WO2003105257A1 - アルカリ電池用電解液及び該電解液を用いたアルカリ電池 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrolyte for an alkaline battery and an alkaline battery using the electrolyte.
  • Alkali batteries that use an alkaline solution as an electrolyte are used as batteries that respond to such miniaturization of electronic devices.
  • relatively inexpensive zinc or zinc alloy powder is used as a negative electrode active material because of its high hydrogen overvoltage.
  • potassium hydroxide is used as the electrolyte in water.
  • a gelled negative electrode obtained by mixing zinc or zinc alloy powder as a negative electrode active material with a gelling agent and an electrolytic solution is used.
  • impurities are mixed into the zinc or zinc alloy powder used as the negative electrode active material after the battery is installed, from other members and through the route to the production. Similarly, impurities also elute in the electrolytic solution.
  • an object of the present invention is to provide an electrolyte for an alkaline battery which suppresses the generation of hydrogen gas and prevents the occurrence of battery leakage, and an alkaline battery using the electrolyte. Disclosure of the invention
  • the present inventors have found that the above object can be achieved by including a certain concentration of aluminum in the electrolytic solution.
  • the present invention has been made based on the above findings, and provides an electrolyte for an alkaline battery containing aluminum and having an ion concentration of 5 to 20 Oppm.
  • the present invention also provides an alkaline battery using the above electrolyte.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the alkaline battery of the present invention.
  • the electrolytic solution for an alkaline battery of the present invention contains aluminum, and its ion concentration is 5 to 200 pt) m, preferably 10 to 15 Oppm. I If the on-concentration is less than 5 ppm, the generation of hydrogen gas cannot be suppressed and the occurrence of battery leakage cannot be prevented. As described above, the following means (1) to (3) are employed to make the electrolyte contain a predetermined concentration of aluminum.
  • Aluminum is contained in the zinc alloy powder as the negative electrode active material, and the aluminum is eluted in the electrolytic solution. In this case, it is necessary to determine the aluminum content in the zinc alloy powder based on the aluminum elution amount. Thus, a predetermined concentration of aluminum can be contained in the electrolytic solution.
  • Aluminum in the electrolyte exists in an ionized state or a salt state.
  • the electrolytic solution of the present invention is obtained by dissolving zinc oxide in an aqueous solution of about 40% by weight of a hydroxide hydroxide to a saturated state.
  • the alkaline battery of the present invention will be described.
  • the alkaline battery of the present invention uses the above-mentioned electrolytic solution, and is otherwise the same as a conventional alkaline battery.
  • 1 is a sectional view showing an example of the alkaline battery of the present invention.
  • 1 is a positive electrode can
  • 2 is a positive electrode
  • 3 is a separator
  • 4 is a negative electrode
  • 5 is a negative electrode current collector
  • 6 is a sealing cap
  • 7 is a gasket
  • 8 is a negative electrode terminal.
  • the negative electrode 4 is zinc or zinc alloy powder as the negative electrode active material.
  • the gelled negative electrode is formed by mixing the above-mentioned electrolytic solution containing a certain concentration of aluminum and aluminum with a gelling agent.
  • the gelling agent used here polyvinyl alcohol, polyacrylate, carboxymethylcellulose, arginic acid and the like are used.
  • a molten alloy was prepared so as to have a predetermined alloy composition, and was atomized to obtain a zinc alloy powder containing 0.013% by weight of bismuth and 0.050% by weight of indium.
  • As an electrolytic solution a solution of a 40% by weight aqueous hydroxide water solution saturated with zinc oxide was used, and aluminum powder was added thereto so that the aluminum ion concentration became 50 ppm.
  • gas characteristics and battery characteristics were evaluated. The gas properties were evaluated by immersing 10 g of the zinc alloy powder in 5 ml of the electrolytic solution and measuring the gas generation rate (/ il ZgZday) for 3 days at 45. The results are shown in Table 1 as raw gas.
  • the zinc alloy powder was used as the negative electrode, and the alkaline manganese battery (JIS standard LR6 type) shown in Fig. 1 was constructed, a continuous discharge was performed with a discharge resistance of 1 ⁇ , and the cut-off (Cut) voltage was set at 0.2 V. After the discharged alkaline manganese battery was stored at a temperature of 60 for 3 days, the amount of gas generated was measured. Table 1 shows the amount of generated gas as the amount of gas included in the battery after 1 ⁇ constant resistance discharge.
  • the battery characteristics were as follows: After storing an alkaline battery in JIS standard LR6 format at a temperature of 20 days for 7 days, a continuous discharge was performed with a discharge resistance of 1 ⁇ , and a discharge up to a voltage of 0.9 V was performed. It was evaluated by measuring the duration. The results are shown in Table 1. (Example 2)
  • a molten alloy is prepared so as to have a predetermined alloy composition, and is atomized to contain 0.013% by weight of bismuth, 0.050% by weight of aluminum, and 0.008% by weight of aluminum.
  • a zinc alloy powder To obtain a zinc alloy powder.
