JPH0337961A - Alkaline battery and its negative active material - Google Patents

Alkaline battery and its negative active material

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JPH0337961A
JPH0337961A JP16989589A JP16989589A JPH0337961A JP H0337961 A JPH0337961 A JP H0337961A JP 16989589 A JP16989589 A JP 16989589A JP 16989589 A JP16989589 A JP 16989589A JP H0337961 A JPH0337961 A JP H0337961A
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JP
Japan
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alloy powder
zinc alloy
negative electrode
silane coupling
coupling agent
Prior art date
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JP16989589A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyonobu Nakamura
中村 精伸
Toyohide Uemura
植村 豊秀
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To retard hydrogen gas evolution for a long time even if the content of mercury is remarkably reduced and furthermore to keep discharge performance high for a long time by using a negative electrode material containing a silane coupling agent and a surface active agent in addition to zinc alloy powder and an electrolyte. CONSTITUTION:A negative electrode material contains a silane coupling agent and a surface active material in addition to zinc alloy powder and an electrolyte. The contents of the silane coupling agent and the surface active agent are preferably 0.001-1.0 pts.wt. each based on 100 pts.wt. zinc alloy powder. Even if the content of mercury is reduced to a lower level such as 0.2wt% or less based on the weight of the zinc alloy powder, hydrogen gas evolution is remarkably retarded and discharge performance is increased and kept high for a long time.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明はアルカリ電池およびその負極活物質に関し、詳
しくは負極活物質として用いられる亜鉛合金粉末または
電解液であるアルカリ水溶液等にシランカップリング剤
および界面活性剤を添加することにより、水素ガス発生
量が著しく抑制され、かつ電池性能が向上され、しかも
水素ガス発生量および電池性能が長期間に亘って高水準
に維持されたアルカリ電池およびその負極活物質に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to alkaline batteries and their negative electrode active materials. Specifically, the present invention relates to alkaline batteries and their negative electrode active materials. By adding a surfactant and a surfactant, the amount of hydrogen gas generated is significantly suppressed and the battery performance is improved, and the amount of hydrogen gas generated and the battery performance are maintained at a high level for a long period of time.Alkaline batteries and their Regarding negative electrode active materials.

[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。
[Prior Art] In an alkaline battery using zinc as a negative electrode active material, a strong alkaline electrolyte such as an aqueous potassium hydroxide solution is used, so the battery must be sealed tightly. This sealing of the battery is particularly important when attempting to miniaturize the battery, but it also traps hydrogen gas generated due to corrosion of zinc during battery storage. Therefore, during long-term storage, the gas pressure inside the battery increases, and the more completely the battery is sealed, the greater the risk of explosion.

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くすることが研究さ
れ、水銀の水素過電圧を利用した氷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3,0重
量%程度の多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。
As a countermeasure, research has been conducted to prevent the corrosion of zinc, which is an active material for the negative electrode, and to reduce the generation of hydrogen gas inside the battery. It is being done. For this reason, the negative electrode active materials of alkaline batteries commercially available today contain a large amount of mercury, about 3.0% by weight, and there is a social need to develop lower mercury or mercury-free batteries. It has become highly anticipated.

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58−181266号公報)等がある。また
ガリウム、アルミニウム、ビスマス等を添加した亜鉛合
金粉末も提案されている。
Therefore, various proposals have been made regarding zinc alloy powders in which various metals are added to zinc in order to reduce the mercury content in batteries. For example, there are zinc alloy powders in which lead is added to zinc, or zinc alloy powders in which lead and indium are added to zinc (Japanese Unexamined Patent Publication No. 181266/1983). Further, zinc alloy powders to which gallium, aluminum, bismuth, etc. are added have also been proposed.

[発明が解決しようとする課題] このように亜鉛合金粉末を用いることにより、確かに水
銀含有量をある程度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、一方では水銀含有量を著し
く低減させた際に伴なう放電性能の劣化という課題が顕
在化してきた。即ち、社会的ニーズに対応して亜鉛合金
粉末の水銀含有量を0.1〜0.2重量%程度に低減さ
せると、従来の3.0重量%程度の水銀含有量のものと
比較して水素ガス発生率が4〜5倍程度に増大してしま
うと共に、放電性能が80%程度まで劣化してしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] By using zinc alloy powder in this way, it is certainly possible to suppress hydrogen gas generation even if the mercury content is reduced to a certain extent. The problem of deterioration in discharge performance accompanying a significant reduction in In other words, if the mercury content of zinc alloy powder is reduced to about 0.1 to 0.2% by weight in response to social needs, compared to the conventional mercury content of about 3.0% by weight. The hydrogen gas generation rate increases by about 4 to 5 times, and the discharge performance deteriorates to about 80%.

