JPH10203826A - マンガン酸化物及びその製造方法並びにその用途 - Google Patents
マンガン酸化物及びその製造方法並びにその用途Info
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- JPH10203826A JPH10203826A JP9009744A JP974497A JPH10203826A JP H10203826 A JPH10203826 A JP H10203826A JP 9009744 A JP9009744 A JP 9009744A JP 974497 A JP974497 A JP 974497A JP H10203826 A JPH10203826 A JP H10203826A
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- bet specific
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
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- H01M4/502—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese for non-aqueous cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】本発明の目的は、不純物の混入が少なく、粒子
径が大きく充填性が高いMn3O4及び製造方法、さらに
このMn3O4を使用して得られ、粒子径が大きく充填性
が高いリチウムマンガン複合酸化物を提供することにあ
る。 【解決手段】BET比表面積が3〜18m2/gの範囲
内にあることを特徴とするMn3O4、及びpH=5.0
以下の酸性溶液中で金属マンガンを反応させることを特
徴とするMn3O4の製造方法、並びに、そのMn3O4と
リチウム塩を混合し、焼成して製造されることを特徴と
し、比表面積が1〜3m2/gの範囲内にあるリチウム
マンガン複合酸化物。
径が大きく充填性が高いMn3O4及び製造方法、さらに
このMn3O4を使用して得られ、粒子径が大きく充填性
が高いリチウムマンガン複合酸化物を提供することにあ
る。 【解決手段】BET比表面積が3〜18m2/gの範囲
内にあることを特徴とするMn3O4、及びpH=5.0
以下の酸性溶液中で金属マンガンを反応させることを特
徴とするMn3O4の製造方法、並びに、そのMn3O4と
リチウム塩を混合し、焼成して製造されることを特徴と
し、比表面積が1〜3m2/gの範囲内にあるリチウム
マンガン複合酸化物。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は新規なMn3O4及び
製造方法並びにその用途に関するものである。さらに詳
しくは不純物の混入が少なく、しかもBET比表面積が
従来のMn3O4とは異なるMn3O4及び製造方法に関す
るものであり、さらにこのMn3O4を使用して得られ、
BET比表面積が従来のリチウムマンガン複合酸化物と
は異なるリチウムマンガン複合酸化物に関する。
製造方法並びにその用途に関するものである。さらに詳
しくは不純物の混入が少なく、しかもBET比表面積が
従来のMn3O4とは異なるMn3O4及び製造方法に関す
るものであり、さらにこのMn3O4を使用して得られ、
BET比表面積が従来のリチウムマンガン複合酸化物と
は異なるリチウムマンガン複合酸化物に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム二次電池は高エネルギー密度、
高出力であること、並びに時代のニーズである小型、軽
量化に最適な新世代二次電池として期待されるエネルギ
ーソースであり、ニッケル水素電池と共に近年急成長を
遂げている。
高出力であること、並びに時代のニーズである小型、軽
量化に最適な新世代二次電池として期待されるエネルギ
ーソースであり、ニッケル水素電池と共に近年急成長を
遂げている。
【0003】リチウム二次電池の正極活物質材料として
は、LiCoO2が一部実用化されているが資源的な制
約並びにコストの面でLiMn2O4或いはLiMnO2
への転換が鋭意研究されている。
は、LiCoO2が一部実用化されているが資源的な制
約並びにコストの面でLiMn2O4或いはLiMnO2
への転換が鋭意研究されている。
【0004】上述するような背景により、原料として酸
化マンガンを用いた研究が盛んに行われており、Mn3
O4も例外ではない。
化マンガンを用いた研究が盛んに行われており、Mn3
O4も例外ではない。
【0005】電池は充放電容量により評価されるため正
極活物質の安定性並びに充填性が大きな要素となり、用
いる原料中への不純物の混入、並びに用いる原料の充填
性が最重要要素となる。
極活物質の安定性並びに充填性が大きな要素となり、用
いる原料中への不純物の混入、並びに用いる原料の充填
性が最重要要素となる。
【0006】酸化マンガンの製法には幾多の方法が提案
されている。例えば、マンガン塩水溶液にアルカリ溶液
を添加し中和して水酸化マンガンとした後、空気或いは
