JP2010254563A - Method for producing compound oxide particle and method for producing compound oxide bulk body - Google Patents

Method for producing compound oxide particle and method for producing compound oxide bulk body Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing compound oxide particles which can stably mass-produce highly crystalline compound oxide nanoparticles in a short period of time also at a low temperature of ≤500°C. <P>SOLUTION: The method comprises: a mixed liquor preparation process (step S1) where a mixed liquor of two or more kinds of alkoxides and alcohol is prepared; a refluxing process (step S2) where the mixed liquor is made to reflux to prepare a precursor solution containing a composite alkoxide; and a heating process (step S3) where the precursor solution is heated within a closed vessel. The heating process includes a steam introduction process (step S4) where steam is introduced into the closed vessel during the heating, and at least hydrolysis of the composite alkoxide in the precursor solution is progressed to produce compound oxide particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、粒径がナノメートルサイズの高結晶性複合酸化物粒子の低温合成法と、粒径がナノメートルサイズの複合酸化物粒子によって形成される複合酸化物バルク体の製造方法に関する。   The present invention relates to a low-temperature synthesis method for highly crystalline composite oxide particles having a nanometer size and a method for producing a composite oxide bulk formed by composite oxide particles having a nanometer size.

従来、LiCoO2等の複合酸化物粒子を製造する方法として、例えば非特許文献1、特許文献1及び2が提案されている。 Conventionally, for example, Non-Patent Document 1, Patent Documents 1 and 2 have been proposed as methods for producing composite oxide particles such as LiCoO 2 .

非特許文献1記載の方法は、図11に示すように、LiNO3とCo(NO32・6H2Oとを水に溶かした後、キレート剤としてマレイン酸水溶液を混合し、該混合水溶液を撹拌しながら硝酸を徐々に滴下してpHを1〜4に調節する。その後、混合水溶液を70〜80℃でゆっくりと均一加熱してマレイン酸/金属ゾルにした後、さらにこのマレイン酸/金属ゾルを徐々に加熱し続けて前駆体ゲルとする。この前駆体ゲルを400℃以上で1時間以上空気雰囲気下で熱処理して前駆体粉末を製造し、この前駆体粉末を500〜700℃で1時間以上空気雰囲気下で焼成することで、平均粒径が30nmのLiCoO2粉末を得るようにしている。 As shown in FIG. 11, the method described in Non-Patent Document 1 is prepared by dissolving LiNO 3 and Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O in water and then mixing an aqueous maleic acid solution as a chelating agent. Nitric acid is gradually added dropwise with stirring to adjust the pH to 1-4. Thereafter, the mixed aqueous solution is slowly heated uniformly at 70 to 80 ° C. to obtain a maleic acid / metal sol, and then the maleic acid / metal sol is further gradually heated to obtain a precursor gel. This precursor gel is heat-treated at 400 ° C. or higher for 1 hour or longer in an air atmosphere to produce a precursor powder, and this precursor powder is calcined at 500 to 700 ° C. for 1 hour or longer in an air atmosphere. LiCoO 2 powder having a diameter of 30 nm is obtained.

特許文献1記載の方法は、図12に示すように、酢酸リチウムと硝酸コバルトとを蒸留水に溶かした後、キレート剤としてポリアクリル酸(PAA)を混合し、該混合水溶液を撹拌しながら硝酸を徐々に滴下してpHを1〜4に調節する。その後、混合水溶液を50〜90℃でゆっくりと均一加熱してPAA/金属ゾルにした後、さらにこのPAA/金属ゾルを徐々に加熱し続けてゲル前駆体とする。このゲル前駆体を300℃以上で1時間以上空気雰囲気下で熱処理して前駆体粉末を製造し、この前駆体粉末を400〜900℃で1時間以上空気雰囲気下で焼成することで、平均粒径が30nmのLiCoO2粉末を得るようにしている。 In the method described in Patent Document 1, as shown in FIG. 12, after lithium acetate and cobalt nitrate are dissolved in distilled water, polyacrylic acid (PAA) is mixed as a chelating agent, and the mixed aqueous solution is stirred with nitric acid. Is gradually added dropwise to adjust the pH to 1-4. Thereafter, the mixed aqueous solution is slowly heated uniformly at 50 to 90 ° C. to form a PAA / metal sol, and then the PAA / metal sol is further heated gradually to obtain a gel precursor. This gel precursor is heat-treated at 300 ° C. or higher for 1 hour or longer in an air atmosphere to produce a precursor powder, and this precursor powder is calcined at 400 to 900 ° C. for 1 hour or longer in an air atmosphere. LiCoO 2 powder having a diameter of 30 nm is obtained.

特許文献2記載の方法は、図13に示すように、原料アルコキシドとしてのテトライソプロポキシチタンTi[OCH(CH324及びジエトキシバリウムBa(OC252を、メタノールと2−メトキシエタノールとの混合溶媒に溶解して前駆体を調製し、この前駆体を室温で撹拌しながら、水蒸気で徐々に加水分解した後、数日間静置してゲル(湿潤ゲル:粒径2nm)を生成する。その後、25℃で5日間静置することで、ゲル成形体(乾燥ゲル)を生成する。乾燥後のゲル成形体を1000℃で焼成することによって、平均粒径が約0.1μmのチタン酸バリウム焼結体を得るようにしている。 In the method described in Patent Document 2, as shown in FIG. 13, tetraisopropoxytitanium Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4 and diethoxybarium Ba (OC 2 H 5 ) 2 as raw material alkoxide are mixed with methanol and 2 -A precursor is prepared by dissolving in a mixed solvent with methoxyethanol, and the precursor is gradually hydrolyzed with water vapor while stirring at room temperature, and then left to stand for several days to obtain a gel (wet gel: particle size 2 nm). ) Is generated. Then, a gel molded object (dry gel) is produced | generated by leaving still at 25 degreeC for 5 days. The dried gel molded body is fired at 1000 ° C. to obtain a barium titanate sintered body having an average particle size of about 0.1 μm.

特開平9−175825号公報JP-A-9-175825 特開平8−239216号公報JP-A-8-239216

In−Hwan Oh et al. 「Low−temperature preparation of ultrafine LiCoO2 powders by the sol−gel method」:Journal of Materials Science,Volume 32,Number 12/1997,p.3177−3182In-Hwan Oh et al. "Low-temperature preparation of ultrafine LiCoO2 powders by the sol-gel method": Journal of Materials Science, Volume 32, Number 12/1997, p. 3177-3182

しかしながら、非特許文献1及び特許文献1記載の方法では、平均粒径が30nmのLiCoO2粒子を得るために、キレート剤、酸/塩基触媒が必要であり、後工程で、これらキレート剤等を蒸発させるための工程が別途必要になる。これは、製造工程の複雑化、処理時間の長大化、製造コストの高価格化を招くという問題がある。また、非特許文献1及び特許文献1記載の方法では、平均粒径が30〜100nm程度の複合酸化物粒子しか得られず、平均粒径がより小さい複合酸化物粒子を得ることができない。 However, in the methods described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, in order to obtain LiCoO 2 particles having an average particle size of 30 nm, a chelating agent and an acid / base catalyst are necessary. A separate process for evaporation is required. This causes problems that the manufacturing process is complicated, the processing time is lengthened, and the manufacturing cost is increased. In the methods described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, only complex oxide particles having an average particle diameter of about 30 to 100 nm can be obtained, and complex oxide particles having a smaller average particle diameter cannot be obtained.

