JPS6244586A - 電池用電解二酸化マンガンの製造方法 - Google Patents

電池用電解二酸化マンガンの製造方法

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JPS6244586A
JPS6244586A JP60180966A JP18096685A JPS6244586A JP S6244586 A JPS6244586 A JP S6244586A JP 60180966 A JP60180966 A JP 60180966A JP 18096685 A JP18096685 A JP 18096685A JP S6244586 A JPS6244586 A JP S6244586A
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JP
Japan
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powder
manganese
manganese dioxide
positive electrode
negative electrode
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JP60180966A
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English (en)
Inventor
Kojiro Miyasaka
宮坂 幸次郎
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FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は各種電池の正極活物質として用いられている電
解二酸化マンガンを製造する方法に関し、更に詳しくは
、放電利用率及び電気化学的反応性のいずれにも優れた
電解二酸化マンガンの製造方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 各種電池の正極活物質として二酸化マンガンの粉末が汎
用されている。この電池用二酸化マンガンは大別して次
の2つの方法で製造されている。
第1の方法は化学的方法で、例えば、MnCu2゜Mn
(NO3)2. MnSO4,MnCO3のような−y
7ガ7442やMn2O3,Mn3O4のような低級マ
ンガン酸化物を熱分解したり又はHClO4のような酸
化剤で酸化、)+2SO4のような酸で酸処理する方法
である。この方法で製造された二酸化マンガンは化学マ
ンガン(ケミカルマンガン、 CHD)と呼ばれている
他の方法は電気化学的方法で、例えば、MnSO4。
MnCJJ2のようなマンガン塩の水溶液を、正極にチ
タン、鉛、炭素のいずれかを用い負極に鉛、炭素を用い
た電解槽で直流電解し、正極上に二酸化マンガンを析出
せしめる方法である。この方法で製造された二酸化マン
ガンは電解二酸化マンヵン(電層、 END)と呼ばれ
ている。この電解二酸化マンガンの製造時における電解
例としては、正極にチタン、負極に炭素を用い、MnS
O40,5〜1.2モル/見、H2SO40,5〜1.
0モル/交から成る電解液を、電解温度88〜98℃、
 M、t&密度0.7〜1.2A/di2で直流電解す
る方法があげられる。
現在、通常の乾電池などの活物質には」−記した方法で
製造された二酸化マンガンが使用されている。しかしな
がら、最近では、電池性能の一層の向−1−に対する要
望が強く、更に高性億の二酸化マンガンの出現が求めら
れている。とくに、小型のボタン型電池においては、限
られた小Rにのものであっても、その放電容量は大でか
つ大電流を取り出すことができる電池の開発が進められ
ており、そのための高性能二酸化マンガンへの必要性は
極めて大きい。
そのような二酸化マンガンに求められる性能は、放電利
用率が大きく、かつ電気化学的反応性に優れることであ
る。しかしながら、この両者の性能を一層高い水準で兼
備する二酸化マンガンは未だ製造されていないのが現状
である。
[発明の目的] 本発明は、従来から知られている電池用二酸化マンガン
よりもその性能が格段に優れている電解二酸化マンガン
を製造する方法の提供を目的とする。
[発明の概要] 本発明者は上記目的を達成するために、電解二酸化マン
ガンの製造に関し鋭意研究を重ねた結果、電解液に後述
の導電性セラミックス粉末を添加し分散せしめた状態で
直流電解すると、その理由は明確ではないが、放電利用
率が大きく高密度なペレットに成形することができ、か
つ電気化学的反応性も良好な二酸化マンガンが得られる
との事実を見出し、本発明方法を開発するに到った。
すなわち、本発明の電池用電解二酸化マンガンの製造方
法は、導電性セラミックス粉末が分散しているマンガン
塩水溶液を電気分解することを特徴とする。
本発明の電解操作は次のようにして行なわれる。まず、
用いる電解槽は、槽中央に例えばアクリル酸をグラフト
重合せしめたテフロン11Qのようなセパレータを介し
て正極室と負極室とに両分されている。これは電解液の
電子伝導による短絡を防止するためである。セパレータ
は電解液にたいしては透過性であるが、しかし後述する
導電性セラミックス粉末を通過させることはない。正極
