JP2005310752A - Alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一次電池としてのアルカリ電池に関し、詳しくは、正極合剤中に活物質として二酸化マンガンおよびオキシ水酸化ニッケルを含み、インサイドアウト構造を採用した、所謂、ニッケルマンガン電池に関する。 The present invention relates to an alkaline battery as a primary battery, and more particularly, to a so-called nickel manganese battery that employs an inside-out structure that includes manganese dioxide and nickel oxyhydroxide as active materials in a positive electrode mixture.
アルカリ電池は、正極端子を兼ねる正極ケースと、正極ケースの内側に密着して配置された円筒状の二酸化マンガンからなる正極合剤ペレットと、正極合剤ペレットの中空にセパレータを介して配置されたゲル状の亜鉛負極とを具備したインサイドアウト構造を有する。アルカリ電池の正極合剤は、一般に電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤からなる。 The alkaline battery was disposed via a separator in the positive electrode case serving also as the positive electrode terminal, a positive electrode material mixture pellet made of cylindrical manganese dioxide arranged in close contact with the inside of the positive electrode case, and a positive electrode material mixture pellet. It has an inside-out structure comprising a gelled zinc negative electrode. The positive electrode mixture of an alkaline battery is generally composed of electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent.
近年のデジタル機器の普及に伴い、アルカリ電池が用いられる機器の負荷電力は次第に大きくなり、強負荷放電性能に優れる電池が要望されつつある。これに対応するべく、正極合剤にオキシ水酸化ニッケルを混合して、電池の強負荷放電特性を向上させることが提案されている(特許文献1参照)。近年では、このようなアルカリ電池が実用化され、広く普及している。 With the spread of digital devices in recent years, the load power of devices using alkaline batteries has gradually increased, and there is a demand for a battery with excellent heavy load discharge performance. In order to cope with this, it has been proposed that nickel oxyhydroxide is mixed into the positive electrode mixture to improve the heavy load discharge characteristics of the battery (see Patent Document 1). In recent years, such alkaline batteries have been put into practical use and widely used.
アルカリ電池に用いるオキシ水酸化ニッケルは、一般に、アルカリ蓄電池用途の球状もしくは鶏卵状の水酸化ニッケルを、次亜塩素酸ナトリウム水溶液等の酸化剤で酸化したものである(特許文献2参照)。この際、電池内への高密度充填を達成するために、嵩密度(タップ密度)が大きく、β型構造の結晶からなる水酸化ニッケルが、原料として用いられる。このような原料を酸化剤で処理すると、β型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルが得られる。 Nickel oxyhydroxide used for alkaline batteries is generally obtained by oxidizing spherical or hen egg-shaped nickel hydroxide for alkaline storage batteries with an oxidizing agent such as an aqueous sodium hypochlorite solution (see Patent Document 2). At this time, in order to achieve high-density filling in the battery, nickel hydroxide having a large bulk density (tap density) and comprising β-type structure crystals is used as a raw material. When such a raw material is treated with an oxidizing agent, nickel oxyhydroxide comprising β-type structure crystals can be obtained.
電池の正極容量もしくはその利用率を高める目的で、コバルト、亜鉛等を含むアルカリ蓄電池用途の水酸化ニッケルを、原料として用いることもある(特許文献3参照)。このような水酸化ニッケルの結晶中には、コバルト、亜鉛等が固溶しており、水酸化ニッケルの固溶体が形成されている。 For the purpose of increasing the positive electrode capacity of the battery or the utilization rate thereof, nickel hydroxide for alkaline storage batteries containing cobalt, zinc and the like may be used as a raw material (see Patent Document 3). In such nickel hydroxide crystals, cobalt, zinc, and the like are dissolved, and a solid solution of nickel hydroxide is formed.
近年においても、アルカリ電池に略球状のオキシ水酸化ニッケルを用いる提案(特許文献4参照)、亜鉛もしくはコバルトを含む固溶体のオキシ水酸化ニッケルを用いる提案(特許文献5参照)、オキシ水酸化ニッケルのBET比表面積を制御する提案(特許文献6参照)、オキシ水酸化ニッケルに含まれる硫酸根等の不純物量を制御する提案(特許文献7参照)、オキシ水酸化ニッケルもしくは電解二酸化マンガンの平均粒子径を制御する提案(特許文献8参照)等が散見される。これらの提案は、いずれもアルカリ蓄電池(二次電池)の正極に関する周知の技術を、一次電池用途にスライドさせたものとみなすことができる。
電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤からなる基本組成にオキシ水酸化ニッケルを添加した場合、アルカリ電池の放電電圧は、負極が亜鉛を含む場合、2段の放電プラトー領域を有することが多い。第1プラトーは、電池電圧約1.6V付近に生じ、第2プラトーは電池電圧約1.25Vに生じる。第1プラトー領域の放電容量は、主に、オキシ水酸化ニッケルに含まれる3.0価近傍のニッケルが、低酸化状態まで還元される放電反応に帰属される。 When nickel oxyhydroxide is added to the basic composition composed of electrolytic manganese dioxide and graphite conductive agent, the discharge voltage of the alkaline battery often has a two-stage discharge plateau region when the negative electrode contains zinc. The first plateau occurs near the battery voltage of about 1.6V, and the second plateau occurs at the battery voltage of about 1.25V. The discharge capacity of the first plateau region is mainly attributed to a discharge reaction in which nickel near 3.0 valence contained in nickel oxyhydroxide is reduced to a low oxidation state.
慨して、第1プラトー領域の放電容量が大きいほど、電池の高容量化に有利であると言える。しかし、第1プラトー領域で、全てのオキシ水酸化ニッケルが2価近傍に還元されるまで放電してしまうと、オキシ水酸化ニッケルの電子伝導性が急激に低下し、正極合剤全体の電子伝導性も低下する。その結果、主に第2プラトー領域で放電反応に寄与する電解二酸化マンガンの容量を、十分に利用できなくなる。 On the other hand, it can be said that the larger the discharge capacity of the first plateau region, the more advantageous the battery capacity is. However, if all the nickel oxyhydroxide is discharged in the first plateau region until the nickel oxyhydroxide is reduced to near divalent, the electron conductivity of the nickel oxyhydroxide rapidly decreases, and the electron conductivity of the entire positive electrode mixture is reduced. The nature is also reduced. As a result, the capacity of electrolytic manganese dioxide that contributes to the discharge reaction mainly in the second plateau region cannot be fully utilized.
この点を加味すると、第1プラトー領域でオキシ水酸化ニッケルを完全放電させない方がよいと言える。第2プラトー領域に至るまで、オキシ水酸化ニッケルが適度な残余容量を有する方が好ましい。そうすることで、電解二酸化マンガンの放電時にも、正極合剤が比較的高い電子伝導性を保つことができると考えられる。 Considering this point, it can be said that it is better not to completely discharge nickel oxyhydroxide in the first plateau region. It is preferable that the nickel oxyhydroxide has an appropriate residual capacity up to the second plateau region. By doing so, it is considered that the positive electrode mixture can maintain relatively high electronic conductivity even during the discharge of electrolytic manganese dioxide.
しかし、原料の生産性、価格等の観点から、アルカリ蓄電池用途のオキシ水酸化ニッケルを、そのままアルカリ電池に転用するケースが殆どである。従って、上述のような特有の放電機構に着眼した材料開発は、なされていない。このため、電池内に充填された電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの容量を十分に利用できない場合が生じる。 However, in most cases, nickel oxyhydroxide used for alkaline storage batteries is directly converted to alkaline batteries from the viewpoint of raw material productivity, price, and the like. Therefore, material development focusing on the specific discharge mechanism as described above has not been made. For this reason, the case where the capacity | capacitance of the electrolytic manganese dioxide with which the battery was filled and nickel oxyhydroxide cannot fully be utilized arises.
本発明は、第2プラトー領域における電解二酸化マンガンの放電時にも、正極合剤の電子伝導性が高く維持して、電池内に充填された電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの容量を十分に利用することを目的の一つとする。 The present invention maintains the high electron conductivity of the positive electrode mixture even during the discharge of electrolytic manganese dioxide in the second plateau region, and fully utilizes the capacity of electrolytic manganese dioxide and nickel oxyhydroxide filled in the battery. One of the purposes is to do.
本発明は、また、強負荷放電特性の更なる向上と、電解二酸化マンガンの利用率の向上とを両立させる、有効な手段を提供することを目的の一つとする。 Another object of the present invention is to provide an effective means for achieving both a further improvement in the heavy load discharge characteristics and an improvement in the utilization rate of electrolytic manganese dioxide.
すなわち、本発明は、正極、負極およびアルカリ電解液からなり、正極は、オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤を含む正極合剤からなり、オキシ水酸化ニッケルは、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなり、オキシ水酸化ニッケルに含まれるニッケルとマンガンとの合計量に占めるマンガンの含有率が、0.5〜10mol%であるアルカリ電池に関する。 That is, the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and an alkaline electrolyte, the positive electrode comprises a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent, and nickel oxyhydroxide is a solid solution of manganese. The present invention relates to an alkaline battery comprising crystals of a β-type structure and having a manganese content of 0.5 to 10 mol% in the total amount of nickel and manganese contained in nickel oxyhydroxide.
本発明は、更に、第2プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの放電容量を適正量に制御し、電池の高容量化と、電解二酸化マンガンの利用率の向上とを両立させる、有効な手段を提供することを目的の一つとする。 The present invention further provides an effective means for controlling the discharge capacity of nickel oxyhydroxide obtained in the second plateau region to an appropriate amount to achieve both higher battery capacity and improved utilization of electrolytic manganese dioxide. Is one of the purposes.
上記目的に対し、本発明は、正極、負極およびアルカリ電解液からなり、正極は、オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤を含む正極合剤からなり、前記オキシ水酸化ニッケルが、次のような特性を有するアルカリ電池を提供する。すなわち、本発明においては、前記オキシ水酸化ニッケルと前記黒鉛導電剤との混合物からなる成形体を作製し、前記成形体をKOHを40wt%含む水溶液中に浸漬し、成形体にオキシ水酸化ニッケルの1g当たり5mAの定電流を印加した場合、成形体の電位は、Hg/HgO電極に対して+500〜+100mVの第1プラトー領域と、Hg/HgO電極に対して+100〜−400mVの第2プラトー領域とを有し、第1プラトー領域におけるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量は、220〜250mAhであり、第2プラトー領域におけるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量は、10〜25mAhである。 For the above purpose, the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and an alkaline electrolyte, and the positive electrode comprises a positive electrode mixture comprising nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent. An alkaline battery having the following characteristics is provided. That is, in the present invention, a molded body made of a mixture of the nickel oxyhydroxide and the graphite conductive agent is prepared, the molded body is immersed in an aqueous solution containing 40 wt% of KOH, and the molded body is nickel oxyhydroxide. When a constant current of 5 mA per gram is applied, the potential of the compact is as follows: the first plateau region of +500 to +100 mV for the Hg / HgO electrode and the second plateau of +100 to −400 mV for the Hg / HgO electrode The discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide in the first plateau region is 220 to 250 mAh, and the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide in the second plateau region is 10 to 25 mAh. is there.
本発明によれば、オキシ水酸化ニッケルは、第1プラトー領域で完全放電するのではなく、第2プラトー領域に至るまで適度な残余容量を有する。そうすることで、第2プラトー領域における電解二酸化マンガンの放電時にも、正極合剤の電子伝導性が高く維持される。従って、電池内に充填された電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの容量を十分に利用することが可能となる。 According to the present invention, nickel oxyhydroxide does not completely discharge in the first plateau region, but has a suitable residual capacity up to the second plateau region. By doing so, the electron conductivity of the positive electrode mixture is maintained high even during the discharge of electrolytic manganese dioxide in the second plateau region. Therefore, the capacity of electrolytic manganese dioxide and nickel oxyhydroxide filled in the battery can be fully utilized.
