JPH03280356A - アルカリ乾電池用ゲル状負極の製造方法及びその方法にて製造されるゲル状負極 - Google Patents

アルカリ乾電池用ゲル状負極の製造方法及びその方法にて製造されるゲル状負極

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JPH03280356A
JPH03280356A JP7702090A JP7702090A JPH03280356A JP H03280356 A JPH03280356 A JP H03280356A JP 7702090 A JP7702090 A JP 7702090A JP 7702090 A JP7702090 A JP 7702090A JP H03280356 A JPH03280356 A JP H03280356A
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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J 本発明は、アルカリ乾電池に使用されるゲル状負極の製
造方法に関し、詳しくは亜鉛合金粉末の防食剤の添加方
法に関する。
[従来の技術1 従来、ゲル状負極は、次のような方法にて製造されてい
た。
l)亜鉛合金粉末とカルボキシビニルポリマー等のゲル
化剤とを混合した後、これを苛性アルカリ水溶液に添加
し、減圧下で撹拌・混合する。
2)ゲル化剤を苛性アルカリ水溶液に添加・溶解して調
製したゲル状苛性アルカリ水溶液と亜鉛合金粉末とを撹
拌・混合する。
ここで、亜鉛合金粉末の防食剤としてインジウム(In
)、ガリウム(Ga)、タンタル(Ta)、鉛(pb)
、スズ(Sn)等の可瀉性化合物又は界面活性剤もしく
は防錆剤等が使用されるが、これらの添加は、次のよう
な方法にて行われて9)だ。
1)防食剤を含有する溶液に亜鉛合金粉末を浸漬撹拌す
るか又は水溶液中で亜鉛合金粉末を撹拌しながら防食剤
を添加・混合して、亜鉛合金粉末の表面に防食剤を析出
又は付着させ、水洗・脱水後乾燥させる。
2)苛性アルカリ水溶液又はゲル状苛性アルカリ水溶液
に防食剤を添加する方法。
3)ゲル状負極に防食剤を添加する方法。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の亜鉛合金粉末の防食剤の添加方法
、例えば、亜鉛合金粉末表面に防食剤を析出又は付着さ
せる方法では、亜鉛合金が細長く脆いので、防食剤を析
出あるいは付着させた後の移動・搬送作業中やゲル負極
の製造工程中に破砕される。かかる亜鉛合金粉末は、そ
の破砕断面が防食剤で被覆されていないので、苛性アル
カリ水溶液中では次式のように水素ガスを発生し易くな
り、 Z n + 2 K OH+ 2 H* O=Kx(z
n (OH) 4)+Hz T折角添加した防食剤の効
果を低減させてしまう。
このような水素ガスを発生し易い亜鉛合金粉末を原料の
一つとして製造されたゲル状負極を用いてアルカリ乾電
池を組み立てると、貯蔵中に電池内の圧力が上昇して電
解液の流出や放電特性の劣化等、電池品質を著しく損な
うことになる。
又、苛性アルカリ水溶液もしくはゲル状苛性アルカリ水
溶液又はゲル状負極に防食剤としてIn、Ga、Pb、
Sn等の可溶性の化合物を添加する方法では、それらの
水溶液に防食剤を添加するやいなや瞬時に水酸化物にな
るため、少量の添加量であればその水酸物は溶解するが
、添加量が多くなれば溶解に時間がかかったり、未溶解
の水酸化物を均一に分散させることが難しく、有効な防
食効果を発現させるためには多量の添加が必要となる。
一方、防食剤が界面活性剤や防錆剤の有機物系のもので
ある場合は、防食剤を均一に溶解させることは出来るが
、有機物なので電池内での安定性に欠は長期間防食効果
を持続することが雌しく、又、ゲル状負極からのガス発
生を増大させるというような問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、防食剤を亜鉛粉末の表面及びゲル状負極中に均一
に存在させることができ、水素ガスの発生の少ない高品
質なアルカリ乾電池用ゲル状負極を製造し得る方法を提
供しようとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、亜鉛合金粉末、ゲル化剤及びアルカリ電解液
を含むアルカリ乾電池用ゲル状負極の製造において、予
め、亜鉛合金粉末及びゲル化剤並びにインジウム化合物
