JPS61248361A - マンガン乾電池 - Google Patents

マンガン乾電池

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JPS61248361A
JPS61248361A JP60089570A JP8957085A JPS61248361A JP S61248361 A JPS61248361 A JP S61248361A JP 60089570 A JP60089570 A JP 60089570A JP 8957085 A JP8957085 A JP 8957085A JP S61248361 A JPS61248361 A JP S61248361A
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JP
Japan
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manganese
dry battery
materials
manganese dioxide
mercury
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Pending
Application number
JP60089570A
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English (en)
Inventor
Kazuaki Yamamura
山村 和昭
Ryohei Ishikawa
石川 遼平
Yutaka Tsukuda
築田 裕
Hiroshi Ochiai
弘 落合
Masami Aimi
政己 相見
Masanori Niiyama
正徳 新山
Takahiro Miyashita
孝洋 宮下
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.)
Chuo Denki Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Chuo Denki Kogyo Co Ltd
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Publication date
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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)
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  • Electrochemistry (AREA)
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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】 産業上の利用分野 本発明はマンガン乾電池、特にHgCl2を使用するこ
となしに高い貯蔵安定性を達成し得るマンガン乾電池に
関するものである。
従来の技術 最も一般的な乾電池、円筒型(UM−形)は活物質とし
てのM口02と導電剤としてのアセチレンブラックまた
は黒鉛粉末を電解液と共に混合し、これを陰極Zn缶と
相互に接触しないように、ペーストを塗布したクラフト
紙(ペーパラインド)で包み、正極炭素棒を挿入して得
られる。
このような電池の負極としては、一般に還元性の強い金
属が使用されており、これが上記の如く電解液を浸した
酸化剤(正極活物質)とセパレータを介して接している
。従って、負極電位よりも責な電位を有する金属イオン
、酸素、可溶性酸化剤などがたとえ微量であっても、負
極または電解液中に存在すれば、これらが即座に負極金
属の一部に析出し、局部電池または局部作用を生じ、負
極が化学的に消耗するので、負極の孔食(点食)の原因
となる。
また、このように局部電池が形成されると、その自己放
電に伴って水素ガスが発生し、これにより正極の一部が
還元されてしまうために、電池の放電特性は著しく低下
されることが知られている。
かかる性能低下(自己放電)を防止することは電池設計
の上で極めて重要であり、各種の対策が講じられている
。例えば(i)負極金属の純度を高める;(ii)負極
金属として過電圧の大きな金属を使用する;(iii)
負極金属をアマルガム化して、その水素過電圧を大きく
する;あるいは(IV)酸化皮膜の生成などの方法が知
られている。
マンガン乾電池の場合、一般に負極金属としては亜鉛が
使用され、正極活物質としては二酸化マンガンが使用さ
れている。亜鉛としては99.9%以上の電気亜鉛が主
として使用され、亜鉛側の不純物については特に問題は
ないとされている。
一方、従来から使用されている正極活物質としての二酸
化マンガンは電解二酸化マンガン、天然二酸化マンガン
、化成二酸化マンガンなど種々のものを挙げることがで
きるが、最も良好な材料であり、かつ重金属含量の少な
いものとされている電解法により合成される電解二酸化
マンガンにあっても、自己放電を抑制し、貯蔵による性
能低下を防止するために、亜鉛缶のアマルガム化が必要
不可欠である。
亜鉛缶をアマルガム化することにより、二酸化マンガン
中に含まれる重金属の電解液中への溶出に基く、局所電
池の形成が防止されるものと考えられている。また、水
銀の使用により水素過電圧が高められることも大きな理
由である。このアマルガム化は、電解液あるいは正極剤
中に可溶性の水銀塩(例えば、)1gl12)を添加す
ることにより実現される。
しかしながら、最近乾電池に含まれる水銀は環境汚染を
引き起こす恐れがあるとして社会的に問題にされている
。そこで、他方自治体が中心となり、使用乾電池の回収
が全国的規模で実施されているが、美大な処理コストを
必要とすることから、その処理方法についても問題が生
じている。