この原因としては次のことが考えられる。The following may be the cause of this.

即ち、電池内における水銀の作用としては以下のことが
考えられる。
That is, the following is considered to be the effect of mercury in the battery.

(1)亜鉛合金粉末粒子間の電気的接触を助ける。(1) Helps electrical contact between zinc alloy powder particles.

(2〉亜鉛合金粉末粒子表面に不働態化被膜が生成する
のを抑制し、亜鉛の均一溶解に効果がある。
(2> It is effective in suppressing the formation of a passivation film on the surface of zinc alloy powder particles and uniformly dissolving zinc.

(3)亜鉛の耐食性を向上させ、亜鉛の腐食に伴なって
生成する水素ガス気泡により亜鉛合金粉末粒子間の電気
的接触が阻害されるのを抑制する。
(3) Improve the corrosion resistance of zinc, and suppress electrical contact between zinc alloy powder particles from being inhibited by hydrogen gas bubbles generated as zinc corrodes.

しかるに、亜鉛合金粉末の水銀含有量が0.2重量%以
下という超低水銀量になった場合、特に第(3)項の水
銀の作用が充分に発揮されなくなってくるために放電性
能が劣化すると考えられる。
However, when the mercury content of the zinc alloy powder becomes an ultra-low mercury content of 0.2% by weight or less, the effect of mercury in item (3) is no longer fully exerted, resulting in deterioration of discharge performance. It is thought that then.

そこで、上記課題を解決する手段としては、負極材中に
界面活性剤を添加することが有効である。
Therefore, as a means to solve the above problem, it is effective to add a surfactant to the negative electrode material.

これは、界面活性剤が亜鉛合金粉末の表面に吸着し、亜
鉛合金粉末の耐食性向上に寄与するためであると考えら
れる。この手段によって、アルカリ電池において水銀含
有率を著しく減少させても、従来の高水銀含有量のもの
とほぼ同等の水素ガス発生率および放電性能が達成され
る。
This is considered to be because the surfactant is adsorbed on the surface of the zinc alloy powder and contributes to improving the corrosion resistance of the zinc alloy powder. By this means, even though the mercury content is significantly reduced in alkaline cells, hydrogen gas generation rates and discharge performance approximately equivalent to those of conventional high mercury contents can be achieved.

しかし、上述の界面活性剤を含有する負極材を有するア
ルカリ電池にあっては、常温で長期間保存すると前記界
面活性剤の効果が低下し、水素ガス発生率が増加しかつ
放電性能が低下する傾向がある。これは亜鉛合金粉末の
表面に吸着した界面活性剤が長期間電解液中に存在する
と徐々に脱離していくためと考えられる。
However, in an alkaline battery having a negative electrode material containing the above-mentioned surfactant, when stored at room temperature for a long period of time, the effect of the surfactant decreases, hydrogen gas generation rate increases, and discharge performance deteriorates. Tend. This is thought to be because the surfactant adsorbed on the surface of the zinc alloy powder gradually desorbs when it remains in the electrolyte for a long period of time.

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、水素ガス発生が長期間に亘って安定して抑制
され、しかも放電性能が長期間高水準に維持されたアル
カリ電池およびその負極活物質を提供することを目的と
する。
In view of the current situation, the present invention provides an alkaline battery and its negative electrode in which hydrogen gas generation is stably suppressed over a long period of time while the mercury content is significantly reduced, and discharge performance is maintained at a high level for a long period of time. The purpose is to provide active materials.