又はインジウム化合物及び水銀化合物を均一に混合した
後、該混合物に亜鉛合金粉末を均一に混合し、更に、こ
の混合物をアルカリ電解液中に加え、減圧下で撹拌混合
することを特徴とする。
上記ゲル化剤としては、例えばカルボキシメチルセルロ
ース、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ等を挙げ
ることができる。
上記インジウム化合物としては、例えば試薬特級相当以
上の酸化インジウム、水酸化インジウム等を挙げること
ができる。
上記水銀化合物としては、例えば試薬特級相当以上の塩
化水銀、硝酸水銀、硫酸水銀、臭化水銀、酢酸水銀、酸
化水銀等を挙げることができる。
上記亜鉛合金としては、例えば亜鉛と鉛:インジウム:
アルミニウム:ガリウム;カドミウム:クリラム;二、
ツケル:コバルト:ビスマス:スズ:水銀から選ばれる
少な(とも1種類とからなるもの等を挙げることができ
る。
上記亜鉛合金粉末は、粒径が75〜300μmの範囲の
ものを用いることが望ましい、その理由は、粒径を75
μm未満にすると比表面積が大きくなって水素ガスを発
生しやすくなり、かといってその粒径が300μmを越
えるとゲル状負極として電池容器に充填する際に充填密
度が減少する恐れがあるからである。
上記苛性アルカリ電解液としては、例えば苛性ソーダ水
溶液、苛性カリ水溶液等を挙げることができる。かかる
苛性アルカリ電解液は、必要に応じて、酸化亜鉛を8重
量%以下の範囲で溶解させたものを用いてもよい。
上記ゲル状負極の製造に際しての亜鉛合金粉末、ゲル化
剤、アルカリ電解液、インジウム化合物及び水銀化合物
の配合割合は次のように設定することか望ましい。即ち
、亜鉛合金粉末を50〜80重量部、アルカリ電解液を
20〜50重量部とし、ゲル化剤をこれらの合計量(1
00重量部)に対し0.3〜1.5重量部、インジウム
化合物をインジウム換算で前記亜鉛合金粉末に対して0
.001〜1.0重量部になるよう配合することが望ま
しく、亜鉛合金粉末の合金組成によっては、更に水銀化
合物を前記亜鉛合金粉末に対する汞化率換算で0.00
1重量%以上以上してもよい。水銀の配合上限(汞化率
換算)については、環境への影響等の観点から0.15
重量%とすることが望ましい。
上記減圧下での撹拌・混合は、混合物中の空気等を脱気
するために行うものである。かかる撹拌・混合時の減圧
条件としては、撹拌・混合初期: 500a+mHg 
(絶対圧)以下とし、後期:300 +an+)Ig 
(絶対圧)以下にすることが望ましl/X。
[作用] 本発明によれば、予め亜鉛合金粉末及びゲル化剤並びに
インジウム化合物又はインジウム化合物及び水銀化合物
とを均一に混合した後、該混合物をアルカリ電解液中に
加え、減圧下で撹拌・混合することによって、インジウ
ム化合物や水銀化合物がアルカリ電解液に一部溶解し、
それが亜鉛合金粉末の表面に均一に析出したり、亜鉛合
金粉末と接触したインジウム化合物や水銀化合物が還元
され金属インジウムや金属水銀となって亜鉛合金粉末の
表面を均一に被覆する。更に、亜鉛合金粉末の表面を均
一に被覆した金属インジウムや金属水銀は無機物なので
、有機物である界面活性剤や防錆剤に較べ長期に渡り防
食効果が持続し、かかるゲル状負極を電池容器に組込む
ことによって、貯蔵時のガス発生を抑制し、ガス発生に
伴う電池容器の内圧上昇による電解液の漏れを防止した
高性能のアルカリ乾電池を得ることができる。
[実施例] 以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。
(実施例I) まず、ゲル化剤としてのポリアクリル酸0.6重量部に
試薬特級相当以上の品質で、平均粒径20μm以下の酸
化インジウム(InzO−Jを0.00078重量部(
In換算として亜鉛合金粉末に対して0.001重量%
)加え、ボットミルで10分間均一に混合した後、これ
をPb:0.049重量%、In:0.021重量%。
Al1:0.048重量%、Ga:0.002重量%及
び)Ig(未化率0.15重量%)を含む粒径100〜
300μmの亜鉛合金粉末(以下、亜鉛合金Aという)
65重量部に加え、汎用混合器で5分間撹拌し、均一に
混合した。次いで、酸化亜鉛を3.5重量%溶解した3
5重量%濃度の苛性カリ水溶液35重量部が収容された
混合器に前記混合物を4分間かけて徐々に添加すると共
に、150 +n+nHg以下の減圧状態で撹拌・混合
し、更に、IO+mmHg以下の減圧状態にして5分間
撹拌・混合して均一なゲル状負極を製造した。
