JP2004107095A - Method for manufacturing lithium transition metal compound oxide - Google Patents

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丹羽 一夫
Takeshi Kurihara
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a lithium transition metal compound oxide in which the content of iron powder or the like is reduced as much as possible. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the lithium transition metal compound oxide by pulverizing aqueous slurry containing at least one kind of compound of Mn, Co and Ni and a lithium compound in a wet pulverizing machine, spray drying and firing, iron powder or the like is removed by attracting with magnetic force from the aqueous slurry or the source compound used for the preparation of the aqueous slurry in the processes prior to spray drying. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は少なくともリチウム並びにマンガン、コバルト及びニッケルから選ばれた遷移金属を含むリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法に関するものである。本発明方法で得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、非水系リチウム二次電池の正極活物質として有用である。
【0002】
【従来の技術】
LiMnO、LiMn、LiCoO、LiNiOなどの、リチウムとマンガン、コバルト及びニッケルのいずれか1種の遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物;LiMnCo、LiMnNi、LiCoNi(いずれもX+Y=1)などのマンガン、コバルト、ニッケルの2種以上を含むリチウム遷移金属複合酸化物;更にはこれらのリチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属の一部を、アルミニウム、錫、銅、インジウムなどの他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物を、非水系リチウム二次電池の正極活物質として用いることは公知である。これらのリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム化合物とマンガンその他の金属化合物とを、所望のリチウム遷移金属複合酸化物の組成と等しい金属組成となるように配合し、配合物を均一な組成となるように十分に混合したのち、焼成することにより製造できることも公知である。配合物を均一な組成とする好適な方法の一つは、配合物を水性スラリーとしてボールミルやチューブミルなどで湿式粉砕することである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
リチウム遷移金属複合酸化物をリチウム二次電池の正極活物質として用いる際の問題点の一つは、リチウム遷移金属複合酸化物には、鉄粉やステンレス鋼粉などの磁性粉が混入していることがあることである。鉄粉などは主にこの複合酸化物の製造に用いたマンガン、ニッケル、コバルトその他の金属化合物に由来すると考えられるが、ステンレス鋼粉や一部の鉄粉などは、この複合酸化物の製造過程において装置などから混入したものと考えられる。いずれにしても、鉄粉などが混入しているリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いると、電池が正常に作動しないことがある。これは混入している鉄粉などがマイクロショートを発生させるためと考えられる。従って本発明は、リチウム遷移金属複合酸化物の製造に際し、得られる複合酸化物中への鉄粉などの磁性粉の混入を防止する方法を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕したのち焼成して、リチウム遷移金属複合酸化物を製造するに際し、遷移金属化合物として、混入している鉄粉などの磁性粉を予め磁力により吸引除去したものを用いるか、又は水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させて、水性スラリー中に混入している磁性粉を除去することにより、生成するリチウム遷移金属複合酸化物への鉄粉などの混入を防止することができる。なお、リチウム化合物は湿式粉砕に供する水性スラリー中に含有させずに、湿式粉砕を経た遷移金属化合物と混合して焼成に供してもよい。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明では、マンガン、コバルト及びニッケルよりなる群から選ばれた遷移金属化合物を、所望により他の金属化合物と共に水と混合して、水性スラリーとして湿式粉砕機で粉砕する。本発明の一態様では、この水性スラリーの調製に用いる金属化合物として、予め磁力により鉄粉などの磁性粉を吸引除去したものを用いる。これによりリチウム遷移金属化合物に混入する鉄粉などのうち、原料化合物に由来するものを除去することができる。この場合には原料の金属化合物の全てから予め磁力により鉄粉などを吸引除去しておくのが最も好ましいが、鉄粉などの混入源となる危険性の大きいマンガンなどの遷移金属化合物から、予め磁力により磁性粉を吸引除去しておくだけでも、相当の効果を挙げることができる。なお、原料化合物からの磁力による鉄粉などの吸引除去は、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物の組成となるように原料化合物を配合してから行ってもよく、また配合する前に行ってもよい。
【0006】
本発明の他の態様では、水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させることにより、水性スラリー中に混入している鉄粉などを吸引除去する。勿論、この2つの態様を併用することもできる。水性スラリーから混入している鉄粉などを吸引除去するのは、水性スラリーを調製してから湿式粉砕を終了するまでの任意の時点で行うことができるが、粉砕中又は粉砕後に行うのが好ましい。これにより原料の金属化合物の粒子内部に含有されていた鉄粉や、粉砕装置から混入した鉄粉やステンレス鋼粉なども除去することができる。
水性スラリーの調製に用いるマンガン化合物、コバルト化合物、及びニッケル化合物としては、リチウム遷移金属複合酸化物の原料として用い得ることが知られているものを用いればよい。例えばマンガン化合物としては、Mn、MnO、Mn、MnCO、Mn(NO、MnSO、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、酢酸マンガンなどの脂肪酸マンガン、オキシ水酸化マンガン、ハロゲン化マンガンなどを用いることができる。なかでもマンガンの価数が、リチウム遷移金属複合酸化物中のマンガンの価数に近いMn又はMnを用いるのが好ましい。特に好ましいのはMnである。
【0007】
ニッケル化合物としては、Ni(OH)、NiO、NiOOH、NiCO・2Ni(OH)・4HO、NiC・2HO、Ni(NO・6HO、NiSO、NiSO・6HO、脂肪酸ニッケル、ハロゲン化ニッケルなどを用いることができる。これらのなかでも、Ni(OH)、NiO、NiOOH、NiCO・2Ni(OH)・4HO、NiC・2HOなどを用いるのが好ましい。特に好ましいのは、Ni(OH)、NiO、NiOOHなどである。
【0008】
コバルト化合物としては、Co(OH)、CoO、Co、Co、Co(OAc)・4HO、CoCl、Co(NO・6HO、Co(SO・7HOなどを用いることができる。好ましくはCo(OH)、CoO、Co、Coなどを用いる。特に好ましいのはCo(OH)である。
【0009】
水性スラリー中には、上記のマンガン、コバルト及びニッケルよりなる群から選ばれた遷移金属化合物以外に他の金属化合物も含有させて、最終的に得られるリチウム遷移金属複合酸化物において上記の遷移金属の一部をこの金属で置換させることもできる。このような金属(以下、これを置換金属ということがある)としては、ホウ素、アルミニウム、錫、銅、チタン、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、カルシウム、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、アンチモン、ルテニウム、鉛、ハフニウム及びタンタルなどを挙げることができる。これらのうちでも好ましいのは、アルミニウム、マグネシウム、バナジウムなどであり、特に好ましいのはアルミニウムである。これらの置換金属は酸化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、ジカルボン酸塩、脂肪酸塩などとして水性スラリー中に含有させればよい。遷移金属の一部をこれらの置換金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物は、非水系リチウム二次電池の正極活物質として用いた場合、非置換のものよりも優れた特性を発現することがある。水性スラリー中の遷移金属相互の比率や遷移金属と置換金属との比率は、最終的に得られるリチウム遷移金属複合酸化物の組成と一致させる。具体的な組成比は、最終的に得られるリチウム遷移金属複合酸化物に所望の特性により選択する。例えば遷移金属としてマンガンを用いた場合には、マンガンと置換金属の合計に対して置換金属は少なくとも2.5原子%、通常は5原子%以上存在させるのが好ましい。しかし置換金属の比率が高くなり過ぎると、これを正極活物質とする電池の容量が低下するので、置換金属の比率は一般的には30原子%以下、特に20原子%以下とするのが好ましい。また遷移金属がコバルトの場合には、コバルトと置換金属との合計に対して置換金属が25原子%以下となるようにするのが好ましい。
【0010】
最終的に得られるリチウム遷移金属複合酸化物を構成するリチウムも、水性スラリー中に含有させておいてもよい。リチウム化合物としては、LiCO、LiNO、LiOH、LiOH・HO、LiCl、LiI、LiO、ジカルボン酸リチウム、クエン酸リチウム、酢酸リチウムなどの脂肪酸リチウム、アルキルリチウムなどを用いればよい。これらのなかでもLiCO、LiNO、LiOH・HO、酢酸リチウムなどの水溶性のリチウム化合物を用いるのが好ましい。特に好ましいのはLiOH・HOである。遷移金属(置換金属を含む場合には遷移金属と置換金属との合計)に対するリチウムの好適な比率は、遷移金属により異なる。例えば遷移金属がマンガンの場合には、マンガンに対するリチウムの原子比は通常40〜60原子%である。45〜55原子%、特に50〜55原子%であるのが好ましい。遷移金属がニッケルやコバルトの場合には、これらに対するリチウムの原子比は100〜110原子%であるのが好ましい。リチウムの比率が小さいとリチウム遷移金属複合酸化物の層状岩塩構造の岩塩ドメインが大きくなる。逆にリチウムの比率が大きいと、リチウム遷移金属複合酸化物のニッケルやコバルトサイトにリチウムが置換する。なお、遷移金属を2種ないし3種併用する場合には、主たる遷移金属に対するリチウムの原子比に準じてリチウムの比率を決定すればよい。例えばニッケルに少量のマンガンを併用する場合には、(ニッケル+マンガン+置換金属)に対して100〜110原子%のリチウムを用いるのが好ましい。
【0011】
水性スラリー中に占める上記の金属化合物の比率は通常は10重量%以上であり、12.5重量%以上であるのが好ましい。金属化合物の比率が小さいと生産効率が低下し、かつ後の工程で水性スラリーを噴霧乾燥したときに生成する球状粒子が破損しやすくなる。また金属化合物の比率が高すぎると、取扱いが困難となり、かつ水性スラリーの均一性を保ち難くなるので、上限は50重量%以下、特に35重量%以下とするのが好ましい。
【0012】
水性スラリーを粉砕する湿式粉砕機としては、ボールミルやチューブミル等の媒体攪拌型粉砕機を用いればよい。粉砕はスラリーの固形物の平均粒子径が2μm以下となるように行う。平均粒子径が1μm以下、特に0.5μm以下となるように行うのが好ましい。スラリー中の固形物の平均粒子径が大きいと、後の噴霧工程で得られた粒子の球形度が低下し、粉体充填密度が小さくなる傾向がある。また更に大きな問題として、焼成工程での反応性が低下する。スラリー中の固形物の平均粒子径は小さいほど好ましいが、粉砕費用を考慮すると平均粒子径が0.01μmよりも小さくする必要は無い。費用と効果の点よりして粉砕は平均粒子径が0.05μm以上、特に0.1μm以上となるように行うのが好ましい。
【0013】
水性スラリーからの磁力による磁性粉の吸引除去は、湿式粉砕に供する前、湿式粉砕中、及び湿式粉砕後の任意の段階で行うことができる。通常は湿式粉砕中ないしは湿式粉砕後に行う。これにより原料化合物の粒子内部に含まれていた鉄粉などや、湿式粉砕装置から混入した鉄粉やステンレス鋼粉なども吸引除去することができる。
【0014】
水性スラリー中の磁性粉を十分に除去するには、水性スラリーを磁性粉を除去する装置を2回以上通過させることが好ましく、3回以上通過させるのが更に好ましい。通過回数の上限は任意であるが、通常は20回以下でよく、10回以下で十分なことが多い。磁性粉の除去装置としては磁気マトリックスを備えた市販の磁力磁選機を用いることができ、磁気マトリックス内を0.01m/秒ないし2m/秒、特に0.05m/秒ないし0.5m/秒で水性スラリーを通過させるのが好ましい。
【0015】
