JPH0572708B2 - - Google Patents

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JPH0572708B2
JPH0572708B2 JP61015230A JP1523086A JPH0572708B2 JP H0572708 B2 JPH0572708 B2 JP H0572708B2 JP 61015230 A JP61015230 A JP 61015230A JP 1523086 A JP1523086 A JP 1523086A JP H0572708 B2 JPH0572708 B2 JP H0572708B2
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JP
Japan
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manganese dioxide
manganese
natural
dry batteries
chemical
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JP61015230A
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Japanese (ja)
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JPS62172665A (en
Inventor
Kazuaki Yamamura
Ryohei Ishikawa
Yutaka Tsukuda
Hiroshi Ochiai
Masanori Niiyama
Takahiro Myashita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Denko Co Ltd
Original Assignee
Chuo Denki Kogyo Co Ltd
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Publication date
Application filed by Chuo Denki Kogyo Co Ltd filed Critical Chuo Denki Kogyo Co Ltd
Priority to JP61015230A priority Critical patent/JPS62172665A/en
Publication of JPS62172665A publication Critical patent/JPS62172665A/en
Publication of JPH0572708B2 publication Critical patent/JPH0572708B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、乾電池用マンガン酸化物に関する。
更に詳しくは、特定のX線回折ピークを有する化
成二酸化マンガンに、同じく特定のX線回折ピー
クを有する天然二酸化マンガンを混合することを
特徴とする、活性で放電特性の良好な乾電池用マ
ンガン酸化物に関する。 従来の技術 マンガン酸化物、特に二酸化マンガンは乾電池
の主材料のなかで減極材として使用されるが、そ
の性状が乾電池の性能、例えば放電寿命等に極め
て大きな影響を及ぼすことから、乾電池の設計に
おいて非常に大きなフアクターとなつている。 各種電池の中で、特にマンガン乾電池は従来か
ら広範に利用されてきたが、これは二酸化マンガ
ン鉱石が比較的安価でかつ大量に天然物として入
手できたことによるものと思われる。しかしなが
ら、近年において、天然鉱石から良質の乾電池用
マンガン酸化物を得ることが次第に困難になつて
きており、その結果良質の二酸化マンガンを人工
的に作製しようとの試みが多数なされてきてい
る。 その最も良く知られた例として、電解二酸化マ
ンガンを挙げることができる。この電解二酸化マ
ンガンは、通常硫酸マンガンを陽極酸化して得ら
れ、主としてガンマ(γ)タイプMnO2からなる
結晶相を有するものであつて(添付第6図のX線
スペクトルチヤート(d)参照)、一般に減極材とし
ては最適のものとされている。 しかしながら、電解二酸化マンガンを得るため
には電解酸化工程が必須であり、多大の電力を要
するので、製品のコストが高く、またエネルギー
消費が著しい等の点で問題である。そこで、製品
としての電池特性をできる限り犠牲にすることな
く、更に経済性の良い技術の開発が望まれてい
る。 最近では、乾電池用として、不活性の天然二酸
化マンガンを化学処理して高活性化した活性二酸
化マンガンや、化学的方法によつてマンガン鉱石
やマンガン塩から化成二酸化マンガンを合成する
試みがなされている。 そのような化成二酸化マンガンの例としては、
本発明者らの特開昭60−170891号明細書に記載の
ものを挙げることができ、これは以下のような方
法で製造することができる。 即ち、マンガン鉱石またはマンガン塩を400℃
以上の温度で焙焼後、酸処理を施して二酸化マン
ガンとし、該二酸化マンガンを重質化して得るこ
とができる。 特に、マンガン鉱石を焙焼・酸処理して得られ
た化成二酸化マンガンは、安価な乾電池用減極材
として用いることができるが、二酸化マンガンの
品位は、電解二酸化マンガンが91〜92%であるの
に対して、75〜82%程度と低く、また二酸化マン
ガン利用率の高い軽放電性能において、電解二酸
化マンガンに及ばない。以下、本明細書において
マンガン鉱石を焙焼・酸処理して得られた比較的
品位の低いマンガン酸化物を化成二酸化マンガン
という。 すなわち、乾電池の放電における二酸化マンガ
ンの利用率は、一般に重放電(低抵抗)において
35〜40%であるのに対して、軽放電(高抵抗)で
は80〜〜100%に達し、乾電池陽極合剤中に含ま
れる二酸化マンガンの大半が放電に使われる。し
たがつて軽放電においては、二酸化マンガンの品
位が電池性能と密接な関連を有することになる。 一般に、低品位の二酸化マンガン軽放電性能を
改善する方法としては、これと品位の高い電解二
酸化マンガンとを混合する方法が採用されてい
る。しかしながら、前述したように電解二酸化マ
ンガンは、高価なマンガン酸化物であり、製品で
ある乾電池の価格もまた高くなつてしまうという
欠点を有する。 発明が解決しようとする問題点 上述したように、従来の乾電池用マンガン酸化
物は解決すべき種々の欠点を有しており、価格お
よび電池性能の観点から、軽放電性能を改善する
ことは、極めて重要な課題である。 電池性能の観点からみると上記のように電解二
酸化マンガンあるいはこれと低品位二酸化マンガ
