JPH05299076A - 乾電池用正極活性物質の製造方法 - Google Patents

乾電池用正極活性物質の製造方法

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JPH05299076A
JPH05299076A JP10300792A JP10300792A JPH05299076A JP H05299076 A JPH05299076 A JP H05299076A JP 10300792 A JP10300792 A JP 10300792A JP 10300792 A JP10300792 A JP 10300792A JP H05299076 A JPH05299076 A JP H05299076A
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JP
Japan
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positive electrode
electrode active
emd
battery
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JP10300792A
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English (en)
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Tsutomu Kishikawa
勉 岸川
Yasuo Ota
靖夫 太田
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Japan Metals and Chemical Co Ltd
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Japan Metals and Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マンガン電池ならびにアルカリ電池に対して
好適に用いられる正極活性物質の製造方法を提案する。 【構成】 硫酸根を含む電解二酸化マンガンを粉砕,洗
浄した後、カリウム塩を用いて中和処理にひきつづくp
H調整を行うことにより、電解二酸化マンガン表面の硫
酸根濃度が低く、かつ、ナトリウムイオンの表面吸着量
が低い二酸化マンガンからなる乾電池用正極活性物質を
製造する。 【効果】 これにより得られる正極活性物質は、マンガ
ン電池ならびにアルカリ電池に対して好適に用いられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、乾電池用正極活性物質
の製造方法に関し、特にマンガン電池やアルカリ電池に
用いて有利な,二酸化マンガンからなる乾電池用正極活
性物質を製造する方法について提案する。
【0002】
【従来の技術】一般に、硫酸浴中で電解析出させて得ら
れる,いわゆる硫酸根を含む電解二酸化マンガン(以下
は、「EMD」と略記する)は、1〜3wt%の硫酸根を
含有し、そのpHは、1.5 〜2.5 程度の酸性を示す。し
たがって、このような硫酸根を含有するEMDを、乾電
池の正極活性物質としてそのまま使用した場合、亜鉛缶
の腐食や保存劣化,電池電圧の不安定化,電解液組成の
偏移などの弊害を招くという問題点があった。
【0003】このような問題点をなくすために、従来の
EMDでは、遊離酸の中和除去と製品のpH調整と
を目的として、アルカリ溶液を用いて中和処理ならびに
pH調整が施されていた。
【0004】例えば、マンガン電池用EMDの場合、ア
ルカリ溶液として水酸化アンモニウムや水酸化ナトリウ
ムなどを用いて、遊離酸の中和除去ならびにpH6.0 〜
9.5程度のpH調整がなされていた。また、アルカリ電
池用EMDの場合、アルカリ溶液として水酸化ナトリウ
ムや炭酸ナトリウムなどを用いて、遊離酸の中和除去な
らびにpH5.0 〜8.0 程度のpH調整がなされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記従来技術に
従い、例えば水酸化ナトリウムのような強アルカリによ
る中和処理ならびにpH調整を行うと、これらの処理に
より、プロトンとナトリウムイオンの交換反応が起っ
て、EMD表面の遊離の硫酸根が中和される。その結
果、プロトンが液中に放出され、EMD表面の遊離硫酸
根の中和除去は可能になる。しかしながら、一方では、
ナトリウムイオンがEMD表面に吸着されることになる
ことから、前記交換反応の進行を阻害するという現象が
生じる。
【0006】従って、このような水酸化ナトリウムによ
る中和処理ならびにpH調整では、水酸化ナトリウムの
解膠作用が大きく、EMD表面が膠質性物質で覆われる
ため、EMD表面に硫酸根が1.0 〜1.2 %程度残留して
しまうという欠点があった。
