JPH0648622B2 - アルカリ電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、亜鉛を陰極とし、アルカリ溶液を電解液とす
るアルカリ電池に関するものであり、さらに詳細には、
陰極の改良に関するもである。

〔従来の技術〕

亜鉛を陰極とし、水酸化カリウム等のアルカリ溶液を電
解液としたアルカリ電池では、長期保存中に亜鉛が腐食
し、これに伴って発生する水素ガスにより、密閉された
電池内部の圧力が上昇し、ついには爆発するという危険
を伴うことが知られている。

そこで従来、電池構造上、安全弁を設ける等の手段を講
じ、比較的電池内部の圧力の低い段階でこの圧力を解放
し、上記爆発を防止することが考えられている。しかし
ながら、この場合、電池内部のアルカリ溶液も漏出し易
くなり、使用機器を損なったり、人体へ害をおよぼす等
の問題がある。

一方、亜鉛そのものの腐食を抑える方法として、陰極に
用いる亜鉛を汞化（アマルガム化）する方法が知られて
いる。すなわち、亜鉛の腐食は、次式 Ｚｎ＋２Ｈ_２Ｏ→ＺｎＯ＋２Ｈ_２ で示されるように、水素の発生を伴うが、水銀を添加し
て亜鉛表面を水銀アマルガムで覆うと、この反応が極め
て抑制され、上記水素の発生を低減することができる。

このように、亜鉛陰極を汞化する方法は、アルカリ電池
における水素ガスを低減する上で、非常に有効な手段で
あるが、この亜鉛表面のアマルガム化に使用される水銀
は、陰極亜鉛中、５〜１０重量％にも及び、近年、環境
汚染の点から問題視されている。

さらに従来、例えば特開昭４７−４３９２５号公報に記
載されるように、陰極として、亜鉛に対して鉛を合金の
状態で添加したものを用いることも提案されているが、
水銀により亜鉛表面をアマルガム化する方法に比べる
と、その効果は充分なものとは言い難い。

したがって、水銀を使用することなく、水銀により亜鉛
表面をアマルガム化した場合と同等の特性を有するアル
カリ電池が要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明は、前述の当該技術分野の要望に応えて提
案されたものであって、水素ガスの発生が極めて少な
く、環境汚染の問題や電池特性の劣化を生ずることのな
いアルカリ電池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〕

本発明者は、水銀を用いることなく水素ガスの発生の少
ないアルカリ電池を開発せんものと鋭意研究の結果、亜
鉛腐食抑制に対して、鉛（または酸化鉛）と酸化亜鉛の
添加に相乗効果があり、鉛（酸化鉛）や酸化亜鉛を単独
で添加した場合に比べて、両者を共存させることにより
水素ガスの発生が幅に減少することを見出した。

本発明は、このような知見に基づいて完成するに至った
ものであって、陽極と陰極とアルカリ電解液とからなる
アルカリ電池において、上記陰極は、亜鉛粉末と、この
亜鉛粉末に対して0.01〜２重量％の鉛粉末あるいは酸化
鉛粉末と、上記電解液に対して0.01〜２０重量％の酸化
亜鉛粉末とを含有するゲル状陰極であることを特徴とす
るものである。

〔作用〕

このように、亜鉛粉末に対し、鉛粉末（または酸化鉛粉
末）と酸化亜鉛粉末とを添加し、ゲル化剤によりゲル状
にしてアルカリ電池の陰極に用いることにより、水素ガ
ス発生量を幅に低減することがきる。

この水素ガス発生量が減少する機構については、その詳
細は不明であるが、上記鉛粉末（または酸化鉛粉末）の
添加によって、上記亜鉛の表面が鉛で覆われ、負荷をか
けたときにのみ上記亜鉛が電解液に作用して、電池の陽
極・陰極での反応に関与し、無負荷時には亜鉛が電解液
と直接反応することがないものと推定される。

これに対して、鉛と合金の状態で亜鉛に添加した場合に
は、この亜鉛表面は直接電解液と反応し、無負荷状態で
も電解液と作用して水素ガスが発生するものと考えられ
る。

〔実施例〕

以下、本発明に係るアルカリ電池について詳述する。

本発明のアルカリ電池においては、その陰極の構成が特
徴的である。

通常、アルカリ電池の陰極としては、亜鉛の粉末が使用
されるが、本発明においては、この亜鉛粉末に、鉛（Ｐ
ｂ）粉末あるいは酸化鉛（ＰｂＯ）粉末と酸化亜鉛粉末
（ＺｎＯ）を添加したものを使用する。

ここで、上記亜鉛粉末の粒径としては、５０〜２００メ
ッシュのものが用いられる。

また、上記鉛粉末あるいは酸化鉛粉末は、その粒径が１
００メッシュ（約１５０μ）よりも細かいものを使用す
ることが好ましい。これら鉛粉末あるいは酸化鉛粉末の
粒径が１００メッシュよりも粗いと、均一分散性の点か
ら、水素ガス発生に対する抑制効果はあまり期待できな
い。

