JP6550729B2 - Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof - Google Patents

Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6550729B2
JP6550729B2 JP2014240119A JP2014240119A JP6550729B2 JP 6550729 B2 JP6550729 B2 JP 6550729B2 JP 2014240119 A JP2014240119 A JP 2014240119A JP 2014240119 A JP2014240119 A JP 2014240119A JP 6550729 B2 JP6550729 B2 JP 6550729B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
manganese dioxide
electrolysis
electrolytic manganese
less
electrolytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014240119A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016102228A (en
Inventor
三浦 比呂志
比呂志 三浦
和正 末次
和正 末次
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.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tosoh Corp filed Critical Tosoh Corp
Priority to JP2014240119A priority Critical patent/JP6550729B2/en
Priority to PCT/JP2014/083602 priority patent/WO2015093578A1/en
Publication of JP2016102228A publication Critical patent/JP2016102228A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6550729B2 publication Critical patent/JP6550729B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、電解二酸化マンガン及びその製造方法並びにその用途に関するものであり、より詳しくは、例えばマンガン乾電池、特にアルカリマンガン乾電池において、正極活物質として使用される電解二酸化マンガン及びその製造方法に関する。   The present invention relates to electrolytic manganese dioxide, a method for producing the same, and uses thereof. More specifically, the present invention relates to electrolytic manganese dioxide used as a positive electrode active material in, for example, a manganese dry battery, particularly an alkaline manganese dry battery, and a method for producing the same.

二酸化マンガンは、たとえばマンガン乾電池またはアルカリマンガン乾電池の正極活物質として知られており、保存性に優れ、かつ安価であるという利点を有する。特に、二酸化マンガンを正極活物質として用いるアルカリマンガン乾電池は、重負荷での放電特性に優れていることから電子カメラ、携帯用テープレコーダー、携帯情報機器、さらにはゲーム機や玩具にまで幅広く使用され、近年急速にその需要が伸びてきている。   Manganese dioxide is known as a positive electrode active material of, for example, a manganese dry battery or an alkaline manganese dry battery, and has an advantage of being excellent in storage stability and being inexpensive. In particular, alkaline manganese batteries using manganese dioxide as the positive electrode active material have excellent discharge characteristics under heavy loads, so they are widely used in electronic cameras, portable tape recorders, portable information devices, game machines, and toys. In recent years, the demand has been increasing rapidly.

しかし、アルカリマンガン乾電池は、放電電流が大きくなるに従い正極活物質である二酸化マンガンの利用率が低下し、また放電電圧が低下した状態では使用できないため、実質的な放電容量が大きく損なわれるという課題があった。すなわち、大電流を使用(ハイレート放電)する機器にアルカリマンガン乾電池を用いると、充填されている正極活物質である二酸化マンガンが十分に活用されず、使用可能な時間が短いという欠点を有していた。   However, the alkaline manganese battery has a problem that the substantial discharge capacity is greatly impaired because the utilization rate of manganese dioxide, which is a positive electrode active material, decreases as the discharge current increases and cannot be used in a state where the discharge voltage decreases. was there. In other words, when an alkaline manganese battery is used in a device that uses a large current (high rate discharge), the charged positive electrode active material manganese dioxide is not fully utilized, and the usable time is short. It was.

そこで短時間に大電流を取り出すハイレート放電条件においても、高容量、長寿命を発現できる優れた二酸化マンガン、所謂ハイレート放電特性に優れた二酸化マンガンが望まれていた。   Thus, an excellent manganese dioxide capable of exhibiting a high capacity and a long life under high-rate discharge conditions in which a large current is taken out in a short time, that is, manganese dioxide excellent in so-called high-rate discharge characteristics has been desired.

これまで、ハイレート放電特性改善のため、40重量%KOH水溶液中で水銀/酸化水銀参照電極を基準として測定したときの電位(以下、アルカリ電位)が高い電解二酸化マンガンを製造することが検討されてきた(特許文献1〜3、非特許文献1)。   So far, in order to improve the high-rate discharge characteristics, it has been studied to produce electrolytic manganese dioxide having a high potential (hereinafter referred to as alkali potential) when measured with a mercury / mercury oxide reference electrode as a standard in a 40 wt% KOH aqueous solution. (Patent Documents 1 to 3, Non-Patent Document 1).

また、同じくハイレート放電特性改善のために、3〜5nmの微細孔域の容積が0.005cm/gから0.011cm/gの電解二酸化マンガンを用いることが開示されている(特許文献4)。更に、このような微細孔容積を増やす方法として、100℃を超える高温、加圧下で電解二酸化マンガンを合成する方法も開示されている(特許文献5)。 Further, also for the high-rate discharge characteristics improved, the volume of the fine pore area of 3~5nm discloses that the use of electrolytic manganese dioxide of 0.011cm 3 / g from 0.005 cm 3 / g (Patent Document 4 ). Furthermore, as a method for increasing such a fine pore volume, a method of synthesizing electrolytic manganese dioxide under high temperature and pressure exceeding 100 ° C. is also disclosed (Patent Document 5).

また、ハイレートよりも小さいミドルレートを改良した電解二酸化マンガンとして懸濁電解により比較的高い電解温度で製造した電解二酸化マンガンが提案されている(特許文献6)。   In addition, electrolytic manganese dioxide produced by suspension electrolysis at a relatively high electrolysis temperature has been proposed as an electrolytic manganese dioxide improved with a middle rate smaller than the high rate (Patent Document 6).

しかしながら、これらのアルカリ電位が高い電解二酸化マンガンや大きな微細孔容積を有する電解二酸化マンガンであっても、ハイレート放電特性は十分なものではなかった。   However, even with these electrolytic manganese dioxide having a high alkali potential and electrolytic manganese dioxide having a large fine pore volume, the high rate discharge characteristics are not sufficient.

特開2007−141643号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-141643 米国特許6,527,941号公報U.S. Patent 6,527,941 特開2009−135067号公報JP, 2009-135067, A 特開2009−289728号公報JP, 2009-289728, A 特開2005−520290号公報JP 2005-520290 A 特開2013−199422号公報JP, 2013-199422, A

古河電工時報,第43号,P.91〜102(1967年5月)Furukawa Electric Times, No. 43, p. 91-102 (May 1967)

本発明の目的は、特にハイレート放電特性に優れるアルカリマンガン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であって、特にアルカリ電解液中で、従来にない大きな細孔容積を有する電解二酸化マンガン及びその製造方法並びにその用途を提供するものである。   An object of the present invention is an electrolytic manganese dioxide used as a positive electrode active material of an alkaline manganese dry battery particularly excellent in high-rate discharge characteristics, and particularly in an alkaline electrolyte, an electrolytic manganese dioxide having an unprecedented large pore volume and The manufacturing method and its use are provided.

