JP2001163700A - Lithium-based composite metal oxide and method of producing the same - Google Patents

Lithium-based composite metal oxide and method of producing the same

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JP2001163700A
JP2001163700A JP34851499A JP34851499A JP2001163700A JP 2001163700 A JP2001163700 A JP 2001163700A JP 34851499 A JP34851499 A JP 34851499A JP 34851499 A JP34851499 A JP 34851499A JP 2001163700 A JP2001163700 A JP 2001163700A
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lithium
metal oxide
composite metal
based composite
producing
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Kunio Arai
邦夫 新井
Masafumi Ajiri
雅文 阿尻
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Tohoku Techno Arch Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lithium composite metal oxide which prevents decrease in the electric capacitance in the cycles of charging and discharging when the oxide is used for the positive pole of a lithium ion cell. SOLUTION: The crystal defects on the surface of the lithium-based composite metal oxide are suppressed by forming a single crystal structure for at least a part of the crystal structure of the lithium-based composite metal oxide which can store and discharge lithium ions. When the obtained oxide is used for a positive pole of a lithium ion cell, for example, a catalytic effect such as oxidation on an organic nonwater-based electrolyte solution during charging can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】本発明は、主としてリチウ
ムイオン電池の正極材料等として使用される、リチウム
イオンを吸蔵・放出可能なコバルト酸リチウム(LiC
oO)やマンガン酸リチウム(LiMn)等に
例示されるリチウム系複合金属酸化物の改良並びに該改
良されたリチウム系複合金属酸化物を好適に製造可能な
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium cobalt oxide (LiC) capable of occluding and releasing lithium ions, which is mainly used as a cathode material of a lithium ion battery.
The present invention relates to an improvement of a lithium-based composite metal oxide exemplified by oO 2 ) and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) and a production method capable of suitably producing the improved lithium-based composite metal oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、リチウムイオンを吸蔵・放出可能
なリチウム系複合金属酸化物は、該酸化物であるLiC
oO 、LiNiO 或いはLiMn 等を正
極材として用い、負極に黒鉛等の炭素系材料を用いてリ
チウムイオン電池を形成することができ、これらリチウ
ムイオン電池は、その単位重量当りにおいて放電可能な
電力容量が大きいとともに、1セル当りの電圧が他の2
次電池であるニッカド二次電池やニッケル・水素二次電
池等に比較して高く、電圧を昇圧することなく機器を動
作できることから高エネルギー密度を有する電池として
その利用が急拡大しており、前記リチウム系複合金属酸
化物の需要も拡大してきている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium-based composite metal oxides capable of occluding and releasing lithium ions have been known as LiC,
oO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 or the like can be used as a positive electrode material, and a lithium ion battery can be formed using a carbon-based material such as graphite for a negative electrode. The possible power capacity is large and the voltage per cell is 2
Compared to secondary batteries such as nickel cadmium batteries and nickel-metal hydride rechargeable batteries, their use is rapidly expanding as a battery having a high energy density because the device can be operated without boosting the voltage. Demand for lithium-based composite metal oxides is also expanding.

【0003】これら前記リチウム系複合金属酸化物の製
造法としては、従来、AnderLundblad B
ill Bergman, ”Sold State
Ionics”96(1997)173−181,18
3−193に示されるように、リチウム原料としてLi
2CoO、コバルト原料としてCoCOを用い、こ
れらをLi/Co=1.14となるように調整し、ぺレ
ット状に成形後、700℃で5時間反応後、800℃で
3時間のか焼処理をした後、焼成されたぺレットを粉砕
かつ水で洗浄して粒子を回収する固相法により、その平
均粒径が1μm以上のリチウム系複合金属酸化物が生成
されている。
[0003] As a method for producing these lithium-based composite metal oxides, there is a conventional method known as UnderLundblad B.
ill Bergman, "Sold State
Ionics "96 (1997) 173-181,18.
As shown in 3-193, Li as a lithium raw material
2CoO 3 , CoCO 3 was used as a cobalt raw material, these were adjusted so that Li / Co = 1.14, molded into pellets, reacted at 700 ° C. for 5 hours, and calcined at 800 ° C. for 3 hours. After that, the calcined pellets are pulverized and washed with water to collect the particles, whereby a lithium-based composite metal oxide having an average particle diameter of 1 μm or more is produced.

【0004】また、その他のリチウム系複合金属酸化物
の生成方法として、T.Ogiwara, Y.Sai
to,et.al,”Journal of the
Society of Japan”101(199
8)1159−1163に示されるように、リチウム原
料としてLiNO、コバルト原料としてCo(N
を用い、これらをLi/Co=1になるように
調整して蒸留水に溶解し、0.05から1.0mol/リ
ットルの濃度に原料溶液を調整する。このようにして調
整された原料用液を超音波噴霧熱分解装置に25℃にて
空気で霧化して供給し、乾燥温度を400℃、熱分解温
度を500〜900℃として乾燥熱分解を行うことで、
平均粒径0.56μmのLiCoOを得る噴霧熱分解
法に示される液相法がある。
As another method for producing a lithium-based composite metal oxide, T.I. Ogiwara, Y .; Sai
to, et. al, "Journal of the
Society of Japan "101 (199
8) As shown in 1159-1163, LiNO 3 is used as a lithium source, and Co (N
Using O 3 ) 2 , these are adjusted to Li / Co = 1 and dissolved in distilled water, and the raw material solution is adjusted to a concentration of 0.05 to 1.0 mol / liter. The raw material liquid thus adjusted is supplied to the ultrasonic spray pyrolysis apparatus at 25 ° C. by atomizing with air, and the dry pyrolysis is performed at a drying temperature of 400 ° C. and a pyrolysis temperature of 500 to 900 ° C. By that
There is a liquid phase method described as a spray pyrolysis method for obtaining LiCoO 2 having an average particle size of 0.56 μm.

【0005】また、その他の液相法として、Y.K.su
n,”journal of Materialas
Sciennse”(1996)3617ー3621に
示されるように、リチウム原料としてLiNO、コバ
ルト原料としてCo(NO・6HOを用い、、
これらをLi/Co=1になるように調整し、pHが1
〜2になるように硝酸で調整しながらポリアクリル酸
(PAA)と撹拌しながら混合し、70〜80℃で1
晩、ゾルが得られるまで乾燥させた後、該生成したゾル
を撹拌しながら70〜80℃で乾燥して水分を除去しゲ
ルを得るとともに、該ゲル中の有機物成分を除去する目
的で300℃で1時間熱分解させ、次いで400〜65
0℃で加熱処理してLiCoOを得るゾルゲル法があ
る。
Further, as another liquid phase method, YK.su
n, "journal of Materials
As shown in Sciencen. (1996) 3617-3621, LiNO 3 is used as a lithium raw material and Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O is used as a cobalt raw material.
These were adjusted so that Li / Co = 1, and the pH was 1
The mixture was stirred and mixed with polyacrylic acid (PAA) while adjusting with nitric acid so that
In the evening, after the sol is dried until a sol is obtained, the resulting sol is dried at 70 to 80 ° C. while stirring to remove water to obtain a gel, and at 300 ° C. for the purpose of removing organic components in the gel. For 1 hour, then 400-65
There is a sol-gel method in which heat treatment is performed at 0 ° C. to obtain LiCoO 2 .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各手法により得られる従来のリチウム系複合金属酸化
物の結晶構造は、いずれの手法においても多結晶または
一部アモルファス相を有する多結晶構造を有する粒子で
あり、充放電のサイクルに伴って結晶粒界でのひずみが
増大し、結晶構造が破壊されるため、貯蔵または放出可
能となるリチウムイオンの量が低下するとともに、例え
ば用いるマンガンが資源的に比較的豊富であって安価に
て入手可能である前記LiMnでは、Mnの溶出
が増大して前記エチレンカーボネート等の有機非水系電
解質溶液が酸化する等の劣化が生じる等の理由から、徐
々に電気容量が低下してしまうという問題があった。
However, the crystal structure of the conventional lithium-based composite metal oxide obtained by each of the above-mentioned methods has a polycrystalline structure having a polycrystalline or partially amorphous phase in any of the methods. These are particles, and the strain at the crystal grain boundaries increases with the charge-discharge cycle and the crystal structure is destroyed, so the amount of lithium ions that can be stored or released decreases, and for example, manganese used is In the LiMn 2 O 4 , which is relatively abundant and can be obtained at a low cost, the elution of Mn is increased, and the organic nonaqueous electrolyte solution such as ethylene carbonate is oxidized. However, there is a problem that the electric capacity gradually decreases.

【0007】更には、従来の各製造方法には以下の問題
点もある。まず、前記固相法は、生成物中に未反応残留
物であるLiCOが含まれ、これを取り除くことは困
難であるばかりか、生成粒子を粉砕して微粒子化しなけ
ればならない。また、反応時間が長時間であり、かつ反
応温度が高いという問題もある。また、前記噴霧熱分解
法では、LiCoOの結晶性は、温度が高い程良いた
め、良質のLiCoO を得るためには、かなりの高温
での処理が必要になるが、これら高温での処理が難し
く、得られる生成粒子は多結晶構造を有する粒子とな
る。更には、粒径を上述の0.56μm以下にするの
は、ほぼ困難と考えられる。さらに、前記ゾルゲル法
は、非常に長時間の処理が必要であり、工業化を考えた
とき、製造コストが大きくなってしまうという問題があ
るとともに、ゾルゲル中においては水酸基を内在する非
常に微粒子のLiCoOの前駆体を得ることが可能で
あるが、これら水酸基を排除してLiCoOを得るた
めには、前記生成した微粒子のLiCoOの前駆体を
焼成する必要があり、該焼成時において微粒子同志が焼
結し、多結晶化や凝集粒子の生成が起こってしまい、単
結晶構造を有する微粒子は得られない。
Further, the following problems are involved in each of the conventional manufacturing methods.
There are points. First, in the solid phase method, unreacted residual
LiCO3It is difficult to get rid of this
Not only is it difficult, but also
I have to. In addition, the reaction time is long and
There is also a problem that the reaction temperature is high. In addition, the spray pyrolysis
In the method, LiCoO2The higher the temperature, the better the crystallinity
High quality LiCoO 2To get a fairly high temperature
However, it is difficult to process at these high temperatures.
The resulting product particles are particles having a polycrystalline structure.
You. Further, the particle size is set to 0.56 μm or less.
Is considered almost difficult. Further, the sol-gel method
Needs a very long time treatment and considered industrialization
At times, there is a problem that the manufacturing cost increases.
And the sol-gel contains non-
Always fine LiCoO2It is possible to obtain a precursor of
However, by removing these hydroxyl groups, LiCoO2Got
In order to achieve this, the fine particles LiCoO2The precursor of
It is necessary to perform firing, and during the firing,
This causes polycrystallization and generation of aggregated particles,
Fine particles having a crystal structure cannot be obtained.