本発明によれば、電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの容量を十分に利用できるだけでなく、電池の強負荷放電特性をも大幅に高めることが可能である。 According to the present invention, not only can the capacities of electrolytic manganese dioxide and nickel oxyhydroxide be fully utilized, but also the heavy load discharge characteristics of the battery can be greatly enhanced.
本発明によれば、第2プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの放電容量を適正量に制御することにより、第1プラトー領域の放電容量を十分に確保するとともに、電解二酸化マンガンからの集電性を十分に高めることができる。 According to the present invention, by controlling the discharge capacity of the nickel oxyhydroxide obtained in the second plateau region to an appropriate amount, the discharge capacity of the first plateau region is sufficiently secured, and the current collection from the electrolytic manganese dioxide is performed. The sex can be enhanced sufficiently.
本発明のアルカリ電池は、正極、負極およびアルカリ電解液からなり、正極は、オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤を含む正極合剤からなる。 The alkaline battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and an alkaline electrolyte, and the positive electrode comprises a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent.
電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルとを比較した場合、単位重量あたりの容量(mAh/g)、ケース内への充填の容易さ、材料価格等の点では、電解二酸化マンガンの方が優れる。一方、放電電圧および強負荷放電特性の点では、オキシ水酸化ニッケルの方が優れる。 When electrolytic manganese dioxide and nickel oxyhydroxide are compared, electrolytic manganese dioxide is superior in terms of capacity per unit weight (mAh / g), ease of filling in the case, material price, and the like. On the other hand, nickel oxyhydroxide is superior in terms of discharge voltage and heavy load discharge characteristics.
従って、電池特性のバランスおよび価格を考慮すると、正極合剤に含まれるオキシ水酸化ニッケルと電解二酸化マンガンとの合計量に占めるオキシ水酸化ニッケルおよび電解二酸化マンガンの含有率は、それぞれ10〜80wt%および20〜90wt%であることが好ましい。また、特性バランスに特に優れた電池を得る観点からは、オキシ水酸化ニッケルおよび電解二酸化マンガンの含有率は、それぞれ30〜60wt%および40〜70wt%であることが更に好ましい。 Therefore, in consideration of the balance of battery characteristics and price, the content of nickel oxyhydroxide and electrolytic manganese dioxide in the total amount of nickel oxyhydroxide and electrolytic manganese dioxide contained in the positive electrode mixture is 10 to 80 wt%, respectively. And preferably 20 to 90 wt%. Further, from the viewpoint of obtaining a battery particularly excellent in the property balance, the contents of nickel oxyhydroxide and electrolytic manganese dioxide are more preferably 30 to 60 wt% and 40 to 70 wt%, respectively.
正極合剤における活物質の体積エネルギー密度は、高い方が好ましい。一方、十分な強負荷放電特性を確保するには、黒鉛からなる導電剤を正極合剤に含ませる必要がある。このような観点から、正極合剤に含まれるオキシ水酸化ニッケルと電解二酸化マンガンと黒鉛導電剤との合計量に占める黒鉛導電剤の含有率は3〜10wt%であることが好ましく、5〜8wt%であることが更に好ましい。前記含有率が3wt%未満になると、残存容量に関わらず、正極合剤全体の電子伝導性が不十分になることがある。一方、前記含有率が10wt%をこえると、正極合剤に占める活物質の割合が小さくなり過ぎ、活物質の体積エネルギー密度が不十分になることがある。 The volume energy density of the active material in the positive electrode mixture is preferably higher. On the other hand, in order to ensure sufficient heavy load discharge characteristics, it is necessary to include a conductive agent made of graphite in the positive electrode mixture. From such a viewpoint, the content of the graphite conductive agent in the total amount of nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide, and graphite conductive agent contained in the positive electrode mixture is preferably 3 to 10 wt%, and 5 to 8 wt%. % Is more preferable. When the content is less than 3 wt%, the electron conductivity of the whole positive electrode mixture may become insufficient regardless of the remaining capacity. On the other hand, if the content exceeds 10 wt%, the proportion of the active material in the positive electrode mixture may be too small, and the volume energy density of the active material may be insufficient.
本発明のアルカリ電池の正極に用いるオキシ水酸化ニッケルを黒鉛導電剤と混合し、その混合物を成形し、得られた成形体を、KOHを40wt%含む水溶液中に浸漬し、成形体にオキシ水酸化ニッケルの1g当たり5mAの定電流を印加した場合、成形体の電位は、高電位域である第1プラトー領域と、低電位域である第2プラトー領域とを有する。 The nickel oxyhydroxide used for the positive electrode of the alkaline battery of the present invention is mixed with a graphite conductive agent, the mixture is molded, the resulting molded body is immersed in an aqueous solution containing 40 wt% KOH, and oxywater is added to the molded body. When a constant current of 5 mA per 1 g of nickel oxide is applied, the potential of the compact has a first plateau region that is a high potential region and a second plateau region that is a low potential region.
成形体の電位は、例えば、Hg/HgO電極に対して+500〜+100mVの第1プラトー領域と、Hg/HgO電極に対して+100〜−400mVの第2プラトー領域とに分けられる。 The potential of the molded body is divided into, for example, a first plateau region of +500 to +100 mV with respect to the Hg / HgO electrode and a second plateau region of +100 to −400 mV with respect to the Hg / HgO electrode.
第1プラトー領域におけるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量は、220〜250mAh/gに規制することが望まれる。また、第2プラトー領域におけるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量は、10〜25mAhに規制することが望まれる。 It is desirable that the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide in the first plateau region be regulated to 220 to 250 mAh / g. Further, it is desirable that the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide in the second plateau region is regulated to 10 to 25 mAh.
第1プラトー領域の放電容量は、主に、オキシ水酸化ニッケルに含まれる3.0価近傍のニッケルが、電子伝導性の低下する低酸化状態まで還元される放電反応に帰属される。オキシ水酸化ニッケルにおいて、全てのニッケルが3.0価近傍から2.1価近傍まで還元されたと仮定すれば、第1プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量は、260mAh/g程度が上限である。 The discharge capacity of the first plateau region is mainly attributed to a discharge reaction in which nickel near 3.0 valence contained in nickel oxyhydroxide is reduced to a low oxidation state where the electron conductivity is reduced. Assuming that all of nickel oxyhydroxide has been reduced from about 3.0 to 2.1, the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide obtained in the first plateau region is 260 mAh / The upper limit is about g.
オキシ水酸化ニッケルの電子伝導性やプロトン拡散性が良好であれば、実際に、第1プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が250mAhをこえることがある。このような場合には、第1プラトー領域でオキシ水酸化ニッケルが完全放電してしまい、第2プラトー領域では容量を殆ど有さない。そのため、電解二酸化マンガンの放電反応が起こる第2プラトー領域では、正極合剤の電子伝導性の低下が顕著となり、やはり容量を十分に取り出すことができない。 If the nickel oxyhydroxide has good electron conductivity and proton diffusivity, the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide obtained in the first plateau region may actually exceed 250 mAh. In such a case, the nickel oxyhydroxide is completely discharged in the first plateau region, and the second plateau region has almost no capacity. Therefore, in the second plateau region where the electrolytic reaction of electrolytic manganese dioxide occurs, the decrease in the electron conductivity of the positive electrode mixture becomes remarkable, and the capacity cannot be taken out sufficiently.
一方、オキシ水酸化ニッケル中のニッケルの平均価数が低い場合や、オキシ水酸化ニッケルに固溶するMn等の量が過剰である場合には、第1プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が220mAh未満になることがある。その場合、オキシ水酸化ニッケルの放電容量が不足し、高容量の電池が得られない。 On the other hand, when the average valence of nickel in the nickel oxyhydroxide is low, or when the amount of Mn or the like dissolved in the nickel oxyhydroxide is excessive, the nickel oxyhydroxide obtained in the first plateau region The discharge capacity per gram may be less than 220 mAh. In that case, the discharge capacity of nickel oxyhydroxide is insufficient, and a high-capacity battery cannot be obtained.
オキシ水酸化ニッケル中に局所的に高酸化状態のニッケル酸化物等が形成された場合、高酸化状態のニッケル酸化物等は、第2プラトー領域で放電反応に寄与すると推察される。 When nickel oxide or the like in a highly oxidized state is locally formed in nickel oxyhydroxide, it is assumed that the nickel oxide or the like in the highly oxidized state contributes to the discharge reaction in the second plateau region.
上記のような高酸化状態のニッケル酸化物等を所定量含むオキシ水酸化ニッケルは、第2プラトー領域でも電子伝導性の低下が抑制される。そのため、第2プラトー領域における正極合剤の電子伝導性の低下が抑止される。その結果として、電解二酸化マンガンからの集電性が高められ、アルカリ電池の高容量化が可能になる。 Nickel oxyhydroxide containing a predetermined amount of nickel oxide or the like in a highly oxidized state as described above can suppress a decrease in electron conductivity even in the second plateau region. Therefore, a decrease in the electronic conductivity of the positive electrode mixture in the second plateau region is suppressed. As a result, the current collecting performance from electrolytic manganese dioxide is enhanced, and the capacity of the alkaline battery can be increased.
ただし、第2プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が25mAhをこえると、相対的に第1プラトー領域の放電容量が220mAh/g未満に低下する。一方、第2プラトー領域で得られるオキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が10mAh未満では、第2プラトー領域で放電反応に寄与するニッケル酸化物量が少ないため、電解二酸化マンガンからの集電性を高める効果が小さくなる。 However, when the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide obtained in the second plateau region exceeds 25 mAh, the discharge capacity in the first plateau region relatively decreases to less than 220 mAh / g. On the other hand, when the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide obtained in the second plateau region is less than 10 mAh, the amount of nickel oxide that contributes to the discharge reaction in the second plateau region is small. The effect of increasing becomes smaller.
上記のような望ましい電気特性を有するオキシ水酸化ニッケルは、オキシ水酸化ニッケル中に少量のマンガンを固溶させることにより、比較的容易に得ることができる。オキシ水酸化ニッケル中にマンガンを固溶させた場合、同時に、電池の強負荷放電特性をも大幅に高めることができる。特に、β型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルは、上記のような望ましい電気特性を有するとともに、放電時の体積変化が小さい点でも優れている。 Nickel oxyhydroxide having desirable electrical characteristics as described above can be obtained relatively easily by dissolving a small amount of manganese in nickel oxyhydroxide. When manganese is dissolved in nickel oxyhydroxide, the heavy load discharge characteristics of the battery can be greatly improved. In particular, nickel oxyhydroxide composed of crystals having a β-type structure is excellent in that it has the above-described desirable electrical characteristics and has a small volume change during discharge.
マンガン以外の金属をオキシ水酸化ニッケル中に固溶させた場合にも、第2プラトー領域で放電反応に寄与する高酸化状態のニッケル酸化物等を形成させることができる。マンガン以外の金属としては、例えば亜鉛、コバルト、アルミニウム、クロム等が挙げられる。ただし、電池の強負荷放電特性を高める効果は、マンガンをオキシ水酸化ニッケル中に固溶させた場合に、極めて顕著となる。 Even when a metal other than manganese is dissolved in nickel oxyhydroxide, a highly oxidized nickel oxide that contributes to the discharge reaction can be formed in the second plateau region. Examples of metals other than manganese include zinc, cobalt, aluminum, and chromium. However, the effect of enhancing the heavy load discharge characteristics of the battery becomes extremely remarkable when manganese is dissolved in nickel oxyhydroxide.
