JP2009302044A - Method for manufacturing inorganic particles, positive electrode of secondary battery using the same, and secondary battery - Google Patents

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Izumi Taniguchi
泉 谷口
Kanarova Muxina
コナロバ ムクシナ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide inorganic particles excellent in electron conductivity. <P>SOLUTION: A method for manufacturing inorganic particles includes a process (A) of adjusting solution of a raw material compound containing a constituent of the inorganic particles, a process (B) of forming first inorganic particles by spraying and thermolytically processing the solution of the raw material compound, a process (C) of forming composite particles containing a conductive material and inorganic particles by crushing and mixing the first inorganic particles and the conductive material in a wet method by using a planetary ball mill, and a process (D) of calcining the composite particles. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子導電性に優れた無機物粒子の製造方法、及びそれを用いた二次電池正極並びに二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing inorganic particles excellent in electronic conductivity, a secondary battery positive electrode using the same, and a secondary battery.

近年、導電性を付与した無機物粒子が、各種の分野で利用されている。例えば、携帯電話、ノート型パソコン等の携帯用電子機器には、小型化および軽量化の要求を満たすとともに、必要な電力を供給するために、重量エネルギー密度および体積エネルギー密度が大きいリチウム二次電池の利用が拡大している。このリチウム二次電池においては、正極材料としてコバルト酸リチウム(LiCoO)などの粒子と導電材料とをバインダを用いて成形したものが用いられている。 In recent years, inorganic particles imparted with conductivity have been used in various fields. For example, for portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers, lithium secondary batteries with high weight energy density and large volume energy density are required in order to satisfy the demands for miniaturization and weight reduction and to supply necessary power. The use of is expanding. In this lithium secondary battery, a positive electrode material in which particles such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and a conductive material are molded using a binder is used.

こうした無機物粒子の電子導電性を改善すれば、その無機物粒子を利用する機器の性能向上に有効である。例えば、前記のコバルト酸リチウム(LiCoO)を用いるリチウム二次電池では、重量エネルギー密度および体積エネルギー密度が向上し、さらなる小型化および軽量化に有効である。 If the electronic conductivity of such inorganic particles is improved, it is effective for improving the performance of equipment using the inorganic particles. For example, in the lithium secondary battery using the lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), the weight energy density and the volume energy density are improved, which is effective for further miniaturization and weight reduction.

また、最近では、希少で高価なコバルトの化合物であるコバルト酸リチウムの代替材料として、スピネル型の結晶構造を有するマンガン酸リチウム(LiMMn2−x、M=Mn,Al,Co,Mg,Ti等)、オリビン型の結晶構造を有する燐酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸鉄リチウム(LiFePO)などが、資源として豊富で安価な元素で構成されているため、その利用が検討されている。特に、ハイブリッド型電気自動車や夜間電力貯蔵などの分散型の大型電力貯蔵用に用いられる二次電池には、低コストであることが求められるため、これらの代替材料の開発が進められている。しかし、これらの代替材料、例えば、リン酸鉄リチウムは、LiCoOに比べて電子導電性が極めて低いため、低い電気量しか得られないという問題がある。 Recently, as a substitute material for rare and a compound of expensive cobalt lithium cobaltate, lithium manganate with a spinel crystal structure (LiM x Mn 2-x O 4, M = Mn, Al, Co, Mg, Ti, etc.), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine type crystal structure are composed of abundant and inexpensive elements as resources, so their use is studied Has been. In particular, secondary batteries used for distributed large-scale power storage such as hybrid electric vehicles and nighttime power storage are required to be low-cost, and therefore, development of these alternative materials is being promoted. However, these alternative materials, for example, lithium iron phosphate, have a problem that only a low amount of electricity can be obtained because of its extremely low electronic conductivity compared to LiCoO 2 .

そこで、大きな電気量を得るため、コバルト酸リチウムだけでなく、その代替材料であるリン酸鉄リチウム等からなる無機物粒子の電子導電性を向上させるための方法が求められている。また、リチウム二次電池に用いられる材料に限らず、材料の電子導電性を向上させることは、ガスセンサー、燃料電池、太陽電池の性能を向上させるためにも有効である。   Therefore, in order to obtain a large amount of electricity, there is a demand for a method for improving the electronic conductivity of inorganic particles made of not only lithium cobaltate but also its alternative material such as lithium iron phosphate. Moreover, not only the material used for a lithium secondary battery but improving the electronic conductivity of the material is also effective for improving the performance of a gas sensor, a fuel cell, and a solar cell.

ところで、一般に、材料の電子導電性を向上させる方法としては、材料を微細化することにより電気化学反応に関与する反応面積を増加させるとともに導電性物質と複合化する方法がある。具体的には、固相反応法、水熱合成法、ゾルゲル法、噴霧熱分解法などが、これまでに提案されている。   By the way, in general, as a method for improving the electronic conductivity of a material, there is a method of increasing the reaction area involved in an electrochemical reaction by making the material finer and combining it with a conductive substance. Specifically, a solid phase reaction method, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, a spray pyrolysis method, and the like have been proposed so far.

前記の固相反応法は、原料の炭酸塩や酸化物を出発原料とし、これらを、ボールミル等を用いて微細化および混合し、その後、高温の電気炉内で焼成して目的の粒子を得る方法である(非特許文献1参照)。また、水熱合成法は、原料塩と導電性物質とを液相で混合し、亜臨界あるいは超臨界反応場で微粒子を製造する方法であり、比較的低温で高結晶性の微粒子を得ることができる方法である(非特許文献2参照)。さらに、ゾルゲル法は、例えば、金属アルコキシドの加水分解重合反応を利用して粒子を製造する方法である(非特許文献3参照)。また、噴霧熱分解法は、原料塩と導電性物質を液相で混合し、これを高温反応器内に噴霧することで、微小液滴を急速加熱・熱分解して固体粒子を生成させ、その固体粒子を急速に冷却することで結晶性の良い微細粒子が凝集したナノ構造体セラミックス粒子を製造する方法である(特許文献1、特許文献2、非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6等参照)。   The solid phase reaction method uses starting carbonates and oxides as starting materials, and these are refined and mixed using a ball mill or the like, and then fired in a high-temperature electric furnace to obtain the desired particles. It is a method (refer nonpatent literature 1). The hydrothermal synthesis method is a method in which raw material salt and conductive material are mixed in a liquid phase to produce fine particles in a subcritical or supercritical reaction field, and highly crystalline fine particles can be obtained at a relatively low temperature. (See Non-Patent Document 2). Furthermore, the sol-gel method is a method for producing particles using, for example, a hydrolysis polymerization reaction of a metal alkoxide (see Non-Patent Document 3). In the spray pyrolysis method, raw material salt and conductive material are mixed in a liquid phase and sprayed into a high-temperature reactor to rapidly heat and pyrolyze fine droplets to produce solid particles. This is a method for producing nanostructure ceramic particles in which fine particles having good crystallinity are aggregated by rapidly cooling the solid particles (Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, Non-Patent Document 5, (See Patent Document 6).

特開2004−14340号公報JP 2004-14340 A 特開2004−259471号公報JP 2004-259471 A

S. J. Kwon, C. W. Kim, W. T. Jeong, K. S. Lee, J. Power Sources, 137, 93-99(2004)S. J. Kwon, C. W. Kim, W. T. Jeong, K. S. Lee, J. Power Sources, 137, 93-99 (2004) K. Dokko, K. Shiraishi, K. Kanamura, J. Electrochem. Society, 152, A2199-A2202(2005)K. Dokko, K. Shiraishi, K. Kanamura, J. Electrochem. Society, 152, A2199-A2202 (2005) K.F. Hsu, S.Y. Tsay, B.J. Hwang, J. Mater. Chem., 14, 2690-2695 (2004)K.F.Hsu, S.Y.Tsay, B.J.Hwang, J. Mater. Chem., 14, 2690-2695 (2004) M.R. Yang, T.H. Teng, S.H. Wu, J. Power Sources, 159, 307-311 (2006)M.R.Yang, T.H.Teng, S.H.Wu, J. Power Sources, 159, 307-311 (2006) T.H. Teng, M.R. Yang, S.H. Wu, Y.P. Chiang, Solid State Communications, 142, 389-392 (2007)T.H.Teng, M.R.Yang, S.H.Wu, Y.P.Chiang, Solid State Communications, 142, 389-392 (2007) S. L. Bewlay, K. Konstantinov, G. X. Wang,, S. X. Dou, H. H. Liu, Mater. Lett., 58, 1788-1791(2004)S. L. Bewlay, K. Konstantinov, G. X. Wang ,, S. X. Dou, H. H. Liu, Mater. Lett., 58, 1788-1791 (2004)

しかし、固相反応法では、組成が均一で、単一の結晶構造を有する粒子を得るためには、十分に原材料を粉砕した後に長時間の焼成が必要である。そのため、最終的には、結晶粒が比較的大きく、比表面積が小さい粒子が得られる。さらに、導電性物質が材料の表面だけでなく内部にも含まれることとなり、得られる粒子の導電性が十分に改善されない。   However, in the solid phase reaction method, in order to obtain particles having a uniform composition and a single crystal structure, it is necessary to perform firing for a long time after sufficiently pulverizing the raw material. Therefore, finally, particles having relatively large crystal grains and a small specific surface area can be obtained. Furthermore, since the conductive substance is contained not only on the surface of the material but also inside, the conductivity of the obtained particles is not sufficiently improved.

また、水熱合成法は、原料を量論組成で調製しても、得られる粒子の組成は量論組成から大きくずれるため、粒子の成分組成の精密制御が困難である。さらに、導電性物質が粒子の表面だけでなく内部にも含有されてしまう。そのため、電子導電性に寄与する粒子表面の導電性物質が相対的に少なく、得られる粒子の導電性が十分に改善されない。   In addition, in the hydrothermal synthesis method, even if the raw material is prepared in a stoichiometric composition, the composition of the obtained particles is greatly deviated from the stoichiometric composition. Further, the conductive substance is contained not only on the surface of the particle but also inside. Therefore, there are relatively few conductive substances on the particle surface that contribute to electronic conductivity, and the conductivity of the resulting particles is not sufficiently improved.

さらに、ゾルゲル法は、原料溶液の調製および合成を液相で行うため組成制御は容易であるが粒子の結晶性が低いため、得られた粒子を高温で焼成しなければならない。これにより、粒子の粒成長が起きる。また、合成プロセスが多段操作であるため連続合成が困難である。さらに、導電性物質が粒子表面だけでなく内部にも含有されてしまう。そのため、電子導電性に寄与する粒子表面の導電性物質が相対的に少なく、得られる粒子の導電性が十分に改善されない。   Furthermore, in the sol-gel method, since the raw material solution is prepared and synthesized in a liquid phase, composition control is easy, but the crystallinity of the particles is low, and thus the obtained particles must be fired at a high temperature. Thereby, grain growth of particles occurs. Moreover, since the synthesis process is a multistage operation, continuous synthesis is difficult. Furthermore, the conductive material is contained not only on the particle surface but also inside. Therefore, there are relatively few conductive substances on the particle surface that contribute to electronic conductivity, and the conductivity of the resulting particles is not sufficiently improved.

さらにまた、前記の噴霧熱分解法は、出発原料にショ糖(カーボンの原料)を添加する方法であるため、得られる粒子は、導電性物質が粒子表面だけでなく内部にも含有されてしまう。そのため、電子導電性に寄与する粒子表面の導電性物質が相対的に少なく、得られる粒子の導電性が十分に改善されない。また、原料溶液に添加したカーボン原料を完全に炭化するには、高温での焼成が必要になり、これによって粒子成長が起きてしまう問題がある。   Furthermore, since the spray pyrolysis method is a method of adding sucrose (carbon raw material) to the starting material, the obtained particles contain not only the particle surface but also the inside of the conductive material. . Therefore, there are relatively few conductive substances on the particle surface that contribute to electronic conductivity, and the conductivity of the resulting particles is not sufficiently improved. Moreover, in order to completely carbonize the carbon raw material added to the raw material solution, firing at a high temperature is required, which causes a problem of particle growth.

そこで、本発明の課題は、前記した問題を解決し、無機物粒子と導電性物質とが複合されるため、優れた電子導電性を示す無機物粒子を得ることができる無機物粒子の製造方法を提供することにある。   Then, the subject of this invention solves the above-mentioned problem, and since the inorganic particle and the electroconductive substance are combined, the manufacturing method of the inorganic particle which can obtain the inorganic particle which shows the outstanding electronic conductivity is provided. There is.

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討の結果、噴霧熱分解法を用いて短時間で組成が均一なアモルファスあるいは多結晶体の第1無機物粒子を作製し、これを、遊星ボールミルを用いて湿式で微細化するとともに、同時に導電性物質と均一に混合し第1無機物粒子と導電性物質の複合体粒子を合成し、その後、焼成を行うことで結晶性に優れた無機物粒子が製造可能であることを知見した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied to produce amorphous or polycrystalline first inorganic particles having a uniform composition in a short time using a spray pyrolysis method. In addition, the inorganic particles having excellent crystallinity can be obtained by finely pulverizing with a conductive material and simultaneously mixing with a conductive material to synthesize composite particles of the first inorganic particles and the conductive material, followed by firing. It was found that it can be manufactured.

前記知見に基づき、請求項1に係る発明の無機物粒子の製造方法は、無機物粒子の製造方法であって、前記無機物粒子の構成成分を含む原料化合物の溶液を調製する工程(A)と、前記原料化合物の溶液を噴霧熱分解処理して第1無機物粒子を形成する工程(B)と、前記第1無機物粒子と導電性物質とを、遊星ボールミルを用いて湿式で粉砕・混合して導電性物質と無機物粒子を含む複合体粒子を形成する工程(C)と、前記複合体粒子を焼成する工程(D)と、を含むことを特徴とする。   Based on the above knowledge, the method for producing inorganic particles of the invention according to claim 1 is a method for producing inorganic particles, the step (A) of preparing a solution of a raw material compound containing constituents of the inorganic particles, A step (B) of forming a first inorganic particle by spray pyrolysis treatment of a solution of the raw material compound, and the first inorganic particle and the conductive substance are wet pulverized and mixed using a planetary ball mill to be conductive. It includes a step (C) of forming composite particles containing a substance and inorganic particles, and a step (D) of firing the composite particles.

この製造方法では、前記の原料化合物の溶液を調製する工程(A)〜複合体粒子を焼成する工程(D)の一連の工程によって、電子導電性に優れた無機物粒子を製造することができる。   In this production method, inorganic particles having excellent electronic conductivity can be produced by a series of steps from the step (A) for preparing the raw material compound solution to the step (D) for firing the composite particles.

請求項2に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記第1無機物粒子が、Fe、Mn、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種と、Liとを含む無機物で形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is that, in the method for producing inorganic particles, the first inorganic particles are formed of an inorganic material including at least one selected from Fe, Mn, Co, and Ni and Li. Features.

この無機物粒子の製造方法では、前記第1無機物粒子が、Fe、Mn、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種と、Liとを含む無機物で形成され、導電性物質と複合した複合体からなる無機物粒子を製造することができる。   In this method for producing inorganic particles, the first inorganic particles are formed of an inorganic material containing at least one selected from Fe, Mn, Co, and Ni and Li, and are formed of a composite that is combined with a conductive material. Particles can be produced.