【0008】よって、本発明は上記した問題点に着目し
てなされたもので、第1には、リチウム系複合金属酸化
物をリチウムイオン電池の正極に用いた場合において、
充放電のサイクルにおける電気容量が低下を防止するこ
とのできる改良されたリチウム系複合金属酸化物を提供
するとともに、第2には、前記改良されたリチウム系複
合金属酸化物を、比較的低温、短時間かつ効率良く製造
することのできるリチウム系複合金属酸化物の製造方法
を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems. First, when a lithium-based composite metal oxide is used for a positive electrode of a lithium ion battery,
A second aspect of the present invention is to provide an improved lithium-based composite metal oxide capable of preventing a decrease in electric capacity in a charge / discharge cycle. An object of the present invention is to provide a method for producing a lithium-based composite metal oxide that can be efficiently produced in a short time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記した問題を解決する
ために、本発明のリチウム系複合金属酸化物は、リチウ
ムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム系複合金属酸化物
であって、その結晶構造の少なくとも一部が単結晶構造
を有することをとしている。この特徴によれば、リチウ
ム系複合金属酸化物の少なくとも一部を単結晶構造とす
ることにより、該リチウム系複合金属酸化物表面の結晶
欠陥が抑制され、例えば、該リチウム系複合金属酸化物
をリチウムイオン電池の正極に用いた場合に、充電時に
おける有機非水系電解質溶液に及ぼす酸化等の触媒的な
効果を抑制することが可能となり、これら有機非水系電
解質溶液の酸化劣化による充放電のサイクルにおける電
気容量の低下を防止できる。また、少なくとも一部を単
結晶構造とすることで、粒子の表面エネルギーを減少さ
せることができ、粒径を小さくしてもリチウム系複合金
属酸化物中の金属、特にはLiMnにおけるMn
の溶出を低く抑えることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a lithium-based composite metal oxide of the present invention is a lithium-based composite metal oxide capable of occluding and releasing lithium ions, and has a crystal structure. Has a single crystal structure. According to this feature, since at least a part of the lithium-based composite metal oxide has a single crystal structure, crystal defects on the surface of the lithium-based composite metal oxide are suppressed. When used for the positive electrode of a lithium-ion battery, it is possible to suppress catalytic effects such as oxidation on the organic non-aqueous electrolyte solution during charging. Can be prevented from decreasing in electric capacity. Further, by making at least a part of the single crystal structure, the surface energy of the particles can be reduced, and even if the particle size is reduced, the metal in the lithium-based composite metal oxide, in particular, Mn in LiMn 2 O 4
Can be kept low.

【0010】本発明のリチウム系複合金属酸化物は、前
記リチウム系複合金属酸化物中の金属成分が、ニッケ
ル、コバルト、マンガン、鉄の少なくとも1つであるこ
とが好ましい。このようにすれば、金属成分をニッケ
ル、コバルト、マンガン、鉄の少なくとも1つとするこ
とで、これら各金属は、資源的に比較的豊富であって安
価にて入手可能であるため、安価にてリチウムイオン電
池を製造できる。
[0010] In the lithium-based composite metal oxide of the present invention, the metal component in the lithium-based composite metal oxide is preferably at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron. In this way, by setting the metal component to at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron, each of these metals is relatively abundant in resources and can be obtained at low cost. A lithium ion battery can be manufactured.

【0011】本発明のリチウム系複合金属酸化物は、前
記リチウム系複合金属酸化物が、平均粒径約0.1〜1
μmの微粉末であることが好ましい。このようにすれ
ば、平均粒径を0.1〜1μmと従来に比較して小さく
することで、リチウム系複合金属酸化物の表面積を増大
させることができ、例えば、該リチウム系複合金属酸化
物をリチウムイオン電池の正極に用いた場合に、高い充
放電速度を有するリチウムイオン電池を提供できるばか
りか、このように平均粒径を0.1〜1μmとすること
で、バインダや導電材であるカーボン等との混合を比較
的容易に実施し、良好な正極材を得ることもできる。
The lithium-based composite metal oxide according to the present invention is characterized in that the lithium-based composite metal oxide has an average particle size of about 0.1 to 1;
It is preferably a fine powder of μm. In this case, the surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased by reducing the average particle size to 0.1 to 1 μm as compared with the conventional one. When used as a positive electrode of a lithium ion battery, not only can a lithium ion battery having a high charge / discharge rate be provided, but by setting the average particle size to 0.1 to 1 μm, a binder or a conductive material can be provided. Mixing with carbon or the like can be performed relatively easily, and a good positive electrode material can be obtained.

【0012】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム系
複合金属酸化物の製造方法であって、少なくともリチウ
ムイオンと他の金属イオンとを超臨界または亜臨界状態
の水中にて水熱反応させ、少なくとも一部が単結晶構造
を有するリチウム系複合金属酸化物を製造することを特
徴としている。この特徴によれば、少なくとも一部に単
結晶構造を有するリチウム系複合金属酸化物を得るに
は、反応により生成する核の凝集を抑制するとともに、
結晶表面での2次核発生を抑制する必要があり、結晶性
を高めるために高温処理することが望ましいが、高温、
高圧の超臨界または亜臨界状態では、水は非極性のガス
状となり、非極性を有するリチウム系複合金属酸化物の
生成速度が著しく速くなるとともに溶存イオン濃度が極
めて低くなることから、2次核発生や過度の結晶成長が
生じ難く、よって単結晶構造を有するリチウム系複合金
属酸化物粒子を効率良く得られるばかりか、生成する粒
子径も小さくできる。また、200〜300℃程度での
水熱反応で合成された酸化物は、結晶内部や結晶表面に
結晶水や水酸基を含むことが一般的であるが、臨界点近
傍の亜臨界状態や超臨界状態の水中での水熱反応により
合成または処理することで、結晶水や水酸基を含まない
結晶化度の高いリチウム系複合金属酸化物を得ることが
できる。
The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention is a method for producing a lithium-based composite metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions, wherein at least lithium ions and other metal ions are supercritical. Alternatively, the method is characterized in that a hydrothermal reaction is performed in water in a subcritical state to produce a lithium-based composite metal oxide at least partially having a single crystal structure. According to this feature, in order to obtain a lithium-based composite metal oxide having a single-crystal structure at least in part, while suppressing aggregation of nuclei generated by the reaction,
It is necessary to suppress the generation of secondary nuclei on the crystal surface, and it is desirable to perform high-temperature treatment to increase crystallinity.
In a high-pressure supercritical or subcritical state, water becomes a nonpolar gaseous state, and the generation rate of a nonpolar lithium-based composite metal oxide becomes extremely high and the dissolved ion concentration becomes extremely low. Generation and excessive crystal growth are unlikely to occur, so that not only can lithium-based composite metal oxide particles having a single crystal structure be efficiently obtained, but also the diameter of the generated particles can be reduced. Oxides synthesized by a hydrothermal reaction at about 200 to 300 ° C. generally contain water of crystallization or hydroxyl groups inside the crystal or on the surface of the crystal. By synthesizing or treating by a hydrothermal reaction in water in a state, a lithium-based composite metal oxide containing no crystallization water or a hydroxyl group and having high crystallinity can be obtained.

【0013】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、水熱反応を、前記少なくともリチウムイオンと
他の金属の金属イオンとを溶解する水溶液を超臨界また
は亜臨界状態が得られる所定温度に急速に昇温させて実
施することが好ましい。このようにすれば、前記水溶液
を急速な昇温により迅速に超臨界または亜臨界状態とし
て水熱反応を行うことにより、昇温中に生じる副反応に
より目的とするリチウム系複合金属酸化物の収量が低下
したり、核の凝集や結晶表面での2次核発生により結晶
状態が悪化することを防止することができる。このよう
にすれば、前記急速な昇温を効率良く実施することがで
きる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the hydrothermal reaction may be carried out at a predetermined temperature at which a supercritical or subcritical state can be obtained by dissolving the aqueous solution dissolving at least the lithium ions and metal ions of other metals. Preferably, the temperature is raised rapidly. By doing so, the aqueous solution is rapidly brought into a supercritical or subcritical state by a rapid temperature rise, and the hydrothermal reaction is carried out. Can be prevented, or the crystal state can be prevented from deteriorating due to aggregation of nuclei and generation of secondary nuclei on the crystal surface. With this configuration, the rapid temperature increase can be efficiently performed.

【0014】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、リチウム系複合金属酸化物の微粒子が生成後も
亜臨界または超臨界条件下で所定時間水熱処理すること
で、結晶微粒子を成長させずに結晶化度を向上させるこ
とが好ましい。このようにすれば、生成するリチウム系
複合金属酸化物の微粒径が増大することなく、その単結
晶化を向上させることができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the fine particles of the lithium-based composite metal oxide are subjected to a hydrothermal treatment under a subcritical or supercritical condition for a predetermined time even after the fine particles are formed, so that the crystalline fine particles are grown. It is preferable to improve the crystallinity without increasing the crystallinity. By doing so, it is possible to improve single crystallization without increasing the fine particle size of the lithium-based composite metal oxide to be generated.

【0015】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記リチウムイオンと他の金属の金属イオンと
を溶解する水溶液に酸化剤が溶解され、該酸化剤が酸素
ガス、オゾンガス、過酸化水素、硝酸イオンの単体若し
くは2種以上の混合体であることが好ましい。このよう
にすれば、前記金属イオンがリチウムイオンと反応して
リチウム系複合金属酸化物と成る際に、酸化によりその
酸化数を適宜増やす必要がある場合に、前記亜臨界また
は超臨界条件下における前記金属イオンの酸化を好適に
実施することができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, an oxidizing agent is dissolved in an aqueous solution for dissolving the lithium ion and a metal ion of another metal, and the oxidizing agent is oxygen gas, ozone gas, Preferably, it is a simple substance or a mixture of two or more of hydrogen and nitrate ions. With this configuration, when the metal ion reacts with lithium ion to form a lithium-based composite metal oxide, when it is necessary to appropriately increase the oxidation number by oxidation, under the subcritical or supercritical condition The oxidation of the metal ions can be suitably performed.

【0016】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記酸化剤として酸素ガスまたはオゾンガスの
少なくとも一方を用いる場合、水熱反応条件を超臨界条
件とすることが好ましい。このようにすれば、亜臨界条
件下では、ガスが気泡となり相分離するため効果的な酸
化反応が得られないのに対し、超臨界水条件とすること
で、均一相で酸化反応を生じさせることが可能となり、
効果約に酸化反応を進行させることができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, when at least one of oxygen gas and ozone gas is used as the oxidizing agent, the hydrothermal reaction conditions are preferably supercritical. In this way, under subcritical conditions, an effective oxidation reaction cannot be obtained because the gas becomes bubbles and phase separation occurs, whereas under the supercritical water conditions, the oxidation reaction occurs in a uniform phase. Is possible,
The oxidation reaction can be advanced to an effect.

【0017】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記急速昇温水熱反応を、水酸イオンを適宜添
加した条件下で行うことが好ましい。このようにすれ
ば、前記水溶液に水酸イオンを適宜添加してアルカリ性
にすると、昇温過程で生成されやすい副反応物質(例え
ば、Co)が溶解されやすくなり、従って、これ
ら昇温過程において生成した副反応物質が反応生成物中
に残留して結晶品質に悪影響を及ぼしたり、目的とする
リチウム系複合金属酸化物の収率低下を防止することが
できる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, it is preferable that the rapid heating hydrothermal reaction is performed under conditions to which hydroxyl ions are appropriately added. In this way, if the aqueous solution is appropriately added with hydroxide ions to make it alkaline, the by-products (for example, Co 3 O 4 ) that are easily generated in the temperature raising process are easily dissolved, and therefore, these temperature rising By-reactants generated in the process can be prevented from remaining in the reaction product, adversely affecting the crystal quality, and preventing the yield of the target lithium-based composite metal oxide from decreasing.

【0018】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水酸イオンの添加は、水酸化リチウムの添
加にて実施することが好ましい。このようにすれば、原
料としてのリチウムイオンとともに前記水酸イオンを添
加することができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the addition of the hydroxide ion is preferably carried out by the addition of lithium hydroxide. In this case, the hydroxyl ions can be added together with lithium ions as a raw material.

