JPS6117424A - 二酸化マンガンとその製法 - Google Patents
二酸化マンガンとその製法Info
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- JPS6117424A JPS6117424A JP60142407A JP14240785A JPS6117424A JP S6117424 A JPS6117424 A JP S6117424A JP 60142407 A JP60142407 A JP 60142407A JP 14240785 A JP14240785 A JP 14240785A JP S6117424 A JPS6117424 A JP S6117424A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
」Iを分野
本発明は、電−池において望ましい電気化学活性を示し
、かつ他の既知の形態の二酸化マンガンのX線回折図と
は異なるX線回折図を有する新規形態の二酸化マンガン
に関する。他の面においては、本発明は、この新規の二
酸化マンガンの製法並びにこのような二酸化マンガンを
その正極活物質として使用する電池に関する。
、かつ他の既知の形態の二酸化マンガンのX線回折図と
は異なるX線回折図を有する新規形態の二酸化マンガン
に関する。他の面においては、本発明は、この新規の二
酸化マンガンの製法並びにこのような二酸化マンガンを
その正極活物質として使用する電池に関する。
発明の背景
二酸化マンガンを電池用の正極物質として使用すること
は、技術上以前から既知である。天然および合成の両方
の二酸化マンガンは、数種の形態で存在する。天然形態
の二酸化マンガンは、鉱石、例エハパイロルース鉱(β
−二酸化マンガン)、ヌスタイト(nsutite ;
γ−二酸化マンガン)およびホランド石(α−二酸化マ
ンガン)を包含する。合成形態の二酸化マンガンは、λ
−二酸化マンガン(米国特許第グ、詳6,253号明細
書および第’1,372J30号明細書に記載のように
LiMn2O4を酸処理することによって生成)、δ−
二酸化マンガン(過マンガン酸カリウムの化学還元によ
って生成)、およびε−二酸化マンガン(硫酸第一マン
ガンを水に溶解し;水酸化第一マンガンを沈殿させかつ
溶液をアルカリ性にさせるのに十分な水酸化ナトリウム
を添加し;そして空気または酸素の流れを混合物に通過
させて沈殿な二酸化マンガンに酸化することによって合
成)を包含する。
は、技術上以前から既知である。天然および合成の両方
の二酸化マンガンは、数種の形態で存在する。天然形態
の二酸化マンガンは、鉱石、例エハパイロルース鉱(β
−二酸化マンガン)、ヌスタイト(nsutite ;
γ−二酸化マンガン)およびホランド石(α−二酸化マ
ンガン)を包含する。合成形態の二酸化マンガンは、λ
−二酸化マンガン(米国特許第グ、詳6,253号明細
書および第’1,372J30号明細書に記載のように
LiMn2O4を酸処理することによって生成)、δ−
二酸化マンガン(過マンガン酸カリウムの化学還元によ
って生成)、およびε−二酸化マンガン(硫酸第一マン
ガンを水に溶解し;水酸化第一マンガンを沈殿させかつ
溶液をアルカリ性にさせるのに十分な水酸化ナトリウム
を添加し;そして空気または酸素の流れを混合物に通過
させて沈殿な二酸化マンガンに酸化することによって合
成)を包含する。
これらの各種の形態の二酸化マンガンは、それらのX線
回折図によって特徴づけられ、各々の形態は各種の特性
的オングストローム面間隔においてピークを示すスペク
トルを有する。
回折図によって特徴づけられ、各々の形態は各種の特性
