JPH08203521A - リチウム電池の正極活物質として有用な酸化マンガンに基づく挿入化合物 - Google Patents

リチウム電池の正極活物質として有用な酸化マンガンに基づく挿入化合物

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JPH08203521A
JPH08203521A JP7152006A JP15200695A JPH08203521A JP H08203521 A JPH08203521 A JP H08203521A JP 7152006 A JP7152006 A JP 7152006A JP 15200695 A JP15200695 A JP 15200695A JP H08203521 A JPH08203521 A JP H08203521A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リチウム電池の正極活物質として有用な酸化
マンガンに基づく挿入化合物及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 酸化マンガンとリチウム化合物とを固相反応
させることによるマンガンとリチウム酸化物とに基づく
挿入化合物の製造方法、及びこの方法で製造される挿入
化合物この製造方法は、7m2/g未満の比表面積と1
0μm未満の平均粒径を有する酸化マンガンMnO2
βの粉体と、任意に水和したリチウム酸化物、水酸化
物、炭酸塩及び硝酸塩から選択されるリチウム化合物の
粉体とを、150から500℃の温度で、MnO2−β
をスピネル構造を有するマンガン及びリチウム酸化物に
変換するのに充分な時間反応させることを特徴とする。 【効果】 マンガンとリチウムの仕込み比に応じた温度
で反応させることにより、得られる挿入化合物の組成及
びマンガンの酸化数を調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学的発電器にお
ける正極として使用する観点から特別な物理化学的特性
を有する酸化マンガンに基づく挿入化合物(insertion c
ompound)の製造に関する。
【0002】さらに詳しくは、電気化学的発電器のため
のリチウム及び酸化マンガンを基とする挿入化合物に関
し、その電気化学的発電器の操作原理は、リチウムから
なるアルカリ金属の挿入(insertion)及び放出(deinsert
ion)(または、インターカレーション(intercalation)
及びデインターカレーション(deintercalation))に基
づいている。
【0003】
【従来の技術】このような電気化学的発電器において、
電流を発生させる化学反応は、リチウムイオン導電性電
解質によるリチウムイオンの負極からの輸送を含んでお
り、そのリチウムイオンは正極の受容体ネットワークに
挿入される。イオン導電性電解質は、液体であっても固
体であってもよい。
【0004】この導電性電解質が液体である場合、それ
は、正極材料粒子間に浸透し、その全表面を濡らすこと
ができる。従って、正極は、電極の活性表面を増大させ
るために、高い比表面積、低密度、及び高い開孔率(por
osity)を有するものが好ましい。これは、引き続く電解
質と正極との交換、即ち、電子移動及び得られる電力密
度を向上させることができる。
【0005】固体電解質を用いる場合も、可能な限り最
大の電極表面を有することを目指すが、この場合は電解
質が高分子からなるので、正極材料の孔中に浸透しな
い。
【0006】得られる最大の電極表面は、各粒子の外表
面からなるものである。さらに、可能な限り最大のエネ
ルギー密度を持つ電極を与えるという観点から、活物質
が、カソード薄膜の体積のほとんど全部を占めており、
(固体電解質では満たされない)孔が存在しないように
することが必要である。よって、固体電解質を使用する
場合、できる限り高密度にする方法で活物質の粒子を並
べて、電極のエネルギー密度にとって有害な隙間を空け
ないように、また、可能な限り最小の粒子径にして電極
表面積を増大させるようにするのが好ましい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような電気化学的
発電器には、いくつかのタイプの挿入化合物が使用でき
るが、ここ数年の間は、酸化マンガンに基づく挿入化合
物が用いられていた。なぜならば、それらは、良好な電
気化学的特性(高エネルギー密度、リチウムの挿入の良
好な可逆性)を有する一方、V25及びニッケルまたは
コバルト酸化物のような他の挿入化合物に比較して環境
に対する害が少なく、及び/または経済的であるからで
ある。
【0008】例えば、欧州特許出願EP−A−2792
35は、電気化学的発電器の正極として酸化マンガンに
基づく挿入化合物を使用することを開示している。欧州
特許出願EP−A−265950も、正極の活物質とし
て、MnO2及びリチウム塩の混合物の熱処理によって
得られるLi2MnO3を含む二酸化マンガンを使用する
ことを開示している。
【0009】これら2つの文献で使用されている電解質
は液体電解質であり、高い表面積、低密度、高い開孔率
を有する電極活物質を得ることが求められている。さら
に、EP−A−265950によれば、電極の(充電/
放電)サイクルの間に良好な挙動を得るためには、Li
2MnO3を用いるのが重要である。
【0010】タッカレー(Thackeray)等によってなされ
たマンガン及びリチウム酸化物系に関する研究が、Mat.