ンとの混合物によつて目的を達成することは可能
であるが、電解二酸化マンガンを使用する限り価
格の点では著しく不利である。従つて、低品位の
二酸化マガンあるいは化成二酸化マンガン使用し
て、実用レベル以上のあるいは電解二酸化マンガ
ンもしくはこれと低品位生成物との混合物と同程
度もしくはそれ以上の製品を得ることが経済的観
点から最も望ましい。 そこで本発明の目的は、高活性で特に軽負荷放
電性能において優れた性能を発揮し、且つ電解二
酸化マンガンを使用した場合と比較して著しく安
価な乾電池用マンガン酸化物を提供することにあ
る。 問題点を解決するための手段 本発明の発明者等は、上記問題点を解決すべく
種々研究を重ね、検討した結果、特定のX線回折
ピークを示す化成二酸化マンガンと特定のX線回
折ピークを有する天然二酸化マンガンとを組合せ
ることが上記目的達成のために極めて有効である
ことを見出し、本発明を完成した。 即ち、本発明の乾電池用マンガン酸化物は、X
線源にCuXα線を用いたX線回折による回折線に
おいて12.8°、18.1°、22.4°、28.8°、34.7°、37.1
°、
37.6°、38.8°、41.9°、42.6°、44.1°、49.8°、56
.1°、
57.4°、60.0°、65.6°および68.8°近傍に特有のピー
クを有する化成二酸化マンガンと、同法による回
折線において9.4°、12.3°、18.7°、22.4°、28.6°

34.7°、37.1°、38.8°、42.6°、44.1°、56.1°、57
.4°、
65.6°、68.8°近傍に特有のピークを有する天然二
酸化マンガンとからなることを特徴とする。この
ような組合せにより、軽負荷放電性能が大巾に改
善され、低価格化が可能となる。 同様な効果は、また上記2つの成分からなる混
合物に、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マ
ンガンおよび上記天然二酸化マンガンのピークの
うち9.4°、12.3°および18.7°近傍以外のピークを有
する天然二酸化マンガンからなる群から選ばれる
少なくとも1種を添加した場合にも達成すること
ができ、このような態様も本発明の範囲にはい
る。 本発明の乾電池用マンガン酸化物において、X
線回折ピークで、回折線が約9.4°、12.3°、18.7°、
22.4°、28.6°、34.7°、37.1°、38.8°、42.6°、44
.1°、
56.1°、57.4°、65.6°、68.8°に特有のピークを有す
る天然二酸化マンガンの例としては、特にアフリ
カのガボン産のものを挙げることができる。回折
線のうち、22.4°、34.7°37.1°、38.8°、42.6°、44
.1°、
56.1°、57.4°、65.6°、68.8°にそれぞれ回折ピーク
を有するものは、ガンマ(γ)型−MnO2と称さ
れるものであり、電気化学的にきわめて活性な二
酸化マンガンである。さらに、9.4°、12.3°、18.7°
にそれぞれ回折ピークを有するものは、(Mn、
Ca)Mn5O11・4H2Oと称されるものであり、本
発明のマンガン酸化物の奏する効果の主因と考え
られるマンガン酸化物である。28.6°に示される
回折ピークは、ベータ(β)型MnO2の最強ピー
クであり、電気化学的には不活性の二酸化マンガ
ンであるが、結晶性が良いため小量含まれていて
もきわめて鋭い回折ピークとなつて現われる。 これら3種のマンガン酸化物は、該鉱石中に一
定の比率できわめて安定に存在しており、鉱石そ
のものの価格も安く、かつ広範に存在している。 一方、同様に、12.8°、18.1°、22.4°、28.8°、
34.7°、37.1°、37.6°、38.8°、41.9°、42.6°、44
.1°、
49.8°、56.1°、57.4°、60.0°、65.6°、68.8°付近
に回
折ピークを有する化成二酸化マンガンは本発明者
らにより別途特許出願されている方法によつて得
ることができる(特願昭60−170891合明細書参
照)。 即ち、マンガン鉱石またはマンガン塩を400℃
以上の温度で焙焼後、酸処理を施して二酸化マン
ガンとし、該二酸化マンガンを重質化して得るこ
とができる。 ここで原料として用いられるマンガン鉱石とし
てはMnO2(軟マンガン鉱)、MnCO3(菱マンガン
鉱)、Mn2O3、Mn3O4等を主成分とするものが好
ましく、またマンガン塩としてはMnSO4
MnCO3、Mn(NO32等が用いられる。 一般に、マンガン酸化物およびMnCO3は、自
成雰囲気で加熱することにより、400〜500℃付近
からMn2O3となり、さらに800〜1000℃付近から
Mn2O3はMn3O4となる。又、MnSO4は850℃で分
解してMn3O4となり、さらに530〜940℃で加熱
すると酸化されてMn2O3を生成する。 また、軟マンガン鉱(MnO2)を用いる場合に
は、還元焙焼を行ない、Mn2O3またはMn3O4
する。 このように焙焼により得られたMn2O3または
Mn3O4をH2SO4、HCl、HNO3等の酸を用いて、
所定の温度および酸濃度にて酸処理を施すことに
より二酸化マンガン(MnO2)が得られる。 以上のような手続きに従つて本発明の意図する
乾電池用マンガン酸化物の成分である化成二酸化
マンガンを得ることができるが、必要により焙焼
後の酸処理の段階で、カリウム、脈石成分、重金
属成分等を除き、より電気的に有利なマンガン酸
化物とすることができる。 この酸処理は、通常0.5〜6N程度の酸溶液を用
い、60〜95℃にて30〜120分程度行われる。この
処理条件は特に臨界的ではなく、粉砕マンガン鉱
石、マンガン塩の粒度、処理量等の条件によつて
変化する。 例えば硫酸処理により二酸化マンガンを主成分
とする固形分と、可溶性の硫酸マンガン含有溶液
とが得られるが、不純物の大部分は後者の溶液中
に残される。固形分はそのまま最終製品して回収
する。勿論十分に水洗し、可溶性のカリウム、重
金属を除去する。また、K等による汚染の心配の
ないアルカリ、例えばNH4OHなどで中和した後
水洗し乾燥することもできる。 かくして得られる二酸化マンガンを次いで重質
化する。この重質化は酸処理後の二酸化マンガン
を粉末状態で、加圧下にロールプレスすることに
より平板状に圧縮成形した後、所望の粒度に粉砕
することにより行う。 本発明の酸化マンガンは、かくして得た化成二
酸化マンガンを、同様に粉砕して所定の粒度に調
節した天然二酸化マンガンおよび/またはその他
の上記成分の少なくとも1種と混合して得ること
ができる。尚、重質化はこれら成分の混合後に一
括して行うこともできる。 作 用 かくして、本発明に従えば、化成二酸化マンガ
ンに特定のX線回折ピークを有する天然二酸化マ
ンガンを混合することにより、軽放電性能を大幅
に改善できるものである。第1図は、該二酸化マ