磁気マトリックスの磁束密度は、鉄粉などは吸着するが水性スラリー中の遷移金属、置換金属、リチウムなどの化合物は吸着しない強さでなければならない。鉄粉や水性スラリー中に通常含有されている金属化合物が吸着される磁束密度は表1のとおりである。6000ガウス以上とは、6000ガウスでは吸着されなかったことを示す。またSUS粉(焼成)とはステンレス鋼粉を900℃で10時間焼成したものである。なお測定は、試料の粉末を水平に敷いた紙の上におき、これにネオジム磁石(表面磁束密度6000ガウス)を上方10cmの位置から徐々に下げて試料に近づけていき、試料が磁石に吸い寄せられたときの、紙の表面の磁束密度をカネテック社製磁力計(TM501)で測定することにより行った。
【0016】
【表1】

Figure 2004107095
【0017】
磁力磁選機の磁気マトリックスの磁束密度は、鉄粉を除去するためには100ガウス以上、特に200ガウス以上とするのが好ましい。ステンレス鋼粉も除去するには400ガウス以上、特に700ガウス以上とするのが好ましい。鉄粉などを十分に除去し、かつ他の金属化合物を吸着させないためには、磁気マトリックスの磁束密度は1000ガウス以上で、上限は水性スラリー内に含有されている金属化合物が吸着される磁束密度未満、特に金属化合物が吸着される磁束密度よりも100ガウス以上低い磁束密度とするのが好ましい。
【0018】
本発明の好ましい一態様では、粉砕工程中に湿式粉砕機から水性スラリーの一部を抜出し、これを磁力による磁性粉の除去装置を通過させたのち湿式粉砕機に戻すことにより磁性粉の除去を行う。一般に水性スラリーは湿式粉砕中に摩擦熱により高温となり、これに伴って粘度が上昇する。従って湿式粉砕に際しては、湿式粉砕機から水性スラリーの一部を抜出し、これを冷却コイルや冷却ジャケットなどを備えた貯槽を経由して湿式粉砕機に戻す循環操作を行うことにより、湿式粉砕機の水性スラリーの温度を20〜50℃、特に25〜40℃に制御するのが好ましい。水性スラリーの温度は、貯槽の冷却コイルや冷却ジャケットに供給する冷却水の温度や水量を制御することにより容易に調節できる。各期間などで周囲の温度が低い場合には、循環速度の如何によっては循環路からの自然放熱により、冷却水で冷却しなくても上記の温度範囲に維持することが可能な場合もある。この水性スラリーの冷却のための循環路に磁性粉の除去装置を設置すると、水性スラリーの冷却と、水性スラリーからの鉄粉などの除去とを同時に行うことができる。すなわちこの方法によれば、湿式粉砕機から発生したステンレス鋼粉や、粉砕に伴い原料の金属化合物の粒子から放出された鉄粉などは、水性スラリーの循環に伴って逐次磁性粉の除去装置で除去されていくので、粉砕終了後に改めて水性スラリーを磁性粉の除去装置に通過させて鉄粉などを除去する必要が無い。なお、粉砕中に湿式粉砕機から水性スラリーの一部を抜出して磁性粉の除去装置を通過させる場合には、前述の通過回数は下記式で算出する。
【0019】
【数1】
通過回数=除去装置を通過した水性スラリー量/湿式粉砕系内の水性スラリー

【0020】
湿式粉砕機で所望の平均粒子径にまで粉砕した水性スラリーは、噴霧乾燥して粉体とするのが好ましい。噴霧乾燥は水性スラリーの粘度が50mPa・S以上かつ3000mPa・S以下で行うのが好ましい。粘度がこれより小さいと生成する粉体の粒径が小さくなりすぎたり、粉体が破損しやすくなったりする。また、粘度がこれよりも大きいと水性スラリーの取扱いが困難となる。水性スラリーの粘度の下限は100mPa・S以上、特に200mPa・S以上であるのが好ましく、また上限は2000mPa・S以下、特に1600mPa・S以下であるのが好ましい。なお、水性スラリーの粘度はBM型粘度計を用いて行う。すなわち室温において粘度計のローターを水性スラリー中で回転させ、その回転軸にかかる抵抗力(捻れの力)から粘度を算出する。
【0021】
水性スラリーの噴霧乾燥そのものは常法に従って行えばよい。例えばノズルから高速で噴出する気流中に水性スラリーを供給して、液滴として飛散・乾燥させる方法を採用することができる。気流としては通常は空気流を用い、100m/秒以上で噴出させる。噴出速度が小さいと適切な液滴の形成が困難である。気流の噴出速度は200m/秒以上、特に300m/秒以上であるのが好ましい。またその上限は通常は1000m/秒以下である。ノズルとしては例えば特許第2797080号に記載されているものを用いればよい。好ましくは図2に示すような四流体ノズルを用いる。噴霧乾燥は生成する粉体の平均粒子径が50μm以下、特に30μm以下となるように行うのが好ましい。しかし平均粒子径があまり小さいものは製造が困難であり、かつ粒子径が小さいことに伴う利点もないので、平均粒子径は4μm以上、特に5μm以上となるように噴霧乾燥を行うのが好ましい。なお、噴霧乾燥機に導入する乾燥ガスの温度は通常は下限が50℃以上、好ましくは70℃以上であり、上限は120℃以下、好ましくは100℃以下である。乾燥ガスの温度が低過ぎると、噴霧乾燥機内部で結露が生じて、粉体が固着したり閉塞が生じたりする。また温度が高過ぎると得られる粉体に中空のものが多くなり、粉体の充填密度が低下するようになる。
【0022】
噴霧乾燥により得た粉体は、次いで焼成してリチウム遷移金属複合酸化物に転換する。水性スラリー中にリチウム化合物を含有させなかったり、少量しか含有させなかった場合には、噴霧乾燥により得た粉体にリチウム化合物の粉体を配合し、よく混合して均一組成として焼成する。リチウム化合物としては、前述したものを用いればよい。リチウム化合物は平均粒子径で500μm以下、好ましくは100μm以下に粉砕して用いる。平均粒子径が小さいほど遷移金属化合物との均一混合が容易であり、また焼成に際しての反応も良好に進行する。従ってリチウム化合物はできるだけ小粒径に粉砕するのが好ましく、50μm以下、更には20μm以下に粉砕するのが好ましい。最も好ましいのは5μm以下に粉砕することである。しかし粒径が小さくなるほど粉砕に伴う効果は漸減し、かつ粉砕費用も嵩むので、0.01μmよりも小さくするのは有利ではない。通常は0.1μm以上、特に0.2μm以上となるように粉砕する。費用と効果の点よりして0.5μm以上となるように粉砕するのが最も好ましい。焼成は常法に従って行えばよい。焼成装置としては箱型炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルンなど常用の焼成装置を用いることができる。また焼成温度などは、目的とするリチウム遷移金属複合酸化物に応じて適宜選択すればよい。例えば遷移金属がマンガンの場合には、酸素雰囲気下600〜900℃で焼成したのち、500℃以下まで10℃/分以下の速度で徐冷する方法や、600〜900℃で空気又は酸素雰囲気下で焼成したのち、400℃程度の温度で酸素雰囲気下に焼鈍する方法などが挙げられる。焼成方法については特開平9−259880、306490、306493号公報などに詳しく説明されている。生成するリチウムマンガン複合酸化物は、LiMnを基本組成とするスピネル構造のマンガン酸リチウム、又はLiMnOを基本組成とする層状構造のマンガン酸リチウムであるが、スピネル型のものの方が製造が容易であり、かつ正極活物質として用いた場合のサイクル特性も優れているので好ましい。
焼成により生成するスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物の好ましい組成の一つは下記式で表される。
【0023】
【数2】
LiMn2−aMaO
【0024】
(MはB、Al、Sn、Cu、Ti、Zn、Co及びNiよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0<b≦1.5、0<a≦1)
なかでも好ましいのは下記式で表されるものである。
【0025】
【数3】
LiMn2−xAl
【0026】
(0<X≦1.0、0.9≦Y≦1.1)
なお、上記のいずれの式においても酸素の量は変動し得る。
遷移金属がニッケルやコバルトである場合には、空気又は酸素雰囲気中で700℃ないし1050℃で焼成すればよい。焼成温度の下限は725℃、特に750℃であるのが好ましく、また上限は1000℃以下、特に950℃以下であるのが好ましい。最も好ましい焼成温度は800〜900℃である。また結晶欠陥が少ないリチウム遷移金属複合酸化物を得るには、焼成後は徐冷、例えば5℃/分以下の速度で徐冷するのが好ましい。焼成時間は上記の温度で通常は30分間以上であればよく、長くても50時間以下で十分である。なお、焼成時間が長すぎると後の工程で解砕が困難になることがあるので、25時間以下、特に20時間以下であるのが好ましい。一般に最も好ましい焼成時間は7〜15時間である。焼成により生成するリチウムニッケル複合酸化物の好ましい組成の一つは下記式で表される。
【0027】
【数4】
LiNi(1−Y)
【0028】
(QはCo、Al、Mg、Ga、Ti及びCaよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0<X≦1.2、0.5≦Y<1.0)
なかでも好ましいのは下記式で表されるものである。
【0029】
【数5】
LiNiCoQ′(1−Y−Z)
【0030】
(Q′はCo、Al、Mg、Ga、Ti及びCaよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0<X≦1.2、0.5≦Y<1.0、0<Z≦0.5)
また、遷移金属としてニッケルとマンガンを併用する場合には、下記式で表されるものであるのが好ましい。
【0031】
【数6】
LiNiMn(1−Y−Z)
【0032】
(QはCo、Al、Mg、Ga、Ti及びCaよりなる群から選ばれた少なくとも1種であり、0<X≦1.2、1≦Y/Z≦9、0<(1−Y−Z)≦0.5)
また、焼成により生成するリチウムコバルト遷移金属複合酸化物の好ましい組成の一つは下記式で表される。
【0033】
【数7】
LiCo1−Y
【0034】
(AはB、Mg、Si、Cu、Ti、V、Mn、Ni、Sn、Zr、Sb、Nb、Ru、Pb、Hf及びTaよりなる群から選ばれた少なくとも1種を表し、0<X≦1.2、0≦Y≦0.25)
焼成により得られたリチウム遷移金属複合酸化物は解砕して、正極活物質とする。解砕はボールミル、ジェットミル、ピンミルなどを用いて、平均粒子径が100μm以下、好ましくは50μm以下となるように行う。解砕したリチウム遷移金属複合酸化物はそのまま正極活物質として用いることもできるが、分級して大粒径のものを除去するのが好ましい。通常は重力、慣性力、遠心力などを用いる気流分級機により、粒径が100μm以下、特に50μm以下のものを取得するのが好ましい。また、これらの解砕や分級工程においても装置から鉄粉などが混入することがあるので、これらの工程の後で再び磁力による鉄粉などの除去を行うのが好ましい。除去装置としては水性スラリー中の鉄粉などの除去に用いたものと同様のものを用いればよい。
【0035】
なお、本明細書において、スラリー中の固形分の平均粒子径、噴霧乾燥後の粉体の平均粒子径、及びリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒子径は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定する。この方法ではスラリー又は粉体を分散媒に分散させ、この試料溶液にレーザー光を照射し、粒子に入射されて散乱(回折)した散乱光をディテクタで検出する。検出された散乱光の散乱角θ(入射方向と散乱方向の角度)は、大きい粒子の場合は前方散乱(0<θ<90゜)となり、小さい粒子の場合は側方散乱又は後方散乱(90゜<θ<180゜)となる。測定された角度分布値から、入射光波長及び粒子の屈折率等の情報を用いて粒子径分布を算出する。更に得られた粒子径分布から平均粒子径を算出する。測定の際に用いる分散媒としては、例えば0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を挙げることができる。
【0036】
本発明で得られるリチウム遷移金属複合酸化物はリチウム二次電池の正極の活物質として用いるのに好適である。
正極は、通常は上記の正極活物質と結着剤と導電剤とを含有するスラリーを集電体上に塗布・乾燥することで形成することができる。塗布・乾燥により形成される活物質層中の正極活物質の割合は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であり、通常99.9重量%以下、好ましくは99重量%以下である。正極活物質が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となる。
【0037】
導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等を用いることができる。活物質層中の導電剤の割合は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上であり、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。導電剤が多すぎると容量の面で不十分となり、少なすぎると電気導電性が不十分になる。
【0038】
また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等のフッ素系高分子の外、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、さらに好ましくは5重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは40重量%以下である。多すぎると容量の面で不十分となり、少なすぎると強度が不十分になる。
【0039】
また、スラリーを調製する際に使用する溶媒としては、通常は結着剤を溶解あるいは分散する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスでスラリー化する場合もある。
【0040】
活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。
集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属が用いられ、好ましくはアルミニウムである。
なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、電極材料の充填密度を上げるためローラープレス等により圧密化するのが好ましい。
【0041】
