JP2011175767A - Method of manufacturing electrode material, and recovery method of lithium phosphate - Google Patents

Method of manufacturing electrode material, and recovery method of lithium phosphate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an electrode material, capable of efficiently recovering Li salt formed in a manufacturing process of LiFePO<SB>4</SB>as high-purity lithium phosphate, with low manufacturing cost and capable of reducing an environmental load, and to provide a recovery method of lithium phosphate. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the electrode material includes: a step of adding an Fe source and a reducing agent to lithium phosphate slurry and to obtain suspension; a step of forming a crude product material which includes LiFePO<SB>4</SB>by making the suspension react under high temperature and high pressure; a step of separating the crude product material into a main product with LiFePO<SB>4</SB>as a principal component and solution; a step of removing an Fe compound by adding, to the solution, first alkaline containing 50 mol% or less of Ca(OH)<SB>2</SB>or CaO; and a step of forming lithium phosphate slurry by further adding a lithium source and a phosphate source so that a composition ratio in the solution (Li:P) is adjusted to 3:1, and by adding a second alkaline. These steps are performed by using the lithium phosphate slurry. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極材料の製造方法及びリン酸リチウムの回収方法に関し、特に詳しくは、LiFePOにて表される電極材料を製造する際に用いて好適な電極材料の製造方法及びリン酸リチウムの回収方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an electrode material and a method for recovering lithium phosphate, and in particular, a method for producing an electrode material suitable for use in producing an electrode material represented by LiFePO 4 and lithium phosphate. It relates to the collection method.

近年、携帯用電子機器やハイブリット自動車等の二次電池としては、リチウム電池、中でもリチウムイオン電池が、小型化、軽量化、高容量化が可能であり、しかも、高出力、高エネルギー密度を有していることから、多く用いられている。
このリチウムイオン電池の正極活物質としては、様々なリチウム(Li)化合物が提案されているが、なかでも、資源的に豊富で安価なFeを用いたLiFePOで表されるリン酸化合物が、低い毒性、高い安全性、優れたサイクル特性等の面で注目され、実用に向けて活発な研究が行われている。
このLiFePOの合成法としては 従来より固相法が知られているが、この固相法では、原料を混合した後に高温にて長時間焼成することから、粒径が1μm以上に粗大化し易く、単分散性に優れたLiFePOを合成することができないという問題点があった。この粗大粒子はボールミル等で粉砕することもできるが、この場合、十分に小さな粒径にまで粉砕することが難しく、また、粉砕時に掛かる応力により歪みや割れが生じ、結晶性も低下するという問題点がある。また、高温にて長時間焼成することから、大量のエネルギーを必要とするという問題点もある。
In recent years, lithium batteries, especially lithium-ion batteries, can be reduced in size, weight, and capacity as secondary batteries for portable electronic devices and hybrid vehicles, and have high output and high energy density. Therefore, it is often used.
As a positive electrode active material of this lithium ion battery, various lithium (Li) compounds have been proposed, and among them, a phosphate compound represented by LiFePO 4 using abundant and inexpensive Fe, It is attracting attention in terms of low toxicity, high safety, and excellent cycle characteristics, and is actively researched for practical use.
As a method for synthesizing this LiFePO 4, a solid phase method has been conventionally known. However, in this solid phase method, since raw materials are mixed and then fired for a long time at a high temperature, the particle size is easily coarsened to 1 μm or more. There was a problem that LiFePO 4 excellent in monodispersibility could not be synthesized. The coarse particles can be pulverized with a ball mill or the like, but in this case, it is difficult to pulverize to a sufficiently small particle size, and distortion and cracking occur due to the stress applied during pulverization, and the crystallinity also decreases. There is a point. Moreover, since it bakes for a long time at high temperature, there also exists a problem of requiring a lot of energy.

一方、水熱合成法は、原料を水の存在下、高圧にて加熱することによりLiFePO微粒子を合成する方法であるから、固相法と比べて低温で、しかも単分散性に優れたLiFePO微粒子を得ることができる。
ところで、LiFePO微粒子を水熱合成法で合成する際に、反応溶液中に酢酸イオン(CH3COO)、硫酸イオン(SO 2−)、塩素イオン(Cl)等が含まれている場合、過剰のリチウム(Li)を添加すると単相のLiFePO微粒子が得られるが、過剰のLiを添加することが原料コストの増大につながり、必ずしも安価な製造方法ではない。そこで、合成後の液相中に残存するリチウム(Li)イオンを回収、再利用する方法、例えば、Li塩の溶液をpH調整した後、炭酸ナトリウム(NaCO)を加える等により炭酸リチウム(LiCO)等として回収する方法が考えられるが、この方法では、炭酸リチウム(LiCO)が水に可溶(25℃における溶解度:0.8g)なことから溶液中に残ってしまい、リチウムイオンを完全に回収することができないという問題点があった。また、この方法では、回収した炭酸リチウム(LiCO)から不純物を除去する目的で水洗すると、炭酸リチウム(LiCO)自体が徐々に水に溶けてしまい、必ずしも効率のよい回収方法ではない。
On the other hand, the hydrothermal synthesis method is a method of synthesizing LiFePO 4 fine particles by heating a raw material at a high pressure in the presence of water. Therefore, LiFePO 4 is low in temperature and excellent in monodispersibility compared with the solid phase method. Four fine particles can be obtained.
By the way, when LiFePO 4 fine particles are synthesized by a hydrothermal synthesis method, when the reaction solution contains acetate ions (CH 3 COO ), sulfate ions (SO 4 2− ), chlorine ions (Cl ), etc., When excessive lithium (Li) is added, single-phase LiFePO 4 fine particles are obtained, but adding excessive Li leads to an increase in raw material costs, and is not necessarily an inexpensive manufacturing method. Therefore, a method of recovering and reusing lithium (Li) ions remaining in the liquid phase after synthesis, for example, adjusting the pH of a Li salt solution and then adding sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), etc. A method of recovering as (Li 2 CO 3 ) or the like is conceivable, but in this method, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is soluble in water (solubility at 25 ° C .: 0.8 g), so that it remains in the solution. Therefore, there is a problem that lithium ions cannot be completely recovered. Further, in this method, when water is washed for the purpose of removing impurities from the recovered lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), the lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) itself gradually dissolves in water, so that it is not always efficient. is not.

そこで、リチウムイオンの回収効率を上げる方法として、例えば、Li源とリン酸源を反応させてなるリン酸リチウムスラリーにFe源及び還元剤を混合し、次いで、得られた混合物を高温高圧の条件下にて反応させてLiFePOを含む反応物を得、次いで、この反応物をLiFePOと未反応のLiを含む溶液に分離し、その後、未反応のLiを含む溶液を精製し、Liをリン酸と反応させてリン酸リチウムとした後、このリン酸リチウムを再利用することにより上記のLiFePOを得る方法(特許文献1)、鉄(Fe)を含有するリン酸塩の懸濁液に塩基性リチウム源を加えて沈澱生成物を生成し、この沈澱生成物をリチウム鉄リン酸塩に変えてリチウムイオンを含む残留溶液を生成し、この残留溶液に塩基性リン酸源を加え、リン酸リチウムを沈澱させて分離する方法(特許文献2)等が提案されている。 Therefore, as a method for increasing the recovery efficiency of lithium ions, for example, an Fe source and a reducing agent are mixed in a lithium phosphate slurry obtained by reacting a Li source and a phosphate source, and then the resulting mixture is subjected to high-temperature and high-pressure conditions. The reaction product is reacted under to obtain a reaction product containing LiFePO 4 , then the reaction product is separated into a solution containing LiFePO 4 and unreacted Li, and then the solution containing unreacted Li is purified, and Li A method of obtaining LiLiPO 4 by reusing lithium phosphate after reacting with phosphoric acid to make lithium phosphate (Patent Document 1), suspension of phosphate containing iron (Fe) A basic lithium source is added to form a precipitated product, which is converted into lithium iron phosphate to form a residual solution containing lithium ions, and a basic phosphate source is added to the residual solution. The method of separating by precipitation of lithium phosphate (Patent Document 2) are proposed.