請求項3に係る発明は、前記第1無機物粒子が、リチウムを含むリン酸塩で形成されていることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、リチウムを含むリン酸塩と、導電性物質とを含む複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 3 is characterized in that the first inorganic particles are formed of a phosphate containing lithium.
In this method for producing inorganic particles, composite particles containing a lithium-containing phosphate and a conductive substance can be produced.

請求項4に係る発明は、前記第1無機物粒子が、リチウムを含むケイ酸塩で形成されていることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、リチウムを含むケイ酸塩と、導電性物質とを含む複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the first inorganic particles are formed of a silicate containing lithium.
In this method for producing inorganic particles, composite particles containing a silicate containing lithium and a conductive substance can be produced.

請求項5に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記第1無機物粒子が、リチウムを含むホウ酸塩で形成されていることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、リチウムを含むホウ酸塩と、導電性物質とを含む複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 5 is characterized in that, in the method for producing inorganic particles, the first inorganic particles are formed of a borate containing lithium.
In this method for producing inorganic particles, composite particles containing a borate containing lithium and a conductive substance can be produced.

請求項6に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記第1無機物粒子が、LiFePOからなる粒子であることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、LiFePOと、導電性物質とを含む電子導電性に優れた複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the method for producing inorganic particles, the first inorganic particles are particles made of LiFePO 4 .
In this method for producing inorganic particles, it is possible to produce composite particles having excellent electronic conductivity, including LiFePO 4 and a conductive substance.

請求項7に係る発明は、前記第1無機物粒子が、LiMnPOで形成されていることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、LiMnPOと、導電性物質とを含む電子導電性に優れた複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 7 is characterized in that the first inorganic particles are formed of LiMnPO 4 .
In this method for producing inorganic particles, composite particles having excellent electronic conductivity including LiMnPO 4 and a conductive substance can be produced.

請求項8に係る発明は、前記第1無機物粒子が、LiMnPOのMnの一部をMg、Co、Ni、FeおよびZnから選ばれる1種で置換して形成されていることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、LiMnPOのMnの一部をMg、Co、Ni、FeおよびZnから選ばれる1種で置換して形成されている無機化合物と、導電性物質とを含む電子導電性に優れた複合体粒子を製造することができる。
The invention according to claim 8 is characterized in that the first inorganic particles are formed by substituting a part of Mn of LiMnPO 4 with one selected from Mg, Co, Ni, Fe and Zn. .
In this method for producing inorganic particles, electronic conductivity including an inorganic compound formed by replacing a part of Mn of LiMnPO 4 with one selected from Mg, Co, Ni, Fe, and Zn, and a conductive substance. Composite particles having excellent properties can be produced.

請求項9に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記導電性物質が、カーボンブラックであることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、導電性物質としてカーボンブラックを用いることによって、電子導電性に優れた無機物粒子を製造することができる。
The invention according to claim 9 is characterized in that, in the method for producing inorganic particles, the conductive substance is carbon black.
In this method for producing inorganic particles, inorganic particles having excellent electronic conductivity can be produced by using carbon black as the conductive material.

請求項10に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記第1無機物粒子を形成する工程(B)の噴霧熱分解処理を300〜800℃で行うことを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、噴霧熱分解処理を300〜800℃で行うことによって、アモルファスあるいは多結晶体の無機物粒子を製造することができる。
The invention according to claim 10 is characterized in that in the method for producing inorganic particles, the spray pyrolysis treatment of the step (B) of forming the first inorganic particles is performed at 300 to 800 ° C.
In this method for producing inorganic particles, amorphous or polycrystalline inorganic particles can be produced by performing spray pyrolysis at 300 to 800 ° C.

請求項11に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルの回転台の回転数が100〜1100回/分、ミルポットの自転の回転数が200〜2200回/分であることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルの回転台の回転数を100〜1100回/分、ミルポットの自転の回転数を200〜2200回/分とすることによって、第1無機物粒子と導電性物質が複合された複合体粒子を得ることができる。
The invention according to claim 11 is the method for producing inorganic particles, wherein the rotational speed of the rotating base of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particles is 100 to 1100 times / minute, and the rotational speed of the rotation of the mill pot. Is 200 to 2200 times / minute.
In this method for producing inorganic particles, the rotational speed of the rotating base of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particles is 100 to 1100 times / minute, and the rotational speed of the rotation of the mill pot is 200 to 2200 times / minute. Thus, composite particles in which the first inorganic particles and the conductive material are combined can be obtained.

請求項12に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルのボールの球径が100〜10000μmであることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルのボールの球径(直径)が100〜10000μmであることによって、第1無機物粒子と導電性物質が複合された複合体粒子を得ることができる。
The invention according to claim 12 is characterized in that, in the method for producing inorganic particles, the ball diameter of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particles is 100 to 10,000 μm.
In this inorganic particle manufacturing method, the ball diameter (diameter) of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particle is 100 to 10,000 μm, whereby the first inorganic particle and the conductive material are combined. Composite particles can be obtained.

請求項13に係る発明は、前記無機物粒子の製造方法において、前記複合体粒子を焼成する工程(D)の焼成温度が400〜1200℃であることを特徴とする。
この無機物粒子の製造方法では、400〜1200℃の温度で焼成することによって、前記複合体粒子を形成する工程(C)で合成されたアモルファスな無機物粒子を結晶化させることや、多結晶体の無機物粒子の結晶性を向上させること、さらには未分解物質を除去することができる。
The invention according to claim 13 is characterized in that, in the method for producing inorganic particles, the firing temperature in the step (D) of firing the composite particles is 400 to 1200 ° C.
In this method for producing inorganic particles, the amorphous inorganic particles synthesized in the step (C) for forming the composite particles are crystallized by firing at a temperature of 400 to 1200 ° C. The crystallinity of the inorganic particles can be improved, and further, undecomposed substances can be removed.

請求項14に係る発明は、二次電池正極において、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の製造方法により製造された無機物粒子を用いることを特徴とする。
前記製造方法により製造された無機物粒子を用いることによって、高容量で高速充放電特性に優れた二次電池正極を得ることができる。
The invention according to claim 14 is characterized in that, in the secondary battery positive electrode, inorganic particles produced by the production method according to any one of claims 1 to 13 are used.
By using the inorganic particles produced by the production method, a secondary battery positive electrode having a high capacity and excellent high-speed charge / discharge characteristics can be obtained.

請求項15に係る発明は、二次電池において、請求項14に記載の二次電池正極を用いることを特徴とする。
前記二次電池正極を用いることによって、高容量で高速充放電特性に優れた二次電池を得ることができる。
The invention according to claim 15 is the secondary battery, wherein the secondary battery positive electrode according to claim 14 is used.
By using the secondary battery positive electrode, a secondary battery having a high capacity and excellent high-speed charge / discharge characteristics can be obtained.

本発明の無機物粒子の製造方法によれば、第1無機物粒子と、導電性物質とを含み、第1無機物粒子を構成する材料を100ナノメートル以下の粒子に微細化するとともに、それらが導電性物質と均一に混合した電子導電性に優れた複合体粒子を得ることができる。特に、本発明の方法は、コバルト酸リチウム(LiCoO)に替わって、資源として豊富で安価な元素で構成されるLiFePOからなる粒子の電子導電性を改善し、高容量で高速充放電特性に優れたリチウム二次電池正極材料を得ることができる。 According to the method for producing inorganic particles of the present invention, the material comprising the first inorganic particles and the conductive substance, and the material constituting the first inorganic particles is refined into particles of 100 nanometers or less, and they are electrically conductive. Composite particles excellent in electronic conductivity mixed uniformly with the substance can be obtained. In particular, the method of the present invention improves the electronic conductivity of particles made of LiFePO 4 composed of abundant and inexpensive elements instead of lithium cobaltate (LiCoO 2 ), and has high capacity and high-speed charge / discharge characteristics. Can be obtained.

噴霧熱分解装置を示す概略図である。It is the schematic which shows a spray pyrolysis apparatus. (a)は、遊星ボールミルを説明する概念図、(b)は、遊星ボールミルのミルポット内の粉砕物およびボールの動作を説明する概念図である。(A) is a conceptual diagram explaining a planetary ball mill, (b) is a conceptual diagram explaining operation | movement of the ground material and ball | bowl in the mill pot of a planetary ball mill. 結晶相の同定結果を示す粉末X線回折スペクトルである。It is a powder X-ray-diffraction spectrum which shows the identification result of a crystal phase. 実施例1で得られた無機物粒子のSEM写真である。2 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Example 1. 比較例1で得られた無機物粒子のSEM写真である。4 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られた無機物粒子のSEM写真である。4 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Comparative Example 2. 実施例1で得られた無機物粒子のTEM写真である。2 is a TEM photograph of inorganic particles obtained in Example 1. FIG. 比較例2で得られた無機物粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of inorganic particles obtained in Comparative Example 2. 実施例1と比較例1における充放電サイクル試験の初期充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the initial stage charging / discharging curve of the charging / discharging cycle test in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例1における様々な充放電速度におけるサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycling characteristics in the various charging / discharging speed | velocity | rate in Example 1. FIG. 結晶相の同定結果を示す粉末X線回折スペクトルである。It is a powder X-ray-diffraction spectrum which shows the identification result of a crystal phase. 実施例3で得られた無機物粒子のSEM写真である。4 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Example 3. 比較例3で得られた無機物粒子のSEM写真である。4 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Comparative Example 3. 実施例3で得られた無機物粒子のTEM写真である。4 is a TEM photograph of inorganic particles obtained in Example 3. 実施例3と比較例3における充放電サイクル試験の初期充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the initial stage charge / discharge curve of the charging / discharging cycle test in Example 3 and Comparative Example 3. 実施例3における様々な充放電速度におけるサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycle characteristic in the various charging / discharging speed | velocity in Example 3. FIG. 結晶相の同定結果を示す粉末X線回折スペクトルである。It is a powder X-ray-diffraction spectrum which shows the identification result of a crystal phase. 結晶相の同定結果を示す粉末X線回折スペクトルである。It is a powder X-ray-diffraction spectrum which shows the identification result of a crystal phase. 結晶相の同定結果を示す粉末X線回折スペクトルである。It is a powder X-ray-diffraction spectrum which shows the identification result of a crystal phase. 実施例13における充放電サイクル試験の初期充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the initial stage charge / discharge curve of the charging / discharging cycle test in Example 13. 実施例12〜15における充放電速度におけるサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycle characteristic in the charging / discharging speed | velocity in Examples 12-15. 実施例4で得られた無機物粒子のSEM写真である。4 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Example 4. 実施例6で得られた無機物粒子のSEM写真である。7 is a SEM photograph of inorganic particles obtained in Example 6.

以下、本発明の電子導電性に優れた無機物粒子の製造方法(以下、「本発明の方法」という)について詳細に説明する。
本発明の方法は、原料化合物の溶液(以下、「原料溶液」という)を調製する工程(A)と、第1無機物粒子を形成する工程(B)と、前記第1無機物粒子と導電性物質とを、遊星ボールミルを用いて湿式で粉砕・混合して導電性物質と無機物粒子を含む複合体粒子を形成する工程(C)と、前記複合体粒子を焼成する工程(D)、を含む方法である。
Hereinafter, the method for producing inorganic particles excellent in electronic conductivity of the present invention (hereinafter referred to as “method of the present invention”) will be described in detail.
The method of the present invention includes a step (A) of preparing a solution of a raw material compound (hereinafter referred to as “raw material solution”), a step (B) of forming first inorganic particles, the first inorganic particles and a conductive substance. A step (C) of forming a composite particle containing a conductive substance and inorganic particles by wet pulverization and mixing using a planetary ball mill, and a step (D) of firing the composite particle It is.

