JPS6086030A - β−二酸化マンガンの製法 - Google Patents

β−二酸化マンガンの製法

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JPS6086030A
JPS6086030A JP58195040A JP19504083A JPS6086030A JP S6086030 A JPS6086030 A JP S6086030A JP 58195040 A JP58195040 A JP 58195040A JP 19504083 A JP19504083 A JP 19504083A JP S6086030 A JPS6086030 A JP S6086030A
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manganese dioxide
nitric acid
mn2o3
mno2
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Akira Kamihira
上平 曉
Toshiko Aranaka
新中 資子
Hidemasa Tamura
英雅 田村
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    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体電解コンデンサやリチウム電池、各種触媒
等に用いられるβ−二酸化マンガンの製法に関し、特に
高純度のβ−二酸化マンガンの製法に関するものである
マンガンの代表的な酸化物である二酸化マンガン(M+
102 )は、その結晶構造の違い等から、α−二酸化
マンガン(α−MnOz ) 、β−二酸化マンカン(
β−MnO2)、γ−三二酸化マンガンγ−MnO2)
等が知られている。そして、例えばリチウム電池の正極
活物質として用いられる二酸化マンノコンとしては、従
来、硫酸マンガンや塩化マンガンの酸性浴からの電解酸
化によって得られる電解二酸化マンカンや中性硫酸マン
カンの沸騰溶液に過マンガン酸アルカリ溶液を添加して
得られる化学合成二酸化マンガン等のγ−MnOzが使
用されている。
ところで、上述の電解酸化や化学合成で得られるγ−M
nO2は、かなりの量の水分を含んでいることが知られ
ており、また、化学量論的にもずれが生じていると言わ
れている。すなわち、上記電解二酸化マンカンあるいは
化学合成二酸化マンカンをMnOxとしたときに、X=
2.0ではな(x =1.95前後であると言われてい
る。そして、このX=2.0からのずれは、三二酸化マ
ンカン(Mn203)等の存在によるものと考えられる
このように、γ−M n O2が水分を含んだり不純物
であるMnaO3を含んでいるために、このr−M、]
02を使用する上で種々の欠点が問題となっている。
例えば、リチウム電池においては、負極活物質として金
属リチウムを用いているので水分を極端に嫌い、もしも
上記γ−MnOz中に水分が存在すると、この水が上記
金属リチウムと反応して電池罐の腐蝕や漏液を引き起こ
し保存特性が悪くなってしまう。また、γ−M n O
zの不純物であるMn2O3はリチウム電池においては
活物質ではないので、利用できるγ−MnO2の量がか
なり少なくなって電池の寿命を低下してしまう。あるい
は、上記γ−M n 02を固体電解コンデンサに使用
した場合には、このγ−M n O2中の水分により耐
電圧、漏電流、経時変化等の問題が生じ、また不純物で
あるMnzO3により電気抵抗の増加、耐圧信頼性、周
波数特性等に問題が生じている。さらに、上記γ−M1
102を触媒として用いる場合にも、上記Mn2O3の
存在は好ましいものではない。
このため、水分をほとんど含まず熱力学的に安定なβ−
M n O2が注目されている。このβ−Mn02の製
法としては、通常は硝酸マンカン(Mn(NO3)2・
6H2o)を熱分解するという方法が知られており、例
えば固体電解コンデンサにおいては、クンタルTaやア
ルミニウムA1等のバルブ金属上にホウ酸、ホウ酸アン
モニウム、リン酸アンモニウム等の電解質溶液から陽極
酸化法により金属酸化物被膜を形成させて、さらにこの
上に硝酸マンカンを浸漬(ディッピング)やスプレーに
よる吹イ」け等の手段により付着し、熱分解してβ−M
n02層を形成している。
しかしながら、上述のような硝酸マンノノンの熱分解に
よって得られるβ−M n O2においてもM1]20
3 の混入はさけられず、このβ−M no 2の品質
を低下してしまっている。
さらに、上記硝酸マンガンは出発原料として大量に入手
することが難かしく価格も高いので、上記電解二酸化マ
ンカンや化学合成二酸化マンJyンを原料として用い、
これら原料を350〜450℃で熱処理しγ−M n 
02をβ−M n O2に相転移させる古いう方法も知
られているが、この方法においては上記熱処理温度が高
温であるために生成するβ−M n O2がさらに分解
し酸素を放出してM1]203の如き不純物を生成して
しまうという虞れがある。例えば電解二酸化マンガンを
350〜450℃で熱処理した生成物について本発明者
等が熱分析によりその組成を解析したところ、残存水分
が1.2〜1.8重量係、不純物が少なくとも7〜18
重量係存在することが判明した。
そこで、本発明は、上述の従来の方法の有する欠点を解
消するために提案されたものであり、安価で入手の容易