的オングストローム面間隔においてピークを示すスペク
トルを有する。
各種の形態の二酸化マンガンの電気化学活性は、大幅に
変化する。例えば、高結晶性α−およびβ−二酸化マン
ガンは、水性および非水性電池の両方において貧弱な電
気化学性能を示す。他の形態の二酸化マンガンは、成る
種の電池または成る用途の場合にのみ望ましく作用する
であろう。例えば、非水性電解質電池で使用されるとき
にλ−二酸化マンガンは、比較的高い初期電圧を有する
多゛段放電曲線を示す。この種の放電は、このような高
い初期出力を必要とする電池用途用には好適であるが、
このような電圧は、数種の他の電池用途用には余りに高
いことがある。従って、望ましい電気化学活性を示す新
規形態の二酸化マニガンを提供することが、有利であろ
う。
変化する。例えば、高結晶性α−およびβ−二酸化マン
ガンは、水性および非水性電池の両方において貧弱な電
気化学性能を示す。他の形態の二酸化マンガンは、成る
種の電池または成る用途の場合にのみ望ましく作用する
であろう。例えば、非水性電解質電池で使用されるとき
にλ−二酸化マンガンは、比較的高い初期電圧を有する
多゛段放電曲線を示す。この種の放電は、このような高
い初期出力を必要とする電池用途用には好適であるが、
このような電圧は、数種の他の電池用途用には余りに高
いことがある。従って、望ましい電気化学活性を示す新
規形態の二酸化マニガンを提供することが、有利であろ
う。
従って、本発明の目的は、望ましい電気化学活性を示す
新規形態の二酸化マンガンな提供することにある。
新規形態の二酸化マンガンな提供することにある。
本発明の更に他の目的は、このような新規形態の二酸化
マンガンの製法を提供するととKある。
マンガンの製法を提供するととKある。
本発明のなお更に他の目的は、このような新規の二酸化
マンガンを正極物質として使用する電池を提供すること
にある。
マンガンを正極物質として使用する電池を提供すること
にある。
前記目的および追加の目的は、以下の具体的説明および
例および添付図面から更に十分に明らかになるであろう
。
例および添付図面から更に十分に明らかになるであろう
。
発明の詳細な説明
本発FIJ&’L、d値3.// ±0,02 A 、
2.ll/±o、oaA、!//±0.0.2に、/
j2±0,0:1に、 /、!l、 −kO9θコA
、 /、グ3±θ。02Aおよび/I3/±θ、θ、2
Aにおいてピークを示すX線回折図によって特徴づけら
れる新規形態の二酸化マンガンに係わる。ここで使用す
る「ピーク」なる用語は、少なくとも約7θ%のI/I
、比〔式中、■は特定の翁(c r e s t )の
高さであり、そして■。はスペクトル内の最高類の高さ
である〕を有するX線回折図中に存在する頂を意味する
。
2.ll/±o、oaA、!//±0.0.2に、/
j2±0,0:1に、 /、!l、 −kO9θコA
、 /、グ3±θ。02Aおよび/I3/±θ、θ、2
Aにおいてピークを示すX線回折図によって特徴づけら
れる新規形態の二酸化マンガンに係わる。ここで使用す
る「ピーク」なる用語は、少なくとも約7θ%のI/I
、比〔式中、■は特定の翁(c r e s t )の
高さであり、そして■。はスペクトル内の最高類の高さ
である〕を有するX線回折図中に存在する頂を意味する
。
別の面においては、本発明は、λ−二酸化マンガン出発
物質の構造が本発明の二酸化マンガンの新規構造に転化
されるまで、λ−二酸化マンガンを約ユタO℃〜約qo
o℃、好ましくは約35θ℃〜約340℃の温度におい
て加熱することからなる前配れ得る。
物質の構造が本発明の二酸化マンガンの新規構造に転化
されるまで、λ−二酸化マンガンを約ユタO℃〜約qo
o℃、好ましくは約35θ℃〜約340℃の温度におい