本発明の方法によって製造される無機物粒子は、1種または複数の金属原子またはその他の元素を含む酸化物、硫化物、窒化物、炭化物などの無機化合物からなる粒子である。無機化合物の具体例としては、LiMn、LiCoO,LiMCo1−x(M=Ni,Mn),LiMPO(M=Fe,Mn,Co,Ni),LiM’M”1−xPO(M’,M”=Fe,Mn,Co,Ni,Mg,Zn,V),LiMBO(M=Fe,Mn,Co,Ni),Li2MB25(M=Fe,Mn,Co,Ni),LiM’M”1−xBO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiM’M”1−xSiO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiM’M”1−xTiO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiNiVO,LiCoNi1−yVO,LiMMn2−x(M=Co,Cr,Al,Mg,Zn,Ni,Fe,V),LiNiMn1−x,LiNi1−x−yCo(M=Mn,Mg,Al,Ga,Fe),Li[NiCo1−2xMn]O,MnV,LiTi12,CuO,CoO,Gd,Al,ZnO,ZrO,TiO,SnO,CeO,SiO,MgO,Fe,NiO,Y,PdO,PbO,Co,Mn,BaO,PuO,V,MoO,WO,Eu,YBaCu7−x,YBaCu,La−Sr−Cu−O,Tl−Ca−BaCu−O,(Bi,Pb)−Sr−Ca−Cu−O,MRuO(M=Sr,La),MRu7−x(M=Bi,Pb,Y,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm),BiCaSrCu,BiCaSrCu,ZnO−TiO,ZrO−SiO,MgAl,CoMo,CoMoO,CoAl,CuCr,PbCr,Pb(Zr,Ti)O,LaSr1−xMnO,LnSr1−xCoO(Ln=La,Nd,Gd),LnSr1−xCoFe1−y3-δ(Ln=La,Sm,Nd,Gd),LaSr1−xGaMg1−y3δ,Mullite(3Al−2SiO),Mn−Zn ferrite,BaFe1219,Ba0.86Ca0.14TiO,BaTiO,BaZn1/3Nb2/3,PbMg1/3Nb2/3,SrTiO,PbTiO,ZnSiO,ZrSn1−xTiO,NiO−SDC(samaria−doped ceria),NiO−CGO(gadorinia−doped ceria),GdFe12,BaFe1219,NiFe,SrTiO,LaAlO,Eu−doped Y,Eu−doped(YGd),CdWO,ZnWO,CaWO,SrWO,LaPO,Ce−doped LaPO,Eu−doped LaPO,Ce−Tb−doped LaPO,Eu−doped(Gd1−x,YAl12,YAlO,YAl,YSiO,Ce1−xTbMgAl1119等の酸化物;ZnS,CdS,CuS,CuInS,CaLa等の硫化物;Si,BN,AlN等の窒化物;SiC等の炭化物などが挙げられる。これらの中でも、本発明の方法は、LiFePO、LiM’M”1−xPO(M’,M”=Fe,Mn,Co,Ni,Mg,Zn,V),LiM’M”1−xSiO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiM’M”1−xTiO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiMBO(M=Fe,Mn,Co,Ni),Li2MB25(M=Fe,Mn,Co,Ni),LiM’M”1−xBO(M’,M”=Mn,Co,Ni,Fe,Mg,Zn,V),LiMn,LiMMn2−x(M=Co,Cr,Al,Mg,Zn,Ni,Fe,V),LiNiMn1−x,LiNi1−x−yCo(M=Mn,Mg,Al,Ga,Fe),Li[NiCo1−2xMn]O,MnV,LiTi12等からなる無機物粒子の製造に適用して、電子導電性に優れた無機物粒子を製造することができる。特に、本発明の方法によって得られる電子導電性に優れたLiFePOからなる粒子は、希少で高価なコバルトの化合物であるLiCoOに替えてリチウム二次電池の正極材料として有用である。 The inorganic particles produced by the method of the present invention are particles composed of an inorganic compound such as an oxide, sulfide, nitride or carbide containing one or more metal atoms or other elements. Specific examples of the inorganic compound include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiM x Co 1-x O 2 (M = Ni, Mn), LiMPO 4 (M = Fe, Mn, Co, Ni), LiM ′ x M “ 1-x PO 4 (M ′, M” = Fe, Mn, Co, Ni, Mg, Zn, V), LiMBO 3 (M = Fe, Mn, Co, Ni), Li 2 MB 2 O 5 (M = Fe, Mn, Co, Ni), LiM ′ x M ″ 1-x BO 3 (M ′, M ″ = Mn, Co, Ni, Fe, Mg, Zn, V), Li 2 M ′ x M ″ 1 -x SiO 4 (M ', M "= Mn, Co, Ni, Fe, Mg, Zn, V), Li 2 M' x M" 1-x TiO 4 (M ', M "= Mn, Co, Ni , Fe, Mg, Zn, V), LiNiVO 4 , LiCo y Ni 1-y VO 4 , LiM x Mn 2−x O 4 ( M = Co, Cr, Al, Mg, Zn, Ni, Fe, V), LiNi x Mn 1-x O 2, LiNi 1-x-y Co x M y O 2 (M = Mn, Mg, Al, Ga , Fe), Li [Ni x Co 1-2x Mn x] O 2, MnV 2 O 6, Li 4 Ti 5 O 12, CuO, CoO, Gd 2 O 3, Al 2 O 3, ZnO, ZrO 2, TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , SiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, Y 2 O 3 , PdO, PbO, Co 3 O 4 , Mn 3 O 4 , BaO, PuO, V 2 O 5 , MoO 3 , WO 3, Eu 2 O 3 , YBa 2 Cu 3 O 7-x, YBa 2 Cu 4 O 8, La-Sr-Cu-O, Tl-Ca-BaCu-O, (Bi, Pb) -Sr-Ca -Cu-O, MRuO 3 (M = Sr, a), M 2 Ru 2 O 7-x (M = Bi, Pb, Y, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm), Bi 2 CaSr 2 Cu 2 O x, Bi 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3 O x, ZnO-TiO 2, ZrO 2 -SiO 2, MgAl 2 O 4, Co 2 Mo 3 O 8, CoMoO 4, CoAl 2 O 4, CuCr 2 O 4, PbCr 2 O 4, Pb (Zr, Ti) O 3 , La x Sr 1-x MnO 3 , Ln x Sr 1-x CoO 3 (Ln = La, Nd, Gd), Ln x Sr 1-x Co y Fe 1-y O 3−δ (Ln) = La, Sm, Nd, Gd ), La x Sr 1-x Ga y Mg 1-y O 3δ, Mullite (3Al 2 O 3 -2SiO 2), Mn-Zn ferrite, BaFe 12 O 19, Ba 0.86 a 0.14 TiO 3, BaTiO 3, BaZn 1/3 Nb 2/3 O 3, PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3, SrTiO 3, PbTiO 3, Zn 2 SiO 4, Zr x Sn 1-x TiO 4, NiO-SDC (samaria- doped ceria), NiO-CGO (gadorinia-doped ceria), Gd 3 Fe 5 O 12, BaFe 12 O 19, NiFe 2 O 4, SrTiO 3, LaAlO 3, Eu-doped Y 2 O 3, Eu-doped (YGd ) 2 O 3, CdWO 4, ZnWO 4, CaWO 4, SrWO 4, LaPO 4, Ce-doped LaPO 4, Eu-doped LaPO 4, Ce-Tb-doped LaPO 4, Eu- doped (Gd x Y 1-x ) O 3, Y 3 Al 5 O 12, YAlO 3, Y 4 Al 2 O 9, Y 2 SiO 5, oxides such as Ce 1-x Tb x MgAl 11 O 19; ZnS, CdS, CuS, CuInS 2, CaLa sulfides such as 2 S 4; Si 3 N 4 , BN, nitrides such as AlN; including carbides such as SiC and the like. Among these, the method of the present invention is performed by using LiFePO 4 , LiM ′ x M ″ 1-x PO 4 (M ′, M ″ = Fe, Mn, Co, Ni, Mg, Zn, V), Li 2 M ′ x. M ″ 1-x SiO 4 (M ′, M ″ = Mn, Co, Ni, Fe, Mg, Zn, V), Li 2 M ′ x M ″ 1-x TiO 4 (M ′, M ″ = Mn, Co, Ni, Fe, Mg, Zn, V), LiMBO 3 (M = Fe, Mn, Co, Ni), Li 2 MB 2 O 5 (M = Fe, Mn, Co, Ni), LiM ′ x M ″ 1-x BO 3 (M ′, M ″ = Mn, Co, Ni, Fe, Mg, Zn, V), LiMn 2 O 4 , LiM x Mn 2-x O 4 (M = Co, Cr, Al, Mg) , Zn, Ni, Fe, V ), LiNi x Mn 1-x O 2, LiNi 1-x-y Co x M y O 2 (M = Mn, M , Al, Ga, Fe), and applied to the manufacture of Li [Ni x Co 1-2x Mn x ] O 2, MnV 2 O 6, Li 4 Ti 5 O of 12 like inorganic particles, excellent electron conductivity Inorganic particles can be produced. In particular, particles made of LiFePO 4 having excellent electronic conductivity obtained by the method of the present invention are useful as a positive electrode material for a lithium secondary battery in place of LiCoO 2 which is a rare and expensive cobalt compound.

本発明の方法において、原料溶液を調製する工程(A)は、前記第1無機物粒子の構成成分を含む原料化合物を溶媒に溶解する工程である。   In the method of the present invention, the step (A) of preparing the raw material solution is a step of dissolving the raw material compound containing the constituent components of the first inorganic particles in a solvent.

原料化合物としては、前記第1無機物粒子の構成成分を含むものであれば、特に限定されない。例えば、前記に例示した化合物の構成成分であるリチウム(Li)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、チタン(Ti)、イットリウム(Y)等の硝酸塩、酢酸塩、ギ酸塩などの有機酸塩、塩化物、オキシ塩化物、水和物等を用いることができる。また、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等の金属有機化合物、さらに、種々の配位子を有する金属錯体などを用いることもできる。これらの原料化合物は、前記第1無機物粒子における構成成分の化学量論比となるように、原料溶液中の組成比が調製される。   The raw material compound is not particularly limited as long as it contains the constituent components of the first inorganic particles. For example, lithium (Li), chromium (Cr), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), iron (Fe), aluminum (Al), magnesium (Mg), which are constituents of the compounds exemplified above ), Nitrates such as zinc (Zn), vanadium (V), titanium (Ti), yttrium (Y), organic acid salts such as acetate and formate, chlorides, oxychlorides, hydrates, etc. Can do. In addition, metal organic compounds such as metal alkoxide, metal acetylacetonate, and metal carboxylate, and metal complexes having various ligands can also be used. The composition ratio in the raw material solution is adjusted so that these raw material compounds have the stoichiometric ratio of the constituent components in the first inorganic particles.

また、原料溶液中の原料化合物の濃度は、原料化合物中の前記第1無機物粒子の構成成分の合計が、0.001mol/L〜12.0mol/Lであることが好ましく、さらに、0.1mol/L〜6mol/Lであることが好ましい。構成成分の合計が0.001mol/L以下であると、一定量の第1無機物粒子を合成するのに長時間必要となり、12.0mol/L以上になると原料塩が原料溶液に溶解しないことがある。   The concentration of the raw material compound in the raw material solution is preferably such that the total of the constituent components of the first inorganic particles in the raw material compound is 0.001 mol / L to 12.0 mol / L, and further 0.1 mol / L to 6 mol / L is preferable. When the total of the constituent components is 0.001 mol / L or less, it takes a long time to synthesize a certain amount of the first inorganic particles, and when it exceeds 12.0 mol / L, the raw material salt may not dissolve in the raw material solution. is there.

また、原料溶液は、前記原料化合物以外に、次の第1無機物粒子を形成する工程(B)の噴霧熱分解処理において、より微細な粒子を得るために分解性添加剤を配合してもよい。分解性添加剤としては、例えば、クエン酸、乳酸、コハク酸、リンゴ酸、グリコール酸、アスコルビン酸等の有機酸、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、尿素等のアンモニウム化合物を用いることができる。原料溶液に分解性添加剤を添加する場合、分解性添加剤の濃度は、原料溶液に含まれる前記構成成分の合計濃度の1〜100倍程度であることが望ましく、さらに、2〜50倍程度であることが望ましい。   In addition to the raw material compound, the raw material solution may contain a degradable additive in order to obtain finer particles in the spray pyrolysis treatment of the next step (B) for forming the first inorganic particles. . Examples of degradable additives include organic acids such as citric acid, lactic acid, succinic acid, malic acid, glycolic acid, and ascorbic acid, ammonium such as ammonium chloride, ammonium acetate, ammonium formate, ammonium nitrate, ammonium carbonate, ammonium sulfate, and urea. Compounds can be used. When adding a degradable additive to a raw material solution, the concentration of the degradable additive is preferably about 1 to 100 times the total concentration of the constituents contained in the raw material solution, and more preferably about 2 to 50 times. It is desirable that

溶媒としては、原料化合物と分解性添加剤を溶解するものであれば、特に限定されず、例えば、水、あるいはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、エチレングリコール、エチレンオキシド、トリエタノールアミン、キシレン、アセトン等の非水系溶媒を用いることができる。   The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the raw material compound and the degradable additive. For example, water or alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, ethylene oxide, triethanolamine, Nonaqueous solvents such as xylene and acetone can be used.

次に、第1無機物粒子を形成する工程(B)は、原料溶液を調製する工程(A)で調製された原料溶液を噴霧熱分解処理して第1無機物粒子を形成する工程である。本発明において、噴霧熱分解処理とは、原料化合物の熱分解が起こる温度以上の高温に保持された雰囲気中に原料溶液を微細な液滴として噴霧し、溶媒の蒸発、原料化合物の熱分解を行うとともに、前記構成成分からなる無機物で構成される微細な粒子を形成する処理である。この噴霧熱分解によって、原子スケールでの組成均一性や微量成分元素の均一分散性に優れるとともに、分散性に優れる微粒子が得られる。原料溶液を微細な液滴として噴霧する方法は、特に限定されないが、例えば、超音波噴霧器を用いる方法、二流体ノズルや加圧ノズルを用いる方法、回転ディスクを用いる方法などが挙げられる。また、熱分解は、例えば、噴霧された液滴を、ガスバーナー加熱、電気抵抗加熱、マイクロ波加熱あるいはレーザー加熱等によって加熱することによって行うことができる。   Next, the step (B) of forming the first inorganic particles is a step of forming the first inorganic particles by spray pyrolysis treatment of the raw material solution prepared in the step (A) of preparing the raw material solution. In the present invention, the spray pyrolysis treatment means that the raw material solution is sprayed as fine droplets in an atmosphere maintained at a temperature higher than the temperature at which the thermal decomposition of the raw material compound occurs to evaporate the solvent and thermally decompose the raw material compound. It is the process which forms fine particle | grains comprised with the inorganic substance which consists of the said structural component while performing. By this spray pyrolysis, fine particles having excellent composition uniformity on the atomic scale and uniform dispersibility of trace component elements and excellent dispersibility can be obtained. The method for spraying the raw material solution as fine droplets is not particularly limited, and examples thereof include a method using an ultrasonic sprayer, a method using a two-fluid nozzle and a pressure nozzle, and a method using a rotating disk. The thermal decomposition can be performed, for example, by heating the sprayed droplets by gas burner heating, electric resistance heating, microwave heating, laser heating, or the like.

原料溶液の噴霧における液滴の直径は、通常、0.1〜500μm程度にすることが好ましい。これによって、ナノサイズの一次粒子が凝集した第1無機物粒子を得ることができる利点がある。   In general, the diameter of the droplet in spraying the raw material solution is preferably about 0.1 to 500 μm. This has an advantage that first inorganic particles in which nano-sized primary particles are aggregated can be obtained.

また、熱分解温度としては、製造する第1無機物粒子の組成に依存するが、300〜800℃の範囲が好ましい。熱分解温度を300℃以上とすることにより原料塩および添加物を分解させ、アモルファスあるいは多結晶体の第1無機物粒子を得ることができ、また、熱分解温度を800℃以下とすることにより、得られる第1無機物粒子のさらなる熱分解を抑制できる利点がある。また、LiMPO(M=Fe,Mn)からなる第1無機物粒子を製造する場合は、400〜800℃の範囲が好ましい。 Moreover, as a thermal decomposition temperature, although depending on the composition of the 1st inorganic particle to manufacture, the range of 300-800 degreeC is preferable. By making the thermal decomposition temperature 300 ° C. or higher, the raw material salt and additives can be decomposed to obtain amorphous or polycrystalline first inorganic particles, and by setting the thermal decomposition temperature to 800 ° C. or lower, There is an advantage that further thermal decomposition of the obtained first inorganic particles can be suppressed. Further, LiMPO 4 (M = Fe, Mn) when manufacturing the first inorganic particles consisting of is preferably in the range of 400 to 800 ° C..

さらに、噴霧熱分解処理における雰囲気としては、空気、酸素、水素あるいはそれらと窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの混合ガスを用いることができる。   Further, as the atmosphere in the spray pyrolysis treatment, air, oxygen, hydrogen, or a mixed gas of these and an inert gas such as nitrogen, argon, helium can be used.

また、噴霧熱分解処理の時間は、製造する第1無機物粒子の組成によって調製される。通常、5秒以上であることが好ましく、20秒以上であることがさらに好ましい。5秒以上とすることにより原料塩および添加剤が分解し最終的にアモルファスあるいは多結晶体の目的物たる第1無機物粒子が得られるという利点を有する。   The spray pyrolysis time is adjusted according to the composition of the first inorganic particles to be produced. Usually, it is preferably 5 seconds or more, and more preferably 20 seconds or more. By setting it to 5 seconds or more, there is an advantage that the raw material salt and the additive are decomposed and finally the first inorganic particles as the target object of amorphous or polycrystalline substance can be obtained.

次に、図1に示す噴霧熱分解装置MPを用いて第1無機物粒子を形成する工程(B)を具体的に説明する。
図1に示す噴霧熱分解装置MPは、液滴生成部として、原料溶液を霧状態の液滴を生成するための超音波噴霧器5と、原料溶液槽7に貯槽された原料溶液を超音波噴霧器5に供給するためのマイクロチューブポンプ6と、恒温槽9、冷凍機10およびポンプ8で構成される恒温水循環システムとを備える。
Next, the step (B) of forming the first inorganic particles using the spray pyrolysis apparatus MP shown in FIG. 1 will be specifically described.
The spray pyrolysis apparatus MP shown in FIG. 1 has, as a droplet generator, an ultrasonic sprayer 5 for generating droplets of a raw material solution in a mist state, and an ultrasonic sprayer that stores the raw material solution stored in the raw material solution tank 7. And a constant temperature water circulation system including a constant temperature bath 9, a refrigerator 10 and a pump 8.