本発明者らは、特にアルカリマンガン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について鋭意検討を重ねた結果、細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔の容積が0.003cm/g以上の電解二酸化マンガンが、優れたハイレート放電特性を有する正極材料となることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔容積が0.003cm/g以上であることを特徴とする電解二酸化マンガンである。 The inventors of the present invention conducted extensive studies on electrolytic manganese dioxide used particularly as a positive electrode active material of an alkaline manganese dry battery, and as a result, the volume of pores having a pore diameter of 5 nm or more and 100 nm or less is 0.003 cm 3 / g or more. The electrolytic manganese dioxide was found to be a positive electrode material having excellent high rate discharge characteristics, and the present invention was completed. That is, the present invention is an electrolytic manganese dioxide characterized by having a pore volume of more than 5 nm and a pore diameter of 100 nm or less of 0.003 cm 3 / g or more.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明の電解二酸化マンガンは、細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔(以下、「メソポア」と称する場合がある)の容積が0.003cm/g以上であり、極めて大きなメソポアを有することを特徴とする。細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔(メソポア)では、電解液が浸透し易く、良好な電池反応が進行すると考えられる。メソポアの容積が0.003cm/g未満では、ハイレート放電特性が不十分である。特に良好なハイレート放電特性を得るためには、メソポアの容積が0.007cm/g以上が好ましく、0.01cm/g以上がさらに好ましい。このメソポアの容積の総量の上限としては、充填密度を維持し、高い電池反応性と充填性が得られ、良好なハイレート特性が発現するため、0.2cm/g以下が例示される。 The electrolytic manganese dioxide of the present invention has an extremely large mesopore with a volume of pores having a pore diameter of more than 5 nm and not more than 100 nm (hereinafter sometimes referred to as “mesopore”) of 0.003 cm 3 / g or more. It is characterized by In pores (mesopores) having a pore diameter of more than 5 nm and not more than 100 nm, it is considered that the electrolyte solution easily penetrates and a favorable battery reaction proceeds. When the mesopore volume is less than 0.003 cm 3 / g, the high-rate discharge characteristics are insufficient. In order to obtain particularly good high-rate discharge characteristics, is preferably at least 0.007cm 3 / g volume of mesopores, more preferably 0.01 cm 3 / g or more. The upper limit of the total amount of the mesopore volume is exemplified by 0.2 cm 3 / g or less in order to maintain the filling density, obtain high battery reactivity and filling properties, and develop good high-rate characteristics.

本発明の電解二酸化マンガンは、電池反応をより効率的に行うため、細孔直径2nm以上5nm以下の細孔(以下、「ミクロポア」と称する場合がある)の容積が0.004cm/g未満であることが好ましく、0.003cm/g以下がさらに好ましく、0.001cm/g未満が特に好ましい。 In the electrolytic manganese dioxide of the present invention, the volume of pores having a pore diameter of 2 nm or more and 5 nm or less (hereinafter sometimes referred to as “micropore”) is less than 0.004 cm 3 / g in order to perform battery reaction more efficiently. Is preferably 0.003 cm 3 / g or less, and particularly preferably less than 0.001 cm 3 / g.

本発明のミクロポア範囲がハイレート特性向上にどのように寄与しているかは明確ではないが、次のように解釈している。   It is not clear how the micropore range of the present invention contributes to improving the high-rate characteristics, but it is interpreted as follows.

まず、アルカリ乾電池内での電解二酸化マンガンは、下記式1のように、水と電気化学的に反応し、二酸化マンガン表面とアルカリ電解液界面では、Hと電子(e)の授受が行われている。 First, electrolytic manganese dioxide in an alkaline battery reacts electrochemically with water as shown in the following formula 1, and H and electrons (e ) are exchanged at the manganese dioxide surface and the alkaline electrolyte interface. ing.

MnO+HO +e → MnOOH + OH … 式1
二酸化マンガン表面と電解液(水)の界面が多いほど、反応はスムーズに進行するが、ミクロポア領域かそれ以下の細孔領域では、表面張力の影響などで細孔内部に電解液が浸透し難く、結果的にほとんど反応に寄与しない細孔となっているのではないかと推測される。
MnO 2 + H 2 O + e → MnOOH + OH ··· Formula 1
The more the interface between the manganese dioxide surface and the electrolyte solution (water), the more smoothly the reaction proceeds. However, in the micropore region or smaller pore regions, the electrolyte does not easily penetrate into the pores due to the effect of surface tension. As a result, it is speculated that the pores hardly contribute to the reaction.

また、電解液が浸透していない空洞のミクロポアが多いほど、電子移動も阻害されることが推測される。   In addition, it is presumed that the more the micropores in the cavity that the electrolyte does not penetrate, the more the electron transfer is inhibited.

以上のような理由から、ミクロポアの容積が0.004cm/g未満であれば、より良好なハイレート特性が発揮されるため好ましいものとなると思われる。 For the above reasons, it is considered preferable that the micropore volume is less than 0.004 cm 3 / g because better high-rate characteristics are exhibited.

本発明の電解二酸化マンガンは、メソポアの面積が0.1m/g以上であることが好ましく、0.5m/g以上であることがより好ましく、2.0m/g以上であることがさらに好ましく、5.5m/g以上であることが特に好ましい。 In the electrolytic manganese dioxide of the present invention, the mesopore area is preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.5 m 2 / g or more, and 2.0 m 2 / g or more. More preferably, it is particularly preferably 5.5 m 2 / g or more.

上述したように、メソポアには電解液が浸透し易く、広い細孔表面積を有することにより、式1に示す電池反応が良好に進行すると考えられる。メソポアの細孔面積の上限としては、充填密度を維持し、高い電池反応性と充填性が得られ、良好なハイレート放電特性が発現するため、30m/g以下が例示される。 As described above, it is considered that the battery reaction shown in Formula 1 proceeds favorably because the electrolyte easily penetrates into the mesopore and has a large pore surface area. The upper limit of the pore area of the mesopore is exemplified by 30 m 2 / g or less because the packing density is maintained, high battery reactivity and filling properties are obtained, and good high-rate discharge characteristics are exhibited.

本発明の電解二酸化マンガンは、アルカリ電位が270mV以上350mV未満であることが好ましい。アルカリ電位が270mV以上350mV未満では、アルカリマンガン乾電池の正極材料に用いた場合、電池の開回路電圧が上昇し、使用可能な放電電圧下限までの放電時間を長くすることができる。アルカリ電位は270mV以上330mV以下がより好ましく、280mV以上320mV以下であることがさらに好ましく、290mV以上310mV以下であることが特に好ましい。アルカリ電位は、40重量%KOH水溶液中で水銀/酸化水銀参照電極を基準として測定する。   The electrolytic manganese dioxide of the present invention preferably has an alkali potential of 270 mV or more and less than 350 mV. When the alkaline potential is 270 mV or more and less than 350 mV, when used as a positive electrode material of an alkaline manganese battery, the open circuit voltage of the battery increases, and the discharge time to the lower limit of the usable discharge voltage can be extended. The alkali potential is more preferably 270 mV to 330 mV, further preferably 280 mV to 320 mV, and particularly preferably 290 mV to 310 mV. The alkaline potential is measured on a mercury / mercury oxide reference electrode in a 40 wt% KOH aqueous solution.

