JPH01187769A - アルカリ電池用負極材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルカリ電池用負極材に関し、詳しくは負極材
に水酸化リチウムまたはその水和物を、亜鉛粉末に対し
てリチウム量に換算して０．０１〜５．０重−％混合す
ることにより、水素ガス発生率を抑制し、またアルカリ
電池に組み込んだ際に電池特性を著しく向上させたアル
カリ電池用負極材に関する。

［従来の技術〕 亜鉛を負極活物質として用いたアルカリ電池等において
は、水酸化カリウム水溶液等の強アルカリ性電解液を用
いるため、電池を密閉しなければならない。この電池の
密閉は電池の小型化を図る際には特に重要であるが、同
時に電池保存中の亜鉛の腐食により発生する水素ガスを
閉じ込めることになる。従って長期保存中に電池内部の
ガス圧が高まり、密閉が完全なほど爆発等の危険が伴な
う。

その対策として、負極活物質である亜鉛の腐食を防止し
て、電池内部の水素ガス発生を少な（することが研究さ
れ、水銀の水素過電圧を利用した汞化亜鉛を負極活物質
として用いることが専ら行なわれている。このため、今
日市販されているアルカリ電池の負極活物質は３〜１０
重量％重量％子量の水銀を含有しており、社会的ニーズ
として、より低水銀のもの、あるいは無水銀の電池の開
発が強く期待されるようになってきた。

そこで、電池内の水銀含有量を低減させるべく、亜鉛に
各種金属を添加した亜鉛合金粉末に関する提案が種々な
されている。例えば、亜鉛に鉛を添加した亜鉛合金粉末
、あるいは亜鉛に鉛とインジウムを添加した亜鉛合金粉
末（特開昭５８−１８１２８８号公報）等がある。また
ガリウム、アルミニウム等を添加した亜鉛合金粉末も提
案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ このように亜鉛合金粉末を用いることにより、確かに水
銀含有量を低減させても水素ガス発生を抑制させること
が可能となったが、一方では合金添加元素が放電中に電
解液中に溶出し、これがセパレータ上で電子伝導性析出
物となり、正極と負極が短絡して電池の容量劣化を起こ
すという問題点が見られるようになった。こうした問題
点は放電負荷４Ω程度では余り見られず、放電負荷７５
Ω程度の放電条件下で顕在化してきた。

本発明はかかる現状に鑑み、水銀の含有率を著しく減少
させつつ、水素ガス発生を抑制し、しかも放電性能を高
い水準に維持するアルカリ電池用負極材を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、この目的に沿って鋭意研究の結果、亜鉛
粉末、電解液を有する負極材に、水酸化リチウムやその
水和物を一定量混合することにより、水素ガス発生を抑
制させ、しかも電池に組み込んだ時に放電性能を向上さ
せるアルカリ電池用負極材が得られることを見出し本発
明に到達した。

すなわち、本発明は、亜鉛粉末、電解液を有するアルカ
リ電池用負極材において、水酸化リチウムまたはその水
和物を該亜鉛粉末に対してリチウム換算で０．０１〜５
，０重量％となる量を混合したことを特徴とするアルカ
リ電池用負極材である。

本発明において使用される亜鉛粉末とは、亜鉛のみの粉
末のみならず、鉛やインジウム等の他の元素によって合
金化される亜鉛合金粉末も包含される。また、本発明で
用いられる亜鉛粉末には、上述した亜鉛のみの粉末また
は亜鉛合金粉末を、例えば水酸化カリウム、水酸化すト
リウム等の希アルカリ溶液中で汞化して得られる汞化し
た亜鉛粉末や汞化亜鉛合金粉末も当然にも包含される。

亜鉛粉末中の水銀含有量は、従来の負極活物質として用
いられる汞化亜鉛粉末の水銀含有量よりも少ない量、す
なわち　３．０重量％以下であることが望ましいが、低
公害性を考慮すると　１．５重工％以下である。勿論、
水銀含有量が３．０重量％を超えた亜鉛粉末を用いる場
合にも本発明は適用可能である。

本発明においては、この亜鉛粉末と水酸化カリウム等の
電解液を有する負極材中に水酸化リチウムまたはその水
和物を混合する。

ここで混合する水酸化リチウムまたはその水和物の混合
量は、リチウムに換算して上記亜鉛粉末の０．Ｏ１〜５
．０重量％となる量である。水酸化リチウムまたはその
水和物の混合量が亜鉛粉末に対して０．旧重量％未満で
は水素ガス発生の抑制や放電性能を改善するといった本
発明の効果が得られず、５．０重量％を超えた場合には
アルカリ電池の一定容積中に占める亜鉛粉末の充填量が
目立って少なくなり、放電性能にとって良好な結果が得
られない。

