JPS63248067A - 亜鉛アルカリ電池 - Google Patents

亜鉛アルカリ電池

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JPS63248067A
JPS63248067A JP62081469A JP8146987A JPS63248067A JP S63248067 A JPS63248067 A JP S63248067A JP 62081469 A JP62081469 A JP 62081469A JP 8146987 A JP8146987 A JP 8146987A JP S63248067 A JPS63248067 A JP S63248067A
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Kanji Takada
Ryoji Okazaki
良二 岡崎
Akira Miura
三浦 晃
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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】 産業上の利用分野 本発明は、負極活物質として亜鉛、電解液としてアルカ
リ水溶液、正極活物質として二酸化マンガン、酸化銀、
酸化水銀、酸素、オキシ水酸化ニッケル等を用いる亜鉛
アルカリ電池の亜鉛負極の氷化に用いる水銀量の低減に
有効な手段を提供するものである。
従来の技術 亜鉛負極の電解液の腐食を抑制するため、従来から、7
〜10重量%重量%水銀を亜鉛に添加する方法が工業的
に採られて来た。しかし、近年、低公害化のため、水銀
含有量の低減化の社会的ニ−ズが高まシ、少量の水銀の
使用で十分な耐食性を確保するため、種々の耐食性亜鉛
合金が開発、又は提案されている。例えば、亜鉛中にイ
ンジウム、鉛、ガリウム、アルミニウム、などを添加し
た耐食性亜鉛合金粉末が有力なものとされ、インジウム
と鉛を添加した亜鉛合金がすでに実用化され、さらに耐
食性を向上させるため、インジウム。
鉛を加えて、アルミニウム、必要に応じてガリウムを添
加した亜鉛合金が代表的なものとして検討されている。
これらの耐食性亜鉛合金を用いた場合、水化率(負極亜
鉛中の水銀の重量百分率)を減少させても耐食性が確保
でき、インジウムと鉛を添加した亜鉛合金の場合で水化
率3%、さらにこれを改良した上記のインジウム、鉛に
加えてアルミニウム、必要に応じてガリウムを添加した
亜鉛合金では水化率1.6%程度でも純亜鉛の場合の水
化率7〜10%に相当する耐食性が得られる。
水化率を低減させる方法として耐食性亜鉛合金を用いる
ことが有効なことは上述の例に見られる通りであるが、
他の有効な方法として、防食剤の添加が考えられ、電池
内の水銀含有量を極限にまで減少させる技術として耐食
性亜鉛合金と防食剤の併用は不可欠と考えられる。
従来、アルカリ性水溶液の電解液中での亜鉛負極の防食
のため、エチレングリコール等のグリコール類、メルカ
プトカルボン酸、アミノナフタリンスルホン酸、アゾナ
フタリン類、カルバゾール。
シアンヒドリン、2−メルカプトベンゾチアゾール等の
チアゾール誘導体、ベンゾトリアゾール又はその誘導体
など枚挙にいとまのない種々の防食剤の適用が提案され
ている。これらの防食剤は電解液中に少量を添加するの
が一般的な適用法である。然し、何れの防食剤も顕著な
防食効果が認められず、汞化率を低減させるための有効
な手段になっていないのが現状である。
発明が解決しようとする問題点 亜鉛負極の防食が不十分な場合は電池の貯蔵中に亜鉛の
消耗とともに水素ガスが発生し、電池内圧が上昇して電
解液の漏出、電池の変形の原因となり、著しい場合は電
池の破裂の原因となる。しかも、亜鉛の腐食は電池の容
量低下など貯蔵後の電池性能の劣化をもたらす原因とも
なる。本発明は上記の諸問題の発生を防止するに十分な
亜鉛負極の耐負性を汞化率を極力低減化した状態で確保
することを目的とする。その方法として、従来から提案
されている前述の各種防食剤以上に防食効果が大きく、
耐アルカリ性で、しかも放電性能にも悪影響のない防食
剤を新たに探索して低水化率の亜鉛負極を備えた電池に
適用し、実用的な電池の緒特性を損うことなく、水銀含
有率の小さい低公害の亜鉛アルカリ電池を提供するもの
である。
問題点を解決するための手段 本発明は電解液に水酸化カリウム、水酸化ナトリウムな
どを主成分とするアルカリ水溶液、負極活物質に亜鉛、
又は亜鉛合金、正極活物質に二酸化マンガン、酸化銀、
酸素、オキシ水酸化ニッケル、酸化水銀などを用いるい
わゆる亜鉛アルカリ電池の負極の腐食を抑制する防食剤
として、ンルビトール(HoCH2(cHoH)4cH
2oH)を用いるものである。
この防食剤の適用方法は電解液中への添加、セパレータ
、保液材の少くとも一方への含浸、負極活物質表面への
付着などの方法を採ることができる。また、負極活物質
には純亜鉛には亜鉛合金を用いるが、特に大幅な汞化率
