JPS61181070A - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

亜鉛アルカリ電池

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JPS61181070A
JPS61181070A JP60020374A JP2037485A JPS61181070A JP S61181070 A JPS61181070 A JP S61181070A JP 60020374 A JP60020374 A JP 60020374A JP 2037485 A JP2037485 A JP 2037485A JP S61181070 A JPS61181070 A JP S61181070A
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Akira Miura
三浦 晃
Kanji Takada
寛治 高田
Ryoji Okazaki
良二 岡崎
Toyohide Uemura
植村 豊秀
Keiichi Kagawa
賀川 恵市
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Panasonic Holdings Corp
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/42Alloys based on zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、水酸化ニッケル等を用いる亜鉛アルカ
リ電池の負極の改良に関するものである。
従来の技術 亜鉛アルカリ電池の共通した問題点として、保存中の負
極亜鉛の電解液による腐食が挙げられる。
従来、亜鉛に5〜lO重量%程度の水銀を添加した氷化
亜鉛粉末を用いて水素過電圧を高め、実用的に問題のな
い程度に腐食を抑制することが工業的な手法として採用
されている。しあ1し近年、低公害化のため、電池内の
含有水銀量を低減させることが社会的ニーズとして高ま
り、種々の研究がなされている。例えば、亜鉛中に鉛、
カドミウム。
インジウム、ガリウムなどを添力Qした合金粉末を用い
て耐食性を向上させ、水化率を低減させる方法が提案さ
れている。これらの腐食抑制効果は、添加元素の単体の
効果以外に複数の添加元素による複合効果も大きく、イ
ンジウムと鉛あるいはこれにさらにガリウムを添加した
もの、さらにはガリウムと鉛を添加した亜鉛合金などが
従来、有望な系として提案されている。
これらはいずれもある程度の耐食性が期待でき、水化率
の低減もある程度見込めるものの、さらに一層、耐食性
のよい合金系の探索が必要である。
また、主にマンガン乾電池の改良をめざして、亜鉛又は
亜鉛合金にインジュウムを添加した亜鉛合金を負極に使
用することが防食上の効果が大きいという提案がある(
特公昭33−3204号)。
発明が解決しようとする問題点 上記の提案の中では亜鉛合金中の元素として、インジウ
ムの他にFe、 Cd、 Cr、 Pb、 Ca、 H
g。
Bi、Sb、A1.Ag、Mg、Si、Ni、Mn等を
不純物又は添加物として1又は2種以上を含む場合を包
含して記載されているが、インジウムと鉛を添加元素と
して併用した場合の有効性以外には、上記の雑多な各元
素を不純物として含むのか、有効な元素として添加する
のかの区分は明示されていなく、どの元素が防食に有効
なのかさえ不明であり、その適切な添加量についてはイ
ンジウム。
鉛以外の記載はない。
これらの元素の組合せの効果について、しかもこれを亜
鉛アルカリ電池において検討し、有効な合金組成を求め
ることは、なお今後の課題である。
本発明は、負極亜鉛の耐食性、放電性能を劣化させるこ
となく水比率を低減させ、低公害で放電性能、貯蔵性、
耐漏液性などの総合性能のすぐれた亜鉛アルカリ電池を
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 本発明は、電解液にか性カリ、か性ソーダなどを主成分
とするアルカリ水溶液、負極活物質に亜鉛、正極活物質
に二酸化マンガン、酸化銀、酸化水銀、酸素などを用い
るいわゆる亜鉛アルカリ系電池の負極に亜鉛を主成分と
しニッケル(Ni)を0.01〜0.5重量%、鉛(P
b)を0.01〜0.5重量%、カドミウム(Cd)を
0.01〜0.5重量%含有する亜鉛合金を用いたこと
を特徴とする。
本発明は、前記の従来例の亜鉛合金中の添加元素又は不
純物のうち、Niが安価で環境汚染の心配のない無公害
の元素であることに注目し、Niの添加効果について実
験を行ない、Niを単独で添加した亜鉛合金は防食性に
乏しいが、Niとpb及びCdの3元素を併存させた場
合には上記の元素の1〜2種を添加した場合に較べて顕
著な複合的防食効果が得られることを見出だして完成し
たものである。
作用 Ni、或いはPb、Cdの単独での添加による防食効果
、及びこれらの元素の複合効果についての作用機構は不
明確であるが、次のように推察される。
まず、亜鉛に対するNiの溶解度は小さいが噴射法で粉
体化する際の冷却速度が103℃/secのオーダーで
非常に大きいため、後述の実施例での適正な含有量の程
度の亜鉛合金粉においてはNiが亜鉛と溶体化する可能
性がある。従って、亜鉛合金を表面から水化した場合、
水銀と親和性の小さいNiが結晶内への水銀の拡散を抑
制して亜鉛合金表面の水銀濃度を高く維持することに寄
与することが考えられる。また、pbとCdは亜鉛合金
の結晶粒界近傍に偏析し易く、水化亜鉛合金の表面層の
水銀が粒界を通じて内部に拡散するのを抑制して表面の
水銀濃度を高く維持することに寄与するものと思われる