ンガンのX線回折パターンを示したものであり、
第2図は、本発明のこのような効果の1例を示す
ものである。該図のデータは、混合比率と、軽放
電性能の1例である10オーム連続放電持続時間と
の関係を示し、本発明に係る化成二酸化マンガン
単味すなわち100%では44.0時間、ガボン産天然
二酸化マンガン単味で32.0時間、おのおのを混合
すると全混合比率で性能が大幅に改善されること
を示している。一般に、高性能の二酸化マンガン
と低性能の二酸化マンガンを混合すると、混合し
た比率に従い直線的(図中点線にて表示)に性能
が低下することが良く知られている。しかしなが
ら、本発明の二酸化マンガン混合物によれば、直
線的に低下することなく、該直線の上方に凸とな
つた曲線を示し、性能は全混合比率で改善される
ことがわかる。 さらに、本発明に係る乾電池用マンガン酸化物
に、1種以上の電解二酸化マンガン、化学合成二
酸化マンガンおよびX線回折による回折線で約
22.4°、34.7°、37.1°、38.8°、42.6°、44.1°、56
.1°、
57.4°、65.6°、68.88°に回折ピークを有する天然二
酸化マンガンを添加・混合しても本発明に係る乾
電池用二酸化マンガンの性能は十分に達成され
る。添加・混合できる重量比率については、特に
制約はないが、価格および製造コストの面から少
ないことが好ましい。 前述したように、電解二酸化マンガンは、乾電
池用二酸化マンガンとしての品位およびこれを用
いて得られる電池の放電特性の点で優れており、
これを他の二酸化マンガンに混合すれば、電池の
軽放電特性が改善されることは明らかである。例
えば、電解二酸化マンガンに、ガボン産の天然二
酸化マンガンを混合して所望の性能とすることは
広く一般に行なわれており、その1例を第3図に
示した。該図で明らかなごとく、混合して得られ
る電池性能は、混合比率に従い、ほぼ直線的に変
化し、その放電持続時間も長い。 しかしながら、電解二酸化マンガンは化成二酸
化マンガンと比較して著しく高価であり、得られ
る乾電池製品も高価なものとなつてしまうという
欠点を有している。従つて、既に述べたように化
成二酸化マンガンに添加すべきマンガン酸化物は
価格的に安価なものであることが望まれる。 しかしながら、全ての低価格のマンガン酸化物
が有効であるというわけではなく、例えば多数の
天然二酸化マンガンの中で、比較的埋蔵量が多
く、価格も安いことから一部で電池用二酸化マン
ガンとして使用されているメキシコ産の天然二酸
化マンガンと本発明に係る化成二酸化マンガンと
混合した場合は、第4図に示すごとく、その電池
性能が混合比率に従つて、直線的に変化するだけ
であり、しかも放電持続時間の絶対値も本発明の
酸化マンガンと比較して低くなつている。 かくして、本発明によるマンガン酸化物は、か
かる特性を利用して、例えば、最も生産量の多い
マンガン乾電池等の減極材として有効に利用する
ことができ、軽放電特性を改善し得ると共に、価
格の面でも十分満足し得るものとなる。 実施例 以下に本発明の方法を実施例に基づき具体的に
説明するが、本発明の範囲はこれら実施例により
何等制限されない。 実施例 1 マンガン鉱石を5mm以下に破砕後、大気中で
800℃の温度下に1時間焙焼して、マンガン酸化
物を得た。該マンガン酸化物を2N−H2SO4と1.5
時間反応させて酸処理を行なつた。得られた固形
物を、水洗した後、NH4OH希薄溶液でPHを7.5
にし、更に120℃で乾燥し、X線源にCuKαを用
いたX線回折により回折線を求めたところ、約
12.8°、18.1°、22.4°、28.8°、34.7°、37.1°、37
.6°、
38.8°、41.9°、42.6°、44.1°、49.8°、56.1°、57
.4°、
60.0°、65.6°、68.8°に特有のピークを有する化成
二酸化マンガンが得られた。尚、X線分析の際X
線源としてCuKαを用いると、X線散乱の影響に
より、回折ピークのベースラインが高くなり、ピ
ークの判定が困難となるため、フイルター的役割
を果すモノクロメータを使用した。ただし、モノ
クロメータを使用しても回折ピークの角度は変ら
ない。測定電圧30KV、電流15mA、フルスケー
ス400cpsで測定した。 かくして得られたマンガン酸化物を次いでロー
ル方式のプレス機にかけ、5トン/cm2の圧力で2
度プレスして重質化し、100メツシユより小さい
粒度に粉砕した。 次に、ガボン産の天然二酸化マンガンをロール
クラツシヤーと振動ボールミルで粉砕し、−200メ
ツシユの粒度とした。 かくして得られた化成二酸化マンガンとガボン
産の天然二酸化マンガンを重量比率100対0、90
対10、80対20、70対30、60対40、50対50、40対
60、30対70、20対80、10対90、0対100で強制撹
拌型混合機を用いて混合して各々9.6Kgの乾電池
用マンガン酸化物を得た。 それぞれの混合比率のマンガン酸化物をJIS−
K1467号に記載されている乾電池試作試験法に準
拠して単一型乾電池を各々300ケづつ作製した。 放電試験は、20±2℃の温度下で、抵抗10オー
ムでの下で連続放電を行ない、放電終止電圧
(0.9ボルト)までの放電持続時間を測定した。結
果を第2図に示す。尚、かかる混合物につきみら
れる一般的傾向を点線で示した。 実施例 2〜7 実施例1と同様に以下の第1表および第2表に
示すような原料を用い二酸化マンガン混合物を
得、同様に電池を作製し、その特性を評価した。
尚、実施例2は参考例であり、実施例3および4
は比較例である。 実施例1を含めて実施例7までの試験方法なら
びに結果を第1表、第2表および第6図に示す。 ここで、本発明による効果の表現方法として、
混合比率に従い弓形に性能が改善される場合を
「弓形現象が有る」と称し、また単に直線的に変
化する場合を「弓形現象が無い」と称することと
した。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to manganese oxide for dry batteries.
