JPH11345612A - リチウム電池用正極材科の製造方法 - Google Patents

リチウム電池用正極材科の製造方法

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JPH11345612A
JPH11345612A JP10193565A JP19356598A JPH11345612A JP H11345612 A JPH11345612 A JP H11345612A JP 10193565 A JP10193565 A JP 10193565A JP 19356598 A JP19356598 A JP 19356598A JP H11345612 A JPH11345612 A JP H11345612A
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JP
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manganese dioxide
positive electrode
sulfuric acid
lithium battery
electrolytic
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JP10193565A
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Isao Tasato
伊佐雄 田里
Jiyonkan Ra
▲じょん▼煥 羅
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REMIKKUSU KK
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REMIKKUSU KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温度雰囲気での特性に優れたリチウム電池
を提供することを目的とする。 【解決手段】 硫酸マンガン溶液を70〜80℃の温度
で電解酸化して比較的多孔質な二酸化マンガンを採取す
る工程、これを適当な粒度に粉砕し、アンモニア水で脱
酸する工程、および得られた二酸化マンガンを300〜
450℃で熱処理する工程からなるリチウム電池用正極
材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム電池に用
いられる正極材料の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電池の正極材料に用いられる電解
二酸化マンガンは、硫酸酸性の硫酸マンガン浴を、94
〜96℃の浴温度で、電解酸化を行うことにより採取さ
れていた。この電解二酸化マンガンを脱酸し、ルクラン
シェ型乾電池やアルカリマンガン電池等の一次電池に用
いられてきた。また、リチウム一次電池やリチウム二次
電池の正極には、前記の高温浴で電解採取された二酸化
マンガンを350〜450℃で熱処理を行ったものが活
物質として用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の95℃前後の高
温で電解採取され、塊状(ブロック)で炭酸ソーダ水に
より脱酸された二酸化マンガンは、ルクランシェ型乾電
池やアルカリマンガン電池においては、確かに優れた性
能を示した。しかし、リチウム電池のように有機電解質
を用い、長期間の電池性能を保証する必要のある電池に
おいては、有機電解質の抵抗と粘度が大きいこと、およ
び二酸化マンガン中に残存する硫酸根か多いため、従来
の方法で得られた二酸化マンガンを用いると、−20℃
のような低温での性能は、余り良くないのが現状であ
る。従って、より比表面積が大きく、かつ残存硫酸根の
少ない電解二酸化マンガンが求められていた。また、リ
チウム電池用の正極合剤として、より均一な熱処理を行
うためにも、比表面積の大きな電解二酸化マンガンが強
く望まれていた。
【0004】本発明は、電解二酸化マンガンの比表面積
が大きく、残存硫酸根が少なく、しかも均一な熱処理が
可能で、低温における性能の優れた非水電解質リチウム
電池を与える電解二酸化マンガンを提供することを目的
とする。本発明は、また、省エネルギーにより低コスト
で二酸化マンガンを合成する方法を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のリチウム電池用
正極材料の製造方法は、硫酸酸性硫酸マンガン溶液を温
度70〜80℃で電解して陽極に二酸化マンガンを析出
させる工程、得られた二酸化マンガンを粉砕し、アンモ
ニア水で脱酸処理する工程、および脱酸処理された二酸
化マンガンを300〜450℃で熱処理する工程を有す
ることを特徴とする。本発明のリチウム電池は、リチウ
ムを活物質とする負極、非水電解質、および正極合剤を
具備し、前記正極合剤が、上記の方法により製造された
二酸化マンガン、炭素質導電剤、および結合剤を含有す