。この効果は、pb或いはCdを単独で添加した場合よ
りも、双方を併存させた方がより大きい、何らかの複合
作用があるものと考えられる。本発明は上記の3元素の
複合効果より水化した亜鉛合金の表面層の水銀の内部へ
の拡散をより一層効果的に抑制して表面の水銀濃度を確
実に維持して水素過電圧を長期間にわたり大きく保つこ
とによって、負極亜鉛の耐食性を著しく改善したもので
ある。すなわち、Niによる結晶粒内への水銀の拡散の
抑制、及びPb、Cd併存による粒界拡散の抑制の作用
を複合させることによる防食効果を期待して実験を行な
い、上=!23元素を適正な含有量で併存させた亜鉛合
金を用いることにより亜鉛負極の低木化率化に成功し、
低公害の亜鉛アルカリ電池の実現に有効な手段を提供し
たものである。
実施例 純度99.997%以上の亜鉛地金に、次表に示す各種
の元素を添加した各種の亜鉛合金を作成し、約500℃
で溶融して圧縮空気により噴射して粉体化し、50〜1
50メツシユの粒度範囲にふるい分けした。次いで、か
性カリの10重量%水溶液中に上記粉体を投入し、撹拌
しながら所定量の水銀を滴下して水化した。その後水洗
し、アセトンで置換して乾燥し、水化亜鉛合金粉を作成
した。
これらの水化粉末を用い、図に示すボタン形酸化銀電池
を製作した。図において、lはステンレス鋼製の封口板
で、その内面には銅メッキ1′が施されている。2はか
性カリの40重量%水溶液に酸化亜鉛を飽和させた電解
液をカルボキシメチルセルロースによりゲル化し、この
ゲル中に水化亜鉛合金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はステンレス鋼製の正極缶で、その内外面にはニ
ッケルメッキが施されている。
8はポリプロピレン製のガスケットで、正極缶の折り曲
げにより正極缶と封口板との間に圧縮されている。
試作した電池は直径11.6mm、高さ5.4mであり
、負極の水化粉末の重量を193呵に統一し、水銀の添
加量(汞化率)は、亜鉛合金粉に対し、いずれも1重量
%とじた。
試作した電池の亜鉛合金の組成と、60℃で1力月間保
存した後の放電性能と電池総高の変化を次表に示す。な
お放電性能は、20℃において510Ωで0.9Vを終
止電圧として放電したときの放電持続時間で表わした。
この表における、電池総高の変化については、電池封口
後、経時的に各電池構成要素間への応力の関係が安定化
するまでの期間は電池総高が減少するのが通例である。
しかし、亜鉛負極の腐食に伴う水素ガス発生の多い電池
では、上記の電池総高の減少力に対抗する電池内圧の上
昇により電池総高を増大させる傾向が強くなる。従って
、貯蔵による電池総高の増減により亜鉛負極の耐食性を
評価することができる。また、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耐
漏液性が劣化するとともに、腐食による亜鉛の消耗、亜
鉛表面の酸化膜の形成や、水素ガスの内在による放電反
応の阻害等により放電性能が著しく劣化することになり
、放電持続時間も又亜鉛負極の耐食性に依存する要素が
大きい。
表において、本発明の比較例として挙げたNo。
1〜6のうち、単独で添加元素を添加した亜鉛合金を使
用した場合(No、1.2.3)よりも二種の元素を添
加した場合(No、4.5.6)の方が亜鉛負極の耐食
性、放電性能とも幾分改善されている。しかし、Ni、
 pb、 Cdの三元素を適正な含有量で併存させた本
発明の実施例(No、8.9゜10、13.14.17
.18)の場合には前記の比較例に較べ、一段と耐食性
、放電性能がすぐれ、添加元素の複合効果が顕著に示さ
れる。一方、上記の三元素を併存させた場合でも含有量
に過不足のある場合(No、 7 、11.12. I
s、 16.19)は比較例と大差なく、複合効果が乏
しい。上述の通り、本発明は上記の三元素を適正な含有
量で併存させた亜鉛合金を負極に用いることにより低木
化率化に成功したもので、各元素の含有量は0.01≦
Ni≦0.5重量%、o、oi≦pb≦0.5重量%。
0.01≦Cd≦0.5重量%とするのが適切である。
以上のように、本発明は前述の添加元素の組合わせによ
る相乗効果により負極に用いる亜鉛合金の耐食性が向上
することを見出し、適切な含有量を割り出して低公害で
実用性能のすぐれた亜鉛アルカリ電池を実現したもので
ある。なお、実施例においては水化亜鉛負極を用いた電
池について説明したが、開放式の空気電池や水素吸収機
構を備えた密閉型の亜鉛アルカリ電池などにおいては、
水素ガスの発生許容量は比較的多いので、このような場
合に本発明を適用する場合は、さらに低木化率、場合に
よっては無水化のまま実施することもできる。
発明の効果 以上のように本発明は、負極亜鉛の本化率を低減でき、
低公害の亜鉛アルカリ電池を得るに極めて効果的である
【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。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名2−更佃貫
罹 4 =−44t%@し一部 5−一酸イζ銀iヒ4ik

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ニッケルを0.01〜0.5重量%、鉛を 0.01〜0.5重量%、カドミウムを0.01〜0.
    5重量%含有する亜鉛合金を負極活物質に用いた亜鉛ア
    ルカリ電池。
JP60020374A 1985-02-05 1985-02-05 亜鉛アルカリ電池 Expired - Lifetime JPH0622117B2 (ja)

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