａ等の５Ａ族遷移元素やＳｎといった比
較的安全性の高い金属を前記の組み合わせ・割合で含有
することで、水素ガス発生量を抑制してこれを負極に用
いたアルカリ電池の放電前と放電後の水素ガス発生の抑
制および負荷放電特性を向上させることができる。

【００６０】また、前記の微量金属に加えて酸素を純亜
鉛に含有させるようにすると、これら微量金属と酸素と
が水素ガス発生を抑制させるような結合状態となり、こ
れを用いたアルカリ電池の放電前の水素ガス発生が抑制
される。

【００６１】さらに、亜鉛基合金粉の外観比重を小さく
すると、放電前の水素ガス発生を十分に抑制した状態
で、なおかつ、放電利用率を高くできる。このことによ
り、この亜鉛基合金粉を負極活物質としてアルカリ電池
に用いると従来と同等の負荷放電容量を維持しながらも
負極充填量を減らすことができるため、低コスト化が図
れる。

【００６２】さらにまた、亜鉛基合金粉を真空若しくは
不活性ガスの雰囲気のもと１００〜４００℃の範囲で熱
処理すると、これを用いたアルカリ電池の放電前の水素
ガス発生がより抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用しうる従来と共通した亜鉛基合金
粉を用いたアルカリ電池の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 電池ケ―ス ２ 封口ガスケット ３ 負極端子板 ４ 集電棒 ５ 負極 ６ セパレ―タ ７ 正極合剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 一雄 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 筒井 清英 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−289661（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/42 C22C 18/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 純亜鉛に対しビスマスを０．００１〜
   ０．５重量％の範囲で含有するとともに元素の周期表に
   おけるタンタルを含む５Ａ族遷移元素のうち少なくとも
   １種類を０．００１〜１．００重量％の範囲で含有し、
   他に不可避な不純物以外は含有しないことを特徴とする
   アルカリ電池用負極亜鉛基合金粉。
2. 【請求項２】 前記亜鉛基合金は更に錫を０．００１〜
   ０．５重量％の範囲で含有し他に不可避な不純物以外は
   含有しないことを特徴とする請求項１記載のアルカリ電
   池用負極亜鉛基合金粉。
3. 【請求項３】 前記亜鉛基合金は酸素を０．００１〜
   ０．０８重量％の範囲で含有してなることを特徴とする
   請求項２に記載のアルカリ電池用負極亜鉛基合金粉。
4. 【請求項４】 前記アルカリ電池用負極亜鉛基合金粉の
   外観比重は１．５〜２．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴
   とする請求項２または３に記載のアルカリ電池用負極亜
   鉛基合金粉。
5. 【請求項５】 請求項２〜４の何れか１項に記載のアル
   カリ電池用負極亜鉛基合金粉を、真空若しくは不活性ガ
   スの雰囲気のもと１００〜４００℃の範囲で熱処理して
   なることを特徴とするアルカリ電池用負極亜鉛基合金粉
   の製造方法。