特開2008−66019号公報JP 2008-66019 A 特表2008−532910号公報Special table 2008-532910

一般に水熱合成法によりLiFePOを合成する場合、収率は100%にはならず、したがって、水熱合成後にLiFePOを分離した場合には、濾液に炭酸リチウムとともに原料のFe塩成分が残ってしまうこととなる。よって、濾液から炭酸リチウムを回収するには、濾液に含まれている未反応のFe塩成分を分離することが必須条件となる。
しかしながら、上述した特許文献2の方法では、未反応のFe塩を分離せずにLi塩を回収しているので、余剰の未反応のFe塩が工程を繰り返し行うことにより、回収されたLiFePOに未反応のFe塩が蓄積されていくこととなり、その結果、回収されたLiFePOの物性に再現性が得られなくなってしまうという問題点があった。
その理由は、未反応のFe塩におけるFeの価数は、元来2価であるが、工程を繰り返し行ううちに、3価のオキシ水酸化鉄や鉄酸化物に変わってしまい、水熱合成反応を阻害するからと考えられる。
In general, when LiFePO 4 is synthesized by a hydrothermal synthesis method, the yield is not 100%. Therefore, when LiFePO 4 is separated after hydrothermal synthesis, the raw material Fe salt component remains together with lithium carbonate in the filtrate. Will end up. Therefore, in order to recover lithium carbonate from the filtrate, it is essential to separate unreacted Fe salt components contained in the filtrate.
However, in the method of Patent Document 2 described above, the Li salt is recovered without separating the unreacted Fe salt, and therefore, the recovered LiFePO 4 is recovered by repeating the process of excess unreacted Fe salt. As a result, unreacted Fe salt is accumulated, and as a result, there is a problem in that reproducibility cannot be obtained in the physical properties of the recovered LiFePO 4 .
The reason is that the valence of Fe in the unreacted Fe salt is originally divalent, but as the process is repeated, it is changed to trivalent iron oxyhydroxide or iron oxide, resulting in hydrothermal synthesis. This is thought to be because the reaction is inhibited.

また、上述した特許文献1の方法では、分離後、未反応のLiを含む溶液を精製することで、未反応のFe塩を分離することはできるが、Fe塩を分離する際に水酸化カルシウム(Ca(OH))、酸化カルシウム(CaO)、アンモニア(NH)、アミン等を用いているために、次のような問題点があった。
(1)アンモニア(NH)やアミンを用いた場合、pHが上昇し難く、pHを大きく上昇させるためには多量に添加しなければならず、生産性、製造コスト、安全性の観点から実用性に乏しい。
(2)水酸化カルシウム(Ca(OH))や酸化カルシウム(CaO)は、未反応のFe塩を分離するには一般的なものではあるが、水酸化カルシウムや酸化カルシウムが回収されたLiFePO中に残った場合、LiFePOの電池特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
Moreover, in the method of Patent Document 1 described above, after separation, unreacted Fe salt can be separated by purifying a solution containing unreacted Li, but when separating the Fe salt, calcium hydroxide is separated. Since (Ca (OH) 2 ), calcium oxide (CaO), ammonia (NH 3 ), amine and the like are used, there are the following problems.
(1) When ammonia (NH 3 ) or amine is used, the pH does not rise easily, and it must be added in a large amount in order to greatly raise the pH, and is practical from the viewpoint of productivity, manufacturing cost, and safety. Poor sex.
(2) Calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and calcium oxide (CaO) are common for separating unreacted Fe salts, but LiFePO from which calcium hydroxide and calcium oxide are recovered 4 remained in the battery 4 had a problem of adversely affecting the battery characteristics of LiFePO 4 .

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、LiFePOにて表される電極材料を製造する際に問題となっていた、製造過程で生成する副生物であるLi塩を高純度のリン酸リチウムとして効率的に回収することができ、しかも、製造コストが低く、環境負荷も低減可能な電極材料の製造方法及びリン酸リチウムの回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and Li salt, which is a by-product generated in the manufacturing process, has been a problem when manufacturing an electrode material represented by LiFePO 4 . It is an object of the present invention to provide a method for producing an electrode material and a method for collecting lithium phosphate that can be efficiently recovered as high purity lithium phosphate, and that are low in production cost and can reduce environmental burden.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、LiFePOを含む粗生成物を、LiFePOを主成分とする主生成物と、他の生成物を含む溶液とに分離し、この他の生成物を含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去し、さらに、この不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムスラリーを生成させれば、この不純物が除去された溶液から得られるリン酸リチウムは、未反応のFe塩を含まず、しかも高純度であり、さらに、製造コストが低く、環境負荷も低減可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have, as a result of intensive studies in order to solve the above problem, a crude product containing LiFePO 4, the main product mainly composed of LiFePO 4, into a solution containing the other product The first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide is added to the solution containing this other product to remove impurities including Fe compounds, and further, the impurities are removed. The Li source and the phosphoric acid source are added to the solution, and the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1, and the second alkali is added to the solution with the adjusted composition ratio Thus, if a lithium phosphate slurry is produced, the lithium phosphate obtained from the solution from which impurities are removed does not contain unreacted Fe salt, is highly pure, has a low manufacturing cost, and is environmentally friendly. The load can be reduced Heading the Rukoto, it has led to the completion of the present invention.

すなわち、本発明の電極材料の製造方法は、LiFePOにて表される電極材料の製造方法であって、Li源とリン酸源を反応させてなるリン酸リチウムスラリーにFe源及び還元剤を添加して懸濁液とする第1の工程と、この懸濁液を高温高圧条件下にて反応させ、LiFePOを含む粗生成物を生成する第2の工程と、前記粗生成物を、LiFePOを主成分とする主生成物と、他の生成物を含む溶液とに分離する第3の工程と、前記他の生成物を含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する第4の工程と、前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムスラリーを生成させる第5の工程とを備え、この第5の工程にて得られたリン酸リチウムスラリーを用いて前記第1の工程以降を行い、再度前記主生成物を得ることを特徴とする。 That is, the method for producing an electrode material of the present invention is a method for producing an electrode material represented by LiFePO 4 , wherein an Fe source and a reducing agent are added to a lithium phosphate slurry obtained by reacting a Li source and a phosphate source. A first step of adding a suspension, a second step of reacting the suspension under high temperature and high pressure conditions to produce a crude product containing LiFePO 4 , and the crude product, The third step of separating into a main product mainly composed of LiFePO 4 and a solution containing other products, and 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide in the solution containing the other products A fourth step of adding the first alkali to be contained and removing impurities including the Fe compound; adding a Li source and a phosphoric acid source to the solution from which the impurities have been removed; and a composition ratio ( Li: P) adjusted to 3: 1 A fifth step of generating a lithium phosphate slurry by adding a second alkali to the solution adjusted in composition ratio, and using the lithium phosphate slurry obtained in the fifth step, After the first step, the main product is obtained again.

前記第1のアルカリは、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物のいずれかであり、前記アルカリ金属化合物は、アルカリ金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上であり、前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
前記アルカリ金属は、リチウムであることが好ましい。
前記第2のアルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアの群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
The first alkali is any one of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, an alkali metal compound, and an alkaline earth metal compound, and the alkali metal compound is an alkali metal hydroxide, oxide, or carbonate. And one or more selected from the group of these hydrates, and the alkaline earth metal compound is an alkaline earth metal hydroxide, oxide, carbonate or hydrate of these It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types selected from the group.
The alkali metal is preferably lithium.
The second alkali is preferably one or more selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia.

