JP2013047162A - Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery - Google Patents

Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2013047162A
JP2013047162A JP2011186252A JP2011186252A JP2013047162A JP 2013047162 A JP2013047162 A JP 2013047162A JP 2011186252 A JP2011186252 A JP 2011186252A JP 2011186252 A JP2011186252 A JP 2011186252A JP 2013047162 A JP2013047162 A JP 2013047162A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
compound
atom
silicate compound
silicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011186252A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Sakai
智弘 酒井
Yoshihisa Beppu
義久 別府
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2011186252A priority Critical patent/JP2013047162A/en
Publication of JP2013047162A publication Critical patent/JP2013047162A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for inexpensively producing a silicic acid compound which, when used as e.g., a positive electrode active substance of a secondary battery, can enhance its average discharge voltage and its discharge capacity per unit mass.SOLUTION: The silicic acid compound having a composition represented by AMSGeXO(wherein f is a number which depends on a, b, c, d, e, the valence of M, and the valance of X and satisfies electrical neutrality) is produced by heating a pulverization product of a solid obtained by cooling a melt having a composition represented by AMSiGeXO(wherein A is Li, Na, or K; M is Fe, Mn, Co, or Ni; X is P, Ta, Nb, or V; 0.8<a≤2.7; 0.6≤b≤1.4; 0.8≤c≤1.1; 0.01≤d≤0.8; 0≤e≤0.1; and f1 is a number which depends on a, b, c, d, e, the valence of M, and the valance of X and satisfies electrical neutrality).

Description

本発明は、ケイ酸化合物、二次電池用正極および二次電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a silicate compound, a positive electrode for a secondary battery, and a method for producing a secondary battery.

近年、世界的な二酸化炭素排出規制や省エネルギーの観点から、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車の開発ならびに普及が進められている。これらの実現には、使用される二次電池の安全性を維持しつつ、高容量化、高エネルギー化、大型化することが課題とされている。次世代のリチウムイオン二次電池の正極材料等として、資源面、安全面、コスト面、安定性等の点での優位性から、オルトケイ酸構造の化合物が注目されている。   In recent years, plug-in hybrid vehicles and electric vehicles have been developed and spread from the viewpoint of global carbon dioxide emission regulations and energy saving. In order to realize these, it is an issue to increase the capacity, increase the energy, and increase the size while maintaining the safety of the secondary battery used. As a positive electrode material for the next-generation lithium ion secondary battery, an orthosilicate compound has attracted attention because of its advantages in terms of resources, safety, cost, and stability.

特許文献1には、二次電池用正極の候補材料として、単位式中にk個のLiを含み、かつ[SiO4]、[SO4]、[PO4]、[GeO4]、[VO4]、[AlO4]、[BO4]等を含む広い一般式の組成を有するオルトケイ酸構造の化合物が提案されている。
特許文献2には、LiabSic4(MはMn、Fe、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1つの遷移金属、aは1<a≦3、bは0.5≦b≦1.5、cは0.5≦c≦1.5)で表されるリチウム遷移金属ケイ酸塩を、Mを含む金属化合物、リチウム化合物およびポリシランやポリシラザン等のケイ素系高分子化合物を含む混合物を焼成して製造する方法が提案されている。
In Patent Document 1, as a candidate material for a positive electrode for a secondary battery, k Li is included in a unit formula, and [SiO 4 ], [SO 4 ], [PO 4 ], [GeO 4 ], [VO] 4 ], [AlO 4 ], [BO 4 ] and the like have been proposed compounds having an orthosilicate structure having a wide general composition.
Patent Document 2, Li a M b Si c O 4 (M is Mn, Fe, at least one transition metal selected from the group consisting of Co and Ni, a is 1 <a ≦ 3, b is 0.5 ≦ a lithium transition metal silicate represented by b ≦ 1.5, c is 0.5 ≦ c ≦ 1.5), a metal compound containing M, a lithium compound, and a silicon-based polymer compound such as polysilane or polysilazane. There has been proposed a method for producing a mixture containing the mixture by firing.

