JPH0448552A - マンガン乾電池 - Google Patents

マンガン乾電池

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JPH0448552A
JPH0448552A JP2155500A JP15550090A JPH0448552A JP H0448552 A JPH0448552 A JP H0448552A JP 2155500 A JP2155500 A JP 2155500A JP 15550090 A JP15550090 A JP 15550090A JP H0448552 A JPH0448552 A JP H0448552A
Authority
JP
Japan
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manganese dioxide
positive electrode
dioxide powder
manganese
active material
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Pending
Application number
JP2155500A
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English (en)
Inventor
Kazunari Kobayashi
一成 小林
Hiroyuki Takahashi
浩之 高橋
Nobuaki Chiba
千葉 信昭
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FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、マンガン乾電池に関し、特に正極の組成を改
良したマンガン乾電池に係る。
(従来の技術) 一般にマンガン乾電池は、正極活物質及び導電補助材を
兼ねる電解液保持材からなる正極合剤と、塩化亜鉛(Z
nCN2)を主体とした電解液から構成されている。
ところで、前記マンガン乾電池の正極活物質としては従
来より電解二酸化マンガン、天然二酸化マンガン及び化
学合成二酸化マンガン等が用いられている。その中でも
、電解二酸化マンガンは優れた放電性能を有し、前記乾
電池の正極活物質として多く用いられている。
しかしながら、かかる電解二酸化マンガンは硫酸マンガ
ン水溶液を陽極酸化することにより得られ、その電解酸
化工程において電解時間及び電力を多量に必要とするた
め、製造コストが高くなるという問題がある 一方、従来よりマンガン乾電池に使用されている化学合
成二酸化マンガン(例えば国際共通サンプル1.C,S
−8,12)や天然二酸化マンガン(例えば1、C,S
−13)は、いずれも電解二酸化マンガンよりも低コス
トで生産できるものの、活性が低いため電池の重負荷放
電性能が低下するという問題がある。
このようなことから、近年、前記化学合成二酸化マンガ
ンの活性を高めるために研究開発が盛んに行なわれ、硫
酸マンガンを焙焼して得られる酸化マンガン(Mn20
3 、Mns O< )を酸処理して製造されたγ形結
晶を主成分とした化学合成二酸化マンガンが開発されて
いる。しかしながら、かかる化学合成二酸化マンガンで
も製造コストが高くなるという問題がある。
そこで、低コストの天然二酸化マンガンと高品位、高活
性の電解二酸化マンガンとの混合物を正極活物質として
用い、その混合割合を調整することによりマンガン乾電
池の低コスト化かつ高性能化を図ることが行なわれてい
る。
しかしながら、前記混合物を用いたマンガン乾電池では
、低コスト化を図るために前記天然二酸化マンガンの配
合量を増やすと、その配合量に比例して直線的に重負荷
及び軽負荷放電性能が低下する。このため、製造コスト
を十分に低減し、かつ放電性能を十分に満足し得る程度
にまで良好に確保することが困難であるという問題点が
あった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので
、特に軽負荷放電性能を改善した低コストのマンガン乾
電池を提供しようとするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、硫酸マンガンを焙焼して得られるマンガン酸
化物を酸処理してなるγ形結晶を主成分とした化学合成
二酸化マンガン粉末と天然二酸化マンガン粉末との混合
物からなる正極活物質を含む正極合剤を具備したことを
特徴とするマンガン乾電池である。
前記化学合成二酸化マンガン粉末は、平均粒径が40μ
層以下のものを使用することが望ましい。
かかる化学合成二酸化マンガンのγ形結晶の占める割合
は70%以上とすることが望ましい。
前記化学合成二酸化マンガン粉末の詳細な製造方法は、
次の通りである。まず、カリウム含有量の少ない硫酸マ
ンガン(MnS04)溶液を加熱濃縮して硫酸マンガン
結晶を調製する。この場合、アルカリ金属、特にカリウ
ムが多く念まれでいると、以降の工程での焙焼、酸処理
により活性の低いα形結晶の多い化学合成二酸化マンガ
ンが製造されるため好ましくない。つづいて、これを空
気雰囲気又は空気より酸素分圧の大きい酸素雰囲気中に
て800−1100℃、10分間以上焙焼し、次式(1
)、(2)に示すように硫酸マンガンを分解してMn1
O,又はMn、O,を主成分とするマンガン酸化物を得
る。
3MnSO4−eMn304 +SO2+ 2SO3・
・・(1) 2Mn SO4→Mn20.+S02+5O1−(2)
ここで、前記Mn、O,を主成分とするマンガン酸化物