マンガン乾電池における水銀は、負極としての亜鉛缶の
内側の腐食防止剤として使用されるものであり、その使
用量は水銀電池やアルカリ・マンガン電池に比して極め
て少なく、約0.002重量%程度であるとされている
。マンガン電池における水銀の使用量はこのように少量
であり、無機水銀であることから、特に問題はないとさ
れているが、長期的に見れば光学的に、あるいは生化学
的作用により有機水銀に転換されるともいわれており、
従って大量の乾電池が使い捨てにされている現状を考慮
すれば、HgCl2等の水銀塩を使用する必要のない乾
電池を開発することが望ましい。
発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、マンガン乾電池においては少量であ
るが、水銀の使用が不可欠である。これは、一般に乾電
池が製造後即座に使用されることは希であり、使用され
るまでの貯蔵期間中の自己放電による性能低下や局部腐
食を防止する目的で、負極の亜鉛缶表面をアマルガム化
する方法が利用されていることによるものである。
しかしながら、大量の乾電池が使い捨てされている現状
においては、そこで使用されている水銀による環境汚染
の恐れがあり、社会的に問題とされはじめている。そこ
で自治体などによる回収・処理の動向もみられるが、処
理コスト、処理方法の点でも大きな問題が提示されてい
る。
従って、水銀を使用した乾電池の後処理技術を開発する
よりも、現状においては水銀を使用することのない乾電
池を実現することの方が急務であり、本発明の目的もこ
の点にある。
即ち、本発明の目的は従来技術では不可欠である水銀を
使用せず、しかも貯蔵安定性に優れたマンガン乾電池を
提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明者等は、上記の如きマンガン乾電池の現状に鑑み
て、水銀を用いなくとも高い貯蔵安定性を維持し得る新
たな製品を開発すべく種々検討した結果、二酸化マンガ
ン中に含まれる重金属を安定な化合物に転化させる処理
を施すことが前記目的達成のために極めて有利であるこ
とを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明のマンガン乾電池は、マンガン鉱石または
マンガン塩を高温焙焼した後、鉱酸で処理して得られる
二酸化マンガンを正極活物質として使用したことを特徴
とする。
本発明のマンガン乾電池において有用な二酸化マンガン
の原料としては種々のマンガン鉱石、例えばパイロルー
ス鉱、ラムスデライト、クリプトメレン、サイロメレン
鉱など、あるいはマンガン塩例えば硫酸マンガン、硝酸
マンガン、炭酸マンガン、塩化マンガン、燐酸マンガン
などを例示することができる。尚、これら原料はできる
だけ不純物含量の少ないものであることが好ましく、ま
た単独でもしくは2種以上を組合せて使用することがで
きる。
これら原料の焙焼は酸化性雰囲気、例えば02ガス、0
□添加空気あるいは空気中で、550〜1001)℃の
範囲内で実施することが好ましく、焙焼時間は特に制限
はないが、焙焼温度に応じて約10分〜4時間程度であ
れば十分に目的を達成することができる。
マンガン鉱石あるいはマンガン塩を上記焙焼処理に付す
前に、該原料の粒度調整を行うことが好ましく、5メツ
シユ以下、好ましくは60メツシユ以下とすることによ
り十分な重金属の酸化焙焼を達成することができる。こ
の粒度調整は後の鉱酸処理のためにも望ましい処理であ
る。
二酸化マンガン原料は上記のように焙焼処理した後、鉱
酸による処理に付される。この鉱酸としては例えば硫酸
、硝酸もしくはこれらの混合液を例示することができる
この処理も一般に60〜100℃にて10分〜2時間程
度行われている。
かくして得られる二酸化マンガンは各種の型のマンガン
乾電池、例えばペースト方式またはペーパラインド方式
のルクランシェ電解液(NH,CIZnCL  H2O
)を用いたもの、或いは塩化亜鉛電池等の正極活物質と
して、常法に従って組込み、マンガン乾電池とすること
ができる。
詐月 マンガン乾電池において、局所電池形成等に基く性能劣
化、特に貯蔵安定性を確保するために問題となるのは、
正極活物質である二酸化マンガン中に含有される、亜鉛
よりも責な電位の金属の溶出を防止することである。亜
鉛負極に対して特に有害であるとされている物質はCu
、 Ni、Fe、 Sb、As、 Moなどであり、こ
れらが亜鉛または電解液中に混入することを極力避けね
ばならないとされている。
例えばFeについてみると、これは腐食のみならず亜鉛
負極を硬化脆化させることが知られており、Fe、 C
uについては許容限度が約0.015%、その他のもの
については許容限度は0.001%程度とされている。
そこで、従来のマンガン乾電池ではl1gC1□などを
用いて亜鉛負極をアマルガム化し、2nの腐食、局所電
池形成に基く性能劣化を防止していた。ところで、水銀
は環境汚染を生ずる恐れがあり、最近では水銀を用いな
い乾電池の出現が待たれている。
そのため、本発明では前記の如き重金属を、まず焙焼し
て、有害な重金属を安定な酸化物に転化することにより
、上記のような水銀によるアマルガム化の必要性を排除
することを可能とした。
この酸化焙焼処理を効率良〈実施するためには原料とし
てのマンガン鉱石やマンガン塩の粒度調整を行うことが
必要であり、特に粒径が小さい程酸化は全体として均一
にかつ充分に進行し、処理時間も当然短縮されるので、
このような意味から上記のような粒度範囲とすることが
重要である。
本発明で使用する二酸化マンガンにおいては、更に鉱酸
処理により溶出される物質をすべて除去する。これは上
記の焙焼工程で酸化されなかった元素状の重金属等をは
じめSiO□、AI□03などを除去することを可能と
する。この処理により、二酸化マンガンを乾電池の正極
活物質として組込んだ後、動作中もしくは貯蔵期間中に
電解液中に溶出される恐れのある不純物をできる限り除