More specifically, a manganese oxide for dry batteries that is active and has good discharge characteristics is characterized by mixing chemical manganese dioxide that has a specific X-ray diffraction peak with natural manganese dioxide that also has a specific X-ray diffraction peak. Regarding. Conventional technology Manganese oxide, especially manganese dioxide, is used as a depolarizing material among the main materials of dry batteries, but its properties have a very large effect on the performance of dry batteries, such as discharge life, so it is difficult to design dry batteries. It has become a very big factor. Among various types of batteries, manganese dry batteries in particular have been widely used in the past, probably because manganese dioxide ore is relatively inexpensive and available in large quantities as a natural product. However, in recent years, it has become increasingly difficult to obtain high-quality manganese oxide for dry batteries from natural ores, and as a result, many attempts have been made to artificially produce high-quality manganese dioxide. The best known example is electrolytic manganese dioxide. This electrolytic manganese dioxide is usually obtained by anodizing manganese sulfate and has a crystalline phase mainly consisting of gamma (γ) type MnO 2 (see X-ray spectrum chart (d) in attached Figure 6). , is generally considered to be the most suitable depolarizing material. However, in order to obtain electrolytic manganese dioxide, an electrolytic oxidation step is essential and requires a large amount of electric power, resulting in problems such as high product cost and significant energy consumption. Therefore, it is desired to develop a technology that is more economically efficient without sacrificing the battery characteristics as a product as much as possible. Recently, attempts have been made to synthesize active manganese dioxide, which is made highly active by chemically treating inert natural manganese dioxide, for use in dry batteries, and to synthesize chemical manganese dioxide from manganese ore and manganese salts using chemical methods. . Examples of such chemical manganese dioxide include:
Examples include those described in JP-A-60-170891 by the present inventors, which can be produced by the following method. That is, manganese ore or manganese salt is heated to 400℃.
After roasting at the above temperature, acid treatment is performed to produce manganese dioxide, and the manganese dioxide can be made heavier. In particular, chemical manganese dioxide obtained by roasting and acid-treating manganese ore can be used as an inexpensive depolarizing material for dry batteries, but the quality of manganese dioxide is 91 to 92% that of electrolytic manganese dioxide. On the other hand, it is low at around 75-82%, and is not as good as electrolytic manganese dioxide in terms of light discharge performance with a high utilization rate of manganese dioxide. Hereinafter, in this specification, relatively low-grade manganese oxide obtained by roasting and acid-treating manganese ore will be referred to as chemical manganese dioxide. In other words, the utilization rate of manganese dioxide in dry cell discharge is generally lower in heavy discharge (low resistance).