また、超音波噴霧器5には、超音波噴霧器5によって生成された液滴を、後記の熱分解反応炉11に導入するために、雰囲気ガス(キャリヤーガス)を供給するガスボンベ1と、充填カラム2と、フィルター3と、流量計4とからなる液滴導入手段が接続されている。また、フィルター3から流量計4への流路の途中には、超音波噴霧器5に導入される雰囲気ガスの温度を測定するためのガス温度計T11が配置されている。   The ultrasonic atomizer 5 includes a gas cylinder 1 for supplying an atmospheric gas (carrier gas) and a packed column 2 in order to introduce droplets generated by the ultrasonic atomizer 5 into a thermal decomposition reactor 11 described later. A droplet introducing means comprising a filter 3 and a flow meter 4 is connected. A gas thermometer T11 for measuring the temperature of the atmospheric gas introduced into the ultrasonic sprayer 5 is disposed in the middle of the flow path from the filter 3 to the flow meter 4.

さらに、噴霧熱分解装置MPは、熱分解部として、熱分解反応炉11を有し、この熱分解反応炉11は、超音波噴霧器5から導入される霧状態の液滴を予熱する筒状空間を有する予熱管111と、予熱管111に接続され熱分解を行う筒状空間を有する反応管112と、を備える。また、予熱管111および反応管112の周囲には、予熱管111および反応管112内の温度を調節するためのヒータ12が配置されている。さらに、予熱管111および反応管112には、その各部の温度を測定し制御するための温度制御器TC1,TC2,TC3,TC4,TC5,TC6が配置されている。これによって、予熱管111および反応管112の内部の温度が適正に調節される。超音波噴霧器5から導入された霧状態にされた液滴は、この予熱管111および反応管112に導入されて、予熱管111の区間で、液滴表面から溶媒が蒸発し、溶質の析出、および乾燥のプロセスを、反応管112の区間で、熱分解のプロセスを経て、第1無機物粒子が生成する。   Further, the spray pyrolysis apparatus MP has a pyrolysis reaction furnace 11 as a pyrolysis section, and this pyrolysis reaction furnace 11 is a cylindrical space for preheating the mist droplets introduced from the ultrasonic sprayer 5. And a reaction tube 112 having a cylindrical space connected to the preheating tube 111 and performing thermal decomposition. Around the preheating tube 111 and the reaction tube 112, a heater 12 for adjusting the temperature in the preheating tube 111 and the reaction tube 112 is disposed. Further, temperature controllers TC1, TC2, TC3, TC4, TC5, and TC6 for measuring and controlling the temperature of each part are arranged in the preheating tube 111 and the reaction tube 112. Thereby, the temperature inside the preheating tube 111 and the reaction tube 112 is adjusted appropriately. The mist droplets introduced from the ultrasonic sprayer 5 are introduced into the preheating tube 111 and the reaction tube 112, and the solvent evaporates from the surface of the droplets in the section of the preheating tube 111, so that the solute is precipitated. The first inorganic particles are generated through the pyrolysis process in the section of the reaction tube 112 through the drying process.

このとき、予熱管111および反応管112における温度は、300℃〜800℃程度に調節される。また、予熱管111および反応管112の内部を流通する液滴を含む雰囲気ガスは、通常、0.5L/min〜4.0L/min程度の流量に調整される。この流量は、ガスボンベ1からの雰囲気ガスの流量を調整することによって、調整することができる。また、TC7は、熱分解反応炉11の反応管112の出口における温度を測定して制御するための温度制御器である。   At this time, the temperature in the preheating tube 111 and the reaction tube 112 is adjusted to about 300 ° C to 800 ° C. Further, the atmospheric gas containing droplets flowing through the preheating tube 111 and the reaction tube 112 is usually adjusted to a flow rate of about 0.5 L / min to 4.0 L / min. This flow rate can be adjusted by adjusting the flow rate of the atmospheric gas from the gas cylinder 1. The TC 7 is a temperature controller for measuring and controlling the temperature at the outlet of the reaction tube 112 of the pyrolysis reactor 11.

熱分解反応炉11の反応管112の出口には、拡散型静電捕集器14が配置されている。この拡散型静電捕集器14には、直流電圧を印加するための直流電圧電源13と、熱分解反応炉11の反応管112から導出される排出ガスに含まれるNOx等の酸性排ガスを除去するための冷却トラップ15、未捕集粒子の回収のためのフィルター16および真空ポンプ18が接続されている。TC8は、拡散型静電捕集器14内の温度を測定して制御するための温度制御器である。そして、フィルター16から導出される排出ガスの流量を測定するための流量計17が配置され、また、フィルター16から導出される排出ガスの温度を測定するガス温度計T12が配置されている。この拡散型静電捕集器14において、熱分解反応炉11の反応管112における乾燥粒子の熱分解によって生成した第1無機物粒子を得ることができる。   A diffusion electrostatic collector 14 is disposed at the outlet of the reaction tube 112 of the pyrolysis reactor 11. The diffusion type electrostatic collector 14 removes acidic exhaust gas such as NOx contained in the exhaust gas derived from the direct current voltage power source 13 for applying a direct current voltage and the reaction tube 112 of the thermal decomposition reactor 11. For this purpose, a cooling trap 15, a filter 16 for collecting uncollected particles, and a vacuum pump 18 are connected. The TC 8 is a temperature controller for measuring and controlling the temperature in the diffusion type electrostatic collector 14. A flow meter 17 for measuring the flow rate of the exhaust gas derived from the filter 16 is disposed, and a gas thermometer T12 for measuring the temperature of the exhaust gas derived from the filter 16 is disposed. In this diffusion type electrostatic collector 14, first inorganic particles generated by pyrolysis of the dry particles in the reaction tube 112 of the pyrolysis reactor 11 can be obtained.

この噴霧熱分解装置MPにおける第1無機物粒子の製造は、まず、原料溶液を調製する工程(A)によって構成成分の組成比、濃度等を調製され、原料溶液槽7に貯槽された原料溶液を、マイクロチューブポンプ6によって超音波噴霧器5に供給する。そして、超音波噴霧器5に供給された原料溶液は、霧状の液滴に形成される。霧状の液滴は、ガスボンベ1と、充填カラム2と、フィルター3と、流量計4とからなる液滴導入手段によって、雰囲気ガスとともに、熱分解反応炉11に導入される。熱分解反応炉11に導入された液滴は、予熱管111、反応管112を通って、蒸発、晶析、乾燥および熱分解され、第1無機物粒子が生成する。生成した第1無機物粒子は、拡散型静電捕集器14において捕集される。これによって、原料化合物の構成成分からなる第1無機物粒子が得られる。   In the production of the first inorganic particles in the spray pyrolysis apparatus MP, first, the composition ratio, concentration, etc. of the constituent components are prepared by the step (A) of preparing the raw material solution, and the raw material solution stored in the raw material solution tank 7 is used. Then, it is supplied to the ultrasonic sprayer 5 by the microtube pump 6. And the raw material solution supplied to the ultrasonic sprayer 5 is formed in a mist-like droplet. The mist-like droplets are introduced into the thermal decomposition reactor 11 together with the atmospheric gas by droplet introducing means including the gas cylinder 1, the packed column 2, the filter 3, and the flow meter 4. The droplets introduced into the pyrolysis reactor 11 are evaporated, crystallized, dried and pyrolyzed through the preheating tube 111 and the reaction tube 112 to generate first inorganic particles. The generated first inorganic particles are collected by the diffusion electrostatic collector 14. Thereby, the 1st inorganic particle which consists of a component of a raw material compound is obtained.

本発明の方法において、複合体粒子を形成する工程(C)は、第1無機物粒子を形成する工程(B)において得られた第1無機物粒子と、導電性物質とを、遊星ボールミルを用いて湿式で粉砕・混合して、導電性物質と無機物粒子を含む複合体粒子を形成する工程である。   In the method of the present invention, in the step (C) of forming the composite particles, the first inorganic particles obtained in the step (B) of forming the first inorganic particles and the conductive material are used using a planetary ball mill. This is a step of forming composite particles including a conductive substance and inorganic particles by pulverizing and mixing in a wet process.

図2(a)に複合体粒子を形成する工程(C)で用いられる遊星ボールミルの概略図を示す。図2(a)に示す遊星ボールミル21は、矢印A方向に回転する回転台22と、回転台22上に軸受(図示せず)で回転自在に支持され、矢印B方向に自転する複数個のミルポット23とを有する装置である。この遊星ボールミル21において、各ミルポット23に、前記第1無機物粒子を形成する工程(B)で得られた第1無機物粒子25と、導電性物質と、湿式媒体と、粉砕媒体であるボール24とを装入した後、ミルポット23を回転台22上に支持する。そして、回転台22の中心軸に設けられた太陽歯車と各ミルポット23の回転軸に設けられた遊星歯車との噛み合いによって、各ミルポット23は、中心軸の回りを矢印A方向に公転しながら自身の回転軸の回りを矢印B方向に自転する。これによって、各ミルポット23の内部においては、図2(b)に示すように、第1無機物粒子25と導電性物質とは、ボール24と衝突して粉砕されながら、公転および自転による遠心力を受けて混合される。そして、第1無機物粒子を形成する工程(B)で得られた、第1無機物粒子25は粉砕されてより微細になるとともに、導電性物質と混合されることにより複合体粒子となる。   FIG. 2A shows a schematic diagram of a planetary ball mill used in the step (C) of forming composite particles. A planetary ball mill 21 shown in FIG. 2A includes a rotating base 22 that rotates in the direction of arrow A, and a plurality of rotating bases 22 that are rotatably supported by bearings (not shown) on the rotating base 22 and that rotate in the direction of arrow B. It is an apparatus having a mill pot 23. In this planetary ball mill 21, in each mill pot 23, the first inorganic particles 25 obtained in the step (B) of forming the first inorganic particles, a conductive material, a wet medium, and a ball 24 as a grinding medium, Then, the mill pot 23 is supported on the turntable 22. Then, by meshing the sun gear provided on the central axis of the turntable 22 and the planetary gear provided on the rotary shaft of each mill pot 23, each mill pot 23 revolves around the central axis in the direction of arrow A. Rotates around the rotation axis in the direction of arrow B. As a result, in each mill pot 23, as shown in FIG. 2B, the first inorganic particles 25 and the conductive material collide with the balls 24 and are pulverized while being subjected to centrifugal force due to revolution and rotation. Received and mixed. Then, the first inorganic particles 25 obtained in the step (B) of forming the first inorganic particles are pulverized to become finer and mixed with a conductive substance to form composite particles.

この遊星ボールミルによる湿式での粉砕・混合は、回転台22の回転数を100〜1100回/分程度、ミルポット23の自転の回転数を200〜2200回/分程度行うことができ、第1無機物粒子と導電性物質とが複合された複合体粒子を得ることができることから、回転台22の回転数が600〜1100回/分、ミルポットの自転の回転数が1200〜2200回/分であることが好ましい。また、各ミルポット23に装入される第1無機物粒子と導電性物質の合計体積/ボール24の体積の割合は、通常、0.2〜3程度に調整される。また、各ミルポット23に装入される第1無機物粒子と導電性物質の合計質量/ボール24の質量の割合は、通常、0.0125〜0.1程度に調整される。さらに、湿式媒体としては、例えば、水、メタノール、エタノール等のアルコール系媒体、また、水とそれらの混合媒体、N−メチル・2ピロリドン、メチルエチルケトン、トルエン、エチレングリコール等を、複合体粒子とボール24を加えた体積に対して1:1〜1:50の割合で用いることができる。また、粉砕媒体として用いられるボール24としては、ジルコニア製ボール、アルミナ製ボール、窒化ケイ素製ボール等が用いられ、その球径は、100〜10000μm程度のものが用いられる。ボール24の球径としては、0.5〜1mm程度であることが好ましい。   The wet pulverization and mixing by the planetary ball mill can be performed at a rotation speed of the turntable 22 of about 100 to 1100 times / minute and a rotation speed of the mill pot 23 of about 200 to 2200 times / minute. Since composite particles in which particles and a conductive material are combined can be obtained, the rotational speed of the turntable 22 is 600 to 1100 times / minute, and the rotational speed of the mill pot rotation is 1200 to 2200 times / minute. Is preferred. Moreover, the ratio of the total volume of the first inorganic particles and the conductive material / the volume of the balls 24 charged in each mill pot 23 is usually adjusted to about 0.2 to 3. The ratio of the total mass of the first inorganic particles and the conductive material / the mass of the balls 24 charged in each mill pot 23 is usually adjusted to about 0.0125 to 0.1. Further, examples of the wet medium include water, alcohol-based media such as methanol and ethanol, water and mixed media thereof, N-methyl-2pyrrolidone, methyl ethyl ketone, toluene, ethylene glycol, and the like. It can be used at a ratio of 1: 1 to 1:50 with respect to the volume added with 24. Further, as the balls 24 used as the grinding medium, zirconia balls, alumina balls, silicon nitride balls, etc. are used, and those having a spherical diameter of about 100 to 10,000 μm are used. The spherical diameter of the ball 24 is preferably about 0.5 to 1 mm.

また、用いられる導電性物質としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、白金、銅、導電性高分子等が挙げられる。中でも、安価で電子導電性が良いことから、カーボンブラックが好ましい。この導電性物質と第1無機物粒子とは、導電性物質/第1無機物粒子の質量比で1/99〜50/50の割合で用いることができる。   Examples of the conductive substance used include carbon black such as acetylene black and ketjen black, platinum, copper, and a conductive polymer. Among these, carbon black is preferable because it is inexpensive and has good electronic conductivity. The conductive substance and the first inorganic particles can be used at a ratio of 1/99 to 50/50 in terms of the mass ratio of conductive substance / first inorganic particles.

この複合体粒子を形成する工程(C)において、遊星ボールミルによる湿式での粉砕・混合は、通常、0.2〜36時間程度行うことによって、第1無機物粒子と導電性物質が複合された複合体粒子を得ることができる。   In the step (C) of forming the composite particles, the wet pulverization / mixing by the planetary ball mill is usually performed for about 0.2 to 36 hours, thereby combining the first inorganic particles and the conductive material. Body particles can be obtained.

次に、本発明の方法において、複合体粒子を形成する工程(C)で得られた複合体粒子を焼成する工程(D)が行われる。
この複合体粒子を焼成する工程(D)における焼成は、特に制限されず、複合体粒子を形成する工程(C)で得られた複合体粒子またはその凝集体を、通常、400〜1200℃程度、好ましくは500〜900℃程度の焼成温度で0.5〜8時間程度、空気、酸素、水素あるいはそれらと窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの混合ガス雰囲気で焼成することによって行うことができる。焼成時の昇温速度および冷却速度は、通常、1〜10℃/分程度に調整される。
Next, in the method of the present invention, a step (D) of firing the composite particles obtained in the step (C) of forming composite particles is performed.
The firing in the step (D) of firing the composite particles is not particularly limited, and the composite particles or aggregates obtained in the step (C) of forming the composite particles are usually about 400 to 1200 ° C. Preferably, it is carried out by firing at a firing temperature of about 500 to 900 ° C. for about 0.5 to 8 hours in a mixed gas atmosphere of air, oxygen, hydrogen or an inert gas such as nitrogen, argon or helium. it can. The heating rate and cooling rate during firing are usually adjusted to about 1 to 10 ° C./min.