本発明の電解二酸化マンガンは、充填性を高く維持するため、嵩密度(bulk density)が1.6g/cm以上であることが好ましく、1.8g/cm以上であることがより好ましく、2.0g/cm以上であることがさらに好ましい。一方で嵩密度は極端に高い必要はなく、例えば、3.0g/cm以下、さらには2.5g/cm以下を挙げることができる。 The electrolytic manganese dioxide of the present invention preferably has a bulk density of 1.6 g / cm 3 or more, more preferably 1.8 g / cm 3 or more in order to maintain high filling properties. More preferably, it is 2.0 g / cm 3 or more. On the other hand, the bulk density does not need to be extremely high, and examples thereof include 3.0 g / cm 3 or less, and further 2.5 g / cm 3 or less.

本発明の電解二酸化マンガンは、CuKα線を光源とする通常のXRD測定パターンにおいて、2θが22±1°付近の(110)面の回折線の半価全幅(FWHM)については特に限定するものではないが、充填密度をより高くして放電容量をより高めるため、1.6°以上4.0°以下が好ましく、1.7°以上3.8°以下がより好ましく、2.1°以上3.7°以下がさらに好ましい。この様なFWHMであることにより、充填性が高くなり放電容量が高まる。   The electrolytic manganese dioxide of the present invention does not particularly limit the full width at half maximum (FWHM) of the (110) plane diffraction line having 2θ of around 22 ± 1 ° in a normal XRD measurement pattern using CuKα rays as a light source. However, in order to increase the packing density and increase the discharge capacity, it is preferably 1.6 ° or more and 4.0 ° or less, more preferably 1.7 ° or more and 3.8 ° or less, and 2.1 ° or more and 3 or less. More preferably, it is 7 ° or less. By such FWHM, the chargeability is enhanced and the discharge capacity is increased.

本発明の電解二酸化マンガンの平均結晶子径は、FWHM及び(110)ピーク位置からシェラーの式で換算によって得られ、平均結晶子径が20〜50Åに相当する。   The average crystallite diameter of the electrolytic manganese dioxide of the present invention is obtained by conversion according to Scherrer's formula from the FWHM and the (110) peak position, and the average crystallite diameter corresponds to 20 to 50 mm.

本発明の電解二酸化マンガンは、BET比表面積については特に限定するものではないが、放電容量をより高めるため、30m/g以上80m/g以下であることが好ましく、40m/g以上70m/g以下であることがより好ましく、45m/g以上65m/g以下であることがさらに好ましい。 The electrolytic manganese dioxide of the present invention is not particularly limited with respect to the BET specific surface area, but in order to further increase the discharge capacity, it is preferably 30 m 2 / g or more and 80 m 2 / g or less, and 40 m 2 / g or more and 70 m or less. 2 / g or less is more preferable, and 45 m 2 / g or more and 65 m 2 / g or less is further preferable.

本発明の電解二酸化マンガンは、X線回折の(110)/(021)ピーク強度比が0.3以上1.0以下であることが好ましく、より好ましくは0.35以上0.55以下、さらに好ましくは0.4以上0.5以下である。   The electrolytic manganese dioxide of the present invention preferably has an X-ray diffraction (110) / (021) peak intensity ratio of 0.3 or more and 1.0 or less, more preferably 0.35 or more and 0.55 or less. Preferably it is 0.4 or more and 0.5 or less.

電解二酸化マンガンのX線回折における(110)面は22±1°付近に、また(021)面は37±1°付近に現れるが、これらは二酸化マンガン結晶の主要なX線回折ピークである。   In the X-ray diffraction of electrolytic manganese dioxide, the (110) plane appears in the vicinity of 22 ± 1 ° and the (021) plane appears in the vicinity of 37 ± 1 °, which are the main X-ray diffraction peaks of the manganese dioxide crystal.

次に、本発明の電解二酸化マンガンの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the electrolytic manganese dioxide of this invention is demonstrated.

本発明の電解二酸化マンガンは、硫酸−硫酸マンガン混合溶液中にマンガン酸化物粒子を懸濁させる電解二酸化マンガンの製造方法であって、マンガン酸化物粒子を連続的に硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合し、硫酸−硫酸マンガン混合溶液中のマンガン酸化物粒子の濃度が5mg/L以上100mg/L以下、電解温度が80℃以上96℃未満、電解電流密度が0.5A/dm以上1.7A/dm以下で電解することで、製造することができる。上記条件で電解を行うことにより、懸濁させたマンガン酸化物粒子の一部が一次粒子核となり、さらに低温で電解を行うことにより一次粒子の成長を抑制し、析出する電解二酸化マンガンの一次粒子間にメソポアが形成され、細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔の容積が0.003cm/g以上の本発明の電解二酸化マンガンを得ることができる。 The electrolytic manganese dioxide of the present invention is a method for producing electrolytic manganese dioxide in which manganese oxide particles are suspended in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, and the manganese oxide particles are continuously mixed in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution. The concentration of manganese oxide particles in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution is 5 mg / L or more and 100 mg / L or less, the electrolysis temperature is 80 ° C. or more and less than 96 ° C., and the electrolysis current density is 0.5 A / dm 2 or more and 1.7 A. / dm 2 by electrolysis in the following, can be produced. By conducting electrolysis under the above conditions, some suspended manganese oxide particles become primary particle nuclei, and further by conducting electrolysis at a low temperature, primary particle growth is suppressed and primary particles of electrolytic manganese dioxide are deposited. Mesopores are formed between them, and the electrolytic manganese dioxide of the present invention having a pore diameter of more than 5 nm and a pore size of 100 nm or less of 0.003 cm 3 / g or more can be obtained.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法は、硫酸−硫酸マンガン混合溶液中にマンガン酸化物粒子を連続的に混合する。これにより、電解期間中の硫酸−硫酸マンガン混合溶液中のマンガン酸化物粒子の濃度を安定にすることができ、電解期間を通じて一定の濃度のマンガン酸化物粒子を含有する電解液を電解する電解二酸化マンガンの製造方法となる。これにより、電解全期間中を通して得られる電解二酸化マンガンの物性、特に細孔の状態が均一になる。また、マンガン酸化物粒子は、直接硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合してもよく、硫酸−硫酸マンガン混合溶液に供給する補給硫酸マンガン液に添加した上で硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合してもよく、スラリーとしてから硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合してもよい。   In the method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention, manganese oxide particles are continuously mixed in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution. As a result, the concentration of manganese oxide particles in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution during the electrolysis period can be stabilized, and electrolytic dioxide that electrolyzes an electrolytic solution containing manganese oxide particles at a constant concentration throughout the electrolysis period. It becomes a manufacturing method of manganese. As a result, the physical properties of electrolytic manganese dioxide obtained throughout the entire electrolysis, particularly the state of the pores, become uniform. In addition, the manganese oxide particles may be directly mixed into a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, or added to a replenished manganese sulfate solution supplied to the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution and then mixed into the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution. Alternatively, it may be mixed as a slurry to a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution.

