JPS6240163A - 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（、ｔビスマ
スとアルミニウムとカドミウム、ガリウム、タリウムよ
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１則する。

（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
密閉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
重債％重積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ｍ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５８−８１１２６６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得られてい
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、しかも放電性能を高
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、ビスマスとアルミニウムと
カドミウム、ガリウム、タリウムより選ばれる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向を低下させ、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、ビスマスを０．０１〜０．５重分％
、アルミニウムを０．００５〜０．５重量％、カドミウ
ム、ガリウム、タリウムより選ばれる１種以上の合計量
を０，０１〜０．５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、ビスマスとアルミニウムとカドミウム
、ガリウム、タリウムより選ばれる１種以上とを特定量
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重層％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Ｍ％前後またはそ
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％以下の低張化率また
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ビスマスの含有
率は０．０１〜０．５重量％、アルミニウムの含有率は
０．００５〜０．５ｆｆ１ｍ％、カドミウム、ガリウム
、タリウムより選ばれる１種以上の合計量の含有率は０
．０１〜０．５重量％と少量で添加効果が発揮される。

ビスマスとアルミニウムとカドミウム、ガリウム、タリ
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得られず、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、アルミニウムの含有率は０．００５〜０．２重量
％の範囲が特に好ましく、０．２重量％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ビスマスある
いはカドミウム、ガリウム、タリウムは水素過電圧を高
める作用あるいはアルカリ電解液中での亜鉛の腐食を抑
制する作用を有すると考えられる。一方、アルミニウム
は亜鉛合金表面を平滑化させる効果があり、これによっ
て反応表面積を減少させ、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１〜１１および比　例１重６ 純度９９．９９７％以上の亜鉛地金を約５００℃で溶融
し、これに第１表に示すごとくビスマス、アルミニウム
、カドミ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　／　ａＡ　）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１．０重量％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）を得た。

また、第１表に示すごとく、下記の組成でそれぞれ、 １）ビスマス０．０５重世％、アルミニウム０．０５　
ｌｆｆ１％、カ’Ｊ　ラム０．０５　Ｔ＝５１％　（実
Ｍ例２　）２）ビスマス０．０５重量％、アルミニウム
０．０５重量％、タリウム０．０５重量％（実施例３）
３）ビスマス０，０１重量％、アルミニウム０．０１重
量％、カドミウム０．０１重量％（実施例４）ビスマス
０．０１重量％、アルミニウム０．０１重量％、ガリウ
ム０６０１Ｎ量％（実施例５）５）ビスマスｏ、ｏｉ　
ａｍ％、アルミニウム０．０１重量％、タリウム０．０
１重量％（実施例６）６）ビスマス０．５重量％、アル
ミニウム０．２重量％、カドミウム０．５重量％（実施
例７）７）ビスマス０．５重量％、アルミニウム０．２
重訂％、ガリウム０．５重量％（実施例８）８）ビスマ
ス０．５重の％、アルミニウム０．２重伍％、タリウム
０，５重歯％（実施例９）９）ビスマス０．５重量％、
アルミニウム０，２重量％、カドミウム０．５重量％（
実施例１０）１０）ビスマス０．５重量％、アルミニウ
ム０６２重量％、カドミウム０．２重Ｍ％、ガリウム０
．１重量％、タリウム０，２重量％（実施例１１）１１
）ビスマス０．０５重量％（比較例１）１２）ビスマス
０．０５重量％、カドミウム０．０５重量％（比較例２
） １３）ビスマス０．０５重量％、ガリウム０．０５重量
％（比較例３） １４）ビスマス　ｔ、ｏ重量％、アルミニウム０．０５
重量％、カドミウム０．０５重量％（比較例４）１５）
ビスマス０．０５重世％、アルミニウム１．０重量％、
カドミウム０．０５　ｆｉ１％（比較例５）１６）ビス
マス０．０５５重歯、アルミニウム０．０５重量％、カ
ドミウム１．０重量％（比較例６）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２〜１１および比較例１〜６）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５厭用い、
亜鉛合金粉末を１０　（ｌ用いて４５℃で５０日間のガ
ス発生ｆｆ１ｌ／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
に示すチ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、セパレーター４、封口体５、負極底板６、
負極集電体７、キャップ８、熱収縮性樹脂チューブ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、２０
℃の放電条件により終止電圧０．９ｖ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
７の測定値を１００とした指数で示した。結果を第１表
に示す。

監亘」コー 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
７）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、亜鉛にビスマスとアルミニウ
ムとカドミウム、ガリウム、タリウムより選ばれる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
極活物質に用いた実施例１〜１１は、比較例１〜６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７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、ビスマスとアルミニウムとカドミウ
ム、ガリウム、タリウムより選ばれる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：熱収縮性樹脂チューブ、 １０．１１＋絶縁リング、１２：外装缶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ビスマスを０．０１〜０．５重量％、アルミニウム
   を０．００５〜０．５重量％、カドミウム、ガリウム、
   タリウムより選ばれる１種以上の合計量を０．０１〜０
   ．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。