JPH06338314A - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

亜鉛アルカリ電池

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JPH06338314A
JPH06338314A JP12576793A JP12576793A JPH06338314A JP H06338314 A JPH06338314 A JP H06338314A JP 12576793 A JP12576793 A JP 12576793A JP 12576793 A JP12576793 A JP 12576793A JP H06338314 A JPH06338314 A JP H06338314A
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JP
Japan
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zinc
lead
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negative electrode
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JP12576793A
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English (en)
Inventor
Teiji Okayama
定司 岡山
Kiyoto Yoda
清人 依田
Kojiro Miyasaka
幸次郎 宮坂
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、無汞化且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末
を用いた低公害且つ安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を
提供することにある。 【構成】本発明は、インジウム0.01〜0.1重量
%、ビスマス0.001〜0.01重量%、アルミニウ
ム0.001〜0.01重量%、ガリウム0.001〜
0.01重量%及びチタン,マンガン,コバルト,ニッ
ケル,テルルからなる群より選ばれた少なくとも1種類
以上を0.001〜0.05重量%含有する無汞化且つ
鉛無添加の亜鉛合金粉末を負極活物質としたゲル状負極
を用いることにより、低公害且つ安全で高性能な亜鉛ア
ルカリ電池を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は亜鉛アルカリ電池に関
し、詳しくは無汞化且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を負極
活物質としたゲル状負極を用いた低公害且つ安全で高性
能な亜鉛アルカリ電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、亜鉛アルカリ電池の負極活物質と
しては、亜鉛の腐食によるガス発生の抑制及び電気特性
の向上を目的として、汞化亜鉛合金粉末が用いられてい
たが、近年、使用済み電池による環境汚染が問題視され
るようになってきたことから低公害化が社会的な要望と
なり、亜鉛合金粉末を無汞化(無水銀)にするための亜
鉛合金組成や防食剤(インヒビター)等の研究が進めら
れ、ついに実用上問題のない無水銀アルカリ電池用ゲル
状負極が開発されるに至った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無水銀
アルカリ電池で実用化されている無汞化亜鉛合金粉末中
には、水素ガス発生を抑制するために水銀と同様に有害
物質である鉛を数百ppm添加していることから、鉛無
添加の亜鉛合金粉末を用いた無水銀アルカリ電池への要
望が高まっている。
【0004】ところで、現在までに鉛を添加していない
亜鉛アルカリ電池用亜鉛合金に関して特許公開されたも
のとしては、特開昭63−133450号公報、特開平
2−194103号公報等数多くあり、その中にはある
程度の耐食性を期待できるものもあるが、十分とは言え
ない。また、発生したガスを逃がす構造を有する電池に
は使用可能であるかもしれないが、円筒型アルカリマン
ガン乾電池等、密閉構造を有する電池には亜鉛合金組成
を改善しただけでは、未放電時のガス発生は抑制できて
も一部放電した後のガス発生までは抑制できず、実用可
能なゲル状負極とはなり得ない。このような状況から、
よりガス発生の少ない亜鉛合金組成の開発並びに密閉構
造を有するアルカリ電池にも適用可能なゲル状負極の開
発が急務となっていた。
【0005】本発明は、上記状況に鑑みてなされたもの
で、その目的は無汞化且つ鉛無添加の亜鉛合金粉末を用
いた低公害且つ安全で高性能な亜鉛アルカリ電池を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明は、インジウム0.01〜0.1重量%、ビ
スマス0.001〜0.01重量%、アルミニウム0.
001〜0.01重量%、ガリウム0.001〜0.0
1重量%及びチタン,マンガン,コバルト,ニッケル,
テルルからなる群より選ばれた少なくとも1種類以上を
0.001〜0.05重量%含有する無汞化且つ鉛無添
加の亜鉛合金粉末を負極活物質とし、さらに、亜鉛合金
粉末の防食剤としてインジウム化合物を亜鉛合金粉末に
対してインジウム換算で0.005〜0.5重量%及び
/またはフッ素系界面活性剤を亜鉛合金粉末に対して
0.0005〜0.01重量%添加したゲル状負極を用
いることにより低公害且つ安全で高性能な亜鉛アルカリ
電池を実現したものである。
【0007】
【作用】本発明の亜鉛合金は、鉛の代替元素として、イ
ンジウム,ビスマス,アルミニウム,ガリウム及びチタ
ン,マンガン,コバルト,ニッケル,テルル等を添加す
ることにより、無汞化・鉛添加亜鉛合金よりも未放電時
の耐食性を高めることができる。この場合の各添加元素
の作用機構の詳細は十分明らかになってはいないが、各
元素を単独で添加した場合には水素ガス発生を実用可能
なレベルに抑制できないことを確認していることから、
複数元素添加の相乗効果によって亜鉛合金表面の水素過
電圧が高められたり、表面が平滑化されて表面積が減少
することにより、耐食性が向上するものと考えられる。
なお、ここで鉛無添加と表現しているのは、現在の一般
的な亜鉛精練技術では、純亜鉛と言われるものでも鉛が
30ppm程度不純物として混入することは避けられ
ず、30ppm以下とするのは技術的には可能である