  • As the electrolytic solution a solution prepared by using a 40% by weight aqueous hydroxide aqueous solution saturated with zinc oxide was used. Gas characteristics and battery characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The aluminum ion concentration in the electrolytic solution when 10 g of the zinc alloy powder was immersed in 5 ml of the electrolytic solution was 50 ppm.
  • Example 2 An electrolyte solution prepared by using a 40% by weight aqueous hydroxide water solution saturated with zinc oxide was used without adding aluminum powder.
  • Example 1 0.013 0.050 50! -2.0 1.20 101
  • Example 2 0.013 0.050-! 50 1.9 1.25 100
  • Example 3 0.013 0.050 0.008 50 2.1 1.15 103
  • Comparative Example 1 0.013 0.050 1-1 2.2 1.50 100

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Abstract

水素ガスの発生を抑え、電池の漏液発生を防止したアルカリ電池用電解液及び該電解液を用いたアルカリ電池を提供することが本発明の目的である。本発明のアルカリ電池用電解液は、アルミニウムを含有し、そのイオン濃度が5～200ppmであることを特徴とする。

Description

明 細 書 アルカリ電池用電解液及び該電解液を用いたアル力リ電池 技術分野
本発明は、 アルカリ電池用電解液及び該電解液を用いたアル力リ電池 に関する。 背景技術
従来、 ビデオカメラやへッ ドフォンステレオ等の電子機器の小型化が 進められている。 そのために、 エネルギー密度の大きい電池が求められ ている。 このような電子機器の小型化に対応する電池としては、 アルカリ溶液 を電解液とするアル力リ電池が使用されている。 このアル力リ電池に は、 負極活物質として水素過電庄が高く、 比較的廉価な亜鉛又は亜鉛合 金粉末が用いられている。 また、 電解液としては水に水酸化カリウムを
4 0重量％程度となるように溶解し、 さらに局部電池の形成による水素 ガスの発生を少なく し、 電池の漏液を防止するため酸化亜鉛を飽和状態 まで溶解したものが一般的に用いられている。 そして、 このようなアルカリ電池では、 負極活物質である亜鉛又は亜 鉛合金粉末をゲル化剤及び電解液と混合してなるゲル状負極が用いられ る。 しかし、 負極活物質として用いられる亜鉛又は亜鉛合金粉末には、 電 池の組み込み後に、 その他の部材から及び製造までの経路により、 不純 物が混入する。 また、 同様に電解液中にも不純物が溶出してくる。 このように、 負極活物質や電解液中に不純物が混入した場合には、 亜 鉛又は亜鉛合金粉末のアル力リ液反応によりさらなる腐食作用を助長 し、 異常な水素ガス発生を生じ、 アルカリ電池における漏液発生の原因 となるという問題を有していた。 従って、 本発明の目的は、 水素ガスの発生を抑え、 電池の漏液発生を 防止したアル力リ電池用電解液及び該電解液を用いたアル力リ電池を提 供することにある。 発明の開示
本発明者らは、 検討の結果、 電解液中に一定濃度のアルミニウムを含 有させることによって、 上記目的が達成し得ることを知見した。 本発明は、 上記知見に基づきなされたもので、 アルミニウムを含有し、 そのイオン濃度が 5〜 2 0 O p p mであることを特徴とするアルカリ電 池用電解液を提供するものである。 また、 本発明は、 上記電解液を用いたアルカリ電池を提供するもので ある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のアル力リ電池の一例を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明のアル力リ電池用電解液及び該電解液を用いたアル力リ 電池について詳述する。 本発明のアルカリ電池用電解液は、 アルミニウムを含有し、 そのィォ ン濃度は 5〜 2 0 0 p t) m、 好ましくは 1 0〜 1 5 O p p mである。 ィ オン濃度が 5 p p m未満では水素ガスの発生を抑え、 電池の漏液発生を 防止することができず、 1 0 O p p mを超えるとショートの問題が生じ やすくなる。 このように、 電解液中に所定濃度のアルミニウムを含有させるには、 下記 （ 1 ) 〜 （ 3 ) の手段が採用される。
( 1 ) 電解液中にアルミニウム粉末を添加する。
( 2 ) 電解液中に水溶性アルミニウム化合物又はその水溶液を添加す る。
