JP2007048737A - Alkaline battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkaline battery which has an excellent high load discharge property and no reduction of a low load discharge property. <P>SOLUTION: In an alkaline battery provided with a cathode mixture containing gamma manganese dioxide and lambda manganese dioxide, an anode, and alkaline electrolyte, a mass ratio of lambda manganese dioxide and gamma manganese dioxide shall be 0.5/100 or more and 4.5/100 or less and an average particle diameter of lambda manganese dioxide shall be 3μm or more and 10μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガンマ型二酸化マンガンおよびラムダ型二酸化マンガンを含む正極合剤、負極、およびアルカリ電解液を具備するアルカリ電池に関するものである。   The present invention relates to an alkaline battery including a positive electrode mixture containing gamma-type manganese dioxide and lambda-type manganese dioxide, a negative electrode, and an alkaline electrolyte.

近年、アルカリマンガン電池などの一次電池の用途は拡大され、従来の低負荷放電の用途に加え、例えばデジタルスチルカメラのような高負荷放電特性が必要とされる機器での使用が増えて来ている。
そこで、本発明者らは、低負荷放電特性を低下させずに、高負荷放電特性を向上させるため、ラムダ型二酸化マンガンの使用を検討してきた。例えば特許文献1や特許文献2のように、正極にラムダ型二酸化マンガンを用いたり、ガンマ型二酸化マンガン(電解二酸化マンガンが代表)とラムダ型二酸化マンガンを混合して用いる方法が提案されている。しかし、本発明者らの検討では、低負荷放電および高負荷放電のいずれにおいても明確な効果が見られなかった。また、非特許文献1には、ラムダ型二酸化マンガンを電解二酸化マンガンに添加して用いる方法が記されているが、ラムダ型二酸化マンガンの粒子径については検討した経緯が記されておらず、放電特性の顕著な向上は示されていない。
米国特許第6783893号明細書 米国特許出願公開第2004/0058242号明細書 New Technologies & Medicine、Vol.2、p.341−348(2001)
In recent years, the use of primary batteries such as alkaline manganese batteries has been expanded, and in addition to conventional low-load discharge applications, use in devices that require high-load discharge characteristics such as digital still cameras has increased. Yes.
Therefore, the present inventors have studied the use of lambda type manganese dioxide in order to improve the high load discharge characteristics without degrading the low load discharge characteristics. For example, as in Patent Document 1 and Patent Document 2, a method is proposed in which lambda type manganese dioxide is used for the positive electrode, or gamma type manganese dioxide (represented by electrolytic manganese dioxide) and lambda type manganese dioxide are used in combination. However, in the study by the present inventors, no clear effect was observed in both low load discharge and high load discharge. Non-Patent Document 1 describes a method in which lambda type manganese dioxide is used by adding it to electrolytic manganese dioxide. However, there is no history of studying the particle size of lambda type manganese dioxide. No significant improvement in properties is shown.
US Pat. No. 6,783,893 US Patent Application Publication No. 2004/0058242 New Technologies & Medicine, Vol. 2, p. 341-348 (2001)

従来のラムダ型二酸化マンガンや、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの混合物を用いた場合、高負荷放電特性は向上する。しかし、低負荷放電時の放電末期にラムダ型二酸化マンガン粒子が膨張し、それに伴い正極合剤も膨張することから、正極合剤内でのイオンの移動が阻害され、放電分極が増大することにより低負荷放電特性が著しく低下するという問題を有している。アルカリ電池は、必ずしも特定用途(高負荷放電機器)として用いられるとは限らない。したがって、従来の低負荷放電の機器に使用された場合、放電時間が減少するのは甚だ都合が悪い。
本発明は、上記のような問題を解決するものである。
When a conventional lambda type manganese dioxide or a mixture of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide is used, the high load discharge characteristics are improved. However, the lambda-type manganese dioxide particles expand at the end of discharge during low-load discharge, and the positive electrode mixture also expands accordingly, which inhibits the movement of ions in the positive electrode mixture and increases the discharge polarization. There is a problem that the low-load discharge characteristic is remarkably deteriorated. Alkaline batteries are not always used for specific applications (high load discharge devices). Therefore, when used in a conventional low load discharge device, it is very inconvenient to reduce the discharge time.
The present invention solves the above problems.