本発明のリン酸リチウムの回収方法は、Liを含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する工程と、前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムを含むスラリーを生成させる工程と、この生成したリン酸リチウムを回収する工程と、を備えたことを特徴とする。   The method for recovering lithium phosphate according to the present invention includes adding a first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide to a solution containing Li, and removing impurities containing an Fe compound; A Li source and a phosphoric acid source are added to the solution from which the impurities have been removed, and the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1. And a step of generating a slurry containing lithium phosphate by adding the alkali, and a step of recovering the generated lithium phosphate.

本発明の電極材料の製造方法によれば、リン酸リチウムスラリーにFe源及び還元剤を添加して懸濁液とする第1の工程と、この懸濁液を高温高圧条件下にて反応させ、LiFePOを含む粗生成物を生成する第2の工程と、前記粗生成物を、LiFePOを主成分とする主生成物と、他の生成物を含む溶液とに分離する第3の工程と、前記他の生成物を含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する第4の工程と、前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムスラリーを生成させる第5の工程とを備え、この第5の工程にて得られたリン酸リチウムスラリーを用いて前記第1の工程以降を行い、再度前記主生成物を得るので、水熱合成後の反応物中に含まれる未反応のLiを高純度のリン酸リチウムとして、効率よく回収し、再利用することができ、しかも、製造コストが低く、環境負荷も小さい。 According to the method for producing an electrode material of the present invention, a first step of adding a Fe source and a reducing agent to a lithium phosphate slurry to form a suspension, and reacting the suspension under high-temperature and high-pressure conditions. a third step of separating the second step of the crude product containing LiFePO 4, the crude product, and the main product mainly composed of LiFePO 4, into a solution containing the other product And adding a first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide to the solution containing the other product to remove impurities including Fe compound, and A Li source and a phosphoric acid source are added to the removed solution, the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1, and a second alkali is added to the solution with the adjusted composition ratio. To produce a lithium phosphate slurry In the reaction product after hydrothermal synthesis, the main product is obtained again by performing the first step and thereafter using the lithium phosphate slurry obtained in the fifth step. Unreacted Li contained can be efficiently recovered and reused as high-purity lithium phosphate, and the manufacturing cost is low and the environmental burden is small.

本発明のリチウムの回収方法によれば、Liを含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する工程と、前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムを含むスラリーを生成させる工程と、この生成したリン酸リチウムを回収する工程と、を備えているので、溶液に含まれるLiを高純度のリン酸リチウムとして、効率よく回収することができ、しかも、製造コストが低く、環境負荷も小さい。   According to the lithium recovery method of the present invention, a step of adding a first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide to a solution containing Li, and removing impurities containing an Fe compound; A Li source and a phosphoric acid source are added to the solution from which the impurities have been removed, and the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1. Since the step of generating a slurry containing lithium phosphate by adding the alkali of and the step of recovering the generated lithium phosphate, Li contained in the solution as high purity lithium phosphate, It can be collected efficiently, and the manufacturing cost is low and the environmental load is small.

本発明の一実施形態の電極材料の製造方法を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the electrode material of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例1及び比較例各々の高温サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the high temperature cycling characteristic of Example 1 of this invention, and each comparative example.

本発明の電極材料の製造方法、リチウムの回収方法、正極材料及び電極並びに電池の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The best mode of the electrode material production method, lithium recovery method, positive electrode material and electrode, and battery of the present invention will be described.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

本発明の電極材料の製造方法は、LiFePOにて表される電極材料の製造方法であり、Li源とリン酸源を反応させてなるリン酸リチウムスラリーにFe源及び還元剤を添加して懸濁液とする第1の工程と、この懸濁液を高温高圧条件下にて反応させ、LiFePOを含む粗生成物を生成する第2の工程と、前記粗生成物を、LiFePOを主成分とする主生成物と、他の生成物を含む溶液とに分離する第3の工程と、前記他の生成物を含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加してFe化合物を含む不純物を生成させ、この生成した不純物を除去する第4の工程と、前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムスラリーを生成させる第5の工程とを備え、この第5の工程にて得られたリン酸リチウムスラリーを用いて前記第1の工程以降を行い、再度前記主生成物を得る方法である。 The method for producing an electrode material of the present invention is a method for producing an electrode material represented by LiFePO 4 , and an Fe source and a reducing agent are added to a lithium phosphate slurry obtained by reacting a Li source and a phosphate source. A first step of making a suspension, a second step of reacting the suspension under high temperature and high pressure conditions to produce a crude product containing LiFePO 4 , and the crude product, LiFePO 4 A third step of separating the main product as a main component into a solution containing another product, and a solution containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide in the solution containing the other product. A first step of adding an alkali of 1 to generate an impurity containing an Fe compound, and removing the generated impurity; adding a Li source and a phosphoric acid source to the solution from which the impurity has been removed; The composition ratio (Li: P) is 3: And a fifth step of generating a lithium phosphate slurry by adding a second alkali to the solution adjusted in composition ratio, and the phosphoric acid obtained in the fifth step This is a method of performing the first and subsequent steps using lithium slurry to obtain the main product again.

ここで、本発明の電極材料の製造方法を提案するに至った経緯を説明する。
上記のLiFePOにて表される電極材料を、従来の反応系に過剰のLiを添加する水熱合成法にて作製する場合、例えば、Li源を水酸化リチウム(LiOH)、Fe源を塩化第一鉄(FeCl)、リン酸源をリン酸(HPO)とし、これらを水に加える際にFe源を1、リン酸源を1とし、Li源を1+x(1<x≦2)と過剰に加え、得られた混合物を水熱合成すると、次のような反応が生じる。
(1+x)LiOH+FeCl+HPO
→ LiFePO+xLiCl+(2−x)HCl+(1+x)H
Here, the background to the proposal of the method for producing the electrode material of the present invention will be described.
When the electrode material represented by the above LiFePO 4 is prepared by a hydrothermal synthesis method in which excess Li is added to a conventional reaction system, for example, the Li source is lithium hydroxide (LiOH) and the Fe source is chlorinated. Ferrous iron (FeCl 2 ), phosphoric acid source is phosphoric acid (H 3 PO 4 ), and when these are added to water, the Fe source is 1, the phosphoric acid source is 1, and the Li source is 1 + x (1 <x ≦ 2) and an excess amount, and the resulting mixture is hydrothermally synthesized, the following reaction occurs.
(1 + x) LiOH + FeCl 2 + H 3 PO 4
→ LiFePO 4 + xLiCl + (2-x) HCl + (1 + x) H 2 O

この反応の結果、LiFePOが固体として沈殿し、LiCl及びHClは溶液中に残ることとなる。
そこで、この沈殿物を含む溶液を純水を用いて洗浄すると、過剰のLi成分であるLiClは、水溶性であるために洗浄水に溶け込み、廃液として回収される。したがって、この廃液に含まれるLiを再利用するためには、廃液中に存在するClイオン及びHイオンを除去する必要がある。
As a result of this reaction, LiFePO 4 precipitates as a solid and LiCl and HCl remain in solution.
Therefore, when the solution containing the precipitate is washed with pure water, the excess Li component, LiCl, is soluble in water and is recovered as a waste liquid because it is water-soluble. Therefore, in order to reuse Li contained in this waste liquid, it is necessary to remove Cl ions and H ions present in the waste liquid.