Res. Bull., vol.28, 1993, pp.1041-1049 に報告さ
れ、炭酸マンガンと炭酸リチウムの粉体の固相反応によ
り、異なったスピネル構造の挿入化合物が得られること
が示された。また、J. Electrochem. Soc., vol.139, n
o.2, 1992, pp.363-366 に記載されているように、電解
で調製したγ−MnO2とLi2Co3との700℃にお
ける固相反応により、LiMn24の化学式を持つリチ
ウム及びマンガン酸化物スピネルが得られる。
【0011】炭酸リチウムと炭酸マンガンとを空気中4
00℃で反応させることによる、2.5≦y≦4を有す
るLi2O、γ−MnO2系に属する隙間のあるスピネル
の調製が、エイ・デコック(A. de Kock)等 により、Ma
t. Res. Bull., vol.25, 1990, pp.657-664 に記載され
ている。この文献によると、高い比表面積(78m2
g)、小さな粒径(3μm)、及び良好な電気化学的活
性を有する電極材料Li2Mn49が得られる。しか
し、LiMn24電極を600℃より高温で調製する
と、非常に小さな比表面積(2から10m2/g)しか
得られず、電気化学的性能特性の劣った電極が導かれ
た。
【0012】高温(600から850℃)で合成された
スピネルの電気化学的可逆性の不良を説明するための他
の理由は以下の通りである。高温(800℃周辺)で得
られるスピネル構造は、以下の反応式に従ってLiMn
24に変換されてしまう。 4Mn02 + Li2CO3 → 2LiMn24
CO2 + 1/2O2 よって、このスピネルにおいては、マンガンは+3.5
の酸化数を持つ。しかし、この電極において負極からの
カチオン(Li+)の電気化学的挿入の間、LiMn2
4は、立体構造から平面構造に変化し、この相変化
は、活物質の結晶格子パラメーターである比c/aの約
16%の変形効果を伴う。このいわゆるヤーン・テラー
効果は、マンガンの酸化数+3.4周辺で生ずる。この
変形は、各充電/放電サイクル中に再現され、容量損失
を増進させると考えられる。
【0013】従って、電気化学的発電器において使用す
るには、ヤーン・テラー効果の限界から充分に離れた組
成(図1)を使用し、放電中のMnの酸化数が3.4未
満である最も起こり易い領域を避けることが重要であ
る。さらに、上述した文献の組み合わせからわかるよう
に、以下の物理化学的特性を得るのが好ましい。 ・高比表面積(50m2/g以上)、 ・低結晶性、 ・可能な限り高いマンガンの酸化数(4近傍)。
【0014】本発明は、化学量論的または隙間のあるス
ピネル構造を有する酸化マンガンに基づく挿入化合物に
関し、それは、小さな比表面積及び理論値に近い密度を
持つが、良好な電気化学的特性を有し、固体電解質を用
いた電気化学的発電器のみならず、任意に液体電解質の
発電器にも有用である。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明により、軟マンガ
ン鉱構造β−MnO2を有し小さな比表面積を有する酸
化マンガン粉体と、リチウム酸化物または塩との、50
0℃を越えないような高すぎない温度における固相の完
全な反応により、化学量論的または隙間のある(lacunar
y)スピネル構造を有し、小さな比表面積と、4.1から
4.5の理論値に近い密度を有するリチウムマンガン酸
化物に基づく挿入化合物を得られることが明らかになっ
た。
【0016】この結果は非常に驚くべきことである。な
ぜならば、合成反応の前駆物質のひとつとして用いた軟
マンガン鉱構造の酸化マンガンβ−MnO2は反応性が
低いとされていることを考慮すれば、低温反応(150
−500℃)において完全な反応を得て、望まれるスピ
ネル構造を手に入れることは予期できないからである。
実際にこの実験条件下では、この反応が不完全であり、
