JPS6337568A - アルカリ電池の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はアルカリ電池に関するもので、より具体的に
は、粒状亜鉛を負極活物質とするアルカリ電池の負極亜
鉛内の水銀の含有量の改良に関する。

（従来の技術） 従来この種のアルカリ電池は、良く知られているように
、有底円筒形の正極缶内に正極合剤、セパレータ、ゲル
状の負極亜鉛が同軸上に装填されるとともに、正極缶の
開口部が封口ガスケットと負極端子板とで密封され、か
つ、負極亜鉛の中心部に挿、入された棒状の負極集電体
の上端が封口ガスケットの中心を貝通して負極端子板の
内面にスポット溶接などで接合された構造となっている
。

そして、負極の亜鉛粒子の表面はアマルガム化されてお
り、これにより亜鉛粒子の腐蝕防止、アルカリ電解液中
での水素過電圧を高め、水素ガス発生の抑制といった面
で大きな効果が得られる。

従って、アマルガム化した粒状亜鉛を用いることで、ア
ルカリ電池の放電性能及び貯蔵性能が大いに向上した。

また、上記負極集電体としては、銅や真鍮あるいは亜鉛
メツキされた鉄の棒が一般的である。これらの金属はア
マルガム化されやすく、これをアマルガム化した負極亜
鉛中に挿入すると、負極集電体側へ水銀が移動し、負極
集電体と負極亜鉛との局部電池反応の形成が抑制される
。

（発明が解決しようとする問題点） アルカリ電池の性能向上に大きく寄与した負極亜鉛をア
マルガム化する技術は、有害物質である水銀を用いると
いう問題を内在している。したがって、電池の水銀含有
Ｒは極力少ない方が望ましい。そのために、負極の亜鉛
中の水銀含有率を低下させ、しかも、電池の性能を低下
させないようにする研究開発がさかんになされている。

しかし、単に負極亜鉛のアマルガム化度をさげると、負
極集電体との関係で次のような問題を生ずる。

すなわち、上記したごとく、アマルガム化した負極亜鉛
中に負極集電体を挿入すると、負極亜鉛中の水銀が負極
集電体側へ移行し、負極集電体は、その表面及び表面に
近い結晶粒界がアマルガム化される。そして、負極集電
体の表面及び結晶粒界が充分にアマルガム化されること
で、水素過電圧が上昇し、局部電池形成による水素ガス
発生反応を抑制でき、亜鉛とのつながりも良好となる。

しかし、負極集電体側へ水銀が移行することにより亜鉛
表面の水銀が失われることになる。このことは、負極亜
鉛のアマルガム化度が高ければ、負極８Ｎ電体側へ水銀
が移行しても問題はなかったが、負極亜鉛のアマルガム
化度を例えば、１％程度にさげると負極集電体側へ水銀
を取られることで亜鉛表面の水銀が極端な不足状態とな
る。その結果、負極集電体と亜鉛との間に局部電池を形
成し易くなり、亜鉛の溶解と水素ガス発生反応を充分に
抑制することができず、電池の貯蔵性能が低下するなど
の悪影響が顕著になる。

また、負極集電体の表面に、水素過電圧が高く、水銀へ
の溶解度が比較的大きいｃｄ、ＴＩ等を存在させる手段
もあるが、充分な効果は得られなかった。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、負極亜鉛から負極集電体への水銀
の移行量を必要最低限に押さえ、その結果として水銀の
含有量を少なくしても電池の性能低下を抑制できるよう
にしたアルカリ電池を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明に係るアルカリ
電池では、焼鈍して形成した負極集電体を用いた。

（作　用） 負極集電体を焼鈍することにより、銅、真鍮等の負極集
電体を形成している金属の結晶粒を成長さけ、大きくさ
せる。その結果、負極集電体の表面には、大きな変化は
生じないが、水銀が入り込む結晶粒界の面積が減少し、
負極集電体をアマルガム化するに必要な水銀の聞は低減
される。従って、負極亜鉛中に含有させる水銀の小は少
なくてすむ。