【0019】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水酸イオンを適宜添加した場合には、該水
酸イオンが添加された水溶液を超臨界水と直接混合させ
ることで急速昇温することが好ましい。このようにすれ
ば、急速昇温することで前述のCoのような昇温
時の不純物酸化物の生成を抑制することが可能となり、
添加すべき水酸イオンの量をより低く押さえることが可
能となり、結晶への水酸基の取り込みを抑制することも
可能となる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, when the above-mentioned hydroxide ions are appropriately added, the aqueous solution to which the hydroxide ions are added is directly mixed with supercritical water to rapidly increase the temperature. It is preferred to warm. By doing so, it is possible to suppress the generation of impurity oxides such as the above-mentioned Co 3 O 4 at the time of raising the temperature by rapidly raising the temperature.
The amount of hydroxyl ions to be added can be kept lower, and the incorporation of hydroxyl groups into crystals can be suppressed.

【0020】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水溶液に酸またはアルカリを適宜添加し
て、水溶液のpHを酸性またはアルカリ性のいずれかの
状態として前記水熱反応を実施することが好ましい。こ
のようにすれば、昇温過程で生成されやすい副反応物質
(例えば、Co )等が溶解されやすくなり、従っ
て、これら昇温過程において生成した副反応物質が反応
生成物中に残留して結晶品質に悪影響を及ぼしたり、目
的とするリチウム系複合金属酸化物の収率低下を防止す
ることができる。
Production of the lithium-based composite metal oxide of the present invention
The method is to appropriately add an acid or alkali to the aqueous solution.
To adjust the pH of the aqueous solution to either acidic or alkaline.
It is preferable to carry out the hydrothermal reaction as a state. This
By the way, by-products that are likely to be generated during the heating process
(For example, Co3O 4) Etc. are easily dissolved,
As a result, by-products produced during these heating processes react.
It may remain in the product and adversely affect crystal quality,
To prevent reduction in yield of lithium-based composite metal oxide
Can be

【0021】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水溶液中のアルカリモル比の値が1〜20
であることが好ましい。このようにすれば、目的とする
リチウム系複合金属酸化物を効率良く得ることができ
る。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the alkali molar ratio in the aqueous solution may be 1 to 20.
It is preferred that By doing so, the intended lithium-based composite metal oxide can be efficiently obtained.

【0022】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記他の金属イオンが、ニッケル、コバルト、
マンガン、鉄の少なくとも1つであることが好ましい。
このようにすれば、金属成分をニッケル、コバルト、マ
ンガン、鉄の少なくとも1つとすることで、これら各金
属は、資源的に比較的豊富であって安価にて入手可能で
あるため、安価にてリチウムイオン電池を製造できる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the other metal ion may be nickel, cobalt,
It is preferably at least one of manganese and iron.
In this way, by setting the metal component to at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron, each of these metals is relatively abundant in resources and can be obtained at low cost. A lithium ion battery can be manufactured.

【0023】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記金属イオンが、2価のコバルトイオンであ
って前記酸化剤を共存させて水熱反応を行う場合におい
て、可能な限り急速に昇温を行うことが好ましい。この
ようにすれば、2価のコバルトイオンは容易に得ること
が可能であり、水熱反応時に酸化剤を存在させること
で、前記2価のコバルトイオンを3価のコバルトイオン
に酸化しながらLiCoOを効果的に生成することが
でき、これら水熱反応が為される前記亜臨界または超臨
界に至る昇温を可能な限り急速に行うことで、該昇温時
に酸化剤が分解して、消費されてしまうことを防止で
き、より効果的な酸化反応を実施することができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, when the metal ion is a divalent cobalt ion and the hydrothermal reaction is carried out in the presence of the oxidizing agent, the reaction is as rapid as possible. Preferably, the temperature is raised. In this way, divalent cobalt ions can be easily obtained, and the presence of an oxidizing agent at the time of the hydrothermal reaction allows LiCoO 2 to be oxidized into trivalent cobalt ions while oxidizing the divalent cobalt ions. 2 can be effectively produced, and by performing the temperature increase to the subcritical or supercritical where the hydrothermal reaction is performed as quickly as possible, the oxidizing agent is decomposed at the time of the temperature increase, Consumption can be prevented, and a more effective oxidation reaction can be performed.

【0024】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記リチウムイオン/コバルトイオン比の値を
1〜20の範囲とすることが好ましい。このようにすれ
ば、水溶液中に存在するリチウムイオンをコバルトイオ
ンに比較して過剰とすることで、目的とするLiCoO
を効率良く得ることができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the value of the lithium ion / cobalt ion ratio is preferably in the range of 1 to 20. In this way, by increasing the amount of lithium ions present in the aqueous solution as compared with cobalt ions, the desired LiCoO 2
2 can be obtained efficiently.

【0025】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水溶液中のリチウムイオン濃度範囲が0.
05mol/リットル〜2mol/リットルであること
が好ましい。このようにすれば、リチウムイオン濃度が
比較的低濃度であるために、核の凝集等により結晶状態
が悪化することを適宜に防止でき、良好な単結晶構造を
有する微粒子を効率良く得ることができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the range of the lithium ion concentration in the aqueous solution is 0.5.
It is preferably from 05 mol / liter to 2 mol / liter. In this case, since the lithium ion concentration is relatively low, it is possible to appropriately prevent the crystal state from deteriorating due to aggregation of nuclei and the like, and it is possible to efficiently obtain fine particles having a good single crystal structure. it can.

【0026】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水熱反応における反応条件は、生成する少
なくとも一部に単結晶構造を有するリチウム系複合金属
酸化物の平均粒径約が0.1〜1μmとなるように設定
されていることが好ましい。このようにすれば、平均粒
径を0.1〜1μmと従来に比較して小さくすること
で、リチウム系複合金属酸化物の表面積を増大させるこ
とができ、よって高い充放電速度を有するリチウムイオ
ン電池を提供できるばかりか、このように平均粒径を
0.1〜1μmとすることで、バインダや導電材である
カーボン等との混合を比較的容易に実施し、良好な正極
材を得ることもできる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention, the reaction conditions in the hydrothermal reaction are such that the lithium-based composite metal oxide having a single crystal structure at least partially has an average particle size of about 0. It is preferable that the thickness be set to 0.1 to 1 μm. In this way, the surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased by reducing the average particle size to 0.1 to 1 μm as compared with the conventional one, and thus the lithium ion having a high charge / discharge rate can be obtained. Not only can a battery be provided, but by setting the average particle size to 0.1 to 1 μm in this way, it is possible to relatively easily carry out mixing with a binder or carbon as a conductive material to obtain a good positive electrode material. Can also.

【0027】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法は、前記水熱反応によるリチウム系複合金属酸化物
の生成を連続的に実施することが好ましい。このように
すれば、回分方式では昇温が低速となり、昇温時に酸化
剤が分解し、酸化反応が十分に生じないことから不純物
が生成しやすく、目的とするリチウム系複合金属酸化物
を効率良く得られないのに比較して、例えば前記亜臨界
水または超臨界水との接触等により昇温を高速にて実施
でき、十分な酸化反応を得ることができ、目的とするリ
チウム系複合金属酸化物を効率良く得ることができると
ともに、回分方式に比較してより小さな粒径の微粒子
を、安価にて製造することができる。
In the method for producing a lithium-based composite metal oxide of the present invention, it is preferable that the production of the lithium-based composite metal oxide by the hydrothermal reaction is continuously performed. In this manner, in the batch method, the temperature rise is slow, the oxidizing agent is decomposed at the time of the temperature rise, and the oxidation reaction does not sufficiently occur, so that impurities are easily generated, and the target lithium-based composite metal oxide is efficiently produced. In comparison with the case where the lithium-based composite metal is not obtained well, for example, the temperature can be increased at a high speed by contact with the subcritical water or the supercritical water, and a sufficient oxidation reaction can be obtained. An oxide can be obtained efficiently, and fine particles having a smaller particle size can be produced at a low cost as compared with a batch method.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。図1に、本実施形態に用いたリチ
ウム系複合金属酸化物の製造装置の構成を示す。金属塩
溶融浴10内には、高温でも安定な金属塩溶液(例え
ば、新日量化学株式会社製KNO−NaNO50w
t%の硝酸塩類 金属熱処理剤 焼戻剤 T−3)が収
容される。そして、この中に加熱用に電熱ヒータ12が
浸潰されると共に、温度計測用の熱電体14が配置され
る。そして、熱電体14により温度を計測しながら、電
熱ヒータ12による加熱を制御することで、金属塩溶融
浴10内の金属塩溶液が所定温度に制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an apparatus for producing a lithium-based composite metal oxide used in the present embodiment. In the metal salt melting bath 10, a metal salt solution that is stable even at high temperatures (for example, KNO 3 —NaNO 3 50 w manufactured by Shin-Nichika Chemical Co., Ltd.)
t% nitrates Metal heat treatment agent Tempering agent T-3) is contained. The electric heater 12 is immersed therein for heating, and the thermoelectric body 14 for temperature measurement is disposed therein. By controlling the heating by the electric heater 12 while measuring the temperature with the thermoelectric body 14, the metal salt solution in the metal salt molten bath 10 is controlled to a predetermined temperature.

【0029】そして、この金属塩溶融浴10内に反応管
16を浸漬させ、この反応管16内において、LiCo
を生成する。なお、この反応管16に接続されてい
るストップバルブ18は、反応後において反応管16内
において生成した生成ガスの回収のために取り付けたも
のである。
Then, the reaction tube 16 is immersed in the metal salt melting bath 10, and LiCo is
To generate O 2. The stop valve 18 connected to the reaction tube 16 is provided for collecting the generated gas generated in the reaction tube 16 after the reaction.

【0030】このような装置により、LiCoOを製
造する場合には、まず反応管16内に原料水溶液を仕込
む。原料水溶液は、例えぱLiOHと、Co(NO
を蒸留水に溶かしたものを利用する。ここで、LiC
oOを生成するためのLi/Coは、理論的な比率で
ある1ではなく、該原料水溶液中にLiイオンがCoイ
オンよりも過剰に存在する状態とすることでLiCoO
の収量を増加することができることから好ましく、本
実施形態ではLi/Co=15程度としている。
When LiCoO 2 is produced by such an apparatus, first, a raw material aqueous solution is charged into the reaction tube 16. The raw material aqueous solution is, for example, LiOH and Co (NO 3 ).
2 dissolved in distilled water is used. Where LiC
The ratio Li / Co for producing oO 2 is not a theoretical ratio of 1, but LiCoO is set in a state where Li ions are present in excess in the raw material aqueous solution in excess of Co ions.
2 is preferable because the yield can be increased. In the present embodiment, Li / Co is set to about 15.

【0031】このように、原料としてLiOHを用いる
ことは、水溶液にLiイオンと水酸イオンの双方を供給
できることから好ましいが、本発明はこれに限定される
ものではない。
As described above, it is preferable to use LiOH as a raw material because both Li ions and hydroxyl ions can be supplied to the aqueous solution, but the present invention is not limited to this.

【0032】また、Co(NOを用いることで、
原料水溶液中にNOイオンを添加できる。このNO
は酸化剤として機能する。そこで、このNOイオンの
存在によりCo(NOとして供給したCo2+
Co3+への酸化反応を促進できる。さらに、反応管1
6中には、空気が存在するため、空気中の酸素も酸化剤
として機能する。このように、反応管16内の気相に酸
素を存在させることが好適である。尚、本発明における
酸化剤は、前記NOイオンや空気中の酸素に限定され
るものではなく、前述のようにその他の酸化剤、例えば
オゾンガスや過酸化水素等を単体若しくは複合して用い
ることができる。
Further, by using Co (NO 3 ) 2 ,
NO 3 ions can be added to the raw material aqueous solution. This NO 3
Functions as an oxidizing agent. Therefore, Co 2+ supplied as Co (NO 3 ) 2 due to the presence of this NO 3 ion →
The oxidation reaction to Co 3+ can be promoted. Further, the reaction tube 1
Since air exists in 6, oxygen in the air also functions as an oxidizing agent. As described above, it is preferable that oxygen is present in the gas phase in the reaction tube 16. The oxidizing agent in the present invention is not limited to the above-mentioned NO 3 ion and oxygen in the air, and other oxidizing agents such as ozone gas and hydrogen peroxide may be used alone or in combination as described above. Can be.