マンガン酸化物粒子を硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合する場合、混合するマンガン酸化物粒子としては、例えば、二酸化マンガン(MnO)、三二酸化マンガン(Mn)及び四三酸化マンガン(Mn)からなる群から選ばれる少なくとも1種以上を使用することが例示でき、好ましくは二酸化マンガン(MnO)を使用することが例示できる。 When manganese oxide particles are mixed in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, examples of manganese oxide particles to be mixed include manganese dioxide (MnO 2 ), manganese trioxide (Mn 2 O 3 ), and manganese trioxide (Mn). 3 at least one selected from the group consisting of 3 O 4 ) can be used, and preferably, manganese dioxide (MnO 2 ) can be used.

マンガン酸化物粒子は、平均粒径が5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましく、1μm以下であることがさらに好ましく、0.9μm以下であることが特に好ましい。平均粒径が5μm以下であることで、マンガン酸化物粒子が沈降しにくくなり、硫酸−硫酸マンガン混合溶液中に均一に分散しやすくなる。このように、マンガン酸化物粒子は分散性が低下しない程度の平均粒径を有していることが好ましいが、その現実的な値として0.5μm以上を挙げることができる。   The manganese oxide particles preferably have an average particle size of 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, still more preferably 1 μm or less, and particularly preferably 0.9 μm or less. When the average particle size is 5 μm or less, the manganese oxide particles are less likely to settle and are easily dispersed uniformly in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution. Thus, it is preferable that the manganese oxide particles have an average particle size such that the dispersibility does not decrease, but a practical value thereof may be 0.5 μm or more.

硫酸−硫酸マンガン混合溶液中のマンガン酸化物粒子の濃度は5mg/L以上100mg/L以下である。マンガン酸化物粒子の濃度が5mg/L未満であると、一次粒子核の数が少なくマンガン酸化物粒子の効果が不十分であり、100mg/Lを超えると、マンガン酸化物粒子が凝集沈降し、その効果が低下する。マンガン酸化物粒子が一次粒子核としてより適切な量を確保するため、好ましくは5mg/L以上50mg/L以下、さらに好ましくは5mg/L以上20mg/Lである。   The concentration of manganese oxide particles in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution is 5 mg / L or more and 100 mg / L or less. When the concentration of the manganese oxide particles is less than 5 mg / L, the number of primary particle nuclei is small and the effect of the manganese oxide particles is insufficient. When the concentration exceeds 100 mg / L, the manganese oxide particles aggregate and settle, The effect is reduced. In order to ensure a more appropriate amount of manganese oxide particles as primary particle nuclei, it is preferably 5 mg / L or more and 50 mg / L or less, more preferably 5 mg / L or more and 20 mg / L.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法では電解温度は80℃以上96℃未満で行う。電解温度が80℃未満であると電流効率が低下するため製造効率が低下し、96℃以上であると電解液の蒸発が増大し加熱コストが増加する。電解温度は一次粒子の成長をより抑制するため、80℃以上94℃以下が好ましく、80℃以上90℃未満がより好ましく、80℃以上88℃以下がさらに好ましい。   In the method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention, the electrolysis temperature is 80 ° C. or more and less than 96 ° C. When the electrolysis temperature is less than 80 ° C., the current efficiency is lowered, so that the production efficiency is lowered. When the electrolysis temperature is 96 ° C. or more, the evaporation of the electrolyte is increased and the heating cost is increased. The electrolysis temperature is preferably 80 ° C. or higher and 94 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or higher and lower than 90 ° C., and further preferably 80 ° C. or higher and 88 ° C. or lower in order to further suppress the growth of primary particles.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法では、終了電圧が2.7V以上が好ましく、3.0V以上がより好ましく、5.0V以上がさらに好ましい。電解電圧は高くなりすぎると電解が不安定になり連続した運転が困難になるため、終了電圧の上限として10V以下を例示できる。   In the method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention, the end voltage is preferably 2.7 V or more, more preferably 3.0 V or more, and further preferably 5.0 V or more. If the electrolysis voltage becomes too high, electrolysis becomes unstable and continuous operation becomes difficult, so that the upper limit of the end voltage can be exemplified by 10 V or less.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法は、電解液として硫酸−硫酸マンガン混合溶液を使用するものであり、硫酸マンガン水溶液を電解液とする電解方法とは異なり、電解期間中の硫酸濃度を制御することが可能となる。これにより、長期間電解を行なった場合であっても硫酸濃度を任意に設定できるため、安定的に電解二酸化マンガンを製造できるだけでなく、得られる電解二酸化マンガンの細孔の状態が均一になり易い。   The method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention uses a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution as an electrolytic solution. Unlike the electrolytic method using a manganese sulfate aqueous solution as an electrolytic solution, the sulfuric acid concentration during the electrolysis period is controlled. It becomes possible. As a result, the sulfuric acid concentration can be arbitrarily set even when electrolysis is performed for a long period of time, so that not only can electrolytic manganese dioxide be stably produced, but the state of the pores of the obtained electrolytic manganese dioxide tends to be uniform. .

電解液中の硫酸は、硫酸濃度として25g/Lを超え55g/L以下の範囲に制御されることが好ましく、32g/L以上45g/L以下であることがより好ましい。また、電解期間中に硫酸濃度を任意に変えること、特に、電解終了時の硫酸濃度を電解開始時の硫酸濃度よりも高く制御することも有効である。この場合の電解開始時の硫酸濃度としては、30g/Lを超え40g/L以下が好ましく、30g/Lを超え35g/L以下がより好ましい。また、電解終了時の硫酸濃度としては、32g/L以上55g/L以下が好ましく、35g/Lを超え50g/L以下がより好ましく、40g/Lを超え45g/L以下がさらに好ましい。このように硫酸濃度を任意に変える効果は明確ではないが、前半に比較的低濃度の硫酸濃度である条件下で電解することにより、電極基材への腐食ダメージが直接軽減されるだけでなく、前半で結晶子径が大きくBET比表面積が低く充填性が高い二酸化マンガンを得、引き続き後半に比較的高濃度の硫酸濃度である条件下で電解することにより、既に電解二酸化マンガン析出層に覆われているため電極基材がより腐食ダメージを受け難く、さらに電位が高まり、ハイレート特性に優れた電解二酸化マンガンが得られ易くなる。   The sulfuric acid in the electrolytic solution is preferably controlled in the range of more than 25 g / L and not more than 55 g / L as the sulfuric acid concentration, and more preferably not less than 32 g / L and not more than 45 g / L. It is also effective to arbitrarily change the sulfuric acid concentration during the electrolysis period, in particular, to control the sulfuric acid concentration at the end of electrolysis higher than the sulfuric acid concentration at the start of electrolysis. In this case, the sulfuric acid concentration at the start of electrolysis is preferably more than 30 g / L and not more than 40 g / L, more preferably more than 30 g / L and not more than 35 g / L. The sulfuric acid concentration at the end of electrolysis is preferably 32 g / L or more and 55 g / L or less, more preferably 35 g / L or more and 50 g / L or less, and more preferably 40 g / L or more and 45 g / L or less. As described above, the effect of arbitrarily changing the sulfuric acid concentration is not clear, but electrolysis under the condition of a relatively low sulfuric acid concentration in the first half not only directly reduces the corrosion damage to the electrode substrate. In the first half, manganese dioxide having a large crystallite size and a low BET specific surface area and high filling properties was obtained, and in the latter half, electrolysis was carried out under the condition of a relatively high sulfuric acid concentration, so that the electrolytic manganese dioxide deposited layer was already covered. Therefore, the electrode base material is less susceptible to corrosion damage, the potential is further increased, and electrolytic manganese dioxide excellent in high-rate characteristics is easily obtained.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法では、電解開始から電解終了まで電解中の硫酸濃度を徐々に変化させるのではなく、前半の電解、後半の電解とで硫酸濃度を切替えることが好ましい。前半の電解と、後半の電解の比率に制限はないが、例えば低硫酸濃度と高硫酸濃度での電解時間の比が1:9〜9:1、特に3:7〜7:3の範囲が好ましい。なお、ここでいう硫酸濃度とは、硫酸マンガンの二価の陰イオンは除いた値である。   In the method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention, it is preferable to switch the sulfuric acid concentration between the first half electrolysis and the second half electrolysis instead of gradually changing the sulfuric acid concentration during electrolysis from the start of electrolysis to the end of electrolysis. The ratio of the electrolysis in the first half and the electrolysis in the second half is not limited. For example, the ratio of electrolysis time at low sulfuric acid concentration and high sulfuric acid concentration is in the range of 1: 9 to 9: 1, particularly 3: 7 to 7: 3. preferable. In addition, the sulfuric acid concentration here is a value excluding the divalent anion of manganese sulfate.

