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JPH04240117A - Manganese oxide compound - Google Patents

Manganese oxide compound

Info

Publication number
JPH04240117A
JPH04240117A JP3146152A JP14615291A JPH04240117A JP H04240117 A JPH04240117 A JP H04240117A JP 3146152 A JP3146152 A JP 3146152A JP 14615291 A JP14615291 A JP 14615291A JP H04240117 A JPH04240117 A JP H04240117A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
reagent
manganese oxide
compound
ymno2
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3146152A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michael Makepeace Thackeray
マイケル メイクピース サッカレー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technology Finance Corp Pty Ltd
Original Assignee
Technology Finance Corp Pty Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technology Finance Corp Pty Ltd filed Critical Technology Finance Corp Pty Ltd
Publication of JPH04240117A publication Critical patent/JPH04240117A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for producing a lithium manganese oxide compound suitable to be used as the electrode of an electrochemical cell and the cell to use the compound as a cathode.
CONSTITUTION: This invention relates to the lithium manganese oxide compound having the general formula, Li2O.yMnO2 [(y) presents a value larger than 5, all the Mn cations are practically tetravalent and this compound supplies an open circuit voltage lower than 3.50 V when coupled with lithium in by appropriate electrolyte in the electrochemical cell], the production of the said compound and the electrochemical cell using the said compound as the cathode are provided.
COPYRIGHT: (C)1992,JPO

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】本発明は、電気化学的電池(electr
ochemical cell)の電極としての使用に
適したリチウムマンガンオキシド化合物(lithiu
m manganese oxide compoun
d)、該化合物を製造する方法及びカソードとして該化
合物を用いる電気化学的電池に関する。
[0001] The present invention relates to an electrochemical cell (electr
Lithium manganese oxide compounds suitable for use as electrodes in chemical cells
m manganese oxide compound
d), a method for producing said compound and an electrochemical cell using said compound as cathode.

【0002】本発明の一つの側面は、一般式、Li2 
O・yMnO2  (但し、yは、5より大きい値を示し、Mn陽イオンは
実質的にすべて4価であり、電気化学的電池中適当な電
解質によってリチウムと結合すると、この化合物は3.
50V未満の開路電圧(open circuit v
oltage)を供給する)であるリチウムマンガンオ
キシド化合物を提供することにある。
One aspect of the present invention is that the general formula, Li2
O.yMnO2 (where y has a value greater than 5, the Mn cations are substantially all tetravalent, and when combined with lithium by a suitable electrolyte in an electrochemical cell, this compound has a valence of 3.
open circuit voltage less than 50V
The object of the present invention is to provide a lithium manganese oxide compound which is a lithium manganese oxide compound which supplies a

【0003】“実質的にすべて4価である”ということ
は、マンガン陽イオンの平均原子価が、少なくとも+3
.7そして通常それ以上、例えば3.8−4.0である
ことを意味する。
"Substantially all tetravalent" means that the average valence of the manganese cations is at least +3.
.. 7 and usually more, eg 3.8-4.0.

【0004】本化合物は、その中で分離した相として、
スピネル型(spinel−type )構造をを有す
るリチウムマンガンオキシド構成要素(compone
nt )およびマンガンオキシド構成要素(manga
nese oxide component )を有し
ても良い。代わりに、本質的に単相(single−p
hase)なスピネル型構造を有しても良い。
[0004] The present compound has as a separate phase within it:
Lithium manganese oxide component with spinel-type structure
nt ) and the manganese oxide component (manga
(nese oxide component). Instead, it is essentially single-phase (single-p
It may have a spinel type structure.

【0005】好ましくは、本化合物は上記電池中でリチ
ウムと結合すると、3.40V未満、より好ましくは3
.35V未満の開路電圧を提供するものが良い。
Preferably, the compound has a voltage of less than 3.40 V, more preferably 3.40 V, when combined with lithium in said battery.
.. Those that provide an open circuit voltage of less than 35V are preferred.

【0006】化学量論的(stoichiometri
c)スピネル化合物は、一般式A[ B2 ] X4 
で表される構造を有しており、X原子は立方最密充填型
(cubic−close−packed fashi
on)に配列されていて、面共有(face−shar
ing)および端共有(edge−sharing)四
面体(tetrahedra)および八面体(octa
hedra )からなる陰性に荷電した陰イオンの配列
(array )を形成する。一般式A[ B2 ] 
X4 中、A原子は、四面体の部位(tetrahed
ra−site )の陽イオンであり、B原子は、八面
体の部位(octahedra−site)の陽イオン
である。すなわち、A陽イオン及びB陽イオンは、それ
ぞれ四面体および八面体の位置を占める。理想的なスピ
ネル型構造においては、単位セル(unit cell
 )の原点(origin)は、中心(
[0006] Stoichiometric
c) The spinel compound has the general formula A[B2]X4
It has a structure represented by
on) and face-share (face-share).
ing) and edge-sharing tetrahedra and octahedra
form an array of negatively charged anions consisting of hedra). General formula A [B2]
In X4, the A atom is a tetrahedral site (tetrahed
The B atom is a cation of an octahedral site (octahedra-site). That is, the A and B cations occupy tetrahedral and octahedral positions, respectively. In an ideal spinel structure, the unit cell
) is at the center (

【0007】[0007]

【数1】[Math 1]

【0008】)にあり、最密充填の陰イオンは、空間群
Fd3mの32eの位置に位置する。それぞれの単位セ
ルは、8a、8b及び48fの3つの結晶学的に同価で
ない(non−equivalent)位置に位置する
64の四面体の格子間隙(interstices )
、及び16c及び16dの結晶学的に同価でない位置に
位置する32の八面体の格子間隙を含有する。A[ B
2 ] X4 のスピネル型において、A陽イオンは、
8aの四面体の格子間隙の中に位置し、B陽イオンは、
16dの八面体の格子間隙の中に属する。この様に、立
方単位セルあたり56の空の四面体部位及び16の空の
八面体の部位が存在する。
), and the closest-packed anion is located at position 32e in space group Fd3m. Each unit cell consists of 64 tetrahedral interstices located at three crystallographically non-equivalent positions 8a, 8b and 48f.
, and 32 octahedral lattice gaps located at crystallographically non-equivalent positions of 16c and 16d. A [ B
2 ] In the spinel form of X4, the A cation is
Located in the lattice gap of the tetrahedron of 8a, the B cation is
It belongs to the lattice gap of the 16d octahedron. Thus, there are 56 empty tetrahedral sites and 16 empty octahedral sites per cubic unit cell.

【0009】それゆえ、[ B2 ] Xn n−のホ
スト(host)の骨格構造のB陽イオンは、16dの
八面体の位置に位置するようにみなしても良く、又、X
陰イオンは、スピネル型構造の32eの位置に位置する
とみなしても良い。8a、8b及び48fの位置によっ
て定義される四面体及びスピネル型構造の16cによっ
て定義される八面体は、この様に[ B2 ] X4 
n−の骨格構造の格子間の空間(interstiti
al space)を形成する。
Therefore, the B cation of the backbone structure of the host of [B2]
The anion may be considered to be located at position 32e of the spinel structure. The tetrahedron defined by the positions of 8a, 8b and 48f and the octahedron defined by 16c of the spinel structure are thus [ B2 ]
The interstitial space of the n-skeletal structure
al space).