特許文献2記載の方法は、最終的に1000℃での焼結プロセスを経て焼結体を得る必要がある。すなわち、水蒸気の投入により湿潤ゲルを得る工程を経ることで、粒径が約2nmのゲルを得ることができるが、残留有機物を除去するために、最終的に、1000℃での焼結プロセスを経て焼結体を得る必要がある。そのため、平均粒径がナノメートルレベルの複合酸化物粒子を得ることができない。また、特許文献2では、原料アルコキシドに対する溶解度の高い混合溶媒を調製して、原料アルコキシドを混合溶媒に混合させるようにしている。この方法では、安定な酸化物合成には向いているが、原料アルコキシドの材料選定が限られてしまい、種々の複合酸化物粒子を生成することができないという問題がある。また、特許文献2記載の方法は、湿潤ゲルからゲル成形体を得るだけでも5日間を要し、処理時間の長大化につながるという問題もある。
つまり、特許文献2を含む従来の一般的なゾル−ゲル法では、反応させる温度が低すぎるために、立体障害となり結晶化を妨げるアルコキシル基の脱離反応が進まず、アモルファス体が合成されてしまうので、結晶性の高いものを得るために、最終的に反応・結晶化のための熱処理が必要になると考えられる。
In the method described in Patent Document 2, it is necessary to finally obtain a sintered body through a sintering process at 1000 ° C. In other words, a gel having a particle size of about 2 nm can be obtained through a step of obtaining a wet gel by introducing steam, but in order to remove residual organic substances, a sintering process at 1000 ° C. is finally performed. After that, it is necessary to obtain a sintered body. Therefore, composite oxide particles having an average particle size of nanometer level cannot be obtained. In Patent Document 2, a mixed solvent having high solubility in the raw material alkoxide is prepared, and the raw material alkoxide is mixed with the mixed solvent. This method is suitable for stable oxide synthesis, but there is a problem that the selection of the raw material alkoxide is limited and various composite oxide particles cannot be produced. Further, the method described in Patent Document 2 requires 5 days just to obtain a gel molded body from a wet gel, and there is a problem that the processing time is prolonged.
That is, in the conventional general sol-gel method including Patent Document 2, since the reaction temperature is too low, the elimination reaction of the alkoxyl group that prevents crystallization due to steric hindrance does not proceed, and an amorphous body is synthesized. Therefore, in order to obtain a high crystallinity, it is considered that heat treatment for reaction and crystallization is finally required.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、短時間で、且つ、500℃以下の低温で、高結晶性複合酸化物ナノ粒子を安定に、且つ、大量に生産することができる複合酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and can stably produce a large amount of highly crystalline composite oxide nanoparticles in a short time and at a low temperature of 500 ° C. or less. It aims at providing the manufacturing method of composite oxide particle which can be performed.

また、本発明の他の目的は、高温での焼結プロセスを介さずに、室温での高圧のプレス加工のみで、簡単に複合酸化物バルク体を製造することができる複合酸化物バルク体の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a composite oxide bulk body that can be easily produced by only high-pressure pressing at room temperature without using a sintering process at high temperature. It is to provide a manufacturing method.

[1] 第1の本発明に係る複合酸化物粒子の製造方法は、複数種のアルコキシドとアルコールとの混合液を還流して、複合アルコキシドを含む前駆体溶液を調製する還流工程と、前記前駆体溶液を密閉容器内で加熱する加熱工程とを有し、前記加熱工程は、加熱中の前記密閉容器内に水蒸気を導入して、前記前駆体溶液中の前記複合アルコキシドの少なくとも加水分解を進行させて複合酸化物粒子を生成する水蒸気導入工程を有することを特徴とする。 [1] A method for producing composite oxide particles according to the first aspect of the present invention includes a refluxing step of refluxing a mixed solution of a plurality of alkoxides and an alcohol to prepare a precursor solution containing the composite alkoxide, and the precursor. A heating step of heating the body solution in a sealed container, wherein the heating step introduces water vapor into the heated sealed container to advance at least hydrolysis of the composite alkoxide in the precursor solution. And having a water vapor introduction step of generating composite oxide particles.

これにより、短時間で、且つ、500℃以下の低温で、複合酸化物粒子を安定に、且つ、大量に生産することができる。すなわち、一般的なゾル−ゲル法では、上述したように、結晶性の高いものを得るために、最終的に反応・結晶化のための熱処理が必要になると考えられるが、本発明では、比較的低温で加水分解反応の生成物であるアルコール脱離が容易に起こるために、結晶性の高い微粒子ができると考えられる。   Thereby, complex oxide particles can be produced stably and in large quantities in a short time and at a low temperature of 500 ° C. or lower. That is, in the general sol-gel method, as described above, in order to obtain a high crystallinity, it is considered that heat treatment for reaction / crystallization is finally required. It is considered that fine particles with high crystallinity can be formed because alcohol elimination, which is a product of the hydrolysis reaction, easily occurs at a low temperature.

[2] 第1の本発明において、前記水蒸気導入工程において、前記複合アルコキシドの加水分解による複合固体アルコキシドの生成、前記複合固体アルコキシドの脱水縮合、溶媒の蒸発、結晶化を進行させることを特徴とする。 [2] In the first aspect of the present invention, in the steam introduction step, production of a composite solid alkoxide by hydrolysis of the composite alkoxide, dehydration condensation of the composite solid alkoxide, evaporation of the solvent, and crystallization are performed. To do.

[3] 第1の本発明において、前記還流工程は、前記アルコールの沸点にて反応が十分に進む時間、前記混合液を還流することを特徴とする。 [3] In the first aspect of the present invention, the refluxing step is characterized in that the mixed solution is refluxed for a time during which the reaction sufficiently proceeds at the boiling point of the alcohol.

[4] 第1の本発明において、前記加熱工程は、前記アルコールの沸点以上500℃以下の温度で、前記密閉容器内の前記前駆体溶液を加熱し、前記前駆体溶液を乾燥固化する工程を有することを特徴とする。 [4] In the first aspect of the present invention, the heating step includes a step of heating the precursor solution in the sealed container at a temperature not lower than the boiling point of the alcohol and not higher than 500 ° C., and drying and solidifying the precursor solution. It is characterized by having.

[5] 第1の本発明において、前記加熱工程は、前記水蒸気導入工程に先立って、前記密封容器内に不活性ガスを導入した状態で、前記前駆体溶液を前記アルコールの沸点温度に加熱することにより前記前駆体溶液を乾燥固化し、前記水蒸気導入工程の開始と共に、前記前駆体溶液の加熱温度を、前記アルコールの沸点温度から最高で500℃まで上昇させる工程を有することを特徴とする。この場合、段階的に上昇させてもよいし、単位時間当たりの上昇温度を高めて短時間で最高温度まで上昇させてもよい。 [5] In the first aspect of the present invention, the heating step heats the precursor solution to a boiling point temperature of the alcohol with an inert gas introduced into the sealed container prior to the water vapor introduction step. Thus, the precursor solution is dried and solidified, and the heating temperature of the precursor solution is increased from the boiling point temperature of the alcohol to 500 ° C. at the maximum with the start of the water vapor introduction step. In this case, the temperature may be raised stepwise, or the temperature rise per unit time may be increased to raise the maximum temperature in a short time.

[6] 第1の本発明において、前記水蒸気導入工程は、加湿器を通過した酸素ガスを、前記密封容器内に導入しながら3〜5時間保持することを特徴とする。 [6] In the first aspect of the present invention, the water vapor introducing step is characterized in that the oxygen gas that has passed through the humidifier is held for 3 to 5 hours while being introduced into the sealed container.

[7] 第1の本発明において、前記水蒸気導入工程の後に、冷却工程を有し、前記冷却工程は、前記密閉容器への前記水蒸気の導入を停止し、水蒸気を含まない酸素ガスを導入しながら室温まで降温することを特徴とする。 [7] In the first aspect of the present invention, a cooling step is provided after the water vapor introduction step, and the cooling step stops introduction of the water vapor into the sealed container and introduces oxygen gas not containing water vapor. The temperature is lowered to room temperature.

[8] 第1の本発明において、製造される前記複合酸化物粒子の平均粒径が30nm以下であることを特徴とする。 [8] In the first aspect of the present invention, the manufactured composite oxide particles have an average particle size of 30 nm or less.