本発明のアルカリ電池は、正極合剤、負極、およびアルカリ電解液を具備し、前記正極合剤が、ガンマ型二酸化マンガンおよびラムダ型二酸化マンガンを含み、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの重量比が0.5/100以上4.5/100以下であり、かつ前記ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が3μm以上10μm以下であることを特徴とする。   The alkaline battery of the present invention comprises a positive electrode mixture, a negative electrode, and an alkaline electrolyte, and the positive electrode mixture contains gamma type manganese dioxide and lambda type manganese dioxide, and the weight of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide. The ratio is 0.5 / 100 or more and 4.5 / 100 or less, and the average particle diameter of the lambda type manganese dioxide is 3 μm or more and 10 μm or less.

本発明によれば、低負荷放電特性を低下させることなく、高負荷放電特性が従来のアルカリ電池よりも向上したアルカリ電池を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an alkaline battery in which a high load discharge characteristic is improved as compared with a conventional alkaline battery without reducing the low load discharge characteristic.

本発明者らは、ラムダ型二酸化マンガンをガンマ型二酸化マンガンに混合してアルカリマンガン電池の正極に用いることにより、比較的放電深度が浅い領域で正極内の電気抵抗を低下させ、高負荷放電特性を向上できることを見出した。この際、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの重量比と、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が適正でないと、低負荷放電時の放電容量が低下することが分かった。   The inventors have mixed lambda type manganese dioxide with gamma type manganese dioxide and used it for the positive electrode of an alkaline manganese battery, thereby reducing the electrical resistance in the positive electrode in a region where the discharge depth is relatively shallow, and high load discharge characteristics. It was found that can be improved. At this time, it was found that if the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide and the average particle size of lambda type manganese dioxide are not appropriate, the discharge capacity during low-load discharge decreases.

そこで、本発明者らは、高負荷放電時の放電容量を増加させ、なおかつ低負荷放電時の放電容量低下を抑制するため、正極に用いるラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比、およびラムダ型二酸化マンガンの平均粒径について種々検討した。   Therefore, the present inventors have increased the discharge capacity at the time of high-load discharge, and to suppress the decrease in discharge capacity at the time of low-load discharge, the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide used for the positive electrode, Various investigations were made on the average particle size of lambda type manganese dioxide.

その結果、ラムダ型二酸化マンガンのガンマ型二酸化マンガンに対する比率が従来よりも少ない範囲において、かつラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が従来よりも小さい範囲内で、低負荷放電時の放電容量の低下が抑制され、高負荷放電時の放電容量が増加した。ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比と、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径の両者が上記の条件を満たした場合に、良好な結果が得られることが分かった。   As a result, in a range where the ratio of lambda type manganese dioxide to gamma type manganese dioxide is less than that in the past, and in the range where the average particle size of lambda type manganese dioxide is smaller than that in the past, the discharge capacity during low load discharge is reduced. It was suppressed, and the discharge capacity during high load discharge increased. It has been found that good results can be obtained when both the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide and the average particle size of lambda type manganese dioxide satisfy the above conditions.

ラムダ型二酸化マンガンの放電により起こる変化を詳細に調べたところ、放電深度が深くなると、ラムダ型二酸化マンガンの粒子は細かく割れ、あるいは細かいヒビが入ることにより、粒子が膨張することが分かった。この粒子の膨張に伴い正極合剤全体も膨張する。そのため、正極合剤内の隙間が増加するので、電解液の不足が生じ、いわゆる濃度分極が増大し、放電容量の低下を引き起こしていると考えられる。ラムダ型二酸化マンガンの比率が少なければ、容量低下の程度も小さくなる。また、ラムダ型二酸化マンガン粒子の粒径が小さければ、比較的大きなガンマ型二酸化マンガン粒子間の隙間内でその膨張を吸収することができる。そのため、上記のような合剤全体の膨張も少なく、電解液の不足も生じにくいと考えられる。また、結晶粒子が小さいことにより、放電による格子歪みによる粒子の割れが起こりにくいことも考えられる。   When changes caused by the discharge of lambda-type manganese dioxide were examined in detail, it was found that when the discharge depth was increased, the particles of lambda-type manganese dioxide were finely cracked or cracked to cause the particles to expand. As the particles expand, the entire positive electrode mixture also expands. For this reason, the gap in the positive electrode mixture increases, so that the lack of electrolyte occurs, so-called concentration polarization increases, and it is considered that the discharge capacity is reduced. If the ratio of lambda manganese dioxide is small, the degree of capacity reduction is also small. Further, if the particle diameter of the lambda type manganese dioxide particles is small, the expansion can be absorbed in the gaps between relatively large gamma type manganese dioxide particles. Therefore, the expansion of the mixture as described above is small, and it is considered that the shortage of the electrolytic solution is unlikely to occur. In addition, since the crystal grains are small, it is also considered that the cracks of the grains due to lattice distortion due to discharge hardly occur.

