JPH0521062A - リチウム二次電池用二酸化マンガンおよびその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池用二酸化マンガンおよびその製造方法

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JPH0521062A
JPH0521062A JP3198209A JP19820991A JPH0521062A JP H0521062 A JPH0521062 A JP H0521062A JP 3198209 A JP3198209 A JP 3198209A JP 19820991 A JP19820991 A JP 19820991A JP H0521062 A JPH0521062 A JP H0521062A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リチウム二次電池の陽極活物質に用いられる
高性能化を可能とした二酸化マンガンおよびその製造方
法を提供する。 【構成】 (1)アンモニアを0.2〜0.6重量%、
リチウムを1.0〜3.5重量%含有することを特徴と
するリチウム二次電池用α型二酸化マンガン。 (2)アンモニアを含有するα型二酸化マンガンをリチ
ウム水溶液中に浸漬するか、またはリチウム塩と混合す
ることを特徴とするリチウム二次電池用α型二酸化マン
ガンの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリチウム二次電池の陽極
活物質として用いられるα型二酸化マンガンおよびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウムまたはリチウム合金を陰極活物
質とするリチウム一次電池の陽極活物質としては二酸化
マンガン、フッ化炭素等が代表的なものとして知られて
おり、これらは既に実用化されている。
【0003】このような陽極活物質の中で特に二酸化マ
ンガンは、保存性に優れ、かつ安価であるという利点を
有する。
【0004】しかし、このような現在リチウム一次電池
の陽極活物質に用いられている二酸化マンガンをリチウ
ム二次電池の陽極活物質に用いた場合、充放電サイクル
の再現性が悪く、充分な特性を有する二次電池が得られ
ていないのが現状である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたもので、リチウム二次電池の陽
極活物質に用いられる高性能化を可能とした二酸化マン
ガンおよびその製造方法を提供することを目的とし、リ
チウム二次電池の大幅な放電容量の拡大を図ることを最
終的な目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
一定量のアンモニアおよびリチウム含有したα型二酸化
マンガンを得、これをさらに加熱処理してリチウム二次
電池の陽極活物質として用いることによって達成され
る。
【0007】すなわち、本発明は、アンモニアを0.2
〜0.6重量%、リチウムを1.0〜3.5重量%含有
することを特徴とするリチウム二次電池用α型二酸化マ
ンガンにある。
【0008】本発明のα型二酸化マンガンには、上述の
ようにアンモニアが0.2〜0.6重量%含有される。
アンモニアの含有量が0.2重量%未満ではリチウム二
次電池の放電性能に対する含有効果が小さく、また0.
6重量%を超えるとリチウム二次電池に用いたときに二
酸化マンガンが有する放電特性が損なわれる傾向にあ
る。
【0009】また、リチウムは1.0〜3.5重量%含
有される。リチウム含有量が1.0重量%未満ではリチ
ウム二次電池の放電性能に対する含有効果が小さく、ま
た3.5重量%を超えるとリチウム二次電池の放電性能
は向上せず、逆に二酸化マンガンが有する放電特性が損
なわれる。
【0010】このようなアンモニアおよびリチウムを一
定量含有する本発明のα型二酸化マンガンは、次の方法
によって得られる。
【0011】すなわち、先ず、アンモニウム塩を添加し
た硫酸マンガンおよび硫酸溶液を電解し、アンモニアを
一定量含有するα型の二酸化マンガンを得る。
【0012】この電解においては、電解液として硫酸マ
ンガンおよび硫酸の溶液を用いる。この電解液中のマン
ガン濃度は20〜50g/l、硫酸濃度は30〜80g
/lが一般的である。また、電極として陽極にはチタン
等、陰極にはカーボン等が用いられる。
【0013】アンモニウム塩としては、硫酸アンモニウ
ム、塩化アンモニウム等が用いられる。このアンモニウ
ム塩の添加は、例えば電解槽上部から電極板間に補給硫
酸マンガン溶液と共に均一に添加する。
【0014】また、電解二酸化マンガンの電解条件とし
通常、浴温90〜100℃、電流密度50〜100A/
2で行なわれる。
【0015】この電解液中のアンモニウム塩の濃度は
0.1〜2.0モル/lとし、得られる電解二酸化マン
ガンにアンモニアが上記範囲含有されるようにアンモニ
ウム塩を添加する。
【0016】次に、このアンモニア含有α型二酸化マン
ガンを水酸化リチウムや硝酸リチウム等のリチウム塩水
溶液を用いて中和処理し、さらに濾過、乾燥して本発明
の二酸化マンガンを得るものである(以下、製造方法I
という)。
【0017】すなわち、この製造方法はアンモニア含有
α型二酸化マンガンを水酸化リチウムや硝酸リチウムの
ようなリチウム塩水溶液を用いて中和処理するものであ
る。この際のリチウム塩の濃度は0.1〜10モル/l
が望ましい。また、この中和処理時間は1〜24時間が
適当であり、温度条件は20〜80℃が望ましい。
【0018】また別の製造方法は、前記アンモニア含有
α型二酸化マンガンを水酸化リチウムや硝酸リチウム等
のリチウム塩と混合し、本発明の二酸化マンガンを得る
ものである(以下、製造方法IIという)。
【0019】すなわち、この製造方法は、アンモニア含
有α型二酸化マンガンを水酸化リチウムや硝酸リチウム
等のようなリチウム塩と充分混合するものである。