室には、チタン、鉛、炭素などから成る正極が配設され
、負極室には鉛、炭素などから成る負極が配設される。
正極室には所定濃度のマンガン塩水溶液に所定量の導電
性セラミックス粉末が添加された電解液が注入され、か
つクローズドに循環される。また、負極室には、正極室
に循環させているマンガン1社水溶液と同じ組成、同じ
濃度のマンガン塩水溶液のみが注入され循環される。正
極室内を循環する電解液中の導電性セラミックス粉末が
沈降することを防ぐために、正極室内の電解液には、例
えば超音波振動を付与して該粉末を均一に分散せしめる
。適用する超音波の振動数は、用いる導電性セラミック
ス粉末の粒径、比重、添加量などによって可変的となら
ざるを得ないが、通常、100〜1000Hzの範囲内
にあればよい。
また、電解が進行するにつれて、正極室、負極室を問わ
ずマンガン1社水溶液のマンガン濃度及びp’Hが変化
するので、それを補正するために、各室には常時所定濃
度のマンガン塩水溶液が循環補給される。そのとき、正
極室では添加した導電性セラミックス粉末も減少するの
で、それもまた補正されて該粉末の分散量は常時一定値
を保つように管理される。
このような条件において、まず、電解液であるマンガン
塩水溶液は、各種のマンガン塩を水に溶解して調製され
る。用いるマンガン塩としては、硝酩マンガン(II 
)のような硝酸塩及びその含水塩;硫酸第一マンガン(
II)、硫酸第二マンガン(■)、硫酸マンガン(rV
)のような硫酸塩及びそれらの含水塩;塩化マンガン(
II)、ffl化マンガン(■)、塩化マンガン(17
)のような塩化物;炭酸マンガン(II )のような炭
酸塩及びその含水塩:酢酸マンガン(II)、酢酸マン
ガン(m)のような酢酸塩及びその含水塩;をあげるこ
とができる。
これらマンガン塩のうち、硫酸塩は好適なものである。
他のものは、電解時に塩素、亜硝酸などの有害ガスが発
生すると同時に電解効率も低くなり実用性に欠ける傾向
が大きいからである。
このマンガン塩水溶液におけるマンガン濃度は格別限定
されるわけではないが、電着物の品位及び物性、電解効
率などを勘案すると 0.5〜1.2モル/交の濃度で
あることが好ましい。
正極室側のマンガン塩水溶液に分散せしめる導電性セラ
ミックスとしては、TaN (電気抵抗率 1.4X 
10″4Ωcm、比重14)、 TaC(電気抵抗率l
Xl0−’〜−5Ωcm、比重14.5)、 We(電
気抵抗率lXl0−6Ωcm、比重15.8)、 Ti
N (TF、気抵抗率2X10−5Ωcm、比重5.4
)、 TiC(電気抵抗率IX 10−Ωcm、比重4
.8)、 ZrN(電気抵抗率 1.3X10−5Ωc
m、比重?)、 VN (電気抵抗率8.5XlO−5
Ωcm。
比重8)、 NbN(電気抵抗率2X 104Ωcm、
比重7)のような導電性を有するものであれば基本的に
何であってもよいが、実際問題としては、マンガン塩水
溶液に均一分散せしめる関係からすると、比重が8以上
のものは分散が困難で沈降し易いので、比重 4〜7程
度のものが好適である。具体的には、TiN、 TiC
、 ZrN、 VN、 NbNなどをあげることができ
る。これらは、それぞれ単独で又は2種以上を適宜に混
合して用いることができる。
これらセラミックスの粉末は、例えば気相反応法によっ
て容易に製造することができる。例えば、 TiN粉末
は、二塩化チタン、窒素、水素から次の反応:  Ti
C立2+繕N2+2)12→TiN+ 4HC文に基づ
いて製造することができる。この気相反応法においては
、反応圧9反応部度等の条件によって粒径が変化するの
で、これら条件を適宜選定すれば所望する粒径の粉末を
得ることができる。
用いる粉末は、その平均粒径が0.1〜1.0戸である
ことが好ましい、平均粒径0.1未満のものはその合成
が困難であり、また 1.0−より大きl/)ものは、
マンガン塩水溶液への均一分散が困難となるからである
正極室側のマンガン塩水溶液への導電性セラミックス粉
末の添加量は、用いたマンガン塩水溶液中のマンガン濃
度によっても変化するが、概ねマンガン塩水溶液1立に
たいし5〜30g程度であることが好ましい。
添加量が5g/41未満の場合には、得られた電解二酸
化マンガンの放電利用率及び電気化学的反応性が格別向
上するわけではなく、また5g/lを超える場合は、得
られた電解二酸化マンガン中の二酸化マンガンの相対酌
量が減少して放電利用率及び電気化学的反応性はいずれ
も飽和状態に達するのみならず、そもそも、マンガン塩
水溶液への均一分散が極めて困難になる。
両室の液温を88〜98℃に保持し、電流密度0.7〜
1.2 A/da2の条件下で電解すれば、正極の上に
は本発明にかかる電解二酸化マンガンが析出する。
この析出物を正極から剥離し、これを常法のように粉砕
、中和、乾燥したのち所定粒径の微粉に微粉砕すれば、
本発明の電解二酸化マンガンが得られる。
[発明の実施例〕 実施例1 テフロン膜で正極室と負極室に両分されている電解槽の
正極室に、硫酸マンガンの濃度0.8モル/見、硫酸濃
度0.5モル/交のマンガン塩水溶液5見にTi850
gが添加されている電解液をいれ、 1000Hzの超
音波を印加してTiNを均一に分散せしめつつ全体を流
10.11 /minで循環した。
TiNの添加量はマンガン水溶液1立邑りIOgの量で
ある。
負極室にはTiNが添加されていない上記マンガン塩水