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明は、上記のように従来の二
酸化マンガンの製造方法が浴温度95℃前後で電解する
のに対して、これより15〜20℃低い温度で電解する
ことを特徴とする。この方法により得られる二酸化マン
ガンは、多孔質で、嵩比重が相対的に小さい。すなわ
ち、従来法により得られる電池の正極材料用二酸化マン
ガンは、嵩比重が約2.2/ccであり、平均粒径が約
20〜35μmである。これに対して、本発明による二
酸化マンガンは、嵩比重が約1.5〜1.9g/ccで
あり、平均粒径は約10〜25μmである。電解時の陽
極酸化用の電極には、黒鉛電極、チタン電極、チタン−
白金メッキ電極または酸化ルテニウム電極が用いられ
る。
【0007】前記の電解時の浴温度は、得られる二酸化
マンガンの非水電解質電池における特性とも関係する
が、浴温度が80℃を越える高温度になると、電解時の
省エネルギー効果が余り期待できない。また、70℃未
満では、採取される電解二酸化マンガンの形状が泥状と
なり、電流効率も低下し、嵩比重が小さくなるだけでな
く、電解時の陽極電極の消耗が激しく、却って、電極コ
ストが高価となる。従つて、最適な浴温度は70〜80
℃である。本発明によると、二酸化マンガンの電解採取
時の浴温度を従来より15〜20℃低くできるので、通
常500t/月の生産プラントで、数千万円/年間のエ
ネルギーコストの節約が予測される。このことは、コス
ト低減だけでなく、地球環境的な視点からも重要であ
る。
【0008】電解採取された多孔質二酸化マンガンは、
次に所望の粒度に粉砕し、充分な流水での洗浄を行った
後、アンモンニア水により脱酸処理をする。脱酸処理後
に水洗を行い、電解二酸化マンガン中の硫酸根を充分脱
酸する。次いで、300〜450℃で熱処理し、電解二
酸化マンガンをγ−二酸化マンガンからβ−二酸化マン
ガンに変態させ、リチウム電池用の正極材料とする。
【0009】電解二酸化マンガンの脱酸処理は、従来は
コストの低減化のため、電解二酸化マンガンを20〜5
0cm程度の塊状の状態で、かなり濃厚な炭酸ナトリウ
ム水溶液を用いたブロック脱酸で行われている。電解二
酸化マンガンのブロックをアンモニア水で脱酸処理しよ
うとすると、ブロックの表面に二酸化マンガンの還元物
と(NHSOの複合塩ができ、脱酸処理に長時
間かけても脱酸が内部へ進行しない。しかし、本発明に
よる電解二酸化マンガンは、比較的柔らかく、かつ多孔
質であるため、粉砕が容易で、流水による水洗も容易で
ある。そして、本発明では、多孔質の二酸化マンガン粉
末に対して弱いアルカリであるアンモンニア水を用いる
粉末脱酸を行うので、脱酸が均一に、かつ短時間に行う
ことが可能となる。また、本発明の二酸化マンガンは、
前記のように多孔質であるため、均一に、かつ短時間に
熱処理をすることができる。
【0010】上記のようにして得られる二酸化マンガン
粉末を用いて非水電解質電池の正極合剤を構成するに
は、導電剤としてのアセチレンブラック、人造黒鉛な
ど、および結合剤のフッ素樹脂などを二酸化マンガンに
混合し、加圧成形する。本発明の二酸化マンガンは、嵩
比重が相対的に小であるため、導電剤および結合剤との
混練操作が容易で、均一組成の正極合剤が得られる。必
要に応じて、正極合剤の集電体として、金属または炭素
質の箔、板、ネット、パンチングメタル、エキスパンド
メタルまたはこれらの表面を粗面化したものなどを用い
る。非水電解質としては、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタンなどの
有機溶媒に、テトラエチルアンモンニウム、過塩素酸リ
チウムなどの溶質を溶解したものなど、この種非水電解
質電池に用いられるもの適用することができる。本発明
による電解二酸化マンガンは、導電剤や電解質との混合
混練性が優れるため、急速放電や低温における放電時に
おいても、拡散分極を行うことなく円滑に電気化学反応
が進行し、かつ、粉末電解二酸化マンガン中の残存硫酸
根が少ないため保存性能と低温での電池性能が著しく改
善される。
【0011】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。 1)電解二酸化マンガンの電解採取 1mol/lの硫酸酸性硫酸マンガン溶液、および黒鉛
電極を用いて、表1に示すように浴温度60、70、7
5、80、85、90、および95℃の各温度におい
て、電流密度1.0〜0.6A/dmで140時間電
解酸化を行つた。 2)脱酸および熱処理 電解採取した二酸化マンガンを200メッシュの篩を通
過する粒径に粉砕した後、流水で水洗し、次いで、1%
のアンモニア水にて16時間脱酸処理した。次に、水洗
乾燥後、大気中において400℃で4時間熱処理を行つ
た。 3)合剤および電解質 上記の二酸化マンガンと導電剤(グラファイトとアセチ
レンブラックの重量比1:1の混合物)と結着剤(ポリ
四フッ化エチレン)とを重量比8:1:1の割合で混合
し、成形してサイズ10×10mmの正極合剤を得た。
また、電解質には、プロピレンカーボネートと1,2−
ジメトキシエタンとのモル比1:1の混合溶媒に1mo