本発明の非水系リチウム二次電池に使用する負極活物質としては、炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、天然ないし人造の黒鉛、石油系コークス、石炭系コークス、石油系ピッチの炭化物、石炭系ピッチの炭化物、フェノール樹脂・結晶セルロース等樹脂の炭化物およびこれらを一部炭化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、あるいはこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。負極活物質は、通常、結着剤及び必要に応じて導電剤とともにスラリーとし、集電体上に塗布・乾燥して負極とする。リチウム金属そのものや、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金を負極として用いることもできる。負極に使用する結着剤や導電剤としては、正極に使用するものと同様のものを用いればよい。
【0042】
負極の活物質の厚さは、通常10〜200μm程度である。
負極の集電体としては、通常は銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属が用いられ、好ましくは銅である。
非水系電解液としては、各種の電解塩を非水系溶媒に溶解したものを用いることができる。
非水系溶媒としては、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、ハロゲン化炭化水素類、アミン類、エステル類、アミド類、燐酸エステル化合物等を使用することができる。これらの代表的なものとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、燐酸トリメチル、燐酸トリエチル等を挙げることができ、これらを単独又は二種類以上の混合溶媒として用いればよい。
【0043】
上述の非水系溶媒の中でも、電解質を解離させるために高誘電率溶媒を使用するのが好ましい。高誘電率溶媒とは、概ね25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒のなかでも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びそれらの水素原子をハロゲン等の他の元素またはアルキル基等で置換した化合物を電解液中に含有させるのが好ましい。高誘電率溶媒の電解液中に占める割合は、通常20重量%以上、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。該高誘電率溶媒の含有量が少ないと、所望の電池特性が得られない場合がある。
【0044】
電解塩としては、従来公知のいずれもが使用でき、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiCl、LiBr、LiCHSO、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等のリチウム塩が用いられる。
【0045】
また、CO、NO、CO、SO等のガスやポリサルファイドSx2−、ビニレンカーボネート、カテコールカーボネートなど負極表面にリチウムイオンの効率よい充放電を可能にする良好な皮膜を生成する添加剤を任意の割合で電解液中に存在させてもよい。
なお、電解液の代わりに、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。また、上記電解液を、高分子によって非流動化した半固体状電解質を用いることもできる。リチウム二次電池においては、正極と負極との間に、上記のような様々な材料によって電解質層を設けることができる。
【0046】
正極と負極との間には、通常セパレータが設けられる。セパレータとしては、微多孔性の高分子フィルムが用いられ、その材質としては、ナイロン、ポリエステル、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン系高分子を挙げることができる。また、ガラス繊維等の不織布フィルター、さらにはガラス繊維と高分子繊維の複合不織布フィルター等も用いることができる。セパレータの化学的及び電気化学安全性は重要な因子であり、この点から材質としては、ポリオレフィン系高分子が好ましく、特に、電池セパレータの目的の一つである自己閉塞温度の点からポリエチレン製であることが好ましい。
【0047】
ポリエチレン製セパレータの場合、高温形状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、更に好ましくは100万、最も好ましくは150万である。他方分子量の上限は、好ましくは500万、更に好ましくは400万、最も好ましくは300万である。分子量が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱されたときにセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。
【0048】
【実施例】
以下実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、SUSはステンレス鋼を示す。
実施例1
Mn 10gに対し、粒径100μm程度の鉄粉1gを混合したものを試料とした。この試料を紙上に拡げ、磁束密度が6000ガウスの磁石を、試料が受ける磁力が2000ガウスになるまで上から近づけた。この状態で紙を5分間左右に揺らした。その結果、鉄粉1gが磁石により回収された。
【0049】
実施例2
鉄粉の代わりに、粒径100μm程度のSUS粉(未焼成)1gを混合したものを試料とした以外は、実施例1と同様にして磁石による磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
実施例3
鉄粉の代わりに、粒径100μm程度のSUS粉(焼成)1gを混合したものを試料とした以外は、実施例1と同様にして磁石による磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(焼成)1gが回収された。
【0050】
実施例4
磁石を試料が受ける磁力が500ガウスとなるまで近づけた以外は、実施例1と同様にして磁石による磁性粉の回収を行った。鉄粉1gが回収された。
実施例5
Mn 10gの代わりに、Ni(OH) 10gを用いたものを試料とし、磁石を試料が受ける磁力が2500ガウスになるまで近づけた以外は、実施例2と同様にして磁石による磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
【0051】
実施例6
Mn 10gの代わりに、Co(OH) 10gを用いたものを試料とし、磁石を試料が受ける磁力が2000ガウスになるまで近づけた以外は、実施例2と同様にして磁石による磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
実施例7
Mn、AlOOH、LiOH・HOを、それぞれ最終的なスピネル型リチウムマンガン複合酸化物の組成で、Li:Mn:Al=1.04:1.84:0.12(原子比)となるように混合したもの10gに、粒径100μm程度の鉄粉1gを混合したものを試料とした。この試料を紙上に拡げ、磁束密度が6000ガウスの磁石を、試料が受ける磁力が2000ガウスになるまで上から近づけた。この状態で紙を5分間左右に揺らした。その結果、鉄粉1gが磁石により回収された。
【0052】
実施例8
Mn、AlOOH、LiOH・HOを、それぞれ最終的なスピネル型リチウムマンガン複合酸化物の組成で、Li:Mn:Al=1.04:1.84:0.12(原子比)となるように混合したものに純水を加えて、固形分濃度30重量%のスラリーを調製した。得られたスラリーを循環式媒体撹拌型湿式粉砕器にかけ、スラリー中の固形分の平均粒子径が0.3μmになる迄粉砕した。粉砕後のスラリー40mlと粒径100μm程度の鉄粉1gを50mlビーカーに入れ撹拌した後、50mm×10mm×10mmで磁束密度が2200ガウスのアルニコ磁石で5分間撹拌した。その結果、鉄粉1gが磁石により回収された。この操作を繰り返し、鉄粉を回収した後のスラリー1リットルを作成した。このスラリーを液滴微細化機構を有するノズルを設けたスプレードライヤー(藤崎電機株式会社製、マイクロミストドライヤーMDP−050、ノズルタイプはサークルエッジノズル、乾燥塔寸法は2500mmφ×4800mmH)を用いて、噴霧乾燥を行った。
【0053】
乾燥塔への乾燥ガス導入量は23m/分、乾燥ガス入口温度は90℃とした。また、噴霧ノズルとしては、直径30mmφで、360°(環状)方向に水平噴霧可能な型式のものを使用し、ノズルのスラリー出口クリアランスを600μm、スラリーを微細化する為の加圧気体流出口のクリアランスを350μmに設定した。スラリー供給速度は、560g/分、加圧気体流の供給速度は1200L/分とした(気体流のガス線速は330m/秒)。排気ガス温度は45℃であった。
噴霧乾燥により得た粒子を900℃で10時間焼成し、リチウムマンガン複合酸化物を得た。この複合酸化物をボールミルで5分間解砕した。その結果、平均粒子径9μmのほぼ球状の粒子が得られた。X線回折したところ、立方晶のスピネル型リチウムマンガン複合化合物の構造を有していることが確認された。
【0054】
実施例9
Mn 10gの代わりに、Li1.04Mn1.84Al0.12 10gを用いたものを試料とし、磁石を試料が受ける磁力が2500ガウスになるまで近づけた以外は、実施例2と同様にして磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
【0055】
実施例10
Mn 10gの代わりに、Li1.04Ni0.8Co0.15Al0.05 10gを用いたものを試料とし、磁石を試料が受ける磁力が4000ガウスになるまで近づけた以外は、実施例2と同様にして磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
【0056】
実施例12
Mn 10gの代わりに、LiCoO 10gを用いたものを試料とし、磁石を試料が受ける磁力が5000ガウスになるまで近づけた以外は、実施例2と同様にして磁性粉の回収を行った。その結果、SUS粉(未焼成)1gが回収された。
【0057】
実施例13
Mn、AlOOH、LiOH・HOを、それぞれ最終的なスピネル型リチウムマンガン複合酸化物の組成で、Li:Mn:Al=1.04:1.84:0.12(原子比)となるように混合したもの792gと、粒子径2〜10μmのSUS粉(未焼成)8gとを、脱塩水3200gに混合して固形分濃度20重量%の水性スラリーを調製した。この水性スラリーを長さが0.5mで、かつ磁束密度が2000ガウスのマトリックスを有する日本エリーズマグネチックス(株)社製L−4湿式高磁力磁選機に0.3m/秒の速度で3回通過させた。その結果を図1に示す。
【0058】
縦軸のSUS粉除去率とは、上記水性スラリーを高磁力磁選機に通過させることにより回収されたSUS粉の重量の、水性スラリーに含まれていたSUS粉の重量8gに対する百分率である。
測定の方法は、まず、マトリックスの付着物を水洗して回収し、その回収物を乾燥機で乾燥し粉末を得た。この粉末を塩酸で溶解してから、ICP分光分析により、粉末中の鉄元素の重量を測定した。あらかじめ、水性スラリーの調整に使用したSUS粉の鉄元素の含有割合をICP分光分析で測定した値と、上記で測定した鉄元素の重量とから、マトリックスに付着したSUS粉の重量を算出した。
【0059】
実施例14
Mn、AlOOH、LiOH・HOを、それぞれ最終的なスピネル型リチウムマンガン複合酸化物の組成で、Li:Mn:Al=1.04:1.84:0.12(原子比)となるように混合したもの792gと、粒子径2〜10μmのSUS粉(未焼成)8gと脱塩水3200gとを混合槽に供給して混合し、水性スラリーとした。この水性スラリーを混合槽から湿式粉砕機に供給して平均粒子径が0.3μmになるまで粉砕した。粉砕中に水性スラリーの一部を抜出して、マトリックスの磁束密度が2000ガウスの日本エリーズマグネチックス(株)社製L−4湿式高磁力磁選機を0.3m/秒で通過させたのち混合槽を経由して湿式粉砕機に戻した。粉砕機内の水性スラリーの温度は29〜34℃に保たれていた。水性スラリーを磁選機に10回通過させたところ、SUS粉8gが湿式磁選機のマトリックスにより回収された。
【0060】
粉砕した水性スラリーは、次いで液滴微細化機構を有するノズルを設けたスプレードライヤー(藤崎電機株式会社製、マイクロミストドライヤーMDP−050、ノズルタイプはサークルエッジノズル、乾燥塔寸法は2500mmφ×4800mmH)を用いて、噴霧乾燥を行った。
乾燥ガス導入量は23m/分、乾燥ガス入口温度は90℃とした。また、噴霧ノズルとしては、直径30mmφで、360゜(環状)方向に水平噴霧可能な型式のものを使用し、ノズルのスラリー出口クリアランスは600μm、スラリーを微細化する為の加圧気体流出口のクリアランスは350μmとした。水性スラリー供給速度は、560g/分、加圧気体流の供給速度は1200L/分とした(気体流のガス線速は330m/秒)。排気ガス温度は45℃であった。
噴霧乾燥により得た粉体を900℃で10時間焼成し、リチウムマンガン複合酸化物を得た。この複合酸化物をボールミルで5分間解砕した。その結果、平均粒子径9μmのほぼ球状の粒子が得られた。X線解折を測定したところ、立方晶のスピネル型リチウムマンガン複合化合物の構造を有していることが確認された。
【0061】
【発明の効果】
本発明によれば、リチウム遷移金属複合酸化物への鉄粉などの混入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例13における磁力磁選機への水性スラリーの通過回数と水性スラリー中のSUS粉末の除去率との関係を示す図である。
【図2】噴霧乾燥に用いることができる噴霧乾燥機のノズル部分の断面を示す模式的側面図。
【符号の説明】
1  ガス供給管
2  水性スラリー供給管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a lithium transition metal composite oxide containing at least lithium and a transition metal selected from manganese, cobalt and nickel. The lithium transition metal composite oxide obtained by the method of the present invention is useful as a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