また、焼成に用いる焼成炉は、特に制限されず、例えば、電気抵抗加熱炉、マイクロ波焼成炉を用いることができる。
この焼成後の無機物粒子は、粒径が0.01〜20μm程度である。
The firing furnace used for firing is not particularly limited, and for example, an electric resistance heating furnace or a microwave firing furnace can be used.
The inorganic particles after firing have a particle size of about 0.01 to 20 μm.

本発明の方法によって製造される無機物粒子は、電子導電性に優れるため、各種用途に好適に用いることができる。特に、本発明の方法によって製造される、カーボンと複合化されたLiFePO粒子は、電子導電性に優れるとともに、資源として豊富で安価な元素で構成されるため、希少で高価なコバルトの化合物であるコバルト酸リチウムに替えて、リチウム二次電池の正極材料として有用である。 Since the inorganic particles produced by the method of the present invention are excellent in electronic conductivity, they can be suitably used for various applications. In particular, the LiFePO 4 particles combined with carbon produced by the method of the present invention are excellent in electronic conductivity, and are composed of abundant and inexpensive elements as resources, so they are rare and expensive cobalt compounds. It is useful as a positive electrode material for a lithium secondary battery in place of some lithium cobalt oxide.

以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
原料溶液の調製
原料塩として、ギ酸リチウム一水和物、塩化鉄四水和物、燐酸を用いた。これらを量論比(Li:Fe:P=1:1:1)で蒸留水に溶解させ、総モル数(Li+Fe+P)が0.6mol/Lになるように調製した。なお、pH調節のため塩酸を0.05mol/L加えた。
(Example 1)
Preparation of raw material solution Lithium formate monohydrate, iron chloride tetrahydrate, and phosphoric acid were used as raw material salts. These were dissolved in distilled water at a stoichiometric ratio (Li: Fe: P = 1: 1: 1) so that the total number of moles (Li + Fe + P) was 0.6 mol / L. In addition, 0.05 mol / L hydrochloric acid was added for pH adjustment.

第1無機物粒子の製造
図1に示す構造の噴霧熱分解装置MPを用いて、第1無機物粒子を製造した。
まず、前記に調製された、原料溶液槽7に貯槽された原料溶液を、マイクロチューブポンプ6によって超音波噴霧器5(医療用超音波ネブライザー(オムロン社製,NE−U12型))に供給した。そして、超音波噴霧器5に供給された原料溶液を、周波数1.7MHzの超音波によって霧状の液滴に形成した。生成した霧状の液滴を、ガスボンベ1と、充填カラム2と、フィルター3と、流量計4とからなる液滴導入手段によって、超音波噴霧器5内に導入される1L/min(室温)の窒素ガスに同伴させ、熱分解反応炉11に導入した。このとき、熱分解反応炉11への霧状態の液滴の供給速度は、30ml/hであった。熱分解反応炉11は、500℃に設定された内径20mm、長さ1105mmの熱分解反応区間(反応管112)を有する。熱分解反応炉11に供給された液滴は、その予熱管111で、液滴表面から溶媒が蒸発し、溶質の析出、乾燥のプロセスを、反応管112の区間で、熱分解のプロセスを経て、最終的に熱分解反応炉11の出口で目的とするLiFePOからなる第1無機物粒子が得られた。生成した第1無機物粒子を、拡散型静電捕集器14において捕集した。なお、粒子の捕集は印加電圧9kVで行った。排出ガスは液体窒素で冷却して、含まれる酸性排ガスを除去した後に系外に放出した。
Production of First Inorganic Particles First inorganic particles were produced using a spray pyrolysis apparatus MP having a structure shown in FIG.
First, the raw material solution stored in the raw material solution tank 7 was supplied to the ultrasonic sprayer 5 (medical ultrasonic nebulizer (manufactured by OMRON Corporation, NE-U12 type)) by the microtube pump 6. And the raw material solution supplied to the ultrasonic sprayer 5 was formed into the mist-like droplet with the ultrasonic wave of frequency 1.7MHz. The generated mist-like droplets are introduced into the ultrasonic sprayer 5 by a droplet introducing means including a gas cylinder 1, a packed column 2, a filter 3, and a flow meter 4, and the amount is 1 L / min (room temperature). It was accompanied by nitrogen gas and introduced into the pyrolysis reactor 11. At this time, the supply speed of the mist droplets to the pyrolysis reactor 11 was 30 ml / h. The pyrolysis reactor 11 has a pyrolysis reaction section (reaction tube 112) set at 500 ° C. and having an inner diameter of 20 mm and a length of 1105 mm. The droplets supplied to the thermal decomposition reactor 11 are subjected to a preheating tube 111 in which the solvent evaporates from the droplet surface, and a solute deposition and drying process is performed in the section of the reaction tube 112 through a pyrolysis process. Finally, the first inorganic particles made of the target LiFePO 4 were obtained at the outlet of the thermal decomposition reactor 11. The generated first inorganic particles were collected in the diffusion type electrostatic collector 14. The particles were collected at an applied voltage of 9 kV. The exhaust gas was cooled with liquid nitrogen, and the acidic exhaust gas contained therein was removed, and then discharged out of the system.

複合体粒子の製造および焼成
第1無機物粒子(LiFePO)を、遊星ボールミルを用いて湿式で微粒子化するとともにカーボンとの複合化を行った。カーボンはアセチレンブラックを用いた。遊星ボールミルにおいて、ジルコニアポットを用い、これに40gのジルコニアボールと1.0gの試料(LiFePO/アセチレンブラック=90/10の質量割合)と、湿式媒体として、エタノール2mlを入れ、回転台の回転数800回/分、ミルポットの回転数1600回/分で12時間、湿式で粉砕・混合を行い、LiFePOとアセチレンブラックとが複合された複合体微粒子を得た。さらに、複合体微粒子を、水素3%を含む窒素雰囲気下で、500℃で4時間焼成して、LiFePOとアセチレンブラックとが複合された無機物粒子を得た。
Production and firing of composite particles The first inorganic particles (LiFePO 4 ) were wet micronized using a planetary ball mill and composited with carbon. As the carbon, acetylene black was used. In a planetary ball mill, a zirconia pot is used, and 40 g of zirconia balls, 1.0 g of a sample (LiFePO 4 / acetylene black = 90/10 mass ratio), and 2 ml of ethanol as a wet medium are rotated. The mixture was pulverized and mixed wet for several hours at several 800 times / minute and 1600 rotations / minute of the mill pot to obtain composite fine particles in which LiFePO 4 and acetylene black were combined. Further, the composite fine particles were baked at 500 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% hydrogen to obtain inorganic particles in which LiFePO 4 and acetylene black were combined.

(実施例2)
実施例1と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解によりLiFePO前駆体からなる第1無機物粒子を製造し、さらに、同一条件でカーボンとの複合化を行い、600℃で4時間、焼成することで単相のオリビン構造を有するLiFePO複合体粒子を得た。
(Example 2)
First inorganic particles made of LiFePO 4 precursor are produced by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 1, and further combined with carbon under the same conditions, and at 600 ° C. for 4 hours. By firing, LiFePO 4 composite particles having a single-phase olivine structure were obtained.

(比較例1)
実施例1と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解によりLiFePO前駆体を合成し、さらに同一条件で焼成を行うことで単相のオリビン構造を有するLiFePO粒子を得た。
(Comparative Example 1)
A LiFePO 4 precursor was synthesized by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 1, and further calcined under the same conditions to obtain LiFePO 4 particles having a single-phase olivine structure.

(比較例2)
実施例1と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解により第1無機物粒子を合成し、それを3%水素が含まれた窒素ガス雰囲気で、600℃、4時間一次焼成し、単一相のオリビン構造を有するLiFePOを得た。さらに、遊星ボールミルにおいて、ジルコニアポットを用い、これに40gのジルコニアボールと1.5gの試料(LiFePO/アセチレンブラック=90/10の質量割合)を入れ、回転台の回転数400回/分、ミルポットの回転数800回/分で12時間、乾式で粉砕およびコーティングを行い、カーボンでコーティングされたLiFePO微粒子を得た。さらに、それを、水素3%を含む窒素雰囲気下で、500℃で4時間二次焼成して、表面をカーボンでコーティングされたLiFePO無機物粒子を得た。
(Comparative Example 2)
First inorganic particles were synthesized by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 1, and subjected to primary firing at 600 ° C. for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere containing 3% hydrogen. LiFePO 4 having a phase olivine structure was obtained. Further, in a planetary ball mill, a zirconia pot was used, and 40 g of zirconia balls and 1.5 g of a sample (a mass ratio of LiFePO 4 / acetylene black = 90/10) were added thereto, and the rotational speed of the turntable was 400 times / minute, Grinding and coating were carried out in a dry process at a mill pot rotational speed of 800 times / minute for 12 hours to obtain LiFePO 4 fine particles coated with carbon. Furthermore, it was subjected to secondary firing at 500 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% hydrogen to obtain LiFePO 4 inorganic particles whose surfaces were coated with carbon.

実施例1、実施例2、比較例1および比較例2で得られた微粒子について、下記の方法にしたがって、微粒子の構造、比表面積の測定および結晶相の同定を行い、さらに、リチウム二次電池の正極活物質として用い、リチウム二次電池の充放電サイクル試験を行った。   With respect to the fine particles obtained in Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the structure of the fine particles, the measurement of the specific surface area and the identification of the crystal phase were performed according to the following method. As a positive electrode active material, a charge / discharge cycle test of a lithium secondary battery was performed.

複合体粒子の構造
複合体粒子の構造は、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、日立製作所製、S−800)と透過型電子顕微鏡(TEM、JEOL製、JEM−200CX)を用いて観察した。
Structure of composite particle The structure of the composite particle was observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, manufactured by Hitachi, S-800) and a transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL, JEM-200CX). did.

比表面積
BET法(島津製作所製、フローソーブII2300)により行った。測定には、150〜250mgの粒子試料を200℃で約30分乾燥したものを用い、測定は3回〜5回行い、脱着時の値の平均値を用いた。
Specific surface area BET method (manufactured by Shimadzu Corporation, Flowsorb II2300) was used. For the measurement, a particle sample of 150 to 250 mg dried at 200 ° C. for about 30 minutes was used. The measurement was performed 3 to 5 times, and the average value at the time of desorption was used.

結晶相の同定
微粒子の結晶相の同定を、粉末X線回折装置(Philips社製、PW1700システム)を用いて行った。測定はCuKα1およびCuKα2線を用い、約50〜80mgの粒子試料について以下の条件で行った。
電圧 :40kV
電流 :30mA
時定数 :0.5s
走査速度 :0.04度/s
測定範囲 :4度≦2θ≦70度
Identification of Crystal Phase The crystal phase of the fine particles was identified using a powder X-ray diffractometer (manufactured by Philips, PW1700 system). The measurement was performed under the following conditions for a particle sample of about 50 to 80 mg using CuKα1 and CuKα2 wires.
Voltage: 40 kV
Current: 30 mA
Time constant: 0.5 s
Scanning speed: 0.04 degrees / s
Measurement range: 4 degrees ≤ 2θ ≤ 70 degrees

リチウム二次電池の評価
実施例1、実施例2、比較例1および比較例2で得られた微粒子を用いて、リチウム二次電池の正極を作製した。まず、活物質として、各例で得られた微粒子、導電材としてアセチレンブラック、バインダー(結着剤)としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、KFポリマー#1100)をそれぞれ質量%で80(複合化したカーボンを除く):20(複合化したカーボンを含む):10の割合でNMP(N−メチル−2−ピロリジノン)溶液に分散、混合し、ドクターブレード法によりアルミニウム箔に塗布してフィルム状に成形する。これを乾燥後、圧延し、正極を得た。
Evaluation of lithium secondary battery Using the fine particles obtained in Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a positive electrode of a lithium secondary battery was produced. First, fine particles obtained in each example as an active material, acetylene black as a conductive material, polyvinylidene fluoride (PVDF, KF polymer # 1100) as a binder (binder) in 80% by mass (composite carbon). Excluded): 20 (including complexed carbon): Dispersed and mixed in an NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone) solution at a ratio of 10 and applied to an aluminum foil by a doctor blade method to form a film. This was dried and rolled to obtain a positive electrode.

得られたリチウム二次電池の正極を用いて、リチウム二次電池であるCR2032型コインセルをそれぞれ作製した。このとき、負極には金属リチウム、電解液にはEC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチルカーボネート)を1:1の割合(体積基準)で混合し、LiClOを1mol/Lになるように溶解させた溶液を、セパレータにはセルガード2400#、正極集電板(正極缶)および負極集電板(負極端子)にはステンレス鋼を用いた。
なお、二次電池負極の材料は、金属リチウムに限定されず、炭素材料、Li合金、LiTi12等を用いてもよい。また、電解液を構成する物質は、EC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチルカーボネート)に限定されず、その他のカーボネート、脂肪酸エステル、窒素化合物、硫化物、非プロトン溶媒等を用いてもよい。さらに、電解液とセパレータに代えて、固体電解質を用いてもよい。
Using the positive electrode of the obtained lithium secondary battery, CR2032-type coin cells, which are lithium secondary batteries, were respectively produced. At this time, metallic lithium is used for the negative electrode, and EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) are mixed in a ratio of 1: 1 (volume basis) to the electrolytic solution, and LiClO 4 is dissolved to 1 mol / L. The separator was made of Celgard 2400 # as the separator, and stainless steel was used as the positive electrode current collector plate (positive electrode can) and negative electrode current collector plate (negative electrode terminal).
The material of the secondary battery negative electrode is not limited to metallic lithium, and a carbon material, Li alloy, Li 4 Ti 5 O 12 or the like may be used. Moreover, the substance which comprises electrolyte solution is not limited to EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate), You may use another carbonate, fatty acid ester, a nitrogen compound, sulfide, an aprotic solvent, etc. Further, a solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution and the separator.

得られたリチウム二次電池について、様々な充放電速度で充放電を繰り返し、放電容量を測定した。   About the obtained lithium secondary battery, charging / discharging was repeated with various charging / discharging speed | rates, and the discharge capacity was measured.

(LiFePOについての結果、考察)
LiFePOに関する前記の実施例1、実施例2および比較例1、比較例2について、比表面積の測定結果を下記の表1に、結晶相の同定の結果を図3に示す。また、実施例1で得られた複合体粒子のSEM写真を図4に、比較例1のそれを図5に、比較例2のそれを図6に示す。TEM写真については、実施例1のそれを図7に、比較例2のそれを図8に示す。さらに、実施例1と比較例1の充放電サイクル試験の初期充放電曲線を図9に、実施例1の様々な充放電速度におけるサイクル特性を図10に示す。
(Results and discussion on LiFePO 4 )
With respect to LiFePO 4 , the specific surface area measurement results for the above-described Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are shown in Table 1 below, and the results of crystal phase identification are shown in FIG. Moreover, the SEM photograph of the composite particle obtained in Example 1 is shown in FIG. 4, that of Comparative Example 1 is shown in FIG. 5, and that of Comparative Example 2 is shown in FIG. Regarding the TEM photographs, those of Example 1 are shown in FIG. 7, and those of Comparative Example 2 are shown in FIG. Furthermore, FIG. 9 shows the initial charge / discharge curves of the charge / discharge cycle tests of Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 10 shows the cycle characteristics of Example 1 at various charge / discharge rates.