これら水酸化リチウムまたはその水和物の混合による作
用効果は充分に解明されていないが、推定するに放電時
に亜鉛は溶解し酸化物を生成するが、亜鉛とともに溶解
したＰｂ、Ｉｎ等の亜鉛合金元素がセパレーター上に析
出した亜鉛の酸化物中に混入して、電子伝導性を上げる
ために正極と負極が短絡する原因となる。これに対して
水酸化リチウムまたはその水和物を混合するとセパレー
ター上の亜鉛酸化物の電子伝導性を低減させるように働
き、これにより正極と負極の短絡を阻止し、結果的に良
好な放電性能が得られるものと考えられる。

［実施例］ 以下、実施例および比較例に基づいて本発明を具体的に
説明する。

実施例１〜６および比較例１ 純度９９．９９７％以上の亜鉛地金を約５００℃で溶融
し、これに鉛、インジウムの含有率がそれぞれ０．０５
重量％となるように添加して亜鉛合金を作成し、これを
高圧アルゴンガス（噴出圧！Ｊ！？／Ｃｍ）を使って粉
体化した。

この粉体を５０〜１５０ＩＩｃｓｈの粒度範囲に篩い分
けした。次に水酸化カリウム１０％のアルカリ性溶液中
にて上記粉末に１．０重量％となるように水銀を添加し
て、氷化処理を行い氷化亜鉛合金粉末を得た。

一方、濃度４０重量％の水酸化カリウム水溶液に酸化亜
鉛を飽和させたものにカルボキシメチルセルロースとポ
リアクリル酸ソーダを１．０％程度加えて電解液を作成
した。

上記氷化亜鉛粉末３．０ｇと電解液１．５ｇおよび第１
表に示す水酸化リチウムまたはその水和物を混合して負
極材として第１図に示すアルカリマンガン電池を用いて
電池性能を評価した。但し、比較例１は水酸化リチウム
またはその水和物を混合しなかった。

第１図のアルカリマンガン電池は、正極缶１、正極２、
負極３、セパレーター４、封口体５、負極底板６、負極
集電体７、キャップ８、熱収縮性樹脂チューブ９、絶縁
リング１０．１１、外装缶１２で構成されている。この
アルカリマンガン電池を用いて放電負荷７５Ω、２０℃
の放電条件により終止電圧０．９ｖまでの放電持続時間
を測定し、従来の負極材を用いた後述する比較例２の測
定値を１００とした指数で示した。結果を第１表に示し
た。

また、上記負極材を用いて６０℃で２０日間のガス発生
率（ｄ／　ｇ　−ｄａｙ　）を測定し、従来の負極材を
用いた比較例２の測定値を１．０とした指数で第１表に
示した。

比較例２ 純度９９．９９７％以上の亜鉛地金を約５００℃で溶融
し、これを高圧アルゴンガス（噴出圧５８９／ｃｉ’）
を使って粉体化した。この粉体を実施例１と同様の方法
で篩い分けし、氷化処理を行なった。但し、水銀は７．
０ｆｆｉｍ％となるように添加した。

こうして得られた氷化亜鉛粉末を用いて水酸化リチウム
またはその水和物を混合せず実施例１と同様の方法でア
ルカリマンガン電池を用いて電池性能試験を行ない、そ
の結果を第１表に示した。

また、上記氷化亜鉛粉末を用いて実施例１と同様に６０
℃で２０日間のガス発生率（ｇ認／ｇ−ｄａｙ）を測定
し、結果を第１表に示した。

第１表に示されるごとく、負極材に水酸化リチウムまた
はその水和物を混合した実施例１〜６は、負極材に水酸
化リチウムまたはその水和物を混合しない比較例１に比
べて、水素ガス発生率が低く、しかも放電性能が優れて
いる。また、実施例１〜６は従来より用いられている高
水銀の氷化亜鉛粉末を用いた比較例２と比較しても水素
ガス発生率や放電性能もほぼ同等であった。

［発明の効果］ 以上説明のごとく、水酸化リチウムまたはその水和物を
混合した本発明のアルカリ電池用負極材は、水素ガス発
生率を抑制させつつ、電池性能を向上させることが可能
であり、また水銀を低含有率にすることができるので、
社会的ニーズにも沿ったものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるアルカリマンガン電池の側断面
図を示す。 １：正極缶、　２：正極、　３：負極、４：セパレータ
ー、５：封口体、 ６：負極底板、　　７：負極集電体、 ８：キャップ、　　９：熱収縮性樹脂チューブ、１０、
１１：絶縁リング、　１２：外装缶。 特許出願人　　三井金属鉱業株式会社 代理人　弁理士　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　伊　東　哲　也

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、亜鉛粉末、電解液を有するアルカリ電池用負極材に
   おいて、水酸化リチウムまたはその水和物を該亜鉛粉末
   に対してリチウム換算で０．０１〜５．０重量％となる
   量を混合したことを特徴とするアルカリ電池用負極材。