JP2007055887A - Manganese dioxide, method and apparatus for producing the same, and battery active material manufactured by using the same and battery prepared using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manganese dioxide product that improves discharge characteristics and the long time reliability of a battery. <P>SOLUTION: The manganese dioxide comprises single crystal particles having a β-type crystal structure. The manganese dioxide can be produced by a producing method including a process in which an aqueous solution containing manganese ions is converted into a subcritical or supercritical state, to thereby deposit the manganese dioxide. The aqueous solution containing manganese ions is mixed with the water in a subcritical or supercritical state at the end portion of the entrance side of a reaction tube. The inside wall portion of the reaction tube is made of an insulating inorganic material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、二酸化マンガン、その製造方法および製造装置、それを用いて作製される電池用活物質、ならびにそれを用いる電池に関する。   The present invention relates to manganese dioxide, a production method and production apparatus thereof, a battery active material produced using the same, and a battery using the same.

二酸化マンガンは資源的に豊富であり、安価であることから、電池用正極活物質として広く用いられている。例えば、二酸化マンガンは、負極に亜鉛を用いたマンガン電池またはアルカリ電池、あるいは負極にリチウム金属を用いたリチウム電池などの正極に用いられている。特に、リチウム電池は優れた保存特性を有することから、主電源として用いられているだけでなく、バックアップ電源としても広く用いられている。   Since manganese dioxide is abundant in resources and inexpensive, it is widely used as a positive electrode active material for batteries. For example, manganese dioxide is used for positive electrodes such as manganese batteries or alkaline batteries using zinc as a negative electrode, or lithium batteries using lithium metal as a negative electrode. In particular, since lithium batteries have excellent storage characteristics, they are not only used as a main power source but also widely used as a backup power source.

従来、電池用二酸化マンガンの製造方法としては、硫酸水溶液などの酸性水溶液にマンガン鉱物を溶解し、その溶液を電気分解する電解法が用いられている(特許文献1参照)。電解法により、数十μmの二次粒子が得られることが報告されている。
特開平6−150914号公報
Conventionally, as a method for producing manganese dioxide for batteries, an electrolytic method in which a manganese mineral is dissolved in an acidic aqueous solution such as an aqueous sulfuric acid solution and the solution is electrolyzed is used (see Patent Document 1). It has been reported that secondary particles of several tens of μm can be obtained by the electrolytic method.
JP-A-6-150914

近年の電子機器のポータブル化および多機能化に伴い、放電特性および長期信頼性の向上など、電池に対するさらなる高性能化が求められている。しかしながら、電解法または固相法により得られる従来の二酸化マンガンでは、上記要望に対して必ずしも十分に応えられているとはいえない。例えば、電解法で得られる二酸化マンガンは多結晶構造をしており、結晶欠陥および/または結晶粒界が存在する。このため、水素イオン、リチウムイオンなどが、二酸化マンガン固相内を拡散するのが妨げられ、電池の放電特性が低下すると考えられる。   As electronic devices have become more portable and multifunctional in recent years, there has been a demand for higher performance of batteries, such as improved discharge characteristics and long-term reliability. However, it cannot be said that conventional manganese dioxide obtained by an electrolytic method or a solid phase method sufficiently satisfies the above demand. For example, manganese dioxide obtained by the electrolytic method has a polycrystalline structure, and crystal defects and / or grain boundaries exist. For this reason, it is considered that hydrogen ions, lithium ions and the like are prevented from diffusing in the manganese dioxide solid phase, and the discharge characteristics of the battery are deteriorated.

正極活物質の粒子サイズは、電池の放電特性に影響を与えると考えられている。電解法または固相法で得られる二酸化マンガンは、平均粒子径が数十μmと大きいため、水素イオンおよびリチウムイオンの二酸化マンガン内での移動距離が長い。このため、例えば、粉砕により、二酸化マンガンを微細化すれば、放電特性の向上が期待できる。しかし、微細化によっても、平均粒子径を1μm程度にしかできない。さらに、この微細化は、高コスト化の原因ともなる。   The particle size of the positive electrode active material is considered to affect the discharge characteristics of the battery. Manganese dioxide obtained by the electrolytic method or the solid phase method has a large average particle diameter of several tens of μm, and thus the movement distance of hydrogen ions and lithium ions in manganese dioxide is long. For this reason, for example, if the manganese dioxide is refined by pulverization, an improvement in discharge characteristics can be expected. However, the average particle size can only be reduced to about 1 μm by miniaturization. Furthermore, this miniaturization also causes an increase in cost.

例えば、ゾル−ゲル法または噴霧熱分解法を用いることにより、粒子径が1μm以下の微粒子を作製することは可能である。しかしながら、これらの方法は、工程が複雑であることや二酸化マンガンの合成に時間を要することから、これらの方法を用いて二酸化マンガンを量産化することは困難であると考えられる。   For example, it is possible to produce fine particles having a particle size of 1 μm or less by using a sol-gel method or a spray pyrolysis method. However, since these processes are complicated and it takes time to synthesize manganese dioxide, it is considered difficult to mass-produce manganese dioxide using these methods.

そこで、本発明は、電池の放電特性や長期信頼性を向上させることができる二酸化マンガン、その製造方法およびその装置、それを用いて作製される電池用活物質、ならびにそれを用いる電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides manganese dioxide that can improve the discharge characteristics and long-term reliability of a battery, a method and apparatus for producing the same, an active material for a battery produced using the same, and a battery using the same. For the purpose.

本発明は、β型の結晶構造を有する単結晶粒子を含む二酸化マンガンに関する。二酸化マンガンの単結晶粒子の平均粒子径は、0.1μm以上1μm以下であることが好ましい。その単結晶粒子は針状の粒子形状を有することが好ましい。また、上記二酸化マンガンは、β型の結晶構造を有する単結晶粒子を70重量%以上含むことが好ましい。ここで、単結晶粒子の平均粒子径とは、二酸化マンガン単結晶粒子の最大幅の平均値をいう。例えば、針状の粒子の場合、単結晶粒子の平均粒子径とは、結晶の成長方向(長さ方向)における単結晶粒子の長さの平均値をいう。   The present invention relates to manganese dioxide containing single crystal particles having a β-type crystal structure. The average particle size of the single crystal particles of manganese dioxide is preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less. The single crystal particles preferably have a needle-like particle shape. The manganese dioxide preferably contains 70% by weight or more of single crystal particles having a β-type crystal structure. Here, the average particle diameter of the single crystal particles refers to the average value of the maximum width of the manganese dioxide single crystal particles. For example, in the case of acicular particles, the average particle diameter of single crystal particles refers to the average value of the lengths of single crystal particles in the crystal growth direction (length direction).

また、本発明は、上記二酸化マンガンの製造方法に関する。この製造方法は、マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態または超臨界状態として、二酸化マンガンを析出させる工程を含む。   Moreover, this invention relates to the manufacturing method of the said manganese dioxide. This manufacturing method includes a step of depositing manganese dioxide in an aqueous solution containing manganese ions in a subcritical state or a supercritical state.

上記製造法方法において、マンガンイオンを含む水溶液を、300℃/sec以上の昇温速度で加熱して、亜臨界状態または超臨界状態とすることが好ましい。このとき、マンガンイオンを含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態の水と直接混合することにより、マンガンイオンを含む水溶液を300℃/sec以上の昇温速度で加熱することがさらに好ましい。   In the above production method, the aqueous solution containing manganese ions is preferably heated to a subcritical state or a supercritical state by heating at a temperature rising rate of 300 ° C./sec or more. At this time, it is more preferable to heat the aqueous solution containing manganese ions at a heating rate of 300 ° C./sec or more by directly mixing the aqueous solution containing manganese ions with water in a subcritical state or a supercritical state.

上記製造方法において、マンガンイオンを含む水溶液には、酸化剤が溶解されており、酸化剤は、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素および硝酸イオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。   In the above production method, an oxidizing agent is dissolved in the aqueous solution containing manganese ions, and the oxidizing agent preferably contains at least one selected from the group consisting of oxygen gas, ozone gas, hydrogen peroxide, and nitrate ions. .

マンガンイオンを含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態の水と直接混合する場合、亜臨界状態または超臨界状態の水には、酸化剤が溶解されていてもよい。酸化剤としては、上記と同様のものを用いることができる。   When an aqueous solution containing manganese ions is directly mixed with subcritical or supercritical water, an oxidizing agent may be dissolved in the subcritical or supercritical water. As the oxidizing agent, the same ones as described above can be used.

また、本発明は、上記二酸化マンガンの製造装置に関する。この装置は、反応管と、反応管の入口側に接続され、反応管にマンガンイオンを含む水溶液を供給する第1管と、反応管の入口側に接続され、反応管に亜臨界状態または超臨界状態の水を供給する第2管と、反応管の出口側に設けられた二酸化マンガンの回収手段を備える。マンガンイオンを含む水溶液と亜臨界状態または超臨界状態の水とは、反応管の入口側の端部において混合される。反応管の内壁部分は、絶縁性無機材料からなる。絶縁性無機材料は、石英またはアルミナであることが好ましい。   Moreover, this invention relates to the manufacturing apparatus of the said manganese dioxide. This apparatus is connected to a reaction tube, a first tube connected to an inlet side of the reaction tube, supplying an aqueous solution containing manganese ions to the reaction tube, and connected to an inlet side of the reaction tube. A second pipe for supplying water in a critical state and a manganese dioxide recovery means provided on the outlet side of the reaction pipe are provided. The aqueous solution containing manganese ions and the water in the subcritical state or the supercritical state are mixed at the end on the inlet side of the reaction tube. The inner wall portion of the reaction tube is made of an insulating inorganic material. The insulating inorganic material is preferably quartz or alumina.

また、本発明は、上記二酸化マンガンとリチウム化合物とを熱焼成して合成される電池用正極活物質に関する。なお、上記二酸化マンガンも、正極活物質として用いることができる。   Moreover, this invention relates to the positive electrode active material for batteries synthesize | combined by heat-firing the said manganese dioxide and a lithium compound. In addition, the said manganese dioxide can also be used as a positive electrode active material.

また、本発明は、上記二酸化マンガンまたは上記電池用正極活物質を含む正極、負極、セパレータおよび電解液を含む電池に関する。   Moreover, this invention relates to the battery containing the positive electrode containing the said manganese dioxide or the said positive electrode active material for batteries, a negative electrode, a separator, and electrolyte solution.

本発明の二酸化マンガンを電池用活物質として用いることにより、電池の放電特性や長期信頼性を向上させることが可能となる。同様に、本発明の二酸化マンガンを出発物質として合成した活物質を用いた場合にも、電池の放電特性や長期信頼性を向上させることができる。   By using the manganese dioxide of the present invention as a battery active material, it becomes possible to improve the discharge characteristics and long-term reliability of the battery. Similarly, when an active material synthesized using the manganese dioxide of the present invention as a starting material is used, the discharge characteristics and long-term reliability of the battery can be improved.

本発明の二酸化マンガンは、β型の結晶構造を有する単結晶粒子を含む。このような二酸化マンガンを電池用正極活物質に用いることにより、電池の放電特性や長期信頼性を向上させることが可能となる。
すなわち、従来の多結晶構造の二酸化マンガンには、結晶欠陥や結晶粒界が存在し、それらの結晶欠陥や結晶粒界は、水素イオンおよびリチウムイオンなどが活物質粒子内を拡散することを妨げる。しかしながら、本発明の二酸化マンガンは、上記のように単結晶であり、結晶欠陥等がほとんど含まれない粒子を主に含むため、従来の多結晶構造の二酸化マンガンよりも放電特性を向上させることができる。つまり、本発明の二酸化マンガンを用いることにより、例えば、放電途中における電池の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
The manganese dioxide of the present invention includes single crystal particles having a β-type crystal structure. By using such manganese dioxide as the positive electrode active material for a battery, it becomes possible to improve the discharge characteristics and long-term reliability of the battery.
That is, conventional polycrystalline manganese dioxide has crystal defects and crystal grain boundaries, and these crystal defects and crystal grain boundaries prevent hydrogen ions and lithium ions from diffusing in the active material particles. . However, the manganese dioxide of the present invention is a single crystal as described above, and mainly contains particles containing almost no crystal defects, so that the discharge characteristics can be improved as compared with conventional manganese dioxide having a polycrystalline structure. it can. That is, by using the manganese dioxide of the present invention, for example, an increase in the internal resistance of the battery during discharge can be suppressed.