まず、図3に示す粉末X線回折による結晶相の同定結果から、実施例1、実施例2および比較例1、比較例2のいずれの場合においても、単相のオリビン構造を有する燐酸鉄リチウムLiFePOが合成できたことがわかる。 First, from the identification result of the crystal phase by powder X-ray diffraction shown in FIG. 3, in any case of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, lithium iron phosphate having a single-phase olivine structure It can be seen that LiFePO 4 could be synthesized.

また、これらの粒子径を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて調べたところ、図4、図5、図6から明らかなように実施例1では、約100nm以下の粒子が多数観察されるが、比較例1では、1から3μm程度の粒子が、比較例2では、約400nm以上の粒子が単独あるいは凝集体を形成している。   Further, when these particle diameters were examined using a scanning electron microscope (SEM), as is apparent from FIGS. 4, 5, and 6, in Example 1, many particles of about 100 nm or less are observed. In Comparative Example 1, particles of about 1 to 3 μm are formed, and in Comparative Example 2, particles of about 400 nm or more form single or aggregates.

また、実施例1と比較例2について透過型電子顕微鏡(TEM)を用いてさらに詳細に調べたところ、図7および図8から明らかなように、実施例1では、一次粒子の粒子径が20nm〜90nmの範囲にあることが明らかとなった。これに対して、比較例2では、一次粒子の粒子径が400nm以上であることが明らかとなった。このように、実施例と比較例では、一次粒子のサイズが大きく異なることが明らかとなった。   Further, Example 1 and Comparative Example 2 were examined in more detail using a transmission electron microscope (TEM). As is apparent from FIGS. 7 and 8, in Example 1, the particle diameter of the primary particles was 20 nm. It was revealed to be in the range of ˜90 nm. On the other hand, in Comparative Example 2, it was revealed that the particle diameter of the primary particles was 400 nm or more. Thus, it became clear that the size of the primary particles is greatly different between the example and the comparative example.

さらに、それらの試料の比表面積を測定したところ、表1に示すように、実施例1では66.3m/g、実施例2では64.5m/gに対して、比較例1では2.9m/g、比較例2では46.5m/gとなり、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことで実施例1および2は、極めて大きな比表面積を示した。この結果より、実施例1および2は、電極反応に関与する反応面積が大きいため、電池特性に優れていることが予想される。 Furthermore, measurement of the specific surface area of these samples, as shown in Table 1, 66.3m 2 / g in Example 1, in contrast to Example 2, 64.5m 2 / g, Comparative Example 1 2 9.9 m 2 / g and 46.5 m 2 / g in Comparative Example 2, and Examples 1 and 2 showed a very large specific surface area by wet grinding and compounding with carbon. From this result, Examples 1 and 2 are expected to be excellent in battery characteristics since the reaction area involved in the electrode reaction is large.

この予測を裏付けるために合成した材料を正極活物質としてリチウム二次電池を作製し、電池特性評価を行った。
図9は、実施例1と比較例1の初期充放電曲線を示している。実施例1では、燐酸鉄リチウム特有の3.4V付近に大きなプラトーが見られる。また、初期放電容量も163mAh/gで、理論容量の96%に相当する高い放電容量を有し、初期の不可逆容量も全く見られない。これに対して、比較例1では、初期の放電容量が82mAh/gであった。この結果から明らかなように、遊星ボールミルを用いて湿式で材料を数十ナノメータスケールまで微細化するとともに、それらが導電性物質と均一に混合し複合体粒子を形成することにより、電子導電性が改善され、優れた電池特性を示すことがわかる。
In order to support this prediction, a lithium secondary battery was fabricated using the synthesized material as the positive electrode active material, and the battery characteristics were evaluated.
FIG. 9 shows initial charge / discharge curves of Example 1 and Comparative Example 1. In Example 1, a large plateau is observed around 3.4 V, which is peculiar to lithium iron phosphate. Also, the initial discharge capacity is 163 mAh / g, which is a high discharge capacity corresponding to 96% of the theoretical capacity, and no initial irreversible capacity is seen. In contrast, in Comparative Example 1, the initial discharge capacity was 82 mAh / g. As is clear from this result, the material is refined to a few tens of nanometers by a wet process using a planetary ball mill, and they are uniformly mixed with a conductive substance to form composite particles. It can be seen that the improved battery characteristics are exhibited.

図10は、実施例1について様々な充放電速度におけるサイクル特性を示している。1Cの条件では100サイクル後の容量劣化は初期放電容量に対して0%、3Cで100サイクル後の容量劣化は初期放電容量に対して1.2%、10Cで100サイクル後の容量劣化は初期放電容量に対して3.1%、であった。このように、実施例1はサイクル特性においても極めて優れていることを確認することができた。   FIG. 10 shows the cycle characteristics of Example 1 at various charge / discharge rates. Under the condition of 1C, the capacity deterioration after 100 cycles is 0% with respect to the initial discharge capacity, the capacity deterioration after 100 cycles at 3C is 1.2% with respect to the initial discharge capacity, and the capacity deterioration after 100 cycles at 10C is initial. The discharge capacity was 3.1%. Thus, it was confirmed that Example 1 was extremely excellent in cycle characteristics.

次に、実施例1、実施例2および比較例1、比較例2の様々な充放電速度において得られた初期放電容量を表2に示す。   Next, Table 2 shows initial discharge capacities obtained at various charge / discharge rates in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

表2に示すとおり、実施例1では、0.1C(10時間充電、10時間放電)で163mAh/g、1C(1時間充電、1時間放電)で153mAh/g、3C(20分充電、20分放電)で135mAh/g、5C(12分充電、12分放電)で118mAh/g、10C(6分充電、6分放電)で97mAh/g、15C(4分充電、4分放電)で53mAh/g、20C(3分充電、3分放電)で24mAh/g、の極めて優れた電池特性を示した。すなわち、LiFePOを微細化しカーボンと複合化することで、それを行っていない材料(比較例1)に比べ、0.1Cの条件で初期放電容量が2.0倍、3C以上の条件では、比較例1では電池として作動しなかったのに対して、実施例1では、極めて大きな放電容量を示した。 As shown in Table 2, in Example 1, 163 mAh / g at 0.1 C (10 hours charging, 10 hours discharging), 153 mAh / g at 1 C (1 hour charging, 1 hour discharging), 3C (20 minutes charging, 20 Min discharge) 135 mAh / g at 5 C (12 minutes charge, 12 minutes discharge) 118 mAh / g at 10 C (6 minutes charge, 6 minutes discharge) 97 mAh / g at 15 C (4 minutes charge, 4 minutes discharge) 53 mAh The battery characteristics were 24 mAh / g at 20 C (3 minutes charge, 3 minutes discharge). That is, when LiFePO 4 is refined and compounded with carbon, the initial discharge capacity is 2.0 times under the condition of 0.1 C, compared with the material not performing it (Comparative Example 1), and under the condition of 3 C or more, Comparative Example 1 did not operate as a battery, whereas Example 1 exhibited a very large discharge capacity.

さらに、600℃で焼成した実施例2については、0.1Cの条件で初期の放電容量が153mAh/g、1Cで138mAh/g、5Cで123mAh/g、10Cで110mAh/g、15Cで81mAh/g、20Cで74mAh/gであった。   Further, for Example 2 fired at 600 ° C., the initial discharge capacity was 153 mAh / g under the conditions of 0.1 C, 138 mAh / g at 1 C, 123 mAh / g at 5 C, 110 mAh / g at 10 C, 81 mAh / 15 at 15 C. g, 74 mAh / g at 20C.

これに対して、粉砕およびカーボンとの複合化を行っていない材料(比較例1)は、0.1Cで82mAh/gであった。   On the other hand, the material (Comparative Example 1) that was not pulverized and combined with carbon was 82 mAh / g at 0.1C.

さらに、乾式で粉砕および表面にカーボンをコーティングした材料(比較例2)は、3Cまでは、実施例1と同程度の容量を示しており、実施例2よりは大きな初期放電容量を示しているが、5C以上の高速充放電条件では、実施例1および2の方が大きな放電容量を示している。特に、15C以上では、比較例2については電池として作動しなかったが、実施例2では81mAh/g、20Cで74mAh/gの極めて優れた電池特性を示した。
このように、実施例1および2は、比較例2に較べて焼成工程が1回少なく、省エネルギーで簡素化された製造工程であるにもかかわらず、3C以下の低速充放電条件では同程度の電池性能を、5C以上の高速充放電条件では極めて優れた電池特性を示す。
Further, the material (Comparative Example 2), which is dry-ground and coated with carbon on the surface (Comparative Example 2), shows a capacity similar to that of Example 1 up to 3C, and an initial discharge capacity larger than that of Example 2. However, in the high-speed charge / discharge conditions of 5C or more, Examples 1 and 2 show a larger discharge capacity. In particular, at 15 C or higher, Comparative Example 2 did not operate as a battery, but Example 2 exhibited extremely excellent battery characteristics of 81 mAh / g and 20 mA at 74 mAh / g.
As described above, Examples 1 and 2 have the same number of steps in the low-speed charge / discharge conditions of 3C or less, although the number of firing steps is less than that of Comparative Example 2 and the manufacturing process is simplified with energy saving. Battery performance is extremely excellent under high-speed charge / discharge conditions of 5C or higher.

(実施例3)
実施例1と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解によりLiFePO前駆体からなる第1無機物粒子を製造した。
(Example 3)
First inorganic particles composed of a LiFePO 4 precursor were produced by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 1.

複合体粒子の製造および焼成
第1無機物粒子(LiFePO)を、遊星ボールミルを用いて湿式で微粒子化するとともにカーボンとの複合化を行った。カーボンはアセチレンブラックを用いた。遊星ボールミルにおいて、ジルコニアポットを用い、これに40gのジルコニアボールと0.5gの試料(LiFePO/アセチレンブラック=90/10の質量割合)と、湿式媒体として、エタノール1mlを入れ、回転台の回転数800回/分、ミルポットの回転数1600回/分で3時間、湿式で粉砕・混合を行い、LiFePOとアセチレンブラックとが複合された複合体微粒子を得た。さらに、複合体微粒子を、水素3%を含む窒素雰囲気下で、600℃で4時間焼成して、LiFePOとアセチレンブラックとが複合された無機物粒子を得た。
Production and firing of composite particles The first inorganic particles (LiFePO 4 ) were wet micronized using a planetary ball mill and composited with carbon. As the carbon, acetylene black was used. In a planetary ball mill, a zirconia pot is used, and 40 g of zirconia balls, a sample of 0.5 g (LiFePO 4 / acetylene black = 90/10 mass ratio), 1 ml of ethanol as a wet medium, and a rotating table is rotated. The mixture was pulverized and mixed wet for several hours at several 800 times / minute and 1600 rotations / minute of the mill pot to obtain composite fine particles in which LiFePO 4 and acetylene black were combined. Further, the composite fine particles were fired at 600 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% hydrogen to obtain inorganic particles in which LiFePO 4 and acetylene black were combined.

(比較例3)
実施例3と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解によりLiFePO前駆体を合成し、さらに同一条件で焼成を行うことで単相のオリビン構造を有するLiFePO粒子を得た。
(Comparative Example 3)
A LiFePO 4 precursor was synthesized by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 3, and further calcined under the same conditions to obtain LiFePO 4 particles having a single-phase olivine structure.

実施例3および比較例3で得られた微粒子について、下記の方法にしたがって、微粒子の構造、比表面積の測定および結晶相の同定を行い、さらに、リチウム二次電池の正極活物質として用い、リチウム二次電池の充放電サイクル試験を行った。   With respect to the fine particles obtained in Example 3 and Comparative Example 3, the structure of the fine particles, the measurement of the specific surface area and the identification of the crystal phase were performed according to the following method, and further used as the positive electrode active material of the lithium secondary battery. A charge / discharge cycle test of the secondary battery was performed.

複合体粒子の構造
複合体粒子の構造は、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、日立製作所製、S4500)と高分解能透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子製、JEM−3010)を用いて観察した。
Structure of Composite Particles The structure of the composite particles was determined using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, manufactured by Hitachi, S4500) and a high-resolution transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL, JEM-3010). Observed.

比表面積
上記の実施例1等で得られた微粒子について行った方法と同一の方法(条件)で、測定した。
Specific surface area The specific surface area was measured by the same method (conditions) as that used for the fine particles obtained in Example 1 above.

結晶相の同定
微粒子の結晶相の同定を、粉末X線回折装置(リガク社製、Ultima IV, D/teX Ultra)を用いて行った。測定はCuKα線を用い、約50〜80mgの粒子試料について以下の条件で行った。
電圧 :40kV
電流 :40mA
測定範囲 :10度≦2θ≦80度
Identification of Crystal Phase The crystal phase of the fine particles was identified using a powder X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, Ultima IV, D / teX Ultra). The measurement was performed under the following conditions using a CuKα ray for a particle sample of about 50 to 80 mg.
Voltage: 40 kV
Current: 40 mA
Measurement range: 10 degrees ≤ 2θ ≤ 80 degrees

リチウム二次電池の評価
上記の実施例1等で得られた微粒子を用いて、リチウム二次電池の正極、リチウム二次電池を作製した方法と同一の方法(条件)で、実施例3および比較例3で得られた微粒子を用いた、リチウム二次電池の正極、リチウム二次電池を作製した。
Evaluation of lithium secondary battery Using the fine particles obtained in the above Example 1 and the like, the same method (conditions) as the method for producing the positive electrode of the lithium secondary battery and the lithium secondary battery was compared with Example 3. Using the fine particles obtained in Example 3, a positive electrode of a lithium secondary battery and a lithium secondary battery were produced.

得られたリチウム二次電池について、様々な充放電速度で充放電を繰り返し、放電容量を測定した。   About the obtained lithium secondary battery, charging / discharging was repeated with various charging / discharging speed | rates, and the discharge capacity was measured.

(LiFePOについての結果、考察)
LiFePOに関する前記の実施例3および比較例3について、比表面積の測定結果を下記の表3に示す。実施例3で得られた複合体粒子の結晶相の同定の結果を図11に示す。また、実施例3で得られた複合体粒子のSEM写真を図12に、比較例3のそれを図13に示す。TEM写真については、実施例3のそれを図14に示す。さらに、実施例3と比較例3の充放電サイクル試験の初期充放電曲線を図15に、実施例3の様々な充放電速度におけるサイクル特性を図16に示す。
(Results and discussion on LiFePO 4 )
Table 3 below shows the measurement results of the specific surface area of Example 3 and Comparative Example 3 related to LiFePO 4 . The results of identification of the crystal phase of the composite particles obtained in Example 3 are shown in FIG. Further, an SEM photograph of the composite particles obtained in Example 3 is shown in FIG. 12, and that of Comparative Example 3 is shown in FIG. As for the TEM photograph, that of Example 3 is shown in FIG. Furthermore, FIG. 15 shows the initial charge / discharge curves of the charge / discharge cycle tests of Example 3 and Comparative Example 3, and FIG. 16 shows the cycle characteristics of Example 3 at various charge / discharge rates.