酸化剤により酸化してMn3O4とする方法がある。ま
た、特開平2−296732号公報に記載されているよ
うにアンモニウム或いはアミノ酸を含有する水中に金属
マンガン粉末を分散させ、分散液中に形成された水酸化
マンガンを酸化してMn3O4を得る方法等がある。
されている。例えば、マンガン塩水溶液にアルカリ溶液
を添加し中和して水酸化マンガンとした後、空気或いは
酸化剤により酸化してMn3O4とする方法がある。ま
た、特開平2−296732号公報に記載されているよ
うにアンモニウム或いはアミノ酸を含有する水中に金属
マンガン粉末を分散させ、分散液中に形成された水酸化
マンガンを酸化してMn3O4を得る方法等がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者の検
討によると、上述する前者はマンガン塩水溶液を中和す
る製法であるため、得られるMn3O4中へのマンガン塩
並びにアルカリ成分の混入を回避できず純度の点で問題
を残す。さらに、粒子径が小さいため充填性も低い。一
方、後者の製法では高純度のMn3O4が得られるが、微
粒子であるため充填性が低いものとなる。
討によると、上述する前者はマンガン塩水溶液を中和す
る製法であるため、得られるMn3O4中へのマンガン塩
並びにアルカリ成分の混入を回避できず純度の点で問題
を残す。さらに、粒子径が小さいため充填性も低い。一
方、後者の製法では高純度のMn3O4が得られるが、微
粒子であるため充填性が低いものとなる。
【0008】従って、本発明の目的は、不純物の混入が
少なく、粒子径が大きく充填性が高いMn3O4及び製造
方法、さらにこのMn3O4を使用して得られ、粒子径が
大きく充填性が高いリチウムマンガン複合酸化物を提供
することにある。
少なく、粒子径が大きく充填性が高いMn3O4及び製造
方法、さらにこのMn3O4を使用して得られ、粒子径が
大きく充填性が高いリチウムマンガン複合酸化物を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、不純物の混
入が少なく、且つ、BET比表面積が制御でき、粒子径
が大きく充填性に富んだMn3O4を得ることを目的に鋭
意検討を行なった結果、酸性溶液中で金属マンガンを反
応させることにより粒子の成長したMn3O4が形成でき
ること、さらには、該Mn3O4を用いてリチウム塩と混
合、焼成して得たリチウムマンガン複合酸化物の充填性
は向上することを確認し本発明を提案するに至った。こ
の該複合酸化物をリチウム電池の正極活物質として適用
すると放電容量が大きくなることが期待される。
入が少なく、且つ、BET比表面積が制御でき、粒子径
が大きく充填性に富んだMn3O4を得ることを目的に鋭
意検討を行なった結果、酸性溶液中で金属マンガンを反
応させることにより粒子の成長したMn3O4が形成でき
ること、さらには、該Mn3O4を用いてリチウム塩と混
合、焼成して得たリチウムマンガン複合酸化物の充填性
は向上することを確認し本発明を提案するに至った。こ
の該複合酸化物をリチウム電池の正極活物質として適用
すると放電容量が大きくなることが期待される。
【0010】本発明のMn3O4の充填性はタップ密度で
評価した。そのタップ密度は一般的なタッピングマシン
により或る一定時間充填した時の密度である。また、本
発明のリチウムマンガン複合酸化物の充填性は、紛体を
一軸成型機を用いて任意の圧力で成型した成型体の密度
により評価した。
評価した。そのタップ密度は一般的なタッピングマシン
により或る一定時間充填した時の密度である。また、本
発明のリチウムマンガン複合酸化物の充填性は、紛体を
一軸成型機を用いて任意の圧力で成型した成型体の密度
により評価した。
【0011】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0012】
【作用】本発明の生成機構は、一般的な加水分解反応と
基本的には同様であり、金属マンガンが加水分解反応を
うけると同時に水素発生反応を伴い溶解し、水溶液中で
は水酸化物が形成される。その後、形成された水酸化物
が空気酸化されることによりMn3O4が生成するもので
ある。
基本的には同様であり、金属マンガンが加水分解反応を
うけると同時に水素発生反応を伴い溶解し、水溶液中で
は水酸化物が形成される。その後、形成された水酸化物
が空気酸化されることによりMn3O4が生成するもので
ある。
【0013】得られるMn3O4の粒子径は形成される水
酸化物粒子径に支配されるものと推測され、水酸化物粒
子は水酸化物になる反応速度に大きく作用されるものと
推測される。
酸化物粒子径に支配されるものと推測され、水酸化物粒
子は水酸化物になる反応速度に大きく作用されるものと
推測される。
【0014】よって、水溶液中のpHを変化させて水酸
化物となる初期反応速度を制御することにより粒子径が
制御できるものである。ここで言う粒子径とは必ずしも
一次粒子径のみを意味するものではなく凝集粒子態であ
る二次粒子、三次粒子をも含有するため、本発明ではB
ET比表面積で評価を行うものとする。
化物となる初期反応速度を制御することにより粒子径が
制御できるものである。ここで言う粒子径とは必ずしも
一次粒子径のみを意味するものではなく凝集粒子態であ