本発明の好ましい一態様において、オキシ水酸化ニッケルは、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなる。このようなオキシ水酸化ニッケルの粒子内では、局所的に、低電位の第2プラトー領域で放電に寄与する高酸化状態のニッケル酸化物が形成されている。すなわち、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルの一部は、低電位の第2プラトー領域で放電に寄与する。従って、第2プラトー領域における電解二酸化マンガンの放電時にも、正極合剤の電子伝導性が高く維持され、電解二酸化マンガンの容量を十分に利用できる。更に、オキシ水酸化ニッケル中にマンガンを固溶させた場合、電池の強負荷放電特性をも大幅に高めることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the nickel oxyhydroxide is composed of a β-type structure crystal in which manganese is dissolved. In such nickel oxyhydroxide particles, a highly oxidized nickel oxide that contributes to discharge is locally formed in the second plateau region having a low potential. That is, a part of the nickel oxyhydroxide composed of β-type crystals in which manganese is solid-dissolved contributes to the discharge in the low potential second plateau region. Therefore, even when the electrolytic manganese dioxide is discharged in the second plateau region, the electron conductivity of the positive electrode mixture is maintained high, and the capacity of the electrolytic manganese dioxide can be fully utilized. Furthermore, when manganese is dissolved in nickel oxyhydroxide, the heavy load discharge characteristics of the battery can be greatly improved.
マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルは、例えば、マンガンを固溶した水酸化ニッケルを酸化剤で酸化すれば得られる。原料水酸化ニッケルも、β型構造の結晶からなることが好ましい。 Nickel oxyhydroxide composed of β-type crystals in which manganese is dissolved is obtained, for example, by oxidizing nickel hydroxide in which manganese is dissolved in an oxidizing agent. The raw material nickel hydroxide is also preferably made of crystals having a β-type structure.
本発明の好ましい別の一態様において、オキシ水酸化ニッケルは、マンガン以外の金属を固溶した結晶からなる。このようなオキシ水酸化ニッケルの粒子内でも、局所的に、低電位の第2プラトー領域で放電に寄与する高酸化状態のニッケル酸化物が形成される。マンガン以外の金属を固溶したオキシ水酸化ニッケルも、β型構造の結晶からなることが好ましい。 In another preferred embodiment of the present invention, the nickel oxyhydroxide is composed of crystals in which a metal other than manganese is dissolved. Even in such nickel oxyhydroxide particles, a highly oxidized nickel oxide that contributes to discharge is locally formed in the second plateau region at a low potential. The nickel oxyhydroxide in which a metal other than manganese is solid-solved is also preferably composed of a β-type crystal.
マンガン以外の金属を固溶した結晶からなるオキシ水酸化ニッケルは、例えば、マンガン以外の金属を固溶した水酸化ニッケルを酸化剤で酸化すれば得られる。この場合も、β型構造の結晶からなる水酸化ニッケルを原料として用いることが好ましい。 Nickel oxyhydroxide composed of crystals in which a metal other than manganese is dissolved is obtained, for example, by oxidizing nickel hydroxide in which a metal other than manganese is dissolved in an oxidizing agent. Also in this case, it is preferable to use nickel hydroxide made of crystals having a β-type structure as a raw material.
原料水酸化ニッケルの粒子形状は、特に限定されないが、球状もしくは鶏卵状であることが好ましい。水酸化ニッケルのタップ密度は、例えば2.0〜2.3g/cm3が好ましい。 The particle shape of the raw material nickel hydroxide is not particularly limited, but is preferably spherical or egg-shaped. The tap density of nickel hydroxide is preferably 2.0 to 2.3 g / cm 3 , for example.
原料水酸化ニッケルのBET比表面積は、例えば5〜20m2/gが好ましい。 The BET specific surface area of the raw material nickel hydroxide is preferably 5 to 20 m 2 / g, for example.
原料水酸化ニッケルに含まれる硫酸根濃度は、例えば0.2〜0.5重量%であることが好ましい。 The sulfate radical concentration contained in the raw material nickel hydroxide is preferably 0.2 to 0.5% by weight, for example.
原料水酸化ニッケルの体積基準の平均粒子径(D50)は、10〜20μmであることが好ましい。 The volume-based average particle diameter (D 50 ) of the raw material nickel hydroxide is preferably 10 to 20 μm.
原料水酸化ニッケルは、例えば、攪拌翼を備えた反応槽で調製することができる。反応槽には、水酸化ニッケルが成長する反応相として例えば純水を加える。反応相には、少量の還元剤を加えることが好ましく、更に窒素ガスによるバブリングを行うことが好ましい。 The raw material nickel hydroxide can be prepared, for example, in a reaction vessel equipped with a stirring blade. For example, pure water is added to the reaction vessel as a reaction phase in which nickel hydroxide grows. It is preferable to add a small amount of a reducing agent to the reaction phase, and it is preferable to perform bubbling with nitrogen gas.
原料水酸化ニッケルの出発物質には、硫酸マンガンもしくはマンガン以外の金属の硫酸塩と、硫酸ニッケルとを用いることが好ましい。ただし、硫酸ニッケルの代わりに硝酸ニッケル等を用い、硫酸マンガンの代わりに硝酸マンガン等を用いることもできる。また、マンガン以外の金属の硫酸塩の代わりに、マンガン以外の金属の硝酸塩等を用いることもできる。 It is preferable to use manganese sulfate or a sulfate of a metal other than manganese and nickel sulfate as a starting material for the raw material nickel hydroxide. However, nickel nitrate or the like can be used instead of nickel sulfate, and manganese nitrate or the like can be used instead of manganese sulfate. Also, nitrates of metals other than manganese can be used instead of sulfates of metals other than manganese.
以下、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルの調製工程を例示する。なお、以下の方法は、硫酸マンガン(II)水溶液の代わりに他の金属塩を用いれば、マンガン以外の金属を固溶した結晶からなるオキシ水酸化ニッケルの調製工程にも適用できる。 Hereinafter, the preparation process of the nickel oxyhydroxide which consists of a crystal | crystallization of (beta) -type structure which solid-solved manganese is illustrated. The following method can also be applied to a process for preparing nickel oxyhydroxide comprising crystals in which a metal other than manganese is dissolved, if another metal salt is used instead of the manganese (II) sulfate aqueous solution.
原料水酸化ニッケルの調製工程は、例えば、硫酸ニッケル(II)水溶液、硫酸マンガン(II)水溶液、水酸化ナトリウム水溶液およびアンモニア水を、反応槽内に供給し、反応相のpHを一定に維持しながら、攪拌を続ける工程からなる。この工程で、反応相内に水酸化ニッケルの核を析出させ、核を成長させる。続いて、得られた粒子を、上記とは別の水酸化ナトリウム水溶液中で加熱し、硫酸根を除去する。その後、粒子を水洗し、乾燥を行えば、β型構造の結晶からなる原料水酸化ニッケルが得られる。 The preparation process of the raw material nickel hydroxide is performed by, for example, supplying a nickel (II) sulfate aqueous solution, a manganese (II) sulfate aqueous solution, a sodium hydroxide aqueous solution and aqueous ammonia to the reaction tank to maintain a constant pH of the reaction phase. While continuing the stirring. In this step, nickel hydroxide nuclei are precipitated in the reaction phase to grow nuclei. Subsequently, the obtained particles are heated in an aqueous sodium hydroxide solution different from the above to remove sulfate radicals. Thereafter, if the particles are washed with water and dried, raw material nickel hydroxide composed of crystals having a β-type structure is obtained.
オキシ水酸化ニッケルの調製工程は、例えば、原料水酸化ニッケルを、反応相となる水酸化ナトリウム水溶液中に投入し、反応相に十分量の酸化剤を加えて攪拌する工程からなる。この工程で、原料水酸化ニッケルは酸化され、オキシ水酸化ニッケルが得られる。 The step of preparing nickel oxyhydroxide includes, for example, a step of adding raw material nickel hydroxide into an aqueous sodium hydroxide solution as a reaction phase, adding a sufficient amount of oxidizing agent to the reaction phase, and stirring. In this step, the raw material nickel hydroxide is oxidized to obtain nickel oxyhydroxide.
原料水酸化ニッケルをオキシ水酸化ニッケルに変換する酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、ペルオキソ二硫酸カリウム水溶液、過酸化水素水等を用いることができる。 As an oxidizing agent for converting raw material nickel hydroxide into nickel oxyhydroxide, an aqueous sodium hypochlorite solution, an aqueous potassium peroxodisulfate solution, a hydrogen peroxide solution, or the like can be used.
オキシ水酸化ニッケルの粒子形状は、原料水酸化ニッケルに依存するが、球状もしくは鶏卵状であることが好ましい。オキシ水酸化ニッケルのタップ密度は、例えば2.1〜2.4g/cm3が好ましい。 The particle shape of the nickel oxyhydroxide depends on the raw material nickel hydroxide, but is preferably spherical or egg-shaped. The tap density of nickel oxyhydroxide is preferably, for example, 2.1 to 2.4 g / cm 3 .
オキシ水酸化ニッケルのBET比表面積は、例えば10〜20m2/gが好ましい。 The BET specific surface area of nickel oxyhydroxide is preferably, for example, 10 to 20 m 2 / g.
オキシ水酸化ニッケルに含まれる硫酸根濃度は、例えば0.1〜0.3重量%であることが好ましい。 The sulfate radical concentration contained in nickel oxyhydroxide is preferably, for example, 0.1 to 0.3% by weight.
オキシ水酸化ニッケルの体積基準の平均粒子径(D50)は、10〜20μmであることが好ましい。 The volume-based average particle diameter (D 50 ) of nickel oxyhydroxide is preferably 10 to 20 μm.
オキシ水酸化ニッケルに含まれるニッケルとマンガンとの合計量に占めるマンガンの含有率は、例えば0.5〜10mol%であり、2〜7mol%であることが好ましい。前記マンガン含有率が0.5mol%未満では、第2プラトー領域の放電容量が過小となり、10mol%をこえると、第2プラトー領域の放電容量が過大となって、第1プラトー領域の放電容量が不足する。 The content of manganese in the total amount of nickel and manganese contained in nickel oxyhydroxide is, for example, 0.5 to 10 mol%, and preferably 2 to 7 mol%. When the manganese content is less than 0.5 mol%, the discharge capacity of the second plateau region is too small. When the manganese content exceeds 10 mol%, the discharge capacity of the second plateau region becomes excessive, and the discharge capacity of the first plateau region is too high. Run short.
オキシ水酸化ニッケルに含まれるニッケルとマンガン以外の金属(以下、金属M)との合計量に占める金属Mの含有率は、例えば0.5〜10mol%であり、2〜5mol%であることが好ましい。前記金属M含有率が0.5mol%未満では、第2プラトー領域の放電容量が過小となることがあり、10mol%をこえると、第2プラトー領域の放電容量が過大となって、第1プラトー領域の放電容量が不足することがある。 The content of metal M in the total amount of nickel and metal other than manganese (hereinafter, metal M) contained in nickel oxyhydroxide is, for example, 0.5 to 10 mol%, and 2 to 5 mol%. preferable. When the metal M content is less than 0.5 mol%, the discharge capacity of the second plateau region may be too small. When the content exceeds 10 mol%, the discharge capacity of the second plateau region becomes excessive, and the first plateau region becomes excessive. The discharge capacity of the area may be insufficient.