これらのイオンを除去するためには、廃液にリン酸(HPO)を添加して強酸性の溶液とした後、中和剤を添加して該溶液を中性〜アルカリ性とすることで、この溶液中のLiイオンとPOイオンを反応させ、難溶性のLiPOとして析出させるとともに、LiPO以外の各種成分を洗浄し、分離することにより、LiをLiPOとして高効率にて回収することができる。
さらに、LiFePOを生成する際に消費されたLiについては、廃液に必要量のリン酸(HPO)等のリン酸源及びLi源を補充して合成時と回収時のLiの収支を一致させることにより、合成、回収のサイクルが形成され、その結果、LiFePOをより効率よくかつ低コストにて合成し、回収することができる。
本発明は、以上のような考えに基づいてなされたものである。
In order to remove these ions, phosphoric acid (H 3 PO 4 ) is added to the waste liquid to make a strongly acidic solution, and then a neutralizing agent is added to make the solution neutral to alkaline. is reacted with Li ions and PO 4 ions in the solution, together with the precipitate as Li 3 PO 4 of poorly soluble, wash the various components other than Li 3 PO 4, by separating the Li Li 3 PO 4 Can be recovered with high efficiency.
Further, with respect to Li consumed in producing LiFePO 4 , the balance of Li during synthesis and recovery is obtained by supplementing the waste liquid with a phosphoric acid source such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and a Li source. By matching these, a cycle of synthesis and recovery is formed, and as a result, LiFePO 4 can be synthesized and recovered more efficiently and at low cost.
The present invention has been made based on the above idea.

次に、本実施形態の電極材料の製造方法について、図1に基づき、より具体的に説明する。
「第1の工程」
まず、水を主成分とする溶媒にLi源及びリン酸源を投入し、これらLi源及びリン酸源を反応させてリン酸リチウム(LiPO)を生成させ、リン酸リチウム(LiPO)スラリーとする(SP1)。
Next, the method for manufacturing the electrode material of the present embodiment will be described more specifically based on FIG.
"First step"
First, a Li source and a phosphoric acid source are added to a solvent containing water as a main component, and the Li source and the phosphoric acid source are reacted to generate lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) slurry (SP1).

Li源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、塩化リチウム(LiCl)、リン酸リチウム(LiPO)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩、及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
このLi源の最大粒径は、500μm以下が好ましい。ここで、Li源の最大粒径を500μm以下と限定した理由は、最大粒径が500μmを越えると、LiFePO粒子が粗大化する原因となるからである。
Examples of the Li source include lithium inorganic acid salts such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium acetate (LiCH 3). One or more selected from the group of lithium organic acid salts such as (COO) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ), and hydrates thereof are preferably used.
The maximum particle size of this Li source is preferably 500 μm or less. Here, the reason why the maximum particle diameter of the Li source is limited to 500 μm or less is that when the maximum particle diameter exceeds 500 μm, the LiFePO 4 particles become coarse.

リン酸源としては、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。中でも、比較的純度が高く組成制御が行い易いことから、オルトリン酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウムが好適である。 Examples of phosphoric acid sources include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 )). 2 HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), and one or more selected from the group of these hydrates are preferably used. Among them, orthophosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, and diammonium hydrogen phosphate are preferable because of their relatively high purity and easy composition control.

このLiPOスラリーにおけるリン酸リチウム(LiPO)の最大粒径は、500μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
このLiPOの最大粒径を500μm以下と限定することで、粒径が0.01μm(10nm)から1μmのLiFePO微粒子が得られる。
The maximum particle size of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) in this Li 3 PO 4 slurry is preferably 500 μm or less, and more preferably 100 μm or less.
By limiting the maximum particle size of Li 3 PO 4 to 500 μm or less, LiFePO 4 fine particles having a particle size of 0.01 μm (10 nm) to 1 μm can be obtained.

また、水を主成分とする溶媒としては、純水、水−アルコール溶液、水−ケトン溶液、水−エーテル溶液等が挙げられ、中でも純水が好ましい。
その理由は、水は安価であり、しかも、温度、圧力の操作により容易に各物質に対する溶解度等の溶媒物性を制御することができるからである。
Moreover, as a solvent which has water as a main component, a pure water, a water-alcohol solution, a water-ketone solution, a water-ether solution etc. are mentioned, Among these, a pure water is preferable.
The reason is that water is inexpensive and the physical properties of the solvent such as solubility in each substance can be easily controlled by the operation of temperature and pressure.

次いで、このLiPOスラリーに、Fe源及び還元剤を混合し、混合物とする(SP2)。
Fe源としては、塩化鉄(II)(FeCl)、硫酸鉄(II)(FeSO)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))、及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
還元剤としては、二酸化イオウ(SO)、亜硫酸(HSO)、亜硫酸ナトリウム(NaSO)、亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO)、亜硫酸アンモニウム((NHSO)、亜リン酸(HPHO)、アスコルビン酸の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
Next, an Fe source and a reducing agent are mixed with this Li 3 PO 4 slurry to obtain a mixture (SP2).
The Fe source is selected from the group consisting of iron (II) chloride (FeCl 2 ), iron (II) sulfate (FeSO 4 ), iron (II) acetate (Fe (CH 3 COO) 2 ), and hydrates thereof. One type or two or more types are preferably used.
Examples of the reducing agent include sulfur dioxide (SO 2 ), sulfurous acid (H 2 SO 3 ), sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), sodium hydrogen sulfite (NaHSO 3 ), ammonium sulfite ((NH 4 ) 2 SO 3 ), sulfur One or two or more selected from the group of phosphoric acid (H 2 PHO 3 ) and ascorbic acid are preferably used.

これらLi源、Fe源及びリン酸源の混合比は、後述する水熱合成時に不純物が生成しない限り制限されないが、Li源のLiイオンは、Fe源のFeイオン1モルに対して2モル以上かつ4モル以下が好ましく、より好ましくは2.5モル以上かつ3.5モル以下である。また、リン酸源のリン酸イオンは、Fe源のFeイオン1モルに対して0.9モル以上かつ1.1モル以下が好ましく、より好ましくは0.98モル以上かつ1.02モル以下である。   The mixing ratio of these Li source, Fe source, and phosphoric acid source is not limited as long as impurities are not generated during hydrothermal synthesis, which will be described later, but the Li source Li ion is 2 mol or more with respect to 1 mol of Fe ion of the Fe source. And 4 mol or less is preferable, More preferably, it is 2.5 mol or more and 3.5 mol or less. Further, the phosphate ion of the phosphate source is preferably 0.9 mol or more and 1.1 mol or less, more preferably 0.98 mol or more and 1.02 mol or less with respect to 1 mol of Fe ion of the Fe source. is there.

ここで、Feイオン1モルに対するLiイオンのモル数を上記の範囲に限定した理由は、Liイオンが2モルより少ないと、反応に関与するLiがFe源に含まれる陰イオンと対イオンを形成する確率が高くなり、その結果、反応時間が長くなる、不純物が生成する、粒子が粗大化する等の不具合が生じるからであり、一方、Liイオンが4モルより多いと、反応液のアルカリ性が強くなるために、不純物が生成し易くなる等の問題が生じる虞があるからである。   Here, the reason why the number of moles of Li ions relative to 1 mole of Fe ions is limited to the above range is that when Li ions are less than 2 moles, Li involved in the reaction forms a counter ion with the anion contained in the Fe source. This is because there is a problem that the reaction time becomes longer, impurities are generated, particles are coarsened, and the like. On the other hand, if the Li ion is more than 4 mol, the alkalinity of the reaction solution is increased. This is because, since it becomes strong, there is a possibility that problems such as easy generation of impurities may occur.

「第2の工程」
この混合物を高温高圧の条件下にて反応(水熱合成)させ、LiFePOを含む反応物を得る(SP3)。
この高温高圧の条件は、LiFePOが生成する温度、圧力及び時間の範囲であればよく、特に、平均粒径が1μm以下のLiFePO粒子を得るためには、反応温度は120℃以上かつ250℃以下が好ましく、150℃以上かつ220℃以下がより好ましい。また、反応時の圧力は0.2MPa以上が好ましく、0.4MPa以上がより好ましい。また、反応時間は、反応温度にもよるが、1時間以上かつ24時間以下が好ましく、3時間以上かつ12時間以下がより好ましい。
"Second step"
This mixture is reacted under high temperature and high pressure conditions (hydrothermal synthesis) to obtain a reaction product containing LiFePO 4 (SP3).
The high temperature and high pressure conditions may be in the range of the temperature, pressure and time at which LiFePO 4 is produced. In particular, in order to obtain LiFePO 4 particles having an average particle diameter of 1 μm or less, the reaction temperature is 120 ° C. ° C or lower is preferable, and 150 ° C or higher and 220 ° C or lower is more preferable. Further, the pressure during the reaction is preferably 0.2 MPa or more, and more preferably 0.4 MPa or more. The reaction time depends on the reaction temperature, but is preferably 1 hour to 24 hours, more preferably 3 hours to 12 hours.