得られたゲル状負極を用いて第1図に示すJIS規格L
R6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。この図にお
いて、lは正極端子を兼ねる有底円筒形の金属缶である
。該金属缶1内には、円筒状に加圧成形した正極合剤2
が充填されている。該正極合剤2は、二酸化マンガン粉
末とカーボン粉末を混合し、これを前記金属缶1内に収
納し所定の圧力で中空円筒状に加圧成形したものである
。又、該正極合剤2の中空部には、アセタール化ポリビ
ニルアルコール繊維の不織布からなる有底円筒状のセパ
レーク3を介して前記方法で製造したゲル状負極4が充
填されでいる。該ゲル状負極4内には、真鍮製の負極集
電棒5が、その上端部を該ゲル状負極4より突出するよ
うに挿着されている。該負極集電棒5の突出部外周面及
び該金属缶lの上部内周面には二重環状のポリアミド樹
脂からなる絶縁ガスケット6が配設されている。又、該
ガスケット6の二重環状部の間にはリング状の金属板7
が配設され、且つ、該金属板7には負極端子を兼ねる帽
子形の金属封口板8が該集電棒5の頭部に当接するよう
に1設されている。そして、該金属缶lの開口縁を内方
に屈曲させることにより該ガスケット6及び該金属封口
板8で該金属缶1内を密封口している。
(実施例2) I n t Osの添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換
算で0.01重量%とした以外、実施例1と同様にして
JIS規格LR6形〔単3形)アルカリ電池を組立てた
(実施例3) InzO3の添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換算で0
.1重量%とじた以外、実施例1と同様にしてJIS規
格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例4) 亜鉛合金Aの代わりに、Pb20605重量%、In:
0.022重量%、Al : 0051重量%、Ga:
0.011重量%を含む粒径100〜300umの亜鉛
合金粉末(以下、亜鉛合金Bという)を用いたこと及び
I n 20 sの添加量を、亜鉛合金Bに対しIn換
算で0401重量%とじた以外、実施例1と同様にして
JIS規格LRB形〔単3形〕アルカリ電池を組立てた
(実施例5) In20aの添加量を、亜鉛合金Bに対しIn換算で0
.1重量%とした以外、実施例4と同様にしてJIS規
格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例6) I n 20 sの添加量を、亜鉛合金Bに対しIn換
算で1.0重量%とした以外、実施例4と同様にしてJ
IS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例7ン In1Osの代りに、試薬特級相当以上の品質で、平均
粒径20μm以下の水酸化インジウム(I n (OH
)−)を0.00047重量部(In換算として亜鉛合
金Aに対し0.001重量%)添加した以外、実施例1
と同様にしてJIS規格LR6形(単3形)アルカリ電
池を組立てた。
(実施例8) I n (OF(+3の添加量を、亜鉛合金Aに対しI
n換算で0.01重量%とした以外、実施例7と同様に
してJIS規格LRe形(単3形)アルカリ電池を組立
てた。
(実施例9) In(OH)3の添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換算
で0.1重量%とした以外、実施例7と同様にしてJI
S規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例10) I n z Osの添加の際に、試薬特級相当以上の品
質で、平均粒径20μm以下の塩化水銀(HgC12)
を0.13重量部(亜鉛合金の氷化率に換算して0.1
5重量%)を更に加えた以外、実施例4と同様にしてJ
IS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例11) )1 g Cl zの代りに、試薬特級相当以上の品質
で、平均粒径20μm以下の硝酸水銀(Hg(N Oa
L )を0.16重量部(亜鉛合金の大化率に換算して
0.15重量%)添加した以外、実施例10と同様にし
てJIS規格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立て
た。