て加熱することからなる前配れ得る。
なお別の面においては、本発明は、負極、正極および電
解質からなる電池であって、前記正極が前記の新規形態
の二酸化マンガンからなることをt特徴とする電池に係
わる。
解質からなる電池であって、前記正極が前記の新規形態
の二酸化マンガンからなることをt特徴とする電池に係
わる。
本発明の二酸化マンガンは、λ−二酸化マンガンの熱処
理によって生成される。λ−二酸化マンガンは、米国特
許第グ、ユダ6.コタ3号明細書および第’1,3/コ
、り3g号明細書に開示されている。λ−二酸化マンガ
ンは、溶液のpHが約J、を未満に安定化するまでL
iMn 204を水性酸溶液で酸処理することによって
生成される。λ−二酸化マンガンは、典型的には第3図
に示されるX線回折図を有する。
理によって生成される。λ−二酸化マンガンは、米国特
許第グ、ユダ6.コタ3号明細書および第’1,3/コ
、り3g号明細書に開示されている。λ−二酸化マンガ
ンは、溶液のpHが約J、を未満に安定化するまでL
iMn 204を水性酸溶液で酸処理することによって
生成される。λ−二酸化マンガンは、典型的には第3図
に示されるX線回折図を有する。
λ−二酸化マンガンを本発明の新規の二酸化マンガンに
転化することは、典型的には次の通り実施される。λ−
二酸化マンガンを反応器に入れ、そしてλ−二酸化マン
ガンが本発明の新規の二酸化マンガンに転化されるまで
約2!rO℃〜約aOO℃で加熱する。二酸化マンガン
のX線回折図が、第3図に示されるλ−二酸化マンガン
のX線回折図よりもむしろ第1図のX線回折図(即ち、
3.//Aおよび/、31±o、o2Xにおいてピーク
を有する)に似るとき、このような転化は完了している
。好ましくは、このような処理は、約35θ℃〜約36
0℃の温度圧おいて生ずる。高圧または低圧が使用でき
るが、このような加熱は好ましくは大気圧において行わ
れる。3SO〜360℃の好ましい温度が使用されると
きには、この加熱工程は、典型的には約7時間な必要と
する“ことがある。
転化することは、典型的には次の通り実施される。λ−
二酸化マンガンを反応器に入れ、そしてλ−二酸化マン
ガンが本発明の新規の二酸化マンガンに転化されるまで
約2!rO℃〜約aOO℃で加熱する。二酸化マンガン
のX線回折図が、第3図に示されるλ−二酸化マンガン
のX線回折図よりもむしろ第1図のX線回折図(即ち、
3.//Aおよび/、31±o、o2Xにおいてピーク
を有する)に似るとき、このような転化は完了している
。好ましくは、このような処理は、約35θ℃〜約36
0℃の温度圧おいて生ずる。高圧または低圧が使用でき
るが、このような加熱は好ましくは大気圧において行わ
れる。3SO〜360℃の好ましい温度が使用されると
きには、この加熱工程は、典型的には約7時間な必要と
する“ことがある。
λ−二酸化マンガンの転化が完了したときに、二酸化マ
ンガンは、典型的には正極製作のため室温に冷却される
。
ンガンは、典型的には正極製作のため室温に冷却される
。
典型的には、このような二酸化マンガンは、以下のよう
な相対強度を有するピークを有するX線回折図を示す。
な相対強度を有するピークを有するX線回折図を示す。
3、//±0.0+2100
コ、11./±0.02 gO〜デOa、//
±0.0.221−.3g 7.6コ±0.01 45〜751.56±0.
01 1g −,2θ/、ダ3±0.02
20−3θ /、3/±0.02 、lt−、?り■は特定
のピークのピーク高さであり、そして稲は最高ピークの
ピーク高さく即ち1.7.//Aでのピーク高さ)であ
る。
±0.0.221−.3g 7.6コ±0.01 45〜751.56±0.