While it is 35-40%, in light discharge (high resistance) it reaches 80-100%, and most of the manganese dioxide contained in the dry battery anode mixture is used for discharge. Therefore, in light discharge, the quality of manganese dioxide has a close relationship with battery performance. Generally, as a method of improving the light discharge performance of low-grade manganese dioxide, a method of mixing this with high-grade electrolytic manganese dioxide is adopted. However, as mentioned above, electrolytic manganese dioxide is an expensive manganese oxide and has the drawback that the price of the dry battery product is also high. Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, the conventional manganese oxide for dry batteries has various drawbacks that need to be solved, and from the viewpoint of cost and battery performance, it is difficult to improve light discharge performance. This is an extremely important issue. From the viewpoint of battery performance, as mentioned above, it is possible to achieve the objective with electrolytic manganese dioxide or a mixture of this and low-grade manganese dioxide, but as long as electrolytic manganese dioxide is used, the price is significantly lower. It is disadvantageous. Therefore, from an economic point of view, it is desirable to use low-grade manganese dioxide or chemically modified manganese dioxide to obtain a product that is above the practical level, or equivalent to or better than electrolytic manganese dioxide or its mixture with low-grade products. Most desirable. Therefore, an object of the present invention is to provide a manganese oxide for dry batteries that is highly active, exhibits excellent performance particularly in light load discharge performance, and is significantly cheaper than when electrolytic manganese dioxide is used. Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have conducted various studies and, as a result of their consideration, have found that chemical manganese dioxide exhibiting a specific X-ray diffraction peak and chemical manganese dioxide exhibiting a specific X-ray diffraction peak The present invention has been completed based on the discovery that the combination with natural manganese dioxide having the following properties is extremely effective for achieving the above object. That is, the manganese oxide for dry batteries of the present invention has
12.8°, 18.1°, 22.4°, 28.8°, 34.7°, 37.1 in the diffraction lines by X-ray diffraction using CuXα rays as the radiation source
°,
37.6°, 38.8°, 41.9°, 42.6°, 44.1°, 49.8°, 56
.1°,
Chemical manganese dioxide has unique peaks near 57.4°, 60.0°, 65.6°, and 68.8°, and diffraction lines of 9.4°, 12.3°, 18.7°, 22.4°, and 28.6° by the same method.
,
34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44.1°, 56.1°, 57
.4°,
It is characterized by consisting of natural manganese dioxide having unique peaks near 65.6° and 68.8°. Such a combination greatly improves light load discharge performance and enables cost reduction. A similar effect can also be obtained from electrolytic manganese dioxide, chemically synthesized manganese dioxide, and natural manganese dioxide having peaks other than around 9.4°, 12.3°, and 18.7° among the peaks of the above natural manganese dioxide. This can also be achieved by adding at least one member selected from the group consisting of: This embodiment also falls within the scope of the present invention. In the manganese oxide for dry batteries of the present invention,
At the line diffraction peak, the diffraction lines are approximately 9.4°, 12.3°, 18.7°,
22.4°, 28.6°, 34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44
.1°,
Examples of natural manganese dioxide having characteristic peaks at 56.1°, 57.4°, 65.6° and 68.8° include, in particular, those from Gabon in Africa. Among the diffraction lines, 22.4°, 34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44
.1°,
What has diffraction peaks at 56.1°, 57.4°, 65.6°, and 68.8°, respectively, is called gamma (γ) type-MnO 2 and is electrochemically extremely active manganese dioxide. Additionally, 9.4°, 12.3°, 18.7°
Those with diffraction peaks in (Mn,
Ca) Mn 5 O 11.4H 2 O, which is a manganese oxide that is considered to be the main cause of the effects of the manganese oxide of the present invention. The diffraction peak shown at 28.6° is the strongest peak of beta (β) type MnO 2 , which is electrochemically inert manganese dioxide, but due to its good crystallinity, it is extremely sharp even if it is contained in small amounts. Appears as a diffraction peak. These three types of manganese oxides exist extremely stably at a certain ratio in the ore, and the ore itself is inexpensive and widely available. On the other hand, similarly, 12.8°, 18.1°, 22.4°, 28.8°,
34.7°, 37.1°, 37.6°, 38.8°, 41.9°, 42.6°, 44
.1°,
Chemical manganese dioxide having diffraction peaks around 49.8°, 56.1°, 57.4°, 60.0°, 65.6°, and 68.8° can be obtained by a method for which a patent application has been separately filed by the present inventors. 60-170891). That is, manganese ore or manganese salt is heated to 400℃.
After roasting at the above temperature, acid treatment is performed to produce manganese dioxide, and the manganese dioxide can be made heavier. The manganese ore used as a raw material here is preferably one whose main components are MnO 2 (soft manganese ore), MnCO 3 (rhomganese ore), Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , etc., and as the manganese salt, MnSO4 ,
MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2, etc. are used. Generally, manganese oxide and MnCO 3 become Mn 2 O 3 from around 400 to 500℃ by heating in an autogenous atmosphere, and further from around 800 to 1000℃.
