POLVO DE DIOXIDO DE MANGANESO ELECTROLÍTICO Y PROCESO PARA PRODUCIRLO.

Un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tiene un diámetro máximo de partícula menor o igual a 100 μ

m, un contenido de partículas menores o iguales a 1 μm por debajo del 15% en número, y un diámetro medio de entre 20 y 60 μm, y que tiene un potencial de 285 mV o superior en términos del potencial de una suspensión del polvo en una solución acuosa de KOH al 40%, medido empleando como base un electrodo de referencia de mercurio/óxido de mercurio

Polvo de dióxido de manganeso electrolítico y proceso para producirlo.

La presente invención se refiere a un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tiene propiedades específicas y es apropiado para usarlo como un material activo de un electrodo positivo, en, por ejemplo, pilas secas de manganeso, en particular pilas secas alcalinas de manganeso. La invención además se refiere a un proceso de producción del polvo.

Los polvos de dióxido de manganeso electrolítico se conocen como material activo de electrodo positivo de, por ejemplo, pilas secas de manganeso o pilas secas alcalinas de manganeso, y tienen las ventajas de una excelente estabilidad de almacenamiento y su precio asequible.

En particular, las pilas secas alcalinas de manganeso que emplean un polvo de dióxido de manganeso electrolítico como material activo de electrodo positivo, tienen excelentes características de descarga para usos de gran descarga. Por ello, estas pilas secas se usan extensivamente en aplicaciones que van desde cámaras electrónicas, grabadores de cinta portátiles, y aparatos portátiles de información hasta máquinas de juegos y juguetes, y existe una demanda de éstos que crece velozmente. Sin embargo, las pilas secas alcalinas de manganeso tienen una desventaja, que cuando la corriente de descarga aumenta, la cantidad de polvo de dióxido de manganeso electrolítico que puede utilizarse como material activo de electrodo positivo decrece, y la tensión de descarga baja, lo que da como resultado una capacidad de descarga considerablemente reducida. En otras palabras, las pilas secas alcalinas de manganeso tienen una desventaja, que cuando las pilas se emplean en aparatos que funcionan a alta corriente, el dióxido de manganeso electrolítico empaquetado como un material activo del electrodo positivo no se utiliza suficientemente, lo que da como resultado un tiempo de operación reducido.

El medio más eficaz para vencer la desventaja descrita anteriormente es emplear un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tenga un potencial más alto en términos del potencial de una suspensión del mismo en una solución acuosa al 40% de KOH, medido usando como base un electrodo de referencia de mercurio/óxido de mercurio (denominado, en lo sucesivo en este documento, "potencial alcalino") a fin de aumentar la tensión de descarga de la pila, como se describe en el documento EP 0 751 241, por ejemplo. Cuanto más alto sea el potencial alcalino del dióxido de manganeso electrolítico, más puede prolongarse el periodo de tiempo en el que una tensión de descarga admisible puede mantenerse en uso real. Además, empaquetando un polvo de dióxido de manganeso electrolítico en una pila en cantidad suficiente, puede incrementarse la capacidad sustancial de la pila y, por ende, puede prolongarse el periodo de tiempo en el que una tensión de descarga admisible puede mantenerse en uso real. Concretamente, los polvos de dióxido de manganeso electrolítico, especialmente los empleados en pilas secas alcalinas de manganeso, necesitan tener un potencial alcalino suficientemente alto o ambos un potencial alcalino alto y una alta capacidad de empaquetado.

Sin embargo, los polvos de dióxido de manganeso electrolítico convencionales poseen un potencial alcalino insuficiente y ha sido difícil alcanzar una capacidad de empaquetado alta.

Por ejemplo, el potencial de los polvos de dióxido de manganeso electrolítico convencionales en un electrolito alcalino es 250 mV, medido empleando como base un electrodo de referencia de mercurio/óxido de mercurio. Este valor de potencial corresponde a una tensión de 1,55 V en el caso de pilas secas alcalinas de manganeso que emplean el metal cinc como material activo del electrodo negativo. Cuando una corriente de 1 A se extrae de dicha pila seca alcalina de manganeso, la tensión de la pila decrece entre 350 mV y 1,20 V. Puesto que la tensión mínima requerida por una pila seca alcalina de manganeso para hacer funcionar un instrumento es generalmente de 0,9 V, la amplitud de la tensión de descarga utilizable es aproximadamente 300 mV como máximo, en un intervalo de aproximadamente 1,20 V a 0,9 V, ya que el potencial del polvo de dióxido de manganeso electrolítico en un electrolito alcalino es de 250 mV como máximo.

Especialmente para usarlo como material activo de electrodo positivo de una pila seca alcalina de manganeso, se compacta un polvo de dióxido de manganeso electrolítico en forma de disco o anillo, y este comprimido de polvo se emplea como electrodo positivo de la pila.

Cuando este comprimido de polvo tiene una densidad alta ρ, el polvo de dióxido de manganeso electrolítico puede empaquetarse en mayor cantidad en la pila, para incrementar de este modo la capacidad de la pila. Sin embargo, los comprimidos de polvo se formaron a partir de polvos convencionales de dióxido de manganeso electrolítico, compactando 5 g de polvo a una presión de 3 toneladas para dar un disco que tenía un diámetro de 2 cm y una densidad ρ de 3,2 g/cm³ como máximo. Concretamente, los polvos convencionales tienen la desventaja de capacidad de empaquetado insuficiente.