01 1g −,2θ/、ダ3±0.02
20−3θ /、3/±0.02 、lt−、?り■は特定
のピークのピーク高さであり、そして稲は最高ピークの
ピーク高さく即ち1.7.//Aでのピーク高さ)であ
る。
本発明の二酸化マンガンは、好ましくは表面積約/!;
n:/9未満、最も好ましくは約10ytly!未満を
有する。従って、本発明の二酸化マンガンは、対応して
望ましい抗吸水性を示すであろうと信じられる。更に、
本発明の二酸化マンガンは、好ましくは約3 trl
/ gよりも大きい表面積を有し、従って良好なパルス
放電性能を示す。
n:/9未満、最も好ましくは約10ytly!未満を
有する。従って、本発明の二酸化マンガンは、対応して
望ましい抗吸水性を示すであろうと信じられる。更に、
本発明の二酸化マンガンは、好ましくは約3 trl
/ gよりも大きい表面積を有し、従って良好なパルス
放電性能を示す。
本発明の二酸化マンガンは、典型的には、正極ペレット
に圧縮する前に導電材料および結合剤と混合される。使
用できる例示の導電材料は、黒鉛、カーポンプシック、
金属粉末などである。使用できる例示の結合剤は、ポリ
テトラフルオロエチレン、エチレンとアクリル酸との共
重合体などである。更に、本発明の二酸化マンガンは、
所望ならば他の形態の二酸化マンガンまたは他の正極活
物質と混合または組み合わされてハイブリッド正極を形
成することができる。
に圧縮する前に導電材料および結合剤と混合される。使
用できる例示の導電材料は、黒鉛、カーポンプシック、
金属粉末などである。使用できる例示の結合剤は、ポリ
テトラフルオロエチレン、エチレンとアクリル酸との共
重合体などである。更に、本発明の二酸化マンガンは、
所望ならば他の形態の二酸化マンガンまたは他の正極活
物質と混合または組み合わされてハイブリッド正極を形
成することができる。
正極が非水性電解質を有する電池内で使用されるべきで
あるときには、成形ベレットは、好ましくは、約/20
℃の温度において大気下で約16時間加熱することによ
って乾燥される。警告として、本発明の新規の二酸化マ
ンガンを使用する正極は、真空乾燥に伺されるならば悪
影響を及ぼされるであろうことが見出されていることに
留意すべきである。
あるときには、成形ベレットは、好ましくは、約/20
℃の温度において大気下で約16時間加熱することによ
って乾燥される。警告として、本発明の新規の二酸化マ
ンガンを使用する正極は、真空乾燥に伺されるならば悪
影響を及ぼされるであろうことが見出されていることに
留意すべきである。
本発明の二酸化マンガンからなる正極は、多数の電池シ
ステム、例えば水性電解質、非水性電解質および固体電
解質を有するものにおいて使用され得る。
ステム、例えば水性電解質、非水性電解質および固体電
解質を有するものにおいて使用され得る。
更に、本発明の電池は、各種の負極物質を使用できる。
当業者に明らかなように、使用できる特定の負極物質は
、選択される特定の電気化学システムに応じて変化する
であろう。
、選択される特定の電気化学システムに応じて変化する
であろう。
例
以下の例は、本発明を更に例示しようとするものであっ
て、本発明の範囲を限定しようとするも゛のではない。
て、本発明の範囲を限定しようとするも゛のではない。
例1
米国特許第ダ、21I4,2s、3号明細書の例■に記
載の方法で生成されたλ−二酸化マンガン909を、空
気中で350〜340℃において7時間加熱した。生成
物の元素分析は、生成物あ1弐Mn o1.96の二酸
化マンガンであることを示した。この物質の表面積は、
通常の窒素ガス吸収によって5.lりtrl /gであ
ることが測定された。このようにして生成された二酸化
マンガンのX線回折図を、自動デーカ捕集付属装置を有
するフィリップス・セアリアルPRTE (Ph1li
ps 5erial PRTE ) X線回折装置を使
用して記録した。得られたX線図を第1図に示す。比較
のため、λ−二酸化マンガン出発物質のX線回折図を同
一装置で記録した。そのX線図を第3図に示す。また、
比較のため、結晶性β−二酸化マンガン(1,C,試料
