JPH0665031B2 - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は亜鉛アルカリ電池に関し、詳しくは鉛とカルシ
ウムとビスマス、テルルより選ばれる１種以上を特定範
囲で含有した亜鉛合金をそのまま、もしくは汞化して電
池用負極活物質として用いた亜鉛アルカリ電池に関す
る。

（発明の背景） 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くすることが研究さ
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５〜10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。

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、あるいは本発明者等による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。しかし、これらの亜鉛合金粉末はある程度のガス
発生抑制効果を奏するが、まだ十分とは言えない。

このように、負極活物質である亜鉛合金粉末を低汞化と
しつつ、水素ガス発生量を低減し、しかも電池性能であ
る放電性能を高い水準に維持する電池は未だ得られてい
ない。

（発明の目的） 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
い水準に維持する負極活物質を用いた亜鉛アルカリ電池
を提供することを目的とする。

（発明の経緯） 本発明者らはこの目的に沿って鋭意研究の結果、亜鉛か
らなる負極活物質において、鉛とカルシウムとビスマ
ス、テルルより選ばれる１種以上を特定範囲の量添加す
ることにより、これら添加元素の相乗的な効果によっ
て、従来の低汞化した亜鉛合金粉末よりも更に水素ガス
発生量を低下させ、しかも放電性能に優れた亜鉛アルカ
リ電池が得られることを見出し本発明に到達した。

（発明の構成） すなわち本発明は鉛を0.01〜0.5重量％、カルシウムを
0.005〜0.5重量％、ビスマス、テルルより選ばれる１種
以上を0.01〜0.5重量％含有する亜鉛合金を負極活物質
として用いたことを特徴とする亜鉛アルカリ電池にあ
る。

本発明において、鉛とカルシウムとビスマス、テルルよ
り選ばれる１種以上とを特定量添加した亜鉛合金は、そ
のまま負極活物質として用いるか、亜鉛合金を汞化した
後に負極活物質として用いる。汞化する場合の水銀含有
率は、従来の負極活物質の水銀含有率よりも少ない量、
すなわち5.0重量％未満であるが、より汞化率を低く
し、低公害性を考慮すると3.0重量％以下である。ま
た、1.0重量％前後またはそれ以下の少量であってもガ
ス発生を抑制することが可能である。特に、排気機構を
備えた空気電池や水素吸収機構を備えた亜鉛アルカリ電
池等においては、水素ガスの発生許容量は比較的大きい
ので、このような電池に本発明を適用する場合は、1.0
重量％以下の低汞化率または無汞化の亜鉛合金が負極活
物質として好ましく用いられる。

この負極活物質に用いられる亜鉛合金の鉛の含有率は0.
01〜0.5重量％、カルシウムの含有率は0.005〜0.5重量
％、ビスマス、テルルより選ばれる１種以上の含有率は
0.01〜0.5重量％と少量で添加効果が発揮される。鉛と
カルシウムとビスマス、テルルより選ばれる１種以上の
含有率がそれぞれ下限未満では本発明の効果が得られ
ず、上限を越えると、不純物を含有した亜鉛のように、
自己放電が進み、ガス発生抑制および放電性能にとって
良好な結果が得られない。なお、カルシウムの含有率は
0.005〜0.2重量％の範囲が特に好ましく、0.2重量％を
越えた場合にはそれほどの含有効果は見られない。

これら各添加元素の作用効果は充分に解明されていない
が、推定するに、亜鉛合金中に含まれている鉛は水素過
電圧を高める作用を有し、またカルシウムは亜鉛合金表
面を平滑化させる効果があり、これによって反応表面積
を減少させ、耐食性の向上に役立つと考えられる。ま
た、ビスマス、テルルについても亜鉛と溶体化すること
により原子間結合力を強め、耐食性の向上に役立つてい
ると考えられる。

本発明は、これら各作用の相乗効果により、放電特性を
劣化させることなく、耐食性のよい亜鉛合金が得られた
ものである。

このように本発明の亜鉛アルカリ電池は、電解液に苛性
カリ、苛性ソーダ等を主成分とするアルカリ水溶液を用
い、負極活物質に上記した亜鉛合金または汞化した亜鉛
合金、正極活物質に二酸化マンガン、酸化銀、酸素等を
用いることにより得られる。

（実施例の説明） 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１〜８ 純度99.997％以上の亜鉛地金を約500℃で溶融し、これ
に第１表に示すごとく鉛、カルシウム、ビスマスの含有
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５Kg／c
m²）を使って粉体化した。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％になるように
水銀を添加して、汞化処理を行ない亜鉛合金粉末（実施
例１）を得た。