この鉛粉末あるいは酸化鉛粉末の添加量は、上記亜鉛粉
末に対して0.01〜２重量％の範囲内であることが望まし
い。上記添加量が0.01重量％未満では、ほとんどその効
果が期待できず、逆に、添加量が２重量％を越えても、
効果が低下する。

一方、上記酸化亜鉛粉末は、粒径が５０μ以下のものが
用いられ、その添加量は、電解液に対して0.01〜２０重
量％の範囲に設定される。この酸化亜鉛粉末の添加量
は、多いほど効果が高いが、過剰の添加は電池としての
放電特性を劣化させるので、実際上は上述の範囲内であ
るのが好ましい。

これら亜鉛粉末、鉛粉末（あるいは酸化鉛粉末）及び酸
化亜鉛粉末は、ゲル化剤によってゲル状にして陰極に用
いられる。

本発明者は、６０重量部の無汞化亜鉛粉末に、鉛粉末
（あるいは酸化鉛粉末）や酸化亜鉛粉末（粒径４４μ）
を次表に示すように種々の割合で添加し、３７重量部の
電解液（水酸化カリウム溶液）及び１重量部のゲル化剤
（カルボキシメチルセルロース）を加え、ゲル状亜鉛陰
極を作成した。この陰極を温度６０℃に保ち、ガス発生
試験を行ったところ、次表に示すような結果が得られ
た。なお、この表において、ガス発生速度は、陰極全量
に対する１日当たりのガス発生量を求めた。

この表より、鉛粉末あるいは酸化鉛粉末単独添加では、
いずれも無添加の場合に比べて、ガス発生速度は半分程
度にしか抑えられないが、鉛及び酸化亜鉛の両者を同時
に添加することにより、ガス発生速度が１／２０程度に
まで抑えられることが分かった。また、鉛粉末の代わり
に酸化鉛粉末を用いても、同様の効果があることが確認
された。これは、酸化鉛粉末が、式 ＰｂＯ＋Ｚｎ → ＺｎＯ＋Ｐｂ で示されるように、亜鉛粉末表面に金属鉛として還元析
出したためであると推定される。

さらに、ガス発生に及ぼす鉛粉末の影響を調べるため
に、亜鉛粉末に対して０〜1.00重量％の鉛粉末を添加
し、酸化亜鉛を全量に対して２重量％添加し、得られる
陰極の各日毎のガス発生量を測定して保存日数とガス発
生量の関係を調べた。結果を第１図に示す。なお、この
第１図において、ａはＰｂ０重量％，ｂはＰｂ0.05重量
％，ｃはＰｂ0.10重量％，ｄはＰｂ0.20重量％，ｅはＰ
ｂ0.50重量％，ｆはＰｂ1.00重量％である場合をそれぞ
れ示す。

この第１図より、鉛粉末の添加により経日的なガスの発
生も抑えられ、保存性が良好となることが分かる。

上述のように、亜鉛粉末と鉛粉末（または酸化鉛粉末）
及び酸化亜鉛粉末をゲル化剤によりゲル化して陰極材に
用い、例えば、酸化銀や二酸化マンガン等の陽極材を入
れた電池陽極缶に、セロハンシートやコットン不織布か
らなるセパレータやナイロンガスケットを介して、上記
陰極材を充填した電池陰極缶を重ね、開口部を密封し
て、ガスの発生の少ないアルカリ電池が作成される。

〔発明の効果〕

上述の説明からも明らかなように、本発明においては、
アルカリ電池の陰極に、亜鉛粉末に対して鉛粉末（ある
いは酸化鉛粉末）と酸化亜鉛粉末の両者を同時に添加し
たものを使用しているので、水素ガスの発生量が亜鉛を
アマルガム化した場合と同等以上に減少し、このためこ
のアルカリ電池が爆発する虞れがない。

また、高価な水銀を使用する必要がないので、製造コス
トを低減することができるとともに、環境汚染の虞れが
無いことから、廃棄が簡単である。したがって、廃水処
理施設等の設備面でも、大規模なものが必要ないため、
有利である。

さらに、本発明に係るアルカリ電池は、電池の耐漏液性
等、全ての電池特性に亘って、従来のものと同等であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化亜鉛を含む亜鉛粉末に対して鉛粉末を０〜
1.00重量％添加した場合の保存日数とガス発生量の関係
を示す特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極と陰極とアルカリ電解液とからなるア
   ルカリ電池において、上記陰極は、亜鉛粉末と、この亜
   鉛粉末に対して0.01〜２重量％の鉛粉末あるいは酸化鉛
   粉末と、上記電解液に対して0.01〜２０重量％の酸化亜
   鉛粉末とを含有するゲル状陰極であることを特徴とする
   アルカリ電池。