Mn 2 O 3 becomes Mn 3 O 4 . Furthermore, MnSO 4 decomposes at 850°C to become Mn 3 O 4 , and when further heated at 530 to 940°C, it is oxidized to generate Mn 2 O 3 . Furthermore, when soft manganese ore (MnO 2 ) is used, reduction roasting is performed to produce Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 . Mn 2 O 3 or
Mn 3 O 4 using an acid such as H 2 SO 4 , HCl, HNO 3 , etc.
Manganese dioxide (MnO 2 ) is obtained by acid treatment at a predetermined temperature and acid concentration. Chemical manganese dioxide, which is a component of manganese oxide for dry batteries as intended by the present invention, can be obtained by following the procedures described above, but if necessary, potassium, gangue components, By removing heavy metal components and the like, a more electrically advantageous manganese oxide can be obtained. This acid treatment is usually performed using an acid solution of about 0.5 to 6N at 60 to 95°C for about 30 to 120 minutes. These processing conditions are not particularly critical, and vary depending on conditions such as the particle size of the crushed manganese ore and manganese salt, and the amount to be processed. For example, treatment with sulfuric acid yields a solid content mainly consisting of manganese dioxide and a solution containing soluble manganese sulfate, but most of the impurities remain in the latter solution. The solid content is recovered as a final product. Of course, wash thoroughly with water to remove soluble potassium and heavy metals. It is also possible to neutralize with an alkali such as NH 4 OH, which is free from contamination with K, etc., then wash with water and dry. The manganese dioxide thus obtained is then made heavy. This weighting is carried out by compressing the acid-treated manganese dioxide in a powder state into a flat plate by roll pressing under pressure, and then pulverizing it to a desired particle size. The manganese oxide of the present invention can be obtained by mixing the chemical manganese dioxide thus obtained with natural manganese dioxide and/or at least one of the other components mentioned above, which have been similarly ground and adjusted to a predetermined particle size. Incidentally, the weighting can also be carried out all at once after mixing these components. Function Thus, according to the present invention, light discharge performance can be significantly improved by mixing natural manganese dioxide having a specific X-ray diffraction peak with chemical manganese dioxide. FIG. 1 shows the X-ray diffraction pattern of the manganese dioxide,
FIG. 2 shows an example of such an effect of the present invention. The data in the figure shows the relationship between the mixing ratio and the 10 ohm continuous discharge duration, which is an example of light discharge performance. It is shown that when manganese alone is mixed for 32.0 hours, the performance is significantly improved at all mixing ratios. Generally, it is well known that when high-performance manganese dioxide and low-performance manganese dioxide are mixed, the performance decreases linearly (indicated by the dotted line in the figure) according to the mixing ratio. However, the manganese dioxide mixture of the present invention shows a convex curve above the straight line without decreasing linearly, indicating that the performance is improved at all mixing ratios. Furthermore, the manganese oxide for dry batteries according to the present invention contains one or more types of electrolytic manganese dioxide, chemically synthesized manganese dioxide, and approximately
22.4°, 34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44.1°, 56
.1°,
Even when natural manganese dioxide having diffraction peaks at 57.4°, 65.6°, and 68.88° is added and mixed, the performance of the manganese dioxide for dry batteries according to the present invention can be sufficiently achieved. There are no particular restrictions on the weight ratio that can be added and mixed, but it is preferably small in terms of price and manufacturing cost. As mentioned above, electrolytic manganese dioxide has excellent quality as manganese dioxide for dry batteries and the discharge characteristics of batteries obtained using it.
It is clear that if this is mixed with other manganese dioxide, the light discharge characteristics of the battery will be improved. For example, it is a common practice to mix electrolytic manganese dioxide with natural manganese dioxide from Gabon to achieve desired performance, and one example is shown in FIG. As is clear from the figure, the battery performance obtained by mixing changes almost linearly according to the mixing ratio, and the discharge duration is also long. However, electrolytic manganese dioxide has the disadvantage that it is significantly more expensive than chemical manganese dioxide, and the resulting dry battery product is also expensive. Therefore, as already mentioned, it is desirable that the manganese oxide to be added to chemical manganese dioxide be inexpensive. However, not all low-priced manganese oxides are effective; for example, among the many natural manganese dioxides, some are used as manganese dioxide for batteries because they have relatively large reserves and are cheap. When natural manganese dioxide produced in Mexico is mixed with chemical manganese dioxide according to the present invention, as shown in Fig. 4, the battery performance changes only linearly according to the mixing ratio; The absolute value of the discharge duration is also lower compared to the manganese oxide of the present invention. Thus, the manganese oxide according to the present invention can be effectively used, for example, as a depolarizing material for manganese dry batteries, etc., which are produced in the largest quantity, by utilizing such properties, and can improve light discharge characteristics and reduce the price. It is also fully satisfactory in terms of. Examples The method of the present invention will be specifically explained below based on Examples, but the scope of the present invention is not limited in any way by these Examples. Example 1 After crushing manganese ore to 5 mm or less, it was crushed in the atmosphere.
It was roasted at a temperature of 800°C for 1 hour to obtain manganese oxide. The manganese oxide was mixed with 2N−H 2 SO 4 and 1.5
Acid treatment was carried out by reacting for a period of time. After washing the obtained solid with water, the pH was adjusted to 7.5 with a dilute NH 4 OH solution.