【0033】また、LiOHを添加することで、アルカ
リモル比[OH]/[NO ]を大きくできる。こ
のアルカリモル比を大きくすることで、LiCoO
生成を促進することができる。さらに、アンモニアを添
加することで、アルカリモル比をさらに大きくできる。
すなわち、アンモニア[NH]の1分子がOH1分
子を生成すると考えられる。そして、アンモニアの添加
により、原料水溶液のpHを上昇することができ、これ
によって昇温過程におけるCoなどの生成を抑止
し、LiCoOの収量を向上することができる。
By adding LiOH, the alkali molar ratio [OH ] / [NO 3 ] can be increased. By increasing the alkali molar ratio, the production of LiCoO 2 can be promoted. Furthermore, the alkali molar ratio can be further increased by adding ammonia.
That is, it is considered that one molecule of ammonia [NH 3 ] generates one OH - 1 molecule. The addition of ammonia can raise the pH of the raw material aqueous solution, thereby suppressing the production of Co 3 O 4 and the like in the temperature raising process and improving the yield of LiCoO 2 .

【0034】そして、この原料水溶液は、金属塩溶融浴
10内の温度において、目的とする圧力になるように調
整される。ここで、この圧力は、原料水溶液を純水であ
ると仮定し、スチームテーブル(Steam Tabl
e)により算出する。例えば、反応温度400℃、反応
圧力30MPaの水の密度は、0.35g/cmであ
ることから、反応管16の容量が10cmであれば、
反応管16内の原料水溶液が合計で3.5cmになる
ように原料水溶液を仕込む。
The aqueous solution of the raw material is adjusted to a desired pressure at the temperature in the metal salt melting bath 10. Here, as for this pressure, assuming that the raw material aqueous solution is pure water, a steam table (Steam Tabl) is used.
e) is calculated. For example, reaction temperature 400 ° C., the density of water in the reaction pressure 30MPa, since it is 0.35 g / cm 3, the volume of the reaction tube 16 is as long as 10 cm 3,
The raw material aqueous solution is charged so that the total amount of the raw material aqueous solution in the reaction tube 16 becomes 3.5 cm 3 .

【0035】なお、水の超臨界点は、374℃、22M
Paであり、反応条件は亜臨界または超臨界状態となる
ように設定する。原料溶液の濃度など他の条件にもよる
が、少なくとも温度250℃以上、圧力20MPa以上
という水が亜臨界状態となる条件とすることが好適であ
り、上述した水が超臨界状態となるような条件とするこ
とが特に好適である。
The supercritical point of water is 374 ° C., 22M
Pa, and the reaction conditions are set to be in a subcritical or supercritical state. Although it depends on other conditions such as the concentration of the raw material solution, it is preferable that the temperature is at least 250 ° C. or more, and the pressure is 20 MPa or more so that the water is in a subcritical state. It is particularly preferable to set the conditions.

【0036】反応管16に、原料水溶液を仕込んだ後、
反応管16を金属塩溶融浴10内に浸漬し、所定の反応
時間(例えば5〜20分程度)だけその状態に置く。次
に、反応管16を金属塩溶融浴10から取り出し、冷水
浴に入れて、反応を速やかに停止させる。
After charging the raw material aqueous solution into the reaction tube 16,
The reaction tube 16 is immersed in the metal salt melting bath 10 and kept in that state for a predetermined reaction time (for example, about 5 to 20 minutes). Next, the reaction tube 16 is taken out of the metal salt melting bath 10 and put in a cold water bath to immediately stop the reaction.

【0037】そして、反応管16の内容物を取り出し、
ろ過後水洗することによって、反応結果物であるLiC
oOの微粒子が得られる。
Then, the contents of the reaction tube 16 are taken out,
By washing with water after filtration, the reaction product LiC
Fine particles of oO 2 are obtained.

【0038】このようにして得られたLiCoOは、
図5(a)の透過型電子顕微鏡写真に示すように、不純
物が少なく、粒子径が小さく、また単結晶または単結晶
に近いものであり、電池材料として非常に好適なもので
ある。従って、リチウムイオン電池の正極材料として好
適に利用できる。
The LiCoO 2 thus obtained is:
As shown in the transmission electron micrograph of FIG. 5 (a), it has a small amount of impurities, a small particle size, and is a single crystal or a material close to a single crystal, which is very suitable as a battery material. Therefore, it can be suitably used as a positive electrode material of a lithium ion battery.

【0039】これらリチウム系複合金属酸化物であるL
iCoOの生成温度については、Li、Co2+
NO などの電荷を有するイオンは、液体中の方が安
定に存在しやすい。一方、反応後の金属酸化物である前
記LiCoOのような無極性物質は本来ガス中の方が
安定に存在しやすい。さらに、金属酸化物の溶解度は一
定圧力下では超臨界状態の水の温度を上げていくと、急
減に下がる。従って、リチウム系複合金属酸化物の生成
温度である超臨界状態の水の温度を上げていくと溶媒は
液状からガス状になり、溶質は極性のイオン状態から無
極性の酸化物への反応速度が速くなる。さらに、酸化物
の溶解度が下がることから、反応生成物としての酸化物
(この場合は、LiCoO)の析出が促進される。こ
の時酸化物生成の核発生速度が速くなるので、生成酸化
物の微粒子径は小さくなる。
These lithium-based composite metal oxides, L
Regarding the formation temperature of iCoO 2 , Li + , Co 2+ ,
Ions having a charge such as NO 3 tend to be more stably present in the liquid. On the other hand, a nonpolar substance such as LiCoO 2 , which is a metal oxide after the reaction, originally tends to exist more stably in a gas. Furthermore, the solubility of the metal oxide drops sharply as the temperature of the supercritical water increases under a constant pressure. Therefore, as the temperature of water in the supercritical state, which is the generation temperature of the lithium-based composite metal oxide, is increased, the solvent changes from a liquid state to a gaseous state, and the solute reacts from a polar ionic state to a nonpolar oxide. Is faster. Further, since the solubility of the oxide is reduced, the precipitation of the oxide (in this case, LiCoO 2 ) as a reaction product is promoted. At this time, the nucleus generation rate of oxide generation is increased, and the particle diameter of the generated oxide is reduced.

【0040】また、溶媒が液状だと析出した酸化物は、
結晶水や水酸基を取り込むが、溶媒がガス状の場合は取
り込まれない。従って、結晶化度の高い酸化物の生成が
促進され、酸化物の単結晶の微粒子が得られやすくなる
と考えられる。また、水が超臨界状態となるような条件
下では、硝酸イオンの存在によってCO2+のCo
への酸化も好適に行える。
When the solvent is liquid, the precipitated oxide is
It takes in water of crystallization and hydroxyl groups, but not when the solvent is gaseous. Therefore, it is considered that generation of an oxide having a high degree of crystallinity is promoted and single-crystal oxide fine particles are easily obtained. Further, the conditions such that the water becomes supercritical state, the CO 2+ due to the presence of nitrate Co 3 +
Oxidation can be suitably performed.

【0041】また、これらリチウム系複合金属酸化物の
生成の際、前記原料水溶液中におけるLi/Co比を大
きくし、Liイオン過剰の条件とした方がLiCoO
の収率がよい。すなわち、Li/Co比を小さくする
と、反応生成物中における目的物質でないCo
量が増加する。これは、酸化物の析出時にLiが多く存
在することで、平衡的にCoよりLiCoO
生成しやすくなるためと考えられる。原料水溶液濃度、
温度、圧力などの他の条件にもよるが、Li/Coを1
〜20、特に15〜20の範囲とすることが好適であ
る。更には、原料水溶液の全体の濃度、すなわちリチウ
ムイオンおよびコバルトイオン濃度を減少させてリチウ
ムイオンの濃度範囲を0.05mol/リットル〜2m
ol/リットルとすると、LiCoOの収量が上昇す
るが、本発明はこれら各条件に限定されるものではな
い。
Further, when producing these lithium-based composite metal oxides, it is better to increase the Li / Co ratio in the aqueous solution of the raw materials and to make the condition of excess Li ions so that LiCoO 2
Has a good yield. That is, when the Li / Co ratio is reduced, the amount of Co 3 O 4 that is not the target substance in the reaction product increases. This is probably because the presence of a large amount of Li during the deposition of the oxide facilitates the production of LiCoO 2 more equilibrium than Co 3 O 4 . Raw material aqueous solution concentration,
Depending on other conditions such as temperature and pressure, Li / Co is 1
-20, especially 15-20. Further, the overall concentration of the raw material aqueous solution, that is, the concentration of lithium ions and cobalt ions is reduced to increase the concentration range of lithium ions from 0.05 mol / liter to 2 m.
When the amount is ol / liter, the yield of LiCoO 2 increases, but the present invention is not limited to these conditions.

【0042】また、前記リチウム系複合金属酸化物の生
成の際、アンモニアを添加して、アルカリモル比([N
]十[OH])/[NO ]を大きくすると、
LiCoOの収率が高くなる。これは、原料水溶液の
pHを高くすることで、Co が析出、特に昇温過
程中の析出が発生しにくくなったと考えられる。製造方
法では、常温で原料水溶液を反応管16に仕込み、高温
の金属溶融浴10に浸漬する。そこで、上述した超臨界
状態が生成される前に、Coが生成してしまい、
超臨界状態においてもそのまま残留する。すなわち、昇
温後においては、LiCoOが生成されるような条件
であっても、その前にCoが生成されていれぱこ
れがそのまま反応生成物に残留してしまう。
In addition, the production of the lithium-based composite metal oxide
At the time of formation, ammonia is added and an alkali molar ratio ([N
H3] 10 [OH]) / [NO3 ]
LiCoO2Yield is high. This is the
By increasing the pH, Co 3O4Precipitates, especially overheating
It is considered that precipitation during the process became difficult to occur. Manufacturing method
In the method, the raw material aqueous solution is charged into the reaction tube 16 at normal temperature,
Immersed in a metal melting bath 10. Therefore, the supercritical
Before the state is created, Co3O4Generates
It remains as it is even in the supercritical state. That is,
After warming, LiCoO2Condition that generates
Even before that, Co3O4Is generated
This remains in the reaction product as it is.

【0043】原料水溶液におけるアルカリモル比を高く
し、pHを高くすることで、溶液中におけるCo
の溶解度が高くなり、この析出が抑制され、昇温過程に
おけるCoの生成が抑制され、反応生成物中のC
の生成が抑制されると考えられる。
By increasing the alkali molar ratio and the pH of the raw material aqueous solution, Co 3 O 4 in the solution is increased.
, The precipitation is suppressed, the generation of Co 3 O 4 in the temperature raising process is suppressed, and the C in the reaction product is reduced.
It is considered that generation of o 3 O 4 is suppressed.

【0044】また、LiOHの添加量を多くすること
で、Liを多くすると共にOHの濃度を高くできる。
そこで、LiOHを多く添加することがこの点からも好
適であることがわかる。
By increasing the amount of LiOH added, it is possible to increase Li and increase the concentration of OH .
Thus, it can be seen that adding a large amount of LiOH is also preferable from this point.