（実　施　例） 以下、本考案に係るアルカリ電池の好適な実施例につい
て添付図面を参照にして説明する。

第１図は、本考案に係るアルカリ電池の断面図を示して
いる。

同図に示すように、有底円筒形の正極缶１０内に、二酸
化マンガンとカーボンを混合して成形した円筒状の正極
合剤１２が配設されている。そして、この正極合剤１２
の中央空間内には、その内周面に沿ってポリプロピレン
不織布等を袋状に形成したセパレータ１４が挿入配設さ
れている。さらに、このセパレータ１４の内側空間内に
はアマルガム化した粒状亜鉛を主体としこれにアルカリ
電解液やゲル化剤を加えて混練したゲル状の負極亜鉛１
６が充填されている。

また、正極缶１０の上端開口部は、封口ガスケット１８
と負極端子板２０とで密封されている。

さらに、負極亜鉛１６の中心部には、棒状の負極集電体
２２が挿入配設され、その上方部は封口がスケット１８
の中心を負通して負極端子板２０の内面中央部にスポッ
ト溶接などで接合されている。

また、負極集電体２２は、銅と亜鉛の比が６５：３５の
真鍮で成形されている。

ここで、本発明に係るアルカリ電池では、上記した負極
集電体２２を焼鈍により形成しである。

寸なわら、焼鈍することにより、負極集電体２２を形成
している真鍮の結晶を成長させて大きくし、結晶粒界の
面積を減少させた負極集電体２２を形成する。

具体的には、不活性ガスであるＮ２雰囲気中において６
００〜９３０℃で３０分間焼鈍を行った。

ここで焼鈍温度を６００〜９３０℃としたのは、あまり
温度が低いと結晶粒を充分に成長させることができず、
また、９３０℃を越えると負極集電体２２を形成してい
る真鍮の融点となり、真鍮が溶けてしまうからである。

上記したごとく焼鈍をした負極集電体２２をアマルガム
化度１．５重量％の負極亜鉛１６中に挿入し、時間とと
もに負極集電体２２の表面に移行してくる水銀量を測定
した。その結果が、第２図に示す■の曲線である。第２
図において、横軸は経過時間であり、縦軸は負極集電体
２２表面に付着した単位表面積当りの水銀の増加ｍであ
る。なお、試験温度は４５℃とし、亜鉛粒度は３５〜１
５Ｑｍｅｓｈのものを使用した。

また、上記した負極集電体２２をアマルガム化度３Φ聞
％の負極亜鉛１６内に挿入した場合の特性を■に示す。

一方、本発明のアルカリ電池と比較するために、従来の
焼鈍を行っていない負極集電体を用いたアルカリ電池に
おけるそれを同図中に示す。すなわら、アマルガム化度
１．５重ω％の負極亜鉛を用いたものが同図中■に、ま
た、３重量％のものが■にそれぞれ示している。

同図から明らかなように、従来の集電体では、結晶粒が
小さいため、粒界が大きく従って、粒界に入り込む水銀
量は多量に必要となる。これに対して、本発明のアルカ
リ電池では、集電体の結晶粒が大きいために粒界の面積
は小さくなり、その結果、小量の水銀で集電体を充分に
アマルガム化することができ、負極亜鉛からの水銀の移
行量は少なくてすむ。なお、水銀の付着恐が少ないとい
っても、上記のごとく、負極集電体２２の表面は水銀に
よって覆われているので、負極亜鉛１６と負極集電体２
２との接触面の電位差による局部電池反応は充分に抑制
することができる。

また、負極集電体２２への水銀移行Ｒが少ないというこ
とは、負極亜鉛１６から失われる水銀ｍが少ないという
ことになり、負極亜鉛１６の亜鉛表面上における局部電
池反応の抑制効果が保たれている。したがって、負極亜
鉛１６のアマルガム化度が同じであれば、従来のものと
本発明のものとでは、水素ガス発生ｍは本発明の方が少
なくなる。その結果、水銀含有ｍを低下させることによ
る電池性能の低下をおさえることができる。

