JPH0864204A - 空気−Ｇａ１次電池用負極活物質およびそれを用いた空気−Ｇａ１次電池 - Google Patents
空気−Ｇａ１次電池用負極活物質およびそれを用いた空気−Ｇａ１次電池Info
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- JPH0864204A JPH0864204A JP22419494A JP22419494A JPH0864204A JP H0864204 A JPH0864204 A JP H0864204A JP 22419494 A JP22419494 A JP 22419494A JP 22419494 A JP22419494 A JP 22419494A JP H0864204 A JPH0864204 A JP H0864204A
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Classifications
-
- Y02E60/128—
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気電池の容量は負極活物質の理論容量によ
って上限が決まってしまうが、従来亜鉛に優る負極活物
質が知られていなかったため、空気−亜鉛電池の容量を
上回る高容量空気電池を得ることができなかった。そこ
で新規な空気電池用負極活物質を見いだすことにより、
空気−亜鉛電池以上の高容量空気電池の開発を目的とす
る。 【構成】 ＧａまたはＧａを主とする合金を主成分とす
る空気電池用負極活物質を用いて図１に示すような空気
電池を構成する。１は空気極（正極）、２はＧａ−Ｉｎ
合金１０＋Ｐｔ線（−極）３からなる負極を表わし、４
は電解液（３０wt% ＫＯＨ）を、５はＰＰセルを、６は
＋極リード線を７はフタをそれぞれ表わす。
って上限が決まってしまうが、従来亜鉛に優る負極活物
質が知られていなかったため、空気−亜鉛電池の容量を
上回る高容量空気電池を得ることができなかった。そこ
で新規な空気電池用負極活物質を見いだすことにより、
空気−亜鉛電池以上の高容量空気電池の開発を目的とす
る。 【構成】 ＧａまたはＧａを主とする合金を主成分とす
る空気電池用負極活物質を用いて図１に示すような空気
電池を構成する。１は空気極（正極）、２はＧａ−Ｉｎ
合金１０＋Ｐｔ線（−極）３からなる負極を表わし、４
は電解液（３０wt% ＫＯＨ）を、５はＰＰセルを、６は
＋極リード線を７はフタをそれぞれ表わす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気−Ｇａ１次電池に
関し、更に詳しくは負極活物質としてＧａまたはＧａを
主とする合金を主成分として使用することにより高容量
電池として構成した空気−Ｇａ１次電池に関する。
関し、更に詳しくは負極活物質としてＧａまたはＧａを
主とする合金を主成分として使用することにより高容量
電池として構成した空気−Ｇａ１次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気電池は、正極活物質として空気中の
酸素を使用することから、電池内に正極活物質を充填す
る必要がなく、密閉型電池として最もエネルギー密度の
高い電池となる。さらに対エネルギー当りの経済性が高
いことから近年ボタン型の空気電池が補聴器用の電源と
して用いられている。
酸素を使用することから、電池内に正極活物質を充填す
る必要がなく、密閉型電池として最もエネルギー密度の
高い電池となる。さらに対エネルギー当りの経済性が高
いことから近年ボタン型の空気電池が補聴器用の電源と
して用いられている。
【０００３】従来の空気電池は、正極に酸素還元用触媒
を担持した酸素透過膜（空気極）を用い、一方、負極に
は活物質として亜鉛を用いている。現存の空気−Ｚｎ電
池は１次電池であり、充放電の可能な２次電池は未だな
い。
を担持した酸素透過膜（空気極）を用い、一方、負極に
は活物質として亜鉛を用いている。現存の空気−Ｚｎ電
池は１次電池であり、充放電の可能な２次電池は未だな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の空気電池においては、正極が膜の形態で、活物
質の酸素が空気中から無限に供給されるために、その電
池容量は負極活物質の理論容量によって上限が決まって
しまう。
な従来の空気電池においては、正極が膜の形態で、活物
質の酸素が空気中から無限に供給されるために、その電
池容量は負極活物質の理論容量によって上限が決まって
しまう。
【０００５】空気電池用負極活物質としては一般に亜鉛
が用いられているが、この場合の空気電池の公称電圧は
１．４Ｖ（理論電圧：１．６５Ｖ）であり、電気化学等
量は６５．３９／２＝３２．７，理論エネルギー密度は
１４００Wh/kg である。
が用いられているが、この場合の空気電池の公称電圧は
１．４Ｖ（理論電圧：１．６５Ｖ）であり、電気化学等
