JP3493835B2 - 二酸化マンガンの製造法及びそれを用いたアルカリ乾電池 - Google Patents

二酸化マンガンの製造法及びそれを用いたアルカリ乾電池

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極活物質として
二酸化マンガンを用いる電池において、放電特性の優れ
た電解二酸化マンガンの製造法およびそれを用いた電池
を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】電池用二酸化マンガンの製造法は、電解
法(電解二酸化マンガン:EMD)と化学合成法(化学
合成二酸化マンガン:CMD)に大別できる。現在では
電池の高性能化とアルカリ電池の普及によってEMDが
主流になってきた。
【0003】工業的に実施されている高温(90℃以
上)・硫酸浴中での工業電解法の製造プロセスフローチ
ャートを(図2)に示した。原料には主として酸化マン
ガン鉱か炭酸マンガン鉱が使用され、硫酸に溶解させ粗
硫酸マンガン溶液とする。その後酸化中和・硫化等の工
程を経て、鉄、ニッケル、コバルト等の不純物の除去が
行われ清浄な硫酸マンガン溶液を得る。このようにして
得られた硫酸マンガン溶液を電解槽内に送り込み電解を
実施することによりEMDが陽極板上に析出する。これ
を剥離・粗粉した後洗浄乾燥させ粉砕し粒径を整える。
【0004】この後、さらにEMD内部に残留する硫酸
を除去するために洗浄と中和を行い乾燥し製品とする。
この粉砕・洗浄・中和の工程は鋭意研究されたもので、
例えば、粉砕の粒度と中和剤の種類は使用される電池の
種類によって異なり、一般にマンガン電池用には比較的
粒度が細かく(45μm以下90%以上)アンモニア中
和されたものが使用され、一方、アルカリ乾電池用には
比較的粒度が粗く(75μm以下90%以上)水酸化ナ
トリウムやソーダ灰で中和されたものが使用される。
(例えば丸善株式会社発行「電池便覧」1990.8.
20 第66〜67頁)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、陽極板
上で析出する二酸化マンガンはそれ以降の洗浄・中和工
程により大きく性能が作用される。とくにEMD内部に
残留する硫酸を中和する工程を経ることで中和剤として
用いたナトリウムイオンあるいはアンモニウムイオンが
逆に不純物としてEMD中に残留することとなり好まし
くない。また、中和工程がEMD製造工程に入ることで
生産性の低下・コストアップという課題があった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するもので
あって、従来の洗浄・中和工程を新規な水蒸気高圧加熱
洗浄工程に変更することで中和工程により逆に不純物と
してEMD中にナトリウムイオン等が残留することを防
ぎ放電特性の優れたEMDを提供できるとともに、生産
工程が簡略されコストダウンを図ることを目的とするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】硫酸マンガン溶液から電
解合成される二酸化マンガンを陽極から剥離した後、粉
砕し、密封圧力容器中で温度100℃〜250℃で水蒸
気高圧加熱洗浄する。
【0008】
【発明の実施の形態】アルカリ電解液中での二酸化マン
ガンの放電反応は以下の反応式で示されるように二酸化
マンガン中にプロトンと電子が挿入される形で進行す
る。
【0009】 MnO2 + H2O + e- → MnOOH + OH- このような二酸化マンガンの反応において、大電流を得
ようとすると電子の注入は比較的容易に進行するがプロ
トンの注入が遅くこの反応が大電流放電の二酸化マンガ
ンの利用率を低下させている大きな要因である。従っ
て、プロトンの二酸化マンガンへの注入を容易にさせる
ことがアルカリマンガン電池の大電流放電特性を改善す
る有力な手段である。
【0010】EMDの粒径は40μmと大きいにも関わ
らず20m2/g以上の比表面積を持っている。これは
表面の細孔によるもので、この細孔に電解液が浸透しE
MDにプロトンの供給を行っている。しかし、従来のよ
うな中和工程を行うとこの細孔内に中和剤として用いた
ナトリウムイオンが入り込むため、プロトンのEMD中
への注入を阻害し大電流放電のEMD利用率が低下する
こととなる。
【0011】本発明のEMD製造プロセスフローチャー
トを(図1)に示した。従来の工程である(図2)と比
較し、水洗及び中和の2工程を水蒸気高圧加熱の1工程
にする。この手法に変更することにより中和剤を使用せ
ず水蒸気による洗浄のみとなるので上述した細孔内を塞
ぐことはなく、プロトンの注入を容易にさせ高負荷放電
特性が向上する。また、高圧で水蒸気洗浄を行うのでE
MD内部に残留した硫酸も十分洗浄可能となる。さらに
水洗及び中和の2工程を1工程に削減でき生産性が向上
するとともに中和剤も使用しないためこの分の費用も削
減できる。
【0012】以上のような効果により放電特性の優れた
EMDを提供できるとともに、生産工程が簡略されコス
トダウンを図ることが可能となる。
【0013】
【実施例】本発明の効果を以下実施例により説明する。