る二次粒子、三次粒子をも含有するため、本発明ではB
ET比表面積で評価を行うものとする。
【0015】BET比表面積と粒子径との相関性は、一
般的論理に乗じ粒子径の増大によりBET比表面積は低
下するものとして判断するものである。
般的論理に乗じ粒子径の増大によりBET比表面積は低
下するものとして判断するものである。
【0016】本発明は、pH=5以下の酸性溶液中で金
属マンガンを反応させてなるものである。
属マンガンを反応させてなるものである。
【0017】水溶液のpHを強酸性とするとBET比表
面積の低下したタップ密度の高いMn3O4が形成でき、
pHを弱酸性とすると強酸性下で合成したMn3O4より
比表面積の大きいMn3O4が形成される。
面積の低下したタップ密度の高いMn3O4が形成でき、
pHを弱酸性とすると強酸性下で合成したMn3O4より
比表面積の大きいMn3O4が形成される。
【0018】本発明の酸性溶液はpH=5から強酸性領
域まで制限することなく適用することが出来る。
域まで制限することなく適用することが出来る。
【0019】水溶液のpHを強酸性とすると比表面積の
低下したMn3O4が形成でき、pHを弱酸性とするBE
T比表面積の増大したMn3O4が形成される。
低下したMn3O4が形成でき、pHを弱酸性とするBE
T比表面積の増大したMn3O4が形成される。
【0020】水溶液中のpHを中性領域或いはアルカリ
性領域として金属マンガンを投入した場合、水酸化物へ
の反応速度が早く、水酸化物の核の形成が優先しBET
比表面積の大きい生成物となり、該生成物を合成原料と
してリチウムマンガン複合酸化物の合成を行った場合、
成型体密度の低いリチウムマンガン複合酸化物となる。
性領域として金属マンガンを投入した場合、水酸化物へ
の反応速度が早く、水酸化物の核の形成が優先しBET
比表面積の大きい生成物となり、該生成物を合成原料と
してリチウムマンガン複合酸化物の合成を行った場合、
成型体密度の低いリチウムマンガン複合酸化物となる。
【0021】水溶液のpHの調整は無機酸、有機酸の如
何なる酸をも用いることができるが、通常は不純物の観
点より低温の熱分解により消去できる酸、例えば、硝酸
を用いることが好ましい。
何なる酸をも用いることができるが、通常は不純物の観
点より低温の熱分解により消去できる酸、例えば、硝酸
を用いることが好ましい。
【0022】本発明に用いられる金属マンガンはいかな
る製法のものでも適用できる。また、形状はフレ−ク、
粗粉砕、粉体、微粉体等いかなる形状で供給することも
できるが、通常は粉体を用いることが好ましい。
る製法のものでも適用できる。また、形状はフレ−ク、
粗粉砕、粉体、微粉体等いかなる形状で供給することも
できるが、通常は粉体を用いることが好ましい。
【0023】粉体物性としての粒度は特に制限されるも
のではないが、通常は200μm以下の粒度の粉体を用
いることが望ましい。
のではないが、通常は200μm以下の粒度の粉体を用
いることが望ましい。
【0024】本発明の水溶液のpHは0.1〜5とする
ことが好ましく、pH=1〜3とすることが更に好まし
い。
ことが好ましく、pH=1〜3とすることが更に好まし
い。
【0025】pHを0.1以下とするとBET比表面積
は低下し、リチウム塩を添加して合成したリチウムマン
ガン複合酸化物の成型体密度は上昇して充填性の観点か
らは好ましいが、該複合酸化物を正極活物質として構成
した電池の放電特性に幾分問題を残す。
は低下し、リチウム塩を添加して合成したリチウムマン
ガン複合酸化物の成型体密度は上昇して充填性の観点か
らは好ましいが、該複合酸化物を正極活物質として構成
した電池の放電特性に幾分問題を残す。
【0026】得られたMn3O4はリチウム塩と混合、焼
成してリチウムマンガン複合酸化物の合成がなされ、該
複合酸化物はリチウム二次電池の正極活物質として用い
られる。
成してリチウムマンガン複合酸化物の合成がなされ、該
複合酸化物はリチウム二次電池の正極活物質として用い
られる。
【0027】用いられるリチウム塩は特に限定されるも
のではなく水溶性、非水溶性の如何なるリチウム塩が適
用される。
のではなく水溶性、非水溶性の如何なるリチウム塩が適
用される。
【0028】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に述べる
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0029】実施例1 容量が1,000cm3のセパラブルフラスコに硝酸で
pHを2.0に調整したイオン交換水を300cm3入
れ恒温槽で95℃に保持させた状態で平均粒径100μ
mの金属マンガン85gを添加し、簡易的に撹拌を行っ
た後、24時間放置した。反応終了後は茶褐色のほぼ乾
燥した軟凝集体が得られた。
pHを2.0に調整したイオン交換水を300cm3入
れ恒温槽で95℃に保持させた状態で平均粒径100μ
mの金属マンガン85gを添加し、簡易的に撹拌を行っ
た後、24時間放置した。反応終了後は茶褐色のほぼ乾
燥した軟凝集体が得られた。
【0030】得られた粉体のX線解析を図1に示す。J
CPDS24−0734と同一のピークパターンを示
し、生成物がMn3O4であることが同定された。
