JPH10182158A - スピネル型マンガン酸リチウムの作製方法 - Google Patents

スピネル型マンガン酸リチウムの作製方法

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JPH10182158A
JPH10182158A JP8345179A JP34517996A JPH10182158A JP H10182158 A JPH10182158 A JP H10182158A JP 8345179 A JP8345179 A JP 8345179A JP 34517996 A JP34517996 A JP 34517996A JP H10182158 A JPH10182158 A JP H10182158A
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JP
Japan
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raw material
type lithium
lithium manganate
mixing
spinel
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JP8345179A
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English (en)
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Kazuyuki Chiba
和幸 千葉
Takuya Kawaguchi
卓也 川口
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明の目的は、上述したスピネル型マンガン
酸リチウムを正極材料として用いたリチウムイオン二次
電池の問題点を解決するためのスピネル型マンガン酸リ
チウムの新規な作製方法を提供することにある。 【解決手段】一般式 LiMn24(ただし、0.9
<x<1.2)で表されるスピネル型マンガン酸リチウ
ムの作製方法において、リチウム原料およびマンガン原
料を混合する工程及び混合した原料を焼成する工程を複
数回繰り返して実施することを特徴とするスピネル型マ
ンガン酸リチウムの作製方法及びリチウム原料およびマ
ンガン原料を混合する工程及び混合した原料を焼成する
工程を2回繰り返して実施することを特徴とするスピネ
ル型マンガン酸リチウムの作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電池、特に非水電解
液を用いたリチウム二次電池の正極活物質として使用す
ることのできるスピネル型マンガン酸リチウムの作製方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子機器の軽量化とともに、その電源と
して用いられる電池の軽量化、大容量化、小形化、薄膜
化が望まれている。このため、大容量かつ充放電可能な
組み込み型の二次電池が用いらてれる。現在使用されて
いる二次電池は、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池
およびリチウムイオン二次電池などがある。特にリチウ
ムイオン二次電池はメモリー効果がない、重量エネルギ
ー密度が大きいことなどの特徴があり、カムコーダー、
携帯電話、ノート型パソコンの電源として広く使用され
つつある。現在市販されている二次電池の正極材料はほ
とんどがリチウム酸コバルトである。しかしながら、リ
チウム酸コバルトは、結晶安定性の理由から理論容量の
50%程度しか利用できないだけでなく、充電の際の制
御が複雑になるという問題がある。さらに、コバルト原
料コストが高いという問題があり、リチウム酸コバルト
に代わる正極材料の研究開発が進められている。
【0003】その中の一つにスピネル型マンガン酸リチ
ウムがある。スピネル型マンガン酸リチウムを正極材料
とすることにより、電池の作動電圧がコバルト酸リチウ
ムの場合と比較して約0.1V大きくなるだけでなく、
充電の際の制御の容易さ、原料コストの低減などの効果
がある。
【0004】これまでのスピネル型マンガン酸リチウム
の作成方法としては、例えば、特開昭63−18756
9号公報にあるようにMn23とLi2CO3をLi:M
n=1:2のモル比で混合し、650℃で6時間、85
0℃で14時間空気中で焼成する方法や、特開昭63−
114065号公報にあるようにMnO2とLi2CO3
をLi:Mn=1:2のモル比で乳鉢混合し、400℃
で10時間窒素ガス中で焼成する方法が開示されてい
る。
【0005】しかしながら、本発明者らの検討による
と、上記の方法で作成したスピネル型マンガン酸リチウ
ムを正極材料として用いた電池は、充放電の繰り返しと
ともにその容量が低下するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したスピネル型マンガン酸リチウムを正極材料として用
いたリチウムイオン二次電池の問題点を解決するための
スピネル型マンガン酸リチウムの新規な作製方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は、一般式 Li
Mn24(ただし、0.9<x<1.2)で表されるス