(図1)に示した製造プロセスフローチャートに従って
本発明のEMDを得る。電解によって陽極板上にEMD
を析出させるまでは従来と同じ方法で行った。すなわ
ち、不純物を除去した硫酸マンガン電解浴を90℃以上
に加熱し1.0A/dm2の電流密度で電解した。陽極
にはチタン板、陰極には黒鉛板を用いた。陽極上で得ら
れたEMDを剥離・粗砕し水洗した後、ローラーミルで
所定の粒度(平均粒径50μm)に微粉砕する。
【0014】次に(図3)に示すような圧力容器中1で
高圧にて水蒸気洗浄を行う。EMD粉末4の1kgを下
部がガラスフィルター3になっている容器2に入れ、そ
の回りに図中の高さまで水5をいれる。その後所定の温
度まで加熱し洗浄処理を行う。処理時間は15分とし
た。このとき密封圧力容器内の圧力は1から10気圧程
度である。この処理により蒸発した水蒸気によりEMD
が洗浄され下部のガラスフィルターを通して残留硫酸成
分が流れ出す。高圧の水蒸気洗浄であるためEMD内部
の硫酸も実用上問題のない程度まで十分に除去できる。
その後乾燥させ水蒸気加熱洗浄されたEMD粉末を得
た。
【0015】このようにして得られたEMD粉末を用い
て単3型アルカリ乾電池を作成した。(図4)は本実施
例で用いた円筒アルカリ乾電池の構造断面図である。
(図4)において、6は正極合材、7はゲル状亜鉛負
極、8はセパレータ、9はゲル状亜鉛負極の集電子であ
る。10は正極端子キャップ、11は金属ケース、12
は電池の外装缶、13は金属ケース11の開口部を閉塞
するポリエチレン製樹脂封口体、14は負極端子をなす
底板である。正極合材はEMDと黒鉛を9:1の比率で
混合した粉末をリング状に加圧成形したものである。
【0016】ゲル状亜鉛負極は以下のようにして調整し
た。まず、40重量%の水酸化カリウム溶液(ZnOを
3wt%含む)に3重量%のポリアクリル酸ソーダと1
重量%のカルボキシメチルセルロースを加えてゲル化す
る。ついで、このゲル状電解液に対して重量比で2倍の
亜鉛合金粉末を加えて混合した。
【0017】(図5)に実験結果を示した。横軸にはE
MDの水蒸気高圧加熱洗浄処理温度、縦軸には1A定電
流放電時の放電容量を示した。従来品は図中の処理温度
0℃の位置に示した。この図よりわかるように、100
℃から250℃の水蒸気高圧加熱洗浄する事により従来
品に比べ強負荷放電容量が増加していることがわかる。
【0018】このことは、高圧の水蒸気洗浄であるため
EMD内部の硫酸も実用上問題のない程度まで十分に除
去できると同時に、中和剤を用いることによる微細孔内
の閉塞を防ぎ強負荷放電特性を向上させたものと考えら
れる。100℃以下では洗浄が不十分であるために特性
の低下が起こっている。また、250℃以上になると処
理装置の耐圧性等の点から生産設備費がかさむ。従っ
て、処理温度は100℃から250℃が好ましい。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明のEMD製造プロ
セスを採用することにより中和剤を使用せず水蒸気によ
る洗浄のみとなるので上述した細孔内を塞ぐことはな
く、プロトンの注入を容易にさせ高負荷放電特性が向上
する。また、高圧で水蒸気洗浄を行うのでEMD内部に
残留した硫酸も十分洗浄可能となる。さらに水洗及び中
和の2工程を1工程に削減でき生産性が向上するととも
に中和剤も使用しないためこの分の費用も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電解二酸化マンガン製造プロセスフロ
ーチャート
【図2】従来の代表的な電解二酸化マンガン製造プロセ
スフローチャート
【図3】本発明の水蒸気高圧加熱洗浄処理容器概略図
【図4】単3型アルカリ乾電池の側断面図
【図5】水蒸気加熱洗浄処理温度と1A定電流放電容量
の関係を示す図
【符号の説明】
1 密封圧力容器 2 試料容器 3 硝子フィルター 4 試料(EMD) 5 水 6 正極合材 7 ゲル状亜鉛負極 8 セパレータ 9 負極の集電子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峠 成二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−71275(JP,A) 特開 昭58−150268(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/50 H01M 4/06 H01M 6/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】硫酸マンガン溶液から電解合成される二酸
    化マンガンを陽極から剥離した後、粉砕し、圧力容器中
    で温度100℃〜250℃で水蒸気高圧加熱洗浄する事
    を特徴とする電池用二酸化マンガンの製造法。
  2. 【請求項2】硫酸マンガン溶液から電解合成される二酸
    化マンガンを陽極から剥離し、粉砕し、温度100℃〜
    250℃で水蒸気高圧加熱洗浄された二酸化マンガンを
    正極活物質として用いたアルカリ乾電池。
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