JPH06150914A - リチウム電池用二酸化マンガンおよびその製造方法 - Google Patents

リチウム電池用二酸化マンガンおよびその製造方法

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JPH06150914A
JPH06150914A JP4326242A JP32624292A JPH06150914A JP H06150914 A JPH06150914 A JP H06150914A JP 4326242 A JP4326242 A JP 4326242A JP 32624292 A JP32624292 A JP 32624292A JP H06150914 A JPH06150914 A JP H06150914A
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manganese dioxide
lithium
lithium battery
discharge
battery
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JP4326242A
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Masayuki Yoshio
真幸 芳尾
Masamoto Sasaki
正元 佐々木
Junichiro Tanaka
順一郎 田中
Kazuhito Komatsu
和仁 小松
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Mitsui Kinzoku Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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    • 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
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/502—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese for non-aqueous cells
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次電池の放電電圧および放電容量を併せ向
上させると共に、二次電池のサイクル特性も向上させる
ことができ、かつ優れた耐食性を付与し得るリチウム電
池用二酸化マンガンおよびその製造方法を提供する。 【構成】 (1)比表面積が80m2/g以上、硫酸イ
オン含量が1重量%以下であることを特徴とするリチウ
ム電池用二酸化マンガン。 (2)硫酸マンガンおよび硫酸溶液を電解液として電解
を行ない、電解二酸化マンガンを製造するに際し、電解
電流密度を130A/m2以上で電解することを特徴と
するリチウム電池用二酸化マンガンの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリチウム一次電池および
リチウム二次電池(以下、場合によってリチウム電池と
総称する)の陽極活物質に用いられる二酸化マンガンお
よびその製造方法に関し、特に比表面積が高く、かつ硫
酸イオン含量が低く、電池の放電電位および放電電圧を
向上させると共に、二次電池のサイクル特性も向上させ
ることができ、かつ耐食性に優れるリチウム電池用二酸
化マンガンおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池の陽極活物質として、二酸
化マンガンは代表的なものとして知られており、既に実
用化されている。この中で、特に二酸化マンガンは、放
電特性に優れ、かつ安価であるために大量に使用されて
いる。
【0003】現在、この二酸化マンガンを陽極活物質と
して用いるリチウム一次電池は、カメラ等の用途に使用
されるが、カメラの多機能化等により、放電電圧を向上
させた電池が望まれている。また、このリチウム一次電
池にあっては、放電容量、すなわち放電時間の延長も併
せて要求されている。一方、リチウム二次電池はメモリ
ーバツクアップ等の用途に使用されるが、そのサイクル
特性、つまりサイクル劣化の軽減が望まれている。
【0004】従来、リチウム電池に用いられる二酸化マ
ンガンは、硫酸マンガンおよび硫酸溶液を電解液として
用い、陽極にチタン等、陰極に炭素等を用い、浴温90
〜100℃、電解電流密度50〜100A/m2の条件
で電解され、陽極に析出した電解二酸化マンガンを剥離
し、洗浄、中和、乾燥、熱処理(焼成)したものが用い
られている。
【0005】しかしながら、析出した電解二酸化マンガ
ンの比表面積は20〜45m2/g程度と低く、脱水を
目的とした熱処理によって比表面積がさらに減少し、1
0〜20m2/g程度となる。このように二酸化マンガ
ンの比表面積が小さいと、リチウム電池の陽極活物質に
用いた時に、電池の放電特性の低下を招く。また、析出
した電解二酸化マンガンは、リチウム電池用として適し
たγ−二酸化マンガンであるが、熱処理によってβ−二
酸化マンガンへと変化してしまう。このβ−二酸化マン
ガンは、陽極活物質用としては不活性であり、サイクル
劣化も大きく、リチウム電池用の二酸化マンガンとして
は好ましいものではない。
【0006】従って、従来の電解二酸化マンガンでは、
リチウム電池に要求される放電特性を満足させるもので
はなかった。
【0007】一方、電池一般の要求として腐食に強いこ
とが挙げられる。リチウム電池においても耐食性の向上
が当然にも求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の課題に鑑みなされたもので、電池の放電電圧およ
び放電容量を併せ向上させると共に、二次電池のサイク
ル特性も向上させることができ、かつ優れた耐食性を付
与し得るリチウム電池用二酸化マンガンおよびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の上記