については例えばロータリーキルン等により 700〜
950℃で焙焼し、次式(3)に示す反応を行なってそ
の後の工程での酸処理の歩留りのよいMn2O3を主成
分とするマンガン酸化物に変換する。
4Mn304 +02 = 6Mnz Os  −(3
)次いで、前記Mn2O3を主成分とするマンガン酸化
物を硫酸(又は硝酸、塩酸、これらの混合酸)により酸
処理する。これにより、次式(4)、(5)に示す不均
化反応が起こって化学合成二酸化マンガンが生成される
M n 203 +H2S 、04 −MnO2+MnSO4+H20・−(4)Mn304
 + 2H2S2H 2SO4−+ 2Mn SO4+ 2H20−15)次
いで、生成したM n O2を水洗、中和処理、乾燥処
理を施した後、得られた粉末を1〜IOトン/C■2の
圧力下でロールプレスにより板状に圧縮成形し、更に所
定の粒度に粉砕することによりγ形結晶を主成分とする
化学合成二酸化マンガン粉末を製造する。
前記天然二酸化マンガンとしては、市販のものを用いる
ことができ、例えばガボン産、メキシコ産のものが挙げ
られ、これらの中でも二酸化マンガン品位が70%以上
のものが望ましい。
前記混合物における化学合成二酸化マンガン粉末と天然
二酸化マンガン粉末との配合割合は、化学合成二酸化マ
ンガン粉末の配合量が30〜60重量%(天然二酸化マ
ンガン粉末の配合量が70〜40重量%)であるのが望
ましい。この理由は、化学合成二酸化マンガン粉末の配
合量を30重量%未満にすると重負荷及び軽負荷放電性
能に優れた化学合成二酸化マンガン粉末の配合量が少な
くて特に軽負荷放電性能を十分に満足し得る程度にまで
良好に確保することが困難となる恐れがある。一方、同
配合量が60重量%を越えると安価な天然二酸化マンガ
ン粉末の配合量が少なくて製造コストを十分に低減させ
ることが困難となる恐れがある。
前記正極合剤は、通常、前述した正極活物質のほかに、
アセチレンブラック等の導電材、酸化亜鉛等の電位調整
剤、及び電解液などが配合されている。
(作用) 本発明によれば、前記γ形結晶を主成分とした化学合成
二酸化マンガン粉末と天然二酸化マンガン粉末との混合
物を正極活物質として用いることによって、特に軽負荷
放電性能を改善した低コストなマンガン乾電池を得るこ
とができる。
即ち、前記特定の化学合成二酸化マンガン粉末と天然二
酸化マンガン粉末とからなる組成の混合物を正極活物質
とした正極を組み込んだマンガン乾電池では、連続放電
したときの放電末期での電圧低下を抑制できる。これは
、放電末期毎のX線回折において前記組成の正極活物質
を含む正極ではへテロライト(ZnOllMn、o、)
の結晶成長を示す回折強度が他の二酸化マンガン混合物
よりも増大しており、ヘテロライト生成反応が起き易い
組成であることに起因する。かかるヘテロライト生成反
応は、放電反応であり、かつ水を消費せずに電解液の減
少を抑制した反応であるため放電末期での作動電圧の低
下を抑制させることができる。その結果、低コストな天
然二酸化マンガン粉末の配合量を十分に多くして製造コ
ストを十分に低減しても、前記作動電圧低下抑制現象に
よって前記化学合成二酸化マンガンの配合量に比例して
期待される放電持続時間以上の長い持続時間が得られ、
特に軽負荷放電性能を改善したマンガン乾電池を得るこ
とができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例1 平均粒径が20μ−程度のγ形結晶のM n 02を9
2%含む化学合成二酸化マンガン粉末30重量%と二酸
化マンガン品位が84%のガボン産天然二酸化マンガン
粉末70重量%とを混合した正極活物質58重量部、J
IS K1469による塩酸吸液量が3.3mN /g
のアセチレンブラック粉末14重量部、及び電位調整剤
としての酸化亜鉛0.3重量部を攪拌混合機を用いて十
分に攪拌混合し、更にこの混合物に電解液CZnCR2
30重量%、NH4Cil  2.5重量%の水溶液)
53重量部を加えて混合し、均一な正極合剤を調製した
。このような方法で調製された正極合剤を用いて第1図
に示す構造のR14形マンガン乾電池を組立てた。
即ち、負極を兼ねる有底円筒形の亜鉛缶1内には、セパ
レータ2を介して前述した方法で既製された正極合剤3
が充填されている。この正極合剤8の中心には、炭素棒
4が挿入されている。この炭素棒4は、前記亜鉛缶1の
上部付近に配置され、その開口部を密閉するためのポリ
エチレン製封口板5の透孔に嵌合されている。また、前
記亜鉛缶1の底面には負極端子を兼ねる金属底板B及び
絶縁性リング状薄板7が重、ねて配置されており、かつ
これら金属底板6及びリング状薄板7は前記亜鉛缶lの
外周面に配置され、加熱収縮された塩化ビニル製絶縁チ
ューブ8の内方向折曲部により固定されている。更に、
前記炭素棒4の頭部には正極端子を兼ねる金属キャップ
9が嵌着されている。
このキャップ9の周縁上部には、絶縁性リング状薄板1
0が配置されており、かつ該リング状薄板lOは前記絶
縁チューブ8に積層された金属外装筒11の上下開口部
の内方への折曲により固定されている。前記亜鉛缶lの
内部底面には絶縁底板12が配置され、前記正極合剤3
上には絶縁つば紙13が配置されている。
実施例2 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末40重量
%とガボン産天然二酸化マンガン粉末60重量%とを混
合した組成のものを正極活物質として用いた以外、実施
例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