【0007】そのために、乾電池の保存劣化や電池電圧
の不安定化,電解液組成の偏移などの実用上の問題が、
なお懸念されるので、上述した硫酸根の残留は極力少な
くすることが強く望まれていた。
【0008】一方、弱アルカリの水酸化アンモニウムな
どによる中和処理ならびにpH調整の場合は、水酸化ナ
トリウムの場合に比べると解膠作用が小さく、従ってE
MD表面の硫酸根含有濃度を0.8 〜1.0 %程度に抑制す
ることはできる。しかしながら、このような処理を施し
たEMDを、アルカリ電池用EMDとして、強アルカリ
電解液中にて用いることは、アンモニウムイオンを含有
しているためにアンモニアガスを発生し乾電池の破裂の
危険があり困難であった。
【0009】本発明の目的は、上述したような弊害を生
じさせない好適なアルカリ溶液を開発して上述した従来
技術の欠点を克服することにある。とくに、EMD表面
の硫酸根含有濃度が極めて低く、かつ、乾電池の放電特
性にマイナス作用となるナトリウムイオンのEMD表面
吸着量が低い,マンガン電池ならびにアルカリ電池に対
して好適に用いられる正極活性物質の製造方法を提案す
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々のアルカリ溶液について数多く実験研
究を重ねた結果、カリウム塩を用いることにより生成す
る硫酸カリウムは、水酸化アンモニウムを用いた場合に
生成する硫酸アンモニウムと同一の結晶構造を有する
等,非常によく似た特性を持ち、解膠作用が小さいこと
を新たに知見した。しかも、アルカリ溶液としてカリウ
ム塩を用いた場合は、電池の放電特性に大きな影響を及
ぼすEMD表面と電池の電解液界面間のイオン電導性に
ついても、水酸化ナトリウムを用いた場合に比べて優れ
ていることを突き止めたのである。
【0011】すなわち、上述した課題解決のためには、
硫酸根を含む電解二酸化マンガンを粉砕,洗浄した後、
中和処理にひきつづくpH調整を行うことにより、乾電
池用正極活性物質を製造する方法において、前記中和処
理にひきつづくpH調整をカリウム塩を用いて行うこと
を特徴とする乾電池用正極活性物質の製造方法、が有効
な解決手段となることが判った。
【0012】
【作用】さて、乾電池用正極活性物質としてのEMDの
特徴は、その結晶構造にあり、EMDは本質的にガンマ
相であることが必要である。EMDの活性度は固相中に
含まれる結合水の量の増大とともに大きくなる。これ
は、放電反応時、結合水が固相中でのH+ の拡散を助長
するためである。ガンマ相のEMDは、もっとも多量に
結合水を含有している。すなわち、アルファ相およびベ
ータ相のような他の結晶相の含有は最小限にされなけれ
ばならない。しかも、アルファ相MnO2は、電解析出時
に、電解浴中のカリウムイオンを結晶格子中に取り込ん
でKMn8O16 となるため、EMDのカリウム含量も、でき
るだけ低くすることが重要であり、0.3%以下にする必
要があった。それ故に、従来は、電解析出後の中和処理
ならびにpH調整において、カリウム塩の使用が忌避さ
れていたのである。
【0013】この点、本発明においては、pH調整時に
おけるカリウムは、硫酸カリウムとしてEMD固相表面
に吸着する。すなわち、EMD結晶固相中のカリウム含
有量は、 0.3%以下の水準であるので、カリウム塩を用
いて中和処理ならびにpH調整しても問題とはならな
い。
【0014】このように本発明方法によれば、アルカリ
溶液としてカリウム塩を用いることができるので、水酸
化ナトリウムを用いた場合に比べて、中和処理ならびに
pH調整処理時の解膠作用抑制効果が顕著で、EMD表
面の硫酸根含有濃度の低減が図れる。それ故に、本発明
によれば、乾電池の保存劣化や電池電圧の不安定化,電
解液組成の偏移などをより一層改善することができる。
しかも、EMD表面と電池の電解液界面のイオン電導性
の向上により、特にアルカリ電池に用いる場合に、放電
特性の向上を期待することができる。
【0015】かようなカリウム塩として本発明方法に適
合するものは、水酸化カリウムや炭酸カリウム,炭酸水
素カリウムなどが有効であり、とりわけ水酸化カリウム
は好ましい。すなわち、水酸化カリウムが好ましい理由
は、炭酸系カリウム塩を用いた場合、EMD固相表面に
炭酸根の残留を招き、電池電解液組成の偏りを起こす危
険があるためだからである。
【0016】また上記カリウム塩の濃度は、5〜10%の
ものを用いることが好ましい。その理由は、この程度の
濃度がpH調整時の分散性に良く、また添加量も適量だ
からである。
【0017】さらに、上記カリウム塩は、EMD 100重
量部に対し、15〜25ml(濃度5%)添加されることが好
ましく、これにより、調整目標pH7.0 〜9.0 に調整さ
れる。
【0018】
【実施例】 .硫酸浴中で電解析出させたEMDを、−325mesh ふ
るい下粒度が95%以上となるように粉砕し、得られた粉
状EMD3kgを、80℃,6リットルの水中で30分間づつ