After drying at 120℃, the diffraction lines were determined by X-ray diffraction using CuKα as the X-ray source.
12.8°, 18.1°, 22.4°, 28.8°, 34.7°, 37.1°, 37
.6°,
38.8°, 41.9°, 42.6°, 44.1°, 49.8°, 56.1°, 57
.4°,
Chemical manganese dioxide having unique peaks at 60.0°, 65.6°, and 68.8° was obtained. In addition, during X-ray analysis
When CuKα is used as a radiation source, the baseline of the diffraction peak becomes high due to the influence of X-ray scattering, making it difficult to determine the peak, so a monochromator, which acts as a filter, was used. However, even if a monochromator is used, the angle of the diffraction peak does not change. The measurement voltage was 30KV, the current was 15mA, and the full scale was 400cps. The manganese oxide thus obtained was then placed in a roll press and pressed at a pressure of 5 tons/ cm2 .
It was pressed to make it heavier and ground to a particle size smaller than 100 mesh. Next, natural manganese dioxide from Gabon was crushed using a roll crusher and a vibrating ball mill to obtain a -200 mesh particle size. The chemical manganese dioxide thus obtained and the natural manganese dioxide from Gabon were mixed in a weight ratio of 100:0,90.
vs. 10, 80 vs. 20, 70 vs. 30, 60 vs. 40, 50 vs. 50, 40 vs.
60:60, 30:70, 20:80, 10:90, and 0:100 were mixed using a forced stirring type mixer to obtain 9.6 kg of manganese oxide for dry batteries, respectively. JIS-
Three hundred single-type dry batteries were manufactured in accordance with the dry battery prototype testing method described in No. K1467. In the discharge test, continuous discharge was performed under a resistance of 10 ohms at a temperature of 20±2° C., and the discharge duration until the discharge end voltage (0.9 volts) was measured. The results are shown in Figure 2. The dotted line indicates the general tendency observed in such mixtures. Examples 2 to 7 Manganese dioxide mixtures were obtained in the same manner as in Example 1 using the raw materials shown in Tables 1 and 2 below, and batteries were produced in the same manner and their characteristics were evaluated.
Note that Example 2 is a reference example, and Examples 3 and 4
is a comparative example. The test methods and results from Example 1 to Example 7 are shown in Table 1, Table 2, and FIG. 6. Here, as a method of expressing the effect of the present invention,
The case where the performance improves in an arcuate manner according to the mixing ratio is referred to as ``there is an arcuate phenomenon,'' and the case where it simply changes linearly is referred to as ``there is no arcuate phenomenon.''

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の乾電池用マ
ンガン酸化物によれば、安価な天然二酸化マンガ
ンを混合することにより化成二酸化マンガンの軽
放電性能を改善することが可能であり、ひいては
製品となるマンガン乾電池のコストを大幅に引き
下げることが、可能となる。 以上により、本発明のマンガン乾電池用マンガ
ン酸化物は工業的に極めて有用なものであると言
える。
[Table] Effects of the invention As described in detail above, according to the manganese oxide for dry batteries of the present invention, it is possible to improve the light discharge performance of chemical manganese dioxide by mixing inexpensive natural manganese dioxide. In turn, it becomes possible to significantly reduce the cost of the manganese dry battery product. From the above, it can be said that the manganese oxide for manganese dry batteries of the present invention is industrially extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のマンガン酸化物において有
用な化成二酸化マンガン(a)と天然二酸化マンガン
(b)のX線回折ピークを示す図であり、第2図は、
化成二酸化マンガンとガボン産の天然二酸化マン
ガンの混合比率と、乾電池放電持続時間との関係
を示したグラフであり、第3図は、電解二酸化マ
ンガンとガボン産の天然二酸化マンガンの混合比
率と、乾電池放電持続時間との関係を示したグラ
フであり、第4図は、化成二酸化マンガンとメキ
シコ産の天然二酸化マンガンの混合比率と、乾電
池放電持続時間との関係を示したグラフであり、
第5図は、電解二酸化マンガンとメキシコ産の天
然二酸化マンガンの混合比率と、乾電池放電持続
時間との関係を示したグラフであり、第6図は、
実施例において用いた種々のマンガン酸化物のX
線回折パターンを示す図であり、それぞれ、本発
明に係る化成二酸化マンガン(a)、本発明に係るガ
ボン産天然二酸化マンガン(b)、メキシコ産天然二
酸化マンガン(c)、国際共通試料No.17電解二酸化マ
ンガン(d)国際共通試料No.12化学合成二酸化マンガ
ン(e)を示すものである。
Figure 1 shows chemically converted manganese dioxide (a) and natural manganese dioxide useful in the manganese oxide of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the X-ray diffraction peak of (b), and FIG.
This is a graph showing the relationship between the mixing ratio of chemical manganese dioxide and natural manganese dioxide produced in Gabon and the discharge duration of a dry battery. 4 is a graph showing the relationship between the discharge duration and the mixing ratio of chemical manganese dioxide and natural manganese dioxide produced in Mexico and the dry battery discharge duration,
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of electrolytic manganese dioxide and natural manganese dioxide produced in Mexico and the dry cell discharge duration, and FIG.