「第3の工程」
このLiFePOを含む反応物を純水を用いて洗浄し、濾過等を用いて得られた反応物を、LiFePOとLi含有廃液(未反応のLiを含む溶液)に分離する(SP4)。
分離されたLiFePOは、乾燥器等を用いて40℃以上にて3時間以上乾燥し、その後粉砕等を施すことにより、平均粒径が0.01μm以上かつ1μm以下、好ましくは0.02μm以上かつ0.5μm以下のLiFePO粒子となる(SP5)。
"Third process"
The reaction product containing LiFePO 4 is washed with pure water, and the reaction product obtained by filtration or the like is separated into LiFePO 4 and a Li-containing waste liquid (solution containing unreacted Li) (SP4).
The separated LiFePO 4 is dried at 40 ° C. or higher for 3 hours or more using a drier or the like, and then pulverized or the like, so that the average particle size is 0.01 μm or more and 1 μm or less, preferably 0.02 μm or more. and the following LiFePO 4 particles 0.5 [mu] m (SP5).

「第4の工程」
この分離されたLi含有廃液に、水酸化カルシウム(Ca(OH))または酸化カルシウム(CaO)を50モル%以下含有するアルカリA(第1のアルカリ)を添加し、この廃液に含まれるFe成分やPO成分等の不純物を除去する(SP6)。ここで除去されたFe成分やPO成分等の不純物は、廃棄処分される。
"Fourth process"
An alkali A (first alkali) containing 50 mol% or less of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) or calcium oxide (CaO) is added to the separated Li-containing waste liquid, and Fe contained in the waste liquid Impurities such as components and PO 4 components are removed (SP6). Impurities such as Fe component and PO 4 component removed here are discarded.

アルカリAとしては、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物のいずれかであり、かつ酸性側で溶解するものが好ましい。
アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上が好ましく、アルカリ土類金属化合物としては、アルカリ土類金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上が好ましい。これらのアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物は、1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
The alkali A is preferably an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, an alkali metal compound, or an alkaline earth metal compound and soluble on the acidic side.
The alkali metal compound is preferably one or more selected from the group of alkali metal hydroxides, oxides, carbonates and hydrates thereof, and the alkaline earth metal compound is an alkaline earth compound. One or more selected from the group of metal hydroxides, oxides, carbonates and hydrates thereof are preferred. These alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

このアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化バリウム(Ba(OH))等が挙げられ、これらの中でも、特に、リチウム化合物である水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)が好適である。これらのアルカリ金属化合物は1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the alkali metal compound and alkaline earth metal compound include lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) and the like, and among these, lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), which are lithium compounds, are particularly preferable. These alkali metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

Fe成分を除去する場合、回収されたLiFePO中に水酸化カルシウム(Ca(OH))や酸化カルシウム(CaO)が残存しない方がよいことを考慮すると、水酸化カルシウム(Ca(OH))や酸化カルシウム(CaO)以外のアルカリAを用いることが好ましいが、Fe成分の陰イオンの種類によっては、アルカリA中に水酸化カルシウム(Ca(OH))、酸化カルシウム(CaO)のいずれか一方または双方を含んでいる方が回収効率がよい場合もある。 Considering that it is better not to leave calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) or calcium oxide (CaO) in the recovered LiFePO 4 when removing the Fe component, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 It is preferable to use alkali A other than calcium oxide (CaO). Depending on the type of anion of the Fe component, either alkali hydroxide (Ca (OH) 2 ) or calcium oxide (CaO) may be included in alkali A. In some cases, it is more efficient to include one or both.

例えば、アルカリAとして、水酸化リチウム(LiOH)と水酸化カルシウム(Ca(OH))とを混合したものを使用する場合、これらのモル比Ca/Liは0<Ca/Li≦1が好ましく、より好ましくは0<Ca/Li≦0.3、さらに好ましくは0<Ca/Li≦0.05である。
このLi含有廃液は、Fe成分やPO成分等の不純物を除去することにより、精製されたLi含有溶液(不純物が除去された溶液)となる(SP7)。
For example, when the alkali A used is a mixture of lithium hydroxide (LiOH) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), the molar ratio Ca / Li is preferably 0 <Ca / Li ≦ 1. More preferably, 0 <Ca / Li ≦ 0.3, and further preferably 0 <Ca / Li ≦ 0.05.
This Li-containing waste liquid becomes a purified Li-containing solution (solution from which impurities have been removed) by removing impurities such as Fe component and PO 4 component (SP7).

「第5の工程」
このLi含有溶液にリン酸源を添加し、Li及びPO含有溶液とする(SP8)。 このリン酸源の添加量としては、第1の工程におけるリン酸源と等モル量のリン酸源を添加することが好ましい。
リン酸源としては、第1の工程と同様、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
ここで、Li含有溶液に等モル量のリン酸源を添加することとした理由は、後工程で化学量論的組成からなるLiFePOが得られるからである。
"Fifth process"
A phosphoric acid source is added to this Li-containing solution to obtain a Li- and PO 4 -containing solution (SP8). As the addition amount of the phosphoric acid source, it is preferable to add a phosphoric acid source in an equimolar amount with respect to the phosphoric acid source in the first step.
As the phosphoric acid source, as in the first step, phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), hydrogen phosphate One or more selected from the group of diammonium ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), and hydrates thereof are preferably used.
Here, the reason why an equimolar amount of phosphoric acid source is added to the Li-containing solution is that LiFePO 4 having a stoichiometric composition is obtained in a subsequent step.

次いで、このLi及びPO含有溶液に、この溶液中のLiとPとの組成比(Li:P)が3:1となるようにLi源を添加し、さらに、アルカリB(第2のアルカリ)を添加する。
アルカリBとしては、中和時に不純物が生成し難いアルカリ、すなわち、生成する不純物が全て水に易溶であり、水で洗浄する際に容易にリン酸リチウムと分離することができるものが好ましく、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、アンモニア(NH)の群から選択される1種または2種以上が好ましい。
これにより、リン酸リチウム(LiPO)を含む溶液が生成される(SP9)。次いで、このLiPOを含む溶液を静置させて、溶液中のLiPOを沈降させる。
Next, a Li source is added to the Li and PO 4 containing solution so that the composition ratio (Li: P) of Li and P in the solution is 3: 1, and further, an alkali B (second alkali) is added. ) Is added.
The alkali B is preferably an alkali that hardly generates impurities during neutralization, that is, all the impurities that are generated are readily soluble in water and can be easily separated from lithium phosphate when washed with water. One or more selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and ammonia (NH 3 ) are preferred.
Thereby, a solution containing lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) is generated (SP9). Next, the solution containing Li 3 PO 4 is allowed to stand to precipitate Li 3 PO 4 in the solution.

次いで、このLiPOが沈降した溶液を純水を用いて洗浄し、その後、濾過等を用いて、この溶液をLiPOと廃液とに分離する(SP10)。ここで分離された廃液は、所定の処理が施されて清浄化され、放流される。
このようにして分離されたLiPOは、不純物となるFe成分やCa成分等の含有量が極めて少ない。そこで、このLiPOを純水に分散させてリン酸リチウム(LiPO)スラリーとする(SP1)。
Next, the solution in which Li 3 PO 4 is precipitated is washed with pure water, and then this solution is separated into Li 3 PO 4 and waste liquid by using filtration or the like (SP10). The waste liquid separated here is subjected to a predetermined treatment to be cleaned and discharged.
Li 3 PO 4 thus separated has a very low content of Fe components, Ca components, and the like, which are impurities. Therefore, this Li 3 PO 4 is dispersed in pure water to obtain a lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) slurry (SP1).