本発明の二酸化マンガンは、低級酸化物、酸成分および結晶水などの不純物等をほとんど含まないため、保存時においても、二酸化マンガンからマンガンイオンが溶出しにくい。さらに、本発明の二酸化マンガンは、単結晶粒子を主として含むため、粒界における腐食等が抑制され、また、表面エネルギーが低い。このため、従来の多結晶構造の粒子から主に構成される二酸化マンガンと比較して安定となり、分解しにくい。よって、長期信頼性を向上させることが可能となる。   Manganese dioxide of the present invention does not substantially contain impurities such as lower oxides, acid components and crystal water, so that manganese ions are not easily eluted from manganese dioxide even during storage. Furthermore, since the manganese dioxide of the present invention mainly contains single crystal particles, corrosion at the grain boundaries and the like are suppressed, and the surface energy is low. For this reason, it is stable and difficult to decompose as compared with manganese dioxide mainly composed of conventional polycrystalline structure particles. Therefore, long-term reliability can be improved.

二酸化マンガンの単結晶粒子の平均粒子径は、0.1μm以上20μm以下であることが好ましく、0.1μm以上1μm以下であることがさらに好ましい。単結晶粒子の平均粒子径が20μm以下であることにより、二酸化マンガンを粉砕処理して、微粒子にする必要がない。特に、単結晶粒子の平均粒子径が1μm以下であると、単結晶粒子内での水素イオンおよびリチウムイオンの拡散距離が短くなる。このため、電池の放電特性をさらに向上させることが可能となる。ただし、単結晶粒子の平均粒子径が0.1μmより小さい二酸化マンガンは、電極作製時に、導電助剤および結着剤との混合が困難となる場合がある。   The average particle diameter of the single crystal particles of manganese dioxide is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less. When the average particle size of the single crystal particles is 20 μm or less, it is not necessary to pulverize manganese dioxide into fine particles. In particular, when the average particle diameter of the single crystal particles is 1 μm or less, the diffusion distance of hydrogen ions and lithium ions in the single crystal particles is shortened. For this reason, it becomes possible to further improve the discharge characteristics of the battery. However, manganese dioxide having a single crystal particle having an average particle size of less than 0.1 μm may be difficult to mix with a conductive additive and a binder during electrode production.

本発明の二酸化マンガンは、β型の結晶構造を有する単結晶粒子を70重量%以上含むことが好ましい。   The manganese dioxide of the present invention preferably contains 70% by weight or more of single crystal particles having a β-type crystal structure.

本発明の二酸化マンガンは、マンガンイオン(Mn2+)を含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態とすることにより作製することができる。例えば、マンガンイオンを含む水溶液が、マンガンイオンの酸化を促進するための酸化剤として過酸化水素を含む場合、二酸化マンガンは、以下のような反応式:
Mn2+ + 2H22 + 2e- → MnO2 + 2H2
により生成される。
The manganese dioxide of the present invention can be produced by bringing an aqueous solution containing manganese ions (Mn 2+ ) into a subcritical state or a supercritical state. For example, when the aqueous solution containing manganese ions contains hydrogen peroxide as an oxidizing agent for promoting the oxidation of manganese ions, manganese dioxide has the following reaction formula:
Mn 2+ + 2H 2 O 2 + 2e → MnO 2 + 2H 2 O
Is generated by

マンガンイオンを含む水溶液の温度を250℃以上とし、その圧力を20MPa以上とすることにより、マンガンイオンを含む水溶液を、少なくとも亜臨界状態にすることができる。さらに、マンガンイオンを含む水溶液の温度を374℃以上とし、その圧力を22MPa以上とすることにより、その水溶液を超臨界状態とすることができる。   By setting the temperature of the aqueous solution containing manganese ions to 250 ° C. or higher and the pressure to 20 MPa or higher, the aqueous solution containing manganese ions can be at least in a subcritical state. Furthermore, by setting the temperature of the aqueous solution containing manganese ions to 374 ° C. or higher and the pressure to 22 MPa or higher, the aqueous solution can be brought into a supercritical state.

Mn2+などの電荷を有するイオンは、液体中に安定に存在しやすい。一方、生成される二酸化マンガンのような無極性物質は、本来ガス中に安定に存在しやすい。従って、特に超臨界状態では、水のような溶媒は液状からガス状になるため、無極性の二酸化マンガンが速やかに生成されることとなる。 Ions having a charge such as Mn 2+ tend to exist stably in the liquid. On the other hand, nonpolar substances such as produced manganese dioxide tend to exist stably in the gas. Therefore, particularly in the supercritical state, a solvent such as water changes from a liquid state to a gaseous state, so that nonpolar manganese dioxide is rapidly generated.

超臨界状態において、二酸化マンガンのような金属酸化物の水への溶解度は、一定圧力下では、水の温度を上げていくと、急激に低下する。よって、超臨界状態において、圧力一定下で、温度を上昇させることにより、反応生成物としての二酸化マンガンの析出を促進することが可能となる。   In the supercritical state, the solubility of a metal oxide such as manganese dioxide in water rapidly decreases as the temperature of the water increases under a constant pressure. Therefore, in the supercritical state, it is possible to promote precipitation of manganese dioxide as a reaction product by increasing the temperature under a constant pressure.

100〜200℃程度の比較的低温で水熱合成を行うことにより、金属酸化物を作製した場合、生成した酸化物には、一般に、結晶水および/または水酸基を含む化合物が取り込まれる。一方、特に超臨界状態のような高温状態で金属酸化物を合成する場合には、水はガス状になっているため、生成した酸化物には、結晶水等はほとんど取り込まれることはない。さらに、このような高温状態では、微粒子かつ高結晶性の二酸化マンガンの合成が可能となる。
従って、本発明のように、亜臨界状態または超臨界状態で合成を行うことにより、結晶化度の高い酸化物の生成が促進され、酸化物の単結晶の微粒子が得られやすくなると考えられる。
When a metal oxide is produced by performing hydrothermal synthesis at a relatively low temperature of about 100 to 200 ° C., the produced oxide generally incorporates crystal water and / or a compound containing a hydroxyl group. On the other hand, when synthesizing a metal oxide in a high temperature state such as a supercritical state, since water is in a gaseous state, crystal water or the like is hardly taken into the generated oxide. Furthermore, in such a high temperature state, it is possible to synthesize fine particles and highly crystalline manganese dioxide.
Therefore, it is considered that the synthesis in the subcritical state or the supercritical state as in the present invention promotes the formation of an oxide with a high degree of crystallinity and makes it easy to obtain oxide single crystal fine particles.

特に、β型の結晶構造を有し、かつ平均粒子径が0.1μm以上1μm以下の単結晶粒子である二酸化マンガンは、マンガンイオンを含む水溶液を、300℃/sec以上の昇温速度で加熱して亜臨界状態または超臨界状態とすることにより作製することができる。
以下、本発明の二酸化マンガンの作製方法を具体的に説明する。
In particular, manganese dioxide, which is a single crystal particle having a β-type crystal structure and an average particle diameter of 0.1 μm or more and 1 μm or less, heats an aqueous solution containing manganese ions at a heating rate of 300 ° C./sec or more. Then, it can be produced by setting it to a subcritical state or a supercritical state.
Hereinafter, the method for producing manganese dioxide of the present invention will be specifically described.

(作製方法1)
本発明の二酸化マンガン、特に、平均粒子径が1μmより大きく20μm以下の単結晶粒子を主に含む二酸化マンガンは、例えば、図1に示されるような装置を用いて、マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態または超臨界状態とすることにより作製することができる。
図1に示される装置は、電熱線4を備える管状炉2、および管状炉2内に配置された管1を具備する。管1には、マンガンイオンを含む水溶液(原料水溶液)が封入されている。管1は、ホルダー6により管状炉2内に固定されている。管状炉2内の管1が配置された空間は、栓5により密閉される。電熱線4は、管状炉2の本体において、管が配置される空間付近の部分を通っている。管状炉2内には、熱電対3が配置されており、熱電対3により、管状炉2内の温度が測定される。
(Production Method 1)
The manganese dioxide of the present invention, in particular, manganese dioxide mainly containing single crystal particles having an average particle diameter of more than 1 μm and not more than 20 μm, for example, can be used to substantiate an aqueous solution containing manganese ions using an apparatus as shown in FIG. It can be produced by setting it to a critical state or a supercritical state.
The apparatus shown in FIG. 1 comprises a tubular furnace 2 provided with a heating wire 4 and a tube 1 arranged in the tubular furnace 2. The tube 1 is filled with an aqueous solution (raw material aqueous solution) containing manganese ions. The tube 1 is fixed in the tubular furnace 2 by a holder 6. The space in which the tube 1 in the tubular furnace 2 is arranged is sealed with a stopper 5. The heating wire 4 passes through a portion in the vicinity of the space where the pipe is arranged in the main body of the tubular furnace 2. A thermocouple 3 is disposed in the tubular furnace 2, and the temperature inside the tubular furnace 2 is measured by the thermocouple 3.

このような装置を用いる二酸化マンガンの作製は、以下のようにして行うことができる。
まず、管1に原料水溶液を入れ、管1を密封する。原料水溶液は、例えば、蒸留水に、水溶性マンガン塩を溶解することにより調製する。マンガン塩としては、種々のものを用いることができる。例えば、Mn(NO32、およびMnSO4が挙げられる。
Manufacture of manganese dioxide using such an apparatus can be performed as follows.
First, the raw material aqueous solution is put into the tube 1 and the tube 1 is sealed. The raw material aqueous solution is prepared, for example, by dissolving a water-soluble manganese salt in distilled water. Various manganese salts can be used. Examples include Mn (NO 3 ) 2 and MnSO 4 .

原料水溶液に含まれるマンガンイオンの濃度は、0.01〜5mol/Lであることが好ましい。マンガンイオンの濃度が0.01mol/Lより小さい場合には、二酸化マンガンの生産量が少なくなる。マンガンイオンの濃度が5mol/Lより高くなると、二酸化マンガンの収率が低くなる。   The concentration of manganese ions contained in the raw material aqueous solution is preferably 0.01 to 5 mol / L. When the concentration of manganese ions is smaller than 0.01 mol / L, the production amount of manganese dioxide decreases. When the manganese ion concentration is higher than 5 mol / L, the yield of manganese dioxide decreases.

管1に原料水溶液を封入した後、管1を管状炉2内に挿入する。原料水溶液の管1への封入量は、管状炉2内の所定の温度において、目的とする圧力になるように調整される。ここで、この圧力は、原料水溶液を純水であると仮定し、スチームテーブル(Steam Table)により算出することができる。例えば、反応温度400℃、反応圧力30MPaの水の密度は0.35g/cm3であることから、管1の容積が例えば10cm3であれば、管1には、3.5gの原料水溶液が封入される。 After the raw material aqueous solution is sealed in the tube 1, the tube 1 is inserted into the tubular furnace 2. The amount of the raw material aqueous solution sealed in the tube 1 is adjusted to a target pressure at a predetermined temperature in the tubular furnace 2. Here, this pressure can be calculated by a steam table assuming that the raw material aqueous solution is pure water. For example, reaction temperature 400 ° C., since the density of water in the reaction pressure 30MPa is 0.35 g / cm 3, if the volume is, for example 10 cm 3 of the tube 1, the tube 1, the raw material aqueous solution of 3.5g Enclosed.

次に、管1を、管状炉2で加熱して所定の温度とし、原料水溶液を亜臨界状態または超臨界状態にする。その温度で、所定の反応時間(例えば5〜20分程度)の間保持し、二酸化マンガンを合成する。原料水溶液の種類などの条件にもよるが、温度250℃以上、圧力20MPa以上にすることにより、原料水溶液を少なくとも亜臨界状態とすることができる。加熱温度および管1に封入される原料水溶液の量を調節して、原料水溶液を超臨界状態とすることが好ましい。なお、温度を374℃以上とし、圧力を22MPa以上とすることにより、原料水溶液を超臨界状態とすることができる。上記所定の温度までの昇温速度は、管状炉の性能等によって決まる。原料水溶液の温度を上記所定の温度まで上昇させるために要する時間は、一般には、30秒〜2分程度である。例えば、上記装置において、昇温速度は、4℃/secとすることができる。
管状炉2による加熱温度は、熱電対3を用いて管状炉内の温度を測定しながら、制御する。
Next, the tube 1 is heated in the tubular furnace 2 to a predetermined temperature, and the aqueous raw material solution is brought into a subcritical state or a supercritical state. The temperature is maintained for a predetermined reaction time (for example, about 5 to 20 minutes) to synthesize manganese dioxide. Although depending on conditions such as the type of the raw material aqueous solution, the raw material aqueous solution can be at least in a subcritical state by setting the temperature to 250 ° C. or higher and the pressure to 20 MPa or higher. It is preferable to adjust the heating temperature and the amount of the raw material aqueous solution enclosed in the tube 1 to bring the raw material aqueous solution into a supercritical state. In addition, raw material aqueous solution can be made into a supercritical state by setting temperature to 374 degreeC or more and a pressure to 22 Mpa or more. The heating rate up to the predetermined temperature is determined by the performance of the tubular furnace and the like. The time required to raise the temperature of the raw material aqueous solution to the predetermined temperature is generally about 30 seconds to 2 minutes. For example, in the above apparatus, the rate of temperature rise can be 4 ° C./sec.
The heating temperature by the tubular furnace 2 is controlled while measuring the temperature in the tubular furnace using the thermocouple 3.