以上のような理由により、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比、およびラムダ型二酸化マンガンの平均粒径の両者が本発明の条件を満たした場合にのみ、良好な結果が得られる。すなわち、正極合剤中に含まれるラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比が0.5/100以上4.5/100以下であり、かつラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が3μm以上10μm以下であると、高負荷放電特性が向上し、しかも低負荷放電時の放電特性の低下のない優れたアルカリ電池を得ることができる。   For the above reasons, good results can be obtained only when both the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide and the average particle size of lambda type manganese dioxide satisfy the conditions of the present invention. . That is, the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide contained in the positive electrode mixture is 0.5 / 100 or more and 4.5 / 100 or less, and the average particle size of lambda type manganese dioxide is 3 μm or more. When it is 10 μm or less, it is possible to obtain an excellent alkaline battery with improved high load discharge characteristics and no deterioration in discharge characteristics during low load discharge.

ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの重量比が5/100未満であると、高負荷放電の特性が十分得られず、4.5/100より大きいと、低負荷放電時の放電特性が低下する。ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比は、放電中の正極の電気抵抗が低く抑えられることから、もっとも好ましくは、2.0/100以上3.5/100以下である。   If the weight ratio of lambda-type manganese dioxide and gamma-type manganese dioxide is less than 5/100, the characteristics of high-load discharge cannot be obtained sufficiently, and if it is more than 4.5 / 100, the discharge characteristics during low-load discharge are degraded. To do. The weight ratio of lambda type manganese dioxide to gamma type manganese dioxide is most preferably 2.0 / 100 or more and 3.5 / 100 or less because the electrical resistance of the positive electrode during discharge can be kept low.

ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が3μm未満であると、正極合剤の充填密度が著しく低下し、低負荷での放電特性が低下する。ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が10μmを越えると、低負荷放電時の放電末期近くで正極合剤の膨張によると考えられる放電分極が生じ、低負荷放電時の放電容量が低下する。ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径は、正極合剤の密度が高く、かつ低負荷放電特性の低下もほとんどなくなるため、最も好ましくは、7μm以上9μm以下である。   When the average particle diameter of the lambda type manganese dioxide is less than 3 μm, the packing density of the positive electrode mixture is remarkably lowered, and the discharge characteristics at a low load are lowered. When the average particle diameter of lambda type manganese dioxide exceeds 10 μm, discharge polarization is considered to occur due to expansion of the positive electrode mixture near the end of discharge during low-load discharge, and the discharge capacity during low-load discharge decreases. The average particle diameter of the lambda type manganese dioxide is most preferably 7 μm or more and 9 μm or less because the density of the positive electrode mixture is high and the deterioration of the low load discharge characteristics is almost eliminated.

二酸化マンガンの平均粒径については、(株)堀場製作所製レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920)によって測定した。
ガンマ型二酸化マンガンの平均粒径は、25μm以上50μm以下であることが好ましい。これは、正極の充填密度とガンマ型二酸化マンガンの反応面積の観点からもバランスが取れているためである。
The average particle size of manganese dioxide was measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-920) manufactured by Horiba, Ltd.
The average particle size of gamma-type manganese dioxide is preferably 25 μm or more and 50 μm or less. This is because there is a balance from the viewpoint of the packing density of the positive electrode and the reaction area of gamma-type manganese dioxide.

ラムダ型二酸化マンガン中に含まれるLiとMnのモル比Li/Mnは、0.03以上0.20以下であることが好ましい。この範囲にあると、ラムダ型二酸化マンガンがより高い効率で放電すると考えられる。
本発明のアルカリ電池に用いられるアルカリ電解液には、KOHを主成分とし、ZnOを含む水溶液が用いられる。特に、KOH濃度が34重量%〜40重量%、及びZnO濃度が2重量%〜10重量%が好ましい。また、水酸化ナトリウムや水酸化リチウム、水酸化カルシウムを含んでもよい。
The molar ratio Li / Mn between Li and Mn contained in the lambda type manganese dioxide is preferably 0.03 or more and 0.20 or less. If it is within this range, lambda type manganese dioxide is considered to discharge with higher efficiency.
For the alkaline electrolyte used in the alkaline battery of the present invention, an aqueous solution containing KOH as a main component and containing ZnO is used. In particular, the KOH concentration is preferably 34 wt% to 40 wt%, and the ZnO concentration is preferably 2 wt% to 10 wt%. Moreover, sodium hydroxide, lithium hydroxide, or calcium hydroxide may be included.