[課題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
合金粉末から成る負極活物質またはアルカリ水溶液から
成る電解液等に、シランカップリング剤および界面活性
剤を添加することにより、それらを無添加のものに比べ
て著しく水素ガス発生が抑制されかつ放電性能が向上さ
れ、しかも水素ガス発生量および放電性能が長期間に亘
って高水準に維持されるアルカリ電池が得られることを
見出し本発明に到達した。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive research in line with this objective, the present inventors added a silane coupling agent and a surfactant to a negative electrode active material made of zinc alloy powder or an electrolytic solution made of an alkaline aqueous solution. By adding these agents, hydrogen gas generation is significantly suppressed and discharge performance is improved compared to when no additives are added, and the amount of hydrogen gas generated and discharge performance are maintained at a high level over a long period of time. The inventors have discovered that an alkaline battery can be obtained and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明のアルカリ電池は、亜鉛合金粉末、電
解液に加えて、シランカップリング剤および界面活性剤
を含有する負極材を有するアルカリ電池にある。
That is, the alkaline battery of the present invention is an alkaline battery having a negative electrode material containing a silane coupling agent and a surfactant in addition to a zinc alloy powder and an electrolyte.

以下、本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.

本発明において、負極活物質として用いられる亜鉛合金
粉末としては、鉛やビスマスを始めとしてインジウム、
アルミニウム、カルシウム、カドミウム、錫、ガリウム
、ニッケル、銀等のうちの少なくとも一種が一定量含有
されたものが例示される。この亜鉛合金粉末の製造方法
としては、例えば亜鉛溶湯中に、所望により鉛、インジ
ウム、ビスマス等の添加元素を所定量添加し、撹拌して
合金化させた後、圧縮空気によりアトマイズし、粉体化
させ、さらに篩い分けを行なって整粒して得られた粉末
を用いる。この亜鉛合金粉末中の各添加元素の含有率は
0.001〜0.5重量%が一般的である。
In the present invention, the zinc alloy powder used as the negative electrode active material includes lead, bismuth, indium,
Examples include those containing a certain amount of at least one of aluminum, calcium, cadmium, tin, gallium, nickel, silver, etc. The method for producing this zinc alloy powder includes, for example, adding a predetermined amount of additional elements such as lead, indium, and bismuth to molten zinc, stirring to form an alloy, and then atomizing with compressed air to form a powder. The powder obtained by sieving and sizing is used. The content of each additional element in this zinc alloy powder is generally 0.001 to 0.5% by weight.

本発明においては、上記亜鉛合金粉末の製造の際に所望
量の水銀をさらに添加して得られる汞化亜鉛合金粉末、
上記亜鉛合金粉末を例えばV型ミルまたは回転ドラム等
を用いて所望量の水銀で乾式汞化して得られる汞化亜鉛
合金粉末、もしくは上記亜鉛合金粉末を例えば水酸化カ
リウム、水酸化ナトリウム等の希アルカリ溶液中で所望
量の水銀で湿式氷化して得られる汞化亜鉛合金粉末を用
いてもよく、この場合、汞化亜鉛合金粉末中の水銀含有
率は従来より少ない量、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
量%以下であることがさらに望ましい。
In the present invention, a zinc alloy powder obtained by further adding a desired amount of mercury during the production of the zinc alloy powder,
The above-mentioned zinc alloy powder is dry-blended with a desired amount of mercury using, for example, a V-type mill or a rotating drum, or the above-mentioned zinc alloy powder is mixed with a diluted solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. A zinc chloride alloy powder obtained by wet freezing with a desired amount of mercury in an alkaline solution may be used; in this case, the mercury content in the zinc chloride alloy powder is lower than the conventional one, i.e. 3.0 wt. % or less, and in consideration of low pollution, it is more preferably 1.5% by weight or less.

本発明に用いられるシランカップリング剤は、有機物と
無機材料とを化学的に結合する能力を持っているケイ素
化合物であり、その代表的なものとしては下記一般式■
: X−3iR。
The silane coupling agent used in the present invention is a silicon compound that has the ability to chemically bond organic substances and inorganic materials, and a typical example thereof is the following general formula
: X-3iR.

あるいは下記一般式■: R35t−X−8iR3 で表される化合物が挙げられる。上記一般式I。Or the following general formula ■: R35t-X-8iR3 Examples include compounds represented by: General formula I above.

■中、Xはアミノ基、ビニル基、エポキシ基、メルカプ
ト基、クロル基、アルキレン基、ポリメチレン基、アル
コキシ基、アルキル基等から選ばれる一種あるいはそれ
らが組み合わさってなる有機官能基を示す。また、上記
一般式1.II中、Rはアルコキシ基、アルキル基等を
示し、化合物が加水分解可能となる基が好ましく、特に
好ましくはメトキシ基、エトキシ基、メチル基である。
In (2), X represents an organic functional group selected from an amino group, a vinyl group, an epoxy group, a mercapto group, a chloro group, an alkylene group, a polymethylene group, an alkoxy group, an alkyl group, etc., or a combination thereof. Moreover, the above general formula 1. In II, R represents an alkoxy group, an alkyl group, etc., preferably a group that allows the compound to be hydrolyzed, and particularly preferably a methoxy group, an ethoxy group, or a methyl group.