特開2001−266882号公報JP 2001-266882 A 国際公開第2008/123311号International Publication No. 2008/123311

特許文献1に開示される電極材料のうち、ポリアニオンに[SiO4]を含み、かつその一部を別の元素で置換した化合物として確認できるのは、Li1.7Mn0.7Fe0.3Si0.70.34のみである。該化合物は、それぞれ個別に製造したLi2MnSiO4およびLiFePO4を混合・粉砕し、管に封入し、加熱して製造する固相反応で製造している。製造工程が複雑で製造コストがかさみ、大量生産することが困難であり、組成や粒径の制御も容易でない。
特許文献2には、原子MをCoとすることで放電電圧が上がることが示されているが、Li2CoSiO4を単相として得られておらず、放電容量が低い。
Among the electrode materials disclosed in Patent Document 1, it is possible to confirm that the polyanion contains [SiO 4 ] and a part thereof is substituted with another element as Li 1.7 Mn 0.7 Fe 0.3 Si 0.7 P 0.3 O. Only 4 . The compound is produced by a solid phase reaction in which Li 2 MnSiO 4 and LiFePO 4 produced individually are mixed and pulverized, sealed in a tube, and heated. The manufacturing process is complicated, the manufacturing cost is high, mass production is difficult, and control of composition and particle size is not easy.
Patent Document 2 shows that the discharge voltage is increased by changing the atom M to Co, but Li 2 CoSiO 4 is not obtained as a single phase, and the discharge capacity is low.

本発明は、二次電池用正極材料等として用いた場合に、平均放電電圧および単位質量当たりの容量(放電容量)を高めることが可能なケイ酸化合物と、該ケイ酸化合物の組成や粒径を良好に制御でき、かつ安価に製造できる製造方法の提供を目的とする。本発明は、電池特性や信頼性に優れる二次電池用正極および二次電池の製造方法の提供を目的とする。   The present invention is a silicate compound capable of increasing the average discharge voltage and the capacity per unit mass (discharge capacity) when used as a positive electrode material for a secondary battery, and the composition and particle size of the silicate compound. It is an object of the present invention to provide a production method capable of controlling the temperature well and inexpensively. An object of this invention is to provide the positive electrode for secondary batteries which is excellent in a battery characteristic and reliability, and the manufacturing method of a secondary battery.