【0045】これらアルカリモル比は、1〜20、特に
5程度以上とすることが好適である。これによって、反
応生成物中のLiCoOの収量を十分なものとでき
る。
It is preferable that the molar ratio of these alkalis is 1 to 20, especially about 5 or more. Thereby, the yield of LiCoO 2 in the reaction product can be made sufficient.

【0046】なお、アルカリではなく、酸性とすること
でも、同様にCoの析出を抑制できる。これは、
酸性においても、Coの溶解度が小さくなるから
である。そして、このように、原料水溶液のpHを下げ
ることで、昇温段階において生成したCoを水に
溶解する形として、昇温後の反応の際にLiCoを効
率的に生成することができる。
It is to be noted that the deposition of Co 3 O 4 can be similarly suppressed by using an acid instead of an alkali. this is,
This is because the solubility of Co 3 O 4 is reduced even in the acidic condition. In this way, by lowering the pH of the raw material aqueous solution, the Co 3 O 4 generated in the temperature raising step is dissolved in water to efficiently generate LiCo 2 during the reaction after the temperature is raised. Can be.

【0047】また、前記リチウム系複合金属酸化物の生
成の際、NOを添加することで、原料水溶液中に酸化
剤を添加することとなる。つまりNOはNO2−に還
元されることで、Co2+をCo3+に酸化するための
酸化剤として機能する。そこで、コバルトをCo(NO
の形で添加することが好ましいことがわかる。従
って、硝酸や過酸化水素水をさらに添加して、酸化剤の
量を増加させることも好適である。例えば、硝酸アンモ
ニウム(NHNO)の形で硝酸を添加することで、
アルカリモル比を所定のものに維持しながら、硝酸を増
加することができる。
In addition, when generating the lithium-based composite metal oxide, by adding NO 3 , an oxidizing agent is added to the raw material aqueous solution. That is, NO 3 functions as an oxidizing agent for oxidizing Co 2+ to Co 3+ by being reduced to NO 2− . Therefore, cobalt is changed to Co (NO
3 ) It is understood that the addition in the form of 2 is preferable. Therefore, it is also preferable to further add nitric acid or aqueous hydrogen peroxide to increase the amount of the oxidizing agent. For example, by adding nitric acid in the form of ammonium nitrate (NH 4 NO 3 )
The nitric acid can be increased while maintaining the alkali molar ratio at a predetermined value.

【0048】さらに、Co2+の酸化には、反応管16
の気相中の酸素ガスも寄与している。従って、この気相
中の酸素の量を増加したり、オゾンガスを添加すること
も好適である。
Further, for oxidation of Co 2+ , the reaction tube 16
The oxygen gas in the gas phase also contributes. Therefore, it is also preferable to increase the amount of oxygen in the gas phase or to add ozone gas.

【0049】以上、前述の実施形態の説明においては、
LiCoOの製造を前提として説明しているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、これらコバルトに
代えてマンガン、ニッケル、鉄の単体若しくは混合体を
利用することもでき、図5(b)に示すように、マンガ
ンを用いて単結晶または単結晶に近いLiMn
微粒子を得ることができる。
In the above description of the embodiment,
Although the description has been made on the assumption that LiCoO 2 is produced, the present invention is not limited to this. Instead of cobalt, a simple substance or a mixture of manganese, nickel, and iron can be used. As shown in b), manganese can be used to obtain single-crystal or nearly single-crystal LiMn 2 O 4 fine particles.

【0050】(実施例1)前記図1に示す装置を用い
て、LiCoOの製造を実施した。容積10cm
SUS316製の反応管16を用いて実験を行った。原
料水溶液には、3.34mo1/リットルのLiOH
と、1.56mo1/リットルのCo(NOを用
いた。Co(NOの濃度を一定(0.097mo
1/リットル)とし、LiOHの量を変更して、Li/
Co比(1,5,10,15)に調製した。また、反応
管16内の酸素ガスの影響を調べるため、反応管16内
の気体の一部をアルゴン(48Pa=5ber)で置換
した場合の実験も行った。
Example 1 Using the apparatus shown in FIG.
And LiCoO2Was manufactured. Volume 10cm 3of
An experiment was performed using a reaction tube 16 made of SUS316. original
3.34mo1 / liter of LiOH
And 1.56 mo1 / liter of Co (NO3)2For
Was. Co (NO3)2Constant (0.097mo
1 / liter), and by changing the amount of LiOH,
The Co ratio was adjusted to (1, 5, 10, 15). Also the reaction
In order to investigate the effect of oxygen gas in the tube 16,
Part of the gas in the above was replaced with argon (48 Pa = 5 ber)
An experiment was also conducted in the case of doing this.

【0051】原料水溶液3.5cmを反応管16内に
仕込み、400℃に調製した金属塩溶融浴10内で一定
時間(7分または10分)反応させた。反応後、反応管
16を水浴に投入して反応を停止させた。反応液は吸引
濾過し、生成粒子を回収した。生成粒子の結晶構造は、
粉末XRD(X線画析)で測定した。また、生成粒子の
形状およびサイズは、TEMおよびSEMで観察した。
さらに、生成粒子を塩酸(6M)に溶解させ、ICPに
より定量し生成物の化学量論比Li/Coを求めた。反
応液のろ液を稀釈し、イオンクロマトグラフィーにより
硝酸イオンおよび亜硝酸イオン、フレーム原子吸光分光
光度計により残存LiおよびCoの濃度を定量した。
3.5 cm 3 of the raw material aqueous solution was charged into the reaction tube 16 and reacted in the metal salt melting bath 10 adjusted to 400 ° C. for a certain time (7 minutes or 10 minutes). After the reaction, the reaction tube 16 was put into a water bath to stop the reaction. The reaction solution was subjected to suction filtration to collect generated particles. The crystal structure of the resulting particles is
It was measured by powder XRD (X-ray analysis). The shape and size of the formed particles were observed by TEM and SEM.
Further, the resulting particles were dissolved in hydrochloric acid (6M) and quantified by ICP to determine the stoichiometric ratio Li / Co of the product. The filtrate of the reaction solution was diluted, and the concentrations of nitrate ion and nitrite ion were determined by ion chromatography, and the concentrations of residual Li and Co were determined by flame atomic absorption spectrophotometry.

【0052】実験条件および結果を表1に示す。なお、
この表1において、Li/Coモル比は、概略値であ
り、正確な値は、アルカリモル比の2倍である。また、
アルカリモル比は、[OH]/[NO3]比であ
り、相対強度は、XRDチャートのCoの最大ピ
ークとLiCoOの最大ピークの強度比である。ま
た、反応時間には、昇温時間が含まれている。
Table 1 shows the experimental conditions and results. In addition,
In Table 1, the Li / Co molar ratio is a rough value, and the exact value is twice the alkali molar ratio. Also,
The alkali molar ratio is the [OH ] / [NO 3 ] ratio, and the relative intensity is the intensity ratio between the maximum peak of Co 3 O 4 and the maximum peak of LiCoO 2 in the XRD chart. In addition, the reaction time includes a temperature raising time.

【0053】[0053]

【表1】 Li/Co比が5以上、アルカリモル比2.36以上
で、LiCoOが得られた。XRDチャートからCo
由来のピークが確認でき、反応性生物はLiCo
(Coは3価)とCo(Coは2価と3価)
との混合物であった。Co由来の最大ピークのL
iCoO最大ピークに対する相対強度は、XRDから
見ると、原料Li/Co比の増加と共に小さくなってい
る。従って、Li/Co比1〜15の範囲内では、比が
大きいほどLiCoOが生成されやすくなっている。
相対強度の小さい数値の粒子(反応時間7分、Li/C
o=15、air)、(反応時間10分、Li/Co=
15、air)中のLi/Co比を測定したところ、そ
れぞれ0.853、0.795であった。生成粒子がLi
CoOとCoのみと仮定すると、粒子中のLi
CoO収率はそれぞれ95mol%、93mol%と
高い値を示している。
[Table 1] LiCoO 2 was obtained at a Li / Co ratio of 5 or more and an alkali molar ratio of 2.36 or more. From XRD chart Co
A peak derived from 3 O 4 can be confirmed, and the reactive product is LiCo.
O 2 (Co is trivalent) and Co 3 O 4 (Co is divalent and trivalent)
Was a mixture with L of the largest peak derived from Co 3 O 4
The relative intensity with respect to the iCoO 2 maximum peak becomes smaller as the raw material Li / Co ratio increases when viewed from XRD. Therefore, in the range of the Li / Co ratio of 1 to 15, the larger the ratio, the more easily LiCoO 2 is generated.
Particles with small relative intensity (reaction time 7 minutes, Li / C
o = 15, air), (reaction time 10 minutes, Li / Co =
15, Air), the Li / Co ratio was measured to be 0.853 and 0.795, respectively. Generated particles are Li
Assuming only CoO 2 and Co 3 O 4 , Li in the particles
The CoO 2 yields are as high as 95 mol% and 93 mol%, respectively.

【0054】ここで、LiCoOの生成は、2価のC
oから3価のCoへの酸化を伴う。回収液中の亜硝酸イ
オン濃度は、相対強度の現象と共に増加している。この
ことから原料水溶液中の2価のCoは硝酸イオンに酸化
されることを示唆している。さらに、反応管16中の気
体をアルゴン(48Pa=5ber)で置換した結果か
ら、空気の存在により、LiCoOの収率が高くなる
ことがわかる。これより、空気中の酸素もCoの酸化に
役立っていることがわかる。さらに、SEM並びにTE
Mの観察結果によれば、生成粒子の径は400nm〜1
μm程度であり、かなりの微粒子であった。合成条件を
反応温度400℃、圧力30MPa、硝酸コバルト0.
05M、LiOH濃度0.5Mとした場合におけるLi
CoO微粒子の電子顕微鏡写真を図2、3に示す。図
2は倍率30000倍、図3は40000倍の写真であ
る。
Here, the production of LiCoO 2 is based on bivalent C
O is oxidized to trivalent Co. The nitrite ion concentration in the recovered liquid increases with the phenomenon of relative intensity. This suggests that divalent Co in the raw material aqueous solution is oxidized to nitrate ions. Furthermore, the result of replacing the gas in the reaction tube 16 with argon (48 Pa = 5 ber) shows that the presence of air increases the yield of LiCoO 2 . This indicates that oxygen in the air also contributes to the oxidation of Co. In addition, SEM and TE
According to the observation result of M, the diameter of the produced particles was 400 nm to 1 nm.
It was about μm, and it was a very fine particle. The synthesis conditions were as follows: reaction temperature 400 ° C., pressure 30 MPa, cobalt nitrate 0.
Li at a concentration of 0.5 M and a LiOH concentration of 0.5 M
Electron micrographs of the CoO 2 fine particles are shown in FIGS. FIG. 2 is a photograph at a magnification of 30,000 and FIG. 3 is a photograph at a magnification of 40,000.

【0055】従って、(i)Li/Co比をさらに高め
る、(ii)アルカリモル比を高める、(iii)硝酸
濃度を高めたり、その他酸化剤を添加する、などの手法
により、CoOを減少させ、単一相のLiCoO
が得られることがわかった。
Therefore, CoO 3 O 4 is obtained by a method such as (i) further increasing the Li / Co ratio, (ii) increasing the alkali molar ratio, (iii) increasing the nitric acid concentration, or adding other oxidizing agents. And a single-phase LiCoO
2 was obtained.

【0056】(実施例2)実施例1と同様の装置におい
て、原料水溶液にアンモニアを添加して、その影響を調
べた。条件および結果を表2に示す。反応時間10分、
反応温度400℃である。
(Example 2) In the same apparatus as in Example 1, ammonia was added to the raw material aqueous solution, and the effect was examined. Table 2 shows the conditions and results. Reaction time 10 minutes,
The reaction temperature is 400 ° C.