正極合剤は、さらに、Y2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3およびLu2O3よりなる群から選ばれる少なくとも1種の希土類金属酸化物を含むことが好ましい。これらの希土類金属酸化物は、アルカリ電解液中に僅かに溶解して、水酸化物を形成し、再析出する。その結果、オキシ水酸化ニッケルの粒子表面に希土類金属を含む被膜が形成される。この被膜は、正極の酸素発生過電圧を高める役割を有する。 The positive electrode mixture preferably further contains at least one rare earth metal oxide selected from the group consisting of Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3. . These rare earth metal oxides are slightly dissolved in the alkaline electrolyte to form hydroxides and reprecipitate. As a result, a film containing a rare earth metal is formed on the surface of the nickel oxyhydroxide particles. This film has a role of increasing the oxygen generation overvoltage of the positive electrode.
マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルは、平衡電位が貴である。そのため、電池の開路電圧が比較的高く保持され、自己放電速度が大きくなる傾向にある。従って、希土類金属酸化物を正極合剤中に少量添加することが、電池の保存特性の大幅な改善につながる。 Nickel oxyhydroxide comprising β-type crystals in which manganese is solid-solved has a noble equilibrium potential. For this reason, the open circuit voltage of the battery is kept relatively high, and the self-discharge rate tends to increase. Therefore, adding a small amount of rare earth metal oxide to the positive electrode mixture leads to a significant improvement in the storage characteristics of the battery.
オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガン、黒鉛導電剤および希土類金属酸化物の合計に占める希土類金属酸化物の含有率は、0.1〜2wt%であることが好ましく、0.5〜1.5wt%であることが更に好ましい。 The content of the rare earth metal oxide in the total of nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide, graphite conductive agent and rare earth metal oxide is preferably 0.1 to 2 wt%, and 0.5 to 1.5 wt% More preferably.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to a following example.
(原料水酸化ニッケルの調製)
攪拌翼を備えた反応槽に、純水と還元剤としての少量のヒドラジンを加え、槽内に窒素ガスによるバブリングを行いながら、所定濃度の硫酸ニッケル(II)水溶液、硫酸マンガン(II)水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、およびアンモニア水を、ポンプで定量供給した。その間、槽内の攪拌を続け、pHを一定に維持した。その後も、十分に槽内の攪拌を続けることで、水酸化ニッケルの核を析出させ、核を成長させた。続いて、得られた粒子を、上記とは別の水酸化ナトリウム水溶液中で加熱して、硫酸根を除去した。その後、粒子を水洗し、真空乾燥して、原料水酸化ニッケルa(組成:Ni0.95Mn0.05(OH)2)を得た。
(Preparation of raw material nickel hydroxide)
While adding pure water and a small amount of hydrazine as a reducing agent to a reaction vessel equipped with a stirring blade, and bubbling with nitrogen gas in the vessel, a nickel (II) sulfate aqueous solution, a manganese (II) sulfate aqueous solution of a predetermined concentration, Sodium hydroxide aqueous solution and aqueous ammonia were quantitatively supplied by a pump. Meanwhile, stirring in the tank was continued to maintain the pH constant. After that, nickel hydroxide nuclei were precipitated and nuclei were grown by sufficiently continuing the stirring in the tank. Subsequently, the obtained particles were heated in a sodium hydroxide aqueous solution different from the above to remove sulfate radicals. Thereafter, the particles were washed with water and vacuum-dried to obtain raw material nickel hydroxide a (composition: Ni 0.95 Mn 0.05 (OH) 2 ).
次に、硫酸マンガン(II)水溶液の代わりに、硫酸亜鉛(II)水溶液を用いたこと以外は、上記と同様の操作を行い、水酸化ニッケルb(組成:Ni0.95Zn0.05(OH)2)を得た。 Next, nickel hydroxide b (composition: Ni 0.95 Zn 0.05 (composition) was carried out in the same manner as above except that an aqueous solution of zinc (II) sulfate was used instead of the aqueous solution of manganese (II) sulfate. OH) 2 ) was obtained.
更に、硫酸マンガン(II)や硫酸亜鉛(II)水溶液を用いないこと以外は、上記と同様の操作を行い、ニッケル以外の金属を含まない水酸化ニッケルcを得た。 Furthermore, the same operation as described above was performed except that manganese (II) sulfate or zinc sulfate (II) aqueous solution was not used, and nickel hydroxide c containing no metal other than nickel was obtained.
得られた原料水酸化ニッケルa〜cは、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、原料水酸化ニッケルa〜cは、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:約20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):約2.2g/cm3
BET比表面積:約10m2/g
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained raw material nickel hydroxides a to c were each composed of a β-type crystal. The raw material nickel hydroxides a to c all had the following physical properties.
Volume-based average particle diameter: about 20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): about 2.2 g / cm 3
BET specific surface area: about 10 m 2 / g
(オキシ水酸化ニッケルの調製)
水酸化ニッケルaの200gを0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液1L中に投入し、酸化剤の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度:10wt%)を十分量加えて攪拌し、オキシ水酸化ニッケルに変換した。得られた粒子は十分に水洗後、60℃で24時間の真空乾燥を行って、オキシ水酸化ニッケルAを得た。
(Preparation of nickel oxyhydroxide)
200 g of nickel hydroxide a was put in 1 L of a 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution, and a sufficient amount of an oxidizing agent sodium hypochlorite aqueous solution (effective chlorine concentration: 10 wt%) was added and stirred. Converted to nickel oxide. The obtained particles were sufficiently washed with water and then vacuum-dried at 60 ° C. for 24 hours to obtain nickel oxyhydroxide A.
原料水酸化ニッケルbおよびcに対しても、上記と同じ操作を行って、それぞれオキシ水酸化ニッケルBおよびCを得た。 The same operations as described above were performed on the raw material nickel hydroxides b and c to obtain nickel oxyhydroxides B and C, respectively.
得られたオキシ水酸化ニッケルA〜Cは、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、オキシ水酸化ニッケルA〜Cは、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:約20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):約2.3g/cm3
BET比表面積:約12m2/g
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained nickel oxyhydroxides A to C were each made of a crystal having a β-type structure. Moreover, all of the nickel oxyhydroxides A to C had the following physical properties.
Volume-based average particle diameter: about 20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): about 2.3 g / cm 3
BET specific surface area: about 12 m 2 / g
(正極合剤ペレットの作製)
電解二酸化マンガンと、オキシ水酸化ニッケルAと、黒鉛とを、重量比50:45:5の割合で配合し、混合して、正極合剤粉を得た。正極合剤粉100重量部あたり、アルカリ電解液1重量部を添加した後、正極合剤粉をミキサーで撹拌し、均一になるまで混合するとともに、一定粒度に整粒した。なお、アルカリ電解液には、水酸化カリウムの40重量%水溶液を用いた。得られた粒状物を中空円筒型に加圧成型して、正極合剤ペレットAを得た。
(Preparation of positive electrode mixture pellets)
Electrolytic manganese dioxide, nickel oxyhydroxide A, and graphite were blended at a weight ratio of 50: 45: 5 and mixed to obtain a positive electrode mixture powder. After adding 1 part by weight of the alkaline electrolyte per 100 parts by weight of the positive electrode mixture powder, the positive electrode mixture powder was stirred with a mixer, mixed until uniform, and sized to a constant particle size. In addition, 40 weight% aqueous solution of potassium hydroxide was used for alkaline electrolyte. The obtained granular material was press-molded into a hollow cylindrical shape to obtain a positive electrode material mixture pellet A.
また、オキシ水酸化ニッケルBおよびCを用いて、上記と同じ操作を行って、それぞれ正極合剤ペレットBおよびCを得た。 Moreover, the same operation as described above was performed using nickel oxyhydroxides B and C to obtain positive electrode mixture pellets B and C, respectively.
(ニッケルマンガン電池の作製)
上記の正極合剤ペレットA、BおよびCを用いて、単3サイズのニッケルマンガン電池A1、B1およびC1をそれぞれ作製した。図1は、ここで作製したニッケルマンガン電池の一部を断面にした正面図である。
(Production of nickel manganese battery)
AA size nickel manganese batteries A1, B1, and C1 were respectively produced using the positive electrode mixture pellets A, B, and C described above. FIG. 1 is a front view showing a cross section of a part of the nickel manganese battery produced here.
正極端子を兼ねる正極ケース1には、ニッケルメッキされた鋼板からなる缶状ケースを用いた。正極ケース1の内面には、黒鉛塗装膜2を形成した。正極ケース1内には、短筒状の正極合剤ペレット3を複数個挿入した。次いで、正極合剤ペレット3を正極ケース1内で再加圧して、正極ケース1の内面に密着させた。正極合剤ペレット3の中空にはセパレータ4を挿入し、中空内面に接触させた。中空内の缶状ケース底部には、絶縁キャップ5を配した。 For the positive electrode case 1 that also serves as the positive electrode terminal, a can-shaped case made of a nickel-plated steel plate was used. A graphite coating film 2 was formed on the inner surface of the positive electrode case 1. A plurality of short cylindrical positive electrode mixture pellets 3 were inserted into the positive electrode case 1. Next, the positive electrode material mixture pellet 3 was re-pressurized in the positive electrode case 1 and adhered to the inner surface of the positive electrode case 1. A separator 4 was inserted into the hollow of the positive electrode mixture pellet 3 and brought into contact with the hollow inner surface. An insulating cap 5 was disposed at the bottom of the hollow can-like case.
次に、正極ケース1内にアルカリ電解液を注液して、正極合剤ペレット3とセパレータ4とを湿潤させた。電解液の注液後、セパレータ4の内側にゲル状負極6を充填した。ゲル状負極6には、ゲル化剤としてのポリアクリル酸ナトリウム、アルカリ電解液および負極活物質としての亜鉛粉末からなるものを用いた。アルカリ電解液には、水酸化カリウムの40重量%水溶液を用いた。
Next, an alkaline electrolyte was injected into the positive electrode case 1 to wet the positive electrode mixture pellet 3 and the separator 4. After injecting the electrolyte, the gelled
一方、短筒状の中心部と薄肉の外周部からなり、外周部の周縁端部に内溝を有する樹脂製封口板7を準備した。封口板7の周縁端部の内溝には、負極端子を兼ねる底板8の周縁端部をはめ込んだ。封口板7と底板8との間には、絶縁ワッシャ9を介在させた。封口板7の中心部の中空には、釘状の負極集電体10を挿入した。
On the other hand, a resin sealing plate 7 having a short cylindrical center part and a thin outer peripheral part and having an inner groove at the peripheral edge of the outer peripheral part was prepared. In the inner groove at the peripheral edge of the sealing plate 7, the peripheral edge of the bottom plate 8 serving also as the negative electrode terminal was fitted. An insulating
上記のように予め封口板7、底板8および絶縁ワッシャ9と一体化された負極集電体10を、ゲル状負極6に挿入した。次いで、正極ケース1の開口端部を、封口板7の周縁端部を介して、底板8の周縁端部にかしめつけ、正極ケース1の開口を密閉した。最後に、正極ケース1の外表面を外装ラベル11で被覆し、ニッケルマンガン電池を完成させた。
The negative electrode current collector 10 previously integrated with the sealing plate 7, the bottom plate 8 and the insulating
(モデルセルの作製)
オキシ水酸化ニッケル単独の電気特性に関する知見を得るために、上記のニッケルマンガン電池と類似の構造を有するモデルセルを作製した。
オキシ水酸化ニッケルAと、黒鉛とを、重量比92:8の割合で配合し、混合して、モデル合剤粉を得た。モデル合剤粉100重量部あたり、アルカリ電解液1重量部を添加した後、モデル合剤粉をミキサーで撹拌し、均一になるまで混合するとともに、一定粒度に整粒した。なお、アルカリ電解液には、水酸化カリウムの40重量%水溶液を用いた。得られた粒状物を中空円筒型に加圧成型して、モデル合剤ペレットAを得た。
(Production of model cell)
In order to obtain knowledge about the electrical characteristics of nickel oxyhydroxide alone, a model cell having a structure similar to that of the above nickel manganese battery was produced.
