JPS59101767A - 電気化学電池用正電極の製造方法 - Google Patents

電気化学電池用正電極の製造方法

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JPS59101767A
JPS59101767A JP58207631A JP20763183A JPS59101767A JP S59101767 A JPS59101767 A JP S59101767A JP 58207631 A JP58207631 A JP 58207631A JP 20763183 A JP20763183 A JP 20763183A JP S59101767 A JPS59101767 A JP S59101767A
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二酸化マンガンを活物質として使用し、この
活物質を導電手段および結合剤と混白@、、シて電極に
形成し、最終熱処理を行なう、非・へ・・水計液電解質
をもつ電気化学電池特にLi / MnO2電池用正電
極の製造方法′に関する。本発明はさらにこの方法によ
り製造される陽極にも関する。
最初にあげた種類の方法は米国特許第4133856号
明細書から公知である。ここでは二酸化マンガンの最初
の熱処理が2509Cより高い湿度で行なわれる。その
目的は、非水溶液電解質をもつ電池に使用するため、二
酸化マンガンから水を除去することである。水の除去が
不完全であると、電池の機能“わよぴ出力にとって不利
となる。
二酸化マンガンには大きい割合の結合水および付加的な
付着水が存在するので、最初の熱処理だけでは不充分で
ある。この熱処理の際表面の水だけは除去されるが、結
合水は除去されf、:い。
したがって公知の方法では、既に熱処理された二酸化マ
ンガンを、導電添加物および結合剤と混合した後、成形
品として第2の熱処理にかける。最初の処理段階は35
0ないし430℃で行なわれ、第2の処理段階は200
ないし350℃の温度範囲で行なわれる。それによりこ
の方法は非常に費用がかかり、多量のエネルギーを必要
としし、工MnO2力らβMnO2への二酸化マンガン
の結晶構造変化を生ずる。これにより活性が不利にイル
下する。
同じように2段階で熱処理を行なう類似の方法がドイツ
連邦共和国特許出願公開第300011119号明細書
から公知である。ここでも220ないし350°Cの温
度が使用される。成形体に含まれる水を成形後の加熱に
より第2の熱処理段階で完全に除去することができない
米国特許第4133856号明細書による方、法とは異
なり、ここでは電極の成形前に、二酸化マンガン、導電
手段および結合剤からなる混合物を第2の熱処理にかけ
ることが提案されている。これにより電池の放電特性と
保管能力が改善される。しかし高い温度で費用のかかる
2回の熱処理を行なわねばならず、しかもこの熱処理が
使用される二酸化マンガンの結晶構造に不利な影響を及
ぼすという欠点が残る。
全体として従来技術から明らかなように、Ll。
MnO2電池の電気化学的性質は正電極の製造方法と組
成とにきわめて大きく左右され、これまで丁結晶構造を
もつ二酸化マンガンは、高い活性のためβ結晶構造のも
のより好まれたが、結合水および表面水の必要な除去は
、丁二酸化マンガンからβ結晶構造への活性を低下する
変換を助長する温度で行なわねばならなかった。さらに
これらの公知の方法は、基本的には陽極の水なし乾式製
造番召関するものである。
本発明の基礎になっている課題は、非水溶液電解質をも
つ電気化学@池特に活物質として二酸化マンガンをもつ
Li / MnO2電池用の正電極製造方法を開発して
、この方法を簡単に実施でき、−30°Cの低い温度の
範囲まで完全な放電に対しても高い電池出力を生ずるの
に適し、保管能力も改善できるようにすることである。
さらに本発明は特にLi / MnO2電池用の改良さ
れた陽極を提案することもねらっている。
本発明によればこの課題は、β結晶構造をもつ合成二酸
化マンガンを使用し、成形品の製造後+80ないし20
06Cで最終熱処理するごとによって解決される。これ
まで必要とみなされていた熱処理を回避して、MnO2
、カーボンブラック、メタノール、ポリテトラフルオル
エチレンの懸濁水と水とを混合し、かきまぜあるいはこ
ねまぜてペーストにし、続いてこのペーストを所定の形
状に成形し、成形品を金属展伸格子と共に圧縮し、最終
的にただ1回の熱処理として乾燥を行なうのがよい。そ
の際40ないし60重足%のMnO2,3ないし8重量
%のカーボンブラック、4ないし8重量%のメタノール
、2ないし6 Ki 量%のポリテトラフルオルエチレ