な電解二酸化マンガンや化学合成二酸化マンガンを原料
として高純度なβ−M II O2を得ることが可能な
β−MnOzの製法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記目的を達成せんものと鋭意検討の結
果、あらかじめ電解二酸化マンカンや化学合成二酸化マ
ンガンを高温で熱分解して三二酸化マンノjンに変換し
ておき、さらにこの三二酸化マンカンに硝酸を加えて熱
処理することにより純度の高いβ−MnOzが得られる
ことを見出し本発明を完成したものであって、電解二酸
化マンカンあるいは化学合成二酸化マンガンを熱分解す
ることによって得られる三二酸化マンカン(Mn203
)に硝酸を加えて少なくとも2回以上熱処理することを
特徴とするものである。
すなわち、本発明においては、先ず電解二酸化マンガン
や化学合成二酸化マンガンの如きr−M+102を出発
原料として準備し、このγ−MnO2をあらかじめ熱分
解し、酸素を放出させてMl+203に変えておく。
上記γ−M n O2の熱分解時の温度条件としては、
500〜800°Cであることが好ましい。上記熱分解
温度が800°Cを越えると、上記M+1203がさら
に酸素を放出してMn3O4となってし才い好ましくな
い。
次に、上記熱分解により得られるM11203に硝酸を
加えて2回以上熱処理を行なう。本発明者等の実験によ
ると、上記硝酸を加えた熱処理が1回であるとMn2O
3の酸化が不十分なものとなり、上記M n 203が
不純物として残存してしまうことが分かった。
上記硝酸による熱処理温度としては、170〜500℃
であることが好ましい。この熱処理温度が500℃を越
えると、生成するβ−M n O2がさらに分解し不純
物であるMn2O3を生ずる虞れがある。また、上記熱
処理時に加える硝酸の量としては、上記M112031
00 j! 当す13 ’jA定OJ)モ0:)を0.
4 m1以上、すなわち052グラム当量以上であるこ
とが好ましい。
上記硝酸を加えた熱処理を2回以上行なうことにより純
度の高いβ−M n O2が生成する。また、本発明に
よれば、1μm前後の粒径を有するβ−M+102が選
択的に製造されることが分かった。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお
、本発明がこれら実施例に限定されるものでないことは
言うまでもない。
実施例 市販の電解二酸化マンカン(東洋ソータ社製、r−rs
)を1時間当り50’C(7,)割合で650℃まで昇
温し熱分解した。上記電解二酸化マンカンの回折X線ス
ペクトルを第1図に、上記熱分解による回折X線スペク
トルを第2図にそれぞれ示す。この第1図より、上記電
解二酸化マンガンの回折X線スペクトルA S T M
 (The American 5ocietyfor
 Testing Materials )カード14
−644と一致し結晶性の悪いγ−M n 02である
ことが分かる。また、上記第2図より、上記熱分解によ
りr−M+102である電解二酸化マンカンがASTM
カード1tl−69に一致するM+1203単相に変換
されていることが分かる。
次に、上記熱分解による生成物であるMn20310.
9を磁製るっは中に取り、濃硝酸4 mlを加えて電気
炉中に入れた。そして、1時間当り12°Cの割合で2
80℃まで昇温して熱処理した。得られる生成物は、第
3図にその回折X線スペクトルを示すようにASTMカ
ード12−716に一致スルβ−M+102 トA S
 T Mカー1’1(1−69に一致するM+1203
の混相であることが分かり、上記M11203の酸化が
十分に進んでいないことが分かった。
そこで、上記生成物に再び濃硝酸4 mlを加え、電気
炉中で1時間当り12°Cの割合で280”Cまで昇温
しで2回目の熱処理を行なった。得られた生成物の回折
X線スペクトルを第4図に示す。この第4図より、上記
2回の熱処理により得られた生成物においては、Mn 
203に基づく回折線が消失しており、ASTMカード
12−716に一致するβ−M n O2が高純度で生
成していることが明らかである。
さらに、本実施例により得られた生成物を1分間当り1
0℃の割合で昇温し熱重量分析を行なった。結果を第5
図に示す。第5図中、aは本実施例による生成物の熱分
解曲線、bは市販の電解二酸化マンカン(γ−M+10
2 )の熱分解曲線、Cは市販の電解二酸化マンガン(
γ−M1102)を4゜OoCで20時間熱処理したも
のの熱分解曲線をそれぞれ示す。なお、この第5図にお
いて、縦軸は最終的に得られるM n 203の量から
逆算することによりめられるM n O2の理論量を1
00%としたときの相対重量を示す。すな4つも、本実
施例で得られる生成物においては、熱分解前(500’
C以下)での重量が理論量とよく一致し、不純物や水分
をほとんど含まないことが分かる。これに対し、市販の
電解二酸化マンガンは、昇温前は上記理論量を大幅に上
回り、昇温するに従って重量が減少して350〜500
℃付近では理論量を下回っている。これは、上記市販の
電解二酸化マンカンがかなりの量の水分を含んでおり、
これら水分を加熱により徐々に放出するとともにMn2
O3の如き不純物を含むことによると考えられる。また
、市販の電解二酸化マンガンを400°Cで20時間熱
処理したものにおいては、水分による重量の減少はほと
んど見られないが、熱分解前の重量が理論量を下回り、
不純物を含んでいることが分かる。
以上のX線回折や熱重量分析の結果より、本実施例にお