負極には亜鉛を主成分とする合金粉末が好ましく用いられる。通常は、この合金粉末に、上記電解液およびポリアクリル酸ナトリウムのようなゲル化剤を混合して形成したゲル状負極が用いられる。負極活物質は、アルカリ水溶液中で卑な電位を示し、放電可能、かつ安定な金属であればよく、それらに防食性、安定性のために他の金属や、有機または無機の添加剤を添加したものであってもよい。   An alloy powder containing zinc as a main component is preferably used for the negative electrode. Usually, a gelled negative electrode formed by mixing the alloy solution with a gelling agent such as sodium polyacrylate is used. The negative electrode active material may be any metal that exhibits a base potential in an alkaline aqueous solution, can be discharged and is stable, and is added with other metals or organic or inorganic additives for corrosion resistance and stability. It may be what you did.

本発明で正極活物質として用いるガンマ型二酸化マンガンは、ラムスデライト相とパイロルサイト相(ルチル型構造)との混晶と定義されている。電解によって合成された電解二酸化マンガンがこれに該当する。天然の二酸化マンガンや化学的に合成された化学二酸化マンガンの中にもガンマ型二酸化マンガンに属するものがある。これらのなかでは、電解二酸化マンガンが好ましい。   The gamma-type manganese dioxide used as the positive electrode active material in the present invention is defined as a mixed crystal of a ramsdellite phase and a pyrolsite phase (rutile structure). Electrolytic manganese dioxide synthesized by electrolysis corresponds to this. Some natural manganese dioxide and chemically synthesized chemical manganese dioxide belong to gamma-type manganese dioxide. Of these, electrolytic manganese dioxide is preferred.

ガンマ型二酸化マンガンの平均粒径は、正極の充填密度を高めるという観点から、25μm〜50μmが好ましい。正極合剤は、オキシ水酸化ニッケルなどの他の金属過酸化物、金属酸化物、金属水酸化物を含んでもよい。また、正極合剤の導電剤として、人造黒鉛粉末を、正極合剤中の4〜8重量%の範囲で用いることが好ましいが、天然黒鉛や膨張黒鉛、他の炭素系導電剤などを含んでもよい。   The average particle diameter of gamma-type manganese dioxide is preferably 25 μm to 50 μm from the viewpoint of increasing the packing density of the positive electrode. The positive electrode mixture may contain other metal peroxides such as nickel oxyhydroxide, metal oxides, and metal hydroxides. In addition, it is preferable to use artificial graphite powder in the range of 4 to 8% by weight in the positive electrode mixture as the conductive agent of the positive electrode mixture, but natural graphite, expanded graphite, and other carbon-based conductive agents may also be included. Good.

セパレータには、耐アルカリ性のレーヨン、パルプ等を含む不織布が用いられるが、樹脂による不織布や多孔膜などを用いてもよい。
電池の形態としては、単3形(LR6型)の円筒形で最も効果が得られる。外装には、ニッケルめっきした鋼製の円筒形ケースが用いられる。電池のサイズや形状はこれに限定されるものでなく、ケース材質は樹脂でもよい。
For the separator, a non-woven fabric containing alkali-resistant rayon, pulp, or the like is used, but a non-woven fabric or porous film made of resin may be used.
As the form of the battery, an AA (LR6 type) cylindrical shape is most effective. For the exterior, a nickel-plated steel cylindrical case is used. The size and shape of the battery are not limited to this, and the case material may be resin.

ラムダ型二酸化マンガンは、米国特許第4,246,253号に記載されているような、一般式LiMn24で近似的に示される、リチウムマンガンスピネルを、酸により処理して得られる、LixMn24で近似される酸化物を用いるのが好ましい。スピネル構造と他のマンガン酸化物構造の混じったスピネル類似化合物でもよい。 Lambda-type manganese dioxide is obtained by treating lithium manganese spinel approximately represented by the general formula LiMn 2 O 4 with an acid as described in US Pat. No. 4,246,253, Li x It is preferable to use an oxide approximated by Mn 2 O 4 . A spinel-like compound in which a spinel structure and another manganese oxide structure are mixed may be used.