ンからなる原理合物の懸濁水と水とを使用するのが有利
である。65ないし95重量%の二酸化マンガン粉末、
20ないし30重量%の炭素粉末、および場合によって
は15ないし2重量%のポリテトラフルオルエチレン粉
末からなる公知の混合物に比較して、比較的少ない二酸
化マンガンおよびカーボンブラックの重量百分率でしか
も例えば34重量%の高い水側合で、水なしの正電極を
製造するのに、200’C以下でただ1回の乾灼段階し
か必要としないことは、本発明の驚くべき知見である。
まず45ないし55重量%なるべく 50重量%のMn
O2を4ないし6重量%なるべく5重fIX%のカーボ
ンブラックと混合し、この混合物を均質化し、それから
6ないし7重量%特に6.5重量%のメタノール、4な
いし5重量%なるべく4.5重量%のポリテトラフルオ
ルエチレンおよび約34重量%の水を添加することによ
ってペーストを製造し、それから最終的な乾燥を行なう
のが有利である。
使用されるMnO2は、水したがって結合水もこれまで
知られてない低い温度で放出するので、Ij/MnO2
電池において電気化学的活性の驚くほどわずかな損失で
使用できるという利点をもっている。非常に良好な成形
性と滑動性をもつ50ν以下の粒度をもつ褐色軟マンガ
ン鉱が特に有利である。混合物のために滑動可能なファ
ーネスブラックを使用すると、滑動性がさらに改善され
る。その結合剤としてポリテトラフルオルエチレン懸濁
水を使用することができる。
本発明のLi/MnO2鳴渡帛羽鰹並こ高級鋼のつばを
含み、この中においてポリプロピレン隔膜に包み込まれ
たリチウム筋の形の偏平なリチウム陰極と、上述した種
類のMnO2陽極とが交互に、炭酸プロピレン、1:1
の割合の1.2ジメトキシエタンおよび導電塩としての
IMのテトラフルオロはう酸リチウムからなる電解質と
共に設けられている。陽極には、本発明により乾勉した
ペースト用の担体としてアルミニウム展伸格子が使用さ
れる。
前述したLi / MnO2電池は、−30℃の低い温
度の範囲まで完全放電しても出力が高いという点ですぐ
れている。したがってこのような電池はLi / 50
2系め出力−エネルギー範囲まではじめて達する。  
   。
本発明のそれ以上の詳細、特徴および利点は、図面を参
照して正のMnO2電極の製造方法およびLi/MnO
2電池め以下の説明から明らかになる。       
   −□ 原理的には本発明によるLi / MnO2’:J1m
&高級鋼からなるつば状ケース1を含み、このケース1
は蓋2により気密に閉!されている。ガラス−金属密封
片3に埋込まれた注入管4は着2を貫通して延び、適当
な内部接続により同時に正極を形成し、ケース1自体、
が負悼を形成している。
ケース1内には、電解質5として、混合比l:1の1.
2ジメトキシエタン(DME)と導電塩としてのIMの
テトラフルオロはう酸リチウムLiBF4とをもつ炭酸
プロピレン(PC)がある。陰極はポリプロピレン隔膜
7に包み込まれたリチウム箔6からできている。この負
電極は薄く構成され、実施例では陽極8と共に円筒状電
池にまとめられている。
正電極8は、100重量部MnO2と1重量部のカーボ
ンブラックとを乾燥状態で混合することによって、二酸
化マンガン鉱石を使用して製凸される。この前混合物か
ら、75重量部のMn02−カーボンブラック混合物と
50重量部の水および10重量部のメタノールおよび6
0重量部のポリテトラフルオルエチレンとをかきまぜあ
るいはこねまぜることによって、ペーストが作られる。
それにより結合水および付着する表面水の形の水を含む
陽極ペーストができる。
続いてg5極ペーストが所望の型へ入れられ、その中で
アルミニウム展伸格子と共に圧縮される。最終的に19
5°Cの温度で熱処理が行なわれる。熱処理中水の放出
にとって重要なことは、使用されるM n 02が含ま
れている水を2006C以下の温度で熱処理の範囲内に
おいて完全に放出できることである。
i極の製造の際使用されるカーボンブラックは、MnO
2に対する導電性添加物として、その他の場合に使用さ
れるアセチレンブラックとは異なり、高い導電率のファ
ーネスブラックである。このファーネスブラックは、陽
極容積(Ah/c1!l)、間隙率、気孔内表面(Li
蓄積)および活動度(出力)に関して最適であることが
わかった。結合剤としてポリテトラフルオルエチレン懸
濁水が使用される。
Li 7MnO2m池の構造の範囲内で次の利点を生ず
るアルミニウム展伸格子の使用も重要である。まずアル
ミニウムの特別な性質のため、良好な成形性において高
い導電性が得られる。この格子は、小さい内半径のため
通常は成形が困難なうず巻電極の製造に適している。さ