【0010】例えば、スピネル型構造を有するリチウム
マンガンオキシド化合物Li[ Mn2 ] O4 は
、一次電池や再充電できる電池(cells and 
batteries )のカソードとしてアノードの活
物質であるリチウムと共に、使用することが知られてい
る。Li[ Mn2 ] O4 は、一般的に700℃
を超える温度で、リチウム塩とマンガンオキシドを反応
させることによって製造される。この構造中、半分のM
n陽イオンは4価、他の半分は3価になっている。1M
硫酸や塩酸のような無機の酸を用いて、λ−MnO2 
として知られているマンガンオキシド相(phase 
)を形成する3価のマンガン陽イオンの酸化により、リ
チウムをLi[ Mn2 ] O4 の構造から取り除
くことができる。そして、そのλ−MnO2 は、スピ
ネル型表記として□1.0 [ Mn2 ] O4 (
ハンター(Hunter)、米国特許4,246,25
3 参照)と表されることができる欠陥のあるスピネル
型構造を有する。このように、λ−MnO2 中すべて
のMn陽イオンは4価になっている。
For example, the lithium manganese oxide compound Li[Mn2]O4 having a spinel structure can be used in primary batteries and rechargeable batteries (cells and
It is known to use lithium as the cathode of batteries (along with lithium, which is the active material of the anode). Li[Mn2]O4 is generally heated at 700℃
Manganese oxide is produced by reacting lithium salts with manganese oxide at temperatures above . In this structure, half M
The n cation is quadrivalent, and the other half is trivalent. 1M
λ-MnO2 using an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid
The manganese oxide phase, known as
) Lithium can be removed from the structure of Li[Mn2]O4 by oxidation of trivalent manganese cations to form . And, the λ-MnO2 is expressed as □1.0 [Mn2] O4 (
Hunter, U.S. Patent 4,246,25
3) has a defective spinel-type structure that can be expressed as Thus, all Mn cations in λ-MnO2 are tetravalent.

【0011】スピネル型構造を有するリチウムマンガン
オキシド化合物の別の例としては、Li4 Mn5 O
12が挙げられる。この化合物はスピネル型表記として
Li[ Li1/3 Mn5/3 ] O4 と表され
るより複雑な陽イオンの分布を有する。この化合物では
、λ−MnO2 におけると同様に、すべてのMn陽イ
オンは4価になっている。
Another example of a lithium manganese oxide compound having a spinel structure is Li4 Mn5 O
12 are mentioned. This compound has a more complex cation distribution expressed in spinel type notation as Li[ Li1/3 Mn5/3 ] O4. In this compound, all Mn cations are tetravalent, as in λ-MnO2.

【0012】式Li2 O・yMnO2 を用いて、化
学量論的に理想的で欠陥のない化合物Li4 Mn5 
O12を、y=2.5のLi2 O・yMnO2 で表
すことができることは、理解されるだろう。そして、欠
陥があり化学量論的でないスピネル型化合物λ−MnO
2 は、yが不定であるLi2 O・yMnO2 (す
なわちLi2 Oの濃度がゼロ)で表すことができる。 本発明は、yが5より大きく、Li2 Oの濃度が0よ
り大きい式Li2 O・yMnO2 の化合物そのもの
に関する。本発明のスピネル型化合物は、欠陥があり化
学量論的でないスピネル型化合物であり、従って、“ス
ピネル型化合物”という表現は、欠陥があり化学量論的
でないスピネル型化合物をカバーしている。
Using the formula Li2 O.yMnO2, the stoichiometrically ideal and defect-free compound Li4 Mn5
It will be appreciated that O12 can be represented as Li2O.yMnO2 with y=2.5. and the defective and non-stoichiometric spinel-type compound λ-MnO.
2 can be expressed as Li2O.yMnO2 where y is undefined (that is, the concentration of Li2O is zero). The present invention relates to compounds of the formula Li2O.yMnO2 as such, where y is greater than 5 and the concentration of Li2O is greater than 0. The spinel-type compounds of the present invention are defective, non-stoichiometric spinel-type compounds; therefore, the expression "spinel-type compounds" covers defective, non-stoichiometric spinel-type compounds.

【0013】この様に、本発明の化合物は、化学量論的
なスピネル型化合物ではないが、A部位のLiイオンの
量を変化させることによって、欠陥が作られたものであ
り、この様な化合物は、骨格構造中のMnイオンの量を
変化させることによって、その様な欠陥をもって合成さ
れる。それゆえ、y=5のLi2 O・yMnO2 化
合物は、代わりに、スピネル型表記において、x=0.
273、z=0.182のLi1−x [ Mn2−z
 ] O4 で表される。yが5より大きい本発明の化
合物は、一方では、スピネル型表記において、0.27
3<x<1、0<z<0.182のLi1−x [ M
n2−z ] O4 で表すことができる。
As described above, the compound of the present invention is not a stoichiometric spinel type compound, but defects are created by changing the amount of Li ions in the A site. Compounds are synthesized with such defects by varying the amount of Mn ions in the backbone structure. Therefore, a Li2O.yMnO2 compound with y=5 can instead have x=0.
273, Li1-x [ Mn2-z with z = 0.182
] O4. Compounds of the invention in which y is greater than 5 are, on the one hand, 0.27 in spinel type notation.
3<x<1, 0<z<0.182 Li1-x [M
n2-z]O4.

【0014】本発明において、A部位は部分的にLi陽
イオンによって占められ、B部位は部分的にMn陽イオ
ンによって占められ、及びX陰イオンは、O陰イオンで
ある。このように骨格構造は、マイナスに荷電した[ 
Mn2−z □z ] O4 構造である。但し、□は
、空位を表し、格子間の空間の部分としてみなされ、そ
の格子間の空間は、以下に示すように、電気化学的放電
および充電反応中を通しての拡散のために動きうるLi
陽イオンに利用される。
In the present invention, the A site is partially occupied by Li cations, the B site is partially occupied by Mn cations, and the X anion is an O anion. In this way, the skeletal structure is negatively charged [
It has a Mn2-z □z ] O4 structure. However, □ represents a vacancy and is considered as part of the interstitial space, which is a part of the Li that can move due to diffusion during the electrochemical discharge and charge reactions, as shown below.
Used for cations.

【0015】上述したA[ B2 ] X4 構造は正
常なスピネル型構造として知られている。しかしながら
、あるB陽イオンがA陽イオンによって正常に占められ
ている四面体の部位を占有し、あるA陽イオンがB陽イ
オンによって正常に占められている八面体の部位を占有
するような配置に陽イオンが再配列されることは可能で
ある。もし、四面体の部位を占めるB陽イオンの部分を
λと呼ぶならば、正常なスピネル型構造においてλの値
は0である。もし、λの値が0.5ならば、スピネル型
構造は一般式B[ AB] X4 で表される逆スピネ
ル型として知られている。スピネル型構造を有する化合
物において、λの中間的な値は一般的であり、特定の化
合物においてλの値は必ずしも一定である必要はなく、
場合によっては適当な条件下、熱処理によって変化させ
ることも可能である。
The above-mentioned A[ B2 ] X4 structure is known as a normal spinel structure. However, an arrangement in which some B cations occupy tetrahedral sites normally occupied by A cations and some A cations occupy octahedral sites normally occupied by B cations It is possible that the cations are rearranged. If the portion of the B cation occupying the tetrahedral site is called λ, the value of λ is 0 in a normal spinel structure. If the value of λ is 0.5, the spinel structure is known as an inverse spinel structure represented by the general formula B[AB]X4. In compounds with a spinel structure, an intermediate value of λ is common, and the value of λ does not necessarily have to be constant in a particular compound.
Depending on the case, it is also possible to change it by heat treatment under appropriate conditions.

【0016】本明細書においては、“スピネル型構造”
とは欠陥のあるスピネル型を意味し、加えて正常なスピ
ネル型構造、また逆スピネル型構造および0<λ<0.
5の中間的な構造をも含む。
[0016] In this specification, "spinel type structure"
means a defective spinel structure, as well as a normal spinel structure, an inverted spinel structure, and 0<λ<0.
It also includes intermediate structures of 5.