Además, el polvo de dióxido de manganeso electrolítico descrito en la Publicación Internacional PCT WO 00/37714 (Karr Mcgee, EE.UU.) tiene las siguientes y otras desventajas. Puesto que este polvo se produce a través de electrólisis de baja densidad de corriente, posee una constitución particular tal que el contenido en partículas no menores de 74 μm, en términos de diámetro de partícula, es tan alto como un 9%. La presencia de dichas partículas gruesas da como resultado un coeficiente de uso reducido durante la descarga a alta corriente. Es más, el polvo necesita una presión de compactación de 4,5 toneladas para obtener la densidad de empaquetado necesaria, de modo que la impregnación de la mezcla resultante del electrodo positivo con agua, que se necesita para descargar desde el polvo de dióxido de manganeso electrolítico, es insuficiente y, por tanto, no puede obtenerse un coeficiente de uso suficiente. Además, el polvo convencional tiene una productividad pobre ya que la electrólisis se realiza a una densidad de corriente baja.

Un objeto de la invención es proporcionar un polvo de dióxido de manganeso electrolítico especialmente adecuado para el uso como material activo de electrodo positivo de una pila seca alcalina de manganeso, y que tenga un potencial alcalino alto en un electrolito alcalino, o que tenga un potencial alto en un electrolito alcalino y una alta capacidad de empaquetado.

Otro objeto de la invención es proporcionar un proceso para producir el polvo.

Estos objetos se han alcanzado gracias al sorprendente descubrimiento de un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tiene un alto potencial en un electrolito alcalino o un alto potencial en un electrolito alcalino y una alta capacidad de empaquetado. Además, se ha completado un proceso para producir este polvo de dióxido de manganeso electrolítico como resultado de las investigaciones en las condiciones de la electrólisis para la producción de dióxido de manganeso electrolítico, es decir, temperatura de la electrólisis y concentración del electrolito.

La invención proporciona un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tiene un alto potencial en un electrolito alcalino o que tiene un alto potencial en un electrolito alcalino y una alta capacidad de empaquetado. Específicamente, la invención proporciona un polvo de dióxido de manganeso electrolítico, que tiene un diámetro de partícula máximo de 100 μm o inferior, un contenido de partículas con un diámetro de 1 μm y menor del 15% en número, y un diámetro medio de entre 20 y 60 μm, y que tiene un potencial de 285 mV o superior en términos del potencial de una suspensión del polvo en una solución acuosa de KOH al 40%, medido usando como base un electrodo de referencia de mercurio/óxido de mercurio. Este polvo de dióxido de manganeso electrolítico es preferiblemente uno que, compactado a una presión de 3 ton/cm², da un comprimido que tiene una densidad (ρ) en el intervalo 3,20≤qρ≤q3,35.

La invención además proporciona un proceso para producir el polvo de dióxido de manganeso electrolítico, que comprende la preparación de una solución acuosa de sulfato de manganeso y ácido sulfúrico, que tiene una concentración de manganeso bivalente de entre 35 y 60 g/l, una concentración de ácido sulfúrico de entre 35 y 60 g/l, y una temperatura de 90ºC o superior, empleando la solución acuosa como... [Seguir leyendo]

1. Un polvo de dióxido de manganeso electrolítico que tiene un diámetro máximo de partícula menor o igual a 100 μm, un contenido de partículas menores o iguales a 1 μm por debajo del 15% en número, y un diámetro medio de entre 20 y 60 μm, y que tiene un potencial de 285 mV o superior en términos del potencial de una suspensión del polvo en una solución acuosa de KOH al 40%, medido empleando como base un electrodo de referencia de mercurio/óxido de mercurio.

2. El polvo de dióxido de manganeso electrolítico de la reivindicación 1, en el que el contenido de partículas menores o iguales a 1 μm es menor del 10% en número.

3. El polvo de dióxido de manganeso electrolítico de las reivindicación 1 o 2, en el que la proporción de partículas que tienen un diámetro de partícula mayor o igual a 74 μm es del 4,5% en peso o menor.

4. El polvo de dióxido de manganeso electrolítico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que cuando se compacta a una presión de 3 ton/cm², da un comprimido que tiene una densidad (ρ) en el intervalo 3,20≤qρ≤q3,35.

5. El polvo de dióxido de manganeso electrolítico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que tiene un potencial de 300 mV o superior.

6. Un proceso para producir el polvo de dióxido de manganeso electrolítico de la reivindicación 1, que comprende preparar un electrolito que tiene una concentración de manganeso bivalente de entre 35 y 60 g/l, una concentración de ácido sulfúrico de entre 35 y 60 g/l, y una temperatura de 90ºC o superior, electrolizar el electrolito a una densidad de corriente de entre 70 y 100 A/m² para depositar electrolíticamente el dióxido de manganeso sobre el ánodo, retirar el depósito de dióxido de manganeso electrolítico del ánodo, pulverizar las masas sólidas de dióxido de manganeso electrolítico resultantes, y clasificar después las partículas resultantes.