Nickel oxyhydroxide A and graphite were blended at a weight ratio of 92: 8 and mixed to obtain a model mixture powder. After adding 1 part by weight of the alkaline electrolyte per 100 parts by weight of the model mixture powder, the model mixture powder was stirred with a mixer, mixed until uniform, and sized to a constant particle size. In addition, 40 weight% aqueous solution of potassium hydroxide was used for alkaline electrolyte. The obtained granular material was press-molded into a hollow cylindrical shape to obtain a model mixture pellet A.
モデル合剤ペレットAを用いたこと以外、上記と同様の操作を行って、図1に示す単3サイズのアルカリ電池と同様のモデルセルA2を組み立てた。モデルセルに含まれるオキシ水酸化ニッケル(NiOOH)の量は9.0gとし、モデルセルには十分量のゲル状負極を充填した。 A model cell A2 similar to the AA alkaline battery shown in FIG. 1 was assembled by performing the same operation as described above except that the model mixture pellet A was used. The amount of nickel oxyhydroxide (NiOOH) contained in the model cell was 9.0 g, and the model cell was filled with a sufficient amount of gelled negative electrode.
また、オキシ水酸化ニッケルBおよびCを用いて、上記と同じ操作を行って、それぞれモデル合剤ペレットBおよびCを作製し、次いでモデルセルB2およびC2を組み立てた。 In addition, the same operation as described above was performed using nickel oxyhydroxides B and C to produce model mixture pellets B and C, respectively, and then model cells B2 and C2 were assembled.
各モデルセルの正極端子と負極端子には、それぞれ集電を取るためのニッケルリードを溶接した。次いで、正極ケースの端部に孔を開けて、水酸化カリウムの40重量%水溶液を満たしたビーカー中に浸漬させた。ビーカー中には、Hg/HgO電極を参照電極として浸漬させた。こうしてHg/HgO電極に対するモデルセルの正極および負極の電位をそれぞれ測定する準備をした。モデルセルは、いずれも正極容量で規制されている。モデルセルを含む上記測定装置によれば、基本的に電解二酸化マンガンを含有しないオキシ水酸化ニッケル単独からなる正極の放電特性を観測できる。 Nickel leads for collecting current were welded to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of each model cell. Next, a hole was made in the end portion of the positive electrode case and immersed in a beaker filled with a 40 wt% aqueous solution of potassium hydroxide. In the beaker, an Hg / HgO electrode was immersed as a reference electrode. Thus, preparation was made to measure the potentials of the positive electrode and the negative electrode of the model cell with respect to the Hg / HgO electrode, respectively. All model cells are regulated by positive electrode capacity. According to the measuring apparatus including the model cell, it is possible to observe the discharge characteristics of the positive electrode basically composed of nickel oxyhydroxide alone that does not contain electrolytic manganese dioxide.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池A1〜C1を、それぞれ20℃で45mA(低負荷)の定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。この際の放電曲線を図2に示す。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries A1 to C1 were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA (low load), and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9 V was measured. The discharge curve at this time is shown in FIG.
〈強負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池A1〜C1を、それぞれ20℃で1Wの定電力で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間を測定した。
<High load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries A1 to C1 were each continuously discharged at a constant power of 1 W at 20 ° C., and the discharge time until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
ニッケルマンガン電池C1について得られた低負荷放電における放電容量および強負荷放電における放電時間を、それぞれ基準値100として、各電池で得られた結果をニッケルマンガン電池C1に対する相対値で表1に示す。
The discharge capacity in the low load discharge and the discharge time in the heavy load discharge obtained for the nickel manganese battery C1 are each set as a
表1より、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケル(オキシ水酸化ニッケルA)を用いたニッケルマンガン電池A1は、低負荷放電および強負荷放電の両方において、優れた特性を有することがわかる。 From Table 1, the nickel manganese battery A1 using nickel oxyhydroxide (nickel oxyhydroxide A) composed of β-type structure crystals in which manganese is solid-dissolved has excellent characteristics in both low load discharge and high load discharge. It can be seen that
図2の放電曲線において、1.6V近傍の電圧域は、主にオキシ水酸化ニッケルの放電反応が進行する領域であり、1.2V近傍の電圧域は、主に電解二酸化マンガンの放電反応が進行する領域である。
図2から明らかなように、低負荷放電で生じた電池間での容量差は、主にオキシ水酸化ニッケルの放電反応が進行する領域よりも、主に電解二酸化マンガンの放電反応が進行する低電圧側の領域において顕著である。
In the discharge curve of FIG. 2, the voltage range near 1.6V is a region where the discharge reaction of nickel oxyhydroxide proceeds mainly, and the voltage range near 1.2V is mainly the discharge reaction of electrolytic manganese dioxide. It is an area that progresses.
As apparent from FIG. 2, the capacity difference between the batteries caused by the low load discharge is lower than the region where the discharge reaction of nickel oxyhydroxide mainly proceeds, and the discharge reaction of electrolytic manganese dioxide mainly proceeds. This is noticeable in the voltage side region.
(モデルセルの評価)
ニッケルマンガン電池の評価結果を更に考察するために、上述のモデルセルA2〜C2を、それぞれ20℃で45mAの定電流(すなわちオキシ水酸化ニッケルの1g当たり5mAの定電流)で連続放電させた。そのとき得られた、Hg/HgO電極に対する正極電位と、オキシ水酸化ニッケルの1g当たり放電容量との関係を示す電位曲線を図3に示す。
(Model cell evaluation)
In order to further consider the evaluation results of the nickel manganese battery, the above-described model cells A2 to C2 were each continuously discharged at a constant current of 45 mA at 20 ° C. (that is, a constant current of 5 mA per 1 g of nickel oxyhydroxide). FIG. 3 shows a potential curve showing the relationship between the positive electrode potential with respect to the Hg / HgO electrode and the discharge capacity per gram of nickel oxyhydroxide obtained at that time.
図3において、オキシ水酸化ニッケルAを用いたモデルセルA2およびオキシ水酸化ニッケルBを用いたモデルセルB2の正極の電位曲線中には、それぞれ2段のプラトーが認められる。第1プラトーは、Hg/HgO電極に対して+500〜+100mVの領域に認められる。第2プラトーは、Hg/HgO電極に対して+100〜−400mVの領域に認められる。 In FIG. 3, two-stage plateaus are observed in the positive electrode potential curves of model cell A2 using nickel oxyhydroxide A and model cell B2 using nickel oxyhydroxide B, respectively. The first plateau is observed in the +500 to +100 mV region with respect to the Hg / HgO electrode. The second plateau is observed in the region of +100 to −400 mV with respect to the Hg / HgO electrode.
しかし、モデルセルB2の第1プラトー領域の容量は、モデルセルA2の第1プラトー領域の容量よりも、かなり少なくなっている。逆に、モデルセルB2の第2プラトー領域の容量は、モデルセルA2の第2プラトー領域の容量よりも多くなっている。 However, the capacity of the first plateau region of the model cell B2 is considerably smaller than the capacity of the first plateau region of the model cell A2. Conversely, the capacity of the second plateau region of the model cell B2 is larger than the capacity of the second plateau region of the model cell A2.
一方、オキシ水酸化ニッケルCを用いたモデルセルC2の正極の電位曲線においては、第1プラトー領域の容量は最も大きいが、第2プラトー領域が認められない。 On the other hand, in the potential curve of the positive electrode of model cell C2 using nickel oxyhydroxide C, the capacity of the first plateau region is the largest, but the second plateau region is not recognized.
このようなオキシ水酸化ニッケル単独からなる正極の評価結果を考慮すると、ニッケルマンガン電池の評価で得られた低負荷放電時の挙動(図2)を以下のように理解できる。 Considering the evaluation result of such a positive electrode made of nickel oxyhydroxide alone, the behavior during low load discharge (FIG. 2) obtained by the evaluation of the nickel manganese battery can be understood as follows.
オキシ水酸化ニッケルCは、図3で示されたように、第1プラトー領域だけで、2価近傍まで完全放電する。そのため、オキシ水酸化ニッケルCの電子伝導性は、Hg/HgO電極に対して+100〜−400mVの第2プラトー領域で急激に低下する。同様に、ニッケルマンガン電池C1では、第2プラトー領域で、正極合剤全体の電子伝導性が低下する。その結果、主に第2プラトー領域で放電する電解二酸化マンガンからは、容量を十分に取り出しにくくなる。 As shown in FIG. 3, the nickel oxyhydroxide C is completely discharged to near the valence of 2 only in the first plateau region. Therefore, the electronic conductivity of nickel oxyhydroxide C rapidly decreases in the second plateau region of +100 to −400 mV with respect to the Hg / HgO electrode. Similarly, in the nickel manganese battery C1, the electronic conductivity of the whole positive electrode mixture is reduced in the second plateau region. As a result, it is difficult to sufficiently extract the capacity from the electrolytic manganese dioxide that mainly discharges in the second plateau region.
一方、オキシ水酸化ニッケルBの第1プラトー領域の放電容量は、図3で示されたように、かなり少なくなっている。そのため、ニッケルマンガン電池B1では、第1プラトー領域の放電容量が不足することになり、結局、高容量の電池は得られなくなる。 On the other hand, the discharge capacity of the first plateau region of nickel oxyhydroxide B is considerably reduced as shown in FIG. Therefore, in the nickel manganese battery B1, the discharge capacity in the first plateau region is insufficient, and eventually a high capacity battery cannot be obtained.
ところが、オキシ水酸化ニッケルAの第1プラトー領域の放電容量は比較的大きく、第2プラトー領域にも適量の残余容量を有している。そのため、ニッケルマンガン電池A1は、第1プラトー領域の放電容量が不足することがなく、かつ第2プラトー領域でも正極合剤は高い電子伝導性を保持できる。従って、第2プラトー領域では、電解二酸化マンガンから十分な容量を取り出すことができる。 However, the discharge capacity of the first plateau region of nickel oxyhydroxide A is relatively large, and the second plateau region also has an appropriate amount of remaining capacity. Therefore, the nickel manganese battery A1 does not have a short discharge capacity in the first plateau region, and the positive electrode mixture can maintain high electron conductivity even in the second plateau region. Therefore, a sufficient capacity can be taken out from the electrolytic manganese dioxide in the second plateau region.
以上のような理由で、ニッケルマンガン電池A1は、最も高い放電容量を与えたものと考えられる。このように、本発明によれば、効率良くアルカリ電池の高容量化を図ることができる。 For the above reasons, the nickel manganese battery A1 is considered to have given the highest discharge capacity. Thus, according to the present invention, the capacity of the alkaline battery can be increased efficiently.
既述のように、第1プラトー領域では、通常のオキシ水酸化ニッケルによる放電容量が得られ、第2プラトー領域では、異種元素の固溶により局所的に形成された高酸化状態のニッケル酸化物等による放電容量が得られると考えられる。 As described above, in the first plateau region, a normal nickel oxyhydroxide discharge capacity is obtained, and in the second plateau region, a highly oxidized nickel oxide locally formed by solid solution of different elements. It is thought that the discharge capacity by etc. is obtained.
特に異種元素としてマンガンを固溶させたオキシ水酸化ニッケルは、特異性を有し、0.5〜10mol%という広いマンガン含有率の範囲で、モデルセルA2と同様の好ましい電位曲線を与えた。 In particular, nickel oxyhydroxide in which manganese was dissolved as a different element had specificity and gave a preferable potential curve similar to that of the model cell A2 within a wide manganese content range of 0.5 to 10 mol%.