【0017】2.5≦y≦5のLi2 O・yMnO2
 で示される単相の化合物は知られており、例えば、そ
れぞれy=2.5およびy=4であるLi2 O・yM
nO2 で表されるLi4 Mn5 O12およびLi
2 Mn4 O9 が知られている。これらの化合物、
該化合物の製造および電池での使用については、英国特
許出願GB2,221,213Aおよび南アフリカ特許
89/5273 に記載されている。しかしながら、本
出願人はそれらに記載されている技術を用いて、yが5
より大きいLi2 O・yMnO2 の単相のスピネル
型相(phases)を得ることは出来なかったし、ま
たyが5より大きい時、これらの技術によって生成され
るLi2O・yMnO2 は、γ−MnO2 および/
またはMn2 O3 と思われる不純物相で汚染されて
いた。
[0017] Li2O・yMnO2 with 2.5≦y≦5
Single-phase compounds represented by are known, for example, Li2O.yM where y=2.5 and y=4, respectively.
Li4 Mn5 O12 and Li expressed as nO2
2 Mn4 O9 is known. These compounds,
The manufacture and use of the compound in batteries is described in British patent application GB 2,221,213A and South African patent 89/5273. However, using the techniques described therein, the applicant has determined that y is 5
It was not possible to obtain single spinel phases of larger Li2O.yMnO2, and when y is greater than 5, the Li2O.yMnO2 produced by these techniques is similar to γ-MnO2 and/or
Or, it was contaminated with an impurity phase thought to be Mn2O3.

【0018】本発明の化合物は上述のように、他の金属
イオン、とくにコバルトのような遷移金属で20%まで
置き換えることができるマンガンを有しており、そのよ
うな置換は、その様な置換金属の酸化物でドーピング(
doping)することにより、以下に示すようなタイ
プの電気化学的電池での使用に関して本発明の化合物の
特性に影響を及ぼすことはない。以下に示すような本発
明の化合物の製造方法で使用されるマンガンオキシド試
薬の一部に代えて該置換金属を用いることによっても、
このドーピングを行うことができる。従って、本発明の
化合物において、最大20%までのマンガン陽イオンを
他の金属陽イオンにより置換しても良い。
The compounds of the present invention, as mentioned above, have manganese which can be replaced by up to 20% with other metal ions, especially transition metals such as cobalt; Doping with metal oxides (
doping) does not affect the properties of the compounds of the invention for use in electrochemical cells of the type described below. By using the substituted metal in place of a part of the manganese oxide reagent used in the method for producing the compound of the present invention as shown below,
This doping can be done. Thus, up to 20% of the manganese cations may be replaced by other metal cations in the compounds of the invention.

【0019】本発明のリチウムマンガンオキシド化合物
は、リチウムマンガンオキシド試薬を適当なマンガンオ
キシドと高温度で反応させることによる固相状態の反応
手段によって、製造できる。
The lithium manganese oxide compounds of the present invention can be prepared by solid state reaction means by reacting a lithium manganese oxide reagent with a suitable manganese oxide at elevated temperatures.

【0020】このように、本発明の他の側面は、上記で
定義したようにyが5より大きい式Li2 O・yMn
O2 の本発明の化合物であるリチウムマンガンオキシ
ド生成物を合成する方法を提供する。すなわち、この方
法は、リチウムとマンガンのイオンの比が、≧1:2.
5であるリチウムマンガンオキシド試薬と、マンガンオ
キシド試薬とを反応させることからなり、更にこの方法
は、該試薬を共に粒子径が最大250μmの微粉砕され
た形態で十分に混合し、そして、その混合物を酸素を含
む酸化性雰囲気下150−450℃の範囲の温度におき
、少なくとも8時間加熱するステップからなる。
[0020] Thus, another aspect of the present invention is that the formula Li2O.yMn where y is greater than 5 as defined above
A method of synthesizing the lithium manganese oxide product of the present invention of O2 is provided. That is, in this method, the ratio of lithium and manganese ions is ≧1:2.
5, a lithium manganese oxide reagent and a manganese oxide reagent are reacted, and the method further comprises thoroughly mixing the reagents together in finely divided form with a particle size of up to 250 μm, and in an oxidizing atmosphere containing oxygen at a temperature in the range of 150-450°C for at least 8 hours.

【0021】本来、リチウムマンガンオキシド試薬とマ
ンガンオキシド試薬の割合は、化学量論的基礎に基づい
て選択され、yの好ましい値が、生成物中得られる。
Essentially, the proportions of lithium manganese oxide and manganese oxide reagents are selected on a stoichiometric basis to obtain a preferred value of y in the product.

【0022】好ましくは、試薬は粒子径が最大50μm
であり、20m2  /gより大きい比表面積を有し、
温度は240−400℃であり、加熱時間は8−16時
間であり、酸化性雰囲気は酸素、空気およびそれらの混
合物から選ばれる。
Preferably, the reagent has a particle size of at most 50 μm.
and has a specific surface area larger than 20 m2/g,
The temperature is 240-400°C, the heating time is 8-16 hours, and the oxidizing atmosphere is selected from oxygen, air and mixtures thereof.

【0023】リチウムマンガンオキシド試薬は、好まし
くはスピネル型構造を有する2.5≦y≦4の式Li2
 O・yMnO2 の物が良く、マンガンジオキシドで
あるマンガンオキシド試薬は、λ−MnO2 、電解的
(electrolytically)に調製されたマ
ンガンジオキシド(EMD)、化学的に調製されたマン
ガンジオキシド(CMD)およびそれらの混合物からな
る群から選ぶことが好ましい。
The lithium manganese oxide reagent preferably has a spinel structure and has the formula Li2 of 2.5≦y≦4.
Manganese oxide reagents such as O.yMnO2 and manganese dioxide include λ-MnO2, electrolytically prepared manganese dioxide (EMD), and chemically prepared manganese dioxide (CMD). and mixtures thereof.

【0024】マンガンジオキシド試薬がλ−MnO2 
であり、加熱は240−400℃の温度で行われ、実質
的に単相(single−phase)の生成物を得る
ものでも良い。
The manganese dioxide reagent is λ-MnO2
The heating may be carried out at a temperature of 240-400° C. to obtain a substantially single-phase product.

【0025】代わりに、マンガンジオキシド試薬が、電
解的に調製されたマンガンジオキシド(EMD)、化学
的に調製されたマンガンジオキシド(CMD)およびそ
れらの混合物から選ばれ、加熱は350−400℃の温
度で行われ、スピネル型相(phase )を有する構
成要素(component )に加えてマンガンジオ
キシド相を有する構成要素からなる生成物を得るもので
も良い。
Alternatively, the manganese dioxide reagent is selected from electrolytically prepared manganese dioxide (EMD), chemically prepared manganese dioxide (CMD) and mixtures thereof, and the heating is performed at 350-400°C. It may be carried out at a temperature of 0.degree. C. to obtain a product consisting of a component having a manganese dioxide phase in addition to a component having a spinel-type phase.

【0026】好ましくは、リチウムマンガンジオキシド
試薬が式Li2 O・yMnO2 のものであり、yの
値が2.5である場合は、試薬は式Li4 Mn5 O
12で表すことができる。
Preferably, the lithium manganese dioxide reagent is of the formula Li2 O.yMnO2 and when the value of y is 2.5, the reagent is of the formula Li4 Mn5 O
It can be expressed as 12.

【0027】マンガンジオキシド試薬と、2.5≦y≦
4の該Li2 O・yMnO2 試薬とは、化学量論的
である必要はなく、またその中のMnの原子価は正確に
+4である必要はなく、試薬の調製の温度によって+4
より小さくても良い。この様にこの原子価は3−4であ
るが、好ましくは3.5−4であり、より好ましくは4
である。Mnの原子価が4より小さい場合は、マンガン
ジオキシド試薬とLi2 O・yMnO2 は酸素欠乏
である。
[0027] Manganese dioxide reagent and 2.5≦y≦
The Li2O・yMnO2 reagent in No. 4 does not need to be stoichiometric, and the valence of Mn in it does not need to be exactly +4, but can vary by +4 depending on the temperature of preparation of the reagent.
It may be smaller. Thus, the valence is 3-4, preferably 3.5-4, more preferably 4.
It is. When the valence of Mn is less than 4, the manganese dioxide reagent and Li2O.yMnO2 are oxygen deficient.