また、第１表に示すごとく、下記の組成でそれぞれ、 １）：鉛0.05重量％、カルシウム0.05重量％、テルル0.
05重量％（実施例２）、 ２）：鉛0.01重量％、カルシウム0.005重量％、ビスマ
ス0.01重量％（実施例３）、 ３）：鉛0.01重量％、カルシウム0.005重量％、テルル
0.01重量％（実施例４）、 ４）：鉛0.5重量％、カルシウム0.2重量％、ビスマス0.
5重量％（実施例５）、 ５）：鉛0.5重量％、カルシウム0.5重量％、テルル0.5
重量％（実施例６）、 ６）：鉛0.05重量％（比較例１）、 ７）：鉛0.05重量％、カルシウム0.05重量％（比較例
２）、 ８）：鉛0.005重量％、カルシウム0.05重量％、テルル
0.05重量％（比較例３）、 ９）：鉛1.0重量％、カルシウム0.05重量％、テルル0.0
5重量％（比較例４）、 10）：鉛0.05重量％、カルシウム0.001重量％、ビスマ
ス0.05重量％（比較例５）、 11）：鉛0.05重量％、カルシウム1.0重量％、ビスマス
0.05重量％（比較例６）、 12）：鉛0.05重量％、カルシウム0.05重量％、ビスマス
0.005重量％（比較例７）、 13）：鉛0.05重量％、カルシウム0.05重量％、ビスマス
1.0重量％（比較例８）、 からなる亜鉛合金をそれぞれ作成し、これを前記と同様
な方法で粉体化し、汞化処理を行なって水銀含有率が1.
0重量％の亜鉛合金粉末（実施例２〜６および比較例１
〜８）を得た。

このようにして得られた亜鉛合金粉末を使って水素ガス
発生試験を行ない、その結果を第１表に示す。なお、ガ
ス発生試験は、電解液として濃度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を５ml用い、亜
鉛合金粉末を10ｇを用いて45℃で50日間のガス発生量
（ml／ｇ）を測定した。

また、これらの亜鉛合金粉末を負極活物質として第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。第１図のアルカリマンガン電池は、正極缶１、正極
２、セパレーター３、亜鉛合金粉末をカルボキシメチル
セルロースでゲル化した負極４、負極集電体５、ゴムパ
ッキン６、押さえ板７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４Ω、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
の負極活物質を用いた後述する比較例９の測定値を100
とした指数で示した。結果を第１表に示す。

比較例９ 実施例１と同様の方法で亜鉛に水銀を5.0重量％添加し
た従来より用いられている汞化亜鉛合金粉末（比較例
９）を得た。これを実施例１と同様の方法で水素ガス発
生試験と電池性能試験を行ない、その結果を第１表に示
した。

第１表に示されるごとく、亜鉛に鉛とカルシウムとビス
マス、テルルより選ばれる１種以上を特定量添加して汞
化させた汞化亜鉛合金粉末を負極活物質に用いた実施例
１〜６は、比較例１〜８や亜鉛に水銀のみを添加した従
来より用いられている汞化亜鉛合金粉末を負極活物質に
用いた比較例９に比べて、水素ガス発生抑制効果が大き
く、放電性能も優れていることがわかる。

（発明の効果） 以上説明のごとく、鉛とカルシウムとビスマス、テルル
より選ばれる１種以上を特定範囲で含有した亜鉛合金を
そのまま、もしくは汞化して負極活物質として用いた本
発明の亜鉛アルカリ電池は、水素ガス発生率を抑制しつ
つ、電池性能を向上させることが可能であり、また水銀
が低含有率もしくは含有しないことから、社会的ニーズ
にも沿ったものである。従って、本発明の亜鉛アルカリ
電池は広範な用途に使用可能である。

【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原理図
を示す。 １：正極缶、２：正極、３：セパレーター、４：負極、
５：負極集電体、６：ゴムパッキン、７：押さえ板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 良二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高田 寛治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 三浦 晃 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉛を0.01〜0.5重量％、カルシウムを0.005
   〜0.5重量％、ビスマス、テルルより選ばれる１種以上
   を合計0.01〜0.5重量％含有する亜鉛合金を負極活物質
   として用いたことを特徴とする亜鉛アルカリ電池。
2. 【請求項２】前記亜鉛合金が汞化されている前記特許請
   求の範囲第１項記載の亜鉛アルカリ電池。