本発明の電解二酸化マンガンの製造方法では、電解電流密度は0.5A/dm以上1.7A/dm以下である。0.5A/dm未満であると、電解液が浸透し易いメソポアを適切な量確保できず、1.7A/dmを超えると電解電圧が不安定になり製造上好ましくない。適切なBET比表面積を維持するため、0.5A/dm以上1.65A/dm以下であることが好ましい。これにより、効率的、かつ安定的に本発明の電解二酸化マンガンを製造しやすくなる。より安定的に本発明の電解二酸化マンガンを得るために、電解電流密度は0.6A/dm以上1.6A/dm以下であることがより好ましく、1.0A/dm以上1.55A/dm未満であることがさらに好ましい。 In the method for producing electrolytic manganese dioxide of the present invention, the electrolytic current density is 0.5 A / dm 2 or more and 1.7 A / dm 2 or less. If it is less than 0.5 A / dm 2 , an appropriate amount of mesopore that is easily penetrated by the electrolyte cannot be secured, and if it exceeds 1.7 A / dm 2 , the electrolysis voltage becomes unstable, which is not preferable in production. In order to maintain an appropriate BET specific surface area, it is preferably 0.5 A / dm 2 or more and 1.65 A / dm 2 or less. This facilitates the efficient and stable production of the electrolytic manganese dioxide of the present invention. In order to obtain the electrolytic manganese dioxide of the present invention more stably, the electrolysis current density is more preferably 0.6 A / dm 2 or more and 1.6 A / dm 2 or less, and 1.0 A / dm 2 or more and 1.55 A. More preferably, it is less than / dm 2 .

本発明における補給硫酸マンガン液中のマンガンイオン濃度に限定はないが、例えば、25〜60g/Lが例示できる。   Although there is no limitation in the manganese ion density | concentration in the replenishment manganese sulfate liquid in this invention, For example, 25-60 g / L can be illustrated.

本発明のメソポアの大きい(メソボアの容積が0.003cm/g以上)電解二酸化マンガンは単独で使用することもできるが、メソポアの容積が0.003cm/g未満の電解二酸化マンガンと混合した電解二酸化マンガン混合物として使用することもできる。 The large mesopore (mesopore volume is 0.003 cm 3 / g or more) electrolytic manganese dioxide of the present invention can be used alone, but is mixed with electrolytic manganese dioxide having a mesopore volume of less than 0.003 cm 3 / g It can also be used as an electrolytic manganese dioxide mixture.

上記した電解二酸化マンガン混合物の製造方法としては、上記した方法で得られたメソポアの容積が0.003cm/g以上の電解二酸化マンガンを0.003cm/g未満の電解二酸化マンガンと0.5重量%以上10重量%以下の割合で混合する方法が挙げられる。電解二酸化マンガンの混合方法としては、例えば、物理混合、湿式混合等の方法が例示され、混合の割合は、本発明の電解二酸化マンガンが0.5重量%以上10重量%以下である。0.5重量%未満であると、ハイレート放電特性が十分ではなく、10重量%を超えると、密度が低くなるため、充填性が低くなる。 As a manufacturing method of the above-mentioned electrolytic manganese dioxide mixture, electrolytic manganese dioxide having a mesopore volume of 0.003 cm 3 / g or more obtained by the above-described method and electrolytic manganese dioxide of less than 0.003 cm 3 / g and 0.5 The method of mixing in the ratio of the weight% or more and 10 weight% or less is mentioned. Examples of the method for mixing electrolytic manganese dioxide include methods such as physical mixing and wet mixing, and the mixing ratio of the electrolytic manganese dioxide of the present invention is 0.5 wt% or more and 10 wt% or less. If it is less than 0.5% by weight, the high-rate discharge characteristics are not sufficient, and if it exceeds 10% by weight, the density becomes low, and the filling property is lowered.

アルカリマンガン電池の正極活物質として使用する方法には特に制限はなく、周知の方法で添加物と混合して用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the method used as a positive electrode active material of an alkaline manganese battery, It can mix and use with an additive by a well-known method.

例えば、電解二酸化マンガン又は電解二酸化マンガン混合物に導電性を付与するためにカーボン等を加えた混合粉末を調製し、これを円盤状またはリング状に加圧成型した粉末成型体として電池正極とすることができる。   For example, a mixed powder in which carbon or the like is added to provide conductivity to electrolytic manganese dioxide or an electrolytic manganese dioxide mixture is prepared, and this is used as a battery positive electrode as a powder molded body that is pressure-molded into a disk shape or a ring shape. Can do.

本発明の電解二酸化マンガンは、アルカリ電池の正極材料として用いた場合に電気化学的な反応性やハイレート放電特性に優れ、さらに、本発明の合成方法により本発明の電解二酸化マンガンを得ることができる。   The electrolytic manganese dioxide of the present invention is excellent in electrochemical reactivity and high-rate discharge characteristics when used as a positive electrode material for an alkaline battery, and the electrolytic manganese dioxide of the present invention can be obtained by the synthesis method of the present invention. .

ハイレート放電特性用の評価セルである。It is an evaluation cell for high rate discharge characteristics. 実施例1〜3、比較例1〜4の二酸化マンガンのXRDパターンである。It is a XRD pattern of manganese dioxide of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4. 実施例2のFE−SEM像(30万倍)である。4 is an FE-SEM image (300,000 times) of Example 2. 比較例1のFE−SEM像(30万倍)である。4 is an FE-SEM image (300,000 times) of Comparative Example 1.