最終的な混合物中に未反応のβ−MnO2がかなりの比
率で存在すると予想される。この場合、最終生成物中の
化学量論的Li/Mnは、仕込みの化学量に対応させる
ことができず、最終的な混合物中に存在する望まれない
化合物(未反応の前駆物質の残存物、または、局所的に
化学量論以上または以下で結合された生成物)によっ
て、合成したスピネル構造化合物の組成を見積もること
が困難になる。
【0017】さらに、軟マンガン鉱構造の酸化マンガン
β−MnO2は、電気化学的応用のための製品を製造す
るに当たり、特に興味深い化学的な純粋性を持ってい
る。
【0018】本発明は、リチウム及びマンガン酸化物に
基づく挿入化合物の製造方法にも関し、それは、7m2
/g未満の比表面積及び10μm未満の粒子径を有する
酸化マンガン粉体MnO2−βと、水和されたまたは水
和されないリチウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸
塩から選択されたリチウム化合物の粉体とを、150か
ら500℃の温度で、MnO2を化学量論的または隙間
のあるスピネル構造を持つマンガン及びリチウム酸化物
に変換するのに充分な時間反応させることからなる。
【0019】本発明によれば、出発物質MnO2粉体の
特性(比表面積及び粒径)の選択及び合成条件は、最終
生成物の構造における重要な部分を担う。なぜならば、
出発物質の構造と最終生成物の構造とには明確な相関が
あるからである。従って、小さな比表面積及び小さな粒
径を持ち、マンガンの酸化数が+4である粉体から出発
すれば、マンガンの酸化数が+3.5から+4の間にあ
り、高い結晶性及び純度を持つ小さな比表面積の挿入化
合物を得ることが可能であり、それはまた、電気化学的
発電器の電極活物質として用いるのに興味深い電気化学
的特性を有している。
【0020】本発明の方法を実施するには、高硬度の軟
マンガン鉱構造の酸化マンガンβ−MnO2から出発さ
せることもできる。一般に、この生成物は5μmを越え
る粒径を有する粒子形状で得られるので、固体−固体ベ
ースの均一化学反応を行うのに通常は好ましいくない。
【0021】この生成物は、微細に砕くのが困難である
という観点から、当業者が、これを固相反応による合成
方法に使用することを思いつくのは困難である。しかし
ながら、本発明による好ましい実施方法に従って、例え
ば0.5から5μmの小さな平均粒径を持つMnO2
βが用いられた。そのような粉体は、セデマ(SEDEMA)
社、タートル(Tertre)、ベルギーによって供給される。
【0022】本発明の方法を実施するために、MnO2
−β及びリチウム化合物は、設定した化学量論、例え
ば、マンガンに対するリチウムの比が0.5から0.8
である原子比に対応するような量で使用した。
【0023】この方法において、最終生成物でのマンガ
ンに対するリチウムの原子比は、仕込みのLi/Mn原
子比及び反応させる温度に依存している。即ち、与えら
れた仕込み比α=Li/Mnに対して、完全な反応によ
って同じ原子比α=Li/Mnを持つ最終生成物を導く
唯一の温度Tαが存在する。もし、反応がTαより低い
温度で行われると、化学量論的スピネル構造を持った最
終生成物が得られるが、その中におけるLi/Mnはα
より低く、リチウム塩が残存している。
【0024】もし、急速に上昇させたTαより高い温度
で反応行われると、化学量論的スピネル構造を持った最
終生成物が得られるが、その中における原子比Li/M
nはαより高く、未反応のβ−MnO2が残存してい
る。もし、徐々に上昇させたTαより高い温度で反応が
行われると、化学量論的スピネル構造生成物が得られ、
温度がTαの到達したときにLi/Mnはαに等しくな
るが、その温度Tαを越えた最終生成物は隙間のあるス
ピネル構造であり、αと等しい原子比Li/Mnを有す
る。しかし、マンガンの酸化数は、化学量論的スピネル