このように、第1の工程〜第5の工程を繰り返し行うことにより、廃液として排出される余剰のLiを廃棄することなく、しかも不純物となるFe成分やCa成分等の含有量が極めて少ないLiPOとして回収、再利用することができ、Liにかかるコストを削減し、安価にLiFePOを得ることが可能になる。 Thus, by repeating the first step to the fifth step, Li that has a very low content of impurities such as Fe component and Ca component without discarding excess Li discharged as waste liquid. It can be recovered and reused as 3 PO 4 , reducing the cost of Li and obtaining LiFePO 4 at a low cost.

なお、このLiPOの粒径を500μm以下としたい場合、生成したLiPOをボールミル等の湿式法あるいはピンミル等の乾式法で粉砕することにより達成することができるが、第1の工程で溶媒にLi源及びリン酸源を投入する際に、Li源を500μm以下、好ましくは100μm以下の微粉体とし、この微粉体のLi源とリン酸源とを反応させることによっても、粒径が500μm以下のLiPO微粒子を得ることができる。 When the particle size of Li 3 PO 4 is desired to be 500 μm or less, it can be achieved by grinding the produced Li 3 PO 4 by a wet method such as a ball mill or a dry method such as a pin mill. When the Li source and the phosphoric acid source are added to the solvent in the process, the Li source is made into a fine powder of 500 μm or less, preferably 100 μm or less, and the fine powder Li source and the phosphoric acid source are allowed to react with each other. Li 3 PO 4 fine particles having a diameter of 500 μm or less can be obtained.

このようにして得られた電極材料は、LiFePOにて表される電極材料であり、この電極材料は、リチウム電池、特にリチウムイオン電池に適用した場合には、正電極の正極材料として好適に用いられる。 The electrode material thus obtained is an electrode material represented by LiFePO 4 , and this electrode material is suitable as a positive electrode positive electrode material when applied to a lithium battery, particularly a lithium ion battery. Used.

このLiFePOの平均粒径は、0.01μm以上かつ1μm以下が好ましく、より好ましくは0.02μm以上かつ0.5μm以下である。ここで、平均粒径が0.01μm未満であると、Liの挿入・脱離に伴う構造変化により粒子が破壊する虞があり、また、この材料を正極活物質として用いた場合、比表面積が大きくなることから接合剤を多く必要とし、その結果、正極の充填密度が著しく低下し、導電率が大きく低下する等の問題が生じる虞がある。一方、平均粒径が1μmを越えると、正極活物質の内部抵抗が高くなり、Liイオンの移動も遅延するために利用率が低下する等の問題が生じる虞がある。
より高出力を可能にするためには、正極活物質の内部抵抗への影響が小さい0.5μm以下の粒子が好ましい。
The average particle size of LiFePO 4 is preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less, and more preferably 0.02 μm or more and 0.5 μm or less. Here, if the average particle size is less than 0.01 μm, the particles may be destroyed due to structural changes accompanying Li insertion / desorption, and when this material is used as a positive electrode active material, the specific surface area is Since it becomes large, a large amount of bonding agent is required. As a result, there is a possibility that problems such as a significant decrease in the packing density of the positive electrode and a significant decrease in electrical conductivity occur. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 1 μm, the internal resistance of the positive electrode active material increases, and the movement of Li ions is delayed, which may cause problems such as a decrease in utilization rate.
In order to enable higher output, particles of 0.5 μm or less that have a small influence on the internal resistance of the positive electrode active material are preferable.

このLiFePO中に残留するCa量については、LiFePOの電池特性に悪影響を及ぼさない量である必要があり、これを考慮すると、400ppm以下が好ましく、より好ましくは200ppm以下、さらに好ましくは100ppm以下である。
なお、LiFePO中に残留するCa量が400ppmを超えると、LiFePOの電池特性、特に高温サイクル特性が著しく悪化し、電池の寿命が大幅に短縮することとなるので、好ましくない。
For the amount of Ca remaining in the LiFePO 4 it must be a quantity that does not adversely affect the battery characteristics of the LiFePO 4, considering this, the following are preferred 400 ppm, more preferably 200ppm or less, more preferably 100ppm or less It is.
Incidentally, when the amount of Ca remaining in LiFePO 4 is more than 400 ppm, the battery characteristics of LiFePO 4, in particular high-temperature cycle characteristics are remarkably deteriorated, so the life of the battery is possible to greatly reduce, undesirable.

以下、実施例1〜6及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely by Examples 1-6 and a comparative example, this invention is not limited by these Examples.

A.粉体試料の作製
[実施例1]
(第1の工程)
純水1Lに水酸化リチウム(LiOH)3mol及びオルトリン酸(HPO)1molを加えて撹拌し、リン酸リチウムスラリーを得た。
次いで、このリン酸リチウムスラリーに塩化鉄(II)(FeCl)1molを添加し、さらに還元剤として亜硫酸(HSO)0.01molを添加し、水を加えて総量を2Lとし、原料液A−1とした。この原料液A−1をLiFePOに換算したときの濃度は0.5mol/Lであった。
A. Preparation of powder sample [Example 1]
(First step)
Lithium hydroxide (LiOH) 3 mol and orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) 1 mol were added to 1 L of pure water and stirred to obtain a lithium phosphate slurry.
Next, 1 mol of iron (II) chloride (FeCl 2 ) is added to the lithium phosphate slurry, 0.01 mol of sulfurous acid (H 2 SO 3 ) is further added as a reducing agent, and water is added to make the total amount 2 L. It was set as the liquid A-1. The concentration of this raw material liquid A-1 when converted to LiFePO 4 was 0.5 mol / L.

(第2の工程)
次いで、この原料液A−1を耐圧密閉容器に投入し、密閉状態で170℃にて6時間加熱し、水熱合成した。
(第3の工程)
次いで、得られた反応液を耐圧密閉容器から取り出し、純水6Lを用いて洗浄した後に濾過し、粉体と濾液とに分離した。その後、この粉体を乾燥し、試料B−1を得た。
(Second step)
Subsequently, this raw material liquid A-1 was put into a pressure-resistant sealed container, heated in a sealed state at 170 ° C. for 6 hours, and hydrothermally synthesized.
(Third step)
Subsequently, the obtained reaction liquid was taken out from the pressure-resistant airtight container, washed with 6 L of pure water, filtered, and separated into powder and filtrate. Thereafter, this powder was dried to obtain Sample B-1.

(第4の工程)
次いで、上記の濾液に微量の水酸化リチウム(LiOH)を加え、沈殿物を析出させた。次いで、この濾液から沈殿物を除去し、Li含有溶液を得た。
(第5の工程)
次いで、このLi含有溶液にオルトリン酸(HPO)2/3molを加えて撹拌し、その後、アンモニア水(NHOH)2molを加え、白色の沈殿物を得た。
この白色の沈殿物を純水2Lを用いて洗浄し、その後乾燥し、白色試料C−1を得た。
(Fourth process)
Next, a small amount of lithium hydroxide (LiOH) was added to the filtrate to precipitate a precipitate. Next, the precipitate was removed from the filtrate to obtain a Li-containing solution.
(Fifth step)
Next, orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) 2/3 mol was added to this Li-containing solution and stirred, and then 2 mol of aqueous ammonia (NH 4 OH) was added to obtain a white precipitate.
This white precipitate was washed with 2 L of pure water and then dried to obtain a white sample C-1.