以下、本発明を実施例及び比較例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.

<電解二酸化マンガンのアルカリ電位の測定>
電解二酸化マンガンのアルカリ電位は、40重量%KOH水溶液中で次のように測定した。
<Measurement of alkaline potential of electrolytic manganese dioxide>
The alkaline potential of electrolytic manganese dioxide was measured as follows in a 40 wt% KOH aqueous solution.

電解二酸化マンガン3gに導電剤としてカーボンを0.9g加えて混合粉体とし、この合粉体に40%KOH水溶液4mlを加え、電解二酸化マンガンとカーボンとKOH水溶液の混合物スラリーとした。この混合物スラリーの電位を水銀/酸化水銀参照電極を基準として、電解二酸化マンガンのアルカリ電位を測定した。   0.9 g of carbon as a conductive agent was added to 3 g of electrolytic manganese dioxide to obtain a mixed powder, and 4 ml of 40% KOH aqueous solution was added to this mixed powder to obtain a mixture slurry of electrolytic manganese dioxide, carbon and KOH aqueous solution. The alkaline potential of the electrolytic manganese dioxide was measured with respect to the potential of the mixture slurry with reference to a mercury / mercury oxide reference electrode.

<電解二酸化マンガンの細孔の容積、面積及び嵩密度の測定>
二次細孔、ミクロポア及びメソポアの容積、面積及び嵩密度は水銀圧入法(ポアサイザー9510,マイクロメリティクス社製)により求めた。
<Measurement of pore volume, area and bulk density of electrolytic manganese dioxide>
The volume, area, and bulk density of secondary pores, micropores, and mesopores were determined by mercury porosimetry (Pore Sizer 9510, manufactured by Micromeritics).

測定の前処理として試料を80℃で静置乾燥した。その後、水銀の圧力範囲を大気圧から414MPaまで段階的に変化させて測定を行なった。この測定により細孔分布(容積分布及び面積分布)を求め、細孔直径2nm以上200nm以下の細孔を「二次細孔」とし、この内、細孔直径2nm以上5nm以下の細孔を「ミクロポア」とし、細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔を「メソポア」とした。   As a pretreatment for the measurement, the sample was left to dry at 80 ° C. Thereafter, the measurement was performed by changing the pressure range of mercury stepwise from atmospheric pressure to 414 MPa. By this measurement, pore distribution (volume distribution and area distribution) is obtained, and pores having a pore diameter of 2 nm or more and 200 nm or less are defined as “secondary pores”. “Micropores”, and pores having a pore diameter of more than 5 nm and not more than 100 nm were called “mesopores”.

また、嵩密度は大気圧で水銀を導入した際の水銀量から求めた。   Moreover, bulk density was calculated | required from the mercury amount at the time of introduce | transducing mercury at atmospheric pressure.

<XRD測定における半価全幅(FWHM)の測定>
電解二酸化マンガンの2θが22±1°付近の回折線の半価全幅(FWHM)を、一般的なX線回折装置(マックサイエンス社製MXP−3)を使用して測定した。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件は毎秒0.04°、計測時間は3秒、および測定範囲は2θとして5°から80°の範囲で測定した。
<Measurement of full width at half maximum (FWHM) in XRD measurement>
The full width at half maximum (FWHM) of a diffraction line having 2θ of about 22 ± 1 ° of electrolytic manganese dioxide was measured using a general X-ray diffractometer (MXP-3 manufactured by Mac Science). A CuKα ray (λ = 1.5405 mm) is used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan condition is 0.04 ° per second, the measurement time is 3 seconds, and the measurement range is 2 ° to 5 ° to 80 °. It measured by.

<(110)/(021)の算出>
FWHMと同様にして得られたXRDパターンにおいて、2θが22±1°付近の回折線を(110)面に対応するピークとし、37±1°付近の回折線を(021)面に対応するピークとした。(110)面のピーク強度を(021)面のピーク強度で除することにより(110)/(021)を求めた。
<Calculation of (110) / (021)>
In the XRD pattern obtained in the same manner as FWHM, a diffraction line with 2θ around 22 ± 1 ° is a peak corresponding to the (110) plane, and a diffraction line around 37 ± 1 ° is a peak corresponding to the (021) plane. And (110) / (021) was obtained by dividing the peak intensity of the (110) plane by the peak intensity of the (021) plane.

<BET比表面積の測定>
電解二酸化マンガンのBET比表面積はBET1点法の窒素吸着により測定した。測定装置にはガス吸着式比表面積測定装置(フローソーブIII,島津社製)を用いた。測定に先立ち、150℃で40分間加熱することで測定試料を脱気処理した。
<Measurement of BET specific surface area>
The BET specific surface area of electrolytic manganese dioxide was measured by nitrogen adsorption of the BET one-point method. As a measuring device, a gas adsorption type specific surface area measuring device (Flowsorb III, manufactured by Shimadzu Corporation) was used. Prior to measurement, the measurement sample was degassed by heating at 150 ° C. for 40 minutes.

<ハイレート放電特性の評価>
電解二酸化マンガンが80重量%、導電材が5重量%及び40重量%KOH水溶液が15重量%となるよう秤量し、混合して正極合剤を作製した。当該正極合剤を電解二酸化マンガン換算で0.09gとなるように秤量し、成形し、負極に亜鉛ワイヤーを使用して、図1に示したハイレート放電特性用の評価用セルにより放電特性を評価した。評価用セルは室温で1時間静置後、放電試験を行った。放電条件は、100mA/gの電流で、終止電圧0.9Vとしたときの放電容量を評価した。放電容量は比較例2の測定結果を100%とし、それに対する相対値で求めた。
<Evaluation of high rate discharge characteristics>
A positive electrode mixture was prepared by weighing and mixing electrolytic manganese dioxide at 80 wt%, conductive material at 5 wt%, and 40 wt% KOH aqueous solution at 15 wt%. The positive electrode mixture is weighed to 0.09 g in terms of electrolytic manganese dioxide, molded, and the discharge characteristics are evaluated by the evaluation cell for high rate discharge characteristics shown in FIG. 1 using zinc wire for the negative electrode. did. The cell for evaluation was allowed to stand at room temperature for 1 hour and then subjected to a discharge test. As the discharge conditions, the discharge capacity was evaluated when the final voltage was 0.9 V at a current of 100 mA / g. The discharge capacity was determined as a relative value with the measurement result of Comparative Example 2 being 100%.

