JP3311443B2 - 乾電池用二酸化マンガン組成物の製造方法 - Google Patents

乾電池用二酸化マンガン組成物の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、乾電池の正極活物質と
して使用される電解二酸化マンガン組成物の製造方法の
改良に関する。
【0002】
【従来技術】古くから乾電池の正極活物質として利用さ
れてきた二酸化マンガンは、天然の二酸化マンガン、化
学合成の二酸化マンガン、電解二酸化マンガンに大別さ
れ、これら3種のものが用途によって使い分けられてい
る。
【0003】高負荷放電をしたときの放電性能は、電解
二酸化マンガンが最も優れており、電子機器の小型化に
ともなって電池も小型化・高容量化が要望されている現
状において、電解二酸化マンガンを使った電池の割合が
増えてきている。とくにLR−6型アルカリ乾電池のよ
うな小型電池で1Ω放電に当たるような極端な高負荷放
電が可能な電池の用途が増大しているが、現在の電解二
酸化マンガンを使用した電池では、理論容量の1/3程
度を放電した時点で起電力が低下してしまう。そこで、
さらに高負荷放電での放電特性の性能が向上した電解二
酸化マンガンが強く望まれている。
【0004】このような事情から、高負荷放電での放電
特性の向上について、種々の試みがなされてきた。たと
えば特開平2−213487号、特開昭60−1380
85号によれば、電解二酸化マンガン組成物を製造する
際、電解液中に炭素系繊維や炭素粒子を懸濁させて電解
することにより、高負荷放電にすぐれた電解二酸化マン
ガン組成物ができるとしている。また特開平5−977
3号には、表面にマンガン酸化物の皮膜を設けた炭素繊
維または黒鉛繊維の単繊維をマンガン電解液中に分散さ
せ、電解により単繊維を二酸化マンガンと共析させて、
二酸化マンガンの含有率90重量%以上にすることによ
り、高性能電解二酸化マンガン組成物を製造する方法が
開示されている。さらに特開昭63−21224号に記
載された発明では、電解液にマンガン酸化物の微粒子を
懸濁させて電解することにより、電解二酸化マンガンの
特性を改善できるとしている。
【0005】特開昭63−121256号では、二酸化
マンガン粒子の表面を炭素材料よりなる薄膜層をつくる
ことにより正極材料の導電性が改善され、高負荷放電性
能が向上するとしている。また特開昭63−18757
0号では、平均粒径が10-1〜10-5の炭素材微粉末を
被覆率O.5〜15%の範囲で付着させることにより、
高負荷放電性能が改善されるとしている。この場合も、
導電性の改善が主な目的であり、炭素材の粒径が二酸化
マンガンの粒径よりも小さいことが必要である。
【0006】以上の公知例は、電解条件を工夫すること
により電解二酸化マンガンそのものの特性改善を目指し
たものであるが、電解後に正極合剤にするまでの工程を
工夫する試みもある。たとえば特開平03−1444
号、特開平03−11554号、特開平03−4719
6号では、化学合成二酸化マンガンと電解二酸化マンガ
ンとを混ぜて正極活物質として使うと、電解二酸化マン
ガンを単独で使うよりも高負荷放電の特性が改善される
としている。また特開昭62−103973号では、一
度粉砕した電解二酸化マンガンを圧縮成型し、再び微粉
砕して正極合剤として使うと、高負荷放電の性能が向上
するとしている。特開昭57−27929号では、析出
した電解二酸化マンガンを希硫酸に浸漬したのち中和す
ることにより乾電池特性が改善されるとしている。また
特開昭63−21225号では、電解したのちに粗粉砕
・微粉砕・中和したのち酸化剤を加えることにより特性
が改善されるとしている。特開昭63−40727号で
は、2μm以下の微粉と92μm以上の粗粉とは性能が
劣るのでこれを取り除くことにより性能が向上するとし
ている。また特開平02−195647と特開平02−
226656ではファーネス法によって得られたカーボ
ンブラックを導電材として使うと高負荷放電の特性が改
善されるとしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように種々の試
みはあるものの、改善効果が微小であったり、実際に生
産するのが著しく困難であったり、あるいは大量生産は
不可能であったりして、特性向上は不十分のまま現在に