らにニッケルあるいは高級鋼に比較して小さいアルミニ
ウム展伸格子の重量も有利である。
図面の第2図は、図面の第1図に示す電池について、1
00Ωの放電抵抗を介して一30℃における放電曲線を
示している。放電終了までの効率は、定格容量にn’=
13Ahの94.7%である。
図面の第3図は、同じ電池に対して、一定の放電電流1
2g = 0.65A (20時間)および−30’C
の温度において取出される容量にと端子電圧U、Hとの
関係を示している。この場合効率は62.25%である
。両方の場合所定の放電終了電圧は2.0■であった。
したがって得られた電気的値が公知のLi/MnO2電
池の対応する値より著しく大きいことは明らかである。
第4図は、’ 2 X 12o:1.3Aの一定電流に
対して2.Ovの放電終了電圧まで取出し可能な容量K
を周囲温度Tに関して示している。
上述したLi/MnO2電池により一30℃の低い温度
の範囲まで完全な放電に対してもきわめて旨い出力をも
つ電気化学的電池が提供される。
41朋の直径で51j1mlの高さのLi/MnO2電
池。
62.25%1(。の効率で1 =’2 X 12oが
得られる(−30℃)。
125Wh/Kg   250Wh/J  6h   
−30℃150 Wb/Kg    300 Wh/ 
l   l h    RT300 Wh/Kg   
 600 Wh/1500 h   RT放電終了電圧
はそれぞれ2.0V Kn:13Ah
【図面の簡単な説明】
第1図はLi/MnO2ml、池の概略断面図、第2図
は一30℃における容量に関して端子電圧の変化を示す
線図、第3図は一30℃において一定の電流120をも
つ容量に関して端子電圧の変化を示す線図、第4図は温
度に関して容量の変化を示す線図である。 5・・・電解質、6・・・陰極、8・・・陽極。 クテル・ハツトラング・ラント・ −・に、+、 Fig、1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 二酸化マンガンを活物質として使用し、この活物質
    を導電手段および結合剤と混合して電極に形成し、最終
    熱処理を行なう方法において、ρ結晶構造をもつ合成二
    酸化マンガンを使用し2、成形品の製造後isoないし
    200’Cで最終熱処理することを特徴とする、非水溶
    液電解質をもつ電気化学基曲用正電極の製造方法。 2  MnO2、カーボンブラック、メタノール、ポリ
    テトラフルオルエチレンの懸濁水と水とを混合し、かき
    まぜあるいはこねまぜてペーストにし、続いてこのペー
    ストを所定の形状に 。 成形し、成形品を金属展伸格子と共に圧縮し、最終的に
    ただ1回の熱処理として乾燥を行なうことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の方法。 340ないし60重量%のMnO2,3ないし8重量%
    のカーボンブラック、4ないし8重量%のメタノール、
    2ないし6重量%のポリテトラフルオルエチレンからな
    る原理合物の懸濁水と水とを使用することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項あるいは第2項に記載の方法。 445ないし55i4i量なるべく50重量%のMnO
    2を4ないし6重量%なるべく5重量%のカーボンブラ
    ックと混□合し、この混合物を均質化し、それから6な
    いし7重量%特に6.5重量%のメタノール、4ないし
    5重量%なるべく4.5重量%のポリテトラフルオルエ
    チレンおよび約34重11t%の水を添加することによ
    ってペーストを製゛造することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第3項のいずれか1つに記載の方法。 5 混合物のために非電性のファーネスブラックを使用
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4
    項のいずれか1つに記載の方法。 6 乾燥すべき活物質の担体としてアルミニウム展伸格
    子を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項な
    いし第5項のいずれか1つに記載の方法により製造した
    陽極。
JP58207631A 1982-11-13 1983-11-07 電気化学電池用正電極の製造方法 Granted JPS59101767A (ja)

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