JPS61292853A - 亜鉛、アルミニウム又はマグネシウムから成る反応性負極を有する電気化学的一次電池の安定化方法 - Google Patents

亜鉛、アルミニウム又はマグネシウムから成る反応性負極を有する電気化学的一次電池の安定化方法

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JPS61292853A
JPS61292853A JP61139962A JP13996286A JPS61292853A JP S61292853 A JPS61292853 A JP S61292853A JP 61139962 A JP61139962 A JP 61139962A JP 13996286 A JP13996286 A JP 13996286A JP S61292853 A JPS61292853 A JP S61292853A
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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】 の 本発明は、しばしば「電池」として知られており亜鉛、
アルミニウム又はマグネシウムから形成される反応性の
高い負極（ａｎｏｄｅ）を備えている電気化学的一次電
池、特に二酸化マグネシウム／亜鉛、酸化銀／亜鉛、酸
化水銀／亜鉛、空気／亜鉛、塩化銀／マグネシウム及び
空気／アルミニウム型の電池に係る。このような電池は
、水酸化カリウム（ｐｏｔａｓｈ）或いは塩化アンモニ
ウムや塩化亜鉛の水溶液のようなアルカリ又は塩電解液
を使用しており、負極は該溶液に腐食性である。
の　　　び　口が　゛しよ゛　　　Ｉ このような電池は高いエネルギーを得るために使用する
ことができるが、反応性負極がアルカリ又は塩電解液に
腐食性であるため安定性が比較的劣り、特に、 一負極が電解液中に部分的に溶解するため保存中に電池
容量が損失し、 一大量の水素ガスが連続的に発生し、電解液が放出され
て電池が膨張し、場合によっては破裂を招く、 という問題がある。
これらの望ましくない現象は温度の上昇と共に増長し、
例えば高温の地方で電池を保存する場合には重大である
。
これらの欠点を解消し、上記型の電池、特にアルカリ電
解液を使用する電池を安定化させるために、亜鉛負極内
に水銀を配合する（従ってアマルガムを形成する）こと
によりあるいは各種の有機化合物を添加することにより
このような電池を安定化させるための種々の提案が為さ
れている。まず所定の割合の水銀、例えば活性金属が亜
鉛の場合、活性金属に対して５％〜１５％の水銀を配合
することが提案され、これは特にアルカリ電解液を使用
する電池に適用できる。
水銀は、陽子還元反応を抑制することにより、（特に高
濃度で）水銀を配合した金属の水素過電圧を増加させる
特性を備えている。
しかしながら水銀及び特に水銀化合物は毒性でφ ある。従って、工業的製造工程中には安全性厳重注意す
る必要があり、使用後に廃棄される使用済み電池は危険
な汚染源となる。
従って、環境上の理由がら水銀の使用を避けるか又は水
銀の使用量をできるだけ少なくすると有利である。更に
、許容水銀量は規制によって次第に低いレベルに下げら
れている。
しかしながら、水銀量が負極中の亜鉛量に対して約３重
量％未満に低下すると、その結果としてアルカリ電解液
型の電池に十分な安定性は得られない。
安定性を改良するために、亜鉛、アルミニウム又はマグ
ネシウム負極を有する電池に各種の有機化合物を添加す
ることも提案されている。このような化合物はオレイン
酸ジェタノールアミド、モノラウリルエーテル及び各種
の酸化エチレンポリマーを含んでおり、水銀の全部又は
一部と置換される。
しかしながら、このような化合物はそれ自体十分な安定
性をもたず、しばしば使用が困難であるか又は効率が低
い。
酸化エチレンポリマーについては、特にＵｎｉｏｎＣａ
ｒｂｉｄｅ社名義の米国特許第３８４７６６９号を引用
することができ、この文献は８％未満の水銀を含有する
亜鉛負極に酸化エチレンポリマーを添加することを提案