至っている。
【0008】すなわち、乾電池が放電するためには電解
二酸化マンガンが電子を受け取る必要があるが、そのた
めにはプロトンまたは電子が電解二酸化マンガン中を移
動する必要がある。しかし高負荷放電時には単位時間当
たりの移動量が増えるので、移動通路で二酸化マンガン
が変質してしまい、移動が阻害されるために起電力の低
下が起こると考えられる。したがって電解二酸化マンガ
ンの粒径はできるだけ細かい方が、高負荷放電には有利
であると考えられる。
【0009】ところが従来の製造方法では、粒径を小さ
くするために粉砕を強くすると、電解二酸化マンガンが
変質してしまい、かえって特性が低下してしまうという
ことが起こっていた。また粒径を小さくしても、凝集粒
子が残っていると、グラファイトなどの導電材が各粒子
の表面に完全に到達することができず、粒径を小さくし
た効果は表われない。また微粒子を使うと、圧粉成型し
たときの密度があがらず、同一体積での充填量が少なく
なってしまうという不都合もあった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、粒径を小さ
くすることによって生ずる前述のような障害を取り除
き、有利な点だけを取り出すために、グラファイトと電
解二酸化マンガンとを十分混合してから一緒に粉砕する
という手段を採用することにより、従来の課題を解決で
きることを見出した。
【0011】本発明によれば、電解二酸化マンガン粒子
およびグラファイト粒子の混合物を含む乾電池用活性物
質の製造方法であって、前記グラファイト粒子を、重量
比で電解二酸化マンガンに対するグラファイトが1:1
00から15:100の割合の電解二酸化マンガン粒
子、および10%〜80%の濃度を有するスラリーを形
成する量の水と混合し、得られた混合物を媒体型粉砕機
および石臼式粉砕機から選ばれた粉砕機で粉砕し、粉砕
後の電解二酸化マンガン粒子が0.1〜9μmの範囲の
粒径を有することを特徴とする乾電池用二酸化マンガン
組成物の製造方法が提供される。
【0012】本発明において、使用される二酸化マンガ
ンは、前述のような種々の方法で製造されたマンガンを
使用できるが、電解二酸化マンガンが最適である。また
好ましい炭素粉末は黒鉛粉末である。
【0013】とくに黒鉛粉末と電解二酸化マンガンの組
合せは、最も優れた二酸化マンガン組成物を与える。
【0014】すなわち本発明は、乾電池の高負荷放電を
大幅に改善する方法として、グラファイトなどの炭素導
電材と電解二酸化マンガンとを混合してから粉砕して正
極活物質として使う方法を提供する。
【0015】炭素粉末と電解二酸化マンガンとの混合比
は、1%〜15%が適当である。1%以下であると混合
粉砕の効果がなく、15%以上では素粉末の体積比が
多すぎて粉砕されない。炭素粉末は、十分な導電性を得
るためと、電解液を保持させる目的で添加するが、混合
粉砕のときに、これらの目的に必要な量を添加する必要
はない。たとえば炭素粉末1%で混合粉砕してから、従
来の方法で炭素粉末を混合しても、高負荷放電を改良す
る効果がある。
【0016】本発明で使用される炭素粉末の種類として
は、黒鉛粉末が最も好ましい。特に結晶性がよい黒鉛の
方が効果がある。もちろんカーボンブラックであっても
効果はある。カーボンブラックの中では、できるだけ電
気伝導度が高い粉末の方が、少量の混合比で十分な効果
が得られる点で有利である。
【0017】二酸化マンガンとしては、電解二酸化マン
ガンを使った場合の効果が最も大きい。ただし化学合成
の二酸化マンガンであっても、あるいは天然の二酸化マ
ンガンであっても、混合粉砕することにより高負荷放電
の特性は改善される。
【0018】この混合粉砕は、V型ミキサーなどで乾式
で十分混合した後、水を添加してスラリー濃度10〜8
0%で湿式粉砕することで行うことができる。スラリー
濃度が10%以下であると、粉砕効率が悪く、また不純
物の混入が多くなる。逆に80%以上であると、粘度が
高すぎて粉砕できない。湿式粉砕は、ボールミルやビー
ズミルのような媒体型粉砕機を使用して行うのが好まし
いが、石臼式粉砕機でもよい。二酸化マンガンが0.1
〜9μmの粒径になるまで粉砕したときに効果が大き
い。9μm以上の粒径では混合粉砕の効果が十分でな
い。しかし粉砕を進め過ぎると、二酸化マンガンの構造
が破壊され、特性はかえって低下する。