LiMnO2, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2Lithium transition metal composite oxide containing lithium and any one transition metal of manganese, cobalt and nickel; LiMnxCoyO2, LiMnxNiyO2, LiCoxNiyO2(All of X + Y = 1) such as manganese, cobalt, and nickel; and lithium transition metal composite oxides containing at least two of them; It is known to use a lithium transition metal composite oxide substituted with another metal such as indium or the like as a positive electrode active material of a non-aqueous lithium secondary battery. In these lithium transition metal composite oxides, a lithium compound and manganese or other metal compounds are blended so as to have a metal composition equal to the composition of a desired lithium transition metal composite oxide, and the blend becomes a uniform composition. It is also known that they can be produced by sintering after sufficient mixing. One suitable method for making the composition a uniform composition is to wet-pulverize the composition as an aqueous slurry with a ball mill or tube mill.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
One of the problems when using a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material of a lithium secondary battery is that the lithium transition metal composite oxide contains magnetic powder such as iron powder or stainless steel powder. There is something that can happen. It is thought that iron powder etc. is mainly derived from manganese, nickel, cobalt and other metal compounds used in the production of this composite oxide, but stainless steel powder and some iron powders etc. It is conceivable that these substances were mixed in from the apparatus. In any case, if a lithium transition metal composite oxide mixed with iron powder or the like is used as the positive electrode active material, the battery may not operate normally. This is presumably because the mixed iron powder or the like causes a micro short circuit. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for preventing mixing of magnetic powder such as iron powder into the obtained composite oxide when producing a lithium transition metal composite oxide.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an aqueous slurry containing at least a transition metal compound and a lithium compound selected from the group consisting of a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound is wet-pulverized and then fired to produce a lithium-transition metal composite oxide. In doing so, as the transition metal compound, use a magnetic powder such as iron powder that has been mixed and removed by magnetic force in advance or use an aqueous slurry by passing the aqueous slurry through a device that magnetically removes the magnetic powder. By removing the magnetic powder mixed therein, it is possible to prevent iron powder or the like from being mixed into the generated lithium transition metal composite oxide. The lithium compound may not be contained in the aqueous slurry to be subjected to wet pulverization, but may be mixed with the transition metal compound that has been subjected to wet pulverization and then subjected to firing.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, a transition metal compound selected from the group consisting of manganese, cobalt and nickel is mixed with water, if desired, together with other metal compounds, and pulverized as an aqueous slurry with a wet pulverizer. In one embodiment of the present invention, as the metal compound used for the preparation of the aqueous slurry, a magnetic compound such as iron powder that has been previously suctioned and removed by magnetic force is used. This makes it possible to remove, from the iron powder and the like mixed into the lithium transition metal compound, those derived from the raw material compound. In this case, it is most preferable to previously remove iron powder or the like by magnetic force from all of the raw material metal compounds in advance, but from a transition metal compound such as manganese which is a high risk of becoming a contamination source of iron powder or the like. Even if the magnetic powder is merely sucked and removed by the magnetic force, a considerable effect can be obtained. In addition, the suction removal of iron powder or the like by magnetic force from the raw material compound may be performed after the raw material compound is blended so as to have a target lithium transition metal composite oxide composition, or may be performed before blending. Is also good.
[0006]
In another embodiment of the present invention, iron powder and the like mixed in the aqueous slurry are suctioned and removed by passing the aqueous slurry through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force. Of course, these two aspects can be used in combination. The suction removal of iron powder and the like mixed in from the aqueous slurry can be performed at any time from the preparation of the aqueous slurry to the end of wet grinding, but is preferably performed during or after grinding. . This makes it possible to remove iron powder contained in the particles of the metal compound as the raw material, iron powder and stainless steel powder mixed in from the pulverizer.
As the manganese compound, the cobalt compound, and the nickel compound used for preparing the aqueous slurry, those known to be usable as a raw material of the lithium transition metal composite oxide may be used. For example, as a manganese compound, Mn2O3, MnO2, Mn3O4, MnCO3, Mn (NO3)2, MnSO4Manganese dicarboxylate, manganese citrate, manganese acetate and other fatty acid manganese, manganese oxyhydroxide, manganese halide and the like can be used. Among them, the valence of manganese is Mn close to the valence of manganese in the lithium transition metal composite oxide.2O3Or Mn3O4It is preferable to use Particularly preferred is Mn2O3It is.
[0007]
Nickel compounds include Ni (OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3・ 2Ni (OH)2・ 4H2O, NiC2O4・ 2H2O, Ni (NO3)2・ 6H2O, NiSO4, NiSO4・ 6H2O, fatty acid nickel, nickel halide and the like can be used. Among these, Ni (OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3・ 2Ni (OH)2・ 4H2O, NiC2O4・ 2H2It is preferable to use O or the like. Particularly preferred is Ni (OH)2, NiO, NiOOH and the like.