CPDS24−0734と同一のピークパターンを示
し、生成物がMn3O4であることが同定された。
【0031】LiMn2O4を合成するため、得られたM
n3O4と硝酸リチウム(LiNO3)を用いてLi/M
nモル比が1:2となるように秤量し、乳鉢で混合した
後、アルミナルツボに入れ一般的な電気マッフル炉を用
いて大気中、750℃で10時間焼成した。
n3O4と硝酸リチウム(LiNO3)を用いてLi/M
nモル比が1:2となるように秤量し、乳鉢で混合した
後、アルミナルツボに入れ一般的な電気マッフル炉を用
いて大気中、750℃で10時間焼成した。
【0032】得られたMn3O4のBET比表面積を測定
し、タッピングマシンを使用し、1時間タッピングして
密度を測定した。また、合成したLiMn2O4のBET
比表面積を測定し、一軸成型機を用いて成型圧2t/c
m2で成型し、成型体密度を測定した。
し、タッピングマシンを使用し、1時間タッピングして
密度を測定した。また、合成したLiMn2O4のBET
比表面積を測定し、一軸成型機を用いて成型圧2t/c
m2で成型し、成型体密度を測定した。
【0033】実施例2 水溶液のpHを4.0とした以外は実施例1と同一の条
件でMn3O4の合成を行った。
件でMn3O4の合成を行った。
【0034】得られた粉体はX線解析によりMn3O4で
有ることが確認できた。
有ることが確認できた。
【0035】このMn3O4のBET比表面積及びタップ
密度を実施例1と同様に測定した。
密度を実施例1と同様に測定した。
【0036】該Mn3O4を用いて実施例1と同一の方法
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積及び成型体密度の測定を行なった。
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積及び成型体密度の測定を行なった。
【0037】実施例3 水溶液のpHを塩酸を用いて3.0とした以外は実施例
1と同一の条件でMn3O4の合成を行った。
1と同一の条件でMn3O4の合成を行った。
【0038】得られた粉体はX線解析によりMn3O4で
有ることが確認できた。
有ることが確認できた。
【0039】このMn3O4のBET比表面積及びタップ
密度を実施例1と同様に測定した。
密度を実施例1と同様に測定した。
【0040】該Mn3O4と炭酸リチウム(Li2CO3)
を用いて実施例1と同一の方法によりLiMn2O4を合
成し、同一の方法でBET比表面積並びに成型体密度の
測定を行なった。
を用いて実施例1と同一の方法によりLiMn2O4を合
成し、同一の方法でBET比表面積並びに成型体密度の
測定を行なった。
【0041】比較例1 水溶液のpHを調整せずに供した以外は実施例1と同一
の条件でMn3O4の合成を行った。この時の水溶液のp
Hは5.6であった。
の条件でMn3O4の合成を行った。この時の水溶液のp
Hは5.6であった。
【0042】得られた粉体はX線解析によりMn3O4で
有ることが確認できた。
有ることが確認できた。
【0043】このMn3O4のBET比表面積及びタップ
密度を実施例1と同様に測定した。
密度を実施例1と同様に測定した。
【0044】該Mn3O4を用いて実施例1と同一の方法
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積並びに成型体密度の測定を行なった。
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積並びに成型体密度の測定を行なった。
【0045】比較例2 水溶液のpHを水酸化ナトリウムで10に調整した以外
は実施例1と同一の条件でMn3O4の合成を行った。
は実施例1と同一の条件でMn3O4の合成を行った。
【0046】得られた粉体はX線解析によりMn3O4で
有ることが確認できた。
有ることが確認できた。
【0047】このMn3O4のBET比表面積及びタップ
密度を実施例1と同様に測定した。
密度を実施例1と同様に測定した。
【0048】該Mn3O4を用いて実施例3と同一の方法
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積並びに成型体密度の測定を行なった。
によりLiMn2O4を合成し、同一の方法でBET比表
面積並びに成型体密度の測定を行なった。
【0049】実施例1〜3及び比較例1〜2で得られた
Mn3O4のBET比表面積及びタップ密度を以下の表1
に示す。
Mn3O4のBET比表面積及びタップ密度を以下の表1
に示す。
【0050】
【表1】
【0051】実施例1〜3及び比較例1〜2で合成した
LiMn2O4のBET比表面積及び成型体密度を以下の
表2に示す。
LiMn2O4のBET比表面積及び成型体密度を以下の
表2に示す。
【0052】
【表2】
【0053】
【発明の効果】以上述べてきた通り、本発明により、比
表面積が制御され、タップ密度が高いMn3O4が得ら
れ、そのMn3O4とリチウム塩と混合、焼成することに
より比表面積が制御され、成型体密度が高いリチウムマ
ンガン複合酸化物が得られた。この該複合酸化物をリチ
ウム電池の正極活物質として適用すると放電容量が大き