量は６５．３９／２＝３２．７，理論エネルギー密度は
１４００Wh/kg である。
【０００６】したがって亜鉛より高電位で、かつ低化学
等量の活物質の開発が望まれ、今までに、鉄、アルカリ
金属、アルカリ土類金属、アルミニウム等の物質が研究
されているが活物質の不活性化の問題が解決できず、実
用化まで至らないのが実状であった。
等量の活物質の開発が望まれ、今までに、鉄、アルカリ
金属、アルカリ土類金属、アルミニウム等の物質が研究
されているが活物質の不活性化の問題が解決できず、実
用化まで至らないのが実状であった。
【０００７】上述のように従来の亜鉛に代る新規な空気
電池用負極活物質を用いて、高容量電池として知られる
従来の空気−亜鉛電池を上回る容量の空気電池の開発が
望まれていた。
電池用負極活物質を用いて、高容量電池として知られる
従来の空気−亜鉛電池を上回る容量の空気電池の開発が
望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は斯かる課題
を解決するために鋭意研究したところ、周期表第３１番
元素であるＧａが、原子量６９．７２、価数変化３、電
気化学当量２３．２４と亜鉛に対して有利な性質を有
し、かつ空気電池用負極活物質となり得ることを見いだ
し、本発明を提供することができた。
を解決するために鋭意研究したところ、周期表第３１番
元素であるＧａが、原子量６９．７２、価数変化３、電
気化学当量２３．２４と亜鉛に対して有利な性質を有
し、かつ空気電池用負極活物質となり得ることを見いだ
し、本発明を提供することができた。
【０００９】すなわち本発明の第１は、ＧａまたはＧａ
を主成分とする合金を用いた新規な空気−Ｇａ１次電池
用負極活物質を開発したことであり、第２は、正極とし
て空気極を、負極としてＧａまたはＧａを主とする合金
を主成分としてなる負極活物質を負極体の中に充填した
ものを用いてなることを特徴とする空気−Ｇａ１次電池
を開発したことである。
を主成分とする合金を用いた新規な空気−Ｇａ１次電池
用負極活物質を開発したことであり、第２は、正極とし
て空気極を、負極としてＧａまたはＧａを主とする合金
を主成分としてなる負極活物質を負極体の中に充填した
ものを用いてなることを特徴とする空気−Ｇａ１次電池
を開発したことである。
【００１０】
【作用】本発明において使用するＧａは、周期表中Ｚｎ
の隣に位置し、化学的にも似た性質をもつ元素であり、
酸・アルカリのどちらにも溶解する両性元素である。特
にアルカリ性水溶液中においては、ＧａＯ3 3-やＨＧａ
Ｏ3 2-などのイオンとなり、あるいはＧａ2 Ｏ3 、Ｇａ
（ＯＨ）3 、ＧａＯＯＨ等の酸化物や水酸化物となって
０から３価の価数変化を起こす。そこでこれらの反応を
電極反応として利用することでＺｎと同様、Ｇａを空気
−Ｇａ１次電池用活物質として用い得ることを予測して
研究を進め、本発明に到達した。
の隣に位置し、化学的にも似た性質をもつ元素であり、
酸・アルカリのどちらにも溶解する両性元素である。特
にアルカリ性水溶液中においては、ＧａＯ3 3-やＨＧａ
Ｏ3 2-などのイオンとなり、あるいはＧａ2 Ｏ3 、Ｇａ
（ＯＨ）3 、ＧａＯＯＨ等の酸化物や水酸化物となって
０から３価の価数変化を起こす。そこでこれらの反応を
電極反応として利用することでＺｎと同様、Ｇａを空気
−Ｇａ１次電池用活物質として用い得ることを予測して
研究を進め、本発明に到達した。
【００１１】Ｇａが有する重要な特性として、低融点金
属（融点２９．８℃）であることが挙げられるが、Ｇａ
の液体状態、固体状態の違いは電池特性に大きな影響を
及ぼさない。さらにＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ，Ｂｉ、Ｔ
ｌ等の金属と適当な比率で合金化することによって融点
をさらに下げることができる。さらにＧａは従来の活物
質であるＨｇのように環境上問題とされるような毒性を
有していない。このような特性を有しているため、Ｇａ
は空気−Ｇａ１次電池用負極活物質として有用であるこ
とが確認された。
属（融点２９．８℃）であることが挙げられるが、Ｇａ
の液体状態、固体状態の違いは電池特性に大きな影響を
及ぼさない。さらにＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ，Ｂｉ、Ｔ
ｌ等の金属と適当な比率で合金化することによって融点
をさらに下げることができる。さらにＧａは従来の活物
質であるＨｇのように環境上問題とされるような毒性を
有していない。このような特性を有しているため、Ｇａ
は空気−Ｇａ１次電池用負極活物質として有用であるこ
とが確認された。
【００１２】Ｇａの使用形態としては、Ｇａ単独でも合
金でもよく、また粉末状でも固体状でも構わないが、粉
末状で用いる場合には電解液中に浸漬して用いるとよい
ことを見いだした。
金でもよく、また粉末状でも固体状でも構わないが、粉
末状で用いる場合には電解液中に浸漬して用いるとよい
ことを見いだした。
