JPH0750611B2 - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

亜鉛アルカリ電池

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JPH0750611B2
JPH0750611B2 JP8146987A JP8146987A JPH0750611B2 JP H0750611 B2 JPH0750611 B2 JP H0750611B2 JP 8146987 A JP8146987 A JP 8146987A JP 8146987 A JP8146987 A JP 8146987A JP H0750611 B2 JPH0750611 B2 JP H0750611B2
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anticorrosive agent
battery
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寛治 ▲高▼田
良二 岡崎
晃 三浦
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、負極活物質として亜鉛,電解液としてアルカ
リ水溶液,正極活物質として二酸化マンガン,酸化銀,
酸化水銀,酸素,オキシ水酸化ニッケル等を用いる亜鉛
アルカリ電池の亜鉛負極の汞化に用いる水銀量の低減に
有効な手段を提供するものである。
従来の技術 亜鉛負極の電解液の腐食を抑制するため、従来から、7
〜10重量%程度の水銀を亜鉛に添加する方法が工業的に
採られて来た。しかし、近年、低公害化のため、水銀含
有量の低減化の社会的ニーズが高まり、少量の水銀の使
用で十分な耐食性を確保するため、種々の耐食性亜鉛合
金が開発、又は提案されている。例えば、亜鉛中にイン
ジウム,鉛,ガリウム,アルミニウム,などを添加した
耐食性亜鉛合金粉末が有力なものとされ、インジウムと
鉛を添加した亜鉛合金がすでに実用化され、さらに耐食
性を向上させるため、インジウム,鉛を加えて、アルミ
ニウム,必要に応じてガリウムを添加した亜鉛合金が代
表的なものとして検討されている。これらの耐食性亜鉛
合金を用いた場合、汞化率(負極亜鉛中の水銀の重量百
分率)を減少させても耐食性が確保でき、インジウムと
鉛を添加した亜鉛合金の場合で汞化率3%、さらにこれ
を改良した上記のインジウム,鉛に加えてアルミニウ
ム,必要に応じてガリウムを添加した亜鉛合金では汞化
率1.5%程度でも純亜鉛の場合の汞化率7〜10%に相当
する耐食性が得られる。
汞化率を低減させる方法として耐食性亜鉛合金を用いる
ことが有効なことは上述の例に見られる通りであるが、
他の有効な方法として、防食剤の添加が考えられ、電池
内の水銀含有量を極限にまで減少させる技術として耐食
性亜鉛合金と防食剤の併用は不可欠と考えられる。
従来、アルカリ性水溶液の電解液中での亜鉛負極の防食
のため、エチレングリコール等のグリコール類,メルカ
プトカルボン酸,アミノナフタリンスルホン酸,アゾナ
フタリン類,カルバゾール,シアンヒドリル,2−メリカ
プトベンゾチアゾール等のチアゾール誘導体、ベンゾト
リアゾール又はその誘導体など枚挙にいとまのない種々
の防食剤の適用が提案されている。これらの防食剤は電
解液中に少量を添加するのが一般的な適用法である。然
し、何れの防食剤も顕著な防食効果が認められず、汞化
率を低減させるための有効な手段になっていないのが現
状である。
発明が解決しようとする課題点 亜鉛負極の防食が不十分な場合は電池の貯蔵中に亜鉛の
消耗とともに水素ガスが発生し、電池内圧が上昇して電
解液の漏出,電池の変形の原因となり、著しい場合は電
池の破裂の原因となる。しかも、亜鉛の腐食は電池の容
量低下など貯蔵後の電池性能の劣化をもたらす原因とも
なる。本発明は上記の諸問題の発生を防止するに十分な