構造のものより大きい。
【0025】よって、本発明では、得られる挿入化合物
のLi/Mn原子比及びマンガンの酸化数は、酸化マン
ガンとリチウム化合物の間の仕込みLi/Mn原子比に
応じた反応温度を選択することによって調整される。
【0026】好ましくは、反応は酸素捕捉を伴った回転
炉内で行われる。なぜならば、そのような炉内での酸化
物粒子間の衝突は、粒子の芯まで反応を起こさせるのに
有利だからである。即ち、反応中にMnO2粒子表面に
形成される柔らかなスピネル構造物質は、それらの粒子
の衝突によって部分的に取り除かれ、スピネル形成が、
粒子の芯または核まで継続される。反応時間は、使用す
る温度及び出発粉体の粒径に応じて選択される。一般
に、5から150時間とするのが好ましい。
【0027】また、本発明は、この方法によって得られ
たマンガン及びリチウム酸化物に基づく化学量論的また
は隙間のあるスピネル化合物にも関する。これらの挿入
化合物は、Li/Mn原子比が0.5から0.75であ
り、マンガンの酸化数が3.5から3.92であり、比
表面積が7m2/g未満であり、メッシュパラメーター
(mesh parameter)が8.12から8.25オングストロ
ームの間であって4.1から4.5の比重に相当するこ
とを特徴としている。
【0028】このような化合物は、LiMnOの相図
(図1)において、Li2Mn49、Li4Mn512
及びLiMn24を頂点とする三角形の内部に位置す
る。
【0029】これらの挿入化合物は、例えば、文房具や
携帯用機器、または電気的牽引力、または一次バッテリ
ーまたは電池に有用な液体電解質または高分子固体電解
質バッテリーにおける電極活物質として使用することが
できる。
【0030】これらのバッテリーでは、リチウムまたは
リチウム合金の負極と、リチウム発電器(電池)でこれ
までに用いられてきたような従来の電解質を用いること
ができる。上述したような物理化学的特性を持つ酸化マ
ンガンに基づく挿入化合物は、リチウムバッテリーの分
野で大きな興味の対象となる。即ち、特に固体電解質技
術を用いて薄膜状に加工する場合、これらをカソード層
の形態で組み込むことが容易にされている。
【0031】これらは、液体及び固体電解質のいずれと
も使用することができる。よって、液体電解質バッテリ
ーの場合、少なくとも部分的に、高密度の粒子を使用し
たことによる接触表面の損失は、より微細な粒子の使用
によって補償され、生成物の正極中でのよりよい分散を
可能にし、電極の同質性を向上させ、製造の再現性をよ
くする。また、電極活物質に対するリチウムの連続的な
挿入及び放出によって生ずる変形の影響を減少させる。
【0032】本発明の他の特徴及び利点は、添付した図
面を参照した以下の非限定的な実施例の記載から明らか
になる。
【0033】横軸にLi/Mn比をとり、縦軸にマンガ
ンの酸化数をとったマンガンと酸化リチウム組成物を例
示する図1を参照すれば、本発明の化合物はLi2Mn4
9、Li4Mn512、及びLiMn24によって限定
される斜線を施した領域で表されることがわかる。この
図において、破線がヤーン・テラー効果に対応している
こともわかる。
【0034】図2の曲線1は、各仕込み原子比α=Li
/Mnについて、β−MnO2とリチウム化合物との反
応が完結し、仕込みLi/Mn原子比と同じαを持つ化
学量論的スピネル構造化合物LiαMnO4(α+1)/3
導く唯一の温度Tαを与える。曲線2は反応温度の関数
としての最終生成物中のマンガンの酸化数を示す。図2
から、150℃において、マンガンの酸化状態が、その
最小限界である3.5である挿入化合物が得られること
がわかる。約500℃において、酸化数3.9が得られ
る。
【0035】図2には、各仕込みLi/Mn原子比につ
いて唯一の反応温度Tαしか示していないが、本発明の
方法はTα以上または以下の温度でも用いることができ
