JPS6240159A - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

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】 （発明の分野） 本発明は亜鉛アルカリ電池に関し、詳しくはタリウムと
ガリウムとカルシウム、ストロンチウム、マグネシウム
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
Ｗ！開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ｉｑ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ＩＩｌ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、タリウムとガリウムとカル
シウム、ストロンチウム、マグネシウムより選ばれる１
種以上を特定範囲の最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、タリウムを０．０１〜０．５重量％
、ガリウムを０．０１〜０．５重量％、カルシウム、ス
トロンチウム、マグネシウムより選ばれる１種以上の合
計量をｏ、ｏｏｓ〜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、タリウムとガリウムとカルシウム、ス
トロンチウム、マグネシウムより選ばれる１ｆ！Ｉ以上
を特定聞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重伍％
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％前債
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％以下の低木
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タリウムの含有
率は０．０１〜０．５重量％、ガリウムの含有率は０．
０１〜０．５重伍％、カルシウム、ストロンチウム、マ
グネシウムより選ばれる１種以上の合計量の含有率はｏ
、ｏｏｓ〜０．５ｍｍ％と少１で添加効果が発揮される
。タリウムとガリウムとカルシウム、ストロンチウム、
マグネシウムより選ばれる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（ｑ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１、ストロンチウム、マグネシウムよ
り選ばれる１種以上の合計量の含有率は０．００５〜０
．２重ｊ％のＲ囲が特に好ましく、０．２重積％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タリウムは水
素過電圧を高める作用を有し、ガリウムは亜鉛と溶体化
することにより原子間結合力を強め、またカルシウム、
ストロンチウム、マグネ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が減少する
。これらの作用はいずれも耐食性の向上に役立つと考え
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１〜１０ｉＢよび比較例１〜１０純度９９．９９
７％以上の亜鉛地金を約５００℃で溶融し、これに第１
表に示すごとくタリウム、ガリウム、カルシウムの含有
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５ｋａ
／ｄ）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　？、０重伍％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１ｑた。　　。

また、第１表に示すごとく、下記の組成でそれぞれ、 １）タリウム０．０５重量％、ガリウム０．０５重量％
、ストロンチウムＯ，ＯＳ重量％（実施例２）２）タリ
ウム０．０５重量％、ガリウム０．０５重量％、マグネ
シウム０．０５重量％（実施例３）３）タリウム０．０
１重量％、ガリウムｏ、ｏｉ重量％、カルシウム０．０
０５重量％（実施例４）４）タリウム０．０１重量％、
ガリウム０．０１重量％、ストロンチウムｏ、ｏｏｓ重
量％（実施例５）５）タリウム゛０．０１重量％、ガリ
ウム０，０１重社％、マグネシウムｏ、ｏｏｓ重量％〈
実施例６）６）タリウム０．５重量％、ガリウム０．５
１苗％、カルシウム０．２重分％（実施例７） ７）タリウム０．５重量％、ガリウム０．５重量％、カ
ルシウム０．５重量％（実施例８） ８）タリウム０．５重量％、ガリウム０．５重量％、カ
ルシウム０．１重量％、ストロンチウム０，１重量％（
実施例９） ９）タリウム０．５重量％、ガリウム０．５重層％、ス
トロンチウム０．２重量％、マグネシウム０．３重間％
（実施例１０） １０）タリウム０．０５重量％（比較例１）１１）タリ
ウム０．０５重量％、ガリウム０．０５重量％（比較例
２） １２）タリウム０．０５重量％、カルシウム０．０５重
堡％（比較例３） １３）タリウム０．００５重量％、ガリウム０．０５重
量％、カルシウム０．０５重量％（比較例４）１４）タ
リウム１．０重量％、ガリウム０．０５重量％、カルシ
ウム０．０５重量％（比較例５）１５）タリウム０．０
５重量％、ガリウム０．００５０５重量カルシウム０，
０５重量％（比較例６）１６）タリウム０．０５重量％
、ガリウム０．０５重量％、カルシウムｏ、ｏｏｔ重徂
％（比較例７ン１７）　夕１，１　ラム０，０５１ｆｆ
ｉ％、カリウム０．０５重量％、カルシウム１．０重Ｍ
％（比較例８）１８）　タリウム０．０５　重ｆｆｉ　
％、カリウム０．０５重量％、ストロンチウム１．０重
量％（比較例９）１９）タリウム０．０５重量％、ガリ
ウム０．０５重量％、マグネシウム１．０重量％（比較
例１０）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２〜１０お
よび比較例１〜１０）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５１１用い
、亜鉛合金粉末を１０　（ｌ用いて４５℃で５０日間の
ガス発生ｆｆ１（ｔｉ／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．負極３、セパレータ＝４、封口体５、負極底板６
、負極集電体７、キャップ８、熱収縮性絶縁チューブ９
、絶縁リング１０゜１１、外装缶１２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、２
０℃の放電条件により終止電圧０．９■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１１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１１ 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
１１）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、亜鉛にタリウムとガリウムと
カルシウム、ストロンチウム、マグネシウムより選ばれ
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
末を負洩活物質に用いた実施例１〜１０は、比較例１〜
１０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１１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、タリウムとガリウムとカルシウム、
ストロンチウム、マグネシウムより選ばれる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断面図
を示す。 １：正極缶、２：正極、３：負極、 ４：セパレーター、５：封口体、６：負極底板、７：負
極集電体、８：キャップ、 ９：熱収縮性絶縁チューブ、 １０．１１：Ｐ！縁リング、１２：外装缶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タリウムを０．０１〜０．５重量％、ガリウムを０
   ．０１〜０．５重量％、カルシウム、ストロンチウム、
   マグネシウムより選ばれる１種以上の合計量を０．００
   ５〜０．５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、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。