[9] 次に、第2の本発明に係る複合酸化物バルク体の製造方法は、上述した第1の本発明に係る複合酸化物粒子の製造方法にて製造された複合酸化物粒子を含む粉末を用意する工程と、型に前記粉末を投入し、室温でプレス加工して、複合酸化物バルク体とするプレス工程とを有することを特徴とする。 [9] Next, the method for producing a complex oxide bulk body according to the second aspect of the invention includes the complex oxide particles produced by the method for producing the complex oxide particles according to the first aspect of the invention described above. It comprises a step of preparing a powder and a pressing step of putting the powder into a mold and pressing it at room temperature to form a composite oxide bulk body.

これにより、高温での焼結プロセスを介さずに、室温での高圧のプレス加工のみで、簡単に複合酸化物バルク体を製造することができる。   Thereby, a complex oxide bulk body can be easily manufactured by only high-pressure pressing at room temperature without using a sintering process at a high temperature.

以上説明したように、本発明に係る複合酸化物粒子の製造方法によれば、短時間で、且つ、500℃以下の低温で、高結晶性複合酸化物ナノ粒子を安定に、且つ、大量に生産することができる。3種以上の元素を含む複合酸化物粒子を製造することも可能となる。   As described above, according to the method for producing composite oxide particles according to the present invention, high crystalline composite oxide nanoparticles can be stably and massively produced in a short time and at a low temperature of 500 ° C. or less. Can be produced. It is also possible to produce composite oxide particles containing three or more elements.

また、本発明に係る複合酸化物バルク体の製造方法は、高温での焼結プロセスを介さずに、室温での高圧のプレス加工のみで、簡単に複合酸化物バルク体を製造することができる。   In addition, the method for producing a complex oxide bulk body according to the present invention can easily produce a complex oxide bulk body only by high-pressure pressing at room temperature without using a high-temperature sintering process. .

本実施の形態に係る複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram which shows the manufacturing method of the composite oxide particle which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る複合酸化物粒子の製造方法の好ましい態様を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram which shows the preferable aspect of the manufacturing method of the composite oxide particle which concerns on this Embodiment. 図3A〜図3Dは本実施の形態に係る複合酸化物バルク体の製造方法を示す工程図である。3A to 3D are process diagrams showing a method for producing a complex oxide bulk body according to the present embodiment. 実施例1に係る複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。2 is a process block diagram illustrating a method for producing composite oxide particles according to Example 1. FIG. 実施例1に係る複合酸化物粒子の透過型電子顕微鏡写真である。2 is a transmission electron micrograph of composite oxide particles according to Example 1. FIG. 実施例2に係る複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。6 is a process block diagram illustrating a method for producing composite oxide particles according to Example 2. FIG. 実施例3に係る複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。6 is a process block diagram illustrating a method for producing complex oxide particles according to Example 3. FIG. 実施例3に係る複合酸化物粒子の透過型電子顕微鏡写真である。4 is a transmission electron micrograph of composite oxide particles according to Example 3. 実施例4に係る複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。6 is a process block diagram illustrating a method for producing composite oxide particles according to Example 4. FIG. 実施例4に係る複合酸化物粒子の透過型電子顕微鏡写真である。4 is a transmission electron micrograph of composite oxide particles according to Example 4. 特許文献1記載の複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram which shows the manufacturing method of the composite oxide particle of patent document 1. 特許文献2記載の複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram which shows the manufacturing method of the composite oxide particle of patent document 2. 特許文献3記載の複合酸化物粒子の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram which shows the manufacturing method of the composite oxide particle of patent document 3.

以下、本発明に係る複合酸化物粒子の製造方法及び複合酸化物バルク体の積製造方法の実施の形態例を図1〜図10を参照しながら説明する。   Embodiments of a method for producing complex oxide particles and a method for producing a product of a complex oxide bulk body according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施の形態に係る複合酸化物粒子の製造方法は、図1に示すように、複数種のアルコキシドとアルコールとの混合液を調製する混合液調製工程(ステップS1)と、混合液を還流して、複合アルコキシドを含む前駆体溶液を調製する還流工程(ステップS2)と、前駆体溶液を密閉容器内で加熱する加熱工程(ステップS3)と、加熱中の密閉容器内に水蒸気を導入して、前駆体溶液中の複合アルコキシドの少なくとも加水分解を進行させて複合酸化物粒子を生成する水蒸気導入工程(ステップS4)とを有する。   As shown in FIG. 1, in the method for producing composite oxide particles according to the present embodiment, a mixed liquid preparation step (step S1) for preparing a mixed liquid of a plurality of types of alkoxide and alcohol, and refluxing the mixed liquid are performed. Then, a reflux process for preparing a precursor solution containing a composite alkoxide (step S2), a heating process for heating the precursor solution in a sealed container (step S3), and water vapor is introduced into the sealed container being heated. And a water vapor introduction step (step S4) in which at least hydrolysis of the composite alkoxide in the precursor solution proceeds to generate composite oxide particles.

還流工程は、混合液に含まれるアルコールの沸点付近にて、混合液を還流することが好ましい。これにより、複数種のアルコキシドが共通のアルキル基に置換され、複数の元素を有する複合アルコキシドが生成される。アルコールの沸点付近としては、例えば(沸点−5°)から(沸点+5°)の範囲が挙げられる。また、還流時間は、アルコキシドとアルコール溶媒の種類によって変わり、1時間以下の場合や、1時間以上2時間以下の場合や、2時間以上の場合もある。つまり、この還流工程においては、アルコキシド同士の反応と、アルコキシドとアルコールとの反応の2種類の反応が行われることになるが、還流時間としては、これら2種類の反応が十分に行われる時間であればよい。   In the refluxing step, the mixed solution is preferably refluxed in the vicinity of the boiling point of the alcohol contained in the mixed solution. Thereby, a plurality of types of alkoxides are substituted with a common alkyl group, and a composite alkoxide having a plurality of elements is generated. Examples of the vicinity of the boiling point of the alcohol include a range of (boiling point−5 °) to (boiling point + 5 °). The reflux time varies depending on the type of alkoxide and alcohol solvent, and may be 1 hour or less, 1 hour or more and 2 hours or less, or 2 hours or more. That is, in this refluxing step, two kinds of reactions, that is, a reaction between alkoxides and a reaction between alkoxides and alcohols are performed. The refluxing time is a time during which these two kinds of reactions are sufficiently performed. I just need it.

前記加熱工程は、前記アルコールの沸点以上500℃以下の温度で、密閉容器内の前駆体溶液を加熱し、乾燥固化する。これにより、還流後の前駆体溶液を乾燥固化させて乾燥した複合アルコキシドを得る。   In the heating step, the precursor solution in the sealed container is heated at a temperature not lower than the boiling point of the alcohol and not higher than 500 ° C., and dried and solidified. Thereby, the precursor solution after reflux is dried and solidified to obtain a dried composite alkoxide.

加熱工程中における上述の乾燥固化を目的とした加熱処理の後に、水蒸気導入工程が開始され、加熱中の密閉容器内に水蒸気が導入されることになる。これによって、複合固体アルコキシドの加水分解・脱水縮合、溶媒の蒸発、結晶化が進行することとなる。特に、従来の場合と異なり、水蒸気を導入するようにしているため、複合アルコキシドの加水分解、複合固体アルコキシドの脱水縮合が緩やかに進行することとなる。従って、この水蒸気導入工程が終了した段階で、平均粒径が30nm以下の高結晶性複合酸化物粒子を大量に含む複合酸化物粉末が製造されることになる。つまり、乾燥した複合アルコキシドを加水分解・脱水縮合反応させることによって、高結晶性を有した微粒子を得ることができる。これは、複合アルコキシドが乾燥固化した状態で高温にて加水分解・脱水縮合反応をさせたので、加水分解反応が起こりやすく結晶化の妨げとなるアルコキシル基が抜けやすい状態になり、立体障害が生じないため、結晶化が進んだと考えられる。また、乾燥状態では物質拡散が起こりにくいため、アルコキシドの反応が抑制され粒成長が起こり難かったものと考えられる。   After the heat treatment for the purpose of drying and solidifying during the heating step, the water vapor introducing step is started, and water vapor is introduced into the airtight container being heated. As a result, hydrolysis / dehydration condensation of the composite solid alkoxide, evaporation of the solvent, and crystallization proceed. In particular, unlike the conventional case, since water vapor is introduced, hydrolysis of the composite alkoxide and dehydration condensation of the composite solid alkoxide proceed slowly. Therefore, at the stage where this water vapor introduction step is completed, a complex oxide powder containing a large amount of highly crystalline complex oxide particles having an average particle size of 30 nm or less is produced. That is, fine particles having high crystallinity can be obtained by subjecting the dried composite alkoxide to hydrolysis / dehydration condensation reaction. This is because the compound alkoxide is dried and solidified and subjected to hydrolysis / dehydration condensation reaction at a high temperature, so that the alkoxyl group that easily causes hydrolysis reaction is easily removed, resulting in steric hindrance. Therefore, it is considered that crystallization has progressed. In addition, since it is difficult for material diffusion to occur in the dry state, it is considered that the reaction of alkoxide is suppressed and grain growth is difficult to occur.