【0028】2.5≦y≦4のLi2 O・yMnO2
 試薬は、英国特許出願GB2,221,213Aおよ
び南アフリカ特許89/5273 に記載されている方
法に従って、リチウム塩とマンガン塩を反応させること
によって得られ、好ましくはこの試薬の製造に用いられ
るリチウム塩とマンガン塩は、無水のものが良い。
[0028] Li2O・yMnO2 with 2.5≦y≦4
The reagent is obtained by reacting a lithium salt with a manganese salt according to the method described in British Patent Application GB 2,221,213A and South African Patent No. 89/5273, and is preferably combined with the lithium salt used in the preparation of this reagent. Anhydrous manganese salt is best.

【0029】Li2 O・yMnO2 試薬とマンガン
ジオキシド試薬間の反応は、好ましくは上述したように
240−400℃の温度で、例えば8時間−1週間、好
ましくは8−18時間行うのが良い。一般的に、温度が
高ければ、時間は短くて良く、温度が低ければ、時間は
長くなる。加熱温度は、ある程度は、用いられるマンガ
ンジオキシド試薬による。リチウムの不存在下にλ−M
nO2 は、270℃でβ−MnO2 に変換するので
、240−270℃の加熱温度が好都合であり、(高い
温度を使用することができるが)、電解的および/又は
化学的に調製されたマンガンジオキシドのときは、37
5−400℃の温度が一般的に使われる。
The reaction between the Li2 O.yMnO2 reagent and the manganese dioxide reagent is preferably carried out at a temperature of 240-400° C., for example, for 8 hours to 1 week, preferably for 8 to 18 hours, as described above. Generally, the higher the temperature, the shorter the time, and the lower the temperature, the longer the time. The heating temperature depends, in part, on the manganese dioxide reagent used. λ-M in the absence of lithium
Since nO2 converts to β-MnO2 at 270 °C, a heating temperature of 240-270 °C is convenient (although higher temperatures can be used), and electrolytically and/or chemically prepared manganese For dioxide, 37
Temperatures of 5-400°C are commonly used.

【0030】Li2 O・yMnO2 試薬とマンガン
ジオキシド試薬間のモル比を変化させることによって、
Li2 O・yMnO2 生成物のyの値が、5より大
きい値から、Li2 Oの割合が非常に小さく1%かそ
れより小さい部分になるような考えられる大きい値まで
変化する。 この様にこの方法はyが5である高い品質のLi2 O
・yMnO2 (生成物は南アフリカ特許89/527
3 に記載されているが、実質的に単相の特性を有する
高められた純粋のものである)を製造するために用いら
れ、そしてこの方法は、本出願人が該Li2 O・yM
nO2 がyが5より大きい値で製造され、リチウムと
電気化学的に結合すると3.5より小さい開路電圧を供
給することを見出した唯一の方法である。
By changing the molar ratio between the Li2O.yMnO2 reagent and the manganese dioxide reagent,
The value of y for the Li2O.yMnO2 product varies from values greater than 5 to possible large values such that the proportion of Li2O is very small to a fraction of 1% or less. In this way, this method produces high quality Li2O where y is 5.
・yMnO2 (product is South African patent 89/527
3, but of enhanced purity with substantially single-phase properties, and this method has been used by the applicant to produce the Li2O.yM
This is the only method we have found where nO2 is produced with y greater than 5 and provides an open circuit voltage less than 3.5 when electrochemically combined with lithium.

【0031】混合は好ましくは乾性磨砕(dry mi
lling )によって行われ、最大粒子径250μm
、好ましくは最大50μmのものが得られる。しかしな
がら、代わりに混合を適当な液体中で湿性磨砕(wet
 milling )によって該試薬のスラリー(sl
urry)を作ることによって行い、そのスラリーを乾
燥させ加熱した該試薬の混合物を得ても良い。
The mixing is preferably done by dry milling.
) with a maximum particle size of 250 μm.
, preferably a maximum of 50 μm. However, alternatively the mixing can be carried out by wet milling (wet milling) in a suitable liquid.
A slurry of the reagent (sl milling)
The slurry may be dried and heated to obtain a mixture of the reagents.

【0032】もし所望ならば、該方法に、加熱の前に適
当な圧力、例えば2−10バール(すなわち200−1
000kPa)で、もし必要ならば乾燥後、その混合物
をプレスすることによってそれを固め、加熱後粉末では
なく固体単位の成形体の形態の生成物を形成する未焼成
の成形体を形作る段階を加えても良い。
If desired, the process may be subjected to a suitable pressure, for example 2-10 bar (ie 200-1 bar), prior to heating.
000 kPa) and, if necessary, after drying, the mixture is consolidated by pressing and a step is added to form a green compact which after heating forms a product in the form of a solid unit compact rather than a powder. It's okay.

【0033】上述したように、本発明のリチウムマンガ
ンオキシド化合物は、電気化学的に活性のあるアノード
の活物質としてリチウムを有する一次及び二次電気化学
的電池共の挿入電極(insertion elect
rode )として使用される。
As mentioned above, the lithium manganese oxide compounds of the present invention can be used as insertion electrodes in both primary and secondary electrochemical cells having lithium as the active material of the electrochemically active anode.
rode).

【0034】この様に、本発明の更に別の側面は、リチ
ウム含有物質から選ばれるアノード、カソードおよびア
ノードがカソードに電気化学的に結合される適当な電解
質からなる電気化学的電池を提供するものであり、カソ
ードは、上述したようにyの値が5より大きい本発明の
式Li2 O・yMnO2 のリチウムマンガンオキシ
ド化合物からなる。
Thus, yet another aspect of the invention provides an electrochemical cell comprising an anode selected from lithium-containing materials, a cathode, and a suitable electrolyte to which the anode is electrochemically coupled to the cathode. , and the cathode is made of a lithium manganese oxide compound of the formula Li2 O.yMnO2 of the present invention in which the value of y is greater than 5, as described above.

【0035】従ってそのような電池は、図式的にLi(
アノード)/電解質/Li2 O・yMnO2 (カソ
ード)で表される。
Such a battery is therefore schematically Li(
Anode)/electrolyte/Li2O.yMnO2 (cathode).

【0036】リチウムそれ自身を除いて、用いられる適
当なリチウム含有アノードは、他の金属又は非金属元素
との適当なリチウム含有合金、例えばリチウム:アルミ
ニウムおよびリチウム:ケイ素の比が、一般的に当該技
術分野で用いられているものであるリチウム/アルミニ
ウム合金、リチウム/ケイ素合金、およびリチウムが炭
素質(carbonaceous)の構造、例えばグラ
ファイト構造、に挿入されたリチウム/炭素アノードを
含む。
[0036] Apart from lithium itself, suitable lithium-containing anodes used include suitable lithium-containing alloys with other metals or non-metallic elements, such as lithium:aluminum and lithium:silicon ratios. These include lithium/aluminum alloys, lithium/silicon alloys, and lithium/carbon anodes in which lithium is inserted into a carbonaceous structure, such as a graphite structure, as used in the art.

【0037】電解質は好ましくは室温でLiClO4 
、LiAsF6 、LiBF4 のような電解質がプロ
ピレンカーボネート、ジメトキシエタン、それらの混合
物などのような有機溶媒に溶解したものをいう。
The electrolyte is preferably LiClO4 at room temperature.
, LiAsF6, LiBF4 dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate, dimethoxyethane, a mixture thereof, etc.

【0038】従って、アノードは、リチウム金属、他の
金属とのリチウム合金、非金属とのリチウム合金、リチ
ウム/炭素層間化合物およびそれらの混合物からなる群
から選択され、電解質は室温電解質であり、LiClO
4 、LiAsF6 、LiBF4 およびそれらの混
合物からなる群を含有し、プロピレンカーボネート、ジ
メトキシエタンおよびそれらの混合物からなる群から選
択される有機溶媒に溶解しているものである。
The anode is therefore selected from the group consisting of lithium metal, lithium alloys with other metals, lithium alloys with non-metals, lithium/carbon intercalation compounds and mixtures thereof, and the electrolyte is a room temperature electrolyte, LiClO
4, LiAsF6, LiBF4 and mixtures thereof, dissolved in an organic solvent selected from the group consisting of propylene carbonate, dimethoxyethane and mixtures thereof.