が、コスト的に不利であると考えられるからである。
【0008】また、本発明の亜鉛合金粉末は、鉛添加亜
鉛合金粉末よりもガス発生量が少なく、発生したガスを
逃がす構造を有する電池にはそのまま使用できるが、密
閉構造を有する円筒型アルカリマンガン電池等では、本
発明のような亜鉛合金組成の改善だけでは、漏液を引き
起こさない実用可能なレベルのガス発生には抑制できな
い。そこで、防食剤(インヒビター)としてインジウム
化合物及び/またはフッ素系界面活性剤を添加すること
により、密閉構造を有する電池でも実用可能なゲル状負
極を得ることができる。このうち、インジウム化合物
は、そのガス発生抑制機構の詳細は明らかでないが、電
池を一部放電した場合のガス発生に多大な効果があり、
一方、フッ素系界面活性剤は亜鉛合金粉末表面に付着し
て自己放電を抑えて未放電でのガス発生をより抑制する
とともに、不純物がゲル状負極に混入した際には、亜鉛
粉と不純物の接触の機会を減らし、不純物によるガス発
生の危険性をより下げることもできる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例について詳
細に説明する。 (実施例1)まず、ゲル化剤としてのポリアクリル酸
0.4重量部に試薬特級相当以上の酸化インジウム(I
2 3 )を0.039重量部(In換算として亜鉛合
金粉末に対して0.05重量%)加え、ポットミルで1
0分間均一に混合した後、これをIn:0.05重量
%、Bi:0.01重量%、Al:0.003重量%、
Ga:0.01重量%及びTi:0.005重量%を含
む粒径100〜300μmの亜鉛合金粉末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35重量%濃度の
苛性カリ水溶液35重量部に、フッ素系界面活性剤0.
000975重量部(亜鉛合金粉末に対して0.001
5重量%)を添加し、10分間混合撹拌して十分に分散
させた後、前記亜鉛合金粉末の混合物を4分間かけて徐
々に添加するとともに、150mmHg以下の減圧状態
で撹拌・混合し、更に10mmHg以下の減圧状態にし
て5分間撹拌して、均一なゲル状負極を製造した。
【0010】得られたゲル状負極を用いて図1に示すJ
IS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組み立て
た。この図1において、1は正極端子を兼ねる有底円筒
形の金属缶であり、この金属缶1内には円筒状に加圧成
型した正極合剤2が充填されている。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、これを金属
缶1内に収納し所定の圧力で中空円筒状に加圧成型した
ものである。また、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
筒状のセパレータ3を介して前記方法で製造したゲル状
負極4が充填されている。ゲル状負極4内には真鍮製の
負極集電体5が、その上端部をゲル状負極4より突出す
るように挿着されている。負極集電体5の突出部外周面
及び金属缶1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。また、
絶縁ガスケット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、かつ金属板7には負極端子を兼ねる帽
子形の金属封口板8が負極集電体5の頭部に当接するよ
うに配設されている。そして、金属缶1の開口縁を内方
に屈曲させることにより絶縁ガスケット6及び金属封口
板8で金属缶1内を密封口している。
【0011】(実施例2〜15)亜鉛粉の合金組成が表
1に示す通りであること以外、実施例1と同様にしてJ
IS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組み立て
た。
【0012】(実施例16〜17)酸化インジウムの添
加量が表1に示す通りであること以外、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
み立てた。
【0013】(実施例18〜19)フッ素系界面活性剤
の添加量が表1に示す通りであること以外、実施例1と
同様にしてJIS規格LR6形(単3形)アルカリ電池
を組み立てた。
【0014】(比較例1〜15)亜鉛粉の合金組成が表
2に示す通りであること以外、実施例1と同様にしてJ
IS規格LR6形(単3形)アルカリ電池を組み立て
た。
【0015】(比較例16〜20)酸化インジウム及び
フッ素系界面活性剤の添加量が表2に示す通りであるこ
と以外、実施例1と同様にしてJIS規格LR6形(単
3形)アルカリ電池を組み立てた。
【0016】以上の実施例及び比較例のうち、鉛添加合
金を使った比較例1以外は、不純物としての鉛含有量は
10ppm程度の亜鉛合金を用いた。
【0017】以上のようにして組み立てた各LR6電池
について、未放電及び一部放電(2Ω30分放電)後の
電池を60℃で40日間貯蔵した後、水中で分解して電
池内部のガスを捕集した結果(n=10個の平均値)、
2Ω連続放電持続時間(0.9Vまで、n=6個の平均
値)及び1.2kΩ連続放電での単寿命発生率(n=5
0個)を調べた。表1及び表2にこれら電池の試験結果
を示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】表1及び表2より明らかなように、比較例
4,7,10及び13によると、インジウム,ビスマ
ス,アルミニウム,ガリウムを単独で添加しても、未放
電,一部放電ともに60℃40日貯蔵で漏液してしま
い、ガス発生抑制に効果がないことが分るが、実施例1
〜19のように複数元素系になると相乗効果によって、
比較例1の鉛を含有した亜鉛合金よりもガス発生が抑制
される。
【0021】実施例1〜3及び比較例2〜3によると、
亜鉛合金中の添加元素としてのインジウムは鉛無添加の
場合、非常にガス発生抑制に効果があり、インジウムを
添加しない(比較例2)と、ビスマス,アルミニウム,
ガリウム等を添加しても実用可能なレベルにはならな
い。また、インジウムを0.1重量%より多く添加して
も(比較例3)、際立った効果はなく、コストの面から
考えるとインジウムは0.1重量%以下がよい。
【0022】実施例1,4,5及び比較例5,6による
と、亜鉛合金中の添加元素としてのビスマスは表面を平
滑化し、表面積を減少させることによりガス発生を抑制
すると考えられるが、その反面、添加量が多くなると重
負荷放電特性に悪影響を及ぼすようであるので、ガス発
生抑制と重負荷放電特性のバランスを考慮すると、0.