【００１３】一方、空気極は触媒のＰｔを含むアセチレ
ンブラックに結着剤や撥水剤の作用を持つＰＴＦＥ（ポ
リテトラフルオロエチレン）を加えて混合し、次いで該
混合粉を適当な大きさに圧延して集電体のＮｉ網に圧着
して空気極を構成した。
ンブラックに結着剤や撥水剤の作用を持つＰＴＦＥ（ポ
リテトラフルオロエチレン）を加えて混合し、次いで該
混合粉を適当な大きさに圧延して集電体のＮｉ網に圧着
して空気極を構成した。
【００１４】以下、実施例をもって詳細に説明するが、
本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
【実施例１】図１に示すような正極１として空気極を、
負極２としてＰｔ線（−極）３を挿入したＧａＩｎ合金
１０からなる負極を用いた電池を構成し、放電試験を行
った。この場合の負極活物質としてはＧａ（同和鉱業製
純度６Ｎ）９５wt% とＩｎ（同和鉱業製純度６Ｎ）５wt
% とからなるＧａＩｎ合金３ｇを用いた。空気極として
は触媒のＰｔを含むアセチレンブラックに、結着剤や撥
水剤の作用を持つＰＴＦＥを適量加えて混合し、次いで
この混合粉を適当な大きさに圧延し、集電体のＮｉ網に
圧着して電極としたものを用いた。
負極２としてＰｔ線（−極）３を挿入したＧａＩｎ合金
１０からなる負極を用いた電池を構成し、放電試験を行
った。この場合の負極活物質としてはＧａ（同和鉱業製
純度６Ｎ）９５wt% とＩｎ（同和鉱業製純度６Ｎ）５wt
% とからなるＧａＩｎ合金３ｇを用いた。空気極として
は触媒のＰｔを含むアセチレンブラックに、結着剤や撥
水剤の作用を持つＰＴＦＥを適量加えて混合し、次いで
この混合粉を適当な大きさに圧延し、集電体のＮｉ網に
圧着して電極としたものを用いた。
【００１６】電解液４には、３０wt% 水酸化カリウム水
溶液を用い、温度２５℃で５mAの放電試験を行った。試
験の結果は図２に示すように放電電圧は１．４３Ｖで非
常に平坦な放電挙動を示した。
溶液を用い、温度２５℃で５mAの放電試験を行った。試
験の結果は図２に示すように放電電圧は１．４３Ｖで非
常に平坦な放電挙動を示した。
【００１７】負極活物質であるＧａＩｎ合金は測定温度
２５℃で液体であるが、測定温度を１５℃に変えて固体
状態で放電試験を行った場合も、上記とほぼ同様な放電
挙動を示した。
２５℃で液体であるが、測定温度を１５℃に変えて固体
状態で放電試験を行った場合も、上記とほぼ同様な放電
挙動を示した。
【００１８】また上記ＧａＩｎ合金に代え、純Ｇａある
いはＺｎ、Ｓｎ、Ｐｂとの合金を用いた場合でも同様な
結果が得られ、Ｇａを主成分とする本発明の負極活物質
がいずれも充分に有用であることが確認できた。用いた
合金はそれぞれＺｎ５wt% 、Ｓｎ５wt% 、Ｐｂ５wt% を
含むＧａ−Ｚｎ、Ｇａ−Ｓｎ、Ｇａ−Ｐｂ合金であっ
た。
いはＺｎ、Ｓｎ、Ｐｂとの合金を用いた場合でも同様な
結果が得られ、Ｇａを主成分とする本発明の負極活物質
がいずれも充分に有用であることが確認できた。用いた
合金はそれぞれＺｎ５wt% 、Ｓｎ５wt% 、Ｐｂ５wt% を
含むＧａ−Ｚｎ、Ｇａ−Ｓｎ、Ｇａ−Ｐｂ合金であっ
た。
【００１９】
【比較例１】実施例１との比較のため負極活物質として
亜鉛を用いた空気−Ｚｎ１次電池を構成し、放電試験を
行った。この場合、亜鉛（同和鉱業製純度４Ｎ）３ｇを
圧延により板状にして負極材とした他は、実施例１と同
一条件で放電試験を行った。その結果は図２中に別の曲
線で示した。
亜鉛を用いた空気−Ｚｎ１次電池を構成し、放電試験を
行った。この場合、亜鉛（同和鉱業製純度４Ｎ）３ｇを
圧延により板状にして負極材とした他は、実施例１と同
一条件で放電試験を行った。その結果は図２中に別の曲
線で示した。
【００２０】図２に見るように、放電電圧１．３４Ｖの
平坦な電位が得られたが、実施例１のＧａＩｎ合金の負
極材を用いた場合に比較して負極活物質質量当りの容量
は少ないことが判明した。
平坦な電位が得られたが、実施例１のＧａＩｎ合金の負
極材を用いた場合に比較して負極活物質質量当りの容量
は少ないことが判明した。
【００２１】
【実施例２】図３に示すように電解液にＧａ粉（粒径２
００μｍアンダー）を負極活物質として充填して、（Ｇ
ａ粉＋電解液）１１とした空気電池を構成した。この場
合、Ｇａ粉はまず純度４ＮのＧａを液体窒素中で冷却し
固体にした後、液体窒素温度に近い極低温の状態で粉砕
し、この粉が液体にならない温度（１５℃程度）の水中
でふるいにかけ、２００μｍアンダーのＧａ粉を得た。
００μｍアンダー）を負極活物質として充填して、（Ｇ
ａ粉＋電解液）１１とした空気電池を構成した。この場
合、Ｇａ粉はまず純度４ＮのＧａを液体窒素中で冷却し
固体にした後、液体窒素温度に近い極低温の状態で粉砕
し、この粉が液体にならない温度（１５℃程度）の水中
でふるいにかけ、２００μｍアンダーのＧａ粉を得た。
【００２２】次いでこのＧａ粉にポリアクリル酸ナトリ
ウムを１wt% 溶解させた３０wt% 水酸化カリウムを適量