の低減には、耐負性亜鉛合金と上記防食剤を併用するの
が効果的である。例えば、インジウム、鉛を添加した亜
鉛合金。
或いはこれにガリウムを添加した亜鉛合金と併用すると
0.2%の水化率でも負極の耐食性が十分な電池が得ら
れ、さらに上記の亜鉛合金の添加元素に加え、アルミニ
ウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、バ
リウム、ニッケルのうち少くとも一種を含有する亜鉛合
金を併用するとO,OS%の汞化率でも負極の耐食性が
確保できる。
作  用 本発明で用いる防食剤の作用機構は不明確であるが、下
記のように推察される。
本発明の防食剤はグルコースの糖アルコールであり、極
性基である水酸基を6個有しており、極めて電解液中に
溶解しやすく、溶解した本発明の防食剤の極性基である
6個の水酸基のいずれかが負極の亜鉛又は亜鉛合金の表
面に吸着するものと考えられる。
亜鉛のアルカリ電解液中での腐食反応は次式で示される
が、防食剤が負極表面に吸着し被膜を形成すると、 7/−ド反応 Zn+40H−−Zn(OH)4+2e
力ソード反応 2H20+2 e −→20H−+ H
2アノード反応の原因となる水酸イオンの亜鉛負極への
接近が妨害され、またカンード反応に必要な水分子が亜
鉛負極表面近傍に存在できなくなり亜鉛の腐食が抑えら
れる。防食剤が少量で亜鉛負極表面を完全に覆っていな
い状態でも、添加した防食剤の亜鉛負極表面の吸着部分
での亜鉛の腐食反応が抑制され、亜鉛負極の総腐食量が
減少する。
また防食剤はセパレータおよび/または保液材への含浸
、負極活物質表面への付着などの方法で添加しても、電
池構成後に防食剤が電解液中に溶解あるいは分散し、上
記と同様に亜鉛負極面に吸着し、亜鉛の腐食が抑制され
る。以上の如く本発明に用いる防食剤は亜鉛の腐食反応
に関する表面を覆うため防食効果が得られたものと考え
られる。
また、特開昭58−18268で開示されたインジウム
と鉛を含有する亜鉛合金、あるいは特開昭60−175
368 、特開昭61−77267゜特開昭61−18
1068 、特開昭61−203563゜特願昭61−
150307等で発明者等が開示したインジウムと鉛を
含有し、さらにガリウム、アルミニウム、ストロンチウ
ム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ニッケルの
群より選ばれた一種以上を含有する亜鉛合金はいずれも
耐食性が優れているが水化率を0.2%程度まで低下さ
せると充分な耐食性が確保できない。しかしながら上記
防食剤を併用すると両者の防食作用が併合され、場合に
よっては0.05%の汞化率でも負極の耐食性が確保さ
れる。
上記の如く本発明は亜鉛負極の耐食性向上に有効な防食
剤と耐食性亜鉛合金との併用を実験的に検討し、低木化
率で実用性の高い亜鉛アルカリ電池を完成したものであ
る。
以下実施例によシ詳細に説明する。
実施例 負極活物質である亜鉛又は亜鉛合金の汞化率低減に対す
る本発明の防食剤の効果を図に示すボタン形酸化銀電池
を試作して比較検討した。
図において、1はステンレス鋼製の封目板で、その内面
に銅メッキが施されている。2は水酸化カリウムの40
重量%水溶液に酸化亜鉛を飽和させた電解液(防食剤を
添加する場合は第1表に示した防食剤を11000pp
溶解させた電解液)をカルボキシメチルセルロースによ
シゲル化し、このゲル中に氷化亜鉛又は水化亜鉛合金の
60〜150メツシユの粉末を分散させた亜鉛負極であ
る。aはセルロース系の保液材、4は多孔性ポリプロピ
レン製のセパレータ、6は酸化銀に黒鉛を混合して加圧
成形した正極、6は鉄にニッケルメッキを施した正極リ
ング、7はニッケルメッキを施したステンレス銅製の正
極缶である。8はポリプロピレン製のガスケットで、正
極缶7の折り曲げにより正極缶7と封口板1との間に圧
縮されている。
試作した電池は直径11.6m、総高5.4 JIsで
ある。
試作した電池の60°Cで1力月間貯蔵した後の放電性
能と電池総高の変化、及び目視判定で漏液が観察された
電池の個数を第2表に示す。放電性能は、20°Cにお
いて510Ωで0.9Vを終止電圧として放電した時の
放電持続時間で表わした。
第   1   表 正常なボタン電池では通常、電池を封口後、各電池構成
要素間の応力の関係が安定化するまでは経時的に電池総
高が若干減少するが、負極亜鉛の腐食に伴う水素ガスの
発生が多い電池では電池内圧の上昇により電池総高が増
大する傾向が強くなる。従って、貯蔵期間中の電池総高
の増減により負極亜鉛の耐食性が評価できる。耐食性が
不十分な電池では電池総高が増大するほか、電池内圧の
上昇により漏液し易く、また、腐食による負極亜鉛の消
耗2表面の酸化により放電性能も劣化する。
このような観点で、第1表の試作実験結果は次のように
評価される。先ず、11〜4は負極活物質として耐食性
が極めてすぐれ、通常、水化率1.6%以上なら、防食
剤の助けなしで実用電池の負極として使用することが有
望視されている亜鉛合金(Pb、In、Aftを含有す