るのは明らかである。しかし、この場合、得られる挿入
化合物は、仕込み比とは異なるLi/Mn比、または増
大したマンガンの酸化数を持つ。以下の実施例は、本発
明の挿入化合物の製造、及びそれを固体あるいは液体電
解質リチウム電池で使用することを例示する。
【0036】(実施例1)この実施例では、出発物質は
軟マンガン鉱構造を持つβ二酸化マンガン粉体であり、
その中のマンガンは酸化数+4であり、図3に示したよ
うな1μmを中心とする粒径分布を有する。この粉体の
X線回折の図及びパターンは、図4に与えられている
(パウダーBP9B-7333、セデマ社、タートル、
ベルギー)。
【0037】この前駆物質を、LiOHとともにボール
ミルで2時間混合し、原子比Li:Mn=0.65であ
る混合物を得た。次いで、この混合物を、酸素を捕捉し
ながら回転する炉内に配置して、図5に示されたよう
に、時間(分)によって変化する温度(℃)での熱処理
を受けさせた。
【0038】処理の最後において、形成された経時的に
安定な生成物は、化学的に非常に純粋であり、出発粉体
に近い小さな粒径である4m2/g、理論値である4.
2に近似した密度、+3.83に近いマンガンの酸化
数、及び約8.15のメッシュパラメーターを有してい
た。
【0039】図6は、図5に示した熱処理の以下の各段
階において得られた生成物のX線回折パターンを示して
いる。 図5A点(図6A):250℃で5時間経過後、 図5B点(図6B):250℃で10間経過後、 図5C点(図6C):250℃で15間経過後、 図5D点(図6D):250℃で20間経過後、 図5E点(図6E):250℃で20間、さらに400
℃で5時間経過後。
【0040】対応する物理化学的結果を表1に示す。こ
れらの結果から、短時間で軟マンガン鉱構造のβ−Mn
2は化学量論的スピネル構造に完全に変換されるが、
温度Tが、Tαより低い250℃であるとき(AからD
の段階)、それは仕込みLi/Mn比であるαより低い
Li/Mn原子比を持つことがわかる。なお、図2よ
り、Li/Mn仕込み比が0.65のときのTαは37
0℃である。従って、この混合物中にはリチウム塩の残
存が見られ、その組成は反応時間が20時間であっても
変化しない。
【0041】X線回折図Aは、(2θ=28.6°の存
在により)、段階A(250℃、5時間)において未反
応のβ−MnO2が残っていることも示している。25
0℃で10時間の後、未反応の軟マンガン鉱β−MnO
2はもはや存在しない。約6モル%の仕込みLiOH
が、Li2Co3の形で残っているが、これは、LiOH
が、低温においても環境の二酸化炭素ガスと反応する傾
向があることによる。挿入化合物の化学式は、Li0.59
Mn+3.652.12となる。250℃における長時間処理
は、得られる化合物の、マンガンの酸化数についてもX
線回折図形についても変化を導かず、10時間から20
時間処理でのメッシュパラメーターは約8.209オン
グストロームである。
【0042】段階Eにおいて、Tαより高い温度で操作
するが、その加熱を徐々に行った場合には、実際には、
Tαまでの段階とTαを越えた段階という2つの段階が
存在する。よって、Tαまでは、化学式Li0.65Mn
+3.752.2の挿入化合物が生成されるが、これは出発物
質間の完全な反応に対応する。Tαを越えたときは、同
じLi/Mn原子比を持つ隙間のあるスピネルが合成さ
れるが、マンガンの酸化状態は化学量論的状態を越えて
いる。250から370℃の熱処理の間、残存していた
リチウム塩がスピネル構造と次第に反応する。図2によ
ると、Tα=370℃においてリチウム塩は完全に消失
し、形成される化学量論的スピネルの組成は仕込みLi
/Mn比=0.65に対応し、即ちLi0.65Mn+3.75
2.2となる。
【0043】400℃で5時間後、マンガンの酸化数は
3.83に変化し、一方、メッシュパラメーターは8.