(第1’の工程)
次いで、白色試料C−1のうち115.8gを純水0.5Lに投入し撹拌して、リン酸リチウムスラリーを得た。
次いで、このリン酸リチウムスラリーに塩化鉄(II)(FeCl)を添加し、さらに還元剤として亜硫酸(HSO)を添加し、上記の原料液A−1と同一の組成の原料液A−2を作製した。
(First step)
Next, 115.8 g of the white sample C-1 was put into 0.5 L of pure water and stirred to obtain a lithium phosphate slurry.
Next, iron chloride (II) (FeCl 2 ) is added to the lithium phosphate slurry, and sulfurous acid (H 2 SO 3 ) is further added as a reducing agent, and a raw material liquid having the same composition as the above raw material liquid A-1 A-2 was produced.

(第2’の工程)
次いで、この原料液A−2を耐圧密閉容器に投入し、密閉状態で170℃にて6時間加熱し、水熱合成した。
(第3’の工程)
次いで、得られた反応液を、純水6Lを用いて洗浄した後に濾過し、粉体と濾液とに分離した。その後、この粉体を乾燥し、試料B−2を得た。
(Second step)
Subsequently, this raw material liquid A-2 was put into a pressure-resistant airtight container, heated in a sealed state at 170 ° C. for 6 hours, and hydrothermally synthesized.
(3rd step)
Next, the obtained reaction solution was washed with 6 L of pure water and then filtered to separate into a powder and a filtrate. Thereafter, this powder was dried to obtain Sample B-2.

(第4’の工程)
次いで、上記の濾液に微量の水酸化リチウムを加え、沈殿物を析出させた。次いで、この濾液から沈殿物を除去し、Li含有溶液を得た。
(第5’の工程)
次いで、このLi含有溶液にオルトリン酸(HPO)を加えて撹拌し、その後、アンモニア水(NHOH)を加え、白色の沈殿物を得た。
この白色の沈殿物を純水を用いて洗浄し、その後乾燥し、白色試料C−2を得た。
(4th step)
Next, a small amount of lithium hydroxide was added to the above filtrate to precipitate a precipitate. Next, the precipitate was removed from the filtrate to obtain a Li-containing solution.
(5th step)
Next, orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) was added to the Li-containing solution and stirred, and then aqueous ammonia (NH 4 OH) was added to obtain a white precipitate.
The white precipitate was washed with pure water and then dried to obtain a white sample C-2.

[実施例2]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに炭酸リチウム(LiCO)を用いた他は、実施例1に準じて、実施例2の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Example 2]
Sample B-2 of Example 2 and a white sample according to Example 1 except that lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was used instead of lithium hydroxide (LiOH) in the fourth step of Example 1 C-2 was obtained.

[実施例3]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに水酸化ナトリウム(NaOH)を用いた他は、実施例1に準じて、実施例3の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Example 3]
Sample B-2 in Example 3 and white sample C- in accordance with Example 1 except that sodium hydroxide (NaOH) was used instead of lithium hydroxide (LiOH) in the fourth step of Example 1. 2 was obtained.

[実施例4]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに水酸化カリウム(KOH)を用いた他は、実施例1に準じて、実施例4の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Example 4]
Sample B-2 and white sample C- of Example 4 were prepared in the same manner as in Example 1 except that potassium hydroxide (KOH) was used in place of lithium hydroxide (LiOH) in the fourth step of Example 1. 2 was obtained.

[実施例5]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに水酸化リチウム(LiOH)と水酸化カルシウム(Ca(OH))とをLiOH:Ca(OH)=75:25(モル比)となるように混合した混合アルカリを用いた他は、実施例1に準じて、実施例5の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Example 5]
In the fourth step of Example 1, lithium hydroxide (LiOH) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) were replaced by LiOH: Ca (OH) 2 = 75: 25 (moles) instead of lithium hydroxide (LiOH). The sample B-2 and the white sample C-2 of Example 5 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed alkali was mixed so that

[実施例6]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに水酸化リチウム(LiOH)と水酸化カルシウム(Ca(OH))とをLiOH:Ca(OH)=50:50(モル比)となるように混合した混合アルカリを用いた他は、実施例1に準じて、実施例6の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Example 6]
In the fourth step of Example 1, lithium hydroxide (LiOH) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) were replaced by LiOH: Ca (OH) 2 = 50: 50 (moles) instead of lithium hydroxide (LiOH). The sample B-2 and the white sample C-2 of Example 6 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed alkali was mixed so that

[比較例]
実施例1の第4の工程で水酸化リチウム(LiOH)の替わりに水酸化カルシウム(Ca(OH))を用いた他は、実施例1に準じて、比較例の試料B−2及び白色試料C−2を得た。
[Comparative example]
Sample B-2 of the comparative example and white color according to Example 1 except that calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) was used instead of lithium hydroxide (LiOH) in the fourth step of Example 1. Sample C-2 was obtained.

[粉体試料の評価]
(結晶相の同定及び組成分析)
実施例1〜6及び比較例各々の試料B−2及び白色試料C−2の結晶相をX線回折装置を用いて粉末法により同定した。
また、実施例1〜6及び比較例各々の試料B−2及び白色試料C−2の不純物の分析をICP分析により行った。
これらの結晶相の同定及び不純物の測定の結果を表1及び表2に示す。
なお、表1では、リサイクルを行わない試料の例として、実施例1の第3の工程で水熱合成により得られた試料B−1を参考例として挙げてある。
[Evaluation of powder sample]
(Crystal phase identification and composition analysis)
The crystal phases of Samples B-2 and White Sample C-2 of Examples 1 to 6 and Comparative Example were identified by a powder method using an X-ray diffractometer.
Moreover, the analysis of the impurities of Samples B-2 and White Sample C-2 of Examples 1 to 6 and Comparative Example was performed by ICP analysis.
The results of identification of these crystal phases and measurement of impurities are shown in Tables 1 and 2.
In Table 1, as an example of a sample that is not recycled, Sample B-1 obtained by hydrothermal synthesis in the third step of Example 1 is given as a reference example.

(比表面積の測定)
実施例1〜6及び比較例各々の試料B−2の比表面積をBET法により測定した。
これらの測定結果を表1に示す。
(Measurement of specific surface area)
The specific surface area of Sample B-2 in each of Examples 1 to 6 and Comparative Example was measured by the BET method.
These measurement results are shown in Table 1.

(Li回収率)
実施例1〜6及び比較例各々の白色試料C−2の濾液からのLi回収率を算出した。
これらの算出結果を表2に示す。
(Li recovery rate)
The Li recovery rate from the filtrate of each of the white samples C-2 of Examples 1 to 6 and Comparative Example was calculated.
Table 2 shows the calculation results.

Figure 2011175767
Figure 2011175767

Figure 2011175767
Figure 2011175767

B.リチウムイオン2次電池の作製及び評価
[カーボンコート処理]
実施例1〜6及び比較例で得られた各々の試料B−2を固形分換算で150gに対し、ポリエチレングリコール5g、純水150gを加え、5mm径のジルコニアビーズをメディアとしたボールミルにて12時間粉砕・分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。
次いで、このスラリーを180℃の大気雰囲気中に噴霧して乾燥させ、平均粒径が約6μmの造粒体を得た。この造粒体を不活性雰囲気下、750℃にて1時間焼成し、実施例1〜6及び比較例のリチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
B. Preparation and evaluation of lithium ion secondary battery [carbon coating treatment]
Each sample B-2 obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example was added to 5 g of polyethylene glycol and 150 g of pure water with respect to 150 g in terms of solid content, and 12 mm by a ball mill using 5 mm diameter zirconia beads as media. A uniform slurry was prepared by carrying out time grinding and dispersion treatment.
Next, the slurry was sprayed into an air atmosphere at 180 ° C. and dried to obtain a granulated body having an average particle size of about 6 μm. This granulated body was fired at 750 ° C. for 1 hour under an inert atmosphere to prepare positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Example.