ピネル型マンガン酸リチウムの作製方法において、リチ
ウム原料およびマンガン原料を混合する工程及び混合し
た原料を焼成する工程を複数回繰り返して実施すること
により上記課題を解決するに至った。すなわち、本発明
の特徴は各原料の混合、焼成の工程を複数回実施するこ
とにある。
【0008】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0009】本発明で使用されるリチウム原料は特に特
殊なものである必要はなく、炭酸リチウム、硝酸リチウ
ム、水酸化リチウムやリチウムのハロゲン化物などを例
示する事ができる。同様に、マンガン原料も特に特殊な
ものである必要はなく種々のマンガン酸化物、炭酸マン
ガンや酢酸マンガンなどを例示することができる。これ
らの原料の混合方法は比較的均一に混合されるのであれ
ば特に限定されるものではなく、回転容器を用いる方
法、機械かくはんによる方法、気流による方法などを例
示できる。第一回目の焼成は回転型焼成炉、箱型焼成
炉、あるいは管状型焼成炉等を用いることができる。こ
の際必要であればガス導入により、焼成の際の雰囲気を
制御しても何等差し支えない。
【0010】第一回目の後の混合及び焼成が本発明の中
心となる。第二回目以降の混合の目的は、Li元素とM
n元素の混合の度合いをさらに良くすることである。混
合方法としては上述したように、回転容器を用いる方
法、機械撹拌による方法、気流による方法などを例示で
きる。また、Li/Mn比の狙い値からのズレの修正、
あるいはさらなる繰り返し充放電特性の改善を目的とし
て、第二回目以降の混合の際に新たにリチウム原料およ
び/あるいはマンガン原料を加える事も可能である。新
たに加えるリチウム原料および/あるいはマンガン原料
は、第一回目の混合の際に使用したものと同じ原料であ
っても、異なる原料であっても、特に問題はない。ま
た、その混合方法は第一回目の混合の際と同様に固体状
態であっても、適当な溶媒に溶解あるいは分散させた状
態でも何等問題はないが、適用できる混合方法が限定さ
れるので注意が必要になる。さらに、必要に応じて、第
二回目以降の混合前あるいは後に粒径調整のための粉砕
および/あるいは分級の工程を加えても本発明の主旨か
ら異なる事ではない。
【0011】続いて、焼成を行う。焼成に用いられる炉
は上述と同じ物を例示する事ができる。また、この焼成
工程において、得られるスピネル型マンガン酸リチウム
の二次電池正極材料としての基礎性能が決定されるため
に、その条件は充分に制御する必要がある。第二回目の
焼成後、粒径調整等のための粉砕あるいは分級など目的
に応じた処理を行っても、何等差し支えない。
【0012】
【実施例】本発明を更に詳細に説明するために実施例を
あげるが、本発明はこれらに限定されるものではない. 実施例1 硝酸リチウム69gおよび二三酸化マンガン158gを
かくはん機付きV型回転混合混合機を用いて10分間混
合した後、管状型焼成炉を用いて、乾燥空気を10cc
/min流しながら700℃で10時間焼成した。室温
まで冷却した後、焼成粉を取り出し、かくはん機付きV
型回転混合混合機を用いてさらに20分間混合を行っ
た。混合後、再び管状型焼成炉を用いて、空気を10c
c/min流しながら700℃で24時間焼成した。
【0013】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0014】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウム50mg、導電剤であるアセチレンブラック20m
g、および結着剤であるテフロン5mgを乳鉢で混合
し、正極合剤を作製した。対極を金属リチウム、電解液
を1MのLiPF6を含むPC+DEC(PCを20v
ol%)として試験電池を作製し、繰り返しの充放電に
伴う、容量の変化を調べた。
【0015】実施例2 炭酸リチウム74gおよび二酸化マンガン348gを機
械式高速流動型混合機を用いて5分間混合した後、回転
型焼成炉を用いて、酸素を5cc/min名がしながら
600℃で10時間焼成した。室温まで冷却した後、焼
成粉を取り出し、機械式高速流動型混合機で混合を行っ
た。混合後、箱型焼成炉を用いて、700℃で24時間
焼成した。
【0016】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0017】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。
【0018】実施例3 炭酸リチウム3.7gおよび炭酸マンガン23gを乳鉢
を用いて30分間混合した後、管状型焼成炉を用いて、
窒素ガスを10cc/min流しながら750℃で5時
間焼成した。室温まで冷却した後、焼成粉を取り出し、
乳鉢で10分間混合を行った。混合後、再び管状型焼成
炉を用いて、酸素ガスを10cc/min流しながら8
00℃で24時間焼成した。
【0019】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0020】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。
【0021】実施例4 炭酸リチウム74gおよび二酸化マンガン348gをジ
ェットミルを用いて混合した後、箱型焼成炉を用いて、
空気を10cc/min流しながら400℃で10時間