ここで、好ましい態様について図2を参照しながら説明する。   Here, a preferred embodiment will be described with reference to FIG.

すなわち、図2に示すように、加熱工程(ステップS3)は、水蒸気導入工程に先立って、ステップS3aに示すように、密封容器内に不活性ガス(例えばアルゴンガス)を導入して、密閉容器内やチューブ内の空気を排除し、その状態で、前駆体溶液をアルコールの沸点温度付近に加熱することにより、アルコキシド中の金属元素の価数を変えずに溶媒を除去し固化させ、水蒸気導入工程(ステップS4)の開始と共に、前駆体溶液の加熱温度を、アルコールの沸点温度から最高で500℃まで上昇させる。この場合、段階的に上昇させてもよいし、単位時間当たりの上昇温度を高めて短時間で最高温度まで上昇させてもよい。これによって、複合酸化物粒子の500℃以下の低温での結晶化が可能となる。   That is, as shown in FIG. 2, in the heating process (step S3), an inert gas (for example, argon gas) is introduced into the sealed container as shown in step S3a prior to the water vapor introducing process. By removing the air inside and inside the tube and heating the precursor solution to near the boiling point temperature of the alcohol in that state, the solvent is removed and solidified without changing the valence of the metal element in the alkoxide, and steam is introduced. Along with the start of the step (step S4), the heating temperature of the precursor solution is increased from the boiling point temperature of the alcohol to 500 ° C. at the maximum. In this case, the temperature may be raised stepwise, or the temperature rise per unit time may be increased to raise the maximum temperature in a short time. Thereby, crystallization of the composite oxide particles at a low temperature of 500 ° C. or lower is possible.

水蒸気導入工程(ステップS4)は、加湿器を通過した酸素ガスを、密封容器内に導入しながら3〜5時間保持することが好ましい。これにより、密封容器内への水蒸気の導入、並びに酸化物の生成が容易になる。   In the water vapor introducing step (step S4), it is preferable to hold the oxygen gas that has passed through the humidifier for 3 to 5 hours while introducing the oxygen gas into the sealed container. This facilitates the introduction of water vapor into the sealed container and the generation of oxides.

水蒸気導入工程(ステップS4)の後に、冷却工程(ステップS5)を設定することが好ましい。この冷却工程では、密閉容器への水蒸気の導入を停止し、水蒸気を含まない酸素ガスを導入しながら室温まで降温する。これにより、複合酸化物を完全に酸化させることができる。この場合、酸素ガスを加湿器を通過させずに導入すればよいため、水蒸気導入工程から冷却工程への移行がスムーズになるという利点がある。これは、全工程の時間短縮につながる。   It is preferable to set a cooling step (step S5) after the water vapor introduction step (step S4). In this cooling step, the introduction of water vapor into the sealed container is stopped, and the temperature is lowered to room temperature while introducing oxygen gas not containing water vapor. Thereby, the composite oxide can be completely oxidized. In this case, since oxygen gas may be introduced without passing through the humidifier, there is an advantage that the transition from the water vapor introduction process to the cooling process becomes smooth. This leads to a reduction in the time of the entire process.

このように、本実施の形態に係る複合酸化物粒子の製造方法においては、短時間で、且つ、500℃以下の低温で、高結晶性複合酸化物ナノ粒子を安定に、且つ、大量に生産することができる。   Thus, in the method for producing composite oxide particles according to the present embodiment, highly crystalline composite oxide nanoparticles can be produced stably and in large quantities in a short time and at a low temperature of 500 ° C. or less. can do.

次に、本実施の形態に係る複合酸化物バルク体の製造方法について図3A〜図3Dを参照しながら説明する。この製造方法は、室温中で行われる。   Next, a method for producing a complex oxide bulk body according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3D. This manufacturing method is performed at room temperature.

先ず、図3Aに示すように、上述した実施の形態に係る複合酸化物粒子の製造方法にて製造された複合酸化物粒子を含む粉末10を用意する。   First, as shown in FIG. 3A, a powder 10 containing composite oxide particles manufactured by the method for manufacturing composite oxide particles according to the above-described embodiment is prepared.

その後、図3Bに示すように、粉末10をサンプルキューブ(圧力媒体)12内に投入し、蓋14で密閉する。   Thereafter, as shown in FIG. 3B, the powder 10 is put into a sample cube (pressure medium) 12 and sealed with a lid 14.

その後、図3Cに示すように、キュービックアンビル型高圧発生装置を用いてサンプルキューブの6面全てを同時に加圧する。これによって、図3Dに示すように、所望の形状にプレス成形された複合酸化物バルク体16を得る。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, all six surfaces of the sample cube are simultaneously pressurized using a cubic anvil type high pressure generator. As a result, as shown in FIG. 3D, a complex oxide bulk body 16 press-molded into a desired shape is obtained.

このように、本実施の形態に係る複合酸化物バルク体16の製造方法においては、高温での焼結プロセスを介さずに、室温での高圧のプレス加工のみで、簡単に複合酸化物バルク体16を製造することができる。   As described above, in the method for manufacturing the composite oxide bulk body 16 according to the present embodiment, the composite oxide bulk body can be easily obtained only by high-pressure pressing at room temperature without using a sintering process at a high temperature. 16 can be manufactured.

[実施例1]
次に、図2の製造方法に基づいて、LiCoO2複合酸化物粒子の粉末を製造する実施例1を図4及び図5を参照しながら説明する。
[Example 1]
Next, Example 1 for producing a powder of LiCoO 2 composite oxide particles based on the production method of FIG. 2 will be described with reference to FIGS.

先ず、混合液調製工程(ステップS1)において、2種の金属アルコキシド(第1金属アルコキシド及び第2金属アルコキシド)とアルコールの混合液を調製した。第1金属アルコキシドとしてLi(OnBu)、第2金属アルコキシドとしてCo(OiPr)2を用いた。ここで、Bu=C49を示し、Pr=C37を示す。また、アルコールとして2−メトキシエタノール(2−methoxyethanol)を用いた。 First, in the mixed solution preparation step (step S1), a mixed solution of two kinds of metal alkoxides (first metal alkoxide and second metal alkoxide) and alcohol was prepared. Li (OnBu) was used as the first metal alkoxide, and Co (OiPr) 2 was used as the second metal alkoxide. Here, Bu = C 4 H 9 is shown, and Pr = C 3 H 7 is shown. Moreover, 2-methoxyethanol (2-methoxyethanol) was used as alcohol.

この混合液調製工程においては、窒素雰囲気のグローブボックス内で、三角フラスコを用いて上述の第1金属アルコキシドと、第2金属アルコキシドと、アルコールを混合した。窒素雰囲気で混合したのは、各金属アルコキシドと大気中の水分との反応を抑制するためである。なお、各試料のモル比は、第1金属アルコキシド=1モル、第2金属アルコキシド=1モル、アルコール=18.6モルである。   In the mixed solution preparation step, the first metal alkoxide, the second metal alkoxide, and the alcohol were mixed using an Erlenmeyer flask in a glove box in a nitrogen atmosphere. The reason for mixing in a nitrogen atmosphere is to suppress the reaction between each metal alkoxide and atmospheric moisture. In addition, the molar ratio of each sample is 1st metal alkoxide = 1 mol, 2nd metal alkoxide = 1 mol, and alcohol = 18.6 mol.