表1では、マンガンを固溶したオキシ水酸化ニッケルAを用いたニッケルマンガン電池A1において、極めて優れた強負荷放電特性が得られている。これは、マンガンをオキシ水酸化ニッケルの結晶に固溶させた場合、亜鉛等の別の元素を固溶させた場合に比較して、オキシ水酸化ニッケル中に局所的に形成される高酸化状態のニッケル酸化物のプロトン拡散性や電子伝導性が優れるためと考えられる。このように、強負荷放電特性の向上という観点からは、マンガンを固溶したオキシ水酸化ニッケルが最も優れている。 In Table 1, extremely excellent heavy load discharge characteristics are obtained in the nickel manganese battery A1 using the nickel oxyhydroxide A in which manganese is dissolved. This is because when manganese is dissolved in nickel oxyhydroxide crystals, compared with the case where another element such as zinc is dissolved, a high oxidation state locally formed in nickel oxyhydroxide. This is thought to be due to the excellent proton diffusibility and electronic conductivity of the nickel oxide. Thus, from the viewpoint of improving the heavy load discharge characteristics, nickel oxyhydroxide in which manganese is dissolved is most excellent.
(原料水酸化ニッケルの作製)
硫酸ニッケル(II)水溶液の供給量と硫酸マンガン(II)水溶液の供給量との比率を変更したこと以外、実施例1と同様の操作を行って、それぞれ以下の原料水酸化ニッケルを得た。
原料水酸化ニッケルd(組成:Ni0.97Mn0.03(OH)2)
原料水酸化ニッケルe(組成:Ni0.94Mn0.06(OH)2)
原料水酸化ニッケルf(組成:Ni0.91Mn0.09(OH)2)
(Production of raw material nickel hydroxide)
The following raw material nickel hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio between the supply amount of the nickel (II) sulfate aqueous solution and the supply amount of the manganese (II) sulfate aqueous solution was changed.
Raw material nickel hydroxide d (composition: Ni 0.97 Mn 0.03 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide e (composition: Ni 0.94 Mn 0.06 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide f (composition: Ni 0.91 Mn 0.09 (OH) 2 )
次に、硫酸マンガン(II)水溶液の代わりに、硫酸亜鉛(II)水溶液を用いたこと以外は、上記と同様の操作を行い、それぞれ以下の原料水酸化ニッケルを得た。
原料水酸化ニッケルg(組成:Ni0.97Zn0.03(OH)2)
原料水酸化ニッケルh(組成:Ni0.94Zn0.06(OH)2)
原料水酸化ニッケルi(組成:Ni0.91Zn0.09(OH)2)
Next, the same operation as described above was performed except that a zinc (II) sulfate aqueous solution was used instead of the manganese (II) sulfate aqueous solution, and the following raw material nickel hydroxide was obtained.
Raw material nickel hydroxide g (composition: Ni 0.97 Zn 0.03 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide h (composition: Ni 0.94 Zn 0.06 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide i (composition: Ni 0.91 Zn 0.09 (OH) 2 )
更に、硫酸マンガン(II)水溶液の代わりに、硫酸亜鉛(II)水溶液と硫酸コバルト水溶液とを組み合わせて用いたこと以外は、上記と同様の操作を行い、それぞれ以下の原料水酸化ニッケルを得た。
原料水酸化ニッケルj(組成:Ni0.96Zn0.03Co0.01(OH)2)
原料水酸化ニッケルk(組成:Ni0.93Zn0.06Co0.01(OH)2)
原料水酸化ニッケルl(組成:Ni0.90Zn0.09Co0.01(OH)2)
Further, the same raw material nickel hydroxide was obtained as described above, except that a zinc (II) sulfate aqueous solution and a cobalt sulfate aqueous solution were used in combination instead of the manganese sulfate (II) aqueous solution. .
Raw material nickel hydroxide j (composition: Ni 0.96 Zn 0.03 Co 0.01 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide k (composition: Ni 0.93 Zn 0.06 Co 0.01 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide l (composition: Ni 0.90 Zn 0.09 Co 0.01 (OH) 2 )
得られた原料水酸化ニッケルd〜lは、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、水酸化ニッケルd〜lは、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:約20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):約2.2g/cm3
BET比表面積:約10m2/g
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained raw material nickel hydroxides d to l were each composed of crystals having a β-type structure. In addition, nickel hydroxides d to l all had the following physical properties.
Volume-based average particle diameter: about 20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): about 2.2 g / cm 3
BET specific surface area: about 10 m 2 / g
(オキシ水酸化ニッケルの調製)
原料水酸化ニッケルd〜lの酸化を実施例1と同様の操作で行って、オキシ水酸化ニッケルD〜Lに変換した。
得られたオキシ水酸化ニッケルD〜Lは、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、オキシ水酸化ニッケルD〜Lは、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:約20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):約2.3g/cm3
BET比表面積:約12m2/g
(Preparation of nickel oxyhydroxide)
The raw material nickel hydroxides d to l were oxidized in the same manner as in Example 1 and converted to nickel oxyhydroxides D to L.
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained nickel oxyhydroxides D to L were each made of a crystal having a β-type structure. Moreover, all the nickel oxyhydroxides D to L had the following physical properties.
Volume-based average particle diameter: about 20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): about 2.3 g / cm 3
BET specific surface area: about 12 m 2 / g
(正極合剤ペレットの作製)
オキシ水酸化ニッケルD〜Lを用いたこと以外、実施例1と同様の操作を行って、それぞれ正極合剤ペレットD〜Lを得た。
(Preparation of positive electrode mixture pellets)
Except having used nickel oxyhydroxide D-L, operation similar to Example 1 was performed and the positive electrode mixture pellets D-L were obtained, respectively.
(ニッケルマンガン電池の作製)
上記の正極合剤ペレットD〜Lを用いたこと以外、実施例1と同様の操作を行って、単3サイズのニッケルマンガン電池D1〜L1をそれぞれ作製した。
(Production of nickel manganese battery)
Except having used said positive electrode mixture pellets D-L, operation similar to Example 1 was performed and the AA size nickel manganese battery D1-L1 was produced, respectively.
(モデルセルの作製)
オキシ水酸化ニッケル単独の電気特性に関する知見を得るために、実施例1の場合と同様のモデルセルを作製した。すなわち、オキシ水酸化ニッケルと、黒鉛とを、重量比92:8の割合で配合し、実施例1と同様の操作を行って、モデル合剤ペレットD〜Lを得た。そして、モデル合剤ペレットD〜Lを用いて、実施例1と同様のモデルセルD2〜L2を組み立てた。また、実施例1と同様に、正極の放電特性を観測するためのモデルセルを含む測定装置を組み立てた。
(Production of model cell)
In order to obtain knowledge about the electrical characteristics of nickel oxyhydroxide alone, a model cell similar to that in Example 1 was produced. That is, nickel oxyhydroxide and graphite were blended at a weight ratio of 92: 8, and the same operation as in Example 1 was performed to obtain model mixture pellets D to L. And the model cells D2-L2 similar to Example 1 were assembled using the model mixture pellets D-L. Further, similarly to Example 1, a measuring apparatus including a model cell for observing the discharge characteristics of the positive electrode was assembled.
(モデルセルの評価)
上述のモデルセルD2〜L2を、それぞれ20℃で45mAの定電流(すなわちオキシ水酸化ニッケルの1g当たり5mAの定電流)で連続放電させた。その際、Hg/HgO電極に対して+500〜+100mVの第1プラトー領域および+100〜−400mVの第2プラトー領域で得られた放電容量を、まとめて表2に示す。
(Model cell evaluation)
The above model cells D2 to L2 were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA (that is, a constant current of 5 mA per 1 g of nickel oxyhydroxide). Table 2 collectively shows the discharge capacities obtained in the first plateau region of +500 to +100 mV and the second plateau region of +100 to −400 mV with respect to the Hg / HgO electrode.
なお、モデルセルD2〜L2の正極の電位曲線には、いずれも2段のプラトーが明確に認められた。また、オキシ水酸化ニッケルに含まれる異種金属の含有率を増すと、高電位側の第1プラトー領域の放電容量が減少し、低電位側の第2プラトー領域の放電容量が増す傾向にあった。 Note that a two-stage plateau was clearly observed in the positive electrode potential curves of the model cells D2 to L2. Further, when the content of the dissimilar metal contained in the nickel oxyhydroxide is increased, the discharge capacity of the first plateau region on the high potential side tends to decrease and the discharge capacity of the second plateau region on the low potential side tends to increase. .
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池D1〜L1を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries D1 to L1 were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA, and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9V was measured.
〈強負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池D1〜L1を、それぞれ20℃で1Wの定電力で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間を測定した。
<High load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries D1 to L1 were each continuously discharged at a constant power of 1 W at 20 ° C., and the discharge time until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
実施例1のニッケルマンガン電池C1について得られた低負荷放電における放電容量および強負荷放電における放電時間を、それぞれ基準値100として、各電池で得られた結果をニッケルマンガン電池C1に対する相対値で表3に示す。 The discharge capacity in the low load discharge and the discharge time in the heavy load discharge obtained for the nickel manganese battery C1 of Example 1 are set as reference values 100, respectively, and the results obtained for each battery are expressed as relative values with respect to the nickel manganese battery C1. 3 shows.
表2において、モデルセルD2、E2、F2、G2およびJ2の正極は、いずれも第1プラトー領域に220mAh/g以上の放電容量を有し、第2プラトー領域に10〜25mAh/gの放電容量を有する。そして、表3より、低負荷放電での放電容量は、ニッケルマンガン電池D1、E1、F1、G1およびJ1において、ニッケルマンガン電池C1よりも3〜8%向上していることがわかる。 In Table 2, the positive electrodes of the model cells D2, E2, F2, G2, and J2 all have a discharge capacity of 220 mAh / g or more in the first plateau region, and a discharge capacity of 10 to 25 mAh / g in the second plateau region. Have Table 3 shows that the discharge capacity at low load discharge is improved by 3 to 8% in the nickel manganese batteries D1, E1, F1, G1 and J1 over the nickel manganese battery C1.
このような低負荷放電特性の向上は、第1に、オキシ水酸化ニッケルD、E、F、GおよびJが、第1プラトー領域に適度な大きさの放電容量を有することに基づいている。そして、第2に、オキシ水酸化ニッケルD、E、F、GおよびJが、第2プラトー領域にも適度な残余容量を有するため、電解二酸化マンガンの放電時に正極合剤の電子伝導性が維持され、電解二酸化マンガンの利用率が向上したことに基づいている。 Such improvement in low-load discharge characteristics is based on the fact that nickel oxyhydroxides D, E, F, G, and J have a discharge capacity of an appropriate size in the first plateau region. Second, since nickel oxyhydroxides D, E, F, G, and J also have a suitable residual capacity in the second plateau region, the electron conductivity of the positive electrode mixture is maintained during the discharge of electrolytic manganese dioxide. It is based on the improved utilization of electrolytic manganese dioxide.
一方、モデルセルH2、I2、K2およびL2の正極は、いずれも第1プラトー領域の放電容量が不足しており、そのことが原因で電池の高容量化が達成されていない。 On the other hand, the positive electrodes of the model cells H2, I2, K2, and L2 all have insufficient discharge capacity in the first plateau region, and as a result, no increase in battery capacity has been achieved.