しており、このポリマーはこのような負極を有する電池
の安定性を改良するために、ジ、トリ及び１９０〜７０
００の平均分子量を有するポリエチレングリコール、そ
のアルキルエーテル及びアルカノエートエステルから構
成される群から選択される。このＵｎｉｏｎ　Ｃａｒｂ
ｉｄｅ社の特許は、１〜４個の炭素原子を有するアルキ
ル及びアルカノエート基を使用することを記載している
。
１９８４年７月４日出願の仏国特許出願第８４１０６３
２号「亜鉛、アルミニウム又はマグネシウムから形成さ
れる反応性負極を有する電気化学的一次電池の安定化方
法、及び該方法により安定化された電池で使用される負
極」において本願出願人は、亜鉛、アルミニウム及びマ
グネシウムから構成される群から選択された金属から形
成される少なくとも１個の反応性負極を備える電気化学
的一次電池の安定化方法を記載しており、この方法は金
属の重量に対して０．０１重量％〜１重量％の範囲の濃
度でエトキシルフルオロアルコール型の少なくとも１穐
の過フッ化有機化合物を前記電極に添加すること上記教
示に対して本願出願人は、下式：％式％［（ （式中、Ｒは任意に枝分かれ構造を有するアルキル基、
アリール基又はアルキルアリール基であり、ｎは２〜１
００である）を満足する非常に少量（一般に負極中の金
属重量に対して１重量％未満）の少なくとも１種のアル
キル及びポリニドキシルアルコール硫化物を負極に配合
することにより、アルカリ又は塩電解液を使用する電気
化学的一次電池の亜鉛、アルミニウム又はマグネシウム
から形成される反応性負極を安定化できることを発見し
た。
従って本発明は、 ａ）　亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムから構成さ
れる群から選択された金属から形成される少なくとも１
個の反応性負極を含む電気化学的一次電池の安定化方法
であって、下式： ％式％） （式中、Ｒは任意に枝分かれ構造を有するアルキル基、
アリール基又はアルキルアリール基であり、ｎは２〜１
００である）を満足する少なくとも１種のアの範囲の濃
度で前記電極に添加することを特徴とする安定化方法と
、 ｂ）前記方法により得られる安定化された電極と、Ｃ）
このような負極を含む電気化学的一次電池（所謂「電池
（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｔｔｅｒｙ）Ｊ　）とを提供
するものである。
好ましくは−Ｒは約１２個の炭素原子を有するアルキル
基であり、及び／又はｎは２〜約２０の範囲である。
好適具体例において、Ｒ基は枝分かれ構造を有しており
、特に第三級基から構成されている。
上記式（１）に対応する単一の化合物を使用してもよい
し、あるいはこのような化合物の２種以上の混合物を使
用してもよい。
負極が亜鉛から形成されている場合、水銀を添加するこ
とが好丈しいが、添加量は相対的に少量とし、例えば特
にアルカリ電解液を使用する電池用として亜鉛負極を構
成する場合、亜鉛に対して２重量％未満とする。
本発明は負極金属の腐食を抑制し且つ保存中に電池容量
が損失するのを避け、更に、水銀を添加する必要なしに
、水素の発生とこれに対応する電解液の漏洩又は電池の
膨張を回避するのに有用であり、あるいは少なくとも電
極が亜鉛から形成されている場合でも、現在の規格及び
環境上の要件を満足する非常に少量の水銀しか添加する
必要がない。
本発明は、以下の具体例の記載からよりよく理解されよ
う、当然のことながらこれらの具体例は単なる例示とし
て与えられるものであり、本発明の範囲を限定するもの
と見なされるべきでない。
事例Ａ １％の水銀を含む亜鉛粉末、４０％の水酸化カリウム溶
液、カルボキシメチルセルロースのようなゲル化剤及び
本発明の抑制剤を混合器に連続的に導入することにより
、一次電池の負極を構成するべく負極混合物を調製する
。濃度は、アマルガム化亜鉛１ｋｇに対してカリウム溶
液５００ｄ、カルボキシメチルセルロース５０ｇとする
。
抑制剤は、非水性溶媒（例えばエチルアルコール又はア
セトン）を使用してその後これを蒸発させるか、又は抑