いては高純度のβ−M 1102が得られたことが明白
である。
また、得られた生成物を17000倍に拡大した走査型
電子顕微鏡写真を第6因及び第7図に示す。この第6図
及び第7図より、粒径が約042μ7nの粒子と約0,
7μηLの粒子が観察され、約0.7μmの粒子におい
ては結晶の成長面も見られる。
ところで、上記生成物の粒径は、電解二酸化マ分解温度
と得られるβ−M n 02のX線粒径を示す。
表 比較例 市販の電解二酸化マンガン(東洋ソータ社製、l−l5
)を400℃テ20時間熱処EI!シβM+102に相
転移させた。得られた生成物の回折X線スペクトルを第
8図に示す。この第8図より、上記生成物は、ASTM
カード12−716と一致するβ−M n O2である
が、各回折線がブロードなものとなって、結晶性が悪く
不純物等を含むものと考えられる。
さらに、上記生成物に濃硝酸4 mlを加え、1時間当
り12°Cの昇温速度で280°Cまで昇温して熱処理
を行なったが、得られる生成物の回折X線スペクトルに
変化はなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は市販の電解二酸化マンカンの回折X線スペクト
ル、第2図は電解二酸化マンガンを熱分解して得られる
M+1203の回折X線スペクトル、第3図はMn 2
03に硝酸を加えて1回熱処理したものの回折X線スペ
クトル、第4図は本発明を適用した実施例により得られ
るβ−M n 02の回折X線スペクトルをそれぞれ示
す図である。 第5図は本発明を適用した実施例により得られるβ−M
 n 02の熱分解曲線を市販の電解二酸化マンガンの
熱分解曲線と比較して示すグラフである。 第6図及び第7図は本発明を適用した実施例により得ら
れたβ−MnOzの粒子を写真で示す図であり、それぞ
れ拡大倍率17000倍の走査型電子顕微鏡写真である
。 第8図は、比較例で得られるβ−M1102の回折X線
スペクトルを示す図である。 特許出願人 ソニー株式会社 代理人 弁理士 小 池 晃 同 1) 村 榮 − 1に99 \\ 第7− 第8図 2θ(θ。邑枚剪り 手続補正書(自発) 昭和59年2月 6日 1、事件の表示 昭和58年 特 許 願第195040号2、発明の名
称 β−二酸化マンガンの製法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京部品用凶兆品用6丁目7番35号氏名 (2
+8)ソ ニ − 株 式 会 社(名称) 代表者 
大 賀 典 雄 4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門二丁目6番4号自発 6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄及び「図面の簡単な
説明」の欄 76補止の内容 (7−1) 明細書第7ページ第4行目にrloogJ とある記載
をri、’00gJと補正する。 (7−2) 明細書第8ページ第13行目にrASTMカード12−
7164とある記載をrASTMカード24−735J
 と補正する。 (7−3) 明細書第9ページ第4行目にrASTMカード12−7
16J とある記載をrASTMカード24−735J
 と捕jEする。 (7−4) 明細書第10ページtjS15行目にr17000倍」
とある記載をr20000倍」と補j[する。 (7−5) 明細書第12ページ第19行1]にr17000倍」と
ある記載をr20000倍」と補正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電解二酸化マンガンあるいは化学合成二酸化マンガンを
    熱分解することによって得られる三二酸化マンガン(M
    n2O3)に硝酸を加えて少なくとも2回以上熱処理す
    ることを特徴とするβ−二酸化マンガンの製法。
JP58195040A 1983-10-18 1983-10-18 β−二酸化マンガンの製法 Granted JPS6086030A (ja)

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JP58195040A JPS6086030A (ja) 1983-10-18 1983-10-18 β−二酸化マンガンの製法

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JPS6086030A true JPS6086030A (ja) 1985-05-15
JPH0587447B2 JPH0587447B2 (ja) 1993-12-16

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60166229A (ja) * 1984-02-04 1985-08-29 Sony Corp β−二酸化マンガンの製法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60166229A (ja) * 1984-02-04 1985-08-29 Sony Corp β−二酸化マンガンの製法

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JPH0587447B2 (ja) 1993-12-16

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