(実施例12) HgC12の代りに、試薬特級相当以上の品質で、平均
粒径20um以下の硫酸水銀(HgS04)を0.14
重量部(亜鉛合金の汞化率に換算して0.15重量%)
添加した以外、実施例IOと同様にしてJIS規格LR
6形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例13) Hg C12の代りに、試薬特級相当以上の品質で、平
均粒径20μm以下の臭化水銀(HgB r 2 )を
0.18重量部(亜鉛合金の大化率に換算して0.15
重量%)添加した以外、実施例1Oと同様にしてJIS
規格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(実施例14) Hg Cl zの代りに、試薬特級相当以上の品質で、
平均粒径20μm以下の酢酸水銀(Hg(CH,C00
)、)を0.16重量部(亜鉛合金の汞化率に換算して
0.15重量%)添加した以外、実施例10と同様にし
てJIS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立て
た。
(実施例15) Hg Cl tの代りに、試薬特級相当以上の品質で、
平均粒径20μm以下の酸化水銀(HgO)を0.11
重量部(亜鉛合金の汞化率に換算して0.15重量%)
添加した以外、実施例1Oと同様にしてJIS規格LR
B形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(比較例1) I n * Oaの添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換
算で0.0005重量%とした以外、実施例1と同様に
してJIS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立
てた。
(比較例2) I n ! Osの添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換
算で0.2重量%とした以外、実施例1と同様にしてJ
IS規格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(比較例3) I n t Osの添加量を、亜鉛合金Bに対しIn換
算で0.005重量%とした以外、実施例4と同様にし
てJIS規格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立て
た。
(比較例2) I n 203の添加量を、亜鉛合金Bに対しIn換算
で2.0重量%とした以外、実施例4と同様にしてJI
S規格LRe形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(比較例5) In(OH)*の添加量を、亜鉛合金Aに対しIn換算
で0.0005重量%とした以外、実施例7と同様にし
てJIS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組立て
た。
(比較例6) In(OHIs  の添加量を、亜鉛合金Aに対しIn
換算で0.2重量%とした以外、実施例7と同様にして
JIS規格LRe形(単3形)アルカリ電池を組立てた
(比較例7) まず、亜鉛合金A100重量部を、1重量%硫酸水溶液
200重量部中で撹拌しながら、2重量%硝酸インジュ
ウム(I n (No−12)水溶液を亜鉛合金Aに対
してIn換算として0.2重量%になるように滴下し、
亜鉛合金粉末表面にインジウムを析出させ、水洗・乾燥
してインジウム被覆亜鉛合金粉末を調整した。このイン
ジウム被覆亜鉛合金粉末65重量部にゲル化剤としてポ
リアクリル酸0.6重量部を加え、汎用混合器で5分間
撹拌し均一に混合した0次いで、得られた混合物を苛性
カリ水溶液に添加する操作以降を実施例1と同様にして
、JIS規格LRB形(単3形)アルカリ電池を組立て
た。
(比較例8) 酸イシ亜鉛3.5重量%溶解した35重量%濃度の苛性
カリ水溶液35重量部に、ゲル化剤としてポリアクリル
酸0.6重量部を溶解させ、撹拌しながらこれに20重
量%硝酸インジウム水溶液を亜鉛合金A65重量部に対
してIn換算として1.0重量%になるように滴下し、
インジウム含有ゲル状苛性カリ水溶液を調製した。これ
以降、苛性カリ水溶液を前記操作にて得られた苛性カリ
水溶液とし、これに添加する混合物を亜鉛合金Aとした
以外、実施例1と同様の操作を行い、JIS規格LRB