【0020】このようにして得られた本発明のα型二酸
化マンガンは、上述のように一定量のアンモニアとリチ
ウムを含有する。
【0021】このα型二酸化マンガンはさらに加熱処理
した後、リチウム二次電池の陽極活物質として用いられ
る。その際の加熱処理条件は、上記製造方法Iでは30
0〜450℃、3〜6時間、また上記製造方法IIでは
300〜450℃、3〜24時間がそれぞれ望ましい。
【0022】本発明において、処理原料としてアンモニ
アを含有するα型二酸化マンガンを用いることによっ
て、通常のγ型二酸化マンガンを用いた場合よりも顕著
な効果を有するのは、アンモニアを含有するα型二酸化
マンガンは、大きいトンネル構造を有し、トンネル内の
アンモニアがリチウムイオンと熱処理時に置換しやす
く、リチウム二次電池ノ陽極活物質とした時の充放電の
際、リチウムをドープおよび脱ドープしやすいと考えら
れる。
【0023】また、トンネル構造内にリチウムを存在さ
せることにより、熱処理による構造の崩壊が防止され、
陽極活物質に用いた時に、リチウム二次電池のサイクル
特性が向上したものと考えられる。
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例に基づき
具体的に説明する。
【0025】実施例1 加温装置を設けた内容積3リットルの電解槽に陽極とし
てチタン板、陰極として黒鉛板をそれぞれ交互に懸吊せ
しめ、電解槽の底部に硫酸マンガンおよびアンモニウム
塩溶液からなる電解補給液の添加管を設けたものを使用
した。
【0026】電解補給液は、硫酸マンガン溶液に硫酸ア
ンモニウムを40g/lとなるように調整した。
【0027】この補給液を前記電解槽に注入しながら、
電解するに際して、電解液の組成をマンガン50g/
l、硫酸30g/lとなるように調整し、電解は電解浴
の温度を95±1℃に保ち、電流密度100A/m2
行なった。
【0028】電解終了後、電解二酸化マンガンが電着し
た陽極板を取り出し、常法の後処理を実施した。
【0029】次に、このようにして得られたアンモニア
含有α型二酸化マンガン100gを加温装置を設けた内
容積2リットルの処理槽中に満たした2モル/lの水酸
化リチウム中に投入し、撹拌しながら反応温度70℃で
2時間反応させた後、常法の濾過、乾燥処理を施し、二
酸化マンガンを調製した(製造方法I)。得られた二酸
化マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量を表1に
示した。
【0030】その後、400℃で3時間加熱処理を行な
い、陽極活物質用二酸化マンガンとした。
【0031】この加熱処理した二酸化マンガンを陽極活
物質として以下に示すリチウム二次電池を構成した(図
1)。なお、リチウム二次電池には内径10.8mmφ
の放電用電池を用い、構成作業はアルゴン雰囲気下のド
ライボックス中で行なった。
【0032】図1中、1は負極端子、2は絶縁物(テフ
ロン材)、3は負極集電板、4は負極材、5はセパレー
タ、6は陽極合剤、7は陽極端子を示す。
【0033】陽極合剤6としては、得られた二酸化マン
ガン90mgに対して黒鉛6mgおよび四フッ化エチレ
ン樹脂4mgを混合し、加重2tで加圧成型して直径1
0.6mmφのペレットとしたものを用いた。
【0034】電解液としては、プロピレンカーボネート
および1,2−ジメトキシエタンの1:1混合溶媒に過
塩素酸リチウム(LiClO4)を溶解したものを用
い、セパレータ5中に含ませて使用した。
【0035】負極材4としては、リチウム−アルミニウ
ム合金(Al含有量15重量%)電極を用い、陽極合剤
6に対して充分量(約2倍当量)となるように設計し
た。
【0036】得られたリチウム二次電池を用いて、1m
Aの電流で3.8〜2.0Vの範囲の電圧で充放電を繰
り返し、1サイクル、10サイクルおよび50サイクル
毎の二次電池放電容量を測定し、結果を併せて表1に示
す。
【0037】実施例2〜3 実施例1の電解時の硫酸アンモニウム添加量40g/l
を、20g/l(実施例2)、60g/l(実施例3)
に変えた以外は実施例1と同様の操作を行なった。得ら
れた二酸化マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量
を表1に示した。これらの二酸化マンガンを実施例1と
同様の条件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マ
ンガンとし、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同
様の電池評価を行ない、結果を表1に示す。
【0038】実施例4〜5 実施例1のリチウム含有処理時の水酸化リチウム2モル
/lを、水酸化リチウム1.0モル/l(実施例4)、
硝酸リチウム3モル/l、水酸化リチウム1モル/l
(実施例5)に変えた以外は実施例1と同様の操作を行
なった。得られた二酸化マンガンのリチウムおよびアン
モニア含有量を表1に示した。
【0039】これらの二酸化マンガンを実施例1と同様
の条件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マンガ
ンとし、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同様の
電池評価を行ない、結果を表1に示す。
【0040】実施例6 実施例1の電解で得られたアンモニア含有α型二酸化マ
ンガン100gに硝酸リチウム20gを加え充分に混合
し、二酸化マンガンを得た。得られた二酸化マンガンの
リチウムおよびアンモニア含有量を表1に示した。
【0041】その後、400℃で5時間加熱処理を行な
い、陽極活物質用二酸化マンガンとした。
【0042】この二酸化マンガンを用いて実施例1と同
様の電池評価を行ない、結果を表1に示す。
【0043】実施例7 実施例6の硝酸リチウム20gを、水酸化リチウム7g
に変えた以外は実施例6と同様の操作を行なった。得ら