【0057】[0057]

【表2】 これより、アンモニアを添加することによって、Li/
CO比=1でもLiCoOが生成される。また、アン
モニアを添加した場合においても、原料水溶液中のLi
/Co比を大きくすることによって、LiCoOの収
率が上昇している。従って、アンモニアを添加すること
で、LiCoOの収率を上昇できることが確認でき
た。
[Table 2] From this, Li /
Even when the CO ratio is 1, LiCoO 2 is generated. In addition, even when ammonia is added, Li
Increasing the / Co ratio increases the yield of LiCoO 2 . Therefore, it was confirmed that the yield of LiCoO 2 can be increased by adding ammonia.

【0058】(実施例3)さらに、反応温度を200、
300、400℃に変更し、実験を行った。この実験条
件および結果を表3に示す。
Example 3 Further, the reaction temperature was set to 200,
The temperature was changed to 300 and 400 ° C., and an experiment was performed. Table 3 shows the experimental conditions and results.

【0059】[0059]

【表3】 これより、反応温度を低くすると、LiCoOが生成
しにくくなることが確認された。
[Table 3] From this, it was confirmed that when the reaction temperature was lowered, it was difficult to generate LiCoO 2 .

【0060】(実施例4)図6に本実施例4で用いたリ
チウム系複合金属酸化物を連続製造可能な流通方式の実
験装置の概略図を示す。原料のLiOH水溶液およびC
o(NO)あるいはMn(NO)水溶液をそれぞ
れHPLC用無脈流ポンプにより、流量4cm/mi
nで送液した。2つの溶液は混合点MP1にて混合し
た。一方、0.14M過酸化水素水溶液は、別のポンプ
により24cm/minで管型電気炉(星和理工社
製、FTO一6)23に送液され、そこで水溶液中のH
は完全に熱分解し、酸素一超臨界水とした。MP
1で混合されたLi−Co混合水溶液は、前記酸素一超
臨界水混合流体と混合点MP2にて接触し、急速に反応
温度まで昇温され、水熱反応が開始される。反応液は、
反応管22出口の2重管型の熱交換器21により冷却
後、インラインフィルタ24を通過させた後、背圧弁2
5にて降圧した。
Example 4 FIG. 6 is a schematic view of a flow type experimental apparatus capable of continuously producing the lithium-based composite metal oxide used in Example 4 of the present invention. Starting material LiOH aqueous solution and C
Each o (NO 3 ) 2 or Mn (NO 3 ) 2 aqueous solution was flowed at a flow rate of 4 cm 3 / mi by a non-pulsating pump for HPLC.
n. The two solutions were mixed at mixing point MP1. On the other hand, the 0.14 M aqueous hydrogen peroxide solution is sent to the tubular electric furnace (FTO-16, manufactured by Seiwa Riko Co., Ltd.) 23 at 24 cm 3 / min by another pump, where H in the aqueous solution is added.
2 O 2 was completely thermally decomposed into oxygen-supercritical water. MP
The Li—Co mixed aqueous solution mixed in 1 is brought into contact with the oxygen-supercritical water mixed fluid at the mixing point MP2, rapidly heated to the reaction temperature, and the hydrothermal reaction is started. The reaction solution is
After cooling by the double-tube heat exchanger 21 at the outlet of the reaction tube 22, the mixture was passed through the in-line filter 24,
At 5 the pressure dropped.

【0061】このような流通方式にて金属イオンにコバ
ルトを用いて連続的にLiCoOを製造した際の実験
結果について示す。
The experimental results when LiCoO 2 is continuously produced using cobalt as the metal ion in such a flow system will be described.

【0062】図7に亜臨界温度である350℃および超
臨界温度である400℃にて合成した生成物のXRDチ
ャートを示す。350℃では、コバルトの酸化状態が2
価と3価のCoが生成したのに対して、400℃
では単一相のLiCoOが生成した。これは亜臨界域
では、酸素ガスと水溶液が相分離し、コバルト(II)の
酸化反応が十分に進行しなかったためである。超臨界領
域では、酸素は水溶液と均一相を形成するため、コバル
ト(II)の酸化反応が速やかに進行し、LiCoO
生成する。
FIG. 7 shows an XRD chart of a product synthesized at a subcritical temperature of 350 ° C. and a supercritical temperature of 400 ° C. At 350 ° C., the oxidation state of cobalt is 2
400 ° C. while trivalent and trivalent Co 3 O 4 were produced.
Produced a single-phase LiCoO 2 . This is because the oxygen gas and the aqueous solution phase-separated in the subcritical region, and the oxidation reaction of cobalt (II) did not sufficiently proceed. In the supercritical region, oxygen forms a homogeneous phase with the aqueous solution, so that the oxidation reaction of cobalt (II) proceeds rapidly and LiCoO 2 is generated.

【0063】図8に前記流通方式の超臨界状態(400
℃)で合成した生成粒子のSEM写真を示す。参考のた
め、回分式反応器(低速昇温水熱合成法)により合成さ
れた粒子も合わせて示す。前記図4に示すように、炭酸
コバルトと炭酸リチウムの混合塩を焼成するセラミック
法で合成された粒子は1〜10μmとサイズもサイズ分
布も大きく、また凝集粒子である。また、回分法による
と、結晶としては結晶面の明確な単結晶ライクな粒子が
得られているが、粒子径分布が広く、また粒子径も必ず
しも十分に小さくない。これに対し本流通法で合成した
粒子は、1μm以下の微粒子で、かつその粒径範囲も
0.5〜1μmと粒子サイズ分布も比較的小さく、また
結晶面の明確な単結晶性微粒子が得られた。
FIG. 8 shows the supercritical state (400
C) shows a SEM photograph of the product particles synthesized at (° C). For reference, particles synthesized by a batch reactor (slow temperature rising hydrothermal synthesis method) are also shown. As shown in FIG. 4, the particles synthesized by the ceramic method of firing a mixed salt of cobalt carbonate and lithium carbonate have a large size and size distribution of 1 to 10 μm and are agglomerated particles. In addition, according to the batch method, single crystal-like particles with clear crystal faces are obtained as crystals, but the particle size distribution is wide and the particle size is not necessarily small enough. On the other hand, the particles synthesized by the present distribution method are fine particles of 1 μm or less, and the particle size range is 0.5 to 1 μm, the particle size distribution is relatively small, and single crystal fine particles with clear crystal faces are obtained. Was done.

【0064】また、前記コバルトと同様にマンガン系に
ついても実験を行った。得られた粒子のTEM観察およ
び電子線回折を行った結果、単結晶性が極めて高いこと
がわかった。また、得られたLiMnをリチウム
電池の正極材に使用し、充放電試験を行った結果を図9
に示す。従来のセラミック法で合成された粒子を用いた
ものに比較して充放電にともなう劣化が極めて低いこと
が判る。
Also, an experiment was conducted on a manganese-based material in the same manner as the above-mentioned cobalt. As a result of TEM observation and electron beam diffraction of the obtained particles, it was found that the obtained particles had extremely high single crystallinity. FIG. 9 shows the results of a charge / discharge test performed using the obtained LiMn 2 O 4 as a positive electrode material of a lithium battery.
Shown in It can be seen that the deterioration due to charging and discharging is extremely low as compared with those using particles synthesized by the conventional ceramic method.

【0065】以上、超臨界水熱合成を流通式装置を用
い、急速昇温させつつ超臨界水中での水熱合成を行うこ
とで、単結晶性の高いリチウム系複合金属酸化物微粒子
が得られることを見出した。また、リチウムイオン電池
正極材料として、この単結晶微粒子を用いることで、高
い電池出力を維持しつつ、従来にない極めて高い耐劣化
性が得られることを発見した。
As described above, by performing hydrothermal synthesis in supercritical water while rapidly increasing the temperature using a flow-through apparatus for supercritical hydrothermal synthesis, lithium-based composite metal oxide fine particles having high single crystallinity can be obtained. I found that. In addition, they have found that the use of the single crystal fine particles as a positive electrode material of a lithium ion battery can provide an unprecedented extremely high degradation resistance while maintaining a high battery output.

【0066】以上、本発明の実施形態を図面により前記
各実施例にて説明してきたが、本発明はこれら各実施例
に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない
範囲における変更や追加があっても本発明に含まれるこ
とは言うまでもない。
The embodiments of the present invention have been described in the above embodiments with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and may be modified or changed without departing from the gist of the present invention. Needless to say, the addition is included in the present invention.

【0067】また、前記本発明においては、主にリチウ
ム系複合金属酸化物をリチウムイオン電池の正極材料と
して用いた例を示しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、これらリチウム系複合金属酸化物はリ
チウムイオンを貯蔵・放出するための材料として、その
他の用途にも使用可能であり、本発明はこれらその他の
用途に使用されるリチウム系複合金属酸化物やその製造
方法としても適用可能であることは言うまでもない。
In the present invention, an example in which a lithium-based composite metal oxide is mainly used as a positive electrode material of a lithium ion battery is shown, but the present invention is not limited to this. The composite metal oxide can be used for other purposes as a material for storing and releasing lithium ions. The present invention relates to a lithium composite metal oxide used for these other uses and a method for producing the same. Needless to say, this is also applicable.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明は次の効果を奏する。The present invention has the following effects.

【0069】(a)請求項1の発明によれば、リチウム
系複合金属酸化物の少なくとも一部を単結晶構造とする
ことにより、該リチウム系複合金属酸化物表面の結晶欠
陥が抑制され、例えば、該リチウム系複合金属酸化物を
リチウムイオン電池の正極に用いた場合に、充電時にお
ける有機非水系電解質溶液に及ぼす酸化等の触媒的な効
果を抑制することが可能となり、これら有機非水系電解
質溶液の酸化劣化による充放電のサイクルにおける電気
容量の低下を防止できる。また、少なくとも一部を単結
晶構造とすることで、粒子の表面エネルギーを減少させ
ることができ、粒径を小さくしてもリチウム系複合金属
酸化物中の金属、特にはLiMnにおけるMnの
溶出を低く抑えることができる。
(A) According to the first aspect of the present invention, since at least a part of the lithium-based composite metal oxide has a single crystal structure, crystal defects on the surface of the lithium-based composite metal oxide are suppressed. When the lithium-based composite metal oxide is used for a positive electrode of a lithium-ion battery, it is possible to suppress catalytic effects such as oxidation on an organic non-aqueous electrolyte solution at the time of charging. It is possible to prevent a decrease in electric capacity in a charge / discharge cycle due to oxidative deterioration of the solution. Further, by making at least a part of the single crystal structure, the surface energy of the particles can be reduced, and even if the particle size is reduced, the metal in the lithium-based composite metal oxide, in particular, Mn in LiMn 2 O 4 Can be kept low.

【0070】(b)請求項2の発明によれば、金属成分
をニッケル、コバルト、マンガン、鉄の少なくとも1つ
とすることで、これら各金属は、資源的に比較的豊富で
あって安価にて入手可能であるため、安価にてリチウム
イオン電池を製造できる。
(B) According to the second aspect of the present invention, since the metal component is at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron, these metals are relatively abundant in resources and inexpensive. Because it is available, a lithium-ion battery can be manufactured at low cost.