次に、所定の反応時間の経過後、管1を管状炉2内から取り出し、冷水浴等に入れて、反応を速やかに停止させる。次いで、管1内に析出した固形分を、濾別し、洗浄することによって、反応生成物である二酸化マンガンの微粒子が得られる。   Next, after elapse of a predetermined reaction time, the tube 1 is taken out from the tubular furnace 2 and put in a cold water bath or the like to quickly stop the reaction. Subsequently, the solid content deposited in the tube 1 is filtered and washed to obtain manganese dioxide fine particles as a reaction product.

上記作製方法により、単結晶粒子の平均粒子径が1μmより大きく20μm以下、好ましくは1μmより大きく10μm以下の二酸化マンガン微粒子を得ることができる。このため、得られた二酸化マンガンを粉砕処理して微粒子にする必要がない。さらに、上記作製方法により、二酸化マンガンを高収率で作製することができる。
ここで、単結晶粒子の平均粒子径とは、二酸化マンガン単結晶粒子の最大径の平均値をいう。例えば、針状の粒子の場合、結晶の成長方向(長さ方向)における単結晶粒子の長さの平均値をいう。
By the above preparation method, manganese dioxide fine particles having an average particle size of single crystal particles of more than 1 μm and 20 μm or less, preferably more than 1 μm and 10 μm or less can be obtained. For this reason, it is not necessary to pulverize the obtained manganese dioxide into fine particles. Furthermore, manganese dioxide can be produced with high yield by the above production method.
Here, the average particle diameter of the single crystal particles means an average value of the maximum diameters of the manganese dioxide single crystal particles. For example, in the case of acicular particles, the average value of the lengths of single crystal particles in the crystal growth direction (length direction).

原料水溶液は、マンガンイオンの酸化を促進するための酸化剤を含んでいてもよい。酸化剤としては、例えば、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素、および硝酸イオンを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。このような酸化剤を含むことにより、Mn2+をMn4+に速やかに酸化することが可能となる。
例えば、Mn(NO32を用いることにより、原料水溶液中にNO3 -イオンを添加することができる。このNO3 -イオンの存在により、Mn2+イオンのMn4+イオンへの酸化を促進することができる。
The raw material aqueous solution may contain an oxidizing agent for promoting the oxidation of manganese ions. As the oxidizing agent, for example, oxygen gas, ozone gas, hydrogen peroxide, and nitrate ions can be used. These may be used alone or in combination of two or more. By including such an oxidizing agent, Mn 2+ can be rapidly oxidized to Mn 4+ .
For example, by using Mn (NO 3 ) 2 , NO 3 ions can be added to the raw material aqueous solution. Oxidation of Mn 2+ ions to Mn 4+ ions can be promoted by the presence of NO 3 ions.

さらに、管1中には、空気が存在する。このとき、空気中の酸素も酸化剤として機能する。よって、反応管1内の気相に酸素ガスを存在させることがさらに好適である。酸化反応を促進させるために、管1内の気相中に含まれる酸素ガスの量を増加させることが好ましい。   Furthermore, air is present in the tube 1. At this time, oxygen in the air also functions as an oxidant. Therefore, it is more preferable that oxygen gas is present in the gas phase in the reaction tube 1. In order to promote the oxidation reaction, it is preferable to increase the amount of oxygen gas contained in the gas phase in the tube 1.

酸化剤としては、硝酸イオンと過酸化水素とを併用することが好ましい。過酸化水素は、加熱により容易に酸素ガスと水に分解する。特に、超臨界条件下では、酸素ガスと原料水溶液とが均一な相を形成するため、酸化剤が硝酸イオンと過酸化水素を含むことにより、より良好な酸化反応場を形成することが可能となる。   As the oxidizing agent, it is preferable to use nitrate ions and hydrogen peroxide in combination. Hydrogen peroxide is easily decomposed into oxygen gas and water by heating. In particular, under supercritical conditions, oxygen gas and the raw material aqueous solution form a uniform phase, so that the oxidizing agent contains nitrate ions and hydrogen peroxide, so that a better oxidation reaction field can be formed. Become.

(作製方法2)
平均粒子径が0.1μm以上1μm以下の単結晶粒子を主に含む二酸化マンガンは、マンガンイオンを含む水溶液(原料水溶液)を、300℃/sec以上の昇温速度で加熱して、亜臨界状態または超臨界状態とすることにより作製することができる。
このような二酸化マンガンは、例えば、図2に示される装置を用いて作製することができる。図2の装置においては、蒸留水を、所定の圧力下で、所定の温度に加熱することにより、亜臨界状態または超臨界状態の水を作製する。得られた亜臨界状態または超臨界状態の水と原料水溶液とを直接混合し、原料水溶液を300℃/sec以上の昇温速度で加熱することにより、原料水溶液を亜臨界状態または超臨界状態とする。
(Production method 2)
Manganese dioxide mainly containing single crystal particles having an average particle size of 0.1 μm or more and 1 μm or less is heated in an aqueous solution (raw aqueous solution) containing manganese ions at a heating rate of 300 ° C./sec or more to form a subcritical state. Or it can produce by making it into a supercritical state.
Such manganese dioxide can be produced, for example, using the apparatus shown in FIG. In the apparatus of FIG. 2, distilled water is heated to a predetermined temperature under a predetermined pressure to produce subcritical or supercritical water. The obtained subcritical or supercritical water is directly mixed with the raw material aqueous solution, and the raw aqueous solution is heated at a temperature rising rate of 300 ° C./sec or more, so that the raw aqueous solution is brought into the subcritical or supercritical state. To do.

図2の装置は、反応管26、第1管23を通して反応管26にマンガンイオンを含む水溶液を供給する第1供給装置21、および第2管24を通して反応管26に亜臨界状態または超臨界状態の水を供給する第2供給装置22を備える。この装置は、さらに、第2管24の途中に設けられた管型電気炉25、反応管26の出口側に設けられた二酸化マンガンの回収手段29、反応管26の途中に設けられた管型電気炉27、反応液を冷却するための熱交換器28、反応液の圧力を低下させるための背圧弁30、およびリザーバ31を備える。反応管26の内壁部分は、絶縁性無機材料からなる。   The apparatus of FIG. 2 includes a reaction tube 26, a first supply device 21 for supplying an aqueous solution containing manganese ions to the reaction tube 26 through the first tube 23, and a subcritical state or a supercritical state to the reaction tube 26 through the second tube 24. The 2nd supply apparatus 22 which supplies this water is provided. The apparatus further includes a tubular electric furnace 25 provided in the middle of the second tube 24, a manganese dioxide recovery means 29 provided on the outlet side of the reaction tube 26, and a tube type provided in the middle of the reaction tube 26. An electric furnace 27, a heat exchanger 28 for cooling the reaction liquid, a back pressure valve 30 for reducing the pressure of the reaction liquid, and a reservoir 31 are provided. The inner wall portion of the reaction tube 26 is made of an insulating inorganic material.

第1供給装置21は、マンガンイオンを含む水溶液を収容するタンク21aおよびマンガンイオンを含む水溶液を所定の圧力で供給するためのポンプ21bとを備える。第2供給装置22は、蒸留水を収容するタンク22aおよび蒸留水を所定の圧力で供給するためのポンプ22bとを備える。ポンプ21bおよび22bとしては、例えば、無脈流ポンプ等を用いることができる。   The first supply device 21 includes a tank 21a for storing an aqueous solution containing manganese ions and a pump 21b for supplying the aqueous solution containing manganese ions at a predetermined pressure. The second supply device 22 includes a tank 22a for storing distilled water and a pump 22b for supplying distilled water at a predetermined pressure. As the pumps 21b and 22b, for example, a non-pulsating pump can be used.

第2供給装置22により第2管24内に供給された蒸留水は、第2管24の途中に設けられた管状電気炉25により、250℃以上に加熱されて、亜臨界状態または超臨界状態の水となる。このとき、蒸留水には、形成される亜臨界状態または超臨界状態に応じて、第2供給装置22により、20MPa以上の所定の圧力がかけられている。   Distilled water supplied into the second pipe 24 by the second supply device 22 is heated to 250 ° C. or more by a tubular electric furnace 25 provided in the middle of the second pipe 24 to be in a subcritical state or supercritical state. Of water. At this time, a predetermined pressure of 20 MPa or more is applied to the distilled water by the second supply device 22 according to the subcritical state or supercritical state to be formed.

第1管23と第2管24とは反応管26の入口側に接続されている。反応管の入口側の端部において、マンガンイオンを含む水溶液と、亜臨界状態または超臨界状態の水とが混合される。図3に、第1管23と第2管24と反応管26の合流部MPの一例を示す。
図3において、第1管23から供給される原料水溶液と、第2管24から供給される亜臨界状態または超臨界状態の水とが、第1管23と第2管24と反応管26との合流部MPにおいて混合されて、反応液が形成される。原料水溶液は、亜臨界状態または超臨界状態の水と接触することにより300℃/sec以上の昇温速度で加熱されて、亜臨界状態または超臨界状態となる。なお、亜臨界状態または超臨界状態となるように、原料水溶液にも第1供給装置21により、20MPa以上の所定の圧力がかけられている。第1管と第2管と反応管との接続様式は、第1管を流れる原料水溶液と、第2管を流れる亜臨界状態または超臨界状態の水とが、反応管の上流側の端部で混合できるのであれば、図3のような様式に限られない。
The first tube 23 and the second tube 24 are connected to the inlet side of the reaction tube 26. An aqueous solution containing manganese ions and water in a subcritical state or a supercritical state are mixed at the end on the inlet side of the reaction tube. FIG. 3 shows an example of the joining portion MP of the first tube 23, the second tube 24, and the reaction tube 26.
In FIG. 3, the raw material aqueous solution supplied from the first pipe 23 and the subcritical or supercritical water supplied from the second pipe 24 are the first pipe 23, the second pipe 24, and the reaction pipe 26. The reaction liquid is formed by mixing at the merging portion MP. The aqueous raw material solution is heated at a temperature rising rate of 300 ° C./sec or more by being brought into contact with subcritical or supercritical water to be in a subcritical state or a supercritical state. A predetermined pressure of 20 MPa or more is also applied to the raw material aqueous solution by the first supply device 21 so as to be in a subcritical state or a supercritical state. The connection mode of the first tube, the second tube, and the reaction tube is that the raw material aqueous solution flowing through the first tube and the subcritical or supercritical water flowing through the second tube are at the upstream end of the reaction tube. 3 is not limited to the style shown in FIG.

得られた反応液は、反応管26を移動する。このとき、亜臨界状態または超臨界状態が維持されるように、反応液は、管状電気炉27により加熱されている。   The obtained reaction liquid moves through the reaction tube 26. At this time, the reaction solution is heated by the tubular electric furnace 27 so that the subcritical state or the supercritical state is maintained.

反応液が所定の長さの反応管26を移動した後、反応液は、反応管26の下流側に設けられた2重管型熱交換器28により冷却される。冷却された反応液は、インラインフィルタのような回収手段29を通過する。回収手段29には、固形分が堆積する。その固形分を、洗浄することにより、二酸化マンガンを得ることができる。回収手段29を通過した反応液は、回収手段29の下流側に設けられた背圧弁30により、その圧力が降圧される。降圧後の反応液は、リザーバ31に溜められる。
上記装置において、図3に示されるように、反応管26の内壁部分32は、絶縁性無機材料からなる。絶縁性無機材料を用いると、ステンレス鋼などの金属材料を用いた場合とは異なり、反応液と反応管との界面での二酸化マンガンの結晶核発生が起こらず、反応液中のみで結晶核発生が起こる。このため、装置の閉塞を防止することができる。
After the reaction solution has moved through the reaction tube 26 having a predetermined length, the reaction solution is cooled by a double tube heat exchanger 28 provided on the downstream side of the reaction tube 26. The cooled reaction liquid passes through a recovery means 29 such as an inline filter. A solid content is deposited on the recovery means 29. Manganese dioxide can be obtained by washing the solid content. The pressure of the reaction liquid that has passed through the recovery means 29 is reduced by a back pressure valve 30 provided on the downstream side of the recovery means 29. The reaction liquid after the pressure reduction is stored in the reservoir 31.
In the above apparatus, as shown in FIG. 3, the inner wall portion 32 of the reaction tube 26 is made of an insulating inorganic material. When using an insulating inorganic material, unlike the case of using a metal material such as stainless steel, crystal nucleation of manganese dioxide does not occur at the interface between the reaction solution and the reaction tube, and crystal nucleation occurs only in the reaction solution. Happens. For this reason, obstruction | occlusion of an apparatus can be prevented.