158オングストロームとなり、構造は酸素の取り込み
によって展開し、化学式□0.053Li1.161Mn
1.7864に相当する隙間のある構造に変形した。
【0044】500℃を越えると、図2にも見られるよ
うにマンガンの酸化数は減少し、スピネル構造は酸素を
失って、仕込みLi/Mn比より低いLi/Mn比を有
する化学量論的スピネル、及び以下の反応に従って化学
式Li2MnO3で表されるリチウムの多い構造に変形す
る。 LiXMnO4(X+1)/3 → ε/2Li2MnO3+ L
X-3Mn1-ε/24(X+1-3ε/2)/3 + ε/4 O2 ただし、0.5<x−ε/(1−ε/2)<0.8
【0045】これによって、仕込みLi/Mn比が0.
8であるとき、470から500℃周辺で観察されるス
ピネル構造について得られる最大Li/Mn比は0.7
5であることが説明される。ここで、スピネル相の組成
はLi2.25Mn37となる。従って、150から500
℃の温度領域で、マンガンの酸化数が3.5から3.9
2の範囲内にあるスピネル化合物を得ることができる。
【0046】(実施例2)この実施例は、固体電解質バ
ッテリーの電極の製造を例示する。まず第1に、50容
量%の挿入化合物、10容量%の炭素、及び、40容量
%のエチレンポリオキサイド(POE)とリチウムトリ
フルオロスルホンイミド(LiTSSI)3Mからなり
POE/LiTSSI比が14:1である電解質を含む
水性懸濁液を製造した。
【0047】厚さ10μmのニッケル電流コレクター(c
ollector)を、上記の懸濁液で被覆して乾燥させた。P
OE及びLiTSSIを基とする電解質を同様に製造
し、カソード層上に拡げた。溶媒を留去した後、ニッケ
ル−カソード−電解質の積層体全部の厚さは100μm
より薄かった。この積層体を、真空下、115℃の温度
で48時間乾燥させた。
【0048】バッテリーを、活性面積50cm2のリチ
ウムシートからなるアノードを用いてグローブボックス
内で製造した。バッテリーの単位表面当たりの容量は、
用いる挿入化合物に応じて0.5から2mAhcm-2
範囲内にあった。バッテリーの電気化学的特性は、77
から110℃において、定電位または定電流(定強度)
モード、あるいは電圧を10または120mV/hで変
化させるサイクリックボルタンメトリーによって試験し
た。
【0049】図7は、実施例1(段階E)の挿入化合物
を用いたバッテリーについて、放電強度0.12mA/
cm2及び充電強度0.04mA/cm2、110℃で行
った定電流サイクルで得られた結果を示す。図7は、サ
イクル20及び60の、容量(mAh/g)の関数とし
ての電圧(V)の変化を示している。
【0050】図8は、Li/Mn比0.71を持つ挿入
化合物を用い、110℃において、異なる掃引速度で行
ったサイクリックボルタンメトリーで得られた結果を示
す。高い放電速度(C/2)では電極の分極は遅く、良
好な速度論的挙動に対応することがわかる。強度の尺度
は、活物質に対してmA/gで表し、放電速度を容易に
見積もれるようにした。即ち、3Vでの理論的容量が1
50mA/hであるので、規格化した平均電流75mA
/gは、C/2の放電速度に相当する。このように、本
発明の挿入化合物は、固体電解質バッテリーにおける活
物質として非常に興味深いものである。
【0051】これらは、液体電解質バッテリーにも使用
できる。この場合、挿入化合物は、アセチレンブラック
及びポリテトラフルオロエチレンと、70:20:10
の重量比でヘキサン中で混合し、その後乾燥し、200
mPaの圧力で圧縮して半径20mmのペレットを成形
する。次いで各ペレットを、リチウムアノードと電解
質、例えば、1MのLiClO4のプロピレンカービネ
ート溶液、エチレンカーボネート、及びジメチルエーテ
ルの混合物(1:1:2)からなるものを有するバッテ
リーに装着する。このようにして、2.0から3.5V
の間で約C/40の速度で充電及び放電できるバッテリ
ーが得られる。
【0052】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の挿入化合物の組成を示す図である。
【図2】 温度の関数としての、β−MnO2とリチウ
ム化合物との反応によって合成された化学量論的スピネ
ル相LiαMnO4(α+1)/3の組成(Li/Mn原子
比、曲線1)及びマンガンの酸化数(曲線2)を示す図
である。
【図3】 平均粒径約1μmのMnO2粉体の粒径分布
のヒストグラムを示す図である。
【図4】 図2に相当するMnO2粉体のX線回折を示