実施例3 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末50重量
%とガボン産天然二酸化マンガン粉末50重量%とを混
合した組成のものを正極活物質として用いた以外、実施
例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
実施例4 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末60重量
%とガボン産天然二酸化マンガン粉末40重量%とを混
合した組成のものを正極活物質として用いた以外、実施
例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
実施例5 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末20重量
%とガボン産天然二酸化マンガン粉末80重量%とを混
合した組成のものを正極活物質として用いた以外、実施
例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
実施例6 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末70重量
%とガボン産天然二酸化マンガン粉末30重量%とを混
合した組成のものを正極活物質として用いた以外、実施
例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
比較例1 実施例1と同様な化学合成二酸化マンガン粉末のみを正
極活物質として用いた以外、実施例1と同様なマンガン
乾電池を組立てた。
比較例2 ガボン産天然二酸化マンガン粉末のみを正極活物質とし
て用いた以外、実施例1と同様なマンガン乾電池を組立
てた。
比較例3 電解二酸化マンガン粉末50重量%とガボン天然二酸化
マンガン粉末50重量%とを混合した組成のものを正極
活物質として用いた以外、実施例1と同様なマンガン乾
電池を組立てた。
比較例4 電解二酸化マンガン粉末のみを正極活物質として用いた
以外、実施例1と同様なマンガン乾電池を組立てた。
実施例1〜6及び比較例1〜4の電池について、75Ω
の負荷抵抗による軽負荷放電を連続して行ない、0.9
vの放電電圧になるまでの連続放電持続時間を測定した
。その結果を第2図に示す。
第2図より明らかなように実施例1〜6のマンガン乾電
池は、低コストの天然二酸化マンガン粉末が正極活物質
として配合されているため製造コストが低減され、かつ
比較例2のマンガン乾電池よりも大巾に長い連続放電持
続時間が得られ、良好な軽負荷放電性能を有することが
わかる。特に実施例1〜4のマンガン乾電池は、いずれ
も前記天然二酸化マンガン粉末が40重量%以上の割合
で正極活物質として配合されているため製造コストがよ
り十分に低減され、かつ比較例3のマンガン乾電池の1
77時間以上の長さの連続放電持続時間が得られ、より
良好な軽負荷放電性能を有することがわかる。
また、前記化学合成二酸化マンガン粉末と前記天然二酸
化マンガン粉末との混合物を正極活物質として用いたマ
ンガン乾電池では、放電持続時間が前記化学合成二酸化
マンガン粉末100重量%の比較例1の電池の結果と前
記天然二酸化マンガン粉末100重量%の比較例2の電
池の結果とを結んだ線上にあると考えられていたが、実
際には実施例1〜6の電池に示すよ、うに放電持続時間
が長い側に弧を描いて突出しているのがわかる。これは
、実施例1〜6の電池における放電末期での作動電圧の
低下を抑制させるペテロライト生成反応に起因する。
更に、実施例3及び比較例3のマンガン乾電池について
、75Ωの負荷抵抗による軽負荷放電を連続して行なっ
たときの連続放電持続時間に対する電池電圧の変化を調
べた。その結果、第3図に示すように実施例3の電池は
放電曲線に平坦化を生じるため放電末期での電池電圧の
低下が抑制されているのがわかる。
[発明の効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば特に軽負荷放電性能
を改善した低コストのマンガン乾電池を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1のマンガン乾電池を示す一部断面図、
第2図は実施例1〜6及び比較例1〜4のマンガン乾電
池における正極活物質の組成に対する放電持続時間の変
化を示す特性図、第3図は実施例3及び比較例3のマン
ガン乾電池における連続放電したときの放電時間に対す
る電池電圧の変化を示す特性図である。 l・・・亜鉛缶、2・・・セパレータ、3・・・正極合
剤、4・・・炭素棒、5・・・ポリエチレン製封目板、
11・・・金属外装筒。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 硫酸マンガンを焙焼して得られるマンガン酸化物を酸処
    理してなるγ形結晶を主成分とした化学合成二酸化マン
    ガン粉末と天然二酸化マンガン粉末との混合物からなる
    正極活物質を含む正極合剤を具備したことを特徴とする
    マンガン乾電池。
JP2155500A 1990-06-15 1990-06-15 マンガン乾電池 Pending JPH0448552A (ja)

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JP2155500A JPH0448552A (ja) 1990-06-15 1990-06-15 マンガン乾電池

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