れた二酸化マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量
を表1に示した。
【0044】これらの二酸化マンガンを実施例6と同様
の条件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マンガ
ンとし、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同様の
電池評価を行ない、結果を表1に示す。
【0045】比較例1 実施例1の電解時に硫酸アンモニウムを添加しない以外
は、実施例1と同様の操作を行なった。得られた二酸化
マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量を表1に示
した。
【0046】この二酸化マンガンを実施例1と同様の条
件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マンガンと
し、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同様の電池
評価を行ない、結果を表1に示す。
【0047】比較例2 比較例1の電解で得られた二酸化マンガン100gに硝
酸リチウム20gを加え充分に混合した。得られた二酸
化マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量を表1に
示した。
【0048】この二酸化マンガンを実施例6と同様の条
件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マンガンと
し、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同様の電池
評価を行ない、結果を表1に示す。
【0049】比較例3 実施例1の水酸化リチウムによる処理を行なわない以外
は、実施例1と同様の操作を行なった。得られた二酸化
マンガンのリチウムおよびアンモニア含有量を表1に示
した。
【0050】この二酸化マンガンを実施例1と同様の条
件でさらに加熱処理し、陽極活物質用二酸化マンガンと
し、この二酸化マンガンを用いて実施例1と同様の電池
評価を行ない、結果を表1に示す。
【0051】
【表1】
【0052】表1から明らかなように、電解法によって
得られたアンモニア含有α型二酸化マンガンを出発原料
として用い、これを水酸化リチウムや硝酸リチウム等の
リチウム塩溶液で浸漬処理する前記製造方法Iによる実
施例1〜5のα型二酸化マンガンを、さらに加熱処理し
た二酸化マンガンを陽極活物質に用いたリチウム二次電
池は、各サイクルの放電容量が大きいことから電池性能
に優れていることが判る。
【0053】これに対して通常の二酸化マンガンを出発
原料として用い、アンモニアを含有しない比較例1の二
酸化マンガン、リチウムを含有しない比較例3の二酸化
マンガンをそれぞれ加熱処理して陽極活物質に用いたリ
チウム二次電池は電池性能に劣る。
【0054】さらに、前記製造方法IIにより得られる実
施例6〜7とアンモニアを含有しない比較例2により得
られた二酸化マンガンをそれぞれ加熱処理してリチウム
二次電池の陽極活物質とした場合においても上記した実
施例1〜5と比較例1,3とほぼ同様の結果が得られ
た。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、出発原料としてア
ンモニア含有α型二酸化マンガンを用い、リチウム塩水
溶液による浸漬処理またはリチウム塩と混合する本発明
の製造方法によって、アンモニアおよびリチウムを一定
量含有するα型二酸化マンガンが得られる。また、この
α型二酸化マンガンを加熱処理してリチウム二次電池の
陽極活物質として用いることによって、電池性能を著し
く向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるリチウム二次電池の側断面
図。
【符号の説明】
1 負極端子、2 絶縁物、 3 負極集電板、4 負
極材、5 セパレータ、6 陽極合剤、7 陽極端子。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニアを0.2〜0.6重量%、リ
    チウムを1.0〜3.5重量%含有することを特徴とす
    るリチウム二次電池用α型二酸化マンガン。
  2. 【請求項2】 アンモニアを含有するα型二酸化マンガ
    ンをリチウム水溶液中に浸漬するか、またはリチウム塩
    と混合することを特徴とするリチウム二次電池用α型二
    酸化マンガンの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07111149A (ja) * 1993-06-08 1995-04-25 Agency Of Ind Science & Technol リチウム二次電池
WO2000006496A1 (fr) * 1998-07-31 2000-02-10 Mitsui Mining & Smelting Company, Ltd. Procede pour produire du manganate de lithium du type des spinelles
JP2006108081A (ja) * 2004-09-09 2006-04-20 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 正極活物質用マンガン酸化物

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JP2006108081A (ja) * 2004-09-09 2006-04-20 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 正極活物質用マンガン酸化物

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