焼成した。室温まで冷却した後、焼成粉を取り出し、4
mol/リットルの水酸化リチウム水溶液25ccをス
プレーしながら高速流動型混合機で混合を行った。混合
後、回転型焼成炉を用いて、空気を10cc/min流
しながら800℃で24時間焼成した。
【0022】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.1:2.0
であることがわかった。
【0023】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。
【0024】実施例5 塩化リチウム4.7gおよび炭酸マンガン23gを乳鉢
を用いて10分間混合した後、管状型焼成炉を用いて、
空気を10cc/min流しながら700℃で10時間
焼成した。室温まで冷却した後、焼成粉を取り出し、
4.9gの酢酸マンガン4水和物を加え、乳鉢で混合を
行った。混合後、箱型焼成炉を用いて、750℃で24
時間焼成した。
【0025】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0026】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。結果を表1に合わせて示す。
【0027】比較例1 硝酸リチウム69gおよび二三酸化マンガン158gを
かくはん機付きV型回転混合混合機を用いて10分間混
合した後、管状型焼成炉を用いて、乾燥空気を10cc
/min流しながら700℃で10時間焼成した。
【0028】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0029】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。結果を表1に合わせて示す。
【0030】比較例2 炭酸リチウム74gおよび二酸化マンガン348gを機
械式高速流動型混合機を用いて5分間混合した後、回転
型焼成炉を用いて、酸素を5cc/min名がしながら
600℃で10時間焼成した。
【0031】XRDによる構造解析の結果、単相のスピ
ネル型マンガン酸リチウムであると考えられた。また、
ICPによる測定の結果、Li:Mn=1.0:2.0
であることがわかった。
【0032】ここで得られたスピネル型マンガン酸リチ
ウムを実施例1と同様にして繰り返しの充放電に伴う、
容量の変化を調べた。
【0033】実施例1〜5及び比較例1〜2で得られた
スピネル型マンガン酸リチウムの繰り返し充放電に伴う
容量変化をまとめて以下の表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】この表1から、リチウム原料およびマンガ
ン原料を混合する工程及び混合した原料を焼成する工程
を2回繰り返した実施例1〜5は、混合及び焼成を1回
しか実施していない比較例1〜2と比較して、高い放電
容量が維持されることが明らかとなった。
【0036】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のスピネル型マンガン酸リチウムの作製方法によれば、
放電容量が大きく、充放電に伴う容量劣化の小さいスピ
ネル型マンガン酸リチウムを得ることが可能になる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 LiMn24(ただし、0.9
    <x<1.2)で表されるスピネル型マンガン酸リチウ
    ムの作製方法において、リチウム原料およびマンガン原
    料を混合する工程及び混合した原料を焼成する工程を複
    数回繰り返して実施することを特徴とするスピネル型マ
    ンガン酸リチウムの作製方法。
  2. 【請求項2】請求項1のスピネル型マンガン酸リチウム
    の作製方法において、リチウム原料およびマンガン原料
    を混合する工程及び混合した原料を焼成する工程を2回
    繰り返して実施することを特徴とするスピネル型マンガ
    ン酸リチウムの作製方法。
JP8345179A 1996-12-25 1996-12-25 スピネル型マンガン酸リチウムの作製方法 Pending JPH10182158A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357513A (ja) * 1999-06-14 2000-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法
JP2011155003A (ja) * 2011-01-07 2011-08-11 Hitachi Metals Ltd 非水系リチウム二次電池用正極活物質およびその製造方法

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357513A (ja) * 1999-06-14 2000-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法
JP4581157B2 (ja) * 1999-06-14 2010-11-17 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法
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