上記絶縁性無機材料は石英ガラスまたはアルミナであることがさらに好ましい。これらの材料は絶縁体であり、また超臨界状態でも安定であることから、これらの材料を用いることにより、長時間にわたって、二酸化マンガンの連続合成を安定に行うことが可能となる。   More preferably, the insulating inorganic material is quartz glass or alumina. Since these materials are insulators and are stable even in a supercritical state, by using these materials, it is possible to stably perform continuous synthesis of manganese dioxide over a long period of time.

本作製方法では、マンガンを含む水溶液が、300℃/sec以上の昇温速度で加熱される。これにより、二酸化マンガンの高い過飽和状態を瞬時に達成できるために、1μm以下の結晶核を生成させることができる。さらに、複数の二酸化マンガンの結晶核が同時に生成するため、核の凝集や結晶表面での2次核生成による多結晶化を防止することができる。特に超臨界状態では、結晶の再溶解析出(オストワルトライプニング現象)による二酸化マンガン結晶の成長を抑制することができる。このため、平均粒子径が1μm以下の二酸化マンガン単結晶粒子を高収率で製造することが可能となる。   In this manufacturing method, the aqueous solution containing manganese is heated at a temperature increase rate of 300 ° C./sec or more. Thereby, since the high supersaturation state of manganese dioxide can be achieved instantaneously, a crystal nucleus of 1 μm or less can be generated. In addition, since a plurality of manganese dioxide crystal nuclei are simultaneously generated, it is possible to prevent crystallization due to aggregation of the nuclei and secondary nucleation on the crystal surface. Particularly in the supercritical state, it is possible to suppress the growth of manganese dioxide crystals due to re-dissolution precipitation of crystals (Ostwal tripping phenomenon). For this reason, it becomes possible to produce manganese dioxide single crystal particles having an average particle diameter of 1 μm or less in a high yield.

図2の装置では、原料水溶液と、亜臨界状態または超臨界状態の水とを連続的に混合することができる。このため、二酸化マンガンを、連続的に合成することができる。   In the apparatus of FIG. 2, the raw material aqueous solution and the subcritical or supercritical water can be continuously mixed. For this reason, manganese dioxide can be continuously synthesized.

上記方法では、平均粒子径1μm以下の二酸化マンガンの微粒子を合成できるため、得られた二酸化マンガンを粉砕処理に供する必要がない。ただし、マンガンイオンを含む水溶液の昇温速度が300℃/secより小さくなると、結晶核の成長が起こり易くなるため、平均粒子径が1μmよりも大きくなることがある。   In the above method, since manganese dioxide fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less can be synthesized, it is not necessary to subject the obtained manganese dioxide to pulverization treatment. However, if the heating rate of the aqueous solution containing manganese ions is less than 300 ° C./sec, crystal nuclei are likely to grow, and the average particle size may be greater than 1 μm.

マンガンイオンを含む水溶液は、上記のように、亜臨界状態または超臨界状態の水と直接混合して、300℃/sec以上の昇温速度で加熱してもよい。亜臨界状態または超臨界状態の水は、当該分野で公知の方法を用いて作製することができる。または、マンガンイオンを含む水溶液を、加熱機器を用いて300℃/sec以上の昇温速度で直接加熱してもよい。   As described above, the aqueous solution containing manganese ions may be directly mixed with subcritical or supercritical water and heated at a temperature increase rate of 300 ° C./sec or more. Subcritical or supercritical water can be produced using methods known in the art. Alternatively, an aqueous solution containing manganese ions may be directly heated using a heating device at a temperature increase rate of 300 ° C./sec or more.

本作製方法においても、マンガンイオンを含む水溶液としては、作製方法1と同様に、水溶性マンガン塩を蒸留水に溶解した水溶液を用いることができる。同様に、マンガンイオンを含む水溶液に含まれるマンガンイオンの濃度は、0.01〜5mol/Lであることが好ましい。
マンガンイオンを含む水溶液は、マンガンイオンの酸化を促進するための酸化剤を含んでいてもよい。マンガンイオンを含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態の水と直接混合する場合には、マンガンイオンを含む水溶液が酸化剤を含んでいてもよいし、亜臨界状態または超臨界状態の水が酸化剤を含んでいてもよい。酸化剤としては、作製方法1と同様の物質を用いることができる。
Also in this production method, as the aqueous solution containing manganese ions, an aqueous solution in which a water-soluble manganese salt is dissolved in distilled water can be used as in Production Method 1. Similarly, the concentration of manganese ions contained in the aqueous solution containing manganese ions is preferably 0.01 to 5 mol / L.
The aqueous solution containing manganese ions may contain an oxidizing agent for promoting the oxidation of manganese ions. When an aqueous solution containing manganese ions is directly mixed with subcritical or supercritical water, the aqueous solution containing manganese ions may contain an oxidizing agent, or subcritical or supercritical water An oxidizing agent may be included. As the oxidizing agent, the same material as that in Preparation Method 1 can be used.

気相が存在する反応場で二酸化マンガンを作製する場合、上記と同様に、Mn2+の酸化を促進させるために、原料水溶液に酸化剤を加えるだけでなく、気相中に酸素ガスを含ませてもよい。このとき、酸化反応を促進させるために、反応管内の気相中に含まれる酸素ガスの量を増加させることが好ましい。特に、超臨界状態では、マンガンイオンを含む水溶液と酸素ガスのような気体とは、均一相を形成することができる。このため、マンガンイオンの酸化が容易に起こり、二酸化マンガンを高収率で製造できる。 When producing manganese dioxide in a reaction field where a gas phase exists, not only an oxidizing agent is added to the raw material aqueous solution but also oxygen gas is contained in the gas phase in order to promote oxidation of Mn 2+ as described above. You may not. At this time, in order to promote the oxidation reaction, it is preferable to increase the amount of oxygen gas contained in the gas phase in the reaction tube. In particular, in the supercritical state, an aqueous solution containing manganese ions and a gas such as oxygen gas can form a uniform phase. For this reason, oxidation of manganese ions occurs easily, and manganese dioxide can be produced in a high yield.

以上のように、本実施形態の製造方法によれば、β型の結晶構造を有し、平均粒子径が0.1μm以上1μm以下の単結晶粒子である二酸化マンガンを高収率で製造できる。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, manganese dioxide, which is a single crystal particle having a β-type crystal structure and having an average particle diameter of 0.1 μm to 1 μm, can be manufactured with high yield.

上記作製方法1および作製方法2で得られた二酸化マンガンは、電池の正極活物質として用いることができる。また、得られた二酸化マンガンを出発物質として合成した化合物を電池の正極活物質として用いることもできる。上記二酸化マンガンを出発物質として合成された化合物は、高純度、高結晶性であり、さらに平均粒子径が小さい。このため、このような化合物を活物質として含む電池は、充放電特性および長期信頼性を向上することができる。   Manganese dioxide obtained by the production method 1 and the production method 2 can be used as a positive electrode active material of a battery. Further, a compound synthesized using the obtained manganese dioxide as a starting material can be used as a positive electrode active material of a battery. The compound synthesized using manganese dioxide as a starting material has high purity and high crystallinity, and further has a small average particle size. For this reason, a battery including such a compound as an active material can improve charge / discharge characteristics and long-term reliability.

例えば、上記二酸化マンガンとリチウム化合物とを混合し、その混合物を焼成することにより、高純度、高結晶性のリチウム含有マンガン酸化物やスピネル状のリチウムマンガン酸化物を得ることができる。リチウム化合物としては、リチウム水酸化物、リチウム酸化物などを用いることができる。
このようなマンガン酸化物を電池の活物質として用いることも可能である。
For example, by mixing the manganese dioxide and the lithium compound and firing the mixture, a high-purity, high-crystalline lithium-containing manganese oxide or spinel-like lithium manganese oxide can be obtained. As the lithium compound, lithium hydroxide, lithium oxide, or the like can be used.
Such manganese oxide can also be used as an active material of a battery.

上記のような二酸化マンガンおよび/またはマンガン酸化物は、例えば、リチウム一次電池、リチウム二次電池、アルカリ電池およびマンガン電池の正極活物質として用いることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。但し、本実施例は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明はこれらの実施例に限定されない。
Manganese dioxide and / or manganese oxide as described above can be used, for example, as a positive electrode active material for lithium primary batteries, lithium secondary batteries, alkaline batteries, and manganese batteries.
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. However, this example shows one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

《実施例1−1》
(二酸化マンガンの作製)
図1に示されるような装置を用いて、二酸化マンガンを作製した。
ステンレス鋼(SUS316)製で容積5cm3の管に、1.31cm3(1.31g)の硝酸マンガン水溶液(マンガンイオン濃度:1mol/L)を封入した。硝酸マンガン水溶液を封入した管を管状炉に挿入し、反応温度400℃で10分間反応させた。このときの圧力は28MPaであった。また、このときの昇温速度は4℃/secとした。
10分間の反応時間の終了後、管を水浴に投入して、反応を停止させた。次いで、管の内容物を取り出し、その内容物をろ過後水洗して、二酸化マンガンを得た。得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、8μmであった。
<< Example 1-1 >>
(Production of manganese dioxide)
Manganese dioxide was produced using an apparatus as shown in FIG.
The tube volume 5 cm 3 made of stainless steel (SUS316), aqueous solution of manganese nitrate (Mn ion concentration: 1 mol / L) of 1.31cm 3 (1.31g) was encapsulated. A tube filled with an aqueous manganese nitrate solution was inserted into a tubular furnace and reacted at a reaction temperature of 400 ° C. for 10 minutes. The pressure at this time was 28 MPa. Moreover, the temperature increase rate at this time was 4 degree-C / sec.
After the end of the reaction time of 10 minutes, the tube was put into a water bath to stop the reaction. Next, the contents of the tube were taken out, and the contents were filtered and washed with water to obtain manganese dioxide. The average particle diameter of the obtained manganese dioxide single crystal particles was 8 μm.

(正極の作製)
上記のようにして得られた二酸化マンガンと、導電剤であるカーボンブラックと、結着剤であるフッ素樹脂とを、重量比90:5:5で混合して、正極合剤とした。この正極合剤を加圧成形し、円柱状の正極を作製した。なお、正極は、使用する前に、250℃で熱処理して、付着水を除去した。
(Preparation of positive electrode)
Manganese dioxide obtained as described above, carbon black as a conductive agent, and fluorine resin as a binder were mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 to obtain a positive electrode mixture. This positive electrode mixture was pressure-molded to produce a cylindrical positive electrode. In addition, the positive electrode was heat-treated at 250 ° C. to remove adhering water before use.

(負極の作製)
リチウム圧延板を円盤状に打ち抜いて、負極とした。
(Preparation of negative electrode)
A lithium rolled plate was punched into a disk shape to obtain a negative electrode.

(電解液の調製)
プロピレンカーボネイトと1,2−ジメトキシエタンとを体積比1:1で混合した混合溶媒に、過塩素酸リチウム(LiClO4)を1モル/Lの濃度で溶解して、電解液を調製した。
(Preparation of electrolyte)
Lithium perchlorate (LiClO 4 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare an electrolytic solution.

(電池の組立)
以上のようにして得られた正極、負極および電解液を用いて、図4に示される構造を有するコイン形電池を、以下のようにして作製した。コイン形電池の外径は20.0mmとし、厚さは3.2mmとした。
ガスケット44と組み合わせた封口板45に負極42を圧着した。次に、円形に打ち抜いたポリプロピレン製の不織布からなるセパレータ43を負極42と接するように配置した。正極41を、セパレータ43を介して負極42に対向するように配置し、この後、所定量の電解液を注入した。正極41と接するように正極ケース46を被せた後、これらを封口金型に入れ、プレス機により正極ケース46の開口端部を、ガスケット44を介して封口板45にかしめつけることにより、正極ケース46の開口部を封口した。正極ケース46と正極41との間には、カーボン塗料47を塗布しておいた。
このようにして得られた電池を電池1−1とした。
(Battery assembly)
Using the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution obtained as described above, a coin-type battery having the structure shown in FIG. 4 was produced as follows. The outer diameter of the coin battery was 20.0 mm and the thickness was 3.2 mm.
The negative electrode 42 was pressure-bonded to the sealing plate 45 combined with the gasket 44. Next, a separator 43 made of a polypropylene non-woven fabric punched out in a circular shape was placed in contact with the negative electrode 42. The positive electrode 41 was disposed so as to face the negative electrode 42 with the separator 43 interposed therebetween, and then a predetermined amount of electrolyte was injected. After covering the positive electrode case 46 so as to be in contact with the positive electrode 41, these are put in a sealing mold, and the opening end of the positive electrode case 46 is caulked to the sealing plate 45 via the gasket 44 by a press machine. 46 openings were sealed. A carbon paint 47 is applied between the positive electrode case 46 and the positive electrode 41.
The battery thus obtained was designated as battery 1-1.