( 3 ) 負極活物質である亜鉛合金粉末中にアルミニウムを含有させ、 電解液中にアルミニウムを溶出させる。 この場合には、 アルミニウムの 溶出量に基づいて亜鉛合金粉末中のアルミニウムの含有量を決定する必 要がある。 このようにして、 電解液中に所定濃度のアルミニウムを含有させるこ とができる。 電解液中のアルミニウムは、 イオン化のままの状態又は塩 の状態で存在する。 また、 本発明の電解液は、 4 0重量％程度の水酸化 力リゥム水溶液に酸化亜鉛を飽和状態まで溶解したものである。 次に、 本発明のアルカリ電池について説明する。 本発明のアルカリ電 池は、 上記電解液を用いたものであり、 その他は従来のアルカリ電池と 同様である。 図 1は、 本発明のアルカリ電池の一例を示す断面図である。 同図にお いて、 1は正極缶、 2は正極、 3はセパレ一ター、 4は負極、 5は負極 集電体、 6は封口キャップ、 7はガスケッ ト、 8は負極端子をそれぞれ 示す。 同図において、 負極 4は、 負極活物質としての亜鉛又は亜鉛合金粉末 とアルミニウムを一定濃度含有する上記電解液をゲル化剤と混合してゲ ル状負極として形成されている。 ここで用いられるゲル化剤は、 ポリビ ニルアルコール、 ポリアクリル酸塩、 カルボキシメチルセルロース、 ァ ルギン酸等が用いられる。 このような本発明のアルカリ電池によって、 水素ガス発生が抑えら れ、 電池の漏液発生を防止することすることができる。 以下、 実施例等に基づいて本発明を具体的に説明する。
〔実施例 1〕
所定の合金組成となるように、 合金溶湯を作成し、 これをアトマイズ することによって、 ビスマス 0. 0 1 3重量％、 インジウム 0. 0 5 0 重量％を含有する亜鉛合金粉末を得た。 電解液として濃度 40重量％の水酸化力リゥム水溶液に酸化亜鉛を飽 和させたものを用い、 これに対してアルミニウムィオン濃度が 5 0 p p mとなるようにアルミニウム粉末を添加した。 上記亜鉛合金粉末及び電解液を用いて、 ガス特性及び電池特性を評価 した。 ガス特性は、 上記電解液 5 m 1 に上記亜鉛合金粉末を 1 0 g浸漬 し、 4 5 で 3日間のガス発生速度 （/i l ZgZd a y) を測定するこ とによって評価した。 この結果を表 1に原粉ガスとして示した。 また、 亜鉛合金粉末を負極とし、 図 1に示されるアルカリマンガン電 池 （ J I S規格 L R 6形式） を構成し、 放電抵抗 1 Ωで連続放電を行い、 終止 （C u t ) 電圧 0. 2 Vとし、 放電後のアルカリマンガン電池を 6 0での温度で 3日間保存した後のガス発生量の測定を行なった。 このガ ス発生量を 1 Ω定抵抗放電後の電池内包ガス量として表 1に示した。 ま た、 電池特性は、 J I S規格 L R 6形式としたアル力リ電池を 2 0での 温度で 7日間保存した後、 放電抵抗 1 Ωで連続放電を行い、 電圧 0. 9 Vに至るまでの放電持続時間を測定することによって評価した。 結果を 表 1に示した。 〔実施例 2〕
アルミニウムイオン濃度が 50 p pmとなるように水酸化アルミニゥ ムを添加した電解液を用いた以外は、 実施例 1と同様にしてガス特性及 び電池特性の評価を行った。 結果を表 1に示した。
〔実施例 3〕
所定の合金組成となるように、 合金溶湯を作成し、 これをアトマイズ することによって、 ビスマス 0. 0 1 3重量％、 ィンジゥム 0. 0 5 0 重量％、 アルミニウム 0. 0 0 8重量％を含有する亜鉛合金粉末を得た。 電解液として濃度 40重量％の水酸化力リゥム水溶液に酸化亜鉛を飽 和させたものを用いた。 実施例 1 と同様にしてガス特性及び電池特性の評価を行った。 結果を 表 1に示した。 なお、 電解液 5 m 1 に亜鉛合金粉末を 1 0 g浸漬した時 の電解液中のアルミニウムイオン濃度は 5 0 p pmであった。
〔比較例 1〕
電解液として濃度 40重量％の水酸化力リゥム水溶液に酸化亜鉛を飽 和させたものを用い、 アルミニウム粉末を添加させない以外は、 実施例
1と同様にしてガス特性及び電池特性の評価を行った。 結果を表 1に示 した。 亜鉛合金粉の構成 (重量！!!） 電解液中の A 1濃度 (ppm) 電池内包
原粉ガス 放電持続時間 ガス量
B i I n A 1 A 1添加にて i水溶液'化合物 無添加 ( l/g/d) 相対指数 (%)
(ml)
実施例 1 0.013 0.050 50 ！ - 2.0 1.20 101 実施例 2 0.013 0.050 - ！ 50 1.9 1.25 100 実施例 3 0.013 0.050 0.008 50 2.1 1.15 103 比較例 1 0.013 0.050 一 一 2.2 1.50 100
産業上の利用可能性
以上詳述した通り、 本発明の電解液を用いることによって、 水素ガス の発生を抑え、 電池の漏液発生を防止したアル力リ電池が得られる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . アルミニウムを含有し、 そのイオン濃度が 5〜 2 0 0 p p mである ことを特徴とするアル力リ電池用電解液。
2 . 上記アルミニウムが、 アルミニウム粉末を添加したものである請求 の範囲第 1項記載のアルカリ電池用電解液。
3 . 上記アルミニウムが、 水溶性アルミニウム化合物又はその溶液を添 加したものである請求の範囲第 1項記載のアル力リ電池用電解液。
4 . 上記アルミニウムが、 負極活物質であるアルミニウム含有亜鉛合金 粉末から溶出したものである請求の範囲第 1項記載のアル力リ電池用電 解液。
5 . 請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれかに記載の電解液を用いた アルカリ電池。
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