このようなシランカップリング剤としては、具体的には
、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロビルトリメトキシシラ
ン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチ
ルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンが好ま
しい。
Specifically, such silane coupling agents include γ-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, and methyltrimethoxysilane. Methoxysilane and hexamethyldisilazane are preferred.

なお、本発明において用いられるシランカップリング剤
は、上記のシランカップリング剤のうちのいずれか1種
であっても、あるいは2種以上の混合物であっても良い
Note that the silane coupling agent used in the present invention may be any one of the above-mentioned silane coupling agents, or may be a mixture of two or more.

また、本発明に用いられる界面活性剤としては、陰イオ
ン性、陽イオン性、非イオン性あるいは両性の界面活性
剤であり、具体的には、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキ
ル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールス
ルホン酸塩、スルホコハク酸エステル塩、アルコキシポ
リエチレンオキシドスルホン酸塩、アルキルフェニルポ
リ、エチレングリコールエーテル硫酸エステル塩、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートトリエ
タノールアンモニウム塩、アシルメチルタウリン酸塩、
アシルザルコシネート、アシルザルコシン、高級アミン
ハロゲン酸塩、ハロゲン化アルキルピリジニウム、第四
アンモニウム塩、ポリエチレングリコールアルキルエー
テル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオ
キジエチレンジ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポ
リオキシアルキレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪
酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エス
テル、脂肪酸モノグリセリド、ポリグリセリン脂肪酸エ
ステル、フッ素化アルキルエステル、パーフルオロアル
キル(ポリ)メチレン(ポリ)オキシアルキレン脂肪酸
エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、脂肪酸
ジェタノールアミド、エチレンビス脂肪酸アミン、アミ
ノ酸、ジメチルアルキルベタイン、2−アルキル−N−
ソジウム力ルポキシポリメチレンーN−ヒドロキシエチ
ルイミダゾリニウムベタインヒドロオキサイド等が挙げ
られる。
In addition, the surfactants used in the present invention include anionic, cationic, nonionic, or amphoteric surfactants, and specifically, higher fatty acid alkali salts, alkyl sulfates, alkyl sulfonic acid salt, alkylaryl sulfonate, sulfosuccinate ester salt, alkoxypolyethylene oxide sulfonate, alkylphenyl poly, ethylene glycol ether sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl ether phosphate ester, polyoxyethylene alkyl ether phosphate ester salt, Polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanol ammonium salt, acyl methyl taurate,
Acyl sarcosinate, acyl sarcosine, higher amine halide, alkyl pyridinium halide, quaternary ammonium salt, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol fatty acid ester, polyoxyethylene difatty acid ester, polyoxyethylene polyoxyalkylene alkyl ether, sorbitan Fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, fatty acid monoglyceride, polyglycerin fatty acid ester, fluorinated alkyl ester, perfluoroalkyl(poly)methylene(poly)oxyalkylene fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine, fatty acid jetanolamide, ethylene Bis fatty acid amine, amino acid, dimethylalkyl betaine, 2-alkyl-N-
Examples include sodium hydroxypolymethylene-N-hydroxyethylimidazolinium betaine hydroxide.

なお、本発明において用いられる界面活性剤は、上記界
面活性剤のうちのいずれか1種であっても、あるいは2
種以上の混合物であっても良い。
Incidentally, the surfactant used in the present invention may be any one of the above surfactants, or two types of surfactants.
It may be a mixture of more than one species.