iA)のX線回折図な記録し、そして第2図に示す。比
較のため、これらのスペクトルをすべて任意単位の同一
スケールで記録する。この特定のスケールの使用は、数
ピークの頂部が省略されることを必要とする。しかしな
がら、完全さのために、3種の化合物のX線回折図な表
1に総括する。
載の方法で生成されたλ−二酸化マンガン909を、空
気中で350〜340℃において7時間加熱した。生成
物の元素分析は、生成物あ1弐Mn o1.96の二酸
化マンガンであることを示した。この物質の表面積は、
通常の窒素ガス吸収によって5.lりtrl /gであ
ることが測定された。このようにして生成された二酸化
マンガンのX線回折図を、自動デーカ捕集付属装置を有
するフィリップス・セアリアルPRTE (Ph1li
ps 5erial PRTE ) X線回折装置を使
用して記録した。得られたX線図を第1図に示す。比較
のため、λ−二酸化マンガン出発物質のX線回折図を同
一装置で記録した。そのX線図を第3図に示す。また、
比較のため、結晶性β−二酸化マンガン(1,C,試料
iA)のX線回折図な記録し、そして第2図に示す。比
較のため、これらのスペクトルをすべて任意単位の同一
スケールで記録する。この特定のスケールの使用は、数
ピークの頂部が省略されることを必要とする。しかしな
がら、完全さのために、3種の化合物のX線回折図な表
1に総括する。
/)ピーク面間隔(A)。誤差範囲±o、oa久2)所
定の面間隔でのピーク/スペクトル内の最高ピークX
100の強度 3)相対強度は10%未満であるが、ピークとして表示 例2 本発明の新規の二酸化マンガンを使用する数種の電池は
、各々次の通り製作された。各正極は、黒鉛3’l、!
;m9. アセチレンブラックL5■およびポリテト
ラフルオロエチレン/、37n9と混合された例/で生
成の二酸化マンガン、3!r0119からなっていた。
定の面間隔でのピーク/スペクトル内の最高ピークX
100の強度 3)相対強度は10%未満であるが、ピークとして表示 例2 本発明の新規の二酸化マンガンを使用する数種の電池は
、各々次の通り製作された。各正極は、黒鉛3’l、!
;m9. アセチレンブラックL5■およびポリテト
ラフルオロエチレン/、37n9と混合された例/で生
成の二酸化マンガン、3!r0119からなっていた。
この正極合剤を約7.2りθkg/iの圧力下でベレッ
トに成形した。次いで、正極ベレットを空気中で/、2
0℃において76時間乾燥した。
トに成形した。次いで、正極ベレットを空気中で/、2
0℃において76時間乾燥した。
電解質がプロピレンカーボネート:ジメトキシエタンs
o : so (容量チ)中のi MLI CI O4
からなるフラッシング電解質電池(flooded e
lectrolytecell)において、成形正極を
リチウム53゜!rrn9からなる負極に対して放電し
た。電流ドレーン(current draln)は、
コ秒間のスーパーインポーズ(superimpose
d )間欠パルス負荷tooΩで約/θOμA/cdで
あった。比較のため、350〜31.0℃で7時間熱処
理された電解二酸化マンガン(商業上有用な二酸化マン
ガン)の類似の大きさの試料「EMDJ も、同一の条
件下で放電した。このような試験の結果を表Hに示す。
o : so (容量チ)中のi MLI CI O4
からなるフラッシング電解質電池(flooded e
lectrolytecell)において、成形正極を
リチウム53゜!rrn9からなる負極に対して放電し
た。電流ドレーン(current draln)は、
コ秒間のスーパーインポーズ(superimpose
d )間欠パルス負荷tooΩで約/θOμA/cdで
あった。比較のため、350〜31.0℃で7時間熱処
理された電解二酸化マンガン(商業上有用な二酸化マン
ガン)の類似の大きさの試料「EMDJ も、同一の条
件下で放電した。このような試験の結果を表Hに示す。
l)数字は開路電圧である
一X−+試験しないことな示す
前記結果は、本発明の二酸化マンガンが商業上使用され