制剤を水酸化カリウム溶液と混合することにより、アマ
ルガム化亜鉛の表面上に散布してもよい。
こうして得られた負極塊を４５℃のＩＯＮ水酸化カリウ
ム溶液中で試験し、腐食速度１１１／ｇ７日（ＮＴＰ水
素成／亜鉛１ｇ／日〉を測定する。　１０．ｄ／ｇ／日
を越える速度は電気化学的電池では許容できない。
腐食速度（試料が当該電解液中に浸漬されている場合、
試料１ｇ当たりから１日当たりに発生する水素の体積と
して決定される）は一般にアマルガム試料を監視するた
めに使用されており、電気化学的電池を保存中に有効に
貯蔵できるかどうかと密接な関係がある。一般には試験
を促進するために４５℃で実施する。
比較として、非アマルガム化亜鉛粉末の腐食速度は１０
成／ｇ／日よりも著しく大きく（約２０００ρ／ｇ／日
）、０．２％の水銀を含むアマルガム化亜鉛粉末の腐食
速度は約２０００ρ／ｇ／日、水銀濃度が１％の場合の
腐食速度は約２０１１１／ｇ／日（即ち依然として１０
成／８７日よりも大きい）、水銀濃度が５％の場合の腐
食速度は約１．５ｔｉｉ／ｇ／日、即ち大部分の電池で
許容可能な速度である。
炙１隨り１支 式（１）中、Ｒを第三ドデシル基とし、ｎの値を実施例
１ではｎ＝２、実施例２ではｎ＝７、実施例３ではｎ＝
１１、及び実施例４ではｎ＝２０とし、この式の化合物
により抑制剤を構成した。
いずれの場合も抑制剤濃度は亜鉛の０．１重量％とじた
。
腐食速度（成／ｇ／日）は、実施例１が１．９３、実施
例２が１．５７、実施例３が１．２４、及び実施例４が
１．０７であった。・ 同様にして水銀を使用した場合、即ち０．２重量％の水
銀を含む亜鉛粉末と実施例２〜４の抑制剤０．１％とを
使用した場合、腐食速度（Ｘ／ｇ／日）は実施例２が４
．６１１１／ｇ／日、実施例３が２．８１１１／ｇ／日
、実施例４が１．９１ｉ１／ｇ／日であった。
本願出願人名義の仏国特許公開明細書第２５０３９３５
号に記載の２組の一次電池を構成した。第１組は、５％
の水銀を含む亜鉛粉末から形成された負極塊と、４０％
の水酸化カリウム溶液により構成される電解液とゲル化
剤（カルボキシメチルセルロース〉から構成し、アマル
ガム化亜鉛１ｋｇに対して水酸化カリウム溶液を３００
ｔｄ、カルボキシメチルセルロースを２５．とじた。第
２組は、１％の水銀を含む亜鉛粉末の負極塊と共に第１
組と同一の電解液及び同一のゲル化剤を使用し、電解液
とゲル化剤との混合工程中に実施例１〜４の化合物を亜
鉛に対して０．１重量％添加した。
これら２組の電池を４５℃で３箇月間保存した。この保
存期間の終わりに、内圧上昇により電池がら電解液が漏
れる現象は観察されなかった。電池を分解した処、負極
ゲルは膨張していないことが確認された。更に、両方の
組から取り出しなＲ２０電池を０．３Ωの抵抗で放電さ
せた処、同一分散で同一の放電時間、即ち５９時間±１
時間が得られた。
換言するなら、第２組の電池は第１組の電池に比較して
損失容量が少なかった。
電池の負極が電解液に対して相対的に低い亜鉛金属濃度
、例えば４８％〜５２％（重量％）の濃度を有するゲル
から構成されており、亜鉛中の水銀濃度が同様に低く例
えば１％未満であるような工業的適用例において、電気
的性能を維持するため、特に電圧を維持するためには、
電池負極ゲル中の抑制剤の濃度を亜鉛に対して０．０１
％未満、即ち１１００ｐｐ〜１０ｐｐｍの範囲に低下さ
せることが有利であると認められている。
尋こで混合物の調製工程中、好ましくはアマルガム化の
直前に、１１００ｐｐのカドミウム及び１％の水銀を含
む亜鉛合金５２部と、６％のＺｎＯ及び６％のカルボキ
シメチルセルロースを含む０，５ＨのＫＯＩＩ溶液４８
部とから構成される負極ゲルに、亜鉛合金に対して５０
ｐｐ−のドデシルメルカプトポリエトキシルアルコール 抑制剤の１０ｐｐ−〜１００ｐｐｍというこの低濃度は
、他のゲル組成にも適用でき、特に腐食に対して格別高
い保護を必要としない場合には亜鉛濃度が高い組成にも
適用することもできる。
事例臼 塩　　　を　　　る「塩　　゛用亜鉛 「塩電池」として知られている二酸化マグネシウム／亜