くなることが期待される。
表面積が制御され、タップ密度が高いMn3O4が得ら
れ、そのMn3O4とリチウム塩と混合、焼成することに
より比表面積が制御され、成型体密度が高いリチウムマ
ンガン複合酸化物が得られた。この該複合酸化物をリチ
ウム電池の正極活物質として適用すると放電容量が大き
くなることが期待される。
【図1】実施例1で合成したMn3O4のX線回折図を示
す図である。
す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】BET比表面積が3〜18m2/gの範囲
内にあることを特徴とするMn3O4。 - 【請求項2】請求項1に記載のMn3O4を製造する方法
において、pH=5.0以下の酸性溶液中で金属マンガ
ンを反応させることを特徴とするMn3O4の製造方法。 - 【請求項3】請求項2に記載のMn3O4の製造方法にお
いて、当該酸性溶液のpHが0.1〜5.0であること
を特徴とするMn3O4の製造方法。 - 【請求項4】請求項1に記載のMn3O4とリチウム塩を
混合し、焼成して製造されることを特徴とし、比表面積
が1〜3m2/gの範囲内にあるリチウムマンガン複合
酸化物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9009744A JPH10203826A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | マンガン酸化物及びその製造方法並びにその用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9009744A JPH10203826A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | マンガン酸化物及びその製造方法並びにその用途 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10203826A true JPH10203826A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=11728826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9009744A Pending JPH10203826A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | マンガン酸化物及びその製造方法並びにその用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10203826A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001007368A1 (de) * | 1999-07-27 | 2001-02-01 | Emtec Magnetics Gmbh | Lithiumoxid enthaltende lithiuminterkalationsverbindungen |
JP2001093527A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | 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 |
WO2013150987A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | 東ソー株式会社 | 金属含有四三酸化マンガン複合化粒子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-01-22 JP JP9009744A patent/JPH10203826A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001007368A1 (de) * | 1999-07-27 | 2001-02-01 | Emtec Magnetics Gmbh | Lithiumoxid enthaltende lithiuminterkalationsverbindungen |
JP2001093527A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | 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 |
WO2013150987A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | 東ソー株式会社 | 金属含有四三酸化マンガン複合化粒子及びその製造方法 |
US10109857B2 (en) | 2012-04-05 | 2018-10-23 | Tosoh Corporation | Metal-containing trimanganese tetraoxide composite particles and method for producing same |
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