[0008]
Co (OH) as the cobalt compound2, CoO, Co2O3, Co3O4, Co (OAc)2・ 4H2O, CoCl2, Co (NO3)2・ 6H2O, Co (SO4)2・ 7H2O or the like can be used. Preferably Co (OH)2, CoO, Co2O3, Co3O4And so on. Particularly preferred is Co (OH)2It is.
[0009]
The aqueous slurry contains other metal compounds in addition to the above-mentioned transition metal compound selected from the group consisting of manganese, cobalt and nickel, and the above-mentioned transition metal in the finally obtained lithium transition metal composite oxide is obtained. Can be partially substituted by this metal. Such metals (hereinafter sometimes referred to as substitution metals) include boron, aluminum, tin, copper, titanium, zinc, magnesium, gallium, calcium, silicon, vanadium, zirconium, antimony, ruthenium, lead, and hafnium. And tantalum. Among these, aluminum, magnesium, vanadium and the like are preferable, and aluminum is particularly preferable. These substituted metals may be contained in the aqueous slurry as oxides, hydroxides, nitrates, carbonates, dicarboxylates, fatty acid salts and the like. Lithium transition metal composite oxides in which some of the transition metals have been substituted with these substituted metals, when used as the positive electrode active material of non-aqueous lithium secondary batteries, can exhibit superior properties to those of the unsubstituted lithium secondary batteries. is there. The ratio between the transition metals in the aqueous slurry and the ratio between the transition metal and the substitution metal are made to match the composition of the finally obtained lithium transition metal composite oxide. The specific composition ratio is selected according to the desired properties of the finally obtained lithium transition metal composite oxide. For example, when manganese is used as the transition metal, the substitution metal is preferably present in at least 2.5 atomic%, usually 5 atomic% or more based on the total of manganese and the substitution metal. However, if the ratio of the substitution metal is too high, the capacity of the battery using the same as the positive electrode active material decreases. Therefore, the ratio of the substitution metal is generally preferably 30 atomic% or less, particularly preferably 20 atomic% or less. . When the transition metal is cobalt, the content of the substitution metal is preferably set to 25 atomic% or less based on the total of the cobalt and the substitution metal.
[0010]
Lithium constituting the finally obtained lithium transition metal composite oxide may be contained in the aqueous slurry. As the lithium compound, Li2CO3, LiNO3, LiOH, LiOH.H2O, LiCl, LiI, Li2O, lithium fatty acids such as lithium dicarboxylate, lithium citrate and lithium acetate, and alkyl lithium may be used. Among these, Li2CO3, LiNO3, LiOH ・ H2It is preferable to use a water-soluble lithium compound such as O and lithium acetate. Particularly preferred is LiOH.H2O. The preferred ratio of lithium to transition metal (the sum of the transition metal and the substitution metal, if any) is different for each transition metal. For example, when the transition metal is manganese, the atomic ratio of lithium to manganese is usually 40 to 60 atomic%. It is preferably 45 to 55 atomic%, particularly preferably 50 to 55 atomic%. When the transition metal is nickel or cobalt, the atomic ratio of lithium to these is preferably 100 to 110 atomic%. When the ratio of lithium is small, the rock salt domain of the layered rock salt structure of the lithium transition metal composite oxide becomes large. Conversely, when the ratio of lithium is large, lithium replaces nickel and cobalt sites of the lithium transition metal composite oxide. When two or three transition metals are used in combination, the ratio of lithium may be determined according to the atomic ratio of lithium to the main transition metal. For example, when a small amount of manganese is used in combination with nickel, it is preferable to use 100 to 110 atomic% of lithium with respect to (nickel + manganese + substituted metal).
[0011]
The ratio of the above metal compound in the aqueous slurry is usually 10% by weight or more, preferably 12.5% by weight or more. When the ratio of the metal compound is small, the production efficiency decreases, and the spherical particles generated when the aqueous slurry is spray-dried in a later step are easily damaged. If the ratio of the metal compound is too high, handling becomes difficult and it is difficult to maintain the uniformity of the aqueous slurry. Therefore, the upper limit is preferably 50% by weight or less, particularly preferably 35% by weight or less.
[0012]
As a wet pulverizer for pulverizing the aqueous slurry, a medium stirring type pulverizer such as a ball mill or a tube mill may be used. The pulverization is performed so that the average particle diameter of the solid matter of the slurry is 2 μm or less. It is preferable to carry out the treatment so that the average particle diameter is 1 μm or less, particularly 0.5 μm or less. If the average particle diameter of the solid matter in the slurry is large, the sphericity of the particles obtained in the subsequent spraying step tends to decrease, and the powder packing density tends to decrease. As a further big problem, the reactivity in the firing step is reduced. The average particle diameter of the solid matter in the slurry is preferably as small as possible, but it is not necessary to make the average particle diameter smaller than 0.01 μm in consideration of pulverization cost. From the viewpoint of cost and effect, it is preferable that the pulverization is performed so that the average particle diameter is 0.05 μm or more, particularly 0.1 μm or more.
[0013]
Suction removal of the magnetic powder from the aqueous slurry by magnetic force can be performed at any stage before, during, or after wet pulverization. Usually, during or after wet grinding. As a result, iron powder and the like contained in the particles of the raw material compound, iron powder and stainless steel powder mixed from the wet pulverizer can be removed by suction.
[0014]
In order to sufficiently remove the magnetic powder in the aqueous slurry, the aqueous slurry is preferably passed through a device for removing the magnetic powder two or more times, more preferably three or more times. Although the upper limit of the number of passes is arbitrary, it is usually 20 times or less, and 10 times or less is often sufficient. A commercially available magnetic separator equipped with a magnetic matrix can be used as an apparatus for removing the magnetic powder, and the inside of the magnetic matrix is controlled at 0.01 m / sec to 2 m / sec, particularly 0.05 m / sec to 0.5 m / sec. Preferably, the aqueous slurry is passed.
[0015]
The magnetic flux density of the magnetic matrix must be strong enough to adsorb iron powder and the like but not to adsorb compounds such as transition metals, substituted metals and lithium in the aqueous slurry. Table 1 shows magnetic flux densities at which metal compounds usually contained in iron powder and aqueous slurry are adsorbed. 6000 gauss or more indicates that 6000 gauss was not adsorbed. SUS powder (fired) is obtained by firing stainless steel powder at 900 ° C. for 10 hours. For the measurement, the powder of the sample was placed on a horizontally laid paper, and a neodymium magnet (surface magnetic flux density: 6000 gauss) was gradually lowered from a position of 10 cm above to approach the sample, and the sample was attracted to the magnet. The measurement was performed by measuring the magnetic flux density on the surface of the paper when the measurement was performed using a magnetometer (TM501) manufactured by Kanetec Corporation.
[0016]
[Table 1]
Figure 2004107095
[0017]
The magnetic flux density of the magnetic matrix of the magnetic force separator is preferably 100 gauss or more, particularly 200 gauss or more in order to remove iron powder. In order to remove the stainless steel powder, the thickness is preferably 400 gauss or more, particularly 700 gauss or more. In order to sufficiently remove iron powder and the like and not to adsorb other metal compounds, the magnetic matrix has a magnetic flux density of 1000 gauss or more, and the upper limit is the magnetic flux density at which the metal compounds contained in the aqueous slurry are adsorbed. It is preferable to set the magnetic flux density to be less than 100 gauss lower than the magnetic flux density at which the metal compound is adsorbed.
[0018]
In a preferred embodiment of the present invention, a part of the aqueous slurry is withdrawn from the wet mill during the milling step, and the magnetic slurry is removed by passing the aqueous slurry through a magnetic powder removing device by a magnetic force and returning to the wet mill. Do. Generally, an aqueous slurry becomes hot due to frictional heat during wet pulverization, and the viscosity increases accordingly. Therefore, at the time of wet pulverization, a part of the aqueous slurry is extracted from the wet pulverizer and returned to the wet pulverizer through a storage tank equipped with a cooling coil, a cooling jacket, and the like. It is preferable to control the temperature of the aqueous slurry to 20 to 50C, particularly to 25 to 40C. The temperature of the aqueous slurry can be easily adjusted by controlling the temperature and amount of cooling water supplied to the cooling coil and cooling jacket of the storage tank. If the ambient temperature is low during each period or the like, the temperature may be maintained in the above temperature range without cooling with cooling water due to natural heat radiation from the circulation path depending on the circulation speed. When a magnetic powder removing device is installed in the circulation path for cooling the aqueous slurry, the cooling of the aqueous slurry and the removal of iron powder and the like from the aqueous slurry can be performed simultaneously. That is, according to this method, the stainless steel powder generated from the wet mill, the iron powder released from the particles of the metal compound of the raw material accompanying the pulverization, and the like are sequentially removed by the magnetic powder removing device with the circulation of the aqueous slurry. Since it is gradually removed, there is no need to pass the aqueous slurry through the magnetic powder removing device again after the completion of pulverization to remove iron powder and the like. In the case where a part of the aqueous slurry is extracted from the wet-type pulverizer during the pulverization and passed through the magnetic powder removing device, the number of passes is calculated by the following equation.
[0019]
(Equation 1)
Number of passages = amount of aqueous slurry that has passed through the removal device / aqueous slurry in the wet grinding system
amount
[0020]
The aqueous slurry pulverized to a desired average particle size by a wet pulverizer is preferably spray-dried to obtain a powder. The spray drying is preferably performed at a viscosity of the aqueous slurry of 50 mPa · S or more and 3000 mPa · S or less. If the viscosity is smaller than this, the particle size of the powder to be produced becomes too small, or the powder is easily broken. On the other hand, if the viscosity is higher than this, handling of the aqueous slurry becomes difficult. The lower limit of the viscosity of the aqueous slurry is preferably 100 mPa · S or more, more preferably 200 mPa · S or more, and the upper limit is preferably 2000 mPa · S or less, particularly 1600 mPa · S or less. The viscosity of the aqueous slurry is measured using a BM type viscometer. That is, the rotor of the viscometer is rotated in the aqueous slurry at room temperature, and the viscosity is calculated from the resistance (twisting force) applied to the rotation axis.