本発明のアルカリ電池にあっては、前記亜鉛合金粉末と
水酸化カリウム水溶液等の電解液を有する負極材中に、
上述のシランカップリング剤および界面活性剤を添加す
る。これらを添加する方法としては、亜鉛合金粉末にシ
ランカップリング剤および界面活性剤を被覆させ、これ
を負極活物質として用いるか、あるいはシランカップリ
ング剤および界面活性剤を水酸化カリウム水溶液、水酸
化ナトリウム水溶液等の電解液またはゲル化剤に添加す
る方法等が例示されるが、本発明にあってはシランカッ
プリング剤および/または界面活性剤を添加したトルエ
ン等の溶媒中に亜鉛合金粉末を入れて混合した後、溶媒
を乾燥揮発させることによって亜鉛合金粉末表面にシラ
ンカップリング剤および界面活性剤のコーティング層を
同時または順次(順番は問わない)形成させ、これを負
極活物質として用いることが、水素ガス発生抑制効果、
放電性能の向上効果の点から最も好ましい。
In the alkaline battery of the present invention, in the negative electrode material containing the zinc alloy powder and an electrolyte such as an aqueous potassium hydroxide solution,
Add the silane coupling agent and surfactant described above. These can be added by coating zinc alloy powder with a silane coupling agent and surfactant and using this as the negative electrode active material, or by coating the silane coupling agent and surfactant with an aqueous solution of potassium hydroxide, Examples include a method of adding zinc alloy powder to an electrolytic solution such as an aqueous sodium solution or a gelling agent, but in the present invention, zinc alloy powder is added to a solvent such as toluene to which a silane coupling agent and/or a surfactant are added. After adding and mixing, the solvent is dried and evaporated to form a coating layer of a silane coupling agent and a surfactant on the surface of the zinc alloy powder simultaneously or sequentially (the order does not matter), and this is used as a negative electrode active material. However, the effect of suppressing hydrogen gas generation,
Most preferred from the viewpoint of improving discharge performance.

なお、本発明にあっては、上述のシランカップリング剤
および界面活性剤のコーティング層を表面に形成させた
亜鉛合金粉末と共に負極材を形成する電解液中に水銀を
添加、混合して用いてもよい。
In addition, in the present invention, mercury is added and mixed into the electrolytic solution that forms the negative electrode material together with the zinc alloy powder on which a coating layer of the above-mentioned silane coupling agent and surfactant is formed. Good too.

ここで負極材中に添加するシランカップリング剤、界面
活性剤の添加量は両者共特に制限されず、良好な特性を
有するアルカリ電池が得られるように適宜選択されるが
、好ましくは亜鉛合金粉末100ffi量部に対してシ
ランカップリング剤の添加量は0.001〜1.0重量
部、界面活性剤の添加量も同じ<  0.001−1.
0重量部である。シランカップリング剤および界面活性
剤の各々の添加量がo、oot重量部未満では亜鉛の耐
食性を改善して水素ガス発生を防止するといった本発明
の効果が得られにくい傾向にあり、1.0重量部を超え
た場合には、亜鉛合金粉末表面上に形成させたシランカ
ップリング剤および界面活性剤のコーティング層中、電
解液中等に存在するシランカップリング剤および/また
は界面活性剤が放電時にバリヤーとなって亜鉛の溶解反
応が阻害されることがあり、良好な放電性能が得られな
い場合が起こり得る。
Here, the amounts of the silane coupling agent and surfactant added to the negative electrode material are not particularly limited, and are appropriately selected so as to obtain an alkaline battery with good characteristics, but are preferably zinc alloy powder. The amount of silane coupling agent added is 0.001 to 1.0 parts by weight, and the amount of surfactant added is also the same <0.001-1.0 parts by weight per 100 parts of ffi.
It is 0 parts by weight. If the amount of each of the silane coupling agent and the surfactant added is less than o and oot parts by weight, it tends to be difficult to obtain the effects of the present invention, such as improving the corrosion resistance of zinc and preventing hydrogen gas generation. If the amount exceeds 1 part by weight, the silane coupling agent and/or surfactant present in the coating layer of the silane coupling agent and surfactant formed on the surface of the zinc alloy powder, the electrolyte, etc. It may act as a barrier and inhibit the dissolution reaction of zinc, and good discharge performance may not be obtained.

また、本発明においては、上記シランカップリング剤お
よび界面活性剤の特性が損なわれない範囲において、必
要に応じてシランカップリング剤および界面活性剤に溶
剤、分散剤等を混合して用いて構わない。
Furthermore, in the present invention, a solvent, a dispersant, etc. may be mixed with the silane coupling agent and surfactant as needed, as long as the properties of the silane coupling agent and surfactant are not impaired. do not have.