《実施例1−2》
硝酸マンガンと過酸化水素を、それぞれ1mol/Lおよび2mol/Lとなるように蒸留水に溶解し、原料水溶液を得た。この原料水溶液を用いたこと以外、実施例1−1と同様にして、二酸化マンガンを作製した。得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、8μmであった。
このようにして得られた二酸化マンガンを正極活物質として用いたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池1−2を作製した。
<< Example 1-2 >>
Manganese nitrate and hydrogen peroxide were dissolved in distilled water at 1 mol / L and 2 mol / L, respectively, to obtain a raw material aqueous solution. Manganese dioxide was produced in the same manner as in Example 1-1 except that this raw material aqueous solution was used. The average particle diameter of the obtained manganese dioxide single crystal particles was 8 μm.
A battery 1-2 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the manganese dioxide thus obtained was used as the positive electrode active material.

《実施例1−3》
原料水溶液の管への封入量を4.12cm3(4.12g)とし、反応温度を250℃にしたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池1−3を作製した。なお、反応時の圧力は28MPaであった。得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は20μmであった。
<< Example 1-3 >>
A battery 1-3 was produced in the same manner as in Example 1-2 except that the amount of the raw material aqueous solution sealed in the tube was 4.12 cm 3 (4.12 g) and the reaction temperature was 250 ° C. The pressure during the reaction was 28 MPa. The average particle diameter of the obtained manganese dioxide single crystal particles was 20 μm.

《実施例1−4》
原料水溶液の管への封入量を3.74cm3(3.74g)とし、反応温度を300℃にしたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池1−4を作製した。なお、反応時の圧力は、28MPaであった。得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は15μmであった。
<< Example 1-4 >>
A battery 1-4 was fabricated in the same manner as in Example 1-2 except that the amount of the raw material aqueous solution sealed in the tube was 3.74 cm 3 (3.74 g) and the reaction temperature was 300 ° C. The pressure during the reaction was 28 MPa. The average particle diameter of the obtained manganese dioxide single crystal particles was 15 μm.

《実施例1−5》
実施例1−1で得られた二酸化マンガンと、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合した。得られた混合物を400℃で熱処理して、リチウム含有マンガン酸化物(Li0.5MnO2)を得た。得られたリチウム含有マンガン酸化物を正極活物質として用いた。得られたリチウム含有マンガン酸化物と、導電剤であるカーボンブラックと、結着剤であるフッ素樹脂とを、重量比90:5:5で混合して、正極合剤としたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池1−5を作製した。電池1−5は二次電池である。
<< Example 1-5 >>
Manganese dioxide obtained in Example 1-1 and lithium hydroxide were mixed at a molar ratio of 1: 0.5. The obtained mixture was heat-treated at 400 ° C. to obtain lithium-containing manganese oxide (Li 0.5 MnO 2 ). The obtained lithium-containing manganese oxide was used as a positive electrode active material. Except that the obtained lithium-containing manganese oxide, carbon black as a conductive agent, and fluororesin as a binder were mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 to obtain a positive electrode mixture. A battery 1-5 was produced in the same manner as in Example 1-1. The battery 1-5 is a secondary battery.

《実施例1−6》
実施例1−1で得られた二酸化マンガンと、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合し、混合物を得た。得られた混合物を850℃にて熱処理して、マンガンスピネル(LiMn24)を得た。得られたマンガンスピネルを正極活物質として用いた。得られたマンガンスピネルと、導電剤であるカーボンブラックと、結着剤であるフッ素樹脂とを、重量比で90:5:5で混合して、正極合剤としたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池1−6を作製した。電池1−6は二次電池である。
<< Example 1-6 >>
Manganese dioxide obtained in Example 1-1 and lithium hydroxide were mixed at a molar ratio of 1: 0.5 to obtain a mixture. The obtained mixture was heat-treated at 850 ° C. to obtain manganese spinel (LiMn 2 O 4 ). The obtained manganese spinel was used as a positive electrode active material. Example 1 except that the obtained manganese spinel, carbon black as a conductive agent, and fluororesin as a binder were mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 to obtain a positive electrode mixture. In the same manner as in Example 1, a battery 1-6 was produced. The battery 1-6 is a secondary battery.

《比較例1−1》
電解二酸化マンガン(平均粒子径30μm)を正極活物質として用いた。なお、電解二酸化マンガンは結晶水を多く含むγ型の結晶構造を有するため、電解二酸化マンガンを400℃で熱処理して、β型の結晶構造へ相変化させた。結晶構造をβ型へ相変化させた電解二酸化マンガンと、導電剤であるカーボンブラックと、結着剤であるフッ素樹脂とを、重量比で90:5:5で混合して、正極合剤としたこと以外は、実施例1−1と同様にして、比較電池1−1を作製した。
<< Comparative Example 1-1 >>
Electrolytic manganese dioxide (average particle size 30 μm) was used as the positive electrode active material. Since electrolytic manganese dioxide has a γ-type crystal structure containing a large amount of crystal water, the electrolytic manganese dioxide was heat-treated at 400 ° C. to change the phase to a β-type crystal structure. Electrolytic manganese dioxide whose crystal structure is changed to β-type, carbon black as a conductive agent, and fluororesin as a binder are mixed at a weight ratio of 90: 5: 5 to obtain a positive electrode mixture A comparative battery 1-1 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that.

《比較例1−2》
電解二酸化マンガン(平均粒子径30μm)と、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合した。得られた混合物を400℃で熱処理して、リチウム含有マンガン酸化物(Li0.5MnO2)を得た。得られたリチウム含有マンガン酸化物を正極活物質として用いたこと以外、実施例1−1と同様にして、比較電池1−2を作製した。比較電池1−2は二次電池である。
<< Comparative Example 1-2 >>
Electrolytic manganese dioxide (average particle size 30 μm) and lithium hydroxide were mixed in a molar ratio of 1: 0.5. The obtained mixture was heat-treated at 400 ° C. to obtain lithium-containing manganese oxide (Li 0.5 MnO 2 ). Comparative battery 1-2 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the obtained lithium-containing manganese oxide was used as the positive electrode active material. The comparative battery 1-2 is a secondary battery.

《比較例1−3》
電解二酸化マンガン(平均粒径30μm)と、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合した。得られた混合物を850℃にて熱処理し、マンガンスピネル(LiMn24)を得た。得られたマンガンスピネルを正極活物質として用いたこと以外、実施例1−1と同様にして、比較電池1−3を作製した。比較電池1−3は二次電池である。
<< Comparative Example 1-3 >>
Electrolytic manganese dioxide (average particle size 30 μm) and lithium hydroxide were mixed in a molar ratio of 1: 0.5. The obtained mixture was heat-treated at 850 ° C. to obtain manganese spinel (LiMn 2 O 4 ). Comparative battery 1-3 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the obtained manganese spinel was used as the positive electrode active material. Comparative battery 1-3 is a secondary battery.

上記比較電池1−1〜1−3で用いた電解二酸化マンガンは、塊状の二次粒子であり、多結晶構造であった。多結晶構造の電解二酸化マンガンに含まれる結晶子の平均粒径は、0.2μm程度であった。ここで、結晶子の平均粒径とは、二次粒子に含まれる一次粒子の平均粒径をいう。   The electrolytic manganese dioxide used in the comparative batteries 1-1 to 1-3 was massive secondary particles and had a polycrystalline structure. The average particle size of crystallites contained in the electrolytic manganese dioxide having a polycrystalline structure was about 0.2 μm. Here, the average particle diameter of the crystallite refers to the average particle diameter of the primary particles contained in the secondary particles.

(作製試料の評価方法)
上記実施例1−1〜1−4で作製した二酸化マンガンの結晶構造、実施例1−5〜1−6において作製した正極活物質の結晶構造、および比較例1−1〜1−3において作製した正極活物質の結晶構造を、CuKαを用いるX線回折法(XRD)により測定した。作製した二酸化マンガン等の形状は、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。
(Evaluation method of fabricated sample)
Crystal structure of manganese dioxide produced in Examples 1-1 to 1-4 above, crystal structure of positive electrode active material produced in Examples 1-5 to 1-6, and produced in Comparative Examples 1-1 to 1-3 The crystal structure of the positive electrode active material was measured by an X-ray diffraction method (XRD) using CuKα. The shape of the produced manganese dioxide or the like was observed with a scanning electron microscope (SEM).

(評価結果)
一例として、実施例1−2で作製した二酸化マンガンのSEM写真を図5に示し、X線回折チャートを図6に示す。電池1−2に用いられた二酸化マンガンは、図5のSEM写真および図6のX線回折チャートから、不純物が少なく、極めて結晶性が高いことがわかる。従って、本発明の二酸化マンガンは、例えば、リチウム一次電池の正極材料として非常に好適である。
(Evaluation results)
As an example, an SEM photograph of manganese dioxide produced in Example 1-2 is shown in FIG. 5, and an X-ray diffraction chart is shown in FIG. From the SEM photograph of FIG. 5 and the X-ray diffraction chart of FIG. 6, it can be seen that manganese dioxide used for the battery 1-2 has very few impurities and extremely high crystallinity. Therefore, the manganese dioxide of the present invention is very suitable as a positive electrode material for a lithium primary battery, for example.

実施例1−2で得られた二酸化マンガンの単結晶粒子の形状は、図5のSEM写真に見られるように、主に針状であった。その針状結晶の長さは5μm〜10μmの範囲にあり、その平均長さ(平均粒子径)は8μmであった。その針状結晶の幅は1μm〜2μmの範囲にあった。反応温度が374℃以下である実施例1−3および1−4では、得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、それぞれ20μmおよび15μmであった。つまり、実施例1−3および1−4で得られる二酸化マンガン単結晶の平均粒径は、実施例1−2の二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径と比較して大きくなっていた。
なお、従来、β型の結晶構造を有する二酸化マンガンのほとんどが多結晶粒子であり、単結晶粒子を70重量%以上含む二酸化マンガンはなかった。
The shape of the single crystal particles of manganese dioxide obtained in Example 1-2 was mainly acicular as seen in the SEM photograph of FIG. The length of the needle crystal was in the range of 5 μm to 10 μm, and the average length (average particle diameter) was 8 μm. The width of the needle crystal was in the range of 1 μm to 2 μm. In Examples 1-3 and 1-4 in which the reaction temperature was 374 ° C. or lower, the average particle sizes of the obtained manganese dioxide single crystal particles were 20 μm and 15 μm, respectively. That is, the average particle size of the manganese dioxide single crystals obtained in Examples 1-3 and 1-4 was larger than the average particle size of the manganese dioxide single crystal particles of Example 1-2.
Conventionally, most of manganese dioxide having a β-type crystal structure is polycrystalline particles, and there is no manganese dioxide containing 70% by weight or more of single crystal particles.

表1に、電池1−1〜1−4に用いられた二酸化マンガンを作製したときのH22の添加の有無、反応温度および二酸化マンガンの収率を示す。二酸化マンガンの収率とは、理論的に得られる二酸化マンガンの量に対し、実際に得られた二酸化マンガンの量の割合を百分率で表した値である。 Table 1 shows the presence / absence of addition of H 2 O 2 , the reaction temperature, and the yield of manganese dioxide when producing manganese dioxide used in batteries 1-1 to 1-4. The yield of manganese dioxide is a value representing the percentage of the amount of manganese dioxide actually obtained with respect to the amount of manganese dioxide theoretically obtained.

表1に示される電池1−1および1−2の結果より、H22を添加している電池1−2の方が、二酸化マンガンの収率がより高くなっていることがわかる。このことから、H22が酸化剤として機能していると考えられる。 From the results of the batteries 1-1 and 1-2 shown in Table 1, it can be seen that the yield of manganese dioxide is higher in the battery 1-2 to which H 2 O 2 is added. From this, it is considered that H 2 O 2 functions as an oxidizing agent.

電池1−2〜1−4の結果より、反応温度が250〜400℃の温度範囲では、高温であるほど、二酸化マンガンの収率が高くなっていることがわかる。これより、原料水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態にすることにより、二酸化マンガンが得られやすいことがわかる。   From the results of the batteries 1-2 to 1-4, it can be seen that in the temperature range of 250 to 400 ° C., the higher the temperature, the higher the yield of manganese dioxide. From this, it is understood that manganese dioxide can be easily obtained by bringing the raw material aqueous solution to the subcritical state or the supercritical state.