鉛電池が塩化亜鉛及び塩化アンモニウムの水溶液から形
成される電解液を使用し、亜鉛電極がこの溶液中で腐食
して水素を形成し、亜鉛筒の穿孔により電解液が漏洩す
ると共に保存中に容量が損失することは周知である。
このような電池の亜鉛電極は層状の金属から構成されて
おり、従ってアルカリ電池の微細な粉末に比較して反応
性が低い．アマルガムは亜鉛シートの表面にしか形成す
る必要がなく、従って任意の所与の電池の水銀重量はア
ルカリ電解液を使用するアルカリ電池に必要とされる重
量の１０００分の１である。
２５重量％のＺｎＣＩ２、２５重量％のＮＨ．ＣＩ及び
水から成る塩溶液中で４５℃で腐食試験を実施した処、
本発明の化合物の抑制効果が確認された。
粉末亜鉛試験片を使用すると、より迅速で且つ構造的に
より均質な応答が得られるという利点がある。電池筒か
ら切断した舌状片を観察した処、筒形成工程中の金属加
工により構造的非均質性が高いため、腐食試験結果に広
い分散を招いた。
粉末及びシート間の活性表面積の比、即ち腐食速度の比
は約５０００であった。
腐食速度は以下の通りであった。
ａ）　水銀を含まず且つ本発明の抑制剤を含まない対照
用電極：　２０００成／ｇ／日、 ｂ）　　０．０１重量％の上記化合物（１）を有する電
極：実施例２　：　３２７成／ｇ／日、 実施例・３　：　１７０Ｉ１１／ｇ／日、実施例４　：
　１３６ｄ／ｇ／日、 ｃ）　　５重量％の水銀を含む電極：　１７５１ｉ１／
ｇ／日。
式（１）及び本発明のアルキル及びポリニドキシルアル
コール硫化物の抑制効果は、温媒体の場合にも非常に顕
著であった。
当然のことながら、上記に明示した通り本発明は以上詳
細に記載した具体例に限定されない。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムから構成さ
    れる群から選択された金属から形成される少なくとも１
    個の反応性負極を含む電気化学的一次電池の安定化方法
    であって、下式： （１）Ｒ−Ｓ−（ＣＨ＿２）＿２−（Ｏ−ＣＨ＿２−Ｃ
    Ｈ＿２−）＿ｎ−ＯＨ（式中、Ｒは任意に枝分かれ構造
    を有するアルキル基、アリール基又はアルキルアリール
    基であり、ｎは２〜１００である）を満足する少なくと
    も１種のアルキル及びポリエトキシルアルコール硫化物
    を含む安定剤を、電極金属の０．００１重量％〜１重量
    ％の範囲の濃度で前記電極に添加することを特徴とする
    安定化方法。
  2. （２）Ｒが１２個の炭素原子を有するアルキル基である
    特許請求の範囲第１項に記載の安定化方法。
  3. （３）Ｒが枝分かれ構造を有する基、好ましくは第三級
    基である特許請求の範囲第２項に記載の安定化方法。
  4. （４）Ｒが第三ドデシル基である特許請求の範囲第３項
    に記載の安定化方法。
  5. （５）ｎが２〜約２０の範囲である特許請求の範囲第１
    項に記載の安定化方法。
  6. （６）負極が亜鉛から形成されており、特にアルカリ電
    解液型電池用の負極として使用する場合、負極金属の２
    重量％未満の水銀量を含んでいる特許請求の範囲第１項
    に記載の安定化方法。
  7. （７）上記式（１）を満足する２種以上の化合物の混合
    物を使用する特許請求の範囲第１項に記載の安定化方法
    。
  8. （８）特許請求の範囲第１項に記載の方法により得られ
    る、電気化学的一次電池で使用される負極。
  9. （９）特許請求の範囲第８項に記載の負極を備えている
    アルカリ電解液型電気化学的一次電池。
  10. （１０）負極が亜鉛から形成されており、特にアルカリ
    電解液型電池用の負極として使用する場合、負極金属の
    ２重量％未満の水銀量を含んでいる特許請求の範囲第９
    項に記載の電気化学的電池。
  11. （１１）特許請求の範囲第８項に記載の負極を備えてい
    る塩電解液型電気化学的一次電池。
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