去することが可能となる。従って、この処理についても
、粒度調整を行い、できるだけ小さな粒径とすることに
より、溶出する可能性のある物質の除去を効果的に行う
ことが好ましい。また、これにより処理時間の短縮が可
能となる。
かくして得られる二酸化マンガンを正極活物質として常
法に従って乾電池に組込んだ場合、得られる乾電池はH
gCl2による亜鉛負極のアマルガム化を行わなくとも
、優れた貯蔵安定性を有しく第1図、第2図)、また作
動電位の変動状況については、従来の電解二酸化マンガ
ンを正極活物質として用い、HgCL+を使用したもの
と同等もしくはそれ以上の効果を奏する(第1図、第3
図および第4図参照)。
実施例 以下、実施例により本発明のマンガン乾電池を更に具体
的に説明すると共にその奏する効果を実証するが、本発
明の範囲は以下の実施例により何等制限されない。
実施例に 酸化マンガンを主成分とするマンガン鉱石を粉砕して、
粒度を60メツシユ以下とした後、900℃の自戒雰囲
気にて焙焼してMn20.とじた。次いで、かくして得
たMn2O3を90℃にて3N硫酸で2時間処理した後
、洗浄、乾燥して第1表に示すような化学紙1i(wt
%)を有する活性な二酸化マンガンを得た。
第1表 かくして得た二酸化マンガンを用いて、夫々HgCl2
を0.02 g /電池添加したものと、無添加の単一
サイズの塩化亜鉛型マンガン乾電池(R20)を作製し
、これらを45℃で高温貯蔵し、1oΩ連続放電性能の
経時変化を検討した。得られた結果を第1図および第2
図に示した。尚、比較のために電解二酸化マンガンを用
いて同様な乾電池を作製し、同様な試験を行い、得られ
た結果を第3図および第4図に示した。また、20℃±
1℃において放電終止電圧0.9■に至る時間(持続時
間)は夫々以下の第2表に示す通りであった。
第2表 実施例2 市販の硫酸マンガンを実施例1と同様に高温焙焼した後
、硫酸で処理して第3表に示すような化学組成(wt%
)を有する高純度活性二酸化マンガンを得た。
第3表 かくして得た二酸化マンガンを用いて、実施例1と同様
にマンガン乾電池を作製し、次いで、同様な高温貯蔵条
件下(45℃)での10Ω連続放電性能の経時変化を調
べた。得られた結果を第5図および第4表に示す。
第4表 第1図〜第5図および第2表および第4表の結果から、
本発明のマンガン乾電池によればl(gc1+を添加し
た場合とほぼ同等の貯蔵安定性を有しく第1図、第2図
および第2表参照)、また実施例2の高純度活性二酸化
マンガンにあっては、従来量も優れた二酸化マンガンで
あるとされている電解二酸化マンガンにほぼ匹敵する持
続時間を有していることを理解することができる。
発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明に従って二酸化マン
ガン中に含まれる重金属を酸化して安定な酸化物に転化
した二酸化マンガンを正極活物質として利用することに
より、従来の乾電池では負極金属の貯蔵に伴う性能(作
動電位持続時間)劣化防止のために必須とされていた水
銀(HgC12)をまったく使用することなしに、貯蔵
安定性の著しく優れたマンガン乾電池を得ることが可能
となる。
また、本発明によれば水銀をまったく使用しないので水
銀による環境汚染の問題を有利に解決することができる
【図面の簡単な説明】
第1図および第5図は本発明のマンガン乾電池の高温貯
蔵条件下での10Ω連続放電性能の経時変化を示すグラ
フであり、 第2図は第1図のマンガン乾電池にHgCl2を添加し
て得られた乾電池の第1図と同様なグラフであり、 第3図および第4図は正極活物質として電解二酸化マン
ガンを使用し、)1gC1□を含まないマンガン乾電池
(第3図)およびl1gc12を含むマンガン乾電池(
第4図)に関する第1図と同様なグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マンガン乾電池において、水銀塩を含まず、正極
    活性物質としてマンガン鉱石またはマンガン塩を焙焼し
    た後、鉱酸で処理して得られる二酸化マンガンを使用し
    たことを特徴とする上記マンガン乾電池。
  2. (2)前記マンガン鉱石がパイロルース鉱、サイロメレ
    ン鉱、ラムスデライトおよびクリプトメレンからなる群
    から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のマンガン乾電池。
  3. (3)前記マンガン塩が硫酸マンガン、硝酸マンガン、
    炭酸マンガン、塩化マンガン、燐酸マンガンからなる群
    から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のマンガン乾電池。
  4. (4)前記焙焼工程が550〜1000℃の範囲内の温
    度で行われる特許請求の範囲第2項または第3項記載の
    マンガン乾電池。
  5. (5)前記鉱酸処理が60〜100℃で実施されること
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載のマンガン乾電
    池。
  6. (6)前記鉱酸が硫酸、硝酸またはこれらの混合液であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載のマンガ
    ン乾電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0196647A (ja) * 1987-10-07 1989-04-14 Fuji Photo Film Co Ltd 感光材料包装ユニット
JP2014192157A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc マグネシウムバッテリー用の高容量カソード材料

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