[0021]
The spray drying of the aqueous slurry may be performed according to a conventional method. For example, a method in which an aqueous slurry is supplied into an airflow spouted from a nozzle at a high speed and scattered and dried as droplets can be adopted. Usually, an air flow is used as the air flow, and the air is jetted at a speed of 100 m / sec or more. If the ejection speed is low, it is difficult to form an appropriate droplet. The jet velocity of the air current is preferably 200 m / sec or more, particularly preferably 300 m / sec or more. The upper limit is usually 1000 m / sec or less. As the nozzle, for example, the nozzle described in Japanese Patent No. 2797080 may be used. Preferably, a four-fluid nozzle as shown in FIG. 2 is used. The spray drying is preferably performed so that the average particle diameter of the resulting powder is 50 μm or less, particularly 30 μm or less. However, it is preferable to perform spray drying so that the average particle diameter is 4 μm or more, particularly 5 μm or more, since the production of a substance having an average particle diameter that is too small is difficult and there is no advantage associated with the small particle diameter. The lower limit of the temperature of the drying gas introduced into the spray dryer is usually 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher, and the upper limit is 120 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower. If the temperature of the drying gas is too low, dew condensation occurs inside the spray dryer, and the powder sticks or clogs. On the other hand, if the temperature is too high, the resulting powder will have many hollow particles, and the packing density of the powder will decrease.
[0022]
The powder obtained by spray drying is then calcined to convert to a lithium transition metal composite oxide. When the lithium compound is not contained in the aqueous slurry or only a small amount is contained, the lithium compound powder is blended with the powder obtained by spray drying, mixed well, and fired to obtain a uniform composition. As the lithium compound, those described above may be used. The lithium compound is used after being pulverized to an average particle diameter of 500 μm or less, preferably 100 μm or less. The smaller the average particle diameter is, the easier the uniform mixing with the transition metal compound is, and the better the reaction at the time of firing proceeds. Therefore, the lithium compound is preferably pulverized to the smallest possible particle size, more preferably 50 μm or less, and further preferably 20 μm or less. Most preferably, it is pulverized to 5 μm or less. However, as the particle size becomes smaller, the effect associated with pulverization gradually decreases and the cost of pulverization also increases, so that it is not advantageous to make the particle size smaller than 0.01 μm. Usually, pulverization is performed so as to be 0.1 μm or more, particularly 0.2 μm or more. It is most preferable to pulverize it to 0.5 μm or more from the viewpoint of cost and effect. Sintering may be performed according to a conventional method. As the firing device, a conventional firing device such as a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, and a rotary kiln can be used. The firing temperature and the like may be appropriately selected depending on the intended lithium transition metal composite oxide. For example, when the transition metal is manganese, it is calcined at 600 to 900 ° C. in an oxygen atmosphere and then gradually cooled to 500 ° C. or less at a rate of 10 ° C./min or less, or at 600 to 900 ° C. in an air or oxygen atmosphere. And then annealing at a temperature of about 400 ° C. in an oxygen atmosphere. The firing method is described in detail in JP-A-9-259880, 306490, and 306493. The produced lithium manganese composite oxide is LiMn.2O4Lithium manganate or LiMnO having a spinel structure having a basic composition of2Is a layered lithium manganate having a basic composition of, but a spinel-type lithium manganate is preferred because it is easier to produce and has excellent cycle characteristics when used as a positive electrode active material.
One of the preferable compositions of the lithium manganese composite oxide having a spinel structure produced by firing is represented by the following formula.
[0023]
(Equation 2)
LibMn2-aMaO4
[0024]
(M is at least one selected from the group consisting of B, Al, Sn, Cu, Ti, Zn, Co and Ni, 0 <b ≦ 1.5, 0 <a ≦ 1)
Among them, those represented by the following formula are preferred.
[0025]
(Equation 3)
LiYMn2-xAlxO4
[0026]
(0 <X ≦ 1.0, 0.9 ≦ Y ≦ 1.1)
In any of the above equations, the amount of oxygen may vary.
When the transition metal is nickel or cobalt, firing may be performed at 700 ° C. to 1050 ° C. in an air or oxygen atmosphere. The lower limit of the firing temperature is preferably 725 ° C, particularly preferably 750 ° C, and the upper limit is preferably 1000 ° C or lower, particularly 950 ° C or lower. The most preferred firing temperature is 800-900C. Further, in order to obtain a lithium transition metal composite oxide having few crystal defects, it is preferable to gradually cool after firing, for example, slowly cool at a rate of 5 ° C./min or less. The sintering time is usually 30 minutes or more at the above temperature, and at most 50 hours or less is sufficient. If the calcination time is too long, crushing may be difficult in a subsequent step, so it is preferably 25 hours or less, particularly preferably 20 hours or less. Generally, the most preferred firing time is 7 to 15 hours. One of the preferable compositions of the lithium-nickel composite oxide formed by firing is represented by the following formula.
[0027]
(Equation 4)
LiXNiYQ(1-Y)O2
[0028]
(Q is at least one selected from the group consisting of Co, Al, Mg, Ga, Ti and Ca, and 0 <X ≦ 1.2, 0.5 ≦ Y <1.0)
Among them, those represented by the following formula are preferred.
[0029]
(Equation 5)
LiXNiYCoZQ '(1-YZ)O2
[0030]
(Q ′ is at least one selected from the group consisting of Co, Al, Mg, Ga, Ti and Ca, and 0 <X ≦ 1.2, 0.5 ≦ Y <1.0, 0 <Z ≦ 0 .5)
When nickel and manganese are used in combination as the transition metal, the transition metal is preferably represented by the following formula.
[0031]
(Equation 6)
LiXNiYMnZQ(1-YZ)O2
[0032]
(Q is at least one selected from the group consisting of Co, Al, Mg, Ga, Ti and Ca, and 0 <X ≦ 1.2, 1 ≦ Y / Z ≦ 9, 0 <(1-Y− Z) ≦ 0.5)
One preferred composition of the lithium-cobalt transition metal composite oxide produced by firing is represented by the following formula.
[0033]
(Equation 7)
LiXCo1-YAYO2
[0034]
(A represents at least one selected from the group consisting of B, Mg, Si, Cu, Ti, V, Mn, Ni, Sn, Zr, Sb, Nb, Ru, Pb, Hf and Ta, and 0 <X ≦ 1.2, 0 ≦ Y ≦ 0.25)
The lithium transition metal composite oxide obtained by firing is crushed to form a positive electrode active material. Crushing is performed using a ball mill, jet mill, pin mill, or the like so that the average particle size is 100 μm or less, preferably 50 μm or less. Although the crushed lithium transition metal composite oxide can be used as it is as the positive electrode active material, it is preferable to classify and remove the large particle size one. Usually, it is preferable to obtain particles having a particle size of 100 μm or less, particularly 50 μm or less, by an airflow classifier using gravity, inertia force, centrifugal force or the like. In addition, iron powder and the like may be mixed from the apparatus in these crushing and classifying steps, so it is preferable to remove iron powder and the like by magnetic force again after these steps. As the removing device, the same device as used for removing iron powder and the like in the aqueous slurry may be used.
[0035]
In this specification, the average particle diameter of the solid content in the slurry, the average particle diameter of the powder after spray drying, and the average particle diameter of the lithium transition metal composite oxide are known laser diffraction / scattering particle size distributions. Measure with a measuring device. In this method, a slurry or powder is dispersed in a dispersion medium, a laser beam is applied to the sample solution, and scattered light that is incident on particles and scattered (diffracted) is detected by a detector. The scattering angle θ (the angle between the incident direction and the scattering direction) of the detected scattered light is forward scattering (0 <θ <90 °) for a large particle, and side scattering or back scattering (90 for a small particle).゜ <θ <180 °). From the measured angle distribution value, the particle size distribution is calculated using information such as the wavelength of the incident light and the refractive index of the particles. Further, the average particle size is calculated from the obtained particle size distribution. As a dispersion medium used in the measurement, for example, a 0.1% by weight aqueous solution of sodium hexametaphosphate can be mentioned.
[0036]
The lithium transition metal composite oxide obtained in the present invention is suitable for use as an active material of a positive electrode of a lithium secondary battery.
The positive electrode can be usually formed by applying and drying a slurry containing the above-described positive electrode active material, binder and conductive agent on a current collector. The proportion of the positive electrode active material in the active material layer formed by coating and drying is usually 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and usually 99.9% by weight or less. It is preferably at most 99% by weight. If the amount of the positive electrode active material is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient. If the amount is too small, the capacity becomes insufficient.
[0037]
As the conductive agent, carbon black such as natural graphite, artificial graphite, and acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke can be used. The proportion of the conductive agent in the active material layer is usually at least 0.01% by weight, preferably at least 0.1% by weight, more preferably at least 1% by weight, and usually at most 50% by weight, preferably at most 20% by weight. , More preferably 10% by weight or less. If the amount of the conductive agent is too large, the capacity becomes insufficient, and if the amount is too small, the electric conductivity becomes insufficient.
[0038]
Examples of the binder include fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and fluoro rubber, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR ( Styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like can be used. The proportion of the binder in the active material layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, More preferably, it is at most 40% by weight. When the amount is too large, the capacity becomes insufficient, and when the amount is too small, the strength becomes insufficient.
[0039]
In addition, as a solvent used when preparing a slurry, an organic solvent that dissolves or disperses a binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like can be used. In some cases, a dispersant, a thickener, and the like are added to water to form a slurry with a latex such as SBR.
[0040]
The thickness of the active material layer is usually about 10 to 200 μm.
As the current collector, a metal such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel is used, and aluminum is preferable.
The active material layer obtained by coating and drying is preferably compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the electrode material.
[0041]
As the negative electrode active material used in the nonaqueous lithium secondary battery of the present invention, a carbon material is preferable. Examples of such carbon materials include natural or artificial graphite, petroleum-based coke, coal-based coke, carbide of petroleum pitch, carbide of coal-based pitch, carboxy of resin such as phenolic resin and crystalline cellulose, and partially carbonized these. Examples include carbon materials, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, PAN-based carbon fibers, and mixtures of two or more of these. The negative electrode active material is usually formed into a slurry together with a binder and, if necessary, a conductive agent, and then applied and dried on a current collector to form a negative electrode. A lithium metal itself or a lithium alloy such as a lithium aluminum alloy can be used as the negative electrode. As the binder and the conductive agent used for the negative electrode, those similar to those used for the positive electrode may be used.
[0042]
The thickness of the negative electrode active material is usually about 10 to 200 μm.