【0071】(c)請求項3の発明によれば、平均粒径
を0.1〜1μmと従来に比較して小さくすることで、
リチウム系複合金属酸化物の表面積を増大させることが
でき、例えば、該リチウム系複合金属酸化物をリチウム
イオン電池の正極に用いた場合に、高い充放電速度を有
するリチウムイオン電池を提供できるばかりか、このよ
うに平均粒径を0.1〜1μmとすることで、バインダ
や導電材であるカーボン等との混合を比較的容易に実施
し、良好な正極材を得ることもできる。
(C) According to the third aspect of the invention, by reducing the average particle size to 0.1 to 1 μm as compared with the conventional one,
The surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased. For example, when the lithium-based composite metal oxide is used for a positive electrode of a lithium-ion battery, a lithium-ion battery having a high charge / discharge rate can be provided. By setting the average particle size to 0.1 to 1 μm, mixing with a binder, carbon as a conductive material, or the like can be performed relatively easily, and a favorable positive electrode material can be obtained.

【0072】(d)請求項4の発明によれば、少なくと
も一部に単結晶構造を有するリチウム系複合金属酸化物
を得るには、反応により生成する核の凝集を抑制すると
ともに、結晶表面での2次核発生を抑制する必要があ
り、結晶性を高めるために高温処理することが望ましい
が、高温、高圧の超臨界または亜臨界状態では、水は非
極性のガス状となり、非極性を有するリチウム系複合金
属酸化物の生成速度が著しく速くなるとともに溶存イオ
ン濃度が極めて低くなることから、2次核発生や過度の
結晶成長が生じ難く、よって単結晶構造を有するリチウ
ム系複合金属酸化物粒子を効率良く得られるばかりか、
生成する粒子径も小さくできる。また、200〜300
℃程度での水熱反応で合成された酸化物は、結晶内部や
結晶表面に結晶水や水酸基を含むことが一般的である
が、臨界点近傍の亜臨界状態や超臨界状態の水中での水
熱反応により合成または処理することで、結晶水や水酸
基を含まない結晶化度の高いリチウム系複合金属酸化物
を得ることができる。
(D) According to the fourth aspect of the present invention, in order to obtain a lithium-based composite metal oxide having a single crystal structure at least in part, aggregation of nuclei generated by the reaction is suppressed and the crystal surface It is necessary to suppress the generation of secondary nuclei, and it is desirable to perform high-temperature treatment to enhance the crystallinity. However, in a high-temperature, high-pressure supercritical or subcritical state, water becomes a nonpolar gaseous state, The generation rate of the lithium-based composite metal oxide is extremely high and the dissolved ion concentration is extremely low, so that secondary nucleation and excessive crystal growth are unlikely to occur, and therefore, the lithium-based composite metal oxide having a single crystal structure Not only can particles be obtained efficiently,
The size of the generated particles can be reduced. Also, 200-300
Oxides synthesized by hydrothermal reaction at about ℃ generally contain water of crystallization or hydroxyl groups inside the crystal or on the surface of the crystal, but in subcritical or supercritical water near the critical point. By synthesizing or treating by a hydrothermal reaction, it is possible to obtain a lithium-based composite metal oxide having high crystallinity and containing no crystallization water or hydroxyl group.

【0073】(e)請求項5の発明によれば、前記水溶
液を急速な昇温により迅速に超臨界または亜臨界状態と
して水熱反応を行うことにより、昇温中に生じる副反応
により目的とするリチウム系複合金属酸化物の収量が低
下したり、核の凝集や結晶表面での2次核発生により結
晶状態が悪化することを防止することができる。
(E) According to the fifth aspect of the present invention, the aqueous solution is rapidly brought into a supercritical or subcritical state by rapid temperature rise, and a hydrothermal reaction is carried out. It is possible to prevent the yield of the resulting lithium-based composite metal oxide from lowering, and prevent the crystal state from deteriorating due to aggregation of nuclei and generation of secondary nuclei on the crystal surface.

【0074】(f)請求項6の発明によれば、前記急速
な昇温を効率良く実施することができる。
(F) According to the invention of claim 6, the rapid temperature increase can be efficiently performed.

【0075】(g)請求項7の発明によれば、生成する
リチウム系複合金属酸化物の微粒径が増大することな
く、その単結晶化を向上させることができる。
(G) According to the seventh aspect of the invention, the single crystallization can be improved without increasing the fine particle size of the lithium-based composite metal oxide to be produced.

【0076】(h)請求項8の発明によれば、前記金属
イオンがリチウムイオンと反応してリチウム系複合金属
酸化物と成る際に、酸化によりその酸化数を適宜増やす
必要がある場合に、前記亜臨界または超臨界条件下にお
ける前記金属イオンの酸化を好適に実施することができ
る。
(H) According to the invention of claim 8, when the metal ion reacts with lithium ion to form a lithium-based composite metal oxide, it is necessary to appropriately increase the oxidation number by oxidation. The oxidation of the metal ions under the subcritical or supercritical conditions can be suitably performed.

【0077】(i)請求項9の発明によれば、亜臨界条
件下では、ガスが気泡となり相分離するため効果的な酸
化反応が得られないのに対し、超臨界水条件とすること
で、均一相で酸化反応を生じさせることが可能となり、
効果約に酸化反応を進行させることができる。
(I) According to the ninth aspect of the present invention, under subcritical conditions, gas becomes bubbles and phase separation occurs, so that an effective oxidation reaction cannot be obtained. , It is possible to cause an oxidation reaction in a homogeneous phase,
The oxidation reaction can be advanced to an effect.

【0078】(j)請求項10の発明によれば、前記水
溶液に水酸イオンを適宜添加してアルカリ性にすると、
昇温過程で生成されやすい副反応物質(例えば、Co
)が溶解されやすくなり、従って、これら昇温過程
において生成した副反応物質が反応生成物中に残留して
結晶品質に悪影響を及ぼしたり、目的とするリチウム系
複合金属酸化物の収率低下を防止することができる。
(J) According to the tenth aspect, when the aqueous solution is made alkaline by appropriately adding hydroxyl ions,
Side reactants (for example, Co 3
O 4 ) is easily dissolved, and thus, by-products generated during these heating processes remain in the reaction product to adversely affect the crystal quality, and the yield of the intended lithium-based composite metal oxide The drop can be prevented.

【0079】(k)請求項11の発明によれば、原料と
してのリチウムイオンとともに前記水酸イオンを添加す
ることができる。
(K) According to the eleventh aspect, the hydroxyl ions can be added together with lithium ions as a raw material.

【0080】(l)請求項12の発明によれば、急速昇
温することで前述のCoのような昇温時の不純物
酸化物の生成を抑制することが可能となり、添加すべき
水酸イオンの量をより低く押さえることが可能となり、
結晶への水酸基の取り込みを抑制することも可能とな
る。
(1) According to the twelfth aspect of the present invention, the rapid rise in temperature makes it possible to suppress the formation of impurity oxides such as the above-mentioned Co 3 O 4 at the time of temperature rise. It is possible to keep the amount of hydroxyl ions lower,
It is also possible to suppress the incorporation of hydroxyl groups into crystals.

【0081】(m)請求項13の発明によれば、昇温過
程で生成されやすい副反応物質(例えば、Co
等が溶解されやすくなり、従って、これら昇温過程にお
いて生成した副反応物質が反応生成物中に残留して結晶
品質に悪影響を及ぼしたり、目的とするリチウム系複合
金属酸化物の収率低下を防止することができる。
(M) According to the thirteenth aspect of the present invention, a side reactant (eg, Co 3 O 4 ) which is easily generated during the temperature raising process
Etc. are easily dissolved, and therefore, by-products generated during these temperature raising processes remain in the reaction product, adversely affecting the crystal quality, or reducing the yield of the target lithium-based composite metal oxide. Can be prevented.

【0082】(n)請求項14の発明によれば、目的と
するリチウム系複合金属酸化物を効率良く得ることがで
きる。
(N) According to the fourteenth aspect, the intended lithium-based composite metal oxide can be efficiently obtained.

【0083】(o)請求項15の発明によれば、金属成
分をニッケル、コバルト、マンガン、鉄の少なくとも1
つとすることで、これら各金属は、資源的に比較的豊富
であって安価にて入手可能であるため、安価にてリチウ
ムイオン電池を製造できる。
(O) According to the invention of claim 15, the metal component is at least one of nickel, cobalt, manganese and iron.
Thus, since each of these metals is relatively abundant in resources and can be obtained at low cost, a lithium ion battery can be manufactured at low cost.

【0084】(p)請求項16の発明によれば、2価の
コバルトイオンは容易に得ることが可能であり、水熱反
応時に酸化剤を存在させることで、前記2価のコバルト
イオンを3価のコバルトイオンに酸化しながらLiCo
を効果的に生成することができ、これら水熱反応が
為される前記亜臨界または超臨界に至る昇温を可能な限
り急速に行うことで、該昇温時に酸化剤が分解して、消
費されてしまうことを防止でき、より効果的な酸化反応
を実施することができる。
(P) According to the sixteenth aspect of the present invention, divalent cobalt ions can be easily obtained, and the presence of an oxidizing agent during the hydrothermal reaction reduces the divalent cobalt ions to three. LiCo while oxidizing to multivalent cobalt ions
O 2 can be generated effectively, and by performing the temperature increase to the subcritical or supercritical in which the hydrothermal reaction is performed as quickly as possible, the oxidizing agent is decomposed at the time of the temperature increase. , Can be prevented from being consumed, and a more effective oxidation reaction can be performed.

【0085】(q)請求項17の発明によれば、水溶液
中に存在するリチウムイオンをコバルトイオンに比較し
て過剰とすることで、目的とするLiCoOを効率良
く得ることができる。
(Q) According to the seventeenth aspect of the present invention, the target LiCoO 2 can be obtained efficiently by making the lithium ions present in the aqueous solution excessive compared to the cobalt ions.

【0086】(r)請求項18の発明によれば、リチウ
ムイオン濃度が比較的低濃度であるために、核の凝集等
により結晶状態が悪化することを適宜に防止でき、良好
な単結晶構造を有する微粒子を効率良く得ることができ
る。
(R) According to the eighteenth aspect of the invention, since the lithium ion concentration is relatively low, it is possible to appropriately prevent the crystal state from deteriorating due to aggregation of nuclei and the like. Can be efficiently obtained.

【0087】(s)請求項19の発明によれば、平均粒
径を0.1〜1μmと従来に比較して小さくすること
で、リチウム系複合金属酸化物の表面積を増大させるこ
とができ、よって高い充放電速度を有するリチウムイオ
ン電池を提供できるばかりか、このように平均粒径を
0.1〜1μmとすることで、バインダや導電材である
カーボン等との混合を比較的容易に実施し、良好な正極
材を得ることもできる。
(S) According to the nineteenth aspect, the surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased by reducing the average particle size to 0.1 to 1 μm as compared with the conventional one, Therefore, not only can a lithium-ion battery having a high charge / discharge rate be provided, but by setting the average particle size in this way to 0.1 to 1 μm, mixing with a binder or a conductive material such as carbon can be performed relatively easily. However, a good positive electrode material can be obtained.

【0088】(t)請求項20の発明によれば、回分方
式では昇温が低速となり、昇温時に酸化剤が分解し、酸
化反応が十分に生じないことから不純物が生成しやす
く、目的とするリチウム系複合金属酸化物を効率良く得
られないのに比較して、例えば前記亜臨界水または超臨
界水との接触等により昇温を高速にて実施でき、十分な
酸化反応を得ることができ、目的とするリチウム系複合
金属酸化物を効率良く得ることができるとともに、回分
方式に比較してより小さな粒径の微粒子を、安価にて製
造することができる。
(T) According to the twentieth aspect, in the batch method, the temperature rises at a low speed, and the oxidizing agent is decomposed at the time of the temperature rise, and the oxidation reaction does not sufficiently occur, so that impurities are easily generated. As compared with the case where a lithium-based composite metal oxide is not efficiently obtained, for example, the temperature can be increased at a high speed by contact with the subcritical water or supercritical water, and a sufficient oxidation reaction can be obtained. As a result, the intended lithium-based composite metal oxide can be efficiently obtained, and fine particles having a smaller particle size than the batch system can be produced at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造方法
を実施する実施例1〜3にて用いた製造装置の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a manufacturing apparatus used in Examples 1 to 3 for implementing a method for manufacturing a lithium-based composite metal oxide of the present invention.