実施例1
硫酸−硫酸マンガン混合溶液の入った電解槽内に、マンガン酸化物粒子として二酸化マンガン粒子を含み、マンガンイオン濃度45g/Lの補給硫酸マンガン液を連続的に添加しながら23時間電解し、電解二酸化マンガンを製造した。電解中は、電解電流密度を1.5A/dm、電解温度を88℃とし、電解終了時の電解電圧は5.5Vであり、電解槽内の硫酸−硫酸マンガン混合溶液中の二酸化マンガン粒子は50mg/L、硫酸濃度は32.0g/Lであった。
Example 1
Manganese oxide particles as manganese oxide particles are contained in an electrolytic cell containing a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, and electrolysis is performed for 23 hours while continuously adding a replenishing manganese sulfate solution having a manganese ion concentration of 45 g / L. Manganese was produced. During electrolysis, the electrolytic current density is 1.5 A / dm 2 , the electrolysis temperature is 88 ° C., the electrolysis voltage at the end of electrolysis is 5.5 V, and manganese dioxide particles in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution in the electrolytic cell Was 50 mg / L and the sulfuric acid concentration was 32.0 g / L.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性の評価結果を表1に、XRDパターンを図2に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The evaluation results of the physical properties of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

Figure 0006550729
実施例2
実施例1において、電解温度が84℃、電解槽内の硫酸−硫酸マンガン混合溶液中の硫酸濃度が40g/Lで5時間電解したことを除き、実施例1と同様な電解を行った。この時の電解終了時の電解電圧は7.6Vであった。
Figure 0006550729
Example 2
In Example 1, electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that electrolysis was performed at an electrolysis temperature of 84 ° C. and a sulfuric acid concentration in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution in the electrolytic bath at 40 g / L for 5 hours. The electrolysis voltage at the end of electrolysis at this time was 7.6V.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性及びハイレート放電特性の評価結果を表1に、XRDパターンを図2に、FE−SEM像(30万倍)を図3に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The evaluation results of the physical properties and high-rate discharge characteristics of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, the XRD pattern is shown in FIG. 2, and the FE-SEM image (300,000 times) is shown in FIG.

実施例3
実施例1において、電解温度が84℃で3時間電解したことを除き、実施例1と同様な電解を行った。この時の電解終了時の電解電圧は9.3Vであった。
Example 3
In Example 1, electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that electrolysis was performed at 84 ° C. for 3 hours. The electrolysis voltage at the end of electrolysis at this time was 9.3V.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性を表1に、XRDパターンを図2に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The physical properties of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

比較例1
硫酸−硫酸マンガン混合溶液の入った電解槽内に、マンガン酸化物粒子を含まない、マンガンイオン濃度45g/Lの補給硫酸マンガン液を連続的に添加しながら14日間電解し、電解二酸化マンガンを製造した。電解中は、電解電流密度を0.59A/dm、電解温度を96℃とし、電解終了時の電解電圧は2.6Vであり、電解槽内の硫酸−硫酸マンガン混合溶液中の硫酸濃度は35.0g/Lであった。
Comparative Example 1
Electrolyzed manganese dioxide is produced by continuously adding a replenishing manganese sulfate solution containing no manganese oxide particles and having a manganese ion concentration of 45 g / L into an electrolytic cell containing a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution for 14 days to produce electrolytic manganese dioxide did. During electrolysis, the electrolysis current density is 0.59 A / dm 2 , the electrolysis temperature is 96 ° C., the electrolysis voltage at the end of electrolysis is 2.6 V, and the sulfuric acid concentration in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution in the electrolytic cell is It was 35.0 g / L.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性を表1に、XRDパターンを図2に、FE−SEM像(30万倍)を図4に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The physical properties of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, the XRD pattern is shown in FIG. 2, and the FE-SEM image (300,000 times) is shown in FIG.

比較例2
電解電流密度を0.5A/dm、電解温度を92℃とし、電解槽内の硫酸−硫酸マンガン混合溶液中の硫酸濃度が40g/Lで、24時間電解したことを除き、比較例1と同様な電解を行った。この時の電解終了時の電解電圧は1.8Vであった。
Comparative example 2
Comparative Example 1 except that the electrolysis current density was 0.5 A / dm 2 , the electrolysis temperature was 92 ° C., and the sulfuric acid concentration in the sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution in the electrolytic cell was 40 g / L, and electrolysis was performed for 24 hours. Similar electrolysis was performed. The electrolytic voltage at the end of the electrolysis at this time was 1.8V.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性及びハイレート放電特性の評価結果を表1に、XRDパターンを図2に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The evaluation results of the physical properties and high-rate discharge characteristics of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

比較例3
電解温度が96℃で24時間電解したことを除き、実施例1と同様な電解を行った。この時の電解終了時の電解電圧は2.0Vであった。
Comparative example 3
The same electrolysis as in Example 1 was performed except that the electrolysis temperature was 96 ° C. for 24 hours. The electrolysis voltage at the end of electrolysis at this time was 2.0V.

得られた電着物を電極から剥離後、平均粒子径40μmとなるように粉砕した後、水洗中和、乾燥して、電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンは、γ相であった。この電解二酸化マンガンの物性を表1に、XRDパターンを図2に示した。   The obtained electrodeposit was peeled from the electrode, pulverized to an average particle size of 40 μm, neutralized with water and dried to obtain electrolytic manganese dioxide. The obtained electrolytic manganese dioxide was a γ phase. The physical properties of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

比較例4
市販の電解二酸化マンガン(商品名:HH−S、東ソー社製)をジェットミルで粉砕し、平均粒子径(体積平均粒子径)が0.63μmの電解二酸化マンガン粒子を製造した。得られた電解二酸化マンガン粒子をマンガン酸化物粒子とした。このマンガン酸化物粒子を30g/Lの濃度となるように水に分散させてスラリー液とした。
Comparative example 4
Commercially available electrolytic manganese dioxide (trade name: HH-S, manufactured by Tosoh Corporation) was pulverized with a jet mill to produce electrolytic manganese dioxide particles having an average particle size (volume average particle size) of 0.63 μm. The obtained electrolytic manganese dioxide particles were used as manganese oxide particles. The manganese oxide particles were dispersed in water to a concentration of 30 g / L to obtain a slurry liquid.

電解液として硫酸−硫酸マンガン混合溶液を使用した。当該電解液中のマンガン酸化物粒子の濃度が30mg/Lとなるように、当該スラリー液を電解液中に連続的に添加したことに加え、当該電解液中の硫酸濃度が25g/Lとなるように、マンガンイオン濃度40g/Lの補給硫酸マンガン液を電解液中に添加しながら電解を行った。電解条件は、電解電流密度を1.5A/dm、電解温度を96℃ 、及び、電解期間を4日間とした。本比較例の電解終了時の電解電圧は、3.48V であった。この電解二酸化マンガンの物性を表1に、XRDパターンを図2に示した。 A sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution was used as the electrolytic solution. In addition to continuously adding the slurry solution to the electrolyte solution so that the concentration of manganese oxide particles in the electrolyte solution is 30 mg / L, the sulfuric acid concentration in the electrolyte solution is 25 g / L. Thus, electrolysis was performed while adding a supplemental manganese sulfate solution having a manganese ion concentration of 40 g / L to the electrolyte solution. The electrolysis conditions were an electrolysis current density of 1.5 A / dm 2 , an electrolysis temperature of 96 ° C., and an electrolysis period of 4 days. The electrolysis voltage at the end of electrolysis in this comparative example was 3.48V. The physical properties of this electrolytic manganese dioxide are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

本発明の電解二酸化マンガンは大きな反応表面積を有するため、放電特性、特にハイレート放電特性に優れたアルカリマンガン乾電池の正極活物質として使用することができる。   Since the electrolytic manganese dioxide of the present invention has a large reaction surface area, it can be used as a positive electrode active material for alkaline manganese dry batteries having excellent discharge characteristics, particularly high-rate discharge characteristics.