その後、還流工程(ステップS2)において、上述の混合液を還流して、複合アルコキシドを含む前駆体溶液を調製した。混合液が入っている三角フラスコの口を密閉状態にして、グローブボックスから取り出し、還流装置に設置して行った。この還流は、アルコールである2−メトキシエタノールの沸点(125℃)で1時間行った。これによって、1リットル当たり1モルのLiCoOR(複合アルコキシド)を含む前駆体溶液を調製した。   Thereafter, in the refluxing step (step S2), the above-mentioned mixed solution was refluxed to prepare a precursor solution containing a composite alkoxide. The mouth of the Erlenmeyer flask containing the mixture was sealed, removed from the glove box, and placed in a reflux apparatus. This reflux was performed for 1 hour at the boiling point (125 ° C.) of 2-methoxyethanol, which is an alcohol. This prepared a precursor solution containing 1 mole of LiCoOR (complex alkoxide) per liter.

その後、前駆体溶液の入った50mlビーカーをステンレス製の反応容器内に設置し、該反応容器を密閉した。もちろん、ガス導入口や排気口等は所定のシーケンスに従って開閉するようになっている。   Thereafter, a 50 ml beaker containing the precursor solution was placed in a stainless steel reaction vessel, and the reaction vessel was sealed. Of course, the gas inlet and the outlet are opened and closed according to a predetermined sequence.

続く加熱工程において、水蒸気導入工程に先立って、ステップS3aに示すように、反応容器内にAr(アルゴン)ガス(水蒸気を含まないArガス:乾燥Arガス)を導入した状態で、反応容器内の温度をアルコールの沸点温度(125℃)に設定して、前駆体溶液を加熱した。乾燥Arガスの導入量は1分当たり100ccである。   In the subsequent heating step, prior to the water vapor introduction step, Ar (argon) gas (Ar gas not containing water vapor: dry Ar gas) is introduced into the reaction vessel, as shown in Step S3a. The precursor solution was heated with the temperature set at the boiling point of alcohol (125 ° C.). The amount of dry Ar gas introduced is 100 cc per minute.

前駆体溶液中のアルコール溶媒が蒸発し固化した段階で、水蒸気導入工程S4を開始し、加湿器を通過した酸素ガス(加湿酸素ガス)を反応容器に導入しながら、反応容器内の温度を、アルコールの沸点温度から最高で350℃まで段階的に上昇させた。最初に125℃を1時間保持し、次いで、200℃を1時間保持し、最後に350℃を2時間保持した。加湿器として、60〜80℃での飽和水蒸気圧PH2Oが、PH2O>0.2atmの加湿器を用いた。 At the stage where the alcohol solvent in the precursor solution has evaporated and solidified, the water vapor introduction step S4 is started, and while introducing oxygen gas (humidified oxygen gas) that has passed through the humidifier into the reaction vessel, The alcohol was gradually raised from the boiling point of the alcohol to a maximum of 350 ° C. First, 125 ° C was held for 1 hour, then 200 ° C was held for 1 hour, and finally 350 ° C was held for 2 hours. As the humidifier, a humidifier having a saturated water vapor pressure P H2O at 60 to 80 ° C. of P H2O > 0.2 atm was used.

その後、冷却工程(ステップS5)において、加湿酸素ガスの導入を停止し、加湿器を通さない酸素ガス(乾燥酸素ガス)を反応容器内に導入した。このとき、反応容器内の温度を2時間かけてゆっくりと室温まで下げた。乾燥酸素ガスの導入量は1分当たり100ccである。   Thereafter, in the cooling step (step S5), introduction of the humidified oxygen gas was stopped, and oxygen gas (dry oxygen gas) that did not pass through the humidifier was introduced into the reaction vessel. At this time, the temperature in the reaction vessel was slowly lowered to room temperature over 2 hours. The amount of dry oxygen gas introduced is 100 cc per minute.

冷却工程が終了した段階で、50mlビーカー内には複合酸化物粒子を大量に含む複合酸化物粉末が出来上がっていることを確認した。   When the cooling process was completed, it was confirmed that a complex oxide powder containing a large amount of complex oxide particles was completed in a 50 ml beaker.

その後、複合酸化物粉末の各複合酸化物粒子の粒径をほぼ均一にするために、粉末をめのう乳鉢に入れ、粉砕した。その結果、平均粒径が30nm以下の超微細粉末10を得た。なお、複合酸化物粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した(図5参照)。   Thereafter, the powder was put in an agate mortar and pulverized in order to make the particle size of each composite oxide particle of the composite oxide powder substantially uniform. As a result, an ultrafine powder 10 having an average particle size of 30 nm or less was obtained. The average particle size of the composite oxide particles was measured using a transmission electron microscope (see FIG. 5).

そして、製造された粉末10を、図3に示すように、サンプルキューブ12に投入し、粉末10をプレス圧力4000MPaにてプレス成形することにより、直径5mm、高さ8mmの円柱状の複合酸化物バルク体16を作製した。この複合酸化物バルク体16のみかけ密度は、理論値の約80%以上という緻密な構造を有していることがわかった。   Then, as shown in FIG. 3, the produced powder 10 is put into a sample cube 12, and the powder 10 is press-molded at a press pressure of 4000 MPa, so that a cylindrical composite oxide having a diameter of 5 mm and a height of 8 mm is obtained. Bulk body 16 was produced. It was found that the apparent density of the composite oxide bulk body 16 has a dense structure of about 80% or more of the theoretical value.

[実施例2]
次に、LiCoO2複合酸化物粒子の粉末を製造する実施例2を図6を参照しながら説明する。
[Example 2]
Next, Example 2 for producing a powder of LiCoO 2 composite oxide particles will be described with reference to FIG.

実施例2に係る方法は、上述した実施例1とほぼ同様の処理を行うが、原料の仕込み量が異なることと、後工程(ステップS6)として、水洗浄工程(ステップS6a)及び加熱工程(ステップS6b)を追加した点で異なる。   The method according to Example 2 performs substantially the same processing as in Example 1 described above, but the raw material charge amount is different, and as a post-process (Step S6), a water washing process (Step S6a) and a heating process ( The difference is that step S6b) is added.

すなわち、ステップS1における混合液調製工程での各試料のモル比を、第1金属アルコキシド(Li(OnBu))を2モル、第2金属アルコキシド(Co(OiPr)2)を1モル、アルコール=18.6モルとして、実施例1と比してLiを過剰に含有させた組成とした。これは、定比のLiCoO2(Li:Co=1:1)を得るために、混合液調製時にLiの添加量を増やしたためである。但し、Liを過剰にすると、不純物として電池特性の低下の原因となるLiOHやLi2CO3が生成するため、新たに洗浄工程や熱処理工程が必要になる。従って、この実施例2では、後工程(ステップS6)として、水洗浄工程(ステップS6a)及び加熱工程(ステップS6b)を追加した。 That is, the molar ratio of each sample in the mixed liquid preparation step in step S1 is as follows: 1 mol of the first metal alkoxide (Li (OnBu)), 1 mol of the second metal alkoxide (Co (OiPr) 2 ), alcohol = 18 .6 mol as compared with Example 1 was used as a composition containing excessive Li. This is because, in order to obtain a constant ratio of LiCoO 2 (Li: Co = 1: 1), the amount of Li added was increased during preparation of the mixed solution. However, when Li is excessive, LiOH and Li 2 CO 3 that cause deterioration of battery characteristics are generated as impurities, and thus a cleaning process and a heat treatment process are newly required. Therefore, in this Example 2, the water washing process (step S6a) and the heating process (step S6b) were added as a post process (step S6).

ステップS6aの水洗浄工程は、図6のステップS1〜ステップS5を経て得られた粉末を、蒸留水入りのビーカー内で、マグネティックスターラーを用いて攪拌洗浄した。この洗浄は、Liの過剰添加により生じた上述の不純物を取り除くための洗浄である。   In the water washing step of Step S6a, the powder obtained through Steps S1 to S5 in FIG. 6 was stirred and washed using a magnetic stirrer in a beaker containing distilled water. This cleaning is a cleaning for removing the above-described impurities caused by excessive addition of Li.