【図2】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造方法
にて製造されたLiCoOの電子顕微鏡写真である。
FIG. 2 is an electron micrograph of LiCoO 2 produced by the method for producing a lithium-based composite metal oxide of the present invention.

【図3】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造方法
にて製造されたLiMn電子顕微鏡写真である。
FIG. 3 is an electron micrograph of LiMn 2 O 4 manufactured by the method of manufacturing a lithium-based composite metal oxide according to the present invention.

【図4】従来の固相法にて生成されたLiCoOの電
子顕微鏡写真である。
FIG. 4 is an electron micrograph of LiCoO 2 produced by a conventional solid-phase method.

【図5】(a)は、本発明の製造方法にて得られたLi
CoOの透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
(b)は、本発明の製造方法にて得られたLiMn
の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
FIG. 5 (a) shows Li obtained by the production method of the present invention.
Shows a transmission electron micrograph of CoO 2.
(B) is the LiMn 2 O obtained by the production method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a transmission electron micrograph of FIG.

【図6】本発明のリチウム系複合金属酸化物の製造方法
を実施する実施例4にて用いた流通方式の製造装置の構
成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a flow-type manufacturing apparatus used in Example 4 for implementing the method for manufacturing a lithium-based composite metal oxide of the present invention.

【図7】実施例4にて350℃と400℃の各温度にて
得られた酸化物のXRDチャートである。
FIG. 7 is an XRD chart of an oxide obtained at each temperature of 350 ° C. and 400 ° C. in Example 4.

【図8】実施例4の流通方式の製造装置並びに回分式の
製造装置にて得られたリチウム系複合金属酸化物を示す
顕微鏡写真である。
FIG. 8 is a photomicrograph showing a lithium-based composite metal oxide obtained by the flow-type production apparatus and the batch-type production apparatus of Example 4.

【図9】実施例4の流通方式の製造装置並びに従来のセ
ラミック法にて得られたLiMnを正極材に用い
たリチウム電池の電池容量の変化を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in battery capacity of a lithium battery using a LiMn 2 O 4 obtained by a conventional ceramic method and a LiMn 2 O 4 as a cathode material, which is obtained by a flow-type manufacturing apparatus of Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 金属塩溶融浴 12 ヒータ 14 熱電対 16 反応管 21 熱交換器 22 反応管 23 管型電気炉 24 インラインフィルタ 25 背圧弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal salt melting bath 12 Heater 14 Thermocouple 16 Reaction tube 21 Heat exchanger 22 Reaction tube 23 Tube type electric furnace 24 In-line filter 25 Back pressure valve

フロントページの続き Fターム(参考) 4G048 AA04 AB02 AC06 AD03 AD07 AE05 4G077 AA01 BC60 CB03 HA20 KA01 KA03 5H029 AJ01 AJ14 AK03 CJ00 CJ02 CJ28 DJ12 DJ16 DJ17 HJ02 HJ05 HJ10 HJ13 HJ14 5H050 AA01 AA19 BA17 CA08 CA09 FA12 FA17 FA19 GA02 GA27 HA02 HA05 HA10 HA13 HA14 HA20 Continued on the front page F-term (reference) 4G048 AA04 AB02 AC06 AD03 AD07 AE05 4G077 AA01 BC60 CB03 HA20 KA01 KA03 5H029 AJ01 AJ14 AK03 CJ00 CJ02 CJ28 DJ12 DJ16 DJ17 HJ02 HJ05 HJ10 HJ13 HJ14 FA17 GA17 A17A17A17 HA05 HA10 HA13 HA14 HA20

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチ
ウム系複合金属酸化物であって、その結晶構造の少なく
とも一部が単結晶構造を有することを特徴とするリチウ
ム系複合金属酸化物。
1. A lithium-based composite metal oxide capable of occluding and releasing lithium ions, wherein at least a part of the crystal structure has a single crystal structure.
【請求項2】 前記リチウム系複合金属酸化物中の金属
成分が、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄の少なくと
も1つである請求項1に記載のリチウム系複合金属酸化
物。
2. The lithium-based composite metal oxide according to claim 1, wherein the metal component in the lithium-based composite metal oxide is at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron.
【請求項3】 前記リチウム系複合金属酸化物が、平均
粒径約0.1〜1μmの微粉末である請求項1または2
に記載のリチウム系複合金属酸化物。
3. The lithium composite metal oxide is a fine powder having an average particle size of about 0.1 to 1 μm.
3. The lithium-based composite metal oxide according to item 1.
【請求項4】 リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチ
ウム系複合金属酸化物の製造方法であって、少なくとも
リチウムイオンと他の金属イオンとを超臨界または亜臨
界状態の水中にて水熱反応させ、少なくとも一部が単結
晶構造を有するリチウム系複合金属酸化物を製造するこ
とを特徴とするリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
4. A method for producing a lithium-based composite metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions, wherein at least lithium ions and other metal ions are hydrothermally reacted in water in a supercritical or subcritical state. And a method for producing a lithium-based composite metal oxide having a single crystal structure at least in part.
【請求項5】 水熱反応を、前記少なくともリチウムイ
オンと他の金属の金属イオンとを溶解する水溶液を超臨
界または亜臨界状態が得られる所定温度に急速に昇温さ
せて実施する請求項4に記載のリチウム系複合金属酸化
物の製造方法。
5. The hydrothermal reaction is performed by rapidly raising the temperature of an aqueous solution dissolving at least lithium ions and metal ions of another metal to a predetermined temperature at which a supercritical or subcritical state is obtained. 3. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to item 1.
【請求項6】 少なくとも前記他の金属の金属イオンを
溶解する水溶液を、亜臨界状態または超臨界状態の水或
いはリチウムイオンを含む亜臨界状態または超臨界状態
の水と直接混合することで急速な昇温を実施する請求項
5に記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
6. A rapid solution by directly mixing an aqueous solution in which at least the metal ion of the other metal is dissolved with subcritical or supercritical water or subcritical or supercritical water containing lithium ions. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 5, wherein the temperature is raised.
【請求項7】 リチウム系複合金属酸化物の微粒子が生
成後も亜臨界または超臨界条件下で所定時間水熱処理す
ることで、結晶微粒子を成長させずに結晶化度を向上さ
せる請求項4〜6のいずれかに記載のリチウム系複合金
属酸化物の製造方法。
7. The crystallinity is improved without growing crystal fine particles by subjecting the lithium-based composite metal oxide fine particles to hydrothermal treatment under a subcritical or supercritical condition for a predetermined time even after generation. 7. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to any one of 6.
【請求項8】 前記リチウムイオンと他の金属の金属イ
オンとを溶解する水溶液に酸化剤が溶解され、該酸化剤
が酸素ガス、オゾンガス、過酸化水素、硝酸イオンの単
体若しくは2種以上の混合体である請求項4〜7のいず
れかに記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
8. An oxidizing agent is dissolved in an aqueous solution for dissolving the lithium ion and a metal ion of another metal, and the oxidizing agent is a single or a mixture of two or more of oxygen gas, ozone gas, hydrogen peroxide, and nitrate ion. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to any one of claims 4 to 7, which is a body.
【請求項9】 前記酸化剤として酸素ガスまたはオゾン
ガスの少なくとも一方を用いる場合、水熱反応条件を超
臨界条件とする請求項8に記載のリチウム系複合金属酸
化物の製造方法。
9. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 8, wherein when at least one of oxygen gas and ozone gas is used as the oxidizing agent, hydrothermal reaction conditions are supercritical.
【請求項10】 前記急速昇温水熱反応を、水酸イオン
を適宜添加した条件下で行う請求項5〜9のいずれかに
記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
10. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 5, wherein the rapid heating hydrothermal reaction is performed under conditions to which hydroxyl ions are appropriately added.
【請求項11】 前記水酸イオンの添加は、水酸化リチ
ウムの添加にて実施する請求項10に記載のリチウム系
複合金属酸化物の製造方法。
11. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 10, wherein the addition of the hydroxide ion is performed by adding lithium hydroxide.
【請求項12】 前記水酸イオンを適宜添加した場合に
は、該水酸イオンが添加された水溶液を超臨界水と直接
混合させることで急速昇温する請求項10または11に
記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
12. The lithium system according to claim 10, wherein when the hydroxyl ions are appropriately added, the temperature is rapidly raised by directly mixing the aqueous solution to which the hydroxyl ions are added with supercritical water. A method for producing a composite metal oxide.
【請求項13】 前記水溶液に酸またはアルカリを適宜
添加して、水溶液のpHを酸性またはアルカリ性のいず
れかの状態として前記水熱反応を実施する請求項4〜1
2のいずれかに記載のリチウム系複合金属酸化物の製造
方法。
13. The hydrothermal reaction according to claim 4, wherein an acid or an alkali is appropriately added to the aqueous solution to adjust the pH of the aqueous solution to either an acidic or alkaline state.
3. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to any one of 2.
【請求項14】 前記水溶液中のアルカリモル比の値が
1〜20である請求項13に記載のリチウム系複合金属
酸化物の製造方法。
14. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 13, wherein the alkali molar ratio in the aqueous solution is 1 to 20.
【請求項15】 前記他の金属イオンが、ニッケル、コ
バルト、マンガン、鉄の少なくとも1つである請求項4
〜14のいずれかに記載のリチウム系複合金属酸化物の
製造方法。
15. The method according to claim 4, wherein the other metal ion is at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron.
15. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to any one of items 14 to 14.
【請求項16】 前記金属イオンが、2価のコバルトイ
オンであって前記酸化剤を共存させて水熱反応を行う場
合において、可能な限り急速に昇温を行う請求項15に
記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
16. The lithium system according to claim 15, wherein when the metal ion is a divalent cobalt ion and the hydrothermal reaction is performed in the presence of the oxidizing agent, the temperature is raised as quickly as possible. A method for producing a composite metal oxide.
【請求項17】 前記リチウムイオン/コバルトイオン
比の値を1〜20の範囲とする請求項15または16に
記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
17. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 15, wherein the value of the lithium ion / cobalt ion ratio is in the range of 1 to 20.
【請求項18】 前記水溶液中のリチウムイオン濃度範
囲が0.05mol/リットル〜2mol/リットルで
ある請求項4〜17のいずれかに記載のリチウム系複合
金属酸化物の製造方法。
18. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 4, wherein the concentration of lithium ions in the aqueous solution is 0.05 mol / L to 2 mol / L.
【請求項19】 前記水熱反応における反応条件は、生
成する少なくとも一部に単結晶構造を有するリチウム系
複合金属酸化物の平均粒径約が0.1〜1μmとなるよ
うに設定されている請求項4〜18のいずれかに記載の
リチウム系複合金属酸化物の製造方法。
19. The reaction conditions in the hydrothermal reaction are set such that the lithium-based composite metal oxide having a single crystal structure in at least a part thereof has an average particle size of about 0.1 to 1 μm. A method for producing a lithium-based composite metal oxide according to any one of claims 4 to 18.
【請求項20】 前記水熱反応によるリチウム系複合金
属酸化物の生成を連続的に実施する請求項4〜19のい
ずれかに記載のリチウム系複合金属酸化物の製造方法。
20. The method for producing a lithium-based composite metal oxide according to claim 4, wherein the lithium-based composite metal oxide is continuously produced by the hydrothermal reaction.
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