【0039】[0039]

【実施例】例として、本発明のLi2 O・yMnO2
 の製造および特徴を記載する以下の実施例及び図面に
よって、本発明を説明する。
[Example] As an example, Li2O・yMnO2 of the present invention
The invention is illustrated by the following examples and figures describing the manufacture and features of the invention.

【0040】各図にX線回折パターントレースを示した
種々の化合物の詳細は、以下の第1表に示す。各場合に
おいて、各図について、その化合物が試薬、対照の化合
物または本発明のリチウムマンガンオキシド化合物かど
うか、化合物が式Li2 O・yMnO2 であらわさ
れるならばyの値、本発明の方法に従って試薬から製造
されたならば、それを製造したときのマンガンジオキシ
ド試薬、および用いられた試薬のモル比を示す。電解的
に調製されたマンガンジオキシドはEMDと略し、化学
的に調製されたマンガンジオキシドはCMDと略す。対
照では、リチウムマンガンオキシド試薬としてLi2 
Mn4 O9 を用い、本発明のリチウムマンガンオキ
シド生成物化合物では、すべてリチウムマンガンジオキ
シド試薬としてLi4 Mn5 O12を用いた。
Details of the various compounds whose X-ray diffraction pattern traces are shown in each figure are given in Table 1 below. In each case, for each figure, whether the compound is a reagent, a reference compound or a lithium manganese oxide compound of the invention, the value of y if the compound has the formula Li2O.yMnO2, the value of y from the reagent according to the method of the invention; If produced, indicate the manganese dioxide reagent when it was produced and the molar ratio of the reagents used. Electrolytically prepared manganese dioxide is abbreviated as EMD, and chemically prepared manganese dioxide is abbreviated as CMD. In the control, Li2 was used as the lithium manganese oxide reagent.
All lithium manganese oxide product compounds of the present invention used Li4 Mn5 O12 as the lithium manganese dioxide reagent.

【0041】[0041]

【表1】[Table 1]

【0042】以下に示す第2表には、図1から図9にト
レースを示す化合物について、更に詳細を示す。対照の
化合物と本発明の生成物化合物は、それぞれ以下に示す
実施例1及び実施例2から6に記載した方法に従って製
造された。第2表には、図4及び図5から図9の本発明
の生成物化合物と対照の化合物を製造する反応温度、放
電曲線が図10から図17に示すようなタイプの電池に
、カソードとして当該の化合物を入れたときの初期の開
路電圧及びその様な電池中のカソードとしての化合物の
理論的な容量を示す。また第2表には、比較の目的で(
共にλ−MnO2 である)EMD及びCMD試薬化合
物の値を示す(但し、EMD及びCMDは事前に空気中
400℃で8時間熱する)。図1の試薬化合物は空気中
120℃で8時間熱する。試験の回数は繰り返され、そ
れぞれの値を第2表に示す。
Table 2 below provides further details for the compounds whose traces are shown in FIGS. 1-9. The control compound and the product compound of the invention were prepared according to the methods described in Examples 1 and 2 to 6 below, respectively. Table 2 shows the reaction temperatures and discharge curves for producing the product compounds of the invention and control compounds of FIGS. 4 and 5 to 9 as cathodes in cells of the type shown in FIGS. 10 to 17. The initial open circuit voltage with the compound in question and the theoretical capacity of the compound as a cathode in such a cell are shown. Table 2 also includes (for comparison purposes)
The values of EMD and CMD reagent compounds (both of which are λ-MnO2) are shown (however, EMD and CMD were heated in advance at 400° C. for 8 hours in air). The reagent compounds of Figure 1 are heated in air at 120°C for 8 hours. The number of tests was repeated and the respective values are shown in Table 2.

【0043】[0043]

【表2】[Table 2]

【0044】第2表には、本発明に従ってLi2 O・
yMnO2化合物がyが5より大きい値で製造できるこ
とを示し、その化合物が当該のタイプの電気化学的電池
中Li/Li+ と結合したときの3.5V未満の初期
の電圧を与えることを示す。
Table 2 shows that according to the invention Li2O.
We show that yMnO2 compounds can be prepared with values of y greater than 5, and that the compounds give initial voltages of less than 3.5 V when combined with Li/Li+ in electrochemical cells of the type in question.

【0045】図10から図17に示す放電曲線に関して
は、問題の電池を500μA/cm2 の放電電流で2
Vの放電終期電圧になるまで動かしたことを示し、また
以下の第3表では、2Vの該放電終期電圧になるまでの
電池容量を、放電曲線を図10から図17に示す電池に
ついて示す。
Regarding the discharge curves shown in FIGS. 10 to 17, the battery in question was discharged at a discharge current of 500 μA/cm2.
Table 3 below shows the battery capacity until the final discharge voltage of 2V is reached for the batteries whose discharge curves are shown in FIGS. 10 to 17.

【0046】[0046]

【表3】[Table 3]

【0047】実施例1 この実施例中、Li2 O・yMnO2 試薬化合物を
、原子の割合がLi:Mn=1:2である混合物を得る
ようにLi2 CO3 :MnCO3 を適当な割合で
Li2 CO3 及びMnCO3 を共に粒子径50μ
m未満まで粉砕することにより、式Li2 Mn4 O
9 (すなわちLi2 O・yMnO2 のy=4に相
当)に関して最初に製造した。その混合物を空気中42
0℃で5時間熱し、本質的に単相のスピネル型構造を有
するLi2 Mn4 O9 を生成した(図2参照)。
Example 1 In this example, Li2 O.yMnO2 reagent compound was mixed with Li2 CO3 and MnCO3 in appropriate proportions to obtain a mixture with an atomic ratio of Li:Mn=1:2. Both particle diameters are 50μ
By grinding to less than m, the formula Li2 Mn4 O
9 (ie, corresponding to y=4 in Li2O.yMnO2) was first produced. The mixture in the air 42
Heating at 0°C for 5 hours produced Li2Mn4O9 with an essentially single-phase spinel structure (see Figure 2).

【0048】別に、λ−MnO2 試薬を、化学量論的
なLiMn2 O4 と1MのHClとを共に25℃で
24時間反応させることによって、製造した(図1参照
)。
Separately, a λ-MnO2 reagent was prepared by reacting stoichiometric LiMn2O4 and 1M HCl together for 24 hours at 25°C (see Figure 1).

【0049】Li2 Mn4 O9 とλ−MnO2 
を、最初に粒子径50μm未満まで粉砕して混合し、続
いて空気中で240℃で16時間熱した。Li2 Mn
4 O9 :λ−MnO2 のモル比は、Li:Mnの
原子比が2:5になるように選択され、y=5であるL
i2 O・yMnO2 を得た(図4参照)。
[0049] Li2 Mn4 O9 and λ-MnO2
were first ground and mixed to a particle size of less than 50 μm and then heated in air at 240° C. for 16 hours. Li2 Mn
The molar ratio of 4O9:λ-MnO2 is selected such that the atomic ratio of Li:Mn is 2:5, and L with y=5.
i2O.yMnO2 was obtained (see Figure 4).

【0050】実施例2 最初に製造するLi2 O・yMnO2 試薬化合物が
y=2.5であるLi2 O・yMnO2 (すなわち
Li4 Mn5 O12)である以外は実施例1と同様
にして行った。 Li4 Mn5 O12およびλ−MnO2を、モル比
で1:11.5の割合で、共に400℃で10時間熱し
、yが8.25であるLi2 O・yMnO2 生成化
合物を得た(図5参照)。
Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the Li2 O.yMnO2 reagent compound initially produced was Li2 O.yMnO2 (ie, Li4 Mn5 O12) with y=2.5. Li4Mn5O12 and λ-MnO2 were heated together at 400°C for 10 hours at a molar ratio of 1:11.5 to obtain a Li2O.yMnO2 product compound in which y was 8.25 (see Figure 5). .