溶液5文をいれ、これも同じく流量0.1l/ff1i
nで循環させた。
正極にチタン板を負極に炭素体を用い、両室の液温を9
1〜93℃ (電解液の蒸発を防ぐために液面には薄膜
状にパラフィンワックスを浮かせた)に保持し、電流密
度IA/dQ+2で110間電解した。この過程で、電
解液は、両室とも上記したものをそれぞれ補給し続け1
両室の電解流量及びTiNの量は常蒔それぞれ51 、
 IOg/lであった。チタン板の上には二酸化マンガ
ンが析出した。
これをチタン板から剥落せしめ、得られた二酸化マンガ
ンを常法にしたがって、まず温水で洗浄し乾燥後51角
に粗砕し、更に希NaOH水溶液で中和してから再び温
水洗浄した。乾燥後、目開き75戸の篩を通るような粒
径に微粉砕した。約1000gの二酸化マンガン微粉末
が得られた。TiNの含右埴は2重Y%であった。
この電解二酸化マンガン90重μ部と黒鉛粉末10屯量
部とを混合し、得られた混合粉末から直径10.8mm
厚み2.2mm重HO,52gのベレットを成形した。
このペレットを正極合剤として、LR44型電池(ボタ
ン形アルカリマンガン電池)50個を組立てた。
各電池に6.5にΩの負荷を接続し、20℃の温度で1
.2Vまで連続放電してその持続時間を測定した。
その測定値から用いた電解二酸化マンガンの放電電気容
量と放電利用率を算出すると同時に、放゛尼開始から2
00時間後の端子電圧を測定した。その結果を平均値と
して表に示した。
比較のために、市販の電解二酸化マンガンを用いた場合
の同種電池のデータも表に併記した。
実施例2 TiNがZrNであったことを除いては実施例1と同様
にして電解二酸化マンガンを製造し、それを用いたLR
44型電池の放′Iヒ4.シ性を測定した。その結果を
同じ表に示した。
実施例3 TiNがVNであったことを除いては実施例1と同様に
して電解二酸化マンガンを製造し、それを用いたLR4
4型電池の放電特性を測定した。その結果を同じ表に示
した。
実施例4 TiNがNbNであったことを除いては実施例1と同様
にして電解二酸化マンガンを製造し、それを用いたLR
44型電池の放電特性を測定した。その結果を同じ表に
示した。
実施例5 TiNがTiCであったことを除いては実施例1と同様
にして電解二酸化マンガンを製造し、それを用いたLR
44型電池の放電特性を測定した。その結果を同じ表に
示した。
実施例6 実施例1において、TiNの添加量を15〜300g(
マンガン塩水溶液 1立当り 3〜60g)に変化させ
たことを除いては、実施例1と同様にして電解二醇化マ
ンガンを製造した。これらを用いて実施例1と同様なL
R44型ボタン電池を製作し、その放電電気容州、放′
1ヒ利用率とTiNの添加量との関係を調べその結果を
図に示した。図中、+印は電池に6.5にΩの負荷を持
続し、20°Cの温度で1.2vまで連続放電したとき
の持続時間から求めた放電電気容量を表わし、−×−は
負荷抵抗および温度と終止電圧(1,2V)までの持続
時間から求めた放″rti電気容量を理論放電電気容量
で除して求めた放電利用率を表わす。
以上の説明で明らかなように、本発明方法によって得ら
れた電解二酸化マンガンは、従来重版のものに比べ、放
電利用率が大きく、優れた放電特性の電池を提供するこ
とができその工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
図は、マンガン塩水溶液に添加するTiNの量と、得ら
れた電解二酸化マンガンの放電利用率及びそれを組込ん
だ電池の放電持続時間との関係図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、導電性セラミックス粉末が分散しているマンガン塩
    水溶液を電気分解することを特徴とする電池用電解二酸
    化マンガンの製造方法。 2、該導電性セラミックス粉末が、TiN、ZrN、V
    N、NbN、TiCの群から選ばれる少なくとも1種の
    粉末である特許請求の範囲第1項記載の電池用電解二酸
    化マンガンの製造方法。 3、該導電性セラミックス粉末の分散量が、該マンガン
    塩水溶液1l当り5〜30gである特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の電池用電解二酸化マンガンの製造方
    法。
JP60180966A 1985-08-20 1985-08-20 電池用電解二酸化マンガンの製造方法 Pending JPS6244586A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002056803A (ja) * 2000-07-31 2002-02-22 Agilent Technol Inc 反応性試料のための電離箱
JP2007141643A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Hitachi Maxell Ltd アルカリ電池
JP2013538936A (ja) * 2010-07-15 2013-10-17 広西有色金属集団▲ふい▼元▲めん▼業有限公司 無水銀アルカリマンガン型電解二酸化マンガンの製造法

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