1:亜鉛負極
2:正極合剤
3:上部固定具
4:KOH水溶液
5:多孔板
6:セパレーター
7:Ni板
8:Niリード
1: Zinc negative electrode 2: Positive electrode mixture 3: Upper fixture 4: KOH aqueous solution 5: Perforated plate 6: Separator 7: Ni plate 8: Ni lead

Claims (4)

細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔の容積が0.003cm/g以上であり、かつ、細孔直径2nm以上5nm以下の細孔の容積が0.004cm /g未満であることを特徴とする、電池用正極活物質に用いられる電解二酸化マンガン。 Ri der following pore volume 100nm exceeds the pore diameter 5nm is 0.003 cm 3 / g or more, and, 5nm or less of the pore volume or pore diameter 2nm is Ru der less than 0.004 cm 3 / g The electrolytic manganese dioxide used for the positive electrode active material for batteries characterized by the above-mentioned . 細孔直径5nmを超え100nm以下の細孔の面積が0.1m/g以上であることを特徴とする請求項1に記載の電池用正極活物質に用いられる電解二酸化マンガン。 2. The electrolytic manganese dioxide used in the positive electrode active material for a battery according to claim 1, wherein an area of pores having a pore diameter of more than 5 nm and not more than 100 nm is 0.1 m 2 / g or more. 硫酸−硫酸マンガン混合溶液中にマンガン酸化物を懸濁させる電解二酸化マンガンの製造方法であって、マンガン酸化物粒子を連続的に硫酸−硫酸マンガン混合溶液に混合し、硫酸−硫酸マンガン混合溶液中のマンガン酸化物粒子の濃度が5mg/L以上100mg/L以下、電解温度が80℃以上96℃未満、電解電流密度が0.5A/dm以上1.7A/dm以下、かつ、終了電圧が5.0V以上の高い電解電圧で電析させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池用正極活物質に用いられる電解二酸化マンガンの製造方法。 A method for producing electrolytic manganese dioxide in which manganese oxide is suspended in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, wherein manganese oxide particles are continuously mixed in a sulfuric acid-manganese sulfate mixed solution, The manganese oxide particles have a concentration of 5 mg / L or more and 100 mg / L or less, an electrolysis temperature of 80 ° C. or more and less than 96 ° C., an electrolysis current density of 0.5 A / dm 2 or more and 1.7 A / dm 2 or less , and an end voltage. The method for producing electrolytic manganese dioxide used for the positive electrode active material for a battery according to claim 1 or 2 , wherein electrodeposition is performed at a high electrolysis voltage of 5.0 V or more . 請求項1又は請求項2に記載の電池用正極活物質に用いられる電解二酸化マンガンを含んでなることを特徴とする電池用正極活物質。 A battery positive electrode active material comprising the electrolytic manganese dioxide used in the battery positive electrode active material according to claim 1 .
JP2014240119A 2013-12-20 2014-11-27 Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof Active JP6550729B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014240119A JP6550729B2 (en) 2014-11-27 2014-11-27 Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
PCT/JP2014/083602 WO2015093578A1 (en) 2013-12-20 2014-12-18 Electrolytic manganese dioxide, method for producing same, and use of same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014240119A JP6550729B2 (en) 2014-11-27 2014-11-27 Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016102228A JP2016102228A (en) 2016-06-02
JP6550729B2 true JP6550729B2 (en) 2019-07-31

Family

ID=56089003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014240119A Active JP6550729B2 (en) 2013-12-20 2014-11-27 Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6550729B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210123151A1 (en) 2017-12-14 2021-04-29 Riken Manganese oxide for water oxidation catalyst, manganese oxide/carbon mixture, manganese oxide composite electrode material, and their production methods
WO2020110951A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 東ソー株式会社 Electrolytic manganese dioxide, method for manufacturing same, and use thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06220675A (en) * 1993-01-21 1994-08-09 Tosoh Corp Electrolytic cell
US6214198B1 (en) * 1998-12-21 2001-04-10 Kerr-Mcgee Chemical Llc Method of producing high discharge capacity electrolytic manganese dioxide
US6960409B2 (en) * 2001-09-10 2005-11-01 Rovcal, Inc. High discharge rate alkaline battery
JP3767859B2 (en) * 2002-10-11 2006-04-19 三井金属鉱業株式会社 Positive electrode active material for battery and battery
JP4260217B1 (en) * 2007-12-28 2009-04-30 パナソニック株式会社 Alkaline battery
GB2458667A (en) * 2008-03-25 2009-09-30 Nanotecture Ltd Mesoporous alpha-manganese dioxide
CN103370448B (en) * 2011-02-18 2016-08-10 东曹株式会社 Electrolytic manganese dioxide and manufacture method thereof and the manufacture method of lithium manganese systems composite oxides
JP6115174B2 (en) * 2012-02-21 2017-04-19 東ソー株式会社 Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
JP2014131947A (en) * 2012-12-04 2014-07-17 Tosoh Corp Manganese dioxide, method of producing the same and use thereof
JP6492617B2 (en) * 2013-12-20 2019-04-03 東ソー株式会社 Manganese dioxide and manganese dioxide mixtures and their production and use

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016102228A (en) 2016-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5998510B2 (en) Electrolytic manganese dioxide and method for producing the same, and method for producing lithium manganese composite oxide
JP5909845B2 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
ES2751355T3 (en) Electrolytic manganese dioxide, method of production thereof, and use thereof
JP6115174B2 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
ES2700993T3 (en) Electrolytic manganese dioxide, and procedure for its production and its application
WO2015093578A1 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing same, and use of same
JP5428163B2 (en) Electrolytic manganese dioxide for alkaline manganese batteries, method for producing the same, and use thereof
JP6492617B2 (en) Manganese dioxide and manganese dioxide mixtures and their production and use
JP6550729B2 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
JP6862766B2 (en) Electrolyzed manganese dioxide, its manufacturing method and its uses
JP7127291B2 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing the same, and use thereof
WO2018180208A1 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for manufacturing same, and application for same
WO2013115335A1 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing same, and use of same
CN108884577B (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing same, and use thereof
JP7039927B2 (en) Electrolyzed manganese dioxide and its uses
JP7451961B2 (en) Electrolytic manganese dioxide, its manufacturing method, and its uses
JP2014131947A (en) Manganese dioxide, method of producing the same and use thereof
JP2018070421A (en) Electrolytic manganese dioxide and use of the same
JP2006108082A (en) Manganese oxide powder for anode active substance

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181211

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190617

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6550729

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151