目的は、二酸化マンガンの比表面積と硫酸イオン濃度を
特定範囲とすることによって達成される。
【0010】すなわち、本発明のリチウム電池用二酸化
マンガンは、比表面積が80m2/g以上、硫酸イオン
含量が1重量%以下であることを特徴とする。
【0011】本発明の二酸化マンガンにおいて、比表面
積は80m2/g以上、好ましくは80〜130m2/g
であることが必要である。比表面積が80m2/g未満
では、電池に用いた時に放電電圧および放電容量の向上
は達成し得ない。上限は特に限定されないが、150m
2/gを超えると二酸化マンガンが嵩ばる傾向にある。
このように本発明の二酸化マンガンは、比表面積が高い
ため、脱水のための熱処理後も比表面積が50〜100
m2/gと高い水準を維持できる。
【0012】また、二酸化マンガン中の硫酸イオン濃度
は、1重量%以下であることが必要であり、1重量%を
超えると電池に用いた時に耐食性が劣ったものとなる。
【0013】本発明の二酸化マンガンは、X線回折図に
おける回折線である(110)面:CuKα 2θ=2
2°と(021)面:CuKα 2θ=37°との回折
強度比であるQ値[I(110)/I(021)]が0.80以下
であることが望ましい。Q値が0.8以下ではマンガン
の配列が不規則になり、いわゆるε型に富む二酸化マン
ガンとなる。この場合、焼成した時のβ型二酸化マンガ
ンの結晶性が低く、リチウム電池用陽極活物質に適した
二酸化マンガンが得られる。従って、従来の電解二酸化
マンガンのようにQ値が平均で0.95以上であると、
γ−二酸化マンガンを多く含有することになる。このよ
うな二酸化マンガンを用いると、熱処理によってγ−二
酸化マンガンが陽極活物質として不活性な結晶性のよい
β−二酸化マンガンに変化し、陽極活物質とした時にリ
チウム電池の放電特性およびサイクル特性を損なうこと
になる。
【0014】次に、本発明の二酸化マンガンの好ましい
製造方法について説明する。本発明では、電解電流密度
を除いて通常の電解条件によって電解二酸化マンガンを
得る。すなわち、硫酸マンガン1.0〜1.2モル/リ
ットル、硫酸0.3〜0.6モル/リットル、浴温90
〜100℃の条件で電解が行なわれる。陽極としてはチ
タン合金、炭素、鉛合金等が用いられ、陰極としては炭
素、鉛合金等が用いられる。
【0015】本発明では、この電解に際して電解電流密
度を130A/m2以上と、高電流密度で行なう。この
ような高電流密度を用いることによって、比表面積が大
きく、硫酸イオン濃度が1重量%以下の電解二酸化マン
ガンが得られる。
【0016】このようにして陽極に析出した電解二酸化
マンガンは、常法によって洗浄、中和、乾燥、粉砕さ
れ、さらに脱水のため熱処理され、リチウム電池の陽極
活物質として好適に用いられる。
【0017】
【実施例】以下、実施例等によって本発明を具体的に説
明する。
【0018】実施例1 加温装置を設けた内容積5リットルの電解槽内に、陽極
および陰極として黒鉛板をそれぞれ交互に懸架させ、電
解槽底部には硫酸マンガンと硫酸の混合溶液からなる電
解補給液の添加管を設けたものを使用した。
【0019】この補給液を電解槽に注入し、電解液の組
成が、硫酸マンガン1.0モル/リットル、硫酸0.4
モル/リットルとなるように調整し、浴温を95±2℃
に保ち、電流密度150A/m2で電解を行なった。
【0020】電解終了後、陽極に析出した電解二酸化マ
ンガンは、常法によって洗浄、中和、乾燥、粉砕した。
得られた電解二酸化マンガンの比表面積は92m2/
g、硫酸イオン濃度は0.64重量%、Cu管球を用い
た粉末X線回析法によるQ値は0.68であった。
【0021】次に、400℃、4時間熱処理を行ない、
得られた二酸化マンガン0.135gを秤量し、黒鉛
0.09g、四フッ化エチレン樹脂0.06gと混合
し、3t/cm2で加圧成形したものを陽極合剤とし
た。なお、これら二酸化マンガン、黒鉛、四フッ化エチ
レン樹脂は予備乾燥したものを用いた。
【0022】得られた陽極合剤を用いて図1に示される
ようなテストセルを作製し、20℃の室温下、2500
Ωの定抵抗連続放電試験を行なった。これらの操作は、
すべてアルゴン雰囲気下のドライボックス中で行なっ
た。電解液はプロピレンカーボネート、1,2−ジメト
キシエタンの1:1混合溶媒に過塩素酸リチウム1モル
/リットルを溶解したものを用いた。この場合に使用し
た試薬は常法により乾燥処理したものを用いた。また、
陰極はシート状の金属リチウムを陽極合剤と同一の直径
になるように打抜いて使用した。
【0023】また、図1のテストセルにおいて、1は電
流を外部に取り出すための陰極端子、2はテフロン製樹
脂の絶縁物を示し、それぞれがネジ込み式でセルの密閉
ができるようになっている。さらに、3は陰極板、4は
圧着したシート状の金属リチウム(陰極)、5は不織布
製のセパレータ、6は前記の方法で調製した陽極合剤、
7はステンレス製の陽極をそれぞれ示す。
【0024】このテストセルを用い、上記したように定
抵抗連続放電試験を行ない、得られた放電電圧と放電持
続時間との関係を図2に示す。
【0025】実施例2 実施例1と同様の装置を用い、電解時の電流密度を60
0A/m2に変更した以外は、実施例1と同様の条件で
電解を行なった後、実施例1と同様の後処理を行なって
電解二酸化マンガンを得た。得られた二酸化マンガンの
比表面積は122m2/g、硫酸イオン濃度は0.34
重量%、Cu管球を用いた粉末X線回析法によるQ値は
0.72であった。
【0026】次に、実施例1と同様の条件で熱処理を行
ない、得られた二酸化マンガンを実施例1と同様の操作
で図1と同様のテストセルを作製し、このテストセルを
用いて2500Ωの定抵抗連続放電試験を行ない、得ら
れた放電電圧と放電持続時間との関係を図2に示す。
【0027】比較例1 実施例1と同様の装置を用い、電解時の電流密度を60
A/m2に変更した以外は、実施例1と同様の条件で電
解を行なった後、実施例1と同様の後処理を行なって電
解二酸化マンガンを得た。得られた二酸化マンガンの比
表面積は37m2/g、硫酸イオン濃度は1.17重量
%、Cu管球を用いた粉末X線回析法によるQ値は0.