また、強負荷放電特性は、マンガンを固溶したオキシ水酸化ニッケルD、EおよびFを用いたニッケルマンガン電池D1、E1およびF1において、顕著に向上している。このような差が生じた理由は、マンガンをオキシ水酸化ニッケルの結晶に固溶させて生成させた高酸化状態のニッケル酸化物は、ZnやCoのような異種金属により生成させた高酸化状態のニッケル酸化物に比べて、プロトン拡散性や電子伝導性に優れているためと考えられる。 Further, the heavy load discharge characteristics are remarkably improved in nickel manganese batteries D1, E1 and F1 using nickel oxyhydroxides D, E and F in which manganese is dissolved. The reason for this difference is that nickel oxide in a highly oxidized state produced by dissolving manganese in solid crystals of nickel oxyhydroxide is a highly oxidized state produced by a dissimilar metal such as Zn or Co. This is presumably because the proton diffusibility and electron conductivity are superior to those of nickel oxide.
オキシ水酸化ニッケルに含まれるニッケルとマンガンとの合計に占めるマンガンの含有率を、以下の要領で表4に記載のように変化させたこと以外、実施例1と同様の操作を行って、それぞれ正極合剤ペレットM1〜M7を得た。 Except that the content of manganese in the total of nickel and manganese contained in nickel oxyhydroxide was changed as shown in Table 4 in the following manner, the same operation as in Example 1 was performed, respectively. Positive electrode mixture pellets M1 to M7 were obtained.
(原料水酸化ニッケルの調製)
硫酸ニッケル(II)水溶液の供給量と硫酸マンガン(II)水溶液の供給量との比率を変更したこと以外、実施例1と同様の操作を行って、それぞれ以下の原料水酸化ニッケルを得た。
(Preparation of raw material nickel hydroxide)
The following raw material nickel hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio between the supply amount of the nickel (II) sulfate aqueous solution and the supply amount of the manganese (II) sulfate aqueous solution was changed.
原料水酸化ニッケルm1(組成:Ni0.999Mn0.001(OH)2)
原料水酸化ニッケルm2(組成:Ni0.995Mn0.005(OH)2)
原料水酸化ニッケルm3(組成:Ni0.99Mn0.01(OH)2)
原料水酸化ニッケルm4(組成:Ni0.96Mn0.04(OH)2)
原料水酸化ニッケルm5(組成:Ni0.93Mn0.07(OH)2)
原料水酸化ニッケルm6(組成:Ni0.9Mn0.1(OH)2)
原料水酸化ニッケルm7(組成:Ni0.88Mn0.12(OH)2)
Raw material nickel hydroxide m1 (composition: Ni 0.999 Mn 0.001 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m2 (composition: Ni 0.995 Mn 0.005 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m3 (composition: Ni 0.99 Mn 0.01 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m4 (composition: Ni 0.96 Mn 0.04 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m5 (composition: Ni 0.93 Mn 0.07 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m6 (composition: Ni 0.9 Mn 0.1 (OH) 2 )
Raw material nickel hydroxide m7 (composition: Ni 0.88 Mn 0.12 (OH) 2 )
得られた原料水酸化ニッケルm1〜m7は、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、水酸化ニッケルm1〜m7は、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:15〜20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):2.1〜2.2g/cm3
BET比表面積:8〜12m2/g
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained raw material nickel hydroxides m1 to m7 were each composed of a β-type crystal. Moreover, all of the nickel hydroxides m1 to m7 had the following physical properties.
Volume-based average particle size: 15-20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): 2.1 to 2.2 g / cm 3
BET specific surface area: 8-12 m 2 / g
(オキシ水酸化ニッケルの調製)
原料水酸化ニッケルm1〜m7の酸化を実施例1と同様の操作で行って、オキシ水酸化ニッケルM1〜M7に変換した。
得られたオキシ水酸化ニッケルM1〜M7は、何れもβ型構造の結晶からなることを、粉末X線回折測定で確認した。また、オキシ水酸化ニッケルM1〜M7は、何れも以下の物性を有した。
体積基準の平均粒子径:15〜20μm
タップ密度(タッピング回数:300回):2.2〜2.3g/cm3
BET比表面積:約10〜14m2/g
(Preparation of nickel oxyhydroxide)
The raw material nickel hydroxides m1 to m7 were oxidized in the same manner as in Example 1 and converted to nickel oxyhydroxides M1 to M7.
It was confirmed by powder X-ray diffraction measurement that the obtained nickel oxyhydroxides M1 to M7 were each made of a crystal having a β-type structure. Moreover, each of the nickel oxyhydroxides M1 to M7 had the following physical properties.
Volume-based average particle size: 15-20 μm
Tap density (number of tapping: 300 times): 2.2 to 2.3 g / cm 3
BET specific surface area: about 10 to 14 m 2 / g
(正極合剤ペレットの作製)
オキシ水酸化ニッケルM1〜M7を用いたこと以外、実施例1と同様の操作を行って、それぞれ正極合剤ペレットM1〜M7を得た。得られた正極合剤ペレットM1〜M7を用いたこと以外、実施例1と同様の操作を行って、単3サイズのニッケルマンガン電池M1〜M7をそれぞれ作製した。
(Preparation of positive electrode mixture pellets)
Except having used nickel oxyhydroxide M1-M7, operation similar to Example 1 was performed and the positive electrode mixture pellets M1-M7 were obtained, respectively. Except having used the obtained positive mix pellets M1-M7, operation similar to Example 1 was performed and the AA size nickel manganese batteries M1-M7 were produced, respectively.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池M1〜M7を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
First nickel manganese batteries M1 to M7 were each continuously discharged at a constant current of 45 mA at 20 ° C., and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9 V was measured.
〈強負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池M1〜M7を、それぞれ20℃で1Wの定電力で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間を測定した。
<High load discharge characteristics>
First nickel manganese batteries M1 to M7 were each continuously discharged at a constant power of 1 W at 20 ° C., and the discharge time until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
実施例1のニッケルマンガン電池C1について得られた低負荷放電における放電容量および強負荷放電における放電時間を、それぞれ基準値100として、各電池で得られた結果をニッケルマンガン電池C1に対する相対値で表4に示す。 The discharge capacity in the low load discharge and the discharge time in the heavy load discharge obtained for the nickel manganese battery C1 of Example 1 are set as reference values 100, respectively, and the results obtained for each battery are expressed as relative values with respect to the nickel manganese battery C1. 4 shows.
表4より、0.5〜10mol%という広いマンガン含有率の範囲で、ニッケルマンガン電池の低負荷および高負荷放電時に、高容量化の効果が得られることがわかる。 From Table 4, it can be seen that the effect of increasing the capacity can be obtained at the time of low load and high load discharge of the nickel manganese battery in a wide manganese content range of 0.5 to 10 mol%.
(ニッケルマンガン電池の作製)
正極合剤ペレットの作製において、電解二酸化マンガンと、オキシ水酸化ニッケルAと、黒鉛と、酸化物添加剤とを、重量比49:45:5:1の割合で配合し、混合して、正極合剤粉を得たこと以外、実施例1のニッケルマンガン電池A1と同じ電池を作製し、その評価を行った。そして、酸化物添加剤による効果を検討した。
(Production of nickel manganese battery)
In preparation of the positive electrode mixture pellets, electrolytic manganese dioxide, nickel oxyhydroxide A, graphite, and oxide additive were blended in a weight ratio of 49: 45: 5: 1 and mixed to obtain a positive electrode. Except for obtaining the mixture powder, the same battery as the nickel manganese battery A1 of Example 1 was produced and evaluated. And the effect by an oxide additive was examined.
酸化物添加剤として酸化イットリウム(Y2O3)、酸化エルビウム(Er2O3)、酸化ツリウム(Tm2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、酸化ルテチウム(Lu2O3)および酸化亜鉛(ZnO)を用いた電池を、それぞれニッケルマンガン電池P、Q、R、S、TおよびUとした。一方、酸化物添加剤を用いないこと以外、上記と同様の操作により作製した電池をニッケルマンガン電池Vとした。 Yttrium oxide (Y 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), thulium oxide (Tm 2 O 3 ), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), lutetium oxide (Lu 2 O 3 ) and oxide additives The batteries using zinc oxide (ZnO) were named nickel manganese batteries P, Q, R, S, T, and U, respectively. On the other hand, a battery produced by the same operation as described above except that no oxide additive was used was designated as a nickel manganese battery V.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池P〜Vを、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries P to V were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA, and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9 V was measured.
〈保存特性〉
60℃で1週間保存後のニッケルマンガン電池P〜Vを、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
<Storage characteristics>
The nickel manganese batteries P to V after storage at 60 ° C. for 1 week were continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA, and the discharge capacity until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
初度のニッケルマンガン電池Vについて得られた低負荷放電における放電容量を、基準値100として、各電池で得られた結果を初度のニッケルマンガン電池Vに対する相対値で表5に示す。
The discharge capacity at low load discharge obtained for the first nickel manganese battery V is defined as a
表5より、希土類金属酸化物(酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、および酸化ルテチウムの何れか)を正極合剤に含有させた場合でも、初度の電池の放電容量は、酸化物添加剤を用いないニッケルマンガン電池Vと殆ど差がないことがわかる。 From Table 5, even when a rare earth metal oxide (any one of yttrium oxide, erbium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, and lutetium oxide) is included in the positive electrode mixture, the discharge capacity of the first battery is determined by adding the oxide It can be seen that there is almost no difference from the nickel manganese battery V which does not use an agent.
一方、60℃で1週間保存後の電池の容量は、希土類金属酸化物を用いた電池P〜Tにおいて、非常に優れることがわかる。希土類金属酸化物は、アルカリ電解液中に僅かに溶解して水酸化物を形成し、オキシ水酸化ニッケル粒子の表面に再析出して被膜を形成すると考えられる。その結果、正極の酸素発生過電圧が高まり、自己放電反応が抑制されるものと推察される。 On the other hand, it can be seen that the capacity of the battery after storage for 1 week at 60 ° C. is very excellent in the batteries P to T using rare earth metal oxides. The rare earth metal oxide is considered to dissolve slightly in the alkaline electrolyte to form a hydroxide, and re-deposit on the surface of the nickel oxyhydroxide particles to form a coating. As a result, it is surmised that the oxygen generation overvoltage of the positive electrode is increased and the self-discharge reaction is suppressed.
マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルは、平衡電位が貴である。そのため、電池の開路電圧が比較的高く保持され、自己放電速度が大きくなる傾向にある。従って、希土類金属酸化物の正極合剤への添加は、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなるオキシ水酸化ニッケルを用いた電池の保存特性を改善する場合に、特に有効である。 Nickel oxyhydroxide comprising β-type crystals in which manganese is solid-solved has a noble equilibrium potential. For this reason, the open circuit voltage of the battery is kept relatively high, and the self-discharge rate tends to increase. Therefore, the addition of the rare earth metal oxide to the positive electrode mixture is particularly effective in improving the storage characteristics of the battery using nickel oxyhydroxide comprising β-type crystals in which manganese is dissolved.
(ニッケルマンガン電池の作製)
正極合剤ペレットの作製において、オキシ水酸化ニッケルAと電解二酸化マンガンとの重量比を、表6記載のように変更し、オキシ水酸化ニッケルAと電解二酸化マンガンとの合計95重量部と黒鉛導電剤5重量部とを混合して、正極合剤粉を得たこと以外、実施例1のニッケルマンガン電池A1と同じ電池W1〜W8を作製し、その評価を行った。
(Production of nickel manganese battery)
In the preparation of the positive electrode mixture pellet, the weight ratio of nickel oxyhydroxide A and electrolytic manganese dioxide was changed as shown in Table 6, and a total of 95 parts by weight of nickel oxyhydroxide A and electrolytic manganese dioxide and graphite conductive The same batteries W1 to W8 as the nickel manganese battery A1 of Example 1 were prepared and evaluated, except that 5 parts by weight of the agent was mixed to obtain a positive electrode mixture powder.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池W1〜W8を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries W1 to W8 were each continuously discharged at a constant current of 45 mA at 20 ° C., and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9 V was measured.