【0019】粉砕中のpHにとくに制限はない。しかし
pH0〜4の間で粉砕したときに最も良好な結果が得ら
れる。粉砕し終わったスラリーに電解液を加えて正極活
物質にしても、粉砕後乾燥してから電解液を加えて正極
活物質にしてもよい。あるいは電解液をはじめから入れ
て混合粉砕してもよい。
【0020】混合粉砕することにより、炭素粉末が潤滑
剤の働きをして電解二酸化マンガンに変質を加えずに細
かくすることが可能となり、しかも混合不良が生じるの
を防ぐことができる。
【0021】
【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に例示する。
【0022】(実施例1) 電解二酸化マンガン粉末8kgおよび黒鉛粉末0.6k
gをV型ブレンダーにて十分混合後、蒸留水9kgを添
加してスラリーとし横型ビーズミルにて粉砕した。ミル
内への滞留時間で2分、5分、10分、20分、30
分、3時間にサンプルを取り出して、60℃の乾燥機に
入れて乾燥したのち砕し、さらに飽和水酸化カリウム
を含浸させて正極活剤とし、LR−6型アルカリ乾電池
を作った。
【0023】このアルカリ乾電池について、1Ω放電で
起電力が0.9Vになるまでの放電時間を測定した。
【0024】また比較のために、横型ビーズミルを使わ
ずにリボンブレンダーで混合し、後工程を同様にして得
られた乾電池の放電特性を測定した。この結果を100
とし時間との相対値で結果を表1に示す。
【0025】(比較例1)電解二酸化マンガン粉末8k
gに蒸留水9kgを添加してスラリーとし、横型ビーズ
ミルにてミル内での滞留時間で10分粉砕した後、スラ
リーに黒鉛粉を0.6kg添加し、さらに20分混合粉
砕し、スラリーを60℃の乾燥機にいれ乾燥した後、サ
ンプルを取り出し解砕し、さらに飽和水酸化カリウムを
含浸して正極活剤としアルカリ乾電池を作り、1Ω放電
で起電力が0.9Vになるまでの放電時間を測定した。
同様の操作をミル内での滞留時間30分、3時間でも行
い、放電時間を測定した。結果を表1に示す。
【0026】(比較例2)電解二酸化マンガン粉末8k
gに蒸留水9kgを添加してスラリーとし横型ビーズミ
ルにて粉砕した。ミル内への滞留時間で2分、5分、1
0分、20分、30分、3時間にサンプルを取り出し
て、60℃の乾燥機にいれ乾燥した後、解砕し、黒鉛粉
末を湿式で7%添加しリボンブレンダーで混合してから
60℃の乾燥機に入れて乾燥し、さらに飽和水酸化カリ
ウムを含浸して正極活剤としアルカリ乾電池を作り、1
Ω放電で起電力が0.9Vになるまでの放電時間を測定
した。
【表1】 上の表1の結果ら明らかなように、本発明方法で得られ
た二酸化マンガン組成物を使用した電池は、従来の方法
で得られた二酸化マンガン組成物を使用した電池と比較
して、起電力が低下するまでの時間が延長されている。
【0027】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
グラファイトと電解二酸化マンガンとを十分混合してか
ら一緒に粉砕するという手段を採用することにより、微
細な粒子の均一な混合を可能にし、これにより乾電池の
高負荷放電を大幅に改善することが可能になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−196557(JP,A) 特公 昭51−23009(JP,B1) 特公 平5−22344(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/06 - 4/62

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グラファイト粒子を、重量比で電解二酸
    化マンガンに対するグラファイトが1:100から1
    5:100の割合の電解二酸化マンガン粒子、および1
    0〜80%の濃度を有するスラリーを形成する量の水と
    混合し、得られた混合物を媒体型粉砕機および石臼式粉
    砕機から選ばれた粉砕機で粉砕し、粉砕後の電解二酸化
    マンガン粒子が0.1〜9μmの範囲の粒径を有する
    とを特徴とする乾電池用二酸化マンガン組成物の製造方
    法。
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