亜鉛負極の耐腐食性を汞化率を極力低減化した状態で確
保することを目的とする。その方法として、従来から提
案されている前述の各種防食剤以上に防食効果が大き
く、耐アルカリ性で、しかも放電性能にも悪影響のない
防食剤を新たに探索して低汞化率の亜鉛負極を備えた電
池に適用し、実用的な電池の諸特性を損うことなく、水
銀含有率の小さい低公害の亜鉛アルカリ電池を提供する
ものである。
問題点を解決するための手段 本発明は電解液に水酸化カリウム,水酸化ナトリウムな
どを主成分とするアルカリ水溶液,負極活物質に亜鉛、
又は亜鉛合金,正極活物質に二酸化マンガン,酸化銀,
酸素,オキシ水酸化ニッケル,酸化水銀などを用いるい
わゆる亜鉛アルカリ電池の負極の腐食を抑制する防食剤
として、ソルビトール(HOCH2(CHOH)4CH2OH)を用いるも
のである。
この防食剤の適用方法は電解液中への添加,セパレー
タ,保液材の少くとも一方への含浸,負極活物質表面へ
の付着などの方法を採ることができる。また、負極活物
質には純亜鉛には亜鉛合金を用いるが、特に大幅な汞化
率の低減には、耐負性亜鉛合金と上記防食剤を併用する
のが効果的である。例えば、インジウム,鉛を添加した
亜鉛合金,或いはこれにガリウムを添加した亜鉛合金と
併用すると0.2%の汞化率でも負極の耐食性が十分な電
池が得られ、さらに上記の亜鉛合金の添加元素に加え、
アルミニウム,ストロンチウム,カルシウム,マグネシ
ウム,バリウム,ニッケルのうち少くとも一種を含有す
る亜鉛合金を併用すると0.05%の汞化率でも負極の耐食
性が確保できる。
作用 本発明で用いる防食剤の作用機構は不明確であるが、下
記のように推察される。
本発明の防食剤はグルコースの糖アルコールであり、極
性基である水酸基を6個有しており、極めて電解液中に
溶解しやすく、溶解した本発明の防食剤の極性基である
6個の水酸基のいずれかが負極の亜鉛又は亜鉛合金の表
面に吸着するものと考えられる。
亜鉛のアルカリ電解液中での腐食反応は次式で示される
が、防食剤が負極表面に吸着し被膜を形成すると、 アノード反応 Zn+4OH-→Zn(OH)2- 4+2e- カソード反応 2H2O+2e-→2OH-+H2 アノード反応の原因となる水酸イオンの亜鉛負極への接
近が妨害され、またカソード反応に必要な水分子が亜鉛
負極表面近傍に存在できなくなり亜鉛の腐食が抑えられ
るる。防食剤が少量で亜鉛負極表面を完全に覆っていな
い状態でも、添加した防食剤の亜鉛負極表面の吸着部分
での亜鉛の腐食反応が抑制され、亜鉛負極の総腐食量が
減少する。また防食剤はセパレータおよび/または保液
材への含浸,負極活物質表面への付着などの方法で添加
しても、電池構成後に防食剤が電解液中に溶解あるいは
分散し、上記と同様に亜鉛負極面に吸着し、亜鉛の腐食
が抑制される。以上の如く本発明に用いる防食剤は亜鉛
の腐食反応に関する表面を覆うため防食効果が得られた
ものと考えられる。また、特開昭58−18268で開示され
たインジウムと鉛を含有する亜鉛合金、あるいは特開昭
60−175368,特開昭61−77267,特開昭61−181068,特開昭
61−203563,特願昭61−150307等で発明者等が開示した
インジウムと鉛を含有し、さらにガリウム,アルミニウ
ム,ストロンチウム,カルシウム,マグネシウム,バリ
ウム,ニッケルの群より選ばれた一種以上を含有する亜
鉛合金はいずれも耐食性が優れているが汞化率を0.2%
程度まで低下させると充分な耐食性が確保できない。し
かしながら上記防食剤を併用すると両者の防食作用が併
合され、場合によっては0.05%の汞化率でも負極の耐食
性が確保される。
上記の如く本発明は亜鉛負極の耐食性向上に有効な防食
剤と耐食性亜鉛合金との併用を実験的に検討し、低汞化
率で実用性の高い亜鉛アルカリ電池を完成したものであ
る。
以下実施例により詳細に説明する。
実施例 負極活物質である亜鉛又は亜鉛合金の汞化率低減に対す
る本発明の防食剤の効果を図に示すボタン形酸化銀電池
