JP5811233B2 - マンガン酸化物及びそれを用いたマンガン酸リチウムの製造方法 - Google Patents
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Description
MSO4:電解二酸化マンガン中のSO4(mol)
MMn:電解二酸化マンガン中のMn(mol)
原料の電解二酸化マンガンは、マンガン原子価が3.9以上4.0以下であることが好ましい。マンガン原子価が3.9以上であれば、還元処理による硫酸根の除去効果が大きくなる。
CH2SO4=C’H2SO4×98.02
Mn2+/H2SO4重量比=CMn/CH2SO4
ここで、
C’F−Mn :補給液中のMn濃度(mol/L)
CMn :電解液中のMn濃度(g/L)
C’Mn :電解液中のMn濃度(mol/L)
CH2SO4 :電解液中のH2SO4濃度(g/L)
C’H2SO4 :電解液中のH2SO4濃度(mol/L)
であり、係数54.94は電解二酸化マンガン(MnO2)の質量数(g/mol)、98.02は硫酸(H2SO4)の質量数(g/mol)である。
Na/Mnモル比率(%)=(MNa/MMn)×100
MSO4:マンガン酸化物中のSO4(mol)
MNa:マンガン酸化物中のNa(mol)
MMn:マンガン酸化物中のMn(mol)
本発明のマンガン酸化物は、BET比表面積が25m2/g以上50m2/g以下であることが好ましく、25m2/g以上40m2/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が25m2/g以上であると、リチウム化合物との反応性が高くなりやすく、得られるマンガン酸リチウムの結晶性が高くなりやすい。一方、50m2/g以下であればリチウム化合物と十分に反応しやすい。
マンガン酸化物およびマンガン酸リチウム0.5gを0.1N−アンモニア水50mL中に投入し、10秒間超音波照射を行い調製した分散スラリーを、マイクロトラックHRA(HONEWELL製)に所定量投入し、レーザー回折法で体積分布の測定を行ない、平均粒子径および粒子径分布を求めた。
マンガン酸化物およびマンガン酸リチウムを、一般的なX線回折装置(マックサイエンス社製MXP−3)を使用して測定した。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件は毎秒0.04°、計測時間は3秒、および測定範囲は2θとして5°から80°の範囲で測定した。
スピネル構造マンガン酸リチウム(空間群Fd−3m)の400回折ピーク(2θ=44°付近のピーク)の半値幅を測定し、Scherrer式によって結晶子径を算出した。
マンガン酸化物およびマンガン酸リチウムのBET比表面積は、BET1点法の窒素吸着により測定した。なお、BET比表面積の測定に使用した試料は、BET比表面積の測定に先立ち、150℃で40分間加熱して脱気処理を行った。
原料の電解二酸化マンガン、マンガン酸化物およびマンガン酸リチウムの化学組成はICP発光分析を用いて測定した。
電池特性試験は以下に示した方法で行った。マンガン酸リチウムと導電剤のポリテトラフルオロエチレンとアセチレンブラックとの混合物(商品名:TAB−2)とを重量比で4:1の割合で混合し、1ton/cm2の圧力でメッシュ(SUS316製)上にペレット状に成型した後、200℃で減圧乾燥し電池用正極を作製した。
(電解二酸化マンガンの製造)
電流密度を0.83A/dm2、電解温度を95℃、電解補給液をマンガン濃度47g/lの硫酸マンガン液とし、電解液中の硫酸濃度が20g/lとなるように10日間電解した。電解期間中の電解液中のMn2+/H2SO4重量比は2.1であった。電解析出した電解二酸化マンガンの塊をローラーミルで粉砕した後、洗浄して電解二酸化マンガンを得た。得られた電解二酸化マンガンの平均粒子径は25μmであった。得られた電解二酸化マンガンの結晶相を図1、粒子径分布を図2、粒子形態を図3に示した。
電解二酸化マンガン10gに50mlの純水を添加し、二酸化マンガン分散液とした。
これを攪拌して70℃で保持しながら、5重量%ヒドラジン水溶液を0.5g/minの滴下速度で滴下して、還元処理を行った。
得られたマンガン酸化物と平均粒子径3.5μmの炭酸リチウムとを乾式混合し、(リチウム/マンガン)モル比=0.54となるように混合した。当該混合物100gをアルミナ坩堝に入れ、マッフル炉で空気中、850℃、1日間焼成してマンガン酸リチウムを得た。結果を表1に示す。
(マンガン酸化物の製造)
実施例1と同様な方法で得られた電解二酸化マンガンを用い、ヒドラジン水溶液の滴下量を還元率65%とした以外は実施例1と同様な操作でマンガン酸化物を得た。
得られたマンガン酸化物を用いて、実施例1と同様な方法でマンガン酸リチウムを得た。結果を表1に示した。
(マンガン酸化物の製造)
実施例1と同様な方法で得られた電解二酸化マンガンを使用し、電解二酸化マンガンの重量に対して5倍重量の0.1N−アンモニア水で攪拌、洗浄した後、ろ過、分離し、60℃で一夜間乾燥して、比較例1のマンガン酸化物とした。結果を表1に示す。
得られたマンガン酸化物を用いて、実施例1と同様な方法でマンガン酸リチウムを得た。結果を表1に示す。
(マンガン酸化物の製造)
実施例1と同様な方法で電解二酸化マンガンを得、0.1N−アンモニア水の代わりに0.1N−水酸化ナトリウム溶液を用いた以外は、実施例1と同様な方法でマンガン酸化物を得た。
得られたマンガン酸化物を用いて、実施例1と同様な方法でマンガン酸リチウムを得た。結果を表1に示す。
(マンガン酸化物の製造)
実施例1と同様な方法で電解二酸化マンガンを得、アンモニア水への浸漬および攪拌処理を行わなかった以外は実施例1と同様な方法でマンガン酸化物を得た。結果を表1に示す。アルカリ処理を行わない場合、硫酸根の除去が不十分であり、得られたマンガン酸化物の硫酸濃度は高かった。
得られたマンガン酸化物を用いて、実施例1と同様な方法でマンガン酸リチウムを得た。結果を表1に示す。
Claims (4)
- マンガン原子価が2.7以上3.7以下、マンガナイト(MnOOH)、γ−MnO2及びハウスマンナイト(Mn3O4)の群から選ばれるいずれか一種以上の結晶相を有し、SO 4 /Mnモル比率が0.7%以下、Na/Mnモル比率が0.1%以下であることを特徴とするマンガン酸化物。
- 1μm以下の粒子が体積分率で5%以下であることを特徴とする請求項1に記載のマンガン酸化物。
- 請求項1又は2に記載のマンガン酸化物とリチウム化合物を混合し、熱処理するマンガン酸リチウムの製造方法であって、マンガン酸化物が、電解二酸化マンガンを還元処理して、マンガン原子価を2.7以上3.7以下にした後、アンモニアで中和処理、洗浄及び乾燥して得られたことを特徴とするマンガン酸リチウムの製造方法。
- 還元処理をヒドラジン水溶液で行うことを特徴とする請求項3に記載のマンガン酸リチウムの製造方法。
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