【0051】Li4 Mn5 O12を実施例1のLi
2 Mn4 O9 試薬と同様な方法で製造したが、出
発物質のLi2 CO3 及びMnCO3 を、原子の
割合が混合物中Li:Mn=4:5に得るようにLi2
 CO3 :MnCO3 を適当な割合で混合し、42
0℃で5時間熱した。
[0051] Li4Mn5O12 was replaced with Li4Mn5O12 in Example 1.
2 Mn4 O9 reagent was prepared in a similar manner, but the starting materials Li2 CO3 and MnCO3 were replaced with Li2 CO3 to obtain an atomic ratio of Li:Mn = 4:5 in the mixture.
CO3: MnCO3 is mixed in an appropriate ratio, 42
Heat at 0°C for 5 hours.

【0052】実施例3 λ−MnO2 の代わりにEMDを用いて、実施例2と
同様に行った。Li4 Mn5 O12:EMDのモル
比は1:10で、Li4 Mn5 O12とEMDの反
応を375℃、48時間行って、yが7.5であるLi
2 O・yMnO2 生成化合物を得た(図6参照)。
Example 3 The same procedure as in Example 2 was carried out using EMD instead of λ-MnO2. The molar ratio of Li4Mn5O12:EMD was 1:10, and the reaction between Li4Mn5O12 and EMD was carried out at 375°C for 48 hours to form Li with y of 7.5.
A 2 O.yMnO2 product compound was obtained (see Figure 6).

【0053】実施例4 Li4 Mn5 O12:EMDのモル比を1:12.
5で、Li4 Mn5 O12とEMDの反応を350
℃、16時間行って、実施例3と同様にyが8.75で
あるLi2 O・yMnO2 生成化合物を得た(図7
参照)。
Example 4 The molar ratio of Li4Mn5O12:EMD was 1:12.
5, the reaction between Li4 Mn5 O12 and EMD is 350
℃ for 16 hours to obtain a Li2O.yMnO2 product compound in which y is 8.75 as in Example 3 (Fig. 7
reference).

【0054】実施例5 EMDの代わりにCMDを用い、Li4 Mn5 O1
2とCMDの反応を400℃、24時間行う以外は、実
施例3と同様にして行った。(図8参照)。
Example 5 Using CMD instead of EMD, Li4 Mn5 O1
Example 3 was carried out in the same manner as in Example 3, except that the reaction between 2 and CMD was carried out at 400° C. for 24 hours. (See Figure 8).

【0055】実施例6 Li4 Mn5 O12:CMDのモル比を1:15と
なるようにし、Li4 Mn5 O12とCMDの反応
を350℃、3日間行う以外は実施例5と同様に行った
(図9参照)。
Example 6 The same procedure as in Example 5 was carried out, except that the molar ratio of Li4Mn5O12:CMD was set to 1:15, and the reaction between Li4Mn5O12 and CMD was carried out at 350°C for 3 days (Fig. 9 reference).

【0056】X線回折図(x−ray diffrac
tion traces)では上述のものを使用し、上
述の表中に言及した図面で示されている。
[0056] X-ray diffractogram
tion traces) are used as described above and are illustrated in the drawings referred to in the table above.

【0057】図1から図3は、それぞれ当該のλ−Mn
O2 、Li2 Mn4 O9 およびLi4 Mn5
O12の本質的な単相の特質を示している。
FIGS. 1 to 3 show the corresponding λ-Mn
O2 , Li2 Mn4 O9 and Li4 Mn5
It shows the essentially single-phase nature of O12.

【0058】図4は、本発明の方法にしたがって製造し
た対照のLi2 O・5MnO2 も又単相の特質を有
しており、その中に無視できる量のMn2 O3 の不
純物の痕跡のみ認められることを示している。
FIG. 4 shows that the control Li2O.5MnO2 prepared according to the method of the present invention also has single-phase characteristics, in which only negligible traces of Mn2O3 impurities are observed. It shows.

【0059】図5は、本発明にしたがって製造した本発
明のLi2 O・8.25MnO2 が主としてスピネ
ル型の特性を有し、その中に僅かに容認できる微量のγ
−MnO2 、β−MnO2 及びMn2 O3 の痕
跡が不純物として認められることを示している。
FIG. 5 shows that the inventive Li2 O.
It shows that traces of -MnO2, β-MnO2 and Mn2O3 are recognized as impurities.

【0060】図6、図7、図8及び図9は、本発明の生
成物、すなわちy>5のLi2 O・yMnO2 が、
スピネル型構造を有する重要な構成要素を含有し、加え
て、リチイウムイオンのマイナーな割合を含有すると思
われるγ−MnO2 関連相を含有していることを示す
FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 show that the product of the present invention, namely Li2O.yMnO2 with y>5,
It is shown to contain a significant component with a spinel-type structure and, in addition, a γ-MnO2 related phase that appears to contain a minor proportion of lithium ions.

【0061】本発明の利点は、本発明のLi2 O・y
MnO2 生成物化合物が、Li/Li+ アノードと
結合する電池の電極として、非常に高い電極の容量(e
lectrode capacities)を有するこ
とである。それは第2表に示すように、特に図5(y=
8.25)と図9(y=10)の化合物が、それぞれy
=4、y=2.5のLi2 O・yMnO2 試薬(図
2、図3)及び対照(y=5の図4)に比べ、非常に高
い容量を有する。しかしながら、λ−MnO2 試薬を
用いて得られる比較的低い容量は(図12及び図13参
照)、この試薬の低い表面積に帰する(10m2 /g
 未満)ことが判る。より高い容量は、より高い特異的
な表面を持ったλ−MnO2 試薬が使われるとき、期
待できる。
The advantage of the present invention is that the Li2O.y of the present invention
The MnO2 product compound is used as a battery electrode in conjunction with a Li/Li+ anode to provide a very high electrode capacity (e
electrode capacities). It is shown in Table 2, especially in Figure 5 (y=
8.25) and Figure 9 (y=10), respectively, with y
= 4, y = 2.5 (Fig. 2, Fig. 3) and the control (y = 5, Fig. 4). However, the relatively low capacity obtained with the λ-MnO2 reagent (see Figures 12 and 13) is attributable to the low surface area of this reagent (10 m2/g
(less than). Higher capacities can be expected when λ-MnO2 reagents with higher specific surfaces are used.

【0062】一方、本発明の電池は、その初期の放電サ
イクルの間特に高い容量を示し、これら電池の充電放電
サイクルの繰り返された場合でも、140mA−h/g
を越える電池容量を達成した。それは当該の電池の最初
の6回の放電サイクルを示した図14から明らかである
。そして、電池の初期の開路電圧は3.40Vであるが
、図14で示すように周期実験において、上限と下限の
電圧限界がそれぞれ3.8Vと2.0Vにセットしたこ
とが判る。これによって、本発明の生成化合物は、一次
及び再充電できる(二次の)電気化学的電池に有用性が
あることが確認できる。
On the other hand, the batteries of the present invention exhibit a particularly high capacity during their initial discharge cycle, and even when these batteries are repeatedly charged and discharged cycled, they exhibit a capacity of 140 mA-h/g.
Achieved a battery capacity exceeding . This is evident from Figure 14, which shows the first six discharge cycles of the cell in question. The initial open circuit voltage of the battery is 3.40V, but as shown in FIG. 14, in the cyclic experiment, the upper and lower voltage limits were set to 3.8V and 2.0V, respectively. This confirms that the product compounds of the present invention have utility in primary and rechargeable (secondary) electrochemical cells.