まず、図11に示す粉末X線回折による結晶相の同定結果から、実施例3において、単相のオリビン構造を有する燐酸鉄リチウムLiFePOが合成できたことがわかる。 First, from the identification result of the crystal phase by powder X-ray diffraction shown in FIG. 11, it can be seen that in Example 3, lithium iron phosphate LiFePO 4 having a single-phase olivine structure could be synthesized.

また、これらの粒子径を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて調べたところ、図12、図13から明らかなように実施例3では、約100nm以下の非常に小さい粒子が観察されるが、比較例3では、1μm以上の粒子が多数観察される。   Further, when these particle sizes were examined using a scanning electron microscope (SEM), as is apparent from FIGS. 12 and 13, in Example 3, very small particles of about 100 nm or less were observed. In Comparative Example 3, many particles of 1 μm or more are observed.

また、実施例3について透過型電子顕微鏡(TEM)を用いてさらに詳細に調べたところ、図14から、実施例3では、LiFePOナノ粒子表面が数ナノ程度のカーボン層に覆われていることが観察される。すなわち、100nm以下の燐酸鉄リチウムLiFePOの表面に数ナノメータスケールでカーボンがコーティングされたナノカーボンコーティングLiFePO粒子が合成されていることがわかる。 Further, when Example 3 was examined in more detail using a transmission electron microscope (TEM), from FIG. 14, in Example 3, the surface of LiFePO 4 nanoparticles was covered with a carbon layer of about several nanometers. Is observed. That is, it can be seen that nanocarbon-coated LiFePO 4 particles in which carbon is coated on the surface of lithium iron phosphate LiFePO 4 having a thickness of 100 nm or less on a several nanometer scale are synthesized.

さらに、それらの試料の比表面積を測定したところ、表3に示すように、実施例3では51m/gであるのに対して、比較例3では2.5m/gとなり、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことで実施例3は、極めて大きな比表面積を示した。この結果より、実施例3は、電極反応に関与する反応面積が大きいため、電池特性に優れていることが予想される。 Furthermore, when the specific surface areas of these samples were measured, as shown in Table 3, it was 51 m 2 / g in Example 3, while it was 2.5 m 2 / g in Comparative Example 3, and was wet-ground. In Example 3, the composite surface treatment with carbon and carbon showed a very large specific surface area. From this result, it is expected that Example 3 is excellent in battery characteristics since the reaction area involved in the electrode reaction is large.

この予測を裏付けるために合成した材料を正極活物質としてリチウム二次電池を作製し、電池特性評価を行った。
図15は、実施例3と比較例3の初期充放電曲線を示している。実施例3では、燐酸鉄リチウム特有の3.4V付近に大きなプラトーが見られる。また、初期放電容量も165mAh/gで、理論容量の97%に相当する高い放電容量を有し、初期の不可逆容量も全く見られない。これに対して、比較例3では、初期の放電容量が100mAh/gであった。この結果から明らかなように、遊星ボールミルを用いて湿式で材料を数十ナノメータスケールまで微細化するとともに、その表面に数ナノスケールでカーボンをコーティングすることで、材料の電子導電性が改善され、極めて優れた電池特性を示すことがわかる。
In order to support this prediction, a lithium secondary battery was fabricated using the synthesized material as the positive electrode active material, and the battery characteristics were evaluated.
FIG. 15 shows initial charge / discharge curves of Example 3 and Comparative Example 3. In Example 3, a large plateau is observed around 3.4 V, which is peculiar to lithium iron phosphate. Also, the initial discharge capacity is 165 mAh / g, which is a high discharge capacity corresponding to 97% of the theoretical capacity, and no initial irreversible capacity is seen. In contrast, in Comparative Example 3, the initial discharge capacity was 100 mAh / g. As is clear from this result, the material is refined to a few tens of nanometers by wet using a planetary ball mill, and the surface is coated with carbon at a few nanoscales to improve the electronic conductivity of the material, It can be seen that the battery characteristics are extremely excellent.

図16は、実施例3について様々な充放電速度におけるサイクル特性を示している。5C〜60Cの条件で、100サイクル後の容量劣化は初期放電容量に対して0.3%未満であった。このように、実施例3はサイクル特性においても極めて優れていることを確認することができた。   FIG. 16 shows the cycle characteristics of Example 3 at various charge / discharge rates. Under the conditions of 5C to 60C, the capacity deterioration after 100 cycles was less than 0.3% with respect to the initial discharge capacity. Thus, it was confirmed that Example 3 was extremely excellent in cycle characteristics.

次に、実施例3および比較例3の様々な充放電速度において得られた初期放電容量を表4に示す。   Next, Table 4 shows initial discharge capacities obtained at various charge / discharge rates in Example 3 and Comparative Example 3.

表4に示すとおり、実施例3では、0.1Cで165mAh/g、1Cで155mAh/g、5Cで130mAh/g、10Cで118mAh/g、20Cで105mAh/g、30C(2分充電、2分放電)で95mAh/g、60C(1分充電、1分放電)で75mAh/g、の極めて優れた電池特性を示した。   As shown in Table 4, in Example 3, 165 mAh / g at 0.1 C, 155 mAh / g at 1 C, 130 mAh / g at 5 C, 118 mAh / g at 10 C, 105 mAh / g at 20 C, 30 C (2 minute charge, 2 (Battery discharge) was 95 mAh / g, and 60 C (1 minute charge, 1 minute discharge) was 75 mAh / g.

これに対して、粉砕およびカーボンとの複合化を行っていない材料(比較例3)は、0.1Cで100mAh/g、1Cで40mAh/gであった。
このように、LiFePOを微細化し、その表面に数ナノスケールでカーボンをコーティングすることで、それを行っていない材料(比較例3)に比べ、0.1Cの条件で初期放電容量が1.7倍、1Cの条件で3.9倍、さらには5C以上の条件では、比較例3は電池として作動しなかったのに対して、実施例3は、極めて大きな放電容量を示した。
In contrast, the material that was not pulverized and combined with carbon (Comparative Example 3) was 100 mAh / g at 0.1 C and 40 mAh / g at 1 C.
In this way, LiFePO 4 is refined and the surface thereof is coated with carbon on the order of several nanoscales, so that the initial discharge capacity is 1. Under the conditions of 7 times, 1C, 3.9 times, and further 5C or more, Comparative Example 3 did not operate as a battery, whereas Example 3 showed a very large discharge capacity.

(実施例4〜15)
原料溶液の調製
原料塩として、リチウム、マンガン、およびマグネシウム、あるいはコバルト、ニッケル、鉄、亜鉛から選ばれる1種の硝酸塩と燐酸を用いた。これらを量論比(Li:M(Mg,Co,Ni,Fe,Zn):Mn:P=1:x:1−x:1)で蒸留水に溶解させ、総モル数(Li+M+Mn+P)が0.6mol/Lになるように調製した。
なお、実施例4、実施例12は、x=0、実施例5、実施例13は、M=Mg、x=0.04、実施例6、実施例14は、M=Mg、x=0.08、実施例7、実施例15は、M=Mg、x=0.12、実施例8は、M=Co、x=0.08、実施例9は、M=Ni、x=0.08、実施例10は、M=Fe、x=0.08、実施例11は、M=Zn、x=0.08である。
(Examples 4 to 15)
Preparation of Raw Material Solution As the raw material salt, one kind of nitrate and phosphoric acid selected from lithium, manganese, and magnesium, or cobalt, nickel, iron, and zinc were used. These were dissolved in distilled water at a stoichiometric ratio (Li: M (Mg, Co, Ni, Fe, Zn): Mn: P = 1: x: 1-x: 1), and the total number of moles (Li + M + Mn + P) was 0. It was prepared to be 6 mol / L.
In Examples 4 and 12, x = 0, Examples 5 and 13, M = Mg, x = 0.04, Examples 6 and 14, M = Mg, x = 0. .08, Example 7, and Example 15 are M = Mg, x = 0.12, Example 8 is M = Co, x = 0.08, Example 9 is M = Ni, x = 0. 08, Example 10 is M = Fe, x = 0.08, and Example 11 is M = Zn, x = 0.08.

第1無機物粒子の製造
基本的な装置の構造は実施例1等で用いた装置(図1)と同様であるが、本実施例4〜15では横型の噴霧熱分解装置を用いた。この噴霧熱分解装置の熱分解反応炉は、内径が90mm、長さが1800mmである。また、キャリアガスとしては3%水素を含む窒素ガスを用い、ガス流量は2dm/min(室温)とした。また、熱分解反応炉は400℃に設定した。
なお、その他の第1無機物粒子の製造に関しては、上記の実施例1等で第1無機物粒子を製造した方法と同一の方法(条件)である。
Production of first inorganic particles The structure of the basic apparatus is the same as that of the apparatus used in Example 1 (FIG. 1), but in Examples 4 to 15, a horizontal spray pyrolysis apparatus was used. The pyrolysis reactor of this spray pyrolysis apparatus has an inner diameter of 90 mm and a length of 1800 mm. Further, a nitrogen gas containing 3% hydrogen was used as the carrier gas, and the gas flow rate was 2 dm 3 / min (room temperature). The pyrolysis reactor was set at 400 ° C.
The production of the other first inorganic particles is the same method (conditions) as the method of producing the first inorganic particles in Example 1 above.

複合体粒子の製造および焼成
第1無機物粒子(LiMMn1−xPO)を、遊星ボールミルを用いて湿式で微粒子化するとともにカーボンとの複合化を行った。カーボンはアセチレンブラックを用いた。遊星ボールミルにおいて、ジルコニアポットを用い、これに40gのジルコニアボール(直径1mmあるいは0.5mm)と1.0gの試料(LiMMn1−xPO/アセチレンブラック=90/10の質量割合)と、湿式媒体として、エタノール2mlを入れ、回転台の回転数800回/分、ミルポットの回転数1600回/分で6時間、湿式で粉砕・混合を行い、LiMMn1−xPOとアセチレンブラックとが複合された複合体微粒子を得た。さらに、複合体微粒子を、水素3%を含む窒素雰囲気下で、500℃で4時間焼成して、LiMMn1−xPOとアセチレンブラックとが複合された無機物粒子を得た。
なお、実施例4〜11は、ジルコニアボールの直径が1mmであり、実施例12〜15は、0.5mmである。
Production and firing of composite particles The first inorganic particles (LiM x Mn 1-x PO 4 ) were wet micronized using a planetary ball mill and composited with carbon. As the carbon, acetylene black was used. In a planetary ball mill, using a zirconia pot, 40 g of zirconia balls (diameter 1 mm or 0.5 mm) and 1.0 g of a sample (LiM x Mn 1-x PO 4 / acetylene black = 90/10 mass ratio) Then, 2 ml of ethanol is added as a wet medium, and the mixture is pulverized and mixed in a wet manner for 6 hours at a rotational speed of a rotary table of 800 times / minute and a rotational speed of a mill pot of 1600 times / minute, and LiM x Mn 1-x PO 4 and acetylene Composite fine particles in which black was combined were obtained. Furthermore, the composite fine particles were fired at 500 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% of hydrogen to obtain inorganic particles in which LiM x Mn 1-x PO 4 and acetylene black were combined.
In Examples 4 to 11, the diameter of the zirconia ball is 1 mm, and in Examples 12 to 15 is 0.5 mm.

(比較例4)
実施例4と同一の原料溶液および同一条件で、噴霧熱分解によりLiMnPO前駆体を合成し、さらに同一条件で焼成を行うことで単相のオリビン構造を有するLiMnPO粒子を得た。
(Comparative Example 4)
A LiMnPO 4 precursor was synthesized by spray pyrolysis under the same raw material solution and the same conditions as in Example 4, and further calcined under the same conditions to obtain LiMnPO 4 particles having a single-phase olivine structure.

実施例4〜15および比較例4で得られた微粒子について、下記の方法にしたがって、比表面積の測定および結晶相の同定を行い、さらに、リチウム二次電池の正極活物質として用い、リチウム二次電池の充放電サイクル試験を行った。   For the fine particles obtained in Examples 4 to 15 and Comparative Example 4, the specific surface area was measured and the crystal phase was identified according to the following method. Further, the fine secondary particles were used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery. A charge / discharge cycle test of the battery was performed.

比表面積
上記の実施例1等で得られた微粒子について行った方法と同一の方法(条件)で、測定した。
Specific surface area The specific surface area was measured by the same method (conditions) as that used for the fine particles obtained in Example 1 above.

結晶相の同定
微粒子の結晶相の同定を、粉末X線回折装置(Philips社製、PW1700システム)を用いて行った。測定はCuKα1およびCuKα2線を用い、約50〜80mgの粒子試料について以下の条件で行った。
電圧 :40kV
電流 :30mA
時定数 :0.5s
走査速度 :0.04度/s
測定範囲 :4度≦2θ≦70度
Identification of Crystal Phase The crystal phase of the fine particles was identified using a powder X-ray diffractometer (manufactured by Philips, PW1700 system). The measurement was performed under the following conditions for a particle sample of about 50 to 80 mg using CuKα1 and CuKα2 wires.
Voltage: 40 kV
Current: 30 mA
Time constant: 0.5 s
Scanning speed: 0.04 degrees / s
Measurement range: 4 degrees ≤ 2θ ≤ 70 degrees

リチウム二次電池の評価
上記の実施例1等で得られた微粒子を用いて、リチウム二次電池の正極、リチウム二次電池を作製した方法と同一の方法(条件)で、実施例4〜15および比較例4で得られた微粒子を用いた、リチウム二次電池の正極、リチウム二次電池を作製した。
Evaluation of Lithium Secondary Battery Examples 4 to 15 were performed in the same manner (conditions) as the method for producing the positive electrode of the lithium secondary battery and the lithium secondary battery using the fine particles obtained in Example 1 and the like. And the positive electrode of a lithium secondary battery and the lithium secondary battery which used the microparticles | fine-particles obtained by the comparative example 4 were produced.

得られたリチウム二次電池について、様々な充放電速度で充放電を繰り返し、放電容量を測定した。   About the obtained lithium secondary battery, charging / discharging was repeated with various charging / discharging speed | rates, and the discharge capacity was measured.

(LiMMn1−xPOについての結果、考察)
LiMMn1−xPOに関する前記の実施例4〜15および比較例4について、比表面積の測定結果を下記の表5に示す。比較例4、実施例4〜15で得られた複合体粒子の結晶相の同定の結果を図17〜19に示す。さらに、実施例13の充放電サイクル試験の初期充放電曲線を図20に、実施例12〜15の充放電速度におけるサイクル特性を図21に示す。
(Results and discussion on LiM x Mn 1-x PO 4 )
Table 5 below shows the measurement results of the specific surface area of Examples 4 to 15 and Comparative Example 4 related to LiM x Mn 1-x PO 4 . The results of identification of the crystal phase of the composite particles obtained in Comparative Example 4 and Examples 4 to 15 are shown in FIGS. Furthermore, FIG. 20 shows the initial charge / discharge curve of the charge / discharge cycle test of Example 13, and FIG. 21 shows the cycle characteristics at the charge / discharge rates of Examples 12-15.