原料水溶液に過酸化水素を共存させ、原料水溶液を超臨界状態とした場合(実施例1−2)に、二酸化マンガンの収率が高かった。この結果は、過酸化水素が熱分解して生成した酸素ガスと原料水溶液とが均一相を形成し、マンガンイオンの酸化が良好に進行したためであると考えられる。   When hydrogen peroxide was allowed to coexist in the raw material aqueous solution to bring the raw material aqueous solution into a supercritical state (Example 1-2), the yield of manganese dioxide was high. This result is considered to be because the oxygen gas generated by thermal decomposition of hydrogen peroxide and the raw material aqueous solution formed a homogeneous phase and oxidation of manganese ions proceeded well.

(一次電池の評価)
一次電池である電池1−1〜1−4および比較電池1−1を、各10個ずつ、負荷抵抗15kΩで、電池電圧が2.0Vに低下するまで放電し、二酸化マンガン単位重量当たりの放電容量を求めた。各電池において、得られた10個の放電容量値を平均して、平均値を求めた。
(Evaluation of primary battery)
Discharge per unit weight of manganese dioxide by discharging each of the batteries 1-1 to 1-4, which are primary batteries, and the comparative battery 1-1 at 10 load resistors each at a load resistance of 15 kΩ until the battery voltage drops to 2.0 V. The capacity was determined. In each battery, the obtained 10 discharge capacity values were averaged to obtain an average value.

電池1−1〜1−4および比較電池1−1を、各20個ずつ、電池の放電容量の75%まで予め放電させた。放電後、各電池について、1kHzの交流電圧を印加することにより(交流インピーダンス法)、内部抵抗を測定し、その平均値を求めた。次いで、各電池を、60℃で40日間保存した。この条件での保存は、室温で2年間保存した場合に相当すると考えられる。   The batteries 1-1 to 1-4 and the comparative battery 1-1 were each discharged in advance to 75% of the discharge capacity of the battery. After discharging, by applying an AC voltage of 1 kHz for each battery (AC impedance method), the internal resistance was measured, and the average value was obtained. Each battery was then stored at 60 ° C. for 40 days. Storage under these conditions is considered to correspond to storage for 2 years at room temperature.

保存ののち、保存前と同様にして、内部抵抗を測定し、平均値を求めた。得られた結果を表2に示す。表2には、二酸化マンガン単位重量あたりの放電容量の平均値(表2においては、放電容量としている)および保存前の内部抵抗値の平均値と保存後の内部抵抗値の平均値(表2では、内部抵抗値としている)を示している。表2には、H22の添加の有無、反応温度、および二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径も示す。 After storage, the internal resistance was measured in the same manner as before storage, and the average value was obtained. The obtained results are shown in Table 2. Table 2 shows the average value of discharge capacity per unit weight of manganese dioxide (in Table 2, the discharge capacity), the average value of internal resistance before storage and the average value of internal resistance after storage (Table 2). Shows the internal resistance value). Table 2 also shows the presence or absence of addition of H 2 O 2 , the reaction temperature, and the average particle diameter of the manganese dioxide single crystal particles.

表2の電池1−1〜1−4および比較電池1−1の結果より、本発明の二酸化マンガンは、従来の二酸化マンガンと比較して、単位重量あたりの放電容量が約10mAh以上増加していることがわかる。本発明の二酸化マンガンは、単結晶または単結晶に近い構造を有し、粒子中にほとんど粒界が無いために、リチウムイオンの固相内拡散がスムーズに行われたためであると考えられる。   From the results of the batteries 1-1 to 1-4 and the comparative battery 1-1 in Table 2, the manganese dioxide of the present invention has a discharge capacity per unit weight increased by about 10 mAh or more as compared with the conventional manganese dioxide. I understand that. It is considered that the manganese dioxide of the present invention has a single crystal or a structure close to a single crystal, and there are almost no grain boundaries in the particles, so that lithium ions are smoothly diffused in the solid phase.

電池1−2の放電容量は、電池1−1の放電容量と比較して大きいことがわかる。原料水溶液にH22を添加することにより、生成される二酸化マンガンの結晶性がより高くなり、その利用率が向上したためと考えられる。 It can be seen that the discharge capacity of the battery 1-2 is larger than the discharge capacity of the battery 1-1. It is thought that by adding H 2 O 2 to the raw material aqueous solution, the crystallinity of the produced manganese dioxide was further increased, and the utilization rate was improved.

電池1−2と電池1−3の結果から、二酸化マンガン合成時の反応温度が高くなるほど、放電容量が大きくなることがわかる。二酸化マンガンを作製するときに、原料水溶液を亜臨界状態さらには超臨界状態とすることにより、二酸化マンガンの結晶性が高くなり、その利用率が向上したためと考えられる。   From the results of the batteries 1-2 and 1-3, it can be seen that the discharge capacity increases as the reaction temperature during synthesis of manganese dioxide increases. This is considered to be because the crystallinity of manganese dioxide was increased and its utilization rate was improved by making the aqueous raw material solution in a subcritical state or even a supercritical state when producing manganese dioxide.

電池1−1〜1−4は、比較電池1−1と比較して、保存後の内部抵抗値が低い。よって、電池1−1〜1−4で用いた二酸化マンガンが、比較電池1−1で用いた従来の二酸化マンガンに比べ安定であることがわかる。本発明の二酸化マンガンは、単結晶または単結晶に近い構造を有しており、結晶欠陥や低級酸化物をほとんど含まず、結晶構造内に硫酸根や結晶水をほとんど含まない。このため、二酸化マンガンからのマンガンの溶出が抑制され、内部抵抗の増加が抑えられたと考えられる。   The batteries 1-1 to 1-4 have a lower internal resistance value after storage than the comparative battery 1-1. Therefore, it can be seen that the manganese dioxide used in the batteries 1-1 to 1-4 is more stable than the conventional manganese dioxide used in the comparative battery 1-1. The manganese dioxide of the present invention has a single crystal or a structure close to a single crystal, hardly contains crystal defects and lower oxides, and hardly contains sulfate radicals and crystal water in the crystal structure. For this reason, it is thought that the elution of manganese from manganese dioxide was suppressed, and the increase in internal resistance was suppressed.

電池1−2の保存後の内部抵抗値は、電池1−1の保存後の内部抵抗値よりも小さいことがわかる。二酸化マンガンを作製するときに、原料水溶液にH22を添加することにより、二酸化マンガンの結晶性がより高くなる。このため、マンガンの溶出が抑制されると考えられる。 It can be seen that the internal resistance value after storage of the battery 1-2 is smaller than the internal resistance value after storage of the battery 1-1. When producing manganese dioxide, the crystallinity of manganese dioxide becomes higher by adding H 2 O 2 to the raw material aqueous solution. For this reason, it is thought that elution of manganese is suppressed.

電池1−2と電池1−3との結果より、反応温度が高くなるほど、保存後の内部抵抗値が小さくなることがわかる。原料水溶液を亜臨界状態または超臨界状態とすることにより、生成される二酸化マンガンの結晶性がより高くなり、マンガンの溶出が抑制されるためと考えられる。   From the results of the battery 1-2 and the battery 1-3, it can be seen that the higher the reaction temperature, the smaller the internal resistance value after storage. It is considered that by making the raw material aqueous solution into a subcritical state or a supercritical state, the produced manganese dioxide has higher crystallinity and the elution of manganese is suppressed.

(二次電池の評価)
二次電池である電池1−5および比較電池1−2については、各電池を10個ずつ、0.1mAの電流値で、2.5〜3.5Vの電池電圧の範囲で充放電を繰り返した。放電容量が、1サイクル目の放電容量(以下、初期放電容量ともいう)の50%となるサイクル数を求めた。
(Evaluation of secondary battery)
Regarding the batteries 1-5 and the comparative battery 1-2, which are secondary batteries, 10 batteries are repeatedly charged and discharged at a current value of 0.1 mA in a battery voltage range of 2.5 to 3.5 V. It was. The number of cycles at which the discharge capacity was 50% of the discharge capacity at the first cycle (hereinafter also referred to as initial discharge capacity) was determined.

同様に、二次電池である電池1−6および比較電池1−3についても、各電池を10個ずつ、0.1mAの電流値で、3.5〜4.5Vの電池電圧の範囲で充放電を繰り返した。放電容量が、初期放電容量の50%となるサイクル数を求めた。   Similarly, for the batteries 1-6 and the comparative battery 1-3, which are secondary batteries, 10 batteries are charged at a current value of 0.1 mA in a battery voltage range of 3.5 to 4.5V. The discharge was repeated. The number of cycles at which the discharge capacity was 50% of the initial discharge capacity was determined.

電池1−5における放電容量が初期放電容量の50%にまで低下するまでのサイクル数は、比較電池1−2と比べて、約20%増加していた。電池1−6における放電容量が初期放電容量の50%にまで低下するまでのサイクル数は、比較電池1−3と比べて、約25%増加していた。   The number of cycles until the discharge capacity of the battery 1-5 decreased to 50% of the initial discharge capacity was increased by about 20% compared to the comparative battery 1-2. The number of cycles until the discharge capacity of the battery 1-6 decreased to 50% of the initial discharge capacity was increased by about 25% compared to the comparative battery 1-3.

《実施例2−1》
図2および図3に示される装置を用いて、二酸化マンガンを作製した。反応管26の内壁部分32を構成する絶縁性無機材料としては、石英ガラスを用いた。また、第1管23および第2管24の構成材料、ならびに反応管26の外側部分の構成材料としては、ステンレス鋼を用いた。
<< Example 2-1 >>
Manganese dioxide was produced using the apparatus shown in FIGS. Quartz glass was used as the insulating inorganic material constituting the inner wall portion 32 of the reaction tube 26. Stainless steel was used as a constituent material of the first tube 23 and the second tube 24 and a constituent material of the outer portion of the reaction tube 26.

原料水溶液として、0.05mol/Lの硝酸マンガン水溶液を用いた。この硝酸マンガン水溶液を、第1供給装置21により、所定の圧力で供給した。酸化剤である過酸化水素を0.1mol/Lの濃度で蒸留水に溶解させた過酸化水素水を、第2供給装置22で、所定の圧力で供給した。その途中で、その過酸化水素水を、電気炉25により加熱して、超臨界水とした。   A 0.05 mol / L manganese nitrate aqueous solution was used as the raw material aqueous solution. This manganese nitrate aqueous solution was supplied at a predetermined pressure by the first supply device 21. Hydrogen peroxide solution in which hydrogen peroxide as an oxidizing agent was dissolved in distilled water at a concentration of 0.1 mol / L was supplied by the second supply device 22 at a predetermined pressure. On the way, the hydrogen peroxide solution was heated by the electric furnace 25 to obtain supercritical water.

硝酸マンガン水溶液と超臨界水とを、合流部MPで合流させて、反応液とした。このとき、合流部MPでの反応液の温度が400℃となり、その圧力が30MPaとなるように、電気炉25および27、ならびに背圧弁30を調節しておいた。なお、原料水溶液の昇温速度は、322℃/secであった。   The manganese nitrate aqueous solution and the supercritical water were joined at the joining part MP to obtain a reaction solution. At this time, the electric furnaces 25 and 27 and the back pressure valve 30 were adjusted so that the temperature of the reaction solution at the junction MP was 400 ° C. and the pressure was 30 MPa. The temperature rising rate of the raw material aqueous solution was 322 ° C./sec.

次いで、回収手段29に堆積した固形分を洗浄して、二酸化マンガンを得た。得られた二酸化マンガン単結晶粒子は、β型の結晶構造を有し、平均粒子径は0.4μmであった。
上記のようにして得られた二酸化マンガンを用い、実施例1−1と同様にして、電池2−1を作製した。
Next, the solid content deposited on the recovery means 29 was washed to obtain manganese dioxide. The obtained manganese dioxide single crystal particles had a β-type crystal structure, and the average particle size was 0.4 μm.
Using the manganese dioxide obtained as described above, a battery 2-1 was produced in the same manner as in Example 1-1.

《実施例2−2》
二酸化マンガンを作製するときに、0.05mol/Lの硝酸マンガン水溶液を用い、蒸留水に酸化剤を添加しなかったこと以外、実施例2−1と同様にして、電池2−2を作製した。なお、合流部MPでの反応液の温度および圧力は実施例2−1と同じにした。本実施例で得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は0.4μmであった。
<< Example 2-2 >>
When producing manganese dioxide, a battery 2-2 was produced in the same manner as in Example 2-1, except that an 0.05 mol / L manganese nitrate aqueous solution was used and no oxidizing agent was added to distilled water. . Note that the temperature and pressure of the reaction solution at the junction MP were the same as those in Example 2-1. The average particle size of the manganese dioxide single crystal particles obtained in this example was 0.4 μm.