【0063】更に有利な点として、本発明の電池の3.
5V未満である初期の開路電圧が、カソードとしてEM
D、CMD又はλ−MnO2 を使用している既知の電
池のそれよりも本質的に低いことである(すべて3.5
Vより大、第2表参照)。例えば、第2表に示すように
、λ−MnO2 カソードは、リチウムに対して、4.
12Vの初期の開路電圧を示し、EMDおよびCMDは
、それぞれ3,56Vおよび3,62Vの初期の開路電
圧を示す。しかしながら、上述したLi2 O・2.5
MnO2 (y=2.5)のようなLi2 O・yMn
O2 試薬との反応後は、開路電圧は3.5Vより小さ
くなる。本発明の電池は、既知の電池と対照的に、この
様に自己放電を防止するために、貯蔵される前に製造業
者によって部分的に前もって放電される必要にないもの
であり、容認できる貯蔵寿命を促進する様作られている
ことができる。
A further advantageous feature of the battery of the present invention is 3.
If the initial open circuit voltage is less than 5V, the EM
D, CMD or λ-MnO2 (all 3.5
(greater than V, see Table 2). For example, as shown in Table 2, the λ-MnO2 cathode has a 4.
It shows an initial open circuit voltage of 12V, and EMD and CMD show initial open circuit voltages of 3,56V and 3,62V, respectively. However, the above-mentioned Li2O・2.5
Li2O・yMn like MnO2 (y=2.5)
After reaction with O2 reagent, the open circuit voltage will be less than 3.5V. The battery of the invention, in contrast to known batteries, thus does not need to be partially pre-discharged by the manufacturer before being stored, in order to prevent self-discharge, and can be stored for an acceptable period of time. It can be made to promote longevity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の方法に使用されるλ−MnO2 試薬
について、
FIG. 1: Regarding the λ-MnO2 reagent used in the method of the present invention,

【化1】 放射(radiation )を用いて、範囲が10−
70゜である2θの対してプロットされたカウント(c
ounts)/秒中のX線回折パターントレース(pa
ttern trace)を示す。
##STR1## Using radiation, the range is 10-
Counts (c
X-ray diffraction pattern trace (pa
ttern trace).

【図2】本発明の方法中対照の化合物を製造するために
用いられるLi2 Mn4 O9 (y=4のLi2 
O・yMnO2 )試薬についての同様な図を示す。
FIG. 2: Li2 Mn4 O9 (Li2 with y=4) used to prepare control compounds in the process of the invention;
A similar diagram is shown for the O.yMnO2) reagent.

【図3】本発明の方法中本発明のの化合物を製造するた
めに用いられるLi4 Mn5 O12(y=2.5の
Li2 O・yMnO2 )試薬についての同様な図を
示す.
FIG. 3 shows a similar diagram for the Li4Mn5O12 (Li2O.yMnO2 with y=2.5) reagent used to prepare the compounds of the invention in the process of the invention.

【図4】本発明の方法に従って製造されるy=5
の対照のLi2 O・yMnO2 化合物についての同
様な図を示す。
FIG. 4: y=5 produced according to the method of the invention
A similar diagram is shown for the control Li2O.yMnO2 compound.

【図5】本発明の、および本発明の方法に従って製造さ
れるyが8.25のLi2 O・yMnO2 生成物化
合物についての同様な図を示す。
FIG. 5 shows a similar diagram for the Li2O.yMnO2 product compound of the present invention and with y of 8.25 prepared according to the method of the present invention.

【図6】本発明の、および本発明の方法に従って製造さ
れるyが7.5のLi2 O・yMnO2 生成物化合
物についての同様な図を示す。
FIG. 6 shows a similar diagram for the Li2O.yMnO2 product compound of the present invention and with y of 7.5 prepared according to the method of the present invention.

【図7】本発明の、および本発明の方法に従って製造さ
れるyが8.75のLi2 O・yMnO2 生成物化
合物についての同様な図を示す。
FIG. 7 shows a similar diagram for the Li2O.yMnO2 product compound of the present invention and with y of 8.75 prepared according to the method of the present invention.

【図8】本発明の、および本発明の方法に従って製造さ
れるyが7.5のLi2 O・yMnO2 生成物化合
物についての同様な図を示す。
FIG. 8 shows a similar diagram for the Li2 O.yMnO2 product compound of the present invention and prepared according to the method of the present invention with y of 7.5.

【図9】本発明の、および本発明の方法に従って製造さ
れるyが10のLi2 O・yMnO2 生成物化合物
についての同様な図を示す。
FIG. 9 shows a similar diagram for the Li2O.yMnO2 product compound of the present invention and with y=10 prepared according to the method of the present invention.

【図10】アノードの物質としてリチウムを有し、カソ
ードとしてγ−MnO2 を有し、電解質がプロピレン
カーボネートとジメトキシエタンが容量比で1:1の割
合で混合された溶液に1MのLiClO4 が溶解して
いる液である対照の電池について、室温(20−25℃
)で動かされた時の容量(capacity)に対して
電圧(voltage )をプロットした放電曲線(d
ischarge curve )を示す。
FIG. 10: 1M LiClO4 is dissolved in a solution containing lithium as an anode material, γ-MnO2 as a cathode, and a mixture of propylene carbonate and dimethoxyethane at a volume ratio of 1:1 as an electrolyte. For the control battery, which is a liquid containing
) is the discharge curve (d
ischarge curve).

【図11】アノードの材料としてリチウムを有し、カソ
ードとしてトレースを図1に示すλ−MnO2 試薬を
有し、電解質がプロピレンカーボネートとジメトキシエ
タンが容量比で1:1の割合で混合された溶液に1Mの
LiClO4 が溶解している液である対照の電池につ
いて、室温(20−25℃)で動かされた時の容量(c
apacity)に対して電圧(voltage )を
プロットした放電曲線(discharge curv
e)を示す。
FIG. 11: A solution containing lithium as an anode material, a λ-MnO2 reagent whose trace is shown in FIG. 1 as a cathode, and a mixture of propylene carbonate and dimethoxyethane in a volume ratio of 1:1 as an electrolyte. The capacity (c) when operated at room temperature (20-25°C) is
The discharge curve is a plot of the voltage versus the apacity.
e) is shown.

【図12】アノードの材料としてリチウムを有し、カソ
ードとしてトレースを図4に示すy=5の対照の化合物
Li2 O・yMnO2 を有し、電解質がプロピレン
カーボネートとジメトキシエタンが容量比で1:1の割
合で混合された溶液に1MのLiClO4 が溶解して
いる液である対照の電池について、室温(20−25℃
)で動かされた時の容量(capacity)に対して
電圧(voltage )をプロットした放電曲線(d
ischarge curve )を示す。
FIG. 12 has lithium as the anode material, a control compound Li2O.yMnO2 with y=5 whose trace is shown in FIG. Regarding the control battery, in which 1M LiClO4 was dissolved in a solution mixed at a ratio of
) is a discharge curve (d
ischarge curve).

【図13】カソードがそれぞれトレースを図5に示すリ
チウムマンガンオキシド生成物化合物である本発明の同
様な電池についての放電曲線を示す。
FIG. 13 shows discharge curves for similar cells of the invention in which the cathodes are each a lithium manganese oxide product compound whose trace is shown in FIG.

【図14】カソードがそれぞれトレースを図6に示すリ
チウムマンガンオキシド生成物化合物である本発明の同
様な電池についての放電曲線を示す。
FIG. 14 shows discharge curves for similar cells of the invention in which the cathodes are each a lithium manganese oxide product compound whose trace is shown in FIG.

【図15】カソードがそれぞれトレースを図7に示すリ
チウムマンガンオキシド生成物化合物である本発明の同
様な電池についての放電曲線を示す。
FIG. 15 shows discharge curves for similar cells of the invention in which the cathodes are each a lithium manganese oxide product compound whose trace is shown in FIG.

【図16】カソードがそれぞれトレースを図8に示すリ
チウムマンガンオキシド生成物化合物である本発明の同
様な電池についての放電曲線を示す。
FIG. 16 shows discharge curves for similar cells of the present invention in which the cathodes are each a lithium manganese oxide product compound whose trace is shown in FIG.