本発明のより具体的な実施の形態について以下に詳細に説明する。
(1)ラムダ型二酸化マンガンの作製
平均粒径が8μmになるように粉砕、整粒した電解二酸化マンガン(東ソー(株)製HHTF)と炭酸リチウム(関東化学(株)製鹿特級品)とをモル比Li/Mnが0.55になるように混合し、電気炉により空気中950℃で20時間焼成することにより、ラムダ型二酸化マンガンの前駆体としてのリチウムマンガンスピネルを得た。これを乳鉢を用いて軽く粉砕して凝集を崩した後、篩により分級して15μm以下に整粒した。
More specific embodiments of the present invention will be described in detail below.
(1) Preparation of Lambda-type Manganese Dioxide Electrolytic manganese dioxide (HTHF manufactured by Tosoh Corp.) and lithium carbonate (Deer Special Grade manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) pulverized and sized so as to have an average particle size of 8 μm. Lithium manganese spinel as a precursor of lambda type manganese dioxide was obtained by mixing at a molar ratio of Li / Mn of 0.55 and firing in air at 950 ° C. for 20 hours. This was lightly pulverized using a mortar to break up the agglomeration, and then classified with a sieve to adjust the particle size to 15 μm or less.

このようにして得たリチウムマンガンスピネル粉末100gを蒸留水200mlの中に投入し、室温にてスクリューを用いて攪拌しながら、2N硫酸500mlをゆっくり注いだ。そのまま1時間攪拌したのち、ブフナー漏斗とろ紙を用いて、硫酸反応液から粉末を採取し、その粉末を蒸留水で洗浄した。得られた粉末を100℃にて乾燥後、磁製乳鉢により粉砕して凝集を崩し、篩により分級し、平均粒径8.2μmのラムダ型二酸化マンガンを得た。このラムダ型二酸化マンガン中のモル比Li/Mnは0.12であった。   100 g of the lithium manganese spinel powder thus obtained was put into 200 ml of distilled water, and 500 ml of 2N sulfuric acid was slowly poured while stirring with a screw at room temperature. After stirring for 1 hour, the powder was collected from the sulfuric acid reaction solution using a Buchner funnel and filter paper, and the powder was washed with distilled water. The obtained powder was dried at 100 ° C., pulverized with a porcelain mortar to break up the agglomeration, and classified with a sieve to obtain lambda type manganese dioxide having an average particle size of 8.2 μm. The molar ratio Li / Mn in this lambda type manganese dioxide was 0.12.

(2)正極合剤の作製
ガンマ型二酸化マンガンとして平均粒径が36μmの電解二酸化マンガン(デルタ社製NTA)を用いた。この二酸化マンガンと、(1)で得られたラムダ型二酸化マンガンとを表1中に示される比率で混合し、その混合物100重量部に、人造黒鉛(日本黒鉛(株)製SP20)6.5重量部を加え、ミキサーにより混合して正極合剤を得た。
(2) Preparation of positive electrode mixture Electrolytic manganese dioxide (NTA manufactured by Delta) having an average particle diameter of 36 μm was used as gamma-type manganese dioxide. This manganese dioxide and the lambda type manganese dioxide obtained in (1) were mixed in the ratio shown in Table 1, and artificial graphite (SP20 manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) 6.5 was added to 100 parts by weight of the mixture. A part by weight was added and mixed with a mixer to obtain a positive electrode mixture.

(3)正極ペレットの作製
上記で得られた正極合剤を、金型を用いて中空円筒状に加圧成形した。
(4)ゲル状負極の作製
電解液とゲル化剤のポリアクリル酸ナトリウムとを重量比100:3の割合で混合して、ゲル状電解液を得た。このゲル状電解液と亜鉛合金粉末とを重量比1:2の割合で混合してゲル状負極を得た。電解液には37重量%の水酸化カリウムおよび3重量%の酸化亜鉛を含む水溶液を用いた。
(3) Preparation of positive electrode pellet The positive electrode mixture obtained above was pressure-formed into a hollow cylindrical shape using a mold.
(4) Preparation of gelled negative electrode The electrolytic solution and sodium polyacrylate as a gelling agent were mixed at a weight ratio of 100: 3 to obtain a gelled electrolytic solution. This gel electrolyte and zinc alloy powder were mixed at a weight ratio of 1: 2 to obtain a gelled negative electrode. As the electrolytic solution, an aqueous solution containing 37% by weight of potassium hydroxide and 3% by weight of zinc oxide was used.