《実施例2−3》
二酸化マンガンを作製するときに、合流部MPでの反応液の温度を300℃となるようにしたこと以外、実施例2−1と同様にして、電池2−3を作製した。なお、合流部MPでの反応液の圧力は実施例2−1と同じにした。本実施例で得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、0.7μmであった。
<< Example 2-3 >>
A battery 2-3 was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the temperature of the reaction solution at the junction MP was 300 ° C. when producing manganese dioxide. In addition, the pressure of the reaction liquid in the junction part MP was made the same as Example 2-1. The average particle size of the manganese dioxide single crystal particles obtained in this example was 0.7 μm.

《実施例2−4》
二酸化マンガンを作製するときに、合流部MPでの反応液の温度を250℃とし、圧力を30MPaとしたこと以外、実施例2−1と同様にして、電池2−4を作製した。本実施例で得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、0.9μmであった。
<< Example 2-4 >>
A battery 2-4 was produced in the same manner as in Example 2-1, except that when the manganese dioxide was produced, the temperature of the reaction solution at the junction MP was 250 ° C. and the pressure was 30 MPa. The average particle size of the manganese dioxide single crystal particles obtained in this example was 0.9 μm.

《実施例2−5》
実施例2−1で得られた二酸化マンガンと、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合し、混合物を得た。得られた混合物を400℃で熱処理して、リチウム含有マンガン酸化物(Li0.5MnO2)を得た。得られたリチウム含有マンガン酸化物を正極活物質として用いたこと以外、実施例2−1と同様にして、電池2−5を作製した。電池2−5は二次電池である。
<< Example 2-5 >>
Manganese dioxide obtained in Example 2-1 and lithium hydroxide were mixed at a molar ratio of 1: 0.5 to obtain a mixture. The obtained mixture was heat-treated at 400 ° C. to obtain lithium-containing manganese oxide (Li 0.5 MnO 2 ). A battery 2-5 was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the obtained lithium-containing manganese oxide was used as a positive electrode active material. The battery 2-5 is a secondary battery.

《実施例2−6》
実施例2−1で得られた二酸化マンガンと、水酸化リチウムとを、1:0.5のモル比で混合し、混合物を得た。得られた混合物を850℃にて熱処理して、マンガンスピネル(LiMn24)を得た。得られたマンガンスピネルを正極活物質として用いたこと以外、実施例2−1と同様にして、電池2−6を作製した。電池2−6は二次電池である。
<< Example 2-6 >>
Manganese dioxide obtained in Example 2-1 and lithium hydroxide were mixed at a molar ratio of 1: 0.5 to obtain a mixture. The obtained mixture was heat-treated at 850 ° C. to obtain manganese spinel (LiMn 2 O 4 ). A battery 2-6 was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the obtained manganese spinel was used as the positive electrode active material. The battery 2-6 is a secondary battery.

(生成試料の評価方法)
上記実施例2−1〜2−4において作製した二酸化マンガン、ならびに実施例2−5〜2〜6において作製した正極活物質の結晶構造、形状等を、上記と同様にして測定した。
(Production sample evaluation method)
The crystal structure and shape of the manganese dioxide prepared in Examples 2-1 to 2-4 and the positive electrode active materials prepared in Examples 2-5 to 2-6 were measured in the same manner as described above.

(評価結果)
一例として、実施例2−1で作製した二酸化マンガンのSEM写真およびX線回折チャートを、それぞれ、図7および図8に示す。
図7および図8より、実施例2−1で得られた二酸化マンガンは、不純物がほとんどなく、単結晶性の高い針状の微粒子を主として含むことがわかる。さらに、実施例2−1の二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は0.4μmであった。一方、図5に示されるように、実施例1−2で得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は8μmであった。従って、実施例2−1で得られる二酸化マンガンは、さらに平均粒子径の小さな微粒子であるため、リチウム一次電池の正極材料として非常に好適である。
なお、反応温度が374℃以下である場合、作製された二酸化マンガンの平均粒子径は、大きくなる傾向にあった。
(Evaluation results)
As an example, the SEM photograph and X-ray diffraction chart of the manganese dioxide produced in Example 2-1 are shown in FIGS. 7 and 8, respectively.
7 and 8, it can be seen that the manganese dioxide obtained in Example 2-1 has almost no impurities and mainly contains acicular fine particles having high single crystallinity. Furthermore, the average particle diameter of the manganese dioxide single crystal particles of Example 2-1 was 0.4 μm. On the other hand, as shown in FIG. 5, the average particle size of the manganese dioxide single crystal particles obtained in Example 1-2 was 8 μm. Accordingly, the manganese dioxide obtained in Example 2-1 is a fine particle having a smaller average particle diameter, and is thus very suitable as a positive electrode material for a lithium primary battery.
When the reaction temperature was 374 ° C. or lower, the average particle size of the produced manganese dioxide tended to increase.

次に、実施例2−1〜2−4の二酸化マンガンの作製における、H22の添加の有無、反応温度、および二酸化マンガンの収率を、表3に示す。 Next, Table 3 shows the presence / absence of addition of H 2 O 2 , the reaction temperature, and the yield of manganese dioxide in the production of manganese dioxide in Examples 2-1 to 2-4.

実施例2−1および実施例2−2の結果により、反応液がH22を含む実施例2−1の方が、二酸化マンガンの収率がより高くなっていることがわかる。このことから、H22が酸化剤として機能していると考えられる。すなわち、超臨界状態で過酸化水素が熱分解して生成した酸素ガスと、マンガンイオンを含む水溶液とが均一相を形成し、マンガンイオンの酸化が良好に進行したためであると考えられる。 The results of Example 2-1 and Example 2-2 show that the yield of manganese dioxide is higher in Example 2-1 in which the reaction solution contains H 2 O 2 . From this, it is considered that H 2 O 2 functions as an oxidizing agent. That is, it is considered that oxygen gas generated by thermal decomposition of hydrogen peroxide in a supercritical state and an aqueous solution containing manganese ions formed a uniform phase and oxidation of manganese ions proceeded well.

実施例2−1、実施例2−3および実施例2−4の結果より、250〜400℃の温度範囲では高温であるほど、高い収率となっていることがわかる。よって、マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態、さらには超臨界状態にすることにより、単結晶粒子の平均粒子径が小さい二酸化マンガンが得られやすくなることがわかる。   From the results of Example 2-1, Example 2-3, and Example 2-4, it can be seen that the higher the temperature, the higher the yield in the temperature range of 250 to 400 ° C. Therefore, it can be understood that manganese dioxide having a small average particle diameter of single crystal particles can be easily obtained by bringing the aqueous solution containing manganese ions into a subcritical state or a supercritical state.

(一次電池の評価方法)
一次電池である電池2−1〜2−4について、上記と同様にして、放電容量および保存前と保存後の内部抵抗値を求めた。得られた結果を表4に示す。表4には、電池1−2および比較電池1−1の結果も示す。さらに、表4には、H22の添加の有無、反応温度、二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径についても示している。
(Evaluation method of primary battery)
For batteries 2-1 to 2-4, which are primary batteries, the discharge capacity and the internal resistance value before and after storage were determined in the same manner as described above. Table 4 shows the obtained results. Table 4 also shows the results of Battery 1-2 and Comparative Battery 1-1. Further, Table 4 also shows the presence / absence of addition of H 2 O 2 , reaction temperature, and average particle diameter of manganese dioxide single crystal particles.

電池2−1〜2−4および比較電池1−1の結果より、平均粒子径が0.1μm以上10μm以下である単結晶粒子を主として含む二酸化マンガンを用いる電池は、従来の電解二酸化マンガンを用いる比較電池1−1と比べて、放電容量が約20mAh以上増加していることがわかる。用いた二酸化マンガンは、単結晶または単結晶に近い構造を有するので、二酸化マンガン粒子中に粒界がほとんど無い。さらに、二酸化マンガン粒子の平均粒子径が小さい。リチウムイオンの二酸化マンガン粒子内での移動距離が短くなるとともに、リチウムイオンが二酸化マンガン粒子内をスムーズに拡散することができるため、放電容量が向上したと考えられる。   From the results of the batteries 2-1 to 2-4 and the comparative battery 1-1, a battery using manganese dioxide mainly containing single crystal particles having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less uses conventional electrolytic manganese dioxide. It can be seen that the discharge capacity is increased by about 20 mAh or more as compared with the comparative battery 1-1. Since the manganese dioxide used has a single crystal or a structure close to a single crystal, there are almost no grain boundaries in the manganese dioxide particles. Furthermore, the average particle diameter of the manganese dioxide particles is small. It is considered that the discharge capacity was improved because the movement distance of lithium ions in the manganese dioxide particles was shortened and the lithium ions could be smoothly diffused in the manganese dioxide particles.

また、電池2−1の放電容量は、電池2−2の放電容量と比較して大きい。反応液がH22を含むことにより、二酸化マンガンの結晶性が高くなり、その利用率が向上するためと考えられる。 Further, the discharge capacity of the battery 2-1 is larger than the discharge capacity of the battery 2-2. It is considered that when the reaction solution contains H 2 O 2 , the crystallinity of manganese dioxide is increased and the utilization rate is improved.

電池2−1、電池2−3および2−4の結果から、反応温度が高くなるほど、電池の放電容量が大きくなることがわかる。マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態または超臨界状態にすることにより、二酸化マンガンの結晶性が高くなり、その利用率が向上するためと考えられる。   From the results of the battery 2-1, the battery 2-3, and 2-4, it can be seen that the discharge capacity of the battery increases as the reaction temperature increases. It is considered that by making the aqueous solution containing manganese ions into a subcritical state or a supercritical state, the crystallinity of manganese dioxide is increased and the utilization rate is improved.

電池2−1〜2−4の放電容量は、電池1−2の放電容量と同程度またはそれ以上となっている。二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径を0.1〜1μmとすることにより、リチウムイオンの拡散距離が短くなり、利用率が向上するためと考えられる。   The discharge capacity of the batteries 2-1 to 2-4 is approximately the same as or higher than the discharge capacity of the battery 1-2. It is considered that by setting the average particle diameter of the manganese dioxide single crystal particles to 0.1 to 1 μm, the diffusion distance of lithium ions is shortened and the utilization rate is improved.

電池2−1〜2−4は、比較電池1−1と比べて、保存後の内部抵抗値が低いことがわかる。上記と同様に、本発明の二酸化マンガンは単結晶または単結晶に近い構造を有しており、結晶欠陥や低級酸化物を含まず、結晶構造内に硫酸根や結晶水を含まない。このため、マンガンの溶出が抑制されて、内部抵抗値の増加が抑えられると考えられる。   It can be seen that the batteries 2-1 to 2-4 have lower internal resistance values after storage than the comparative battery 1-1. Similarly to the above, the manganese dioxide of the present invention has a single crystal or a structure close to a single crystal, does not contain crystal defects or lower oxides, and does not contain sulfate radicals or crystal water in the crystal structure. For this reason, it is thought that elution of manganese is suppressed and an increase in internal resistance value is suppressed.

電池2−1の保存後の内部抵抗値は、電池2−2の保存後の内部抵抗値と比べて小さいことがわかる。反応液がH22を含むことにより、二酸化マンガンの結晶性が高くなり、マンガンの溶出が抑制されるためと考えられる。 It can be seen that the internal resistance value after storage of the battery 2-1 is smaller than the internal resistance value after storage of the battery 2-2. It is considered that when the reaction solution contains H 2 O 2 , the crystallinity of manganese dioxide is increased and elution of manganese is suppressed.

電池2−1、電池2−3および2−4の結果から、反応温度が高くなるほど、保存後の内部抵抗値が小さくなることがわかる。マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態または超臨界状態にすることにより、二酸化マンガンの結晶性が高くなり、マンガンの溶出が抑制されるためと考えられる。   From the results of the batteries 2-1, 2-3, and 2-4, it can be seen that the higher the reaction temperature, the smaller the internal resistance value after storage. It is considered that by bringing the aqueous solution containing manganese ions into a subcritical state or a supercritical state, the crystallinity of manganese dioxide is increased and the elution of manganese is suppressed.

(二次電池の評価)
二次電池である電池2−5および2−6についても、上記と同様にして、放電容量が初期放電容量の50%となるサイクル数を求めた。
電池2−5における、放電容量が初期放電容量の50%となるサイクル数は、比較電池1−2と比べて、約20%増加していた。電池2−6における、放電容量が初期放電容量の50%となるサイクル数は、比較電池1−3と比べて、約25%増加していた。
(Evaluation of secondary battery)
For batteries 2-5 and 2-6, which are secondary batteries, the number of cycles at which the discharge capacity was 50% of the initial discharge capacity was determined in the same manner as described above.
The number of cycles in which the discharge capacity of the battery 2-5 was 50% of the initial discharge capacity was increased by about 20% compared to the comparative battery 1-2. The number of cycles in which the discharge capacity of the battery 2-6 was 50% of the initial discharge capacity was increased by about 25% compared to the comparative battery 1-3.