を試作して比較検討した。
図において、1はステンレス鋼製の封口板で、その内面
に銅メッキが施されている。2は水酸化カリウムの40重
量%水溶液に酸化亜鉛を飽和させた電解液(防食剤を添
加する場合は第1表に示した防食剤を1000ppm溶解させ
た電解液)をカルボキシメチルセルロースによりゲル化
し、このゲル中に汞化亜鉛又は汞化亜鉛合金の50〜150
メッシュの粉末を分散させた亜鉛負極である。3はセル
ロース系の保液材、4は多孔性ポリプロピレン製のセパ
レータ、5は酸化銀に黒鉛を混合して加圧成形した正
極、6は鉄にニッケルメッキを施した正極リング、7は
ニッケルメッキを施したステンレス鋼製の正極缶であ
る。8はポリプロピレン製のガスケットで、正極缶7の
折り曲げにより正極缶7と封口板1との間に圧縮されて
いる。試作した電池は直径11.6mm,総高5.4mmである。試
作した電池の60℃で1カ月間貯蔵した後の放電性能と電
池総高の変化,及び目視判定で漏液が観察された電池の
個数を第2表に示す。放電性能は、20℃において510Ω
で0.9Vを終止電圧として放電した時の放電持続時間で表
わした。
正常なボタン電池では通常、電池を封口後、各電池構成
要素間の応力の関係が安定化するまでは経時的に電池総
高が若干減少するが、負極亜鉛の腐食に伴う水素ガスの
発生が多い電池では電池内圧の上昇により電池総高が増
大する傾向が強くなる。従って、貯蔵期間中の電池総高
の増減により負極亜鉛の耐食性が評価できる。耐食性が
不十分な電池では電池総高が増大するほか、電池内圧の
上昇により漏液し易く、また、腐食による負極亜鉛の消
耗,表面の酸化により放電性能も劣化する。このような
観点で、第1表の試作実験結果は次のように評価され
る。先ず、No.1〜4は負極活物質として耐食性が極めて
すぐれ、通常、汞化率1.5%以上なら、防食剤の助けな
しで実用電池の負極として使用することが有望視されて
いる亜鉛合金(Pb,In,Alを含有する亜鉛合金)を0.05%
という極めて低汞化率で電池を構成して防食剤の効果を
比較したものである。これらの結果は、本発明の防食剤
を添加したNo.1の場合がNo.2〜4の従来例の防食剤を添
加,又は無添加の場合より極めて良好であることを示
し、上記の耐食性亜鉛合金と本発明の防食剤を併用する
ことにより0.05%以上の汞化率で負極の耐食性を十分に
確保でき、極めて低汞化率の亜鉛アルカリ電池が構成で
きることを示している。また、No.5〜8は現在、普及材
料としてすでに3%の汞化率で実用化されている亜鉛合
金(Pb,Inを含有する亜鉛合金)の汞化率を0.2%まで減
少させて、本発明の防食剤の効果を検討したものであ
る。この場合にも、No.5の実施例はNo.6〜8の従来例又
は無添加の場合とで、明白に電池性能に差異が見られ、
上記亜鉛合金と本発明の防食剤を併用すれば0.2%以上
の汞化率で負極の耐食性が十分で実用性能にすぐれた低
汞化率の亜鉛アルカリ電池が構成できることを示してい
る。さらに、No.9〜12は通常7〜10%程度の汞化率を必
要とする純亜鉛粉を負極活物質に用いた場合に本発明を
適用して3%まで汞化率を低減しても十分な実用性のあ
る電池を構成できることを示している。また、No.13〜2
0は防食剤の助けなしでもほぼ負極の耐食性が確保でき
る1.5〜3%の汞化率の亜鉛合金を負極に用いた場合に
本発明の効果を念のため確認したものであり、No.13及
びNo.17の実施例の場合は、No.14〜16及びNo.18〜20の
従来例又は無添加の場合よりさらに特性が向上してお
り、高度の耐食性が確保されたことにより品質が安定し
たことを示している。
No.21,22はPbとInを含有する亜鉛合金とほぼ同等の腐食
性を有する,Pb,In,Gaを含有する亜鉛合金を汞化率0.2%
として本発明の効果を調べたもので、No.21の実施例の
場合はNo.5のPb,Inを含有した亜鉛合金での実施例と同
様0.2%の汞化率が実現できることを示している。