添加されたシランカップリング剤および界面活性剤によ
る作用効果は充分に解明されていないが、推定するに、
電池の保存中はシランカップリング剤が亜鉛合金粉末の
表面に吸着し、シランカップリング剤は耐熱性に優れか
つアルカリ性電解液中においても比較的安定に存在する
ので、長期間に亘って亜鉛合金粉末表面に存在する。ま
た、界面活性剤は前述のごとく亜鉛の耐食性の向上に著
しい効果を発揮する。さらに、上記シランカップリング
剤が亜鉛合金粉末と界面活性剤とを結びつける働きもす
ると考えられる。これらの相互作用により、長期間に亘
って安定して亜鉛の耐食性の向上に効果があり、亜鉛の
腐食に伴なう水素ガス発生が抑制され、さらに、放電時
において従来見られた水素ガス気泡による亜鉛合金粉末
粒子間の電気的接触の阻害といった悪影響が抑制される
こと等によって放電性能が向上しかつそれが長期間維持
されるものと考えられる。
Although the effects of the added silane coupling agent and surfactant have not been fully elucidated, it is estimated that
During battery storage, the silane coupling agent is adsorbed on the surface of the zinc alloy powder, and since the silane coupling agent has excellent heat resistance and exists relatively stably even in alkaline electrolytes, the zinc alloy powder remains stable for a long period of time. Present on the powder surface. Further, as mentioned above, surfactants have a remarkable effect on improving the corrosion resistance of zinc. Furthermore, it is believed that the silane coupling agent acts to bind the zinc alloy powder and the surfactant. These interactions have the effect of stably improving the corrosion resistance of zinc over a long period of time, suppressing the generation of hydrogen gas that accompanies corrosion of zinc, and also suppressing the hydrogen gas bubbles that were conventionally seen during electrical discharge. It is thought that the discharge performance is improved and maintained for a long period of time because the negative effects such as inhibition of electrical contact between zinc alloy powder particles are suppressed.

[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。
[Examples] The present invention will be specifically described below based on Examples and Comparative Examples.

実施例1〜12および比較例1〜3 純度99.997%以上の亜鉛地金を約500℃で溶融
し、これに水銀を除いた第1表に示す各元素を添加して
亜鉛合金を作成し、これを高圧アルゴンガス(噴出圧5
Ng/ci)を使って粉体化した。この粉体を50〜1
50メツシユの粒度範囲に篩い分けして亜鉛合金粉末を
得た。
Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3 Zinc alloys were created by melting zinc ingots with a purity of 99.997% or higher at about 500°C and adding each element shown in Table 1, excluding mercury. This is then heated with high pressure argon gas (ejection pressure 5
It was powdered using Ng/ci). This powder is 50 to 1
Zinc alloy powder was obtained by sieving to a particle size range of 50 mesh.

次に水酸化カリウム10%のアルカリ性溶液中において
上記粉末に第1表に示す含有割合となるように水銀を添
加して、汞化処理を行なって第二表に示す氷化亜鉛合金
粉末を得た。
Next, mercury was added to the above powder in an alkaline solution of 10% potassium hydroxide so that the content ratio was as shown in Table 1, and the oxidized zinc alloy powder shown in Table 2 was obtained. Ta.

次に、第1表に示すシランカップリング剤を添加して溶
解させたトルエン溶媒中に上記の氷化亜鉛合金粉末を投
入し、混合しながらトルエンを乾燥揮発させ、氷化亜鉛
合金粉末の表面に第1表に示す割合となるように第1表
に示すシランカップリング剤のコーティング層を形成さ
せた。次いで、このシランカップリング剤のコーティン
グ層を有する氷化亜鉛合金粉末の表面に、シランカップ
リング剤の場合と同様にして第1表に示す界面活性剤の
コーティング層を第1表に示す割合となるように形成さ
せ、負極活物質とした。
Next, the above glazed zinc alloy powder was added to a toluene solvent in which the silane coupling agent shown in Table 1 was added and dissolved, and the toluene was dried and volatilized while mixing. A coating layer of the silane coupling agent shown in Table 1 was formed in the ratio shown in Table 1. Next, on the surface of the frozen zinc alloy powder having the coating layer of the silane coupling agent, a coating layer of the surfactant shown in Table 1 was applied in the same manner as in the case of the silane coupling agent at the ratio shown in Table 1. This was formed to give a negative electrode active material.

また、濃度40%の水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を
飽和させたものにゲル化剤として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。
Further, an electrolytic solution was prepared by adding about 1.0% of carboxymethyl cellulose and sodium polyacrylate as gelling agents to a 40% potassium hydroxide aqueous solution saturated with zinc oxide.