す図である。
【図5】 分単位の時間の関数として温度を℃で表した
本発明で用いる熱処理を示す図である。
【図6】 図5の熱処理を施した平均粒径約1μmのM
nO2−β及びLiOHの連続的X線回折を示す図であ
る。
【図7】 本発明の化合物を用いたバッテリーの定電流
サイクル中における容量の関数としての発生電圧を示す
図である。
【図8】 本発明の化合物を用いたバッテリーのサイク
リックボルタンメトリーにおける電圧に対する規格化し
た強度の発生を示す速度論的研究結果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595088056 ボロール・テクノロジー・ソシエテ・アノ ニム フランス・29000・キンペ・オデ(番地な し) (72)発明者 ディーディエ・ブローク フランス・38330・サンティスミア・シュ マン・ドュ・ムシェロッテ・348 (72)発明者 フレデリー・ル・クラ フランス・38570・コンセラン・レ・ノワ ゼティアー・シーディー・253 (72)発明者 ピエール・ストローベ フランス・38120・サンテグレヴ・リュ・ ドュ・フーネ・12

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 7m2/g未満の比表面積と10μm未
    満の平均粒径を有する酸化マンガン粉体MnO2−β
    と、水和したまたは水和していないリチウム酸化物、水
    酸化物、炭酸塩及び硝酸塩から選択されるリチウム化合
    物粉体とを、150から500℃の温度で、MnO2
    βを隙間のあるまたは化学量論的なスピネル構造を有す
    るマンガン及びリチウム酸化物に変換するのに充分な時
    間反応させることを特徴とする酸化マンガンとリチウム
    化合物との固相反応によるマンガンとリチウム酸化物と
    に基づく挿入化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】 MnO2−β粉体の平均粒径が0.5か
    ら5μmであることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 軟マンガン鉱構造を有する酸化マンガン
    MnO2−βを用いることを特徴とする請求項1または
    2記載の方法。
  4. 【請求項4】 MnO2−βとリチウム化合物の量が、
    Li/Mn比が0.5から1となるような量であること
    を特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 リチウム化合物が、Li2CO3またはL
    iOHであることを特徴とする請求項1から4のいずれ
    か1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 反応が、酸素捕捉下での回転炉内で行わ
    れることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に
    記載の方法。
  7. 【請求項7】 反応時間が、5から150時間であるこ
    とを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 得られる挿入化合物のLi/Mn原子比
    及びマンガンの酸化数が、MnO2−βとリチウム化合
    物の、仕込みLi/Mn比に応じた反応温度の選択によ
    って調製されることを特徴とする請求項1から7のいず
    れか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 Li/Mn原子比が0.5から0.75
    であり、マンガンの酸化数が+3.5と3.92の間で
    あり、比表面積が7m2/g未満であり、メッシュパラ
    メーターが8.12から8.25オングストロームの間
    であって4.1から4.5の比重に相当することを特徴
    とする化学量論的または隙間のあるスピネル構造を有す
    るマンガン及び酸化リチウムに基づく挿入化合物。
  10. 【請求項10】 その組成が、図1の斜線領域にあるこ
    とを特徴とする請求項9記載の挿入化合物。
  11. 【請求項11】 請求項9または10記載の挿入化合物
    のいずれかを取り込んだことを特徴とするリチウム電池
    用の正極。
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