る亜鉛合金)を0.05%という極めて低汞化率で電池
を構成して防食剤の効果を比較したものである。これら
の結果は、本発明の防食剤を添加したム1の場合がム2
〜4の従来例の防食剤を添加、又は無添加の場合より極
めて良好であることを示し、上記の耐食性亜鉛合金と本
発明の防食剤を併用することにより0.06%以上の水
化率で負極の耐食性を十分に確保でき、極めて低水化率
の亜鉛アルカリ電池が構成できることを示している。ま
た、蒸6〜8は現在、普及材料としてすでに3%の汞化
率で実用化されている亜鉛合金(Pb、Inを含有する
亜鉛合金)の汞化率を0.2%まで減少させて、本発明
の防食剤の効果を検討したものである。この場合にも、
f6の実施例は蒸6〜8の従来例又は無添加の場合とで
、明白に電池性能に差異が見られ、上記亜鉛合金と本発
明の防食剤を併用すれば02%以上の汞化率で負極の耐
食性が十分で実用性能にすぐれた低水化率の亜鉛アルカ
リ電池が構成できることを示している。さらに、遥9〜
12は通常7〜10%程度の水化率を必要とする純亜鉛
粉を負極活物質に用いた場合に本発明を適用して3%ま
で水化率を低減しても十分な実用性のある電池を構成で
きることを示している。また、崖13〜2oは防食剤の
助けなしでもほぼ負極の耐食性が確保できる1、6〜3
%の水化率の亜鉛合金を負極に用いた場合に本発明の効
果を念のため確認したものであり、f13及び417の
実施例の場合は、f14〜16及び418〜20の従来
例又は無添加の場合よりさらに特性が向上しており、高
度の耐食性が確保されたことによシ品質が安定したこと
を示している。
421.22はpbとInを含有する亜鉛合金とほぼ同
等の腐食性を有する。Pb、In、Gaを含有する亜鉛
合金を水化率0.2%として本発明の効果を調べたもの
で、ム21の実施例の場合はムロのPb、Inを含有し
た亜鉛合金での実施例と同様0.2%の汞化率が実現で
きることを示している。
423〜32は、Pb、In、Aj!を含有する耐食性
の改良された亜鉛合金とほぼ同等の耐食性を有する亜鉛
合金として、期待されるものについて、汞化率0.05
%で本発明の効果を調べたもので、いずれの実施例(ム
23 、25 、27 、29.31)も0.06%と
いう低水化率でも、Pb、In、AJ!を含有する亜鉛
合金での/に1の実施例と同様に、すぐれた電池性能を
示している。以上の場合はいずれも電解液中に防食剤を
溶解させて本発明の効果を検討した結果であるが、43
3.34.35は防食剤を電解液中に添加する方法以外
の本発明の実施例を示したもので、予め、水化亜鉛合金
に防食剤を付着させたf33、予めセパレータもしくは
保液材に防食剤を含浸させたム34,35の何れもが電
解液に防食剤を溶解させた場合とほぼ等しい効果が認め
られた。これらの場合、いずれも電池構成後に序々に防
食剤が電解液中に溶解して防食効果を発揮するもので、
特に、セパレータもしくは保液材に防食剤を含浸させた
場合には、電解液の浸透が速くなるので電池構成が容易
になり、生産性を高める効果もある。
発明の効果 本発明は新規に探索した防食剤の効果により亜鉛アルカ
リ電池の負極の汞化率を大幅に低減することを可能にし
たものである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例に用いたボタン形酸化銀電池の一部
を断面にした側面図である。 2・・・・・・亜鉛負極、4・・・・・・セパレータ、
6・・・・・・酸化銀正極。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)負極活物質の防食剤として、ソルビトール(HO
    CH_2(CHOH)_4CH_2OH)を用いた亜鉛
    アルカリ電池。
  2. (2)防食剤を電解液中に溶解させた特許請求の範囲第
    1項記載の亜鉛アルカリ電池。
  3. (3)防食剤を予めセパレータ、電解液保持材の双方又
    は一方に含浸させた特許請求の範囲第1項又は第2項記
    載の亜鉛アルカリ電池。
  4. (4)防食剤を予め負極活物質の表面に付着させた特許
    請求の範囲第1項又は第2項記載の亜鉛アルカリ電池。
  5. (5)必須添加元素としてインジウム、鉛を、任意の添
    加元素としてガリウムを含有する亜鉛合金を負極活物質
    に用い、負極活物質の汞化率が3〜0.2%である特許
    請求の範囲第1項から第4項のいずれかに記載の亜鉛ア
    ルカリ電池。
  6. (6)必須添加元素としてインジウム、鉛を含有し、さ
    らにアルミニウム、ストロンチウム、カルシウム、マグ
    ネシウム、バリウム、ニッケル、ガリウムの群より選ば
    れた一種以上を含有する亜鉛合金を負極活物質に用い、
    負極活物質の汞化率が1.5〜0.05%である特許請
    求の範囲第1項から第5項のいずれかに記載の亜鉛アル
    カリ電池。
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