l/lのLiC10を溶解したものを用いた。
【0012】4)電池の試作および放電試験 負極には、シート状アルミニウム含有金属リチウム(三
井金属製、厚み3mm、大きさ10×10mm)を用い
た。電池は、ステンレス鋼製の正極ケース内に上記の正
極合剤を配置し、その上にポリプロピレン製セパレータ
をのせ、電解質を注液した後、前記負極を内面に取り付
け、外周縁部にポリプロピレン製ガスケットを装着した
ステンレス鋼製封口板で封口して、方形の薄型リチウム
電池を組み立てた。こうして得られた試験用電池を、3
0℃および−20℃において、正極合剤の見掛け面積当
たり0.1mA/cmの電流密度で放電を行つた。比
較のために、国際共通電解二酸化マンガンを用いて、上
記と同様にして電池を試作し、比較対照サンプルとし
た。
【0013】図1は、75℃で電解採取した二酸化マン
ガンの熱処理後の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示
す。この写真を見る限り、従来の95℃で電解採取され
たものSEM写真を示す図2を参照すると、全く同じ形
状である。なお、図1および図2のSEM写真はいずれ
も倍率1000である。図3は、浴温度70、75、8
0、90℃で電解採取された二酸化マンガンの熱処理後
のX線回折図である。この図からは、本発明による電解
二酸化マンガンの熱処理後のX線回折パターンは、従来
法のものとほとんど変わらない。図4は、電池の放電試
験の結果を示す。図から明らかなように、30℃におけ
る放電では、有利な差は認められないが、−20℃にお
いては、本発明による二酸化マンガンの放電特性が著し
く改善されていることが認められる。表1は、電解二酸
化マンガンの電解条件、脱酸条件、およびMnOの放
電利用効率を比較したものである。表中のMnOの利
用効率は、二酸化マンガンに換算し、放電に利用された
効率を示したものである。
【0014】
【表1】
【0015】以上のように、本発明による二酸化マンガ
ンは、30℃の常温での放電性能はそれ程改善されない
が、アンモンニア水による粉末脱酸を効果的に行うため
二酸化マンガン中の残存硫酸根が少なく、電池保存性能
が改善される他に、−20℃での低温放電特性が著しく
改善される。以上の実施例においては、電解二酸化マン
ガンをリチウム一次電池に適用した例を説明したが、本
発明の電解二酸化マンガンはリチウム二次電池にも適用
することができる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電解採取
時のエネルギー効率が著しく改善されるだけでなく、ア
ンモンニア水による粉末脱酸を行うため二酸化マンガン
のアルカリ剤による還元量も少なく、かつ、二酸化マン
ガン中の残存硫酸根が少なく、非水電解質を用いるリチ
ウム電池の低温放電特性を著しく改善することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における二酸化マンガンの熱処
理後の粒子を示すSEM写真である。
【図2】従来の二酸化マンガンの熱処理後の粒子を示す
SEM写真である。
【図3】電解時の浴温度の異なる二酸化マンガンの熱処
理後のX線回折図である。
【図4】実施例および比較例の電池の放電特性の比較を
示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫酸酸性硫酸マンガン溶液を温度70〜
    80℃で電解して陽極に二酸化マンガンを析出させる工
    程、得られた二酸化マンガンを粉砕し、アンモニア水で
    脱酸処理する工程、および脱酸処理された二酸化マンガ
    ンを300〜450℃で熱処理する工程を有することを
    特徴とするリチウム電池用正極材料の製造方法。
  2. 【請求項2】 リチウムを活物質とする負極、非水電解
    質、および正極合剤を具備し、前記正極合剤が、請求項
    1記載の方法により製造された二酸化マンガン、炭素質
    導電剤、および結合剤を含むことを特徴とするリチウム
    電池。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002056847A (ja) * 2000-08-08 2002-02-22 Seimi Chem Co Ltd リチウム電池正極用マンガン酸化物の製造方法
JP2005038841A (ja) * 2003-06-24 2005-02-10 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd リチウム一次電池用正極活物質および二酸化マンガンの製造方法
JP2006079883A (ja) * 2004-09-08 2006-03-23 Hitachi Maxell Ltd 非水電解液電池
WO2014091799A1 (ja) * 2012-12-14 2014-06-19 東洋鋼鈑株式会社 非水電解液電池用電極および非水電解液電池

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