3回、攪拌洗浄した。 .粉砕,洗浄したEMDを、アルカリ溶液を用いて40
℃におけるpHが6.8になるように調整した。なお、こ
のアルカリ溶液としては、5%水酸化ナトリウム水溶
液、5%水酸化カリウム水溶液、5%水酸化アンモニウ
ム水溶液の3種類を用いた。 .pH調整を終えたEMDを、濾過,乾燥した後、3
種類のサンプルを作成した。
【0019】このようにして得られた3種類のサンプル
の化学分析結果を表1に示す。この表に示す結果から明
らかなように、5%水酸化カリウム処理品と5%水酸化
アンモニウム処理品は、5%水酸化ナトリウム処理品に
比べて、SO4 (硫酸根)の含有量が低い値を示した。こ
れは、pH調整時におけるアルカリ溶液の解膠作用の強
弱に起因するものと考えられる。すなわち、水酸化ナト
リウム溶液は、水酸化カリウム溶液や水酸化アンモニウ
ム溶液に比べて解膠作用が大きいからである。この解膠
作用の強弱は、各サンプルのpH調整後の濾過性にも影
響し、その濾過性は、5%水酸化カリウム処理品が最も
良好であり、5%水酸化アンモニウム、5%水酸化ナト
リウムの順であった。
【0020】また、5%水酸化カリウム処理品のカリウ
ム含有量は、0.7 %と高いが、このカリウムは硫酸浴中
での電解析出時に混入したものでないため、電池の放電
特性等に関する問題はなかった。
【0021】次に、各サンプルのアルカリ電解液中にお
ける電気容量(mAh )を、以下に示す方法を用いて測定
した。但し、5%水酸化アンモニウム処理品は、アルカ
リ電解液においては使用不可能であるため除いた。 .1.8gのサンプルEMDと0.2gの燐状黒鉛(グラファ
イト)を均一に混合した後、0.2gを採取し、全圧2ton
で予備成形してペレットを得た。 .得られたペレットをSR1130(G−10型)ニッケルめ
っき缶に移し、上面にニッケルスクリーン(40mesh)と
リングワッシャーをセットした後、全圧5tonで1分間
本成形し、図1に示す測定装置にセットした。 .測定は、25±2℃恒温中にて、5±0.02mAの定電流
で放電させ、電圧−500mV まで行い、要した放電時間よ
り各サンプルの電気容量を求めた。なお、電解液は、40
%水酸化カリウム溶液を用いた。 なお、図示の符号1はテスト電極、2は対極、3は40%
KOH の電解液、4は参照電極、6は作用電極を、それぞ
れ示している。
【0022】このようにして得られた測定結果を表2に
示す。この表に示す結果から明らかなように、例えば、
−400mV での電気容量を比較すると、5%水酸化カリウ
ム処理品は、5%水酸化ナトリウム処理品に比べて3〜
4%大きいことが判った。これは、EMD表面と電解液
界面間のイオン電導性が、ナトリウムイオンがカリウム
イオンに変わったことにより向上したためと考えられ
る。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、E
MD表面の硫酸根含有濃度が低く、かつ、イオン電導性
の障害となっていたナトリウムイオンのEMD表面吸着
量が低い,マンガン電池ならびにアルカリ電池に対して
好適に用いられる正極活性物質を容易に製造することが
できる。しかも、このような正極活性物質を電池に適用
すると、電池の保存劣化や電池電圧の不安定化,電解液
組成の偏移などの問題点がより改善され、電気容量の増
加も確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気容量測定装置の断面を示す図である。
【符号】 1 テスト電極(電池) 2 対極 3 電解液(40%KOH ) 4 参照電極 5 アクリル製電池ホルダー 6 作用電極(EMD) 7 ニッケルスクリーン板 8 リングワッシャー 9 ニッケルめっき缶 10 タイマースイッチ 11 定電流装置 12 記録計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸根を含む電解二酸化マンガンを粉
    砕,洗浄した後、中和処理にひきつづくpH調整を行う
    ことにより、乾電池用正極活性物質を製造する方法にお
    いて、前記中和処理にひきつづくpH調整をカリウム塩
    を用いて行うことを特徴とする乾電池用正極活性物質の
    製造方法。
JP10300792A 1992-04-22 1992-04-22 乾電池用正極活性物質の製造方法 Pending JPH05299076A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3233518A1 (de) * 1981-09-28 1983-04-14 Nalco Chemical Co., 60521 Oak Brook, Ill. Verfahren zur rueckgewinnung von loesungsmittel-daempfen aus spritzkabinen
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