その後、ステップS6bの加熱工程において、温度200℃を5〜10時間保持して加熱した。その結果、平均粒径が15nm以下の超微細粉末10を得た。
そして、製造された粉末10を、図3に示すように、サンプルキューブ12に投入し、粉末10をプレス圧力4000MPaにてプレス成形することにより、直径5mm、高さ8mmの円柱状の複合酸化物バルク体16を作製した。この複合酸化物バルク体16のみかけ密度は、理論値の約80%以上という緻密な構造を有していることがわかった。
Then, in the heating process of step S6b, the temperature was maintained at 200 ° C. for 5 to 10 hours for heating. As a result, an ultrafine powder 10 having an average particle size of 15 nm or less was obtained.
Then, as shown in FIG. 3, the produced powder 10 is put into a sample cube 12, and the powder 10 is press-molded at a press pressure of 4000 MPa, so that a cylindrical composite oxide having a diameter of 5 mm and a height of 8 mm is obtained. Bulk body 16 was produced. It was found that the apparent density of the composite oxide bulk body 16 has a dense structure of about 80% or more of the theoretical value.

[実施例3]
次に、LiCoO2複合酸化物粒子の粉末を製造する実施例3を図7及び図8を参照しながら説明する。
[Example 3]
Next, Example 3 for producing a powder of LiCoO 2 composite oxide particles will be described with reference to FIGS.

実施例3に係る方法は、上述した実施例1とほぼ同様の処理を行うが、還流工程(ステップS2)後の加熱工程(ステップS3)及び冷却工程(ステップS5)の各処理が異なり、また、後工程(ステップS6)として加熱工程(ステップS6b)を追加した点で異なる。   The method according to Example 3 performs substantially the same process as in Example 1 described above, but the processes of the heating process (Step S3) and the cooling process (Step S5) after the reflux process (Step S2) are different. The difference is that a heating step (step S6b) is added as a post-step (step S6).

すなわち、還流工程後の加熱工程(ステップS3)は、水蒸気導入工程(ステップS4)に先立って、ステップS3aに示すように、反応容器内にAr(アルゴン)ガス(水蒸気を含まないArガス:乾燥Arガス)を導入した状態で、前駆体溶液を加熱した。この加熱処理においては、反応容器内の温度を120℃とし、該温度の保持時間を1時間とした。乾燥Arガスの導入量は1分当たり100ccである。これにより、前駆体溶液中のアルコール溶媒が蒸発し固化した状態となる。   That is, in the heating step (step S3) after the reflux step, Ar (argon) gas (Ar gas not containing water vapor: dry) is contained in the reaction vessel as shown in step S3a prior to the water vapor introduction step (step S4). The precursor solution was heated with Ar gas introduced. In this heat treatment, the temperature in the reaction vessel was 120 ° C., and the temperature holding time was 1 hour. The amount of dry Ar gas introduced is 100 cc per minute. As a result, the alcohol solvent in the precursor solution is evaporated and solidified.

続く水蒸気導入工程(ステップS4)において、120℃の温度を維持しながら、Arガスと、加湿器(実施例1と同様の加湿器)を通過した酸素ガス(加湿酸素ガス)と反応容器に導入し、その後、温度を150℃に上げて、同じくArガスと加湿酸素ガスとを1時間導入した。   In the subsequent steam introduction step (step S4), while maintaining the temperature of 120 ° C., Ar gas, oxygen gas (humidified oxygen gas) that has passed through the humidifier (humidifier similar to Example 1), and the reaction vessel are introduced. Then, the temperature was raised to 150 ° C., and similarly Ar gas and humidified oxygen gas were introduced for 1 hour.

水蒸気導入工程後のステップS3bにおいて、温度150℃を維持した状態で、加湿器を通さない酸素ガス(乾燥酸素ガス)を5〜10時間導入した。   In step S3b after the steam introduction step, oxygen gas (dry oxygen gas) that does not pass through the humidifier was introduced for 5 to 10 hours while maintaining the temperature at 150 ° C.

その後、冷却工程(ステップS5)において、乾燥酸素ガスの導入を続けたまま、反応容器内の温度を1時間かけてゆっくりと室温まで下げた。乾燥酸素ガスの導入量は1分当たり100ccである。   Thereafter, in the cooling step (step S5), the temperature in the reaction vessel was slowly lowered to room temperature over 1 hour while continuing to introduce the dry oxygen gas. The amount of dry oxygen gas introduced is 100 cc per minute.

冷却工程(ステップS5)が終了した段階で、50mlビーカー内には複合酸化物粒子を大量に含む複合酸化物粉末が出来上がっていることを確認した。   When the cooling step (step S5) was completed, it was confirmed that a complex oxide powder containing a large amount of complex oxide particles was completed in a 50 ml beaker.

後工程である加熱工程(ステップS6b)は、反応容器内に乾燥ガスを導入した状態で、粉末を加熱した。この加熱処理においては、反応容器内の温度を400℃とし、該温度の保持時間を5時間とした。乾燥酸素ガスの導入量は1分当たり100ccである。この加熱工程で粉末を400℃に加熱するのは、残留有機物を除去し、完全に酸化させて複合酸化物の結晶性を高くすることにある。その後、複合酸化物粉末の各複合酸化物粒子の粒径をほぼ均一にするために、粉末をめのう乳鉢に入れ、粉砕した。その結果、平均粒径が20nm以下の超微細粉末10を得た。なお、複合酸化物粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した(図8参照)。   In the heating step (step S6b), which is a post-process, the powder was heated with the dry gas introduced into the reaction vessel. In this heat treatment, the temperature in the reaction vessel was 400 ° C., and the temperature holding time was 5 hours. The amount of dry oxygen gas introduced is 100 cc per minute. The reason why the powder is heated to 400 ° C. in this heating step is to remove residual organic substances and completely oxidize them to increase the crystallinity of the composite oxide. Thereafter, the powder was put in an agate mortar and pulverized in order to make the particle size of each composite oxide particle of the composite oxide powder substantially uniform. As a result, an ultrafine powder 10 having an average particle size of 20 nm or less was obtained. The average particle size of the composite oxide particles was measured using a transmission electron microscope (see FIG. 8).

そして、製造された粉末10を、図3に示すように、サンプルキューブ12に投入し、粉末10をプレス圧力4000MPaにてプレス成形することにより、直径5mm、高さ8mmの円柱状の複合酸化物バルク体16を作製した。この複合酸化物バルク体16のみかけ密度は、理論値の約80%以上という緻密な構造を有していることがわかった。   Then, as shown in FIG. 3, the produced powder 10 is put into a sample cube 12, and the powder 10 is press-molded at a press pressure of 4000 MPa, so that a cylindrical composite oxide having a diameter of 5 mm and a height of 8 mm is obtained. Bulk body 16 was produced. It was found that the apparent density of the composite oxide bulk body 16 has a dense structure of about 80% or more of the theoretical value.

[実施例4]
次に、LiCoO2とは異なる複合酸化物粒子(Li7La3Zr212:LLZ)の粉末を製造する実施例4を図9及び図10を参照しながら説明する。
先ず、混合液調製工程(ステップS1)において、3種の金属アルコキシド(第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシド及び第3金属アルコキシド)とアルコールの混合液を調製した。第1金属アルコキシドとしてLi(OnBu)、第2金属アルコキシドとしてLa(OiPr)3、第3金属アルコキシドとしてZr(OnBu)4を用いた。ここで、Bu=C49を示し、Pr=C37を示す。また、アルコールとして2−メトキシエタノール(2−methoxyethanol)を用いた。
[Example 4]
Next, the composite oxide particles different from the LiCoO 2 (Li 7 La 3 Zr 2 O 12: LLZ) Example 4 to produce a powder will be described with reference to FIGS.
First, in the mixed solution preparation step (step S1), a mixed solution of three kinds of metal alkoxides (first metal alkoxide, second metal alkoxide and third metal alkoxide) and alcohol was prepared. Li (OnBu) was used as the first metal alkoxide, La (OiPr) 3 was used as the second metal alkoxide, and Zr (OnBu) 4 was used as the third metal alkoxide. Here, Bu = C 4 H 9 is shown, and Pr = C 3 H 7 is shown. Moreover, 2-methoxyethanol (2-methoxyethanol) was used as alcohol.