上記で得られた負極活物質3.Ogおよび電解液1.8
gを混合してゲル状化したものを負極材とした。また、
二酸化マンガンと導電剤を混合して正極材とした。これ
らの負極材と正極材を用いて、第1図に示すアルカリマ
ンガン電池を作成して試験を行なった。
Negative electrode active material obtained above 3. Og and electrolyte 1.8
A negative electrode material was prepared by mixing g and forming a gel. Also,
A positive electrode material was prepared by mixing manganese dioxide and a conductive agent. Using these negative electrode materials and positive electrode materials, an alkaline manganese battery shown in FIG. 1 was prepared and tested.

第1図のアルカリマンガン電池は、正極缶1、正極2、
負極(ゲル状化した氷化亜鉛合金粉末)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. IL
外装缶12で構成されている。
The alkaline manganese battery shown in Figure 1 consists of a positive electrode can 1, a positive electrode 2,
Negative electrode (gelled frozen zinc alloy powder) 3, separator 4, sealing body 5, negative electrode bottom plate 6, negative electrode current collector 7, cap 8, heat-shrinkable resin tube 9, insulating ring 10. IL
It is composed of an outer can 12.

このアルカリマンガン電池の製造直後(初度)のものと
60℃で30日間保存後のものに関して、放電負荷2Ω
、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、水銀の含有割合が5.0重量%の氷
化亜鉛合金粉末をシランカップリング剤および界面活性
剤の被覆なしで負極活物質として用いた比較例3におけ
る初度のアルカリマンガン電池の測定値を100とした
指数で示した。
The discharge load was 2Ω for this alkaline manganese battery immediately after manufacture (first time) and after storage at 60°C for 30 days.
The discharge duration up to the final voltage of 0.9 V was measured under the discharge conditions of 20°C, and the glazed zinc alloy powder with a mercury content of 5.0% by weight was coated with no silane coupling agent or surfactant. It is expressed as an index with the initial measurement value of the alkaline manganese battery in Comparative Example 3 used as the negative electrode active material set as 100.

その結果を第1表に示した。The results are shown in Table 1.

また、上記負極材に関して、60℃における20日後お
よび40日後のガス発生量(μQ/g−day)をハ1
定し、その結果を第1表に示した。
Regarding the above negative electrode material, the amount of gas generated (μQ/g-day) after 20 days and 40 days at 60°C was
The results are shown in Table 1.

実施例13 実施例2と同様の電解液1.8gに、同じ〈実施例2に
おけるものと同様の氷化亜鉛合金粉末3.0gと、実施
例2と同様のシランカップリング剤3.0IIgおよび
界面活性剤3.0+agとを添加、混合してゲル状化し
たものを負極材とした以外は実施例2と同様にして放電
持続時間およびガス発生率の測定を行ない、それぞれの
結果を第1表に示した。
Example 13 To 1.8 g of the same electrolyte as in Example 2, 3.0 g of the same frozen zinc alloy powder as in Example 2, 3.0 II g of the same silane coupling agent as in Example 2, and The discharge duration and gas generation rate were measured in the same manner as in Example 2, except that the negative electrode material was made by adding and mixing surfactant 3.0 + ag and gelatinized, and the results were summarized in the first example. Shown in the table.

(構造式; (一般式■; 第1表に示されるごとく、水銀の含有割合が0.1重量
%である氷化亜鉛合金粉末にシランカップリング剤およ
び界面活性剤を被覆したものを負極活物質として用いた
実施例1〜12の負極材は、シランカップリング剤およ
び界面活性剤を添加しなかった比較例1の負極材に比べ
て、負極活物質である氷化亜鉛合金粉末の組成の相違並
びに用いたシランカップリング剤および界面活性剤の種
類の相違に拘らず、水素ガス発生率が著しく低減され、
しかもこの負極材を組み込んだアルカリ電池は放電性能
が極めて優れていた。さらに、実施例1〜12の負極材
は、水銀の含有割合が50倍(5,0重量%)である汞
化亜鉛合金粉末をシランカップリング剤および界面活性
剤の被覆なしで負極活物質として用いた比較例3の負極
材よりも水素ガス発生率が低減され、かつアルカリ電池
の放電性能も優れていた。
(structural formula; The negative electrode materials of Examples 1 to 12 used as substances had a composition of the frozen zinc alloy powder that was the negative electrode active material, compared to the negative electrode material of Comparative Example 1 in which a silane coupling agent and a surfactant were not added. Regardless of the difference and the type of silane coupling agent and surfactant used, the hydrogen gas generation rate is significantly reduced,
Moreover, alkaline batteries incorporating this negative electrode material had extremely excellent discharge performance. Furthermore, in the negative electrode materials of Examples 1 to 12, zinc chloride alloy powder with a mercury content of 50 times (5.0% by weight) was used as a negative electrode active material without coating with a silane coupling agent or a surfactant. The hydrogen gas generation rate was lower than that of the negative electrode material of Comparative Example 3 used, and the discharge performance of alkaline batteries was also excellent.