形(単3形)アルカリ電池を組立てた。
(比較例9) ゲル化剤としてのポリアクリルMO96重量部と亜鉛合
金A65重量部とを汎用混合器で5分間撹拌し均一に混
合した。これ以降、得られた混合物を苛性カリ水溶液に
添加・混合した後、更に、界面活性剤を該苛性カリ水溶
液に亜鉛合金Aに対して0.1重量%になるように添加
した以外実施例1と同様にして、JIS規格LRB形(
単3形)アルカリ電池を組立てた。
このようにして得られたlO個/例の各電池240個に
ついて、負荷抵抗lOΩを接続し、0℃で連続放電を行
い、終止電圧0.9v迄の平均放電持続時間を測定した
6又、同様にして得られた20個/例の各電池480個
を60℃恒温槽中に貯蔵し、1ケ月後と3ケ月後に、そ
れぞれlO個/例を取り出し、水中で分解することによ
って貯蔵中に発生した水素ガスを捕集測定した。
これらの結果を、別表に示した。ここで、各欄の左側の
数値は、10個の平均値、カッコ内の数値は、そのバラ
ツキである。
別表から明らかなように、本実施例1〜15で製造され
たゲル状負極を用いて組立てられた電池は、比較例1〜
7の電池に比ベロ0℃貯蔵後の水素ガス発生量が少な(
、且つバラツキが小さいことがわかる。この差は、保存
期間の長期化(3ケ月後のデータ参照)に伴い顕著にな
る。このことは、本実施例1〜15で製造されたゲル状
負極は、その構成成分である亜鉛合金粉末の表面を、添
加した酸化インジウムや水酸化インジウムから溶解・析
出したインジウムが均一に被覆していることを(実施例
1〜9)、添加した酸化インジウムから溶解したインジ
ウムが水銀化合物から溶解・析出した水銀に捕捉され、
インジウムを含む水銀が亜鉛合金表面にアマルガムとな
り均一に被覆していることを(実施例10〜15)、夫
々意味している。尚、比較例8の電池と実施例1〜3及
び7〜9の電池とをそのガス発生量にて比較すると、1
ケ月後のそれはほぼ同等であるが、3ケ月後のそれは、
比較例の電池の方が多くなり、しかも、バラツキも大で
ある。このことは、本発明によれば、添加インジウム量
を削減せしめ得ることを示しているのである。因に、本
発明の電池では、亜鉛合金粉末に対するインジウム添加
量(as Inlが、該負極構成成分として水銀を含ま
ない場合には0.O1〜1.0重量%、水銀を含む場合
(亜鉛合金粉末中に水銀を含む場合も含む)には0.0
01〜O,1重量%の範囲内であれば、電池内での水素
ガスの発生を抑制する防食効果があることがわかる。
更に、本実施例1〜15の電池は、比較例9の電池に比
ベロ0℃、3ケ月間貯蔵後の水素ガス発生量が少ない、
このことは、本実施例1−15のゲル状負極が、無機質
である酸化インジウムや水酸化インジウムを添加してい
るので、有機質である界面活性剤に比べ苛性カリ水溶液
中で安定で、分解・変質することなく、防食効果が長く
持続することが考えられる。
尚、ここには記載はしていないが、実施例1O〜15に
おける酸化インジウムの代わりに水酸化インジウムを用
いた別の実験にて、亜鉛合金粉末に対する添加量が同等
範囲内であれば同じような結果が得られることを確認し
ている。
[発明の効果] 本発明によれば、防食剤であるインジウム化合物及び水
銀化合物をゲル状負極中に均一に分散させることができ
、その結果として、亜鉛合金粉末表面を安定して長期間
防食するゲル状負極を製造することができ、ひいてはか
かるゲル状負極を用いることによって長期貯蔵時のガス
発生が抑制され、放電持続時間を低下せしめないアルカ
リ乾電池を得ることができる等顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例で製造されたゲル状亜鉛負極
を組込んだアルカリ乾電池を示す断面図である。 1:金属缶 3:セパレータ 5:負極集電棒 7:金属板 2:正極合剤 4ニゲル状負極 6:絶縁ガスケット 8:金属封口板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)亜鉛合金粉末、ゲル化剤及びアルカリ電解液を含
    むゲル状負極の製造において、予め、ゲル化剤並びにイ
    ンジウム化合物又はインジウム化合物及び水銀化合物を
    均一に混合した後、該混合物と亜鉛合金粉末とを均一に
    混合し、更に、この混合物をアルカリ電解液中に加え、
    減圧下で撹拌混合することを特徴とするアルカリ乾電池
    用ゲル状負極の製造方法。
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