(5)アルカリ電池の組立て
以下に示す手順で図1に示す構造の単3型アルカリ電池を作製した。電池ケース1内に、上記で得られた正極ペレットを2個挿入し、加圧治具により正極合剤2を再成型して電池ケース1の内壁に密着させた。次に、電池ケース1内に配置された正極合剤2の中央に、有底円筒形のセパレータ4を配置し、セパレータ4の内側へ、上記と同様の電解液を所定量注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極3を、セパレータ4の内側へ充填した。セパレータ4には、ポリビニルアルコール繊維とレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。
(5) Assembly of alkaline battery An AA alkaline battery having the structure shown in FIG. 1 was prepared according to the following procedure. Two pieces of the positive electrode pellets obtained above were inserted into the battery case 1, and the positive electrode mixture 2 was remolded with a pressure jig and adhered to the inner wall of the battery case 1. Next, a bottomed cylindrical separator 4 was placed in the center of the positive electrode mixture 2 placed in the battery case 1, and a predetermined amount of the same electrolyte solution was injected into the separator 4. After a predetermined time had elapsed, the gelled negative electrode 3 obtained above was filled inside the separator 4. For the separator 4, a non-woven fabric mainly composed of polyvinyl alcohol fiber and rayon fiber was used.

続いて、ゲル状負極3の中央に、負極集電子6を挿入した。負極集電子6には、ガスケット5および負極端子を兼ねる底板7があらかじめ一体化させてある。次に、電池ケース1の開口端部を、ガスケット5の端部を介して、底板7の周縁部にかしめつけ、電池ケース1の開口部を封口した。最後に、外装ラベル8で電池ケース1の外表面を被覆して、アルカリ電池(電池1)を得た。   Subsequently, a negative electrode current collector 6 was inserted into the center of the gelled negative electrode 3. The negative electrode current collector 6 is previously integrated with a gasket 5 and a bottom plate 7 that also serves as a negative electrode terminal. Next, the opening end portion of the battery case 1 was caulked to the peripheral edge portion of the bottom plate 7 via the end portion of the gasket 5 to seal the opening portion of the battery case 1. Finally, the outer surface of the battery case 1 was covered with the exterior label 8 to obtain an alkaline battery (battery 1).

さらに、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径、ガンマ型二酸化マンガンの平均粒径、およびラムダ型二酸化マンガン中のモル比Li/Mnを表1〜表4中に示す値としたこと以外は、電池1と同様にして電池2〜電池19を作製した。   Furthermore, the weight ratio of lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide, the average particle size of lambda type manganese dioxide, the average particle size of gamma type manganese dioxide, and the molar ratio Li / Mn in lambda type manganese dioxide are shown in Table 1 Batteries 2 to 19 were produced in the same manner as the battery 1 except that the values shown in Table 4 were used.

ラムダ型二酸化マンガン中のモル比Li/Mnの調整は、上記の電池1における(1)に記した硫酸の投入量を変えることにより行った。硫酸の量を増加させるとモル比Li/Mnは低下し、硫酸の量を低減するとモル比Li/Mnは上昇する。   Adjustment of the molar ratio Li / Mn in the lambda type manganese dioxide was performed by changing the input amount of sulfuric acid described in (1) in the battery 1 described above. Increasing the amount of sulfuric acid decreases the molar ratio Li / Mn, and decreasing the amount of sulfuric acid increases the molar ratio Li / Mn.

一方、比較例として、正極合剤がガンマ型二酸化マンガンと人造黒鉛との混合物からなり、ラムダ型二酸化マンガンを含まないこと以外は、電池1と同様にして、比較電池1を作製した。   On the other hand, as a comparative example, Comparative Battery 1 was produced in the same manner as Battery 1 except that the positive electrode mixture was a mixture of gamma-type manganese dioxide and artificial graphite and did not contain lambda-type manganese dioxide.

また、ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンとの重量比、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径、ガンマ型二酸化マンガンの平均粒径、およびラムダ型二酸化マンガン中のLi/Mn比を表1〜表4中に示す値としたこと以外は、電池1と同様にして比較電池2〜比較電池8を作製した。電池1〜19および比較電池1〜8における、ラムダ型二酸化マンガン(λ−MnO2)とガンマ型二酸化マンガン(γ−MnO2)の合計量は同じである。 Further, Table 1 to Table 1 show the weight ratio of lambda type manganese dioxide to gamma type manganese dioxide, the average particle size of lambda type manganese dioxide, the average particle size of gamma type manganese dioxide, and the Li / Mn ratio in lambda type manganese dioxide. Comparative battery 2 to comparative battery 8 were produced in the same manner as battery 1 except that the values shown in FIG. The total amount of lambda type manganese dioxide (λ-MnO 2 ) and gamma type manganese dioxide (γ-MnO 2 ) in batteries 1 to 19 and comparative batteries 1 to 8 is the same.