以上のように、本発明の二酸化マンガンは、従来の二酸化マンガンを含む電池と比較して、放電容量が向上し、保存後の内部抵抗値が低下することがわかる。さらに、本発明の二酸化マンガンを出発物質とし、加工等して得られる二次電池用正極活物質を用いた場合でも、本発明の二酸化マンガンの特徴が生かされ、その正極活物質を用いる電池の充放電サイクル寿命が向上することがわかる。
なお、本発明の二酸化マンガンを他の活物質と混合して用いても、上記のような効果が得られる。この場合、本発明の二酸化マンガンは、活物質混合物の10重量%以上を占めることが好ましい。
As described above, it can be seen that the manganese dioxide of the present invention has an improved discharge capacity and a reduced internal resistance value after storage as compared with a conventional battery containing manganese dioxide. Furthermore, even when the positive electrode active material for secondary batteries obtained by processing or the like using the manganese dioxide of the present invention as a starting material, the characteristics of the manganese dioxide of the present invention are utilized, and the battery using the positive electrode active material is used. It can be seen that the charge / discharge cycle life is improved.
Even when the manganese dioxide of the present invention is mixed with other active materials, the above-described effects can be obtained. In this case, the manganese dioxide of the present invention preferably accounts for 10% by weight or more of the active material mixture.

《実施例2−7》
内壁がアルミナからなる反応管を用いたこと以外、実施例2−1と同様にして、二酸化マンガンを作製した。本実施例において、合流部MPでの反応液の温度および圧力は実施例2−1と同じにした。本実施例で得られた二酸化マンガン単結晶粒子の平均粒子径は、0.4μmであった。
<< Example 2-7 >>
Manganese dioxide was produced in the same manner as in Example 2-1, except that a reaction tube having an inner wall made of alumina was used. In this example, the temperature and pressure of the reaction solution at the junction MP were the same as those in Example 2-1. The average particle diameter of the manganese dioxide single crystal particles obtained in this example was 0.4 μm.

《比較例2−1および比較例2−2》
図2に示される装置を用いた。比較例2−1では、反応管がステンレス鋼のみで構成した。比較例2−2では、反応管を銅のみで構成した。反応管の入口に、第1管および第2管を、図9に示されるように接続した。
上記のような装置を用いたこと以外、実施例2−1と同様にして、二酸化マンガンの合成を開始した。しかしながら、比較例2−1では合成を開始して40分後に、比較例2−2では合成を開始して30分後に、生成された二酸化マンガンによる装置(反応管)の閉塞が生じた。
<< Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 >>
The apparatus shown in FIG. 2 was used. In Comparative Example 2-1, the reaction tube was composed only of stainless steel. In Comparative Example 2-2, the reaction tube was composed only of copper. A first tube and a second tube were connected to the inlet of the reaction tube as shown in FIG.
Manganese dioxide synthesis was started in the same manner as in Example 2-1, except that the above apparatus was used. However, in Comparative Example 2-1, 40 minutes after the start of synthesis, and in Comparative Example 2-2, 30 minutes after the start of synthesis, the apparatus (reaction tube) was blocked by the produced manganese dioxide.

実施例2−1および2−7で用いた装置においては、二酸化マンガンの合成を5時間行った後も、反応管の内壁面において、二酸化マンガンの析出は認められなかった。よって、反応管の内部を構成する材料としては、反応管の内壁面への二酸化マンガンの析出を抑制することができるため、石英ガラス、アルミナなどの絶縁性無機材料を使用することが好ましい。   In the apparatuses used in Examples 2-1 and 2-7, no manganese dioxide was deposited on the inner wall surface of the reaction tube even after the synthesis of manganese dioxide for 5 hours. Therefore, as a material constituting the inside of the reaction tube, it is preferable to use an insulating inorganic material such as quartz glass or alumina because precipitation of manganese dioxide on the inner wall surface of the reaction tube can be suppressed.

以上のように、本発明の二酸化マンガンは、放電時のマンガンの溶出が抑制されているため、電池内部抵抗の増加、放電不良等の不具合の発生が低減されている。このような二酸化マンガンを用いることにより、電池の寿命特性を改善し、電池の信頼性を向上させることができる。
マンガンイオンを含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態とすることにより、極めて単結晶性の高い二酸化マンガンを合成できる。特に、超臨界状態において、反応場に、酸化剤である硝酸イオンおよび酸素ガスを共存させると、マンガンイオンを含む水溶液と酸素ガスとは、さらに、均一相を形成することができるため、高収率で二酸化マンガンを合成できる。また、生成する粒子は、平均粒子径20μm以下であり、粉砕工程を必要としない。このため、粉砕エネルギーを省くことができる。よって、上記のような方法により、電池特性を向上させることができる二酸化マンガン単結晶粒子を、高速、高効率、かつ低エネルギー消費で合成できる。
As described above, the manganese dioxide of the present invention suppresses the elution of manganese at the time of discharge, so that the occurrence of defects such as an increase in battery internal resistance and defective discharge is reduced. By using such manganese dioxide, the life characteristics of the battery can be improved and the reliability of the battery can be improved.
By making an aqueous solution containing manganese ions into a subcritical state or a supercritical state, manganese dioxide having extremely high single crystallinity can be synthesized. In particular, in the supercritical state, when nitrate ions and oxygen gas, which are oxidizing agents, coexist in the reaction field, the aqueous solution containing manganese ions and the oxygen gas can further form a homogeneous phase. Manganese dioxide can be synthesized at a rate. Moreover, the particle | grains to produce | generate are 20 micrometers or less in average particle diameter, and do not require a grinding | pulverization process. For this reason, pulverization energy can be saved. Therefore, manganese dioxide single crystal particles that can improve battery characteristics can be synthesized at high speed, high efficiency, and low energy consumption by the method described above.

本発明の二酸化マンガンを作製するための装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the apparatus for producing the manganese dioxide of this invention. 本発明の二酸化マンガンを作製するための装置の別の例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the apparatus for producing the manganese dioxide of this invention. 図2に示される装置に設けられた第1管と第2管と反応管との合流部を示す概略図である。It is the schematic which shows the junction part of the 1st pipe | tube, the 2nd pipe | tube, and reaction tube which were provided in the apparatus shown by FIG. 実施例で作製したコイン型電池を概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows roughly the coin-type battery produced in the Example. 実施例1−2で作製した二酸化マンガンの電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of manganese dioxide produced in Example 1-2. 実施例1−2で作製した二酸化マンガンのX線回折チャートである。It is an X-ray diffraction chart of manganese dioxide produced in Example 1-2. 実施例2−1で作製した二酸化マンガンの電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of manganese dioxide produced in Example 2-1. 実施例2−1で作製した二酸化マンガンのX線回折チャートである。3 is an X-ray diffraction chart of manganese dioxide produced in Example 2-1. 比較例2−1および比較例2−2で用いた二酸化マンガンの製造装置の第1管と第2管と反応管との合流部を示す概略図である。It is the schematic which shows the confluence | merging part of the 1st pipe | tube of the manufacturing apparatus of the manganese dioxide used in Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2, a 2nd pipe | tube, and a reaction tube.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応管
2 管状炉
3 熱電対
4 電熱線
5 栓
6 ホルダー
21 第1供給装置
22 第2供給装置
21a、22a タンク
21b、22b ポンプ
23 第1管
24 第2管
25、27 管型電気炉
26 反応管
28 熱交換器
29 回収手段
30 背圧弁
31 リザーバ
32 絶縁性無機材料
41 正極
42 負極
43 セパレータ
44 ガスケット
45 封口板
46 正極ケース
47 カーボン塗料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction tube 2 Tubular furnace 3 Thermocouple 4 Heating wire 5 Plug 6 Holder 21 1st supply apparatus 22 2nd supply apparatus 21a, 22a Tank 21b, 22b Pump 23 1st pipe 24 2nd pipe 25, 27 Tube type electric furnace 26 Reaction tube 28 Heat exchanger 29 Recovery means 30 Back pressure valve 31 Reservoir 32 Insulating inorganic material 41 Positive electrode 42 Negative electrode 43 Separator 44 Gasket 45 Sealing plate 46 Positive electrode case 47 Carbon paint

Claims (14)

β型の結晶構造を有する単結晶粒子を含む二酸化マンガン。   Manganese dioxide containing single crystal particles having a β-type crystal structure. 前記単結晶粒子の平均粒子径が、0.1μm以上1μm以下である請求項1記載の二酸化マンガン。   The manganese dioxide according to claim 1, wherein the single crystal particles have an average particle size of 0.1 µm or more and 1 µm or less. 前記単結晶粒子が針状の粒子形状を有する請求項1記載の二酸化マンガン。   The manganese dioxide according to claim 1, wherein the single crystal particles have a needle-like particle shape. 二酸化マンガンの製造方法であって、
マンガンイオンを含む水溶液を亜臨界状態または超臨界状態として、二酸化マンガンを析出させる工程を包含する製造方法。
A method for producing manganese dioxide,
A production method comprising a step of depositing manganese dioxide in a subcritical state or a supercritical state of an aqueous solution containing manganese ions.
前記マンガンイオンを含む水溶液を、300℃/sec以上の昇温速度で加熱して、亜臨界状態または超臨界状態とする請求項4記載の二酸化マンガンの製造方法。   The method for producing manganese dioxide according to claim 4, wherein the aqueous solution containing manganese ions is heated at a heating rate of 300 ° C./sec or more to be in a subcritical state or a supercritical state. 前記マンガンイオンを含む水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態の水と直接混合することにより、前記マンガンイオンを含む水溶液を300℃/sec以上の昇温速度で加熱する請求項5記載の二酸化マンガンの製造方法。   6. The manganese dioxide according to claim 5, wherein the aqueous solution containing manganese ions is directly mixed with subcritical or supercritical water to heat the aqueous solution containing manganese ions at a temperature rising rate of 300 ° C./sec or more. Manufacturing method. 前記マンガンイオンを含む水溶液に酸化剤が溶解されており、前記酸化剤が、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素および硝酸イオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む請求項4記載の二酸化マンガンの製造方法。   5. The manganese dioxide solution according to claim 4, wherein an oxidizing agent is dissolved in the aqueous solution containing manganese ions, and the oxidizing agent contains at least one selected from the group consisting of oxygen gas, ozone gas, hydrogen peroxide, and nitrate ions. Production method. 前記亜臨界状態または超臨界状態の水に酸化剤が溶解されており、前記酸化剤が、酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素および硝酸イオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む請求項6記載の二酸化マンガンの製造方法。   The oxidant is dissolved in the subcritical or supercritical water, and the oxidant includes at least one selected from the group consisting of oxygen gas, ozone gas, hydrogen peroxide, and nitrate ions. Of manufacturing manganese dioxide. 反応管と、前記反応管の入口側に接続され、前記反応管にマンガンイオンを含む水溶液を供給する第1管と、前記反応管の入口側に接続され、前記反応管に亜臨界状態または超臨界状態の水を供給する第2管と、前記反応管の出口側に設けられた二酸化マンガンの回収手段を備え、
前記反応管の入口側の端部において、前記マンガンイオンを含む水溶液と前記亜臨界状態または超臨界状態の水とが混合され、
前記反応管の内壁部分が絶縁性無機材料からなる、二酸化マンガンの製造装置。
A reaction tube, connected to the inlet side of the reaction tube and supplying an aqueous solution containing manganese ions to the reaction tube; connected to the inlet side of the reaction tube; A second pipe for supplying water in a critical state, and manganese dioxide recovery means provided on the outlet side of the reaction pipe;
At the inlet end of the reaction tube, the aqueous solution containing the manganese ions and the subcritical or supercritical water are mixed,
An apparatus for producing manganese dioxide, wherein an inner wall portion of the reaction tube is made of an insulating inorganic material.
前記絶縁性無機材料が石英またはアルミナである請求項9記載の二酸化マンガンの製造装置。   The apparatus for producing manganese dioxide according to claim 9, wherein the insulating inorganic material is quartz or alumina. 請求項1記載の二酸化マンガンを含む電池用正極活物質。   The positive electrode active material for batteries containing the manganese dioxide of Claim 1. 請求項1記載の二酸化マンガンとリチウム化合物とを焼成して合成される電池用正極活物質。   A positive electrode active material for a battery, which is synthesized by firing the manganese dioxide according to claim 1 and a lithium compound. 請求項11または12に記載の電池用正極活物質を含む正極、負極、セパレータおよび電解液を含む電池。   The battery containing the positive electrode containing the positive electrode active material for batteries of Claim 11 or 12, a negative electrode, a separator, and electrolyte solution. 前記β型の結晶構造を有する単結晶粒子を70重量%以上含む請求項1記載の二酸化マンガン。   2. The manganese dioxide according to claim 1, comprising 70% by weight or more of single crystal particles having the β-type crystal structure.
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