また、実施例1〜12の負極材は、シランカップリング
剤を被覆していない比較例2の負極材に比べて、水素ガ
ス発°生率が低減された状態が長期間に亘って安定して
保たれ、しかもこの負極材を組み込んだアルカリ電池の
放電性能も長期間に亘って高水準に維持された。
In addition, the negative electrode materials of Examples 1 to 12 were stable for a long period of time in which the hydrogen gas generation rate was reduced compared to the negative electrode material of Comparative Example 2 which was not coated with a silane coupling agent. Furthermore, the discharge performance of alkaline batteries incorporating this negative electrode material was also maintained at a high level over a long period of time.

さらに、実施例13はシランカップリング剤および界面
活性剤を電解液であるアルカリ水溶液中に添加、混合し
た負極材を用いたものであるが、この場合にも水素ガス
発生が長期間に亘って安定して抑制され、しかもこの負
極材を組み込んだアルカリ電池における放電性能も長期
間に亘って高水準に保たれた。
Furthermore, Example 13 uses a negative electrode material in which a silane coupling agent and a surfactant are added and mixed into an alkaline aqueous solution as an electrolytic solution, but in this case as well, hydrogen gas generation occurs over a long period of time. This was stably suppressed, and the discharge performance of alkaline batteries incorporating this negative electrode material was also maintained at a high level over a long period of time.

[発明の効果] 以上説明のごとく、シランカップリング剤および界面活
性剤を添加した負極材を有する本発明のアルカリ電池に
よれば、水銀の含有割合を従来より低下させた場合、特
に水銀の含有割合を亜鉛合金粉末の0.2ffiffi
%以下という超低水銀量とした場合においても、電池内
における水素ガス発生が著しく抑制されかつ電池性能が
向上され、しかもその状態が長期間に亘って高水準に維
持される。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the alkaline battery of the present invention having a negative electrode material to which a silane coupling agent and a surfactant are added, when the mercury content is lowered than before, the mercury content is particularly low. The proportion of zinc alloy powder is 0.2ffiffi
Even when the amount of mercury is extremely low, such as % or less, hydrogen gas generation within the battery is significantly suppressed, battery performance is improved, and this state is maintained at a high level for a long period of time.

また、水銀を従来より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。特に、亜鉛合金粉
末をシランカップリング剤および界面活性剤で被覆した
負極活物質を用いることによってその効果は一層顕著で
ある。
Furthermore, since the mercury content can be lowered than before, it also meets social needs. In particular, the effect is even more remarkable by using a negative electrode active material in which zinc alloy powder is coated with a silane coupling agent and a surfactant.

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

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:セバレータ
−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、to、
 11:絶縁リング、 12:外装缶。
FIG. 1 shows a side sectional view of an alkaline manganese battery according to the present invention. 1: positive electrode can, 2: positive electrode, 3: negative electrode, 4: separator-5: sealing body, 6: negative electrode bottom plate, 7: negative electrode current collector, 8: cap, 9: heat-shrinkable resin tube, to,
11: Insulation ring, 12: Exterior can.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、亜鉛合金粉末、電解液に加えて、シランカップリン
グ剤および界面活性剤を含有する負極材を有するアルカ
リ電池。 2、シランカップリング剤および界面活性剤を亜鉛合金
粉末の表面に被覆して成るアルカリ電池用負極活物質。
[Claims] 1. An alkaline battery having a negative electrode material containing a silane coupling agent and a surfactant in addition to zinc alloy powder and an electrolyte. 2. A negative electrode active material for alkaline batteries comprising a zinc alloy powder coated with a silane coupling agent and a surfactant.
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