No.23〜32は、Pb,In,Alを含有する耐食性の改良された
亜鉛合金とほぼ同等の耐食性を有する亜鉛合金として、
期待されるものについて、汞化率0.05%で本発明の効果
を調べたもので、いずれの実施例(No.23,25,27,29,3
1)も0.05%という低汞化率でも、Pb,In,Alを含有する
亜鉛合金でのNo.1の実施例と同様に、すぐれた電池性能
を示している。以上の場合はいずれも電解液中に防食剤
を溶解させて本発明の効果を検討した結果であるが、N
o.33,34,35は防食剤を電解液中に添加する方法以外の本
発明の実施例を示したもので、予め、汞化亜鉛合金に防
食剤を付着させたNo.33、予めセパレータもしくは保液
材に防食剤を含浸させたNo.34,35の何れもが電解液に防
食剤を溶解させた場合とほぼ等しい効果が認められた。
これらの場合、いずれも電池構成後に序々に防食剤が電
解液中に溶解して防食効果を発揮するもので、特に、セ
パレータもしくは保液材に防食剤を含浸させた場合に
は、電解液の浸透が速くなるので電池構成が容易にな
り、生産性を高める効果もある。
発明の効果 本発明は新規に探索した防食剤の効果により亜鉛アルカ
リ電池の負極の汞化率を大幅に低減することを可能にし
たものである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例に用いたボタン形酸化銀電池の一部
を断面にした側面図である。2……亜鉛負極、4……セ
パレータ、5……酸化銀正極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 4/62 C

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負極活物質の防食剤として、ソルビトール
    (HOCH2(CHOH)4CH2OH)を用いた亜鉛アルカリ電池。
  2. 【請求項2】防食剤を電解液中に溶解させた特許請求の
    範囲第1項記載の亜鉛アルカリ電池。
  3. 【請求項3】防食剤を予めセパレータ,電解液保持材の
    双方又は一方に含浸させた特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載の亜鉛アルカリ電池。
  4. 【請求項4】防食剤を予め負極活物質の表面に付着させ
    た特許請求の範囲第1項又は第2項記載の亜鉛アルカリ
    電池。
  5. 【請求項5】必須添加元素としてインジウム,鉛を、任
    意の添加元素としてガリウムを含有する亜鉛合金を負極
    活物質に用い、負極活物質の汞化率が3〜0.2%である
    特許請求の範囲第1項から第4項のいずれかに記載の亜
    鉛アルカリ電池。
  6. 【請求項6】必須添加元素としてインジウム,鉛を含有
    し、さらにアルミニウム,ストロンチウム,カルシウ
    ム,マグネシウム,バリウム,ニッケル,ガリウムの群
    より選ばれた一種以上を含有する亜鉛合金を負極活物質
    に用い、負極活物質の汞化率が1.5〜0.05%である特許
    請求の範囲第1項から第5項のいずれかに記載の亜鉛ア
    ルカリ電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170085123A (ko) * 2014-12-19 2017-07-21 도요타 지도샤(주) 비수 전해질 이차 전지의 제조 방법 및 비수 전해질 이차 전지

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KR20170085123A (ko) * 2014-12-19 2017-07-21 도요타 지도샤(주) 비수 전해질 이차 전지의 제조 방법 및 비수 전해질 이차 전지

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