【図17】カソードがそれぞれトレースを図9に示すリ
チウムマンガンオキシド生成物化合物である本発明の同
様な電池についての放電曲線を示す。
FIG. 17 shows discharge curves for similar cells of the invention in which the cathodes are each a lithium manganese oxide product compound whose trace is shown in FIG.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  一般式、 Li2 O・yMnO2  (但し、yは、5より大きい値を示し、Mn陽イオンは
実質的にすべて4価であり、電気化学的電池中適当な電
解質によってリチウムと結合すると、この化合物は3.
50V未満の開路電圧(open circuit v
oltage)を供給する)を有するリチウムマンガン
オキシド化合物。
Claim 1: General formula: Li2O・yMnO2 (where y is a value greater than 5, the Mn cations are substantially all tetravalent, and are combined with lithium by a suitable electrolyte in an electrochemical cell) Then, this compound is 3.
open circuit voltage less than 50V
Lithium manganese oxide compound with oltage).
【請求項2】  その中で分離した相として、スピネル
型(spinel−type )構造を持つリチウムマ
ンガンオキシド構成要素およびマンガンオキシド構成要
素を有する請求項1の化合物。
2. A compound according to claim 1, having as separate phases therein a lithium manganese oxide component and a manganese oxide component with a spinel-type structure.
【請求項3】  本質的に単相のスピネル型構造を有す
る請求項2の化合物。
3. A compound according to claim 2 having an essentially single-phase spinel structure.
【請求項4】  該電池中のリチウムと結合すると、3
.40V未満の開路電圧を供給することを特徴とする請
求項1から3のいずれかに記載の化合物。
Claim 4: When combined with lithium in the battery, 3
.. 4. A compound according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it supplies an open circuit voltage of less than 40V.
【請求項5】  開路電圧が3.35V未満であること
を特徴とする請求項4の化合物。
5. A compound according to claim 4, characterized in that the open circuit voltage is less than 3.35V.
【請求項6】  マンガン陽イオンの最大20%が、他
の金属陽イオンにより置換されていることを特徴とする
請求項1から5のいずれかに記載の化合物。
6. Compound according to claim 1, characterized in that at most 20% of the manganese cations are replaced by other metal cations.
【請求項7】  請求項1に記載の一般式Li2 O・
yMnO2 を有する化合物であるリチウムマンガンオ
キシド生成物を製造する方法において、マンガンオキシ
ド試薬と、リチウムとマンガンのイオンの比が≧1:2
.5であるリチウムマンガンオキシド試薬とを反応させ
ることからなる方法で、該試薬を共に粒子径が最大25
0μmの微粉砕状態で十分に均一に混合し、そして、そ
の混合物を酸素を含む酸化性雰囲気下150−450℃
の範囲の温度におき、少なくとも8時間加熱するステッ
プからなる方法。
7. General formula Li2O according to claim 1.
yMnO2, wherein the manganese oxide reagent and the ratio of lithium to manganese ions are ≧1:2.
.. A method consisting of reacting a lithium manganese oxide reagent with a lithium manganese oxide reagent having a particle size of up to 25
Mix thoroughly and uniformly in a 0 μm finely pulverized state, and then heat the mixture at 150-450°C in an oxidizing atmosphere containing oxygen.
The method comprises the step of heating at a temperature in the range of for at least 8 hours.
【請求項8】  試薬が最大50μmの粒子径と、20
m2 /gより大きい比表面積を有し、温度が240−
400℃であり、加熱する時間が8−18時間であり、
酸化性雰囲気が空気、酸素およびそれらの混合物から選
ばれることを特徴とする請求項7の方法。
[Claim 8] The reagent has a particle size of at most 50 μm and 20 μm.
It has a specific surface area larger than m2/g and the temperature is 240-
400°C, heating time is 8-18 hours,
8. A method according to claim 7, characterized in that the oxidizing atmosphere is selected from air, oxygen and mixtures thereof.
【請求項9】  リチウムマンガンオキシド試薬が、ス
ピネル型構造を有する2.5≦y≦4の式Li2 O・
yMnO2 であり、マンガンオキシド試薬が、λ−M
nO2 、電解的に調製されたマンガンジオキシド、化
学的に調製されたマンガンジオキシドおよびそれらの混
合物からなる群から選ばれるマンガンジオキシドである
ことを特徴とする請求項7又は8の方法。
9. The lithium manganese oxide reagent has a spinel structure and has the formula Li2O.
yMnO2, and the manganese oxide reagent is λ-M
9. The method of claim 7 or 8, wherein the manganese dioxide is selected from the group consisting of nO2, electrolytically prepared manganese dioxide, chemically prepared manganese dioxide and mixtures thereof.
【請求項10】  マンガンジオキシド試薬が、λ−M
nO2 であり、加熱は240−400℃の温度で行わ
れ、実質的に単相(single−phase)の生成
物を得ることを特徴とする請求項9の方法。
10. The manganese dioxide reagent is λ-M
10. Process according to claim 9, characterized in that the heating is carried out at a temperature of 240-400 DEG C. to obtain a substantially single-phase product.
【請求項11】  マンガンジオキシド試薬が電解的に
調製されたマンガンジオキシド、化学的に調製されたマ
ンガンジオキシドおよびそれらの混合物から選ばれ、加
熱は350−400℃の温度で行われ、スピネル型相を
有する構成要素に加えてマンガンジオキシド相を有する
構成要素からなる生成物を得ることを特徴とする請求項
9の方法。
11. The manganese dioxide reagent is selected from electrolytically prepared manganese dioxide, chemically prepared manganese dioxide and mixtures thereof, heating is carried out at a temperature of 350-400°C, and the spinel 10. Process according to claim 9, characterized in that a product is obtained which consists of components with a manganese dioxide phase in addition to components with a type phase.
【請求項12】  Li2 O・yMnO2 試薬のy
の値が2.5であることを特徴とする請求項9から11
のいずれかに記載の方法。
[Claim 12] y of Li2 O・yMnO2 reagent
Claims 9 to 11 characterized in that the value of is 2.5.
The method described in any of the above.
【請求項13】  加熱の前に、2−10バール(20
0−1000kPa)の圧力でその混合物をプレスする
ことによってそれを固め、加熱後に固体一体化した成形
体の形態の生成物を形成する未焼成の成形体を形作る段
階を含有することを特徴とする請求項7から12のいず
れかに記載の方法。
13. Before heating, 2-10 bar (20
0-1000 kPa) to solidify the mixture by pressing it at a pressure of 0-1000 kPa) to form a green body which after heating forms a product in the form of a solid integrated body. A method according to any one of claims 7 to 12.
【請求項14】  リチウム含有材料から選ばれるアノ
ード、カソードおよびアノードがカソードに電気化学的
に結合される適当な電解質からなる電気化学的電池であ
り、カソードが請求項1に記載のリチウムマンガンオキ
シド化合物からなる電池。
14. An electrochemical cell comprising an anode selected from lithium-containing materials, a cathode, and a suitable electrolyte to which the anode is electrochemically coupled, the cathode comprising a lithium manganese oxide compound according to claim 1. A battery consisting of
【請求項15】  アノードが、リチウム金属、他の金
属とのリチウム合金、非金属とのリチウム合金、リチウ
ム/炭素層間化合物およびそれらの混合物からなる群か
ら選択され、電解質は室温電解質であって、LiClO
4 、LiAsF6 、LiBF4 およびそれらの混
合物からなる群からなり、プロピレンカーボネート、ジ
メトキシエタンおよびそれらの混合物からなる群から選
択される有機溶媒に溶解しているものであることを特徴
とする請求項14の電池。
15. The anode is selected from the group consisting of lithium metal, lithium alloys with other metals, lithium alloys with non-metals, lithium/carbon intercalation compounds and mixtures thereof, and the electrolyte is a room temperature electrolyte, LiClO
15. The organic solvent of claim 14, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of 4, LiAsF6, LiBF4, and mixtures thereof, and is dissolved in an organic solvent selected from the group consisting of propylene carbonate, dimethoxyethane, and mixtures thereof. battery.
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