001〜0.01重量%の範囲で添加することが望まし
い。
【0023】実施例1,6,7及び比較例8,9による
と、アルミニウムはガス発生抑制効果は大きいが、添加
量が多くなると軽負荷放電時に短寿命を引き起こし易い
ことが懸念されるので、ガス発生抑制と軽負荷放電特性
のバランスを考えると、0.001〜0.01重量%の
範囲で添加することが望ましい。
【0024】実施例1,8,9及び比較例11,12に
よると、ガリウムを添加することによるガス発生抑制効
果は明らかであるが、0.01重量%より多く添加して
も(比較例12)、際立った効果はなく、コストの面か
ら考えるとガリウムは0.01重量%以下がよい。
【0025】実施例1,10〜15及び比較例14,1
5によると、チタン等の元素を添加すると、インジウ
ム,ビスマス,アルミニウム,ガリウムの4元素を添加
した場合よりも一部放電後のガス発生がより少ない、よ
り安全なアルカリ電池が得られることがわかる。但し、
チタン等の添加量が多すぎると、かえってガス発生が多
くなる傾向があるので、0.05重量%以下であること
が望ましい。また、本実施例には記載していないが、チ
タン,マンガン,コバルト,ニッケル,テルルのうちの
2種以上を適量添加しても、本実施例と同様に良好な結
果が得られた。
【0026】実施例1,16〜19及び比較例16〜2
0によると、酸化インジウムの添加は、一部放電後のガ
ス発生を、密閉構造を有するアルカリ電池で実用可能な
レベルに抑制するために必要であることは明白である。
しかし、0.5重量%より多く添加しても際立った効果
はなく、コストの面から考えると0.5重量%以下の添
加量でよい。
【0027】なお、本実施例には記載していないが、酸
化インジウムの代りに水酸化インジウム,硝酸インジウ
ム,塩化インジウム,硫酸インジウム等のインジウム化
合物を添加しても本実施例と同様に良好な結果が得られ
た。また、フッ素系界面活性剤の添加は未放電でのガス
発生抑制に効果があることがわかるが、0.01重量%
より多く添加すると、ゲル状負極のインピーダンスが上
昇するために重負荷放電に悪影響を及ぼすので、0.0
1重量%以下の添加量でよい。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
無汞化かつ鉛無添加という電池のさらなる低公害化を達
成し、しかも無汞化・鉛添加亜鉛合金粉末を使用した場
合よりもガス発生が少なく安全で高性能な優れた亜鉛ア
ルカリ電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のゲル状負極を有する亜鉛アルカリ電池
の断面図。
【符号の説明】
1…金属缶、2…正極合剤、3…セパレータ、4…ゲル
状負極、5…負極集電体、6…絶縁ガスケット、7…金
属板、8…金属封口板。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インジウム0.01〜0.1重量%、ビ
    スマス0.001〜0.01重量%、アルミニウム0.
    001〜0.01重量%、ガリウム0.001〜0.0
    1重量%及びチタン,マンガン,コバルト,ニッケル,
    テルルからなる群より選ばれた少なくとも1種類以上を
    0.001〜0.05重量%含有する無汞化且つ鉛無添
    加の亜鉛合金粉末を負極活物質としたゲル状負極を有す
    る亜鉛アルカリ電池。
  2. 【請求項2】 亜鉛合金粉末の防食剤として、ゲル状負
    極にインジウム化合物を亜鉛合金粉末に対してインジウ
    ム換算で0.005〜0.5重量%添加した請求項1記
    載の亜鉛アルカリ電池。
  3. 【請求項3】 亜鉛合金粉末の防食剤として、ゲル状負
    極にフッ素系界面活性剤を亜鉛合金粉末に対して0.0
    005〜0.01重量%添加した請求項1及び請求項2
    記載の亜鉛アルカリ電池。
JP12576793A 1993-05-27 1993-05-27 亜鉛アルカリ電池 Pending JPH06338314A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5645961A (en) * 1994-04-27 1997-07-08 Fdk Corporation Zinc anode can of a battery, method of manufacture thereof, and manganese dry battery using such zinc can prepared by such method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5645961A (en) * 1994-04-27 1997-07-08 Fdk Corporation Zinc anode can of a battery, method of manufacture thereof, and manganese dry battery using such zinc can prepared by such method

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