この混合液調製工程においては、実施例1と同様に、窒素雰囲気のグローブボックス内で、三角フラスコを用いて上述の第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシド及び第3アルコキシドと、アルコールを混合した。なお、各試料のモル比は、第1金属アルコキシド=7モル、第2金属アルコキシド=3モル、第3金属アルコキシド=2モル、アルコール=20モルである。   In this mixed liquid preparation step, as in Example 1, the above-described first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third alkoxide were mixed with alcohol in a glove box in a nitrogen atmosphere using an Erlenmeyer flask. In addition, the molar ratio of each sample is 1st metal alkoxide = 7 mol, 2nd metal alkoxide = 3 mol, 3rd metal alkoxide = 2 mol, alcohol = 20 mol.

その後、還流工程(ステップS2)において、上述の混合液を還流して、複合アルコキシドを含む前駆体溶液を調製した。混合液が入っている三角フラスコの口を密閉状態にして、グローブボックスから取り出し、還流装置に設置して行った。この還流は、アルコールである2−メトキシエタノールの沸点(125℃)で1時間行った。これによって、1リットル当たり1モルのLiLaZrOR(複合アルコキシド)を含む前駆体溶液を調製した。   Thereafter, in the refluxing step (step S2), the above-mentioned mixed solution was refluxed to prepare a precursor solution containing a composite alkoxide. The mouth of the Erlenmeyer flask containing the mixture was sealed, removed from the glove box, and placed in a reflux apparatus. This reflux was performed for 1 hour at the boiling point (125 ° C.) of 2-methoxyethanol, which is an alcohol. This prepared a precursor solution containing 1 mole of LiLaZrOR (complex alkoxide) per liter.

その後、前駆体溶液の入った50mlビーカーをステンレス製の反応容器内に設置し、該反応容器を密閉した。もちろん、ガス導入口や排気口等は所定のシーケンスに従って開閉するようになっている。   Thereafter, a 50 ml beaker containing the precursor solution was placed in a stainless steel reaction vessel, and the reaction vessel was sealed. Of course, the gas inlet and the outlet are opened and closed according to a predetermined sequence.

次の加熱工程(ステップS3)において、水蒸気導入工程(ステップS4)に先立って、ステップS3aに示すように、反応容器内に乾燥Arガスを導入した状態で、前駆体溶液を加熱した。この加熱処理においては、反応容器内の温度を120℃とし、該温度の保持時間を1時間とした。乾燥Arガスの導入量は1分当たり100ccである。これにより、前駆体溶液中のアルコール溶媒が蒸発し固化した状態となる。   In the next heating step (Step S3), prior to the water vapor introduction step (Step S4), as shown in Step S3a, the precursor solution was heated with dry Ar gas introduced into the reaction vessel. In this heat treatment, the temperature in the reaction vessel was 120 ° C., and the temperature holding time was 1 hour. The amount of dry Ar gas introduced is 100 cc per minute. As a result, the alcohol solvent in the precursor solution is evaporated and solidified.

続く水蒸気導入工程(ステップS4)において、Arガスと水蒸気とを反応容器に導入しながら、反応容器内の温度を、アルコールの沸点温度から最高で350℃まで段階的に上昇させた。最初に120℃を2時間保持し、次いで、350℃を2時間保持した。   In the subsequent steam introduction step (step S4), the temperature in the reaction vessel was raised stepwise from the boiling point of the alcohol to 350 ° C. at maximum while introducing Ar gas and water vapor into the reaction vessel. First, 120 ° C. was held for 2 hours, and then 350 ° C. was held for 2 hours.

その後、冷却工程(ステップS5)において、乾燥酸素ガスを反応容器内に導入した。このとき、反応容器内の温度を1時間かけて室温まで下げた。乾燥酸素ガスの導入量は1分当たり100ccである。   Thereafter, in the cooling step (step S5), dry oxygen gas was introduced into the reaction vessel. At this time, the temperature in the reaction vessel was lowered to room temperature over 1 hour. The amount of dry oxygen gas introduced is 100 cc per minute.

冷却工程が終了した段階で、50mlビーカー内には複合酸化物粒子を大量に含む複合酸化物粉末が出来上がっていることを確認した。   When the cooling process was completed, it was confirmed that a complex oxide powder containing a large amount of complex oxide particles was completed in a 50 ml beaker.

その後、後工程の成形工程(ステップS6c)において、製造された粉末10(この場合、LLZ粉末)を、ステンレス製の金型を用いて通常の一軸プレス法(常温)でプレス成形することにより、直径8mm、高さ1mmのペレットを作製した。この成形工程は、粒子同士を密着させることによって、反応性の向上を図ったものである。   Thereafter, in the subsequent molding step (step S6c), the produced powder 10 (in this case, LLZ powder) is press-molded by a normal uniaxial pressing method (normal temperature) using a stainless steel mold, A pellet having a diameter of 8 mm and a height of 1 mm was produced. In this molding step, the reactivity is improved by bringing particles into close contact with each other.

次いで、加熱工程(ステップS6d)において、反応容器内に乾燥ガスを導入した状態で、成形体を加熱した。この加熱処理においては、反応容器内の温度を500℃とし、該温度の保持時間を2時間とした。乾燥酸素ガスの導入量は1分当たり100ccである。この加熱工程で成形体を500℃に加熱するのは、残留有機物を除去し、完全に酸化させて複合酸化物の結晶性を高くすることにある。   Next, in the heating step (step S6d), the molded body was heated with the dry gas introduced into the reaction vessel. In this heat treatment, the temperature in the reaction vessel was 500 ° C., and the temperature holding time was 2 hours. The amount of dry oxygen gas introduced is 100 cc per minute. The reason why the molded body is heated to 500 ° C. in this heating step is to remove residual organic substances and completely oxidize them to increase the crystallinity of the composite oxide.

その後、粉砕工程(ステップS6e)において、加熱処理後の成形体をめのう乳鉢に入れ、粉砕した。その結果、平均粒径が20nm以下の超微細粉末10を得た。なお、複合酸化物粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した(図10参照)。   Thereafter, in the pulverization step (step S6e), the molded body after the heat treatment was placed in an agate mortar and pulverized. As a result, an ultrafine powder 10 having an average particle size of 20 nm or less was obtained. The average particle size of the composite oxide particles was measured using a transmission electron microscope (see FIG. 10).

そして、製造された粉末10を、図3に示すように、サンプルキューブ12に投入し、粉末10をプレス圧力4000MPaにてプレス成形することにより、直径5mm、高さ8mmの円柱状の複合酸化物バルク体16を作製した。この複合酸化物バルク体16のみかけ密度は、理論値の約80%以上という緻密な構造を有していることがわかった。   Then, as shown in FIG. 3, the produced powder 10 is put into a sample cube 12, and the powder 10 is press-molded at a press pressure of 4000 MPa, so that a cylindrical composite oxide having a diameter of 5 mm and a height of 8 mm is obtained. Bulk body 16 was produced. It was found that the apparent density of the composite oxide bulk body 16 has a dense structure of about 80% or more of the theoretical value.