X of various manganese oxides used in the examples
It is a diagram showing the line diffraction patterns of chemical manganese dioxide (a) according to the present invention, natural manganese dioxide from Gabon (b) according to the present invention, natural manganese dioxide from Mexico (c), and international common sample No. 17, respectively. Electrolytic manganese dioxide (d) International common sample No. 12 shows chemically synthesized manganese dioxide (e).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 X線源にCuKα線を用いたX線回折による回
折線において12.8°、18.1°、22.4°、28.8°、34.7°

37.1°、37.6°、38.8°、41.9°、42.6°、44.1°、49
.8°、
56.1°、57.4°、60.0°、65.6°および68.8°近傍に特

のピークを有する化成二酸化マンガンと、同法に
よる回折線において9.4°、12.3°、18.7°、22.4°、
28.6°、34.7°、37.1°、38.8°、42.6°、44.1°、56
.1°、
57.4°、65.6°、68.8°近傍に特有のピークを有する
天然二酸化マンガンとからなる乾電池用マンガン
酸化物。 2 上記化成二酸化マンガンが軟マンガン鉱、菱
マンガン鉱、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3、Mn
(NO32の少なくとも1種を400°以上の温度で焙
焼した後、酸処理して得られたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の乾電池用
マンガン酸化物。 3 上記天然二酸化マンガンがガボン産天然二酸
化マンガンであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項または第2項記載の乾電池用マンガン酸
化物。 4 X線源にCuKα線を用いたX線回折による回
折線において12.8°、18.1°、22.4°、28.8°、34.7°

37.1°、37.6°、38.8°、41.9°、42.6°、44.1°、49
.8°、
56.1°、57.4°、60.0°、65.6°および68.8°近傍に特

のピークを有する化成二酸化マンガンと、同法に
よる回折線において9.4°、12.3°、18.7°、22.4°、
28.6°、34.7°、37.1°、38.8°、42.6°、44.1°、56
.1°、
57.4°、65.6°、68.8°近傍に特有のピークを有する
天然二酸化マンガンとの混合物と、電解二酸化マ
ンガン、化学合成二酸化マンガンおよび前記天然
二酸化マンガンの9.4°、12.3°、18.7°付近の回折線
以外のピークを有する天然二酸化マンガンからな
る群から選ばれる少なくとも1種を含むことを特
徴とする乾電池用マンガン酸化物。 5 上記化成二酸化マンガンが軟マンガン鉱、菱
マンガン鉱、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3、Mn
(NO32の少なくとも1種を400°以上の温度で焙
焼した後、酸処理して得られたものであることを
特徴とする特許請求の範囲第4項記載の乾電池用
マンガン酸化物。 6 上記天然二酸化マンガンがガボン産天然二酸
化マンガンであることを特徴とする特許請求の範
囲第4項または第5項記載の乾電池用マンガン酸
化物。
[Claims] 1. 12.8°, 18.1°, 22.4°, 28.8°, 34.7° in diffraction lines by X-ray diffraction using CuKα rays as an X-ray source
,
37.1°, 37.6°, 38.8°, 41.9°, 42.6°, 44.1°, 49
.8°,
Chemical manganese dioxide has unique peaks near 56.1°, 57.4°, 60.0°, 65.6° and 68.8°, and diffraction lines of 9.4°, 12.3°, 18.7°, 22.4°,
28.6°, 34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44.1°, 56
.1°,
A manganese oxide for dry batteries consisting of natural manganese dioxide having unique peaks near 57.4°, 65.6°, and 68.8°. 2 The chemical manganese dioxide mentioned above is soft manganese, rhodochrosite, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn
The manganese oxide for dry batteries according to claim 1, which is obtained by roasting at least one of (NO 3 ) 2 at a temperature of 400° or higher and then treating with an acid. . 3. The manganese oxide for dry batteries according to claim 1 or 2, wherein the natural manganese dioxide is natural manganese dioxide produced in Gabon. 4 12.8°, 18.1°, 22.4°, 28.8°, 34.7° in the diffraction lines by X-ray diffraction using CuKα rays as the X-ray source
,
37.1°, 37.6°, 38.8°, 41.9°, 42.6°, 44.1°, 49
.8°,
Chemical manganese dioxide has unique peaks near 56.1°, 57.4°, 60.0°, 65.6° and 68.8°, and diffraction lines of 9.4°, 12.3°, 18.7°, 22.4°,
28.6°, 34.7°, 37.1°, 38.8°, 42.6°, 44.1°, 56
.1°,
A mixture with natural manganese dioxide having unique peaks around 57.4°, 65.6°, and 68.8°, and diffraction lines other than those around 9.4°, 12.3°, and 18.7° of electrolytic manganese dioxide, chemically synthesized manganese dioxide, and the natural manganese dioxide. A manganese oxide for dry batteries, characterized in that it contains at least one member selected from the group consisting of natural manganese dioxide having a peak of 5 The chemical manganese dioxide mentioned above is soft manganese, rhodochrosite, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn
The manganese oxide for dry batteries according to claim 4, which is obtained by roasting at least one type of (NO 3 ) 2 at a temperature of 400° or higher and then treating with an acid. . 6. The manganese oxide for dry batteries according to claim 4 or 5, wherein the natural manganese dioxide is natural manganese dioxide produced in Gabon.
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