(電池の評価)
上記の各電池は、作製後、室温にて10日間静置した後、以下の評価を行った。
(1)高負荷放電特性
1500mWで2秒間、続いて500mWで28秒間放電する操作を1サイクルとして10サイクル繰り返した(計5分間)後、55分休止するパターン(合計1時間)を繰り返し、電池電圧が1.05Vに達するまでの放電時間を計測した。
(Battery evaluation)
Each of the above batteries was allowed to stand at room temperature for 10 days after fabrication, and then evaluated as follows.
(1) High-load discharge characteristics Battery discharge was repeated for 10 cycles (5 minutes in total) with an operation of discharging at 1500 mW for 2 seconds and then at 500 mW for 28 seconds (total 5 minutes), and then repeated for 55 minutes (total 1 hour). The discharge time until the voltage reached 1.05 V was measured.

(2)低負荷放電特性
100mAの電流で電池電圧が0.9Vに達するまでの放電時間を計測した。
上記の評価はいずれも20℃の環境下で行った。各電池の放電時間は、比較電池1の放電時間を100とし、これに対する指数で表した。
(2) Low-load discharge characteristics The discharge time until the battery voltage reached 0.9 V at a current of 100 mA was measured.
All the above evaluations were performed in an environment of 20 ° C. The discharge time of each battery was expressed as an index with respect to 100 as the discharge time of the comparative battery 1.

Figure 2007048737
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以上の結果から以下のことがわかる。
実施例の電池は、ラムダ型二酸化マンガンを正極に用いない従来のアルカリ電池に比べ、いずれも高負荷放電特性が向上している。高負荷放電特性は指数110以上であり、明確に効果が現れていると考えられる。また、全ての実施例の電池は、低負荷放電特性が99以上であり、ほとんど容量劣化がないと考えられる。
From the above results, the following can be understood.
The batteries of the examples all have improved high-load discharge characteristics as compared to conventional alkaline batteries that do not use lambda type manganese dioxide as the positive electrode. The high-load discharge characteristic is an index of 110 or more, and it is considered that the effect is clearly shown. Moreover, the batteries of all the examples have a low load discharge characteristic of 99 or more, and it is considered that there is almost no capacity deterioration.

比較電池2は、ラムダ型二酸化マンガンのガンマ型二酸化マンガンに対する比率が小さすぎるため、高負荷放電特性があまり向上しない。比較電池3は、ラムダ型二酸化マンガンのガンマ型二酸化マンガンに対する比率が大き過ぎるため、低負荷放電容量の低下が著しい。また、比較電池4は、ラムダ型二酸化マンガン/ガンマ型二酸化マンガンの比が10/100と大きく、低負荷放電特性の低下が著しい。これは、放電末期において正極合剤が膨張した際、ラムダ型二酸化マンガンの量が過剰であるため、電解液の移動を阻害することによると考えられる。また、高負荷放電特性の向上が比較的小さいことは、正極利用率が比較的低い高負荷放電時から、既に正極合剤の膨張による上記の弊害が出始めていると考えられる。さらに、比較電池5は、平均粒径が大きなラムダ型二酸化マンガンを用い、ガンマ型二酸化マンガンに対する比率も大きいことから、上記の傾向がより顕著である。   Since the ratio of the lambda type manganese dioxide to the gamma type manganese dioxide is too small in the comparative battery 2, the high load discharge characteristics are not improved so much. Since the ratio of the lambda type manganese dioxide to the gamma type manganese dioxide is too large in the comparative battery 3, the low load discharge capacity is significantly reduced. Further, in the comparative battery 4, the ratio of lambda type manganese dioxide / gamma type manganese dioxide is as large as 10/100, and the deterioration of the low load discharge characteristics is remarkable. This is considered to be due to the fact that when the positive electrode mixture expands at the end of discharge, the amount of lambda-type manganese dioxide is excessive, thereby inhibiting the movement of the electrolyte. In addition, the relatively small improvement in the high-load discharge characteristics is considered to have already started to cause the above-mentioned adverse effects due to the expansion of the positive electrode mixture from the time of high-load discharge with a relatively low positive electrode utilization rate. Furthermore, since the comparative battery 5 uses lambda type manganese dioxide having a large average particle diameter and has a large ratio to gamma type manganese dioxide, the above tendency is more remarkable.