〈強負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池W1〜W8を、それぞれ20℃で1Wの定電力で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間を測定した。
<High load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries W1 to W8 were each continuously discharged at a constant power of 1 W at 20 ° C., and the discharge time until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
実施例1のニッケルマンガン電池C1について得られた低負荷放電における放電容量および強負荷放電における放電時間を、それぞれ基準値100として、各電池で得られた結果をニッケルマンガン電池C1に対する相対値で表6に示す。
The discharge capacity in the low load discharge and the discharge time in the heavy load discharge obtained for the nickel manganese battery C1 of Example 1 are each set as a
表6より、電池特性のバランスを考慮すると、オキシ水酸化ニッケルと電解二酸化マンガンとの合計量に占めるオキシ水酸化ニッケルの含有率が、10〜80wt%であり、前記合計量に占める電解二酸化マンガンの含有率が、20〜90wt%であることが好ましいことが理解できる。 From Table 6, considering the balance of battery characteristics, the content of nickel oxyhydroxide in the total amount of nickel oxyhydroxide and electrolytic manganese dioxide is 10 to 80 wt%, and the electrolytic manganese dioxide in the total amount It can be understood that the content of is preferably 20 to 90 wt%.
(ニッケルマンガン電池の作製)
正極合剤ペレットの作製において、オキシ水酸化ニッケルAと電解二酸化マンガンとの重量比を50:50に変更し、オキシ水酸化ニッケルAと電解二酸化マンガンと黒鉛導電剤との合計に占める黒鉛導電剤の含有率を表7記載のように変更して正極合剤粉を得たこと以外、実施例1のニッケルマンガン電池A1と同じ電池X1〜X4を作製し、その評価を行った。
(Production of nickel manganese battery)
In the preparation of the positive electrode mixture pellet, the weight ratio of nickel oxyhydroxide A and electrolytic manganese dioxide was changed to 50:50, and the graphite conductive agent in the total of nickel oxyhydroxide A, electrolytic manganese dioxide and graphite conductive agent The same batteries X1 to X4 as the nickel-manganese battery A1 of Example 1 were prepared and evaluated, except that the positive electrode material mixture powder was obtained by changing the content ratio of As shown in Table 7.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池X1〜X4を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries X1 to X4 were each continuously discharged at a constant current of 45 mA at 20 ° C., and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9 V was measured.
〈強負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池X1〜X4を、それぞれ20℃で1Wの定電力で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間を測定した。
<High load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries X1 to X4 were each continuously discharged at a constant power of 1 W at 20 ° C., and the discharge time until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
実施例1のニッケルマンガン電池C1について得られた低負荷放電における放電容量および強負荷放電における放電時間を、それぞれ基準値100として、各電池で得られた結果をニッケルマンガン電池C1に対する相対値で表7に示す。
The discharge capacity in the low load discharge and the discharge time in the heavy load discharge obtained for the nickel manganese battery C1 of Example 1 are each set as a
表7より、電池特性のバランスを考慮すると、オキシ水酸化ニッケルと電解二酸化マンガンと黒鉛導電剤との合計量に占める黒鉛導電剤の含有率は、3〜10wt%が好ましいことが理解できる。 From Table 7, it can be understood that the content of the graphite conductive agent in the total amount of nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide, and the graphite conductive agent is preferably 3 to 10 wt% in consideration of the balance of battery characteristics.
(ニッケルマンガン電池の作製)
正極合剤ペレットの作製において、電解二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルAと黒鉛導電剤とを、重量比49:45:5の割合で配合し、更にY2O3を配合し、オキシ水酸化ニッケルAと電解二酸化マンガンと黒鉛導電剤とY2O3との合計に占めるY2O3の含有率を表8記載のように変更して正極合剤粉を得たこと以外、実施例1のニッケルマンガン電池A1と同じ電池Y1〜Y5を作製し、その評価を行った。
(Production of nickel manganese battery)
In the preparation of the positive electrode mixture pellets, electrolytic manganese dioxide, nickel oxyhydroxide A and graphite conductive agent are blended in a weight ratio of 49: 45: 5, and Y 2 O 3 is blended. except that to obtain a positive electrode mixture powder by changing the content of Y 2 O 3 in the total of the a and the electrolytic manganese dioxide and graphite conductive agent, and Y 2 O 3 as described in Table 8 of example 1 The same batteries Y1 to Y5 as the nickel manganese battery A1 were produced and evaluated.
(ニッケルマンガン電池の評価)
〈低負荷放電特性〉
初度のニッケルマンガン電池Y1〜Y5を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
(Evaluation of nickel manganese battery)
<Low load discharge characteristics>
The initial nickel manganese batteries Y1 to Y5 were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA, and the discharge capacity until the battery voltage reached 0.9V was measured.
〈保存特性〉
60℃で1週間保存後のニッケルマンガン電池Y1〜Y5を、それぞれ20℃で45mAの定電流で連続放電させ、電池電圧が終止電圧0.9Vに至るまでの放電容量を測定した。
<Storage characteristics>
The nickel manganese batteries Y1 to Y5 after storage at 60 ° C. for 1 week were each continuously discharged at 20 ° C. with a constant current of 45 mA, and the discharge capacity until the battery voltage reached a final voltage of 0.9 V was measured.
実施例4の初度のニッケルマンガン電池Vについて得られた低負荷放電における放電容量を、基準値100として、各電池で得られた結果を初度のニッケルマンガン電池Vに対する相対値で表8に示す。
The discharge capacity at low load discharge obtained for the initial nickel manganese battery V of Example 4 is defined as a
表8より、Y2O3を正極合剤全体の0.1〜2wt%の比率で含有させた場合にも、実施例4のニッケルマンガン電池Pとほぼ同じ水準の保存特性が得られることがわかる。また、同様のことが他の希土類金属酸化物についても言えると推察される。以上のことは、ここでは詳細は示さないが、実際に確認されている。 From Table 8, it can be seen that even when Y 2 O 3 is contained at a ratio of 0.1 to 2 wt% of the entire positive electrode mixture, the storage characteristics of almost the same level as the nickel manganese battery P of Example 4 can be obtained. Understand. Moreover, it is speculated that the same applies to other rare earth metal oxides. Although the details are not shown here, they have been actually confirmed.
なお、上記実施例では、いずれも体積基準の平均粒子径が15〜20μm、タップ密度(タッピング回数:300回)が2.2〜2.3g/cm3、BET比表面積が約10〜14m2/gのオキシ水酸化ニッケルを用いたが、本発明はこれらの粉物性値を必須とするものではない。上記以外の粉物性値を有するオキシ水酸化ニッケルも、本発明において用いることができる。 In all of the above examples, the volume-based average particle size is 15 to 20 μm, the tap density (number of tapping: 300 times) is 2.2 to 2.3 g / cm 3 , and the BET specific surface area is about 10 to 14 m 2. / G of nickel oxyhydroxide was used, but the present invention does not require these powder properties. Nickel oxyhydroxide having powder properties other than those described above can also be used in the present invention.
更に、上記実施例では、いわゆるインサイドアウト型の構造を有するアルカリ電池を作製したが、本発明は、ボタン型、角型等の別構造の電池にも適応可能である。 Further, in the above embodiment, an alkaline battery having a so-called inside-out type structure was produced, but the present invention can also be applied to batteries having other structures such as a button type and a square type.
以上のように、本発明によれば、アルカリ電池の効率的な高容量化が可能であり、強負荷放電特性の向上も期待できる。従って、産業上の価値は非常に大きい。本発明は、一次電池としてのアルカリ電池に適用でき、ニッケルマンガン電池において特に有効である。 As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently increase the capacity of an alkaline battery and to expect an improvement in heavy load discharge characteristics. Therefore, the industrial value is very large. The present invention can be applied to an alkaline battery as a primary battery, and is particularly effective in a nickel manganese battery.
1 正極ケース
2 黒鉛塗装膜
3 正極合剤ペレット
4 セパレータ
5 絶縁キャップ
6 ゲル状負極
7 封口板
8 底板
9 絶縁ワッシャ
10 負極集電体
11 外装ラベル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode case 2 Graphite coating film 3 Positive electrode mixture pellet 4 Separator 5
Claims (5)
前記正極は、オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤を含む正極合剤からなり、
前記オキシ水酸化ニッケルは、マンガンを固溶したβ型構造の結晶からなり、
前記オキシ水酸化ニッケルに含まれるニッケルと前記マンガンとの合計量に占める前記マンガンの含有率が、0.5〜10mol%であるアルカリ電池。 Consisting of positive electrode, negative electrode and alkaline electrolyte,
The positive electrode comprises a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent,
The nickel oxyhydroxide is composed of β-type crystals in which manganese is dissolved,
The alkaline battery whose content rate of the said manganese which occupies for the total amount of nickel and the said manganese contained in the said nickel oxyhydroxide is 0.5-10 mol%.
前記正極は、オキシ水酸化ニッケル、電解二酸化マンガンおよび黒鉛導電剤を含む正極合剤からなり、
前記オキシ水酸化ニッケルと前記黒鉛導電剤との混合物からなる成形体を、KOHを40wt%含む水溶液中に浸漬し、前記成形体に前記オキシ水酸化ニッケルの1g当たり5mAの定電流を印加した場合、前記成形体の電位は、Hg/HgO電極に対して+500〜+100mVの第1プラトー領域と、Hg/HgO電極に対して+100〜−400mVの第2プラトー領域とを有し、
前記第1プラトー領域における前記オキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が、220〜250mAhであり、
前記第2プラトー領域における前記オキシ水酸化ニッケルの1g当たりの放電容量が、10〜25mAhであるアルカリ電池。 Consisting of positive electrode, negative electrode and alkaline electrolyte,
The positive electrode comprises a positive electrode mixture containing nickel oxyhydroxide, electrolytic manganese dioxide and a graphite conductive agent,
When a molded body made of a mixture of the nickel oxyhydroxide and the graphite conductive agent is immersed in an aqueous solution containing 40 wt% KOH, and a constant current of 5 mA per 1 g of the nickel oxyhydroxide is applied to the molded body The potential of the molded body has a first plateau region of +500 to +100 mV with respect to the Hg / HgO electrode and a second plateau region of +100 to −400 mV with respect to the Hg / HgO electrode,
The discharge capacity per gram of the nickel oxyhydroxide in the first plateau region is 220 to 250 mAh,
An alkaline battery having a discharge capacity per 10 g of the nickel oxyhydroxide in the second plateau region of 10 to 25 mAh.
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Cited By (3)
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WO2006040907A1 (en) * | 2004-10-15 | 2006-04-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline battery |
JP2007157634A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fdk Energy Co Ltd | Alkaline dry cell |
CN102412385A (en) * | 2011-09-23 | 2012-04-11 | 四川长虹电器股份有限公司 | Positive electrode body of alkaline manganese battery, alkaline manganese battery and manufacturing method thereof |
-
2005
- 2005-02-17 JP JP2005040314A patent/JP2005310752A/en not_active Withdrawn
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WO2006040907A1 (en) * | 2004-10-15 | 2006-04-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline battery |
JP2007157634A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fdk Energy Co Ltd | Alkaline dry cell |
CN102412385A (en) * | 2011-09-23 | 2012-04-11 | 四川长虹电器股份有限公司 | Positive electrode body of alkaline manganese battery, alkaline manganese battery and manufacturing method thereof |
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