混ぜ、これを負極に充填した後、セパレーター８、空気
極としての正極１（＋極リード線６）を取り付けて測定
セルとした。
ウムを１wt% 溶解させた３０wt% 水酸化カリウムを適量
混ぜ、これを負極に充填した後、セパレーター８、空気
極としての正極１（＋極リード線６）を取り付けて測定
セルとした。
【００２３】実施例１と同様に温度２５℃、５mAの条件
で放電試験を行ったところ、放電電圧は１．２８Ｖであ
り、実施例１よりも若干低いものの充分に空気電池とし
て利用できることが確認できた。
で放電試験を行ったところ、放電電圧は１．２８Ｖであ
り、実施例１よりも若干低いものの充分に空気電池とし
て利用できることが確認できた。
【００２４】
【発明の効果】上述のように本発明は、主成分として金
属ＧａまたはＧａ合金を負極活物質として用いた空気−
Ｇａ１次電池を提供するものである。本発明の空気−Ｇ
ａ１次電池は従来の空気−Ｚｎ１次電池より高容量化を
図れるものである。
属ＧａまたはＧａ合金を負極活物質として用いた空気−
Ｇａ１次電池を提供するものである。本発明の空気−Ｇ
ａ１次電池は従来の空気−Ｚｎ１次電池より高容量化を
図れるものである。
【図１】実施例１における測定用セルの構造図。
【図２】実施例１および比較例１における放電特性図。
【図３】実施例２における測定用セルの構造図。
１ 正極 ２ 負極 ３ Ｐｔ線（−極） ４ 電解液 ５ ＰＰセル ６ ＋極リード線 ７ フタ ８ セパレーター ９ Ｐｔ板 １０ Ｇａ／Ｉｎ合金 １１ Ｇａ粉＋電解液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 典也 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 坂本 陵 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 柳沢 真樹子 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａまたはＧａを主とする合金を主成分
としてなることを特徴とする空気−Ｇａ１次電池用負極
活物質。 - 【請求項２】 空気極を正極とし、ＧａまたはＧａを主
とする合金を主成分としてなる負極活物質を負極体の中
に充填したものを負極として成ることを特徴とする空気
−Ｇａ１次電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22419494A JP3587213B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | 空気−Ｇａ１次電池用負極活物質およびそれを用いた空気−Ｇａ１次電池 |
| US08/340,725 US5462821A (en) | 1993-11-19 | 1994-11-16 | Gallium based active material for the negative electrode, a negative electrode using the same, and batteries using said negative electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22419494A JP3587213B2 (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | 空気−Ｇａ１次電池用負極活物質およびそれを用いた空気−Ｇａ１次電池 |
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| JP3587213B2 JP3587213B2 (ja) | 2004-11-10 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660949B1 (ko) * | 2005-03-09 | 2006-12-26 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 자체회복 가능한 갈륨 합금 전극, 이를 이용한 리튬 이차전지 및 갈륨 합금 전극 제조방법 |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP22419494A patent/JP3587213B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660949B1 (ko) * | 2005-03-09 | 2006-12-26 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 자체회복 가능한 갈륨 합금 전극, 이를 이용한 리튬 이차전지 및 갈륨 합금 전극 제조방법 |
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