一方、比較電池6は、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が小さすぎるために、正極合剤の充填性が低下し、低負荷放電特性が低下している。比較電池7は、ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が大きすぎるため、放電末期に正極合剤が膨張したと考えられ、低負荷放電特性が低下している。比較電池8は、さらにラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が大きいため、その傾向が顕著である。   On the other hand, in the comparative battery 6, since the average particle diameter of the lambda type manganese dioxide is too small, the filling property of the positive electrode mixture is lowered and the low load discharge characteristic is lowered. In Comparative Battery 7, since the average particle size of lambda type manganese dioxide is too large, it is considered that the positive electrode mixture expanded at the end of discharge, and the low-load discharge characteristics are deteriorated. Since the comparative battery 8 has a larger average particle diameter of lambda type manganese dioxide, the tendency is remarkable.

以上から明らかなように、本発明によれば、低負荷放電時の放電末期に正極合剤が膨張することによる放電特性の低下を抑制し、高負荷放電時に高い放電特性を得ることができる。   As is clear from the above, according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in discharge characteristics due to expansion of the positive electrode mixture at the end of discharge during low load discharge, and to obtain high discharge characteristics during high load discharge.

以上のように、本発明のアルカリ電池は、高負荷放電特性が優れ、しかも低負荷放電特性の低下もないため、デジタルカメラ等の電子機器を初め、従来からアルカリ電池が用いられた広範囲の機器に好適に用いられる。   As described above, since the alkaline battery of the present invention is excellent in high load discharge characteristics and does not deteriorate in low load discharge characteristics, a wide range of devices using alkaline batteries from the beginning, including electronic devices such as digital cameras. Is preferably used.

本発明の一実施例におけるアルカリ電池の一部を断面にした正面図である。It is the front view which made a part of alkaline battery in one example of the present invention a section.

符号の説明Explanation of symbols

1 電池ケース
2 正極合剤
3 ゲル状負極
4 セパレータ
5 ガスケット
6 負極集電子
7 底板
8 外装ラベル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery case 2 Positive electrode mixture 3 Gel-like negative electrode 4 Separator 5 Gasket 6 Negative electrode current collector 7 Bottom plate 8 Exterior label

Claims (5)

ガンマ型二酸化マンガンとラムダ型二酸化マンガンを含む正極合剤、負極、およびアルカリ電解液を具備し、前記ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの重量比が0.5/100以上4.5/100以下であり、かつラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が3μm以上10μm以下であるアルカリ電池。   A positive electrode mixture containing gamma-type manganese dioxide and lambda-type manganese dioxide, a negative electrode, and an alkaline electrolyte, wherein the weight ratio of the lambda-type manganese dioxide to the gamma-type manganese dioxide is 0.5 / 100 or more and 4.5 / 100. An alkaline battery in which the average particle diameter of lambda-type manganese dioxide is 3 μm or more and 10 μm or less. 前記ラムダ型二酸化マンガンとガンマ型二酸化マンガンの重量比が、
2.0/100以上3.5/100以下である請求項1記載のアルカリ電池。
The weight ratio of the lambda type manganese dioxide and gamma type manganese dioxide is:
2. The alkaline battery according to claim 1, wherein the alkaline battery is 2.0 / 100 or more and 3.5 / 100 or less.
前記ラムダ型二酸化マンガンの平均粒径が、7μm以上9μm以下である請求項1または2に記載のアルカリ電池。   The alkaline battery according to claim 1 or 2, wherein an average particle diameter of the lambda type manganese dioxide is 7 µm or more and 9 µm or less. 前記ガンマ型二酸化マンガンの平均粒径が、25μm以上50μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ電池。   The alkaline battery according to claim 1, wherein the gamma-type manganese dioxide has an average particle size of 25 μm or more and 50 μm or less. 前記ラムダ型二酸化マンガン中に含まれるモル比Li/Mnが0.03以上0.20以下である請求項1〜4のいずれかに記載のアルカリ電池。   The alkaline battery according to claim 1, wherein a molar ratio Li / Mn contained in the lambda type manganese dioxide is 0.03 or more and 0.20 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009043547A (en) * 2007-08-08 2009-02-26 Fdk Energy Co Ltd Electrolytic manganese dioxide for battery, positive electrode mix, and alkaline battery
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