る形態の二酸化マンガンと同等に作動することを示す。
る形態の二酸化マンガンと同等に作動することを示す。
第1図は本発明の二酸化マンガンの典型的試料のX線回
折図、第2図は結晶性β−二酸化マンガン(I、C,試
料l66)のX線回折図、第3図は米国特許第グ、コ弘
A、、ZtJ号明細書および第q、3/ユ、930号明
細書の開示に従って生成されたλ−二酸化マンガンのX
線回折図を示す。 出願人代理人 猪 股 清 コ1 5大 次 =n ○ 〜 燻l
折図、第2図は結晶性β−二酸化マンガン(I、C,試
料l66)のX線回折図、第3図は米国特許第グ、コ弘
A、、ZtJ号明細書および第q、3/ユ、930号明
細書の開示に従って生成されたλ−二酸化マンガンのX
線回折図を示す。 出願人代理人 猪 股 清 コ1 5大 次 =n ○ 〜 燻l
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、3.11±0.02Å、2.41±0.02Å、2
.11±0.02Å、1.62±0.02Å、1.56
±0.02Å、1.43±0.02Å、および1.31
±0.02Åにおいてピークを示すX線回折図を有する
ことを特徴とする二酸化マンガン。 2、X線回折ピークの相対強度が、次の通り¥dÅ¥
¥I/I_0¥ 3.11±0.02 100 2.41±0.02 80−90 2.11±0.02 28−38 1.62±0.02 65−75 1.56±0.02 18−28 1.43±0.02 20−30 1.31±0.02 25−35 (式中、Iは特定のピークのピーク高さであり、そして
I_0は最高ピークのピーク高さである)である特許請
求の範囲第1項に記載の二酸化マンガン。 3、X線回折ピークの相対強度が、次の通り¥dÅ¥
¥I/I_0¥ 3.11±0.02 100 2.41±0.02 85.5 2.11±0.02 33.5 1.62±0.02 71.1 1.56±0.02 23.0 1.43±0.02 26.2 1.31±0.02 29.9 である特許請求の範囲第2項に記載の二酸化マンガン。 4、このような二酸化マンガンが、約15m^2/g未
満で約3m^2/gよりも大きい表面積を有する特許請
求の範囲第1項に記載の二酸化マンガン。 5、このような二酸化マンガンが、約10m^2/g未
満の表面積を有する特許請求の範囲第4項に記載の二酸
化マンガン。 6、二酸化マンガンが3.11±0.02Å、2.41
±0.02Å、2.11±0.02Å、1.62±0.
02Å、1.56±0.02Å、1.43±0.02Å
、および1.31±0.02Åにおいてピークを示すX
線回折図を示すまで、λ−二酸化マンガンを約250℃
〜約400℃の温度において熱処理することを特徴とす
る二酸化マンガンの製法。 7、λ−二酸化マンガンを約350℃〜約360℃の温
度において約7時間加熱する特許請求の範囲第6項に記
載の方法。 8、負極、正極、および電解質からなり、前記正極の少
なくとも一部分が3.11±0.02Å、2.41±0
.02Å、2.11±0.02Å、1.62±0.02
Å、1.56±0.02Å、1.43±0.02Åおよ
び1.31±0.02Åにおいてピークを示すX線回折
図を有する二酸化マンガンからなることを特徴とする電
池。 9、前記正極が、更に導体および結合剤を含有する特許
請求の範囲第8項に記載の電池。 10、前記導体が、黒鉛、カーボンブラック、および金
属粉末からなる群から選択される少なくとも1つのもの
である特許請求の範囲第9項に記載の電池。 11、前記結合剤が、ポリテトラフルオロエチレンおよ
びエチレンとアクリル酸との共重合体からなる群から選
択される少なくとも1つのものである特許請求の範囲第
9項に記載の電池。 12、前記電解質が、非水性電解質である特許請求の範
囲第9項に記載の電池。 13、前記電解質が、水性電解質である特許請求の範囲
第9項に記載の電池。 14、前記電解質が、固体電解質である特許請求の範囲
第9項に記載の電池。
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