As the current collector of the negative electrode, a metal such as copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel is usually used, and copper is preferable.
As the non-aqueous electrolyte, a solution in which various electrolytic salts are dissolved in a non-aqueous solvent can be used.
As the non-aqueous solvent, for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, halogenated hydrocarbons, amines, esters, amides, phosphate ester compounds and the like can be used. it can. Typical of these are propylene carbonate, ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4 -Dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, diethyl ether, sulfolane , Methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyls Sulfoxide, trimethyl phosphate, can be mentioned triethyl phosphate, etc., may be used such as a single or two or more kinds of mixed solvents.
[0043]
Among the above non-aqueous solvents, it is preferable to use a high dielectric constant solvent for dissociating the electrolyte. The high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant at 25 ° C. of about 20 or more. Among the high dielectric constant solvents, it is preferable that ethylene carbonate, propylene carbonate, and a compound in which hydrogen atoms thereof are replaced with another element such as halogen or an alkyl group are contained in the electrolytic solution. The proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolyte is usually at least 20% by weight, preferably at least 30% by weight, more preferably at least 40% by weight. If the content of the high dielectric constant solvent is small, desired battery characteristics may not be obtained.
[0044]
As the electrolytic salt, any of conventionally known electrolytic salts can be used.4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, LiB (C6H5)4, LiCl, LiBr, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN (SO2CF3)2, LiN (SO2C2F5)2, LiC (SO2CF3)3, LiN (SO3CF3)2And the like.
[0045]
Also, CO2, N2O, CO, SO2Such as gas and polysulfide Sx2-An additive such as vinylene carbonate, catechol carbonate, or the like, which forms a good film that enables efficient charge and discharge of lithium ions on the surface of the negative electrode, may be present in the electrolyte at an arbitrary ratio.
Instead of the electrolytic solution, a solid polymer electrolyte which is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. In addition, a semi-solid electrolyte in which the electrolyte is made non-fluidized by a polymer can be used. In a lithium secondary battery, an electrolyte layer can be provided between the positive electrode and the negative electrode by using various materials as described above.
[0046]
Usually, a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a microporous polymer film is used, and as its material, nylon, polyester, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polybutene, etc. Of polyolefin-based polymers. In addition, a nonwoven fabric filter of glass fiber or the like, or a composite nonwoven fabric filter of glass fiber and polymer fiber can be used. The chemical and electrochemical safety of the separator is an important factor, and in this regard, the material is preferably a polyolefin-based polymer. Preferably, there is.
[0047]
In the case of a polyethylene separator, it is preferably ultrahigh molecular weight polyethylene from the viewpoint of high-temperature shape retention, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1.5 million. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5,000,000, more preferably 4,000,000, and most preferably 3,000,000. If the molecular weight is too large, the fluidity is so low that the pores of the separator may not be closed when heated.
[0048]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. SUS indicates stainless steel.
Example 1
Mn2O3A sample was prepared by mixing 1 g of iron powder having a particle size of about 100 μm with # 10 g. The sample was spread on paper, and a magnet having a magnetic flux density of 6000 Gauss was approached from above until the magnetic force applied to the sample became 2000 Gauss. In this state, the paper was swung right and left for 5 minutes. As a result, 1 g of iron powder was recovered by the magnet.
[0049]
Example 2
A magnetic powder was collected by a magnet in the same manner as in Example 1 except that a sample in which 1 g of SUS powder (unfired) having a particle size of about 100 μm was mixed instead of the iron powder was used. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
Example 3
A magnetic powder was recovered by a magnet in the same manner as in Example 1 except that a sample in which 1 g of SUS powder (fired) having a particle size of about 100 μm was mixed instead of the iron powder was used. As a result, 1 g of SUS powder (baked) was recovered.
[0050]
Example 4
The magnetic powder was collected by the magnet in the same manner as in Example 1 except that the magnet was brought close to the magnetic force applied to the sample to 500 gauss. 1 g of iron powder was recovered.
Example 5
Mn2O3Instead of 10g, Ni (OH)2A magnetic powder was collected using a magnet in the same manner as in Example 2 except that the sample using # 10 g was used as a sample, and the magnet was brought close to the magnetic force received by the sample until it reached 2500 Gauss. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
[0051]
Example 6
Mn2O3Co (OH) instead of 10g2A magnetic powder was collected using a magnet in the same manner as in Example 2 except that a sample using # 10 g was used as a sample, and the magnet was approached until the magnetic force received by the sample became 2000 gauss. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
Example 7
Mn2O3, AlOOH, LiOH.H2O was mixed in a final composition of the spinel-type lithium manganese composite oxide in a ratio of Li: Mn: Al = 1.04: 1.84: 0.12 (atomic ratio) to obtain 10 g of particles. A sample was prepared by mixing 1 g of iron powder having a diameter of about 100 μm. The sample was spread on paper, and a magnet having a magnetic flux density of 6000 Gauss was approached from above until the magnetic force applied to the sample became 2000 Gauss. In this state, the paper was shaken from side to side for 5 minutes. As a result, 1 g of iron powder was recovered by the magnet.
[0052]
Example 8
Mn2O3, AlOOH, LiOH.H2Pure water was added to a mixture of O and Li: Mn: Al = 1.04: 1.84: 0.12 (atomic ratio) in the final composition of the spinel-type lithium manganese composite oxide. In addition, a slurry having a solid concentration of 30% by weight was prepared. The obtained slurry was crushed by a circulating medium agitation type wet crusher and crushed until the average particle diameter of the solid content in the slurry became 0.3 μm. 40 ml of the pulverized slurry and 1 g of iron powder having a particle size of about 100 μm were placed in a 50 ml beaker and stirred, and then stirred with an alnico magnet of 50 mm × 10 mm × 10 mm and a magnetic flux density of 2200 gauss for 5 minutes. As a result, 1 g of iron powder was recovered by the magnet. This operation was repeated to prepare one liter of the slurry after the iron powder was recovered. The slurry is sprayed using a spray dryer (Fujisaki Electric Co., Ltd., Micro Mist Dryer MDP-050, nozzle type: circle edge nozzle, drying tower dimensions: 2500 mmφ × 4800 mmH) provided with a nozzle having a droplet refining mechanism. Drying was performed.
[0053]
The amount of dry gas introduced into the drying tower is 23m3/ Min, and the drying gas inlet temperature was 90 ° C. As the spray nozzle, a nozzle having a diameter of 30 mmφ and a type capable of horizontal spraying in a 360 ° (annular) direction is used, a slurry outlet clearance of the nozzle is 600 μm, and a pressurized gas outlet for atomizing the slurry is used. The clearance was set at 350 μm. The slurry supply speed was 560 g / min, and the supply speed of the pressurized gas flow was 1200 L / min (the gas linear velocity of the gas flow was 330 m / sec). The exhaust gas temperature was 45 ° C.
The particles obtained by spray drying were fired at 900 ° C. for 10 hours to obtain a lithium manganese composite oxide. This composite oxide was crushed with a ball mill for 5 minutes. As a result, substantially spherical particles having an average particle diameter of 9 μm were obtained. X-ray diffraction confirmed that it had the structure of a cubic spinel-type lithium manganese composite compound.
[0054]
Example 9
Mn2O3Instead of 10g, Li1.04Mn1.84Al0.12O4Magnetic powder was collected in the same manner as in Example 2 except that a sample using # 10 g was used as a sample, and the magnet was brought close to the magnetic force received by the sample until it reached 2500 Gauss. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
[0055]
Example 10
Mn2O3Instead of 10g, Li1.04Ni0.8Co0.15Al0.05O2A magnetic powder was collected in the same manner as in Example 2 except that a sample using # 10 g was used as a sample, and the magnet was brought close to the magnetic force applied to the sample until it reached 4000 Gauss. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
[0056]
Example 12
Mn2O3Instead of 10g, LiCoO2Magnetic powder was collected in the same manner as in Example 2 except that a sample using 10 g was used as a sample, and the magnet was brought closer to the sample until the magnetic force received by the sample became 5000 Gauss. As a result, 1 g of SUS powder (unfired) was recovered.
[0057]
Example 13
Mn2O3, AlOOH, LiOH.H2792 g of a mixture of O and Li: Mn: Al = 1.04: 1.84: 0.12 (atomic ratio) in the final composition of the spinel-type lithium manganese composite oxide, and particles 8 g of SUS powder (unfired) having a diameter of 2 to 10 μm was mixed with 3200 g of demineralized water to prepare an aqueous slurry having a solid concentration of 20% by weight. This aqueous slurry was applied three times at a speed of 0.3 m / sec to an L-4 wet high magnetic force magnetic separator manufactured by Nihon Elise Magnetics Co., Ltd. having a matrix having a length of 0.5 m and a magnetic flux density of 2000 Gauss. Let it pass. The result is shown in FIG.
[0058]
The SUS powder removal rate on the vertical axis is a percentage of the weight of the SUS powder recovered by passing the aqueous slurry through a high magnetic force magnetic separator, based on the weight of 8 g of the SUS powder contained in the aqueous slurry.
The measuring method was as follows. First, the adhered substance of the matrix was recovered by washing with water, and the recovered substance was dried with a dryer to obtain a powder. After dissolving this powder with hydrochloric acid, the weight of the iron element in the powder was measured by ICP spectroscopy. The weight of the SUS powder attached to the matrix was calculated in advance from the value of the content of the iron element in the SUS powder used for preparing the aqueous slurry measured by ICP spectroscopy and the weight of the iron element measured above.
[0059]
Example 14
Mn2O3, AlOOH, LiOH.H2792 g of a mixture of O and Li: Mn: Al = 1.04: 1.84: 0.12 (atomic ratio) in the final composition of the spinel-type lithium manganese composite oxide, and particles 8 g of SUS powder (unfired) having a diameter of 2 to 10 μm and 3200 g of demineralized water were supplied to a mixing tank and mixed to obtain an aqueous slurry. This aqueous slurry was supplied from a mixing tank to a wet pulverizer and pulverized until the average particle diameter became 0.3 μm. A part of the aqueous slurry was extracted during the pulverization, passed through a L-4 wet high magnetic force magnetic separator manufactured by Nippon Ellies Magnetics Co., Ltd. having a magnetic flux density of 2000 Gauss at 0.3 m / sec, and then mixed. And returned to the wet mill. The temperature of the aqueous slurry in the pulverizer was maintained at 29-34 ° C. When the aqueous slurry was passed through the magnetic separator 10 times, 8 g of SUS powder was recovered by the matrix of the wet magnetic separator.