[実施例1〜4に関する補足説明]
(1) 上述の実施例1〜3において、還流工程後の加熱工程(ステップS3:乾燥、水蒸気導入)と冷却工程(ステップS5)おけるガス種類を使い分けた理由は、Co(コバルト)の酸化状態を考慮したためである。加水分解前、コバルトは、アルコキシドの中でCo2+であるため、その状態を保ちつつ、溶媒の除去を目的として、乾燥ガスを導入している。用いるガスは、不活性ガスであればよく、例えば、アルゴンでも窒素でもよい。また、水蒸気導入過程では、Co2+→Co3+に酸化する必要があるため、酸素に水蒸気を添加するようにした。なお、Coは最終目的物であるLiCoO2の中ではCo3+として存在する。
[Supplementary explanation regarding Examples 1 to 4]
(1) In the above-described Examples 1 to 3, the reason why the gas types in the heating process after the refluxing process (step S3: drying, steam introduction) and the cooling process (step S5) are properly used is the oxidation state of Co (cobalt). This is because of this. Before hydrolysis, cobalt is Co 2+ in the alkoxide, so that a dry gas is introduced for the purpose of removing the solvent while maintaining the state. The gas used may be an inert gas, and may be, for example, argon or nitrogen. In addition, since it is necessary to oxidize Co 2+ → Co 3+ in the process of introducing water vapor, water vapor is added to oxygen. Co exists as Co 3+ in LiCoO 2 which is the final target.

(2) LiCoO2粉末の作製において、実施例1の水蒸気導入工程では水蒸気+酸素(加湿酸素)を導入し(図4参照)、実施例3の水蒸気導入工程では水蒸気+酸素+アルゴン(加湿酸素+アルゴン)を導入しているが(図7参照)、実施例3において、アルゴンを用いなくても結果は同じになる。つまり、実施例3の水蒸気導入工程のガス種を共に同じにしてもよい。但し、酸素は必ず必要である。 (2) In the production of LiCoO 2 powder, water vapor + oxygen (humidified oxygen) was introduced in the water vapor introduction step of Example 1 (see FIG. 4), and water vapor + oxygen + argon (humidified oxygen) was introduced in the water vapor introduction step of Example 3. + Argon) is introduced (see FIG. 7), but in Example 3, the result is the same without using argon. That is, the gas species in the water vapor introduction step of Example 3 may be the same. However, oxygen is always necessary.

(3) 実施例3の水蒸気導入後に乾燥酸素を導入している理由は、残留有機物をなくすことを目的としている。 (3) The reason why dry oxygen is introduced after the introduction of water vapor in Example 3 is to eliminate residual organic matter.

(4) 実施例1〜4で、冷却工程に酸素ガスを用いている理由は、得られた複合酸化物を完全に酸化させることを目的としている。 (4) In Examples 1 to 4, the reason for using oxygen gas in the cooling step is to completely oxidize the obtained composite oxide.

(5) 実施例1〜3でのLiCoO2粉末の作製と、実施例4でのLLZ粉末の作製とで水蒸気導入に用いるガス種類が異なるのは、LLZは、酸素を導入するとLa2Zr27のパイロクロアが容易にできてしまい、結果として、目的組成(Li7La3Zr212)が得られないからである。 (5) The type of gas used for water vapor introduction differs between the production of LiCoO 2 powder in Examples 1 to 3 and the production of LLZ powder in Example 4 because LLZ introduces La 2 Zr 2 when oxygen is introduced. This is because the pyrochlore of O 7 can be easily formed, and as a result, the target composition (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) cannot be obtained.

なお、本発明に係る複合酸化物粒子の製造方法及び複合酸化物バルク体の製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   In addition, the manufacturing method of the composite oxide particles and the manufacturing method of the composite oxide bulk body according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can adopt various configurations without departing from the gist of the present invention. Of course.

10…粉末
12…サンプルキューブ
16…複合酸化物バルク体
10 ... Powder 12 ... Sample cube 16 ... Bulk complex oxide

Claims (9)

複数種のアルコキシドとアルコールとの混合液を還流して、複合アルコキシドを含む前駆体溶液を調製する還流工程と、
前記前駆体溶液を密閉容器内で加熱する加熱工程とを有し、
前記加熱工程は、
加熱中の前記密閉容器内に水蒸気を導入して、前記前駆体溶液中の前記複合アルコキシドの少なくとも加水分解を進行させて複合酸化物粒子を生成する水蒸気導入工程を有することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
Refluxing a mixed solution of a plurality of alkoxides and alcohol to prepare a precursor solution containing a composite alkoxide;
Heating the precursor solution in a sealed container,
The heating step includes
A composite oxidation characterized by having a water vapor introduction step of introducing water vapor into the sealed container during heating and causing at least hydrolysis of the composite alkoxide in the precursor solution to generate composite oxide particles. Method for producing product particles.
請求項1記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記水蒸気導入工程において、前記複合アルコキシドの加水分解による複合固体アルコキシドの生成、前記複合固体アルコキシドの脱水縮合、溶媒の蒸発、結晶化を進行させることを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the method for producing composite oxide particles according to claim 1,
A method for producing composite oxide particles, wherein, in the steam introduction step, production of a composite solid alkoxide by hydrolysis of the composite alkoxide, dehydration condensation of the composite solid alkoxide, evaporation of a solvent, and crystallization are advanced.
請求項1又は2記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記還流工程は、前記アルコールの沸点付近にて、前記混合液を還流することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the method for producing composite oxide particles according to claim 1 or 2,
In the refluxing step, the mixed solution is refluxed in the vicinity of the boiling point of the alcohol.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記加熱工程は、前記アルコールの沸点以上500℃以下の温度で、前記密閉容器内の前記前駆体溶液を加熱し、前記前駆体溶液を乾燥固化する工程を有することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the manufacturing method of complex oxide particles given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The heating step includes a step of heating the precursor solution in the sealed container at a temperature not lower than the boiling point of the alcohol and not higher than 500 ° C., and drying and solidifying the precursor solution. Manufacturing method.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記加熱工程は、前記水蒸気導入工程に先立って、前記密封容器内に不活性ガスを導入した状態で、前記前駆体溶液を前記アルコールの沸点温度に加熱することにより前記前駆体溶液を乾燥固化し、前記水蒸気導入工程の開始と共に、前記前駆体溶液の加熱温度を、前記アルコールの沸点温度から最高で500℃まで上昇させる工程を有することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the manufacturing method of complex oxide particles given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
In the heating step, the precursor solution is dried and solidified by heating the precursor solution to the boiling point temperature of the alcohol in a state where an inert gas is introduced into the sealed container prior to the water vapor introduction step. A method for producing composite oxide particles, comprising the step of raising the heating temperature of the precursor solution from the boiling point temperature of the alcohol to 500 ° C. at the maximum with the start of the water vapor introduction step.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記水蒸気導入工程は、加湿器を通過した酸素ガスを、前記密封容器内に導入しながら3〜5時間保持することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the manufacturing method of complex oxide particles given in any 1 paragraph of Claims 1-5,
In the steam introduction step, the oxygen gas that has passed through the humidifier is held for 3 to 5 hours while being introduced into the sealed container.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
前記水蒸気導入工程の後に、冷却工程を有し、
前記冷却工程は、前記密閉容器への前記水蒸気の導入を停止し、水蒸気を含まない酸素ガスを導入しながら室温まで降温することを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the manufacturing method of complex oxide particles given in any 1 paragraph of Claims 1-6,
A cooling step after the water vapor introduction step;
In the cooling step, the introduction of the water vapor into the sealed container is stopped, and the temperature is lowered to room temperature while introducing oxygen gas not containing water vapor.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法において、
製造される前記複合酸化物粒子の平均粒径が30nm以下であることを特徴とする複合酸化物粒子の製造方法。
In the manufacturing method of complex oxide particles given in any 1 paragraph of Claims 1-7,
The method for producing composite oxide particles, wherein the composite oxide particles to be produced have an average particle size of 30 nm or less.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の複合酸化物粒子の製造方法にて製造された複合酸化物粒子を含む粉末を用意する工程と、
型に前記粉末を投入し、室温でプレス加工して、複合酸化物バルク体とするプレス工程とを有することを特徴とする複合酸化物バルク体の製造方法。
Preparing a powder containing composite oxide particles produced by the method for producing composite oxide particles according to any one of claims 1 to 8,
A method of producing a composite oxide bulk body, comprising: pressing the powder into a mold and pressing it at room temperature to form a composite oxide bulk body.
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Cited By (4)

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