次に、しＲ２０の電池を用い、本発明のアルカリ電池の
従来のアルカリ電池との放電特性の比較を行った結果、
表１に示すようになった。なお、ともに、負極亜鉛の亜
鉛粒度は３５〜１５０ｍｅｓｈで、アマルガム化度は１
．５重量％のものを使用し、端子電圧が０．９０Ｖにな
るまでを測定した（測定温度２０℃）。

（アマルガム化度５重量％の放電特性を１００とした時
の指数） 表　　１ 上記表から明らかなように、本発明のアルカリ電池は負
極亜鉛のアマルガム化度が同じのものと比較すると、そ
の放電特性が優れており、焼鈍を行っていないアマルガ
ム化度５％の従来のアルカリ電池とほぼ同等の放電特性
を示すことがわかる。

また、表中、従来品の放電特性が劣るのは、次の理由に
よる。すなわち、結晶粒の小さな従来のものは、粒界面
積が大きいために、アマルガム化に要りろ水銀徂が多量
に必要となり、その結果、負極亜鉛のアマルガム化度が
低下して、局部電池を形成してしまい、そのために、性
能が低下してしまっているのである。

さらに、ＬＰ０１の電池を用い、本発明と従来のものと
の漏液特性を測定した結果を表２に示す。

表　　２ 上記表から明らかなように、本発明品は、負極亜鉛のア
マルガム化度を下げても、高いアマルガム化度の従来品
とほぼ同じ漏液特性を示すことがわかる。また、単にア
マルガム化度のみ低くし、従来の負極集電体を用いたも
の（表２の１．５重量％の従来品）と比較すると、その
性能の優劣は明らかである。

なお、上記実施例によれば、負極集電体を焼鈍する際に
Ｎ２ガス雰囲気中において行ったが、本発明はこれに限
られることはなく、例えば、空気中で行ってもかまわな
い。但し、その場合には負極集電体の表面が酸化してし
まうため、焼鈍した後、表面を酸処理する必要がある。

また、負極集電体として真鍮を用いたが、例えば、銅や
錫等を用いても良い。その場合には、前者は９００〜１
０８０℃が、優者は１５０〜２３０℃の温度で焼鈍を行
うのが望ましい。

（発明の効果） 以上のように、本発明に係るアルカリ電池によれば、電
池の負極亜鉛内に挿入する負極集電体として、焼鈍した
負極集電体を用いたことにより、負極集電体を構成する
真鍮等の結晶粒が成長して大ぎくなるため、結晶粒界の
面積が小さくなる。

その結果、負極集電体に付着しその表面及び粒界面を覆
うにたりる水銀の憬が減少し、負極亜鉛内からの水銀の
移行ｍも減少する。従って、予め負極亜鉛をアマルガム
化するために添加する水銀の昂を少なくしても、負極亜
鉛と負極集電体との接触面にて局部電池形成を抑制する
ことができる。

その結果、放電特性、漏液特性等の電池の性能を低下さ
せることなく、電池内に添加する水銀の岱を減少させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアルカリ電池の一実施例を示す断
面図、第２図は本発明並びに従来の電池における負極集
電体への水銀移行量を示すグラフである。 １０・・・正極缶　　　　１２・・・正極合剤１４・・
・セパレータ　　１６・・・負極亜鉛２２・・・負極集
電体 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状の正極缶内に配設する筒状の正極合剤と、該
   正極合剤の中央空間内にセパレータを介装して注入され
   る負極亜鉛と、該負極亜鉛内に挿入配設される負極集電
   体とを有するアルカリ電池において、該負極集電体を焼
   鈍して形成したことを特徴とするアルカリ電池。
2. （２）前記負極集電体が真鍮で形成され、かつ、６００
   〜９３０℃で焼鈍されたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のアルカリ電池。
3. （３）前記焼鈍が、不活性ガス雰囲気中で行われたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   アルカリ電池。
4. （４）前記負極亜鉛のアマルガム化度が３．０重量％以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
   項または第３項のいずれかに記載のアルカリ電池。