[リチウムイオン2次電池の作製]
上記のリチウムイオン電池用正極活物質について、以下の処理を行い、実施例1〜6及び比較例各々のリチウムイオン2次電池を作製した。
まず、正極活物質を90質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を5質量部、及び溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を混合した。
次いで、3本ロールミルを用いてこれらを混練し、正極活物質ペーストを作製した。
[Production of lithium ion secondary battery]
About the said positive electrode active material for lithium ion batteries, the following processes were performed and the lithium ion secondary battery of Examples 1-6 and each comparative example was produced.
First, 90 parts by mass of the positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) as a solvent were mixed. .
Next, these were kneaded using a three-roll mill to produce a positive electrode active material paste.

次いで、この正極活物質ペーストを、厚み30μmのアルミニウム集電体箔上に塗布し、その後、100℃にて減圧乾燥を行い、厚みが60μmの正極を作製した。
次いで、この正極を2cmの円板状に打ち抜き、減圧乾燥後、乾燥アルゴン雰囲気下にてステンレススチール製の2016型コイン型セルを用いてリチウムイオン2次電池を作製した。
ここでは、負極に金属リチウムを、セパレーターに多孔質ポリプロピレン膜を、電解液に1モルのLiPFを炭酸エチレン(EC)と炭酸エチルメチル(EMC)とを1:1にて混合した溶液に混合した混合物を用いた。
Next, this positive electrode active material paste was applied onto an aluminum current collector foil having a thickness of 30 μm, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. to produce a positive electrode having a thickness of 60 μm.
Next, this positive electrode was punched into a 2 cm 2 disk shape, dried under reduced pressure, and then a lithium ion secondary battery was produced using a stainless steel 2016 type coin cell in a dry argon atmosphere.
Here, metallic lithium is used as a negative electrode, a porous polypropylene film is used as a separator, and 1 mol of LiPF 6 is mixed into an electrolytic solution in a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) 1: 1. The resulting mixture was used.

[リチウムイオン2次電池の評価]
実施例1〜6及び比較例各々のリチウムイオン2次電池の評価を、電池充放電試験及び高温サイクル試験により行った。試験方法は以下のとおりである。
(電池充放電試験)
カットオフ電圧を2.0V〜4.0Vとし、初期放電容量の測定は、0.1Cで充電を行い、0.1Cで放電した。
[Evaluation of lithium ion secondary battery]
Evaluation of the lithium ion secondary battery of each of Examples 1 to 6 and Comparative Example was performed by a battery charge / discharge test and a high temperature cycle test. The test method is as follows.
(Battery charge / discharge test)
The cut-off voltage was set to 2.0 V to 4.0 V, and the initial discharge capacity was measured by charging at 0.1 C and discharging at 0.1 C.

(高温サイクル試験)
負極に天然黒鉛負極シート(宝泉社製)を使用した以外は、実施例1〜6及び比較例各々のリチウムイオン2次電池を用いて次の条件で充放電試験を行った。
カットオフ電圧:2.0V〜4.0V
測定温度:60℃
1サイクル目から3サイクル目まで:0.2C充電後0.2C放電
4サイクル目から600サイクル目まで:1C充電後1C放電
また、nサイクル目の容量の4サイクル目の容量に対する百分率を容量維持率とした。
これらの試験結果を表3に、実施例1と比較例の高温サイクル特性を図2に、それぞれ示す。図2中、Aは実施例1の高温サイクル特性を、Bは比較例の高温サイクル特性を、それぞれ示している。
なお、表3では、リサイクルを行わない試料の例として、実施例1の試料B−1を用いて得られたリチウムイオン2次電池を参考例として挙げてある。
(High temperature cycle test)
A charge / discharge test was performed under the following conditions using the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Example, except that a natural graphite negative electrode sheet (manufactured by Hosen Co., Ltd.) was used for the negative electrode.
Cut-off voltage: 2.0V to 4.0V
Measurement temperature: 60 ° C
From the 1st cycle to the 3rd cycle: 0.2C discharge after 0.2C charge From the 4th cycle to the 600th cycle: 1C discharge after 1C charge In addition, the percentage of the capacity of the nth cycle to the capacity of the 4th cycle is maintained. Rate.
The test results are shown in Table 3, and the high-temperature cycle characteristics of Example 1 and Comparative Example are shown in FIG. In FIG. 2, A shows the high-temperature cycle characteristics of Example 1, and B shows the high-temperature cycle characteristics of the comparative example.
In Table 3, a lithium ion secondary battery obtained using Sample B-1 of Example 1 is given as a reference example as an example of a sample that is not recycled.

Figure 2011175767
Figure 2011175767

Claims (5)

LiFePOにて表される電極材料の製造方法であって、
Li源とリン酸源を反応させてなるリン酸リチウムスラリーにFe源及び還元剤を添加して懸濁液とする第1の工程と、
この懸濁液を高温高圧条件下にて反応させ、LiFePOを含む粗生成物を生成する第2の工程と、
前記粗生成物を、LiFePOを主成分とする主生成物と、他の生成物を含む溶液とに分離する第3の工程と、
前記他の生成物を含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する第4の工程と、
前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムスラリーを生成させる第5の工程とを備え、
この第5の工程にて得られたリン酸リチウムスラリーを用いて前記第1の工程以降を行い、再度前記主生成物を得ることを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing an electrode material represented by LiFePO 4 ,
A first step of adding a Fe source and a reducing agent to a lithium phosphate slurry obtained by reacting a Li source and a phosphate source to form a suspension;
A second step of reacting the suspension under high temperature and high pressure conditions to produce a crude product containing LiFePO 4 ;
A third step of separating the crude product into a main product mainly composed of LiFePO 4 and a solution containing other products;
A fourth step of adding a first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide to the solution containing the other product, and removing impurities including the Fe compound;
A Li source and a phosphoric acid source are added to the solution from which the impurities are removed, and the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1. And adding a second alkali to produce a lithium phosphate slurry,
A method for producing an electrode material, characterized in that the main product is obtained again by performing the first and subsequent steps using the lithium phosphate slurry obtained in the fifth step.
前記第1のアルカリは、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物のいずれかであり、
前記アルカリ金属化合物は、アルカリ金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上であり、
前記アルカリ土類金属化合物は、アルカリ土類金属の水酸化物、酸化物、炭酸塩及びこれらの水和物の群から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1記載の電極材料の製造方法。
The first alkali is any one of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, an alkali metal compound, and an alkaline earth metal compound,
The alkali metal compound is one or more selected from the group of alkali metal hydroxides, oxides, carbonates and hydrates thereof,
2. The alkaline earth metal compound is one or more selected from the group consisting of hydroxides, oxides, carbonates and hydrates of alkaline earth metals. The manufacturing method of the electrode material of description.
前記アルカリ金属は、リチウムであることを特徴とする請求項2記載の電極材料の製造方法。   The method for producing an electrode material according to claim 2, wherein the alkali metal is lithium. 前記第2のアルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアの群から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の電極材料の製造方法。   The electrode material according to any one of claims 1 to 3, wherein the second alkali is one or more selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia. Production method. Liを含む溶液に、水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを50モル%以下含有する第1のアルカリを添加し、Fe化合物を含む不純物を除去する工程と、
前記不純物が除去された溶液にLi源とリン酸源を添加して、前記溶液中の組成比(Li:P)が3:1になるように調整し、この組成比を調整した溶液に第2のアルカリを添加してリン酸リチウムを含むスラリーを生成させる工程と、
この生成したリン酸リチウムを回収する工程と、
を備えたことを特徴とするリン酸リチウムの回収方法。
Adding a first alkali containing 50 mol% or less of calcium hydroxide or calcium oxide to a solution containing Li, and removing impurities containing an Fe compound;
A Li source and a phosphoric acid source are added to the solution from which the impurities are removed, and the composition ratio (Li: P) in the solution is adjusted to 3: 1. Adding an alkali of 2 to produce a slurry containing lithium phosphate;
Recovering the produced lithium phosphate;
A method for recovering lithium phosphate, comprising:
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