92であった。
【0028】次に、実施例1と同様の条件で熱処理を行
ない、得られた二酸化マンガンを実施例1と同様の操作
で図1と同様のテストセルを作製し、このテストセルを
用いて2500Ωの定抵抗連続放電試験を行ない、得ら
れた放電電圧と放電持続時間との関係を図2に示す。
【0029】以上の結果から明らかなように、実施例1
〜2により得られる二酸化マンガンは、比較例1により
得られる二酸化マンガンと比較して比表面積が大きく、
硫酸イオン濃度が低く、かつQ値が低い。
【0030】また、図2に示されるように、実施例1〜
2は比較例1に比較して放電電圧が高く、しかも2Vま
での放電持続時間が長い。
【0031】実施例3 実施例1で得られた二酸化マンガンを、実施例1と同様
の熱処理を行ない、同様の操作で図2と同様のテストセ
ルを作成した。但し、陰極板にはリチウム−アルミニウ
ム合金(アルミニウム含有量15重量%)を使用した。
このテストセルを用いて、1mAの電流で3.8〜2.
0Vの範囲の電圧で充放電を繰り返し、5サイクル、1
0サイクルおよび50サイクルの二次電池放電容量を測
定し、結果を表1に示す。
【0032】実施例4 実施例2で得られた二酸化マンガンを用い、実施例3と
同様のテストセルを作成し、実施例3の方法に準じて二
次電池放電容量を測定し、結果を表1に示す。
【0033】比較例2 比較例1で得られた二酸化マンガンを用い、実施例3と
同様のテストセルを作成し、実施例3の方法に準じて二
次電池放電容量を測定し、結果を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1の結果ら明らかなように、実施例3〜
4は、比較例2に比較してサイクルを重ねた際の放電容
量の低下が少ない。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によって、比表面積が大きく、硫酸イオン濃度が低く、
かつQ値が低い二酸化マンガンが得られる。
【0037】そして、本発明の二酸化マンガンをリチウ
ム一次電池の陽極活物質に用いることによって、電池の
放電電圧および放電容量を向上させることができる。ま
た、リチウム二次電池の陽極活物質として用いることに
より、電池のサイクル特性を向上させることができる。
さらに、リチウム電池に優れた耐食性を付与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例および比較例において用いられたテス
トセルの概略断面図。
【図2】 実施例および比較例における放電電圧と放電
持続時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1:陰極端子、2:絶縁物、3:陰極板、4:リチウム
(陰極)、5:セパレータ、6:陽極合剤、7陽極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積が80m2/g以上、硫酸イオ
    ン含量が1重量%以下であることを特徴とするリチウム
    電池用二酸化マンガン。
  2. 【請求項2】 X線回折図における回折線である(11
    0)面:CuKα2θ=22°と(021)面:CuK
    α 2θ=37°との回折強度比であるQ値[I(110)
    /I(021)]が0.80以下である請求項1に記載のリ
    チウム電池用二酸化マンガン。
  3. 【請求項3】 硫酸マンガンおよび硫酸溶液を電解液と
    して電解を行ない、電解二酸化マンガンを製造するに際
    し、電解電流密度を130A/m2以上で電解すること
    を特徴とするリチウム電池用二酸化マンガンの製造方
    法。
JP4326242A 1992-11-12 1992-11-12 リチウム電池用二酸化マンガンおよびその製造方法 Pending JPH06150914A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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