まず、図17〜19に示す粉末X線回折による結晶相の同定結果から、比較例4、実施例4〜15において、単相のオリビン構造を有する燐酸マンガンリチウムが合成できたことがわかる。   First, it can be seen from the results of crystal phase identification by powder X-ray diffraction shown in FIGS. 17 to 19 that lithium manganese phosphate having a single-phase olivine structure was synthesized in Comparative Example 4 and Examples 4 to 15.

また、それらの試料の比表面積を測定したところ、表5に示すように、実施例4〜15では最低でも35.9m/gであるのに対して、比較例4では4.0m/g、となり、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことで、実施例4〜15は、極めて大きな比表面積を示した。この結果より、実施例4〜15は、電極反応に関与する反応面積が大きいため、電池特性に優れていることが予想される。 Moreover, when the specific surface area of those samples was measured, as shown in Table 5, in Examples 4 to 15, it was at least 35.9 m 2 / g, whereas in Comparative Example 4, it was 4.0 m 2 / g. In Examples 4 to 15, Examples 4 to 15 exhibited extremely large specific surface areas by wet grinding and compounding with carbon. From these results, it is expected that Examples 4 to 15 are excellent in battery characteristics because the reaction area involved in the electrode reaction is large.

この予測を裏付けるために合成した材料を正極活物質としてリチウム二次電池を作製し、電池特性評価を行った。
図20は、一例として、実施例13の初期充放電曲線を示している。実施例13では、燐酸マンガンリチウム特有の4V付近に大きなプラトーが見られる。また、初期放電容量も0.05Cの充放電速度において126mAh/gで、理論容量の73%に相当する高い放電容量を、0.1Cの充放電速度において115mAh/gで、理論容量の68%に相当する高い放電容量を有した。この結果から明らかなように、遊星ボールミルを用いて湿式で材料を微細化するとともにカーボンと複合化することにより、電子導電性が改善され、優れた電池特性を示すことがわかる。
In order to support this prediction, a lithium secondary battery was fabricated using the synthesized material as the positive electrode active material, and the battery characteristics were evaluated.
FIG. 20 shows an initial charge / discharge curve of Example 13 as an example. In Example 13, a large plateau is observed around 4 V, which is characteristic of lithium manganese phosphate. In addition, the initial discharge capacity is 126 mAh / g at a charge / discharge rate of 0.05 C, and a high discharge capacity corresponding to 73% of the theoretical capacity is 115 mAh / g at a charge / discharge rate of 0.1 C, and 68% of the theoretical capacity. It had a high discharge capacity corresponding to. As is clear from this result, it can be seen that by using a planetary ball mill to refine the material in a wet process and to combine it with carbon, the electronic conductivity is improved and excellent battery characteristics are exhibited.

図21は、実施例12〜15について、充放電速度(0.1C)におけるサイクル特性を示している。いずれの実施例についても、10サイクル程度では、ほんのわずかな容量減少しか見られない。このように、実施例12〜15は、サイクル特性においても極めて優れていることを確認することができた。   FIG. 21 shows the cycle characteristics at the charge / discharge rate (0.1 C) for Examples 12 to 15. In any of the examples, only a slight capacity decrease is observed in about 10 cycles. As described above, Examples 12 to 15 were confirmed to be extremely excellent in cycle characteristics.

次に、実施例4〜15および比較例4の様々な充放電速度において得られた初期放電容量を表6に示す。   Next, Table 6 shows initial discharge capacities obtained at various charge / discharge rates in Examples 4 to 15 and Comparative Example 4.

表6に示すとおり、実施例4では、0.05C(20時間充電、20時間放電)で60mAh/g、0.1Cで53mAh/gの放電容量を示した。これに対して、粉砕およびカーボンとの複合化を行っていない材料(比較例4)は、いずれの充放電条件においても、二次電池として作動しなかった。
すなわち、LiMnPOを微細化しカーボンと複合化することで、リチウム二次電池用の正極材料として用いることができる。
As shown in Table 6, in Example 4, the discharge capacity was 60 mAh / g at 0.05 C (20 hours charge, 20 hours discharge) and 53 mAh / g at 0.1 C. In contrast, the material that was not pulverized and combined with carbon (Comparative Example 4) did not operate as a secondary battery under any charge / discharge conditions.
That is, LiMnPO 4 can be refined and combined with carbon to be used as a positive electrode material for a lithium secondary battery.

また、燐酸マンガンリチウムのマンガンの一部をマグネシウムで置換した材料を、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことでさらなる放電容量の改良が見られた。
具体的には、LiMg0.04Mn0.96POでは、0.05Cで80mAh/g、0.1Cで62mAh/g(実施例5)、LiMg0.08Mn0.92POでは、0.05Cで106mAh/g、0.1Cで92mAh/g(実施例6)、LiMg0.12Mn0.88POでは、0.05Cで94mAh/g、0.1Cで89mAh/g(実施例7)であった。
Further, a material obtained by replacing a part of manganese of lithium manganese phosphate with magnesium was further pulverized in a wet manner and combined with carbon to improve the discharge capacity.
Specifically, for LiMg 0.04 Mn 0.96 PO 4 , 0.05 mA at 80 mAh / g, 0.1 C at 62 mAh / g (Example 5), and LiMg 0.08 Mn 0.92 PO 4 , 0.05 mA at 106 mAh / g, 0.1 C at 92 mAh / g (Example 6), LiMg 0.12 Mn 0.88 PO 4 at 0.05 C at 94 mAh / g, 0.1 C at 89 mAh / g (implemented) Example 7).

さらに、燐酸マンガンリチウムのマンガンの一部をコバルト、ニッケル、鉄、亜鉛から選ばれる1種で置換した材料を、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことでさらなる放電容量の改良が見られた。
具体的には、LiCo0.08Mn0.92POでは、0.05Cで94mAh/g、0.1Cで84mAh/g(実施例8)、LiNi0.08Mn0.92POでは、0.05Cで85mAh/g、0.1Cで77mAh/g(実施例9)、LiFe0.08Mn0.92POでは、0.05Cで85mAh/g、0.1Cで66mAh/g(実施例10)、LiZn0.08Mn0.92POでは、0.05Cで77mAh/g、0.1Cで66mAh/g(実施例11)であった。
Furthermore, further improvement of the discharge capacity was observed by wet grinding and compounding with carbon of a material in which a part of manganese of lithium manganese phosphate was replaced with one selected from cobalt, nickel, iron and zinc. It was.
Specifically, LiCo 0.08 Mn 0.92 PO 4 is 94 mAh / g at 0.05 C, 84 mAh / g at 0.1 C (Example 8), and LiNi 0.08 Mn 0.92 PO 4 is 0.05 mA at 85 mAh / g, 0.1 C at 77 mAh / g (Example 9), LiFe 0.08 Mn 0.92 PO 4 at 0.05 C at 85 mAh / g, 0.1 C at 66 mAh / g (implemented) In Example 10), LiZn 0.08 Mn 0.92 PO 4 , it was 77 mAh / g at 0.05 C and 66 mAh / g at 0.1 C (Example 11).

さらにまた、湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行う際に、直径0.5mmのジルコニアボールを用いることで、LiMnPOでは、0.05Cで90mAh/g、0.1Cで77mAh/g(実施例12)、LiMg0.04Mn0.96POでは、0.05Cで126mAh/g、0.1Cで115mAh/g、0.5Cで75mAh/g(実施例13)、LiMg0.08Mn0.92POでは、0.05Cで120mAh/g、0.1Cで110mAh/g、0.5Cで73mAh/g(実施例14)、LiMg0.12Mn0.88POでは、0.05Cで109mAh/g、0.1Cで98mAh/g、0.5Cで61mAh/g(実施例15)となった。
すなわち、直径0.5mmのジルコニアボールを用いる場合(実施例12〜15)と、直径1mmの場合(実施例4〜7)とを比べると、直径0.5mmの場合において、さらなる放電容量の改良が見られた。
Furthermore, when performing pulverization and compounding with carbon in a wet manner, by using a zirconia ball having a diameter of 0.5 mm, LiMnPO 4 is 90 mAh / g at 0.05 C and 77 mAh / g at 0.1 C ( Example 12), LiMg 0.04 Mn 0.96 PO 4 was 0.05 mA at 126 mAh / g, 0.1 C at 115 mAh / g, 0.5 C at 75 mAh / g (Example 13), LiMg 0.08 For Mn 0.92 PO 4 , 0.05 mA at 120 mAh / g, 0.1 C at 110 mAh / g, 0.5 C at 73 mAh / g (Example 14), LiMg 0.12 Mn 0.88 PO 4 at 0 It was 109 mAh / g at 0.05 C, 98 mAh / g at 0.1 C, and 61 mAh / g at 0.5 C (Example 15).
That is, when the case of using a zirconia ball having a diameter of 0.5 mm (Examples 12 to 15) and the case of a diameter of 1 mm (Examples 4 to 7) are compared, in the case of a diameter of 0.5 mm, the discharge capacity is further improved. It was observed.

なお、一例として、実施例4、実施例6で得られた複合体粒子のSEM写真を図22、図23に示す。上記の実施例3で用いた装置と同一の装置を用いて観察した。この結果、図22、図23から明らかなように実施例4、実施例6では、約100nm以下の非常に小さい粒子が観察される。
このことから、遊星ボールミルを用いて湿式で粉砕およびカーボンとの複合化処理を行うことで、上記LiFePOと同様に、100nm以下のLiMMn1−xPOが合成されていることがわかり、これが比表面積の違いとなっている。
As an example, SEM photographs of the composite particles obtained in Example 4 and Example 6 are shown in FIGS. Observation was performed using the same apparatus as that used in Example 3 above. As a result, as is apparent from FIGS. 22 and 23, in Example 4 and Example 6, very small particles of about 100 nm or less are observed.
From this, it can be seen that LiM x Mn 1-x PO 4 of 100 nm or less was synthesized by wet grinding using a planetary ball mill and composite treatment with carbon, similar to the above LiFePO 4. This is the difference in specific surface area.

MP 噴霧熱分解装置
1 ガスボンベ
2 充填カラム
3 フィルター
4 流量計
5 超音波噴霧器
6 マイクロチューブポンプ
7 原料溶液槽
8 ポンプ
9 恒温槽
10 冷凍機
11 熱分解反応炉
111 予熱管
112 反応管
12 ヒータ
13 直流電圧電源
14 拡散型静電捕集器
15 冷却トラップ
16 フィルター
17 流量計
18 真空ポンプ
21 遊星ボールミル
22 回転台
23 ミルポット
24 ボール
25 第1無機物粒子
TC1,TC2,TC3,TC4,TC5,TC6,TC7,TC8 温度制御器
T11,T12 ガス温度計
MP spray pyrolysis apparatus 1 Gas cylinder 2 Packed column 3 Filter 4 Flow meter 5 Ultrasonic sprayer 6 Microtube pump 7 Raw material solution tank 8 Pump 9 Constant temperature bath 10 Refrigerator 11 Pyrolysis reactor 111 Preheating tube 112 Reaction tube 12 Heater 13 DC Voltage power source 14 Diffusion type electrostatic collector 15 Cooling trap 16 Filter 17 Flow meter 18 Vacuum pump 21 Planetary ball mill 22 Turntable 23 Mill pot 24 Ball 25 First inorganic particles TC1, TC2, TC3, TC4, TC5, TC6, TC7, TC8 Temperature controller T11, T12 Gas thermometer

Claims (15)

無機物粒子の製造方法であって、
前記無機物粒子の構成成分を含む原料化合物の溶液を調製する工程(A)と、
前記原料化合物の溶液を噴霧熱分解処理して第1無機物粒子を形成する工程(B)と、
前記第1無機物粒子と導電性物質とを、遊星ボールミルを用いて湿式で粉砕・混合して導電性物質と無機物粒子を含む複合体粒子を形成する工程(C)と、
前記複合体粒子を焼成する工程(D)と、
を含むことを特徴とする無機物粒子の製造方法。
A method for producing inorganic particles,
A step (A) of preparing a solution of a raw material compound containing the constituents of the inorganic particles;
A step (B) of forming a first inorganic particle by spray pyrolysis treatment of the solution of the raw material compound;
The first inorganic particles and the conductive material are wet pulverized and mixed using a planetary ball mill to form composite particles containing the conductive material and the inorganic particles (C);
A step (D) of firing the composite particles;
The manufacturing method of the inorganic particle characterized by including.
前記第1無機物粒子が、Fe、Mn、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種と、Liとを含む無機物で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to claim 1, wherein the first inorganic particles are formed of an inorganic material including at least one selected from Fe, Mn, Co, and Ni and Li. 前記第1無機物粒子が、リチウムを含むリン酸塩で形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to claim 1 or 2, wherein the first inorganic particles are formed of a phosphate containing lithium. 前記第1無機物粒子が、リチウムを含むケイ酸塩で形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to claim 1 or 2, wherein the first inorganic particles are formed of a silicate containing lithium. 前記第1無機物粒子が、リチウムを含むホウ酸塩で形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to claim 1 or 2, wherein the first inorganic particles are formed of a borate containing lithium. 前記第1無機物粒子が、LiFePOで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の無機物粒子の製造方法。 The method for producing inorganic particles according to claim 1, wherein the first inorganic particles are formed of LiFePO 4 . 前記第1無機物粒子が、LiMnPOで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の無機物粒子の製造方法。 The method for producing inorganic particles according to claim 1, wherein the first inorganic particles are formed of LiMnPO 4 . 前記第1無機物粒子が、LiMnPOのMnの一部をMg、Co、Ni、FeおよびZnから選ばれる1種で置換して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の無機物粒子の製造方法。 2. The inorganic particle according to claim 1, wherein the first inorganic particle is formed by substituting a part of Mn of LiMnPO 4 with one selected from Mg, Co, Ni, Fe, and Zn. Manufacturing method. 前記導電性物質が、カーボンブラックであることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to any one of claims 1 to 8, wherein the conductive substance is carbon black. 前記第1無機物粒子を形成する工程(B)の噴霧熱分解処理を300〜800℃で行うことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to any one of claims 1 to 9, wherein the spray pyrolysis treatment in the step (B) of forming the first inorganic particles is performed at 300 to 800 ° C. 前記複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルの回転台の回転数が100〜1100回/分、ミルポットの自転の回転数が200〜2200回/分であることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の無機物粒子の製造方法。   The rotating speed of the rotating base of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particles is 100 to 1100 times / min, and the rotating speed of the mill pot is 200 to 2200 times / min. The manufacturing method of the inorganic particle of any one of Claims 1-10. 前記複合体粒子を形成する工程(C)の遊星ボールミルのボールの球径が100〜10000μmであることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to any one of claims 1 to 11, wherein the ball diameter of the planetary ball mill in the step (C) of forming the composite particles is 100 to 10000 µm. . 前記複合体粒子を焼成する工程(D)の焼成温度が400〜1200℃であることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の無機物粒子の製造方法。   The method for producing inorganic particles according to any one of claims 1 to 12, wherein a firing temperature in the step (D) of firing the composite particles is 400 to 1200 ° C. 請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の製造方法により製造された無機物粒子を用いることを特徴とする二次電池正極。   A secondary battery positive electrode using inorganic particles produced by the production method according to any one of claims 1 to 13. 請求項14に記載の二次電池正極を用いることを特徴とする二次電池。
A secondary battery using the secondary battery positive electrode according to claim 14.
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