[0060]
The pulverized aqueous slurry was then sprayed with a spray dryer (Microsaki MDP-050, manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd., nozzle type: circle edge nozzle, drying tower dimensions: 2500 mmφ × 4800 mmH) provided with a nozzle having a droplet atomizing mechanism. Spray drying was performed.
Dry gas introduction amount is 23m3/ Min, and the drying gas inlet temperature was 90 ° C. As the spray nozzle, a nozzle having a diameter of 30 mmφ and capable of horizontal spraying in a 360 ° (annular) direction is used, and a slurry outlet clearance of the nozzle is 600 μm, and a pressurized gas outlet for atomizing the slurry is used. The clearance was 350 μm. The feed rate of the aqueous slurry was 560 g / min, and the feed rate of the pressurized gas stream was 1200 L / min (the gas linear velocity of the gas stream was 330 m / sec). The exhaust gas temperature was 45 ° C.
The powder obtained by spray drying was fired at 900 ° C. for 10 hours to obtain a lithium manganese composite oxide. This composite oxide was crushed with a ball mill for 5 minutes. As a result, substantially spherical particles having an average particle diameter of 9 μm were obtained. When the X-ray diffraction was measured, it was confirmed to have the structure of a cubic spinel-type lithium manganese composite compound.
[0061]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, mixing of iron powder etc. into a lithium transition metal composite oxide can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of times an aqueous slurry has passed through a magnetic force magnetic separator and the removal rate of SUS powder in the aqueous slurry in Example 13.
FIG. 2 is a schematic side view showing a cross section of a nozzle portion of a spray dryer that can be used for spray drying.
[Explanation of symbols]
1 Gas supply pipe
2) Aqueous slurry supply pipe

Claims (15)

少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕したのち焼成するか、又は少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物を含む水性スラリーを湿式粉砕したのちこれにリチウム化合物を混合して焼成するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、遷移金属化合物として混入している磁性粉を予め磁力により吸引除去したものを用いることを特徴とする方法。An aqueous slurry containing a transition metal compound and a lithium compound selected from the group consisting of at least a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound is wet-ground and then calcined, or at least a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound. In a method for producing a lithium transition metal composite oxide in which an aqueous slurry containing a selected transition metal compound is wet-pulverized and then mixed with a lithium compound and fired, magnetic powder mixed as a transition metal compound is previously magnetized. A method characterized by using a substance removed by suction. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕したのち焼成するか、又は少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物を含む水性スラリーを湿式粉砕したのちこれにリチウム化合物を混合して焼成するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、水性スラリー中に混入している磁性粉を磁力により吸引除去してから焼成することを特徴とする方法。An aqueous slurry containing a transition metal compound and a lithium compound selected from the group consisting of at least a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound is wet-ground and then calcined, or at least a manganese compound, a nickel compound, and a cobalt compound. In a method for producing a lithium transition metal composite oxide, in which an aqueous slurry containing a selected transition metal compound is wet-pulverized and then mixed with a lithium compound and fired, magnetic powder mixed in the aqueous slurry is attracted by magnetic force. A method characterized by firing after removal. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体を焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、遷移金属化合物として混入している磁性粉を磁力により吸引除去する処理を施したものを用いるか、又は水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させて水性スラリー中に混入している磁性粉を除去するか、少なくともいずれかの磁性粉除去処理を行うことを特徴とする方法。A step of wet-grinding an aqueous slurry containing a lithium compound and a transition metal compound selected from the group consisting of at least a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-milled aqueous slurry to obtain a powder; The method for producing a lithium transition metal composite oxide, which sequentially passes through the steps of firing the obtained powder to form a lithium transition metal composite oxide and crushing the obtained lithium transition metal composite oxide, The magnetic powder mixed as a transition metal compound is subjected to a process of sucking and removing by magnetic force, or the aqueous slurry is mixed into the aqueous slurry by passing through a device for sucking and removing the magnetic powder by magnetic force. A method comprising removing magnetic powder or performing at least one magnetic powder removal treatment. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物を含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体にリチウム化合物を混合したのち焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程、及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、遷移金属化合物として混入している磁性粉を磁力により吸引除去する処理を施したものを用いるか、又は水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させて水性スラリー中に混入している磁性粉を除去するか、少なくともいずれかの磁性粉除去処理を行うことを特徴とする方法。A step of wet-pulverizing an aqueous slurry containing at least a transition metal compound selected from the group consisting of a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-pulverized aqueous slurry to obtain a powder; Production of lithium transition metal composite oxide through successive steps of mixing lithium compound into sintering and firing to obtain lithium transition metal composite oxide, and sequentially crushing the obtained lithium transition metal composite oxide In the method, a magnetic powder mixed as a transition metal compound is subjected to a process of sucking and removing by magnetic force, or an aqueous slurry is passed through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force and mixed into the aqueous slurry. Or removing at least one of the magnetic powders. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体を焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程、及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、湿式粉砕した水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させて混入している磁性粉を除去することを特徴とする方法。A step of wet-grinding an aqueous slurry containing a lithium compound and a transition metal compound selected from the group consisting of at least a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-milled aqueous slurry to obtain a powder; Baking the obtained powder to form a lithium transition metal composite oxide, and a method for producing a lithium transition metal composite oxide, which sequentially passes through the steps of crushing the obtained lithium transition metal composite oxide. And removing the mixed magnetic powder by passing the wet-pulverized aqueous slurry through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物を含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体にリチウム化合物を混合したのち焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程、及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、湿式粉砕した水性スラリーを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させて混入している磁性粉を除去することを特徴とする方法。A step of wet-pulverizing an aqueous slurry containing at least a transition metal compound selected from the group consisting of a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-pulverized aqueous slurry to obtain a powder; Production of lithium transition metal composite oxide through successive steps of mixing lithium compound into sintering and firing to obtain lithium transition metal composite oxide, and sequentially crushing the obtained lithium transition metal composite oxide A method wherein the wet-milled aqueous slurry is passed through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force to remove mixed magnetic powder. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物とリチウム化合物とを含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体を焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程、及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、湿式粉砕の間に粉砕装置から水性スラリーの一部を抜出し、これを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させたのち粉砕装置に戻す循環操作を行うことにより、水性スラリー中に混入している磁性粉を除去することを特徴とする方法。A step of wet-grinding an aqueous slurry containing a lithium compound and a transition metal compound selected from the group consisting of at least a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-milled aqueous slurry to obtain a powder; Baking the obtained powder to form a lithium transition metal composite oxide, and a method for producing a lithium transition metal composite oxide, which sequentially passes through the steps of crushing the obtained lithium transition metal composite oxide. During the wet pulverization, a part of the aqueous slurry was withdrawn from the pulverizer, passed through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force, and then returned to the pulverizer. Removing the magnetic powder. 少なくともマンガン化合物、ニッケル化合物及びコバルト化合物より成る群から選ばれた遷移金属化合物を含む水性スラリーを湿式粉砕する工程、湿式粉砕した水性スラリーを噴霧乾燥して粉体化する工程、得られた粉体にリチウム化合物を混合したのち焼成してリチウム遷移金属複合酸化物とする工程、及び得られたリチウム遷移金属複合酸化物を解砕する工程の各工程を順次経由するリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法において、湿式粉砕の間に粉砕装置から水性スラリーの一部を抜出し、これを磁力により磁性粉を吸引除去する装置を通過させたのち粉砕装置に戻す循環操作を行うことにより、水性スラリー中に混入している磁性粉を除去することを特徴とする方法。A step of wet-pulverizing an aqueous slurry containing at least a transition metal compound selected from the group consisting of a manganese compound, a nickel compound and a cobalt compound; a step of spray-drying the wet-pulverized aqueous slurry to obtain a powder; Production of lithium transition metal composite oxide through successive steps of mixing lithium compound into sintering and firing to obtain lithium transition metal composite oxide, and sequentially crushing the obtained lithium transition metal composite oxide In the method, a part of the aqueous slurry is withdrawn from the crushing device during the wet crushing, passed through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force, and then returned to the crushing device, and then subjected to a circulating operation, whereby the aqueous slurry is added to the aqueous slurry. A method characterized in that mixed magnetic powder is removed. 循環操作の間に水性スラリーの冷却を行うことを特徴とする請求項7又は8記載の方法。9. The method according to claim 7, wherein the aqueous slurry is cooled during the circulation operation. 水性スラリーを、磁力により磁性粉を吸引除去する装置を2回以上通過させることを特徴とする請求項5ないし9のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 5 to 9, wherein the aqueous slurry is passed twice or more through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force. 水性スラリーを、磁力により磁性粉を吸引除去する装置を2〜20回通過させることを特徴とする請求項5ないし9のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 5 to 9, wherein the aqueous slurry is passed through a device for sucking and removing magnetic powder by magnetic force 2 to 20 times. 磁力により磁性粉を吸引除去する装置が、磁気マトリックスを備えた磁性粉除去装置であることを特徴とする請求項5ないし11のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 5 to 11, wherein the device for sucking and removing magnetic powder by a magnetic force is a magnetic powder removing device provided with a magnetic matrix. 湿式粉砕に供する水性スラリーが、ホウ素、アルミニウム、錫、銅、チタン、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、カルシウム、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、アンチモン、ルテニウム、鉛、ハフニウム及びタンタルより成る群から選ばれた金属の化合物をも含有していることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。The aqueous slurry to be subjected to wet grinding is a metal selected from the group consisting of boron, aluminum, tin, copper, titanium, zinc, magnesium, gallium, calcium, silicon, vanadium, zirconium, antimony, ruthenium, lead, hafnium and tantalum. The method according to any one of claims 1 to 12, further comprising a compound. 湿式粉砕に供する水性スラリーに占める金属化合物の比率が10重量%以上、かつ50重量%以下であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 13, wherein a ratio of the metal compound in the aqueous slurry to be subjected to the wet pulverization is 10% by weight or more and 50% by weight or less. 湿式粉砕を水性スラリー中の金属化合物の平均粒径が2μm以下となるまで行うことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the wet pulverization is performed until the average particle size of the metal compound in the aqueous slurry becomes 2 µm or less.
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