本発明は、下記[1]〜[14]の発明である。
[1] 下式(1)で表される組成を有する溶融物を得る溶融工程、
前記溶融物を冷却して固化物を得る冷却工程、
前記固化物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程、および
前記粉砕物を加熱して、下式(2)で表される組成を有するケイ酸化合物を得る加熱工程、をこの順に具備することを特徴とするケイ酸化合物の製造方法。
abSic-(d+e)Gedef1 (1)
(式(1)中、AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、XはP、Ta、NbおよびVからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子であり、aは0.8<a≦2.7、bは0.6≦b≦1.4、cは0.8≦c≦1.1、dは0.01≦d≦0.8、eは0≦e≦0.1であり、f1はa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
abSic-(d+e)Gedef (2)
(式(2)中、A、MおよびXは前記と同じ種類の原子を示し、a、b、c、dおよびeは前記と同じ数値を示し、fはa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
[2] 前記溶融工程が、原料調合物を加熱して溶融物を得る工程である、[1]のケイ酸化合物の製造方法。
[3] 前記原料調合物中に、
原子Aが、Aの炭酸塩、Aの炭酸水素塩、Aの水酸化物、Aのケイ酸塩、Aのリン酸塩、Aのホウ酸塩、Aのフッ化物、Aの塩化物、Aの硝酸塩、Aの硫酸塩、およびAの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種(ただし、該少なくとも1種の一部または全部は、それぞれ水和塩を形成していてもよい。)として含まれ、
原子Mが、Mの酸化物、Mのオキシ水酸化物、Mのケイ酸塩、Mのリン酸塩、Mのホウ酸塩、金属M、Mのフッ化物、Mの塩化物、Mの硝酸塩、Mの硫酸塩、Mのアルコキシド、およびMの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
Siが、酸化ケイ素、AまたはMのケイ酸塩、およびSiのアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
Geが、酸化ゲルマニウム、AまたはMのゲルマニウム酸塩、およびGeのアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
原子Xが、Xの酸化物、Xの水酸化物、Xのケイ酸塩、リン酸、リン酸塩、AまたはMのバナジン酸塩、AまたはMのニオブ酸塩、AまたはMのタンタル酸塩、Xのアルコキシド、およびXの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれる、[2]のケイ酸化合物の製造方法。
[4] 前記冷却工程における冷却速度を−103〜−1010℃/秒である、[1]〜[3]のケイ酸化合物の製造方法。
[5] 前記粉砕工程で得られる前記粉砕物の平均粒径が、体積換算のメディアン径で10nm〜10μmである、[1]〜[4]のケイ酸化合物の製造方法。
[6] 前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素系導電活物質からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭素源を含ませ、かつ該炭素源中の炭素換算量(質量)が、該固化物の質量と該炭素源中の炭素換算量(質量)との合計質量に対して、0.1〜20質量%である、[1]〜[5]のケイ酸化合物の製造方法。
[7] 前記加熱工程を不活性ガス中または還元ガス中、500〜1,000℃で行う、[1]〜[6]のケイ酸化合物の製造方法。
[8] 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物の結晶子径が10〜50nmである、[1]〜[7]のケイ酸化合物の製造方法。
[9] 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物がオリビン型結晶粒子である、[1]〜[8]のケイ酸化合物の製造方法。
[10] 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物が、下式(3)で表される組成を有する、[1]〜[9]のケイ酸化合物の製造方法。
Li2Fe1-gMngSic-(d+e)Gedef (3)
(式(3)中、Xは前記と同じ種類の原子を示し、c、d、eおよびfは前記と同じ数値を示し、gは0≦e≦1である。)
The present invention is the following [1] to [14].
[1] A melting step for obtaining a melt having a composition represented by the following formula (1):
A cooling step of cooling the melt to obtain a solidified product,
Crushing the solidified product to obtain a pulverized product, and heating the pulverized product to obtain a silicate compound having a composition represented by the following formula (2) in this order: A method for producing a silicic acid compound.
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f1 (1)
(In the formula (1), A is at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K, M is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co and Ni, and X is P , Ta, Nb and V, at least one atom selected from the group consisting of a, 0.8 <a ≦ 2.7, b is 0.6 ≦ b ≦ 1.4, and c is 0.8 ≦ c ≦ 1.1, d is 0.01 ≦ d ≦ 0.8, e is 0 ≦ e ≦ 0.1, f1 is the numerical value of a, b, c, d and e, and the valence of M And a number that depends on the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f (2)
(In the formula (2), A, M and X represent the same kind of atoms as described above, a, b, c, d and e represent the same numerical values as described above, and f represents a, b, c, d and e. And a number that depends on the valence of M and the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
[2] The method for producing a silicate compound according to [1], wherein the melting step is a step of obtaining a melt by heating the raw material formulation.
[3] In the raw material formulation,
Atom A is A carbonate, A bicarbonate, A hydroxide, A silicate, A phosphate, A borate, A fluoride, A chloride, A At least one selected from the group consisting of nitrates of A, sulfates of A, and organic acid salts of A (however, some or all of the at least one may each form a hydrate salt). Included as
Atom M is M oxide, M oxyhydroxide, M silicate, M phosphate, M borate, metal M, M fluoride, M chloride, M nitrate And at least one selected from the group consisting of M sulfate, M alkoxide, and M organic acid salt,
Si is included as at least one selected from the group consisting of silicon oxide, A or M silicate, and Si alkoxide,
Ge is included as at least one selected from the group consisting of germanium oxide, A or M germanate, and Ge alkoxide;
Atom X is X oxide, X hydroxide, X silicate, phosphoric acid, phosphate, A or M vanadate, A or M niobate, A or M tantalate The method for producing a silicic acid compound according to [2], which is contained as at least one selected from the group consisting of a salt, an alkoxide of X, and an organic acid salt of X.
[4] The method for producing a silicate compound according to [1] to [3], wherein a cooling rate in the cooling step is −10 3 to −10 10 ° C./second.
[5] The method for producing a silicate compound according to [1] to [4], wherein an average particle diameter of the pulverized product obtained in the pulverization step is 10 nm to 10 μm in terms of a median diameter in terms of volume.
[6] In the pulverization step, the solidified product includes at least one carbon source selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive active material, and a carbon equivalent amount (mass) in the carbon source is The method for producing a silicic acid compound of [1] to [5], which is 0.1 to 20% by mass relative to the total mass of the mass of the solidified product and the carbon equivalent (mass) in the carbon source. .
[7] The method for producing a silicate compound according to [1] to [6], wherein the heating step is performed in an inert gas or a reducing gas at 500 to 1,000 ° C.
[8] The method for producing a silicate compound according to [1] to [7], wherein a crystallite diameter of the silicate compound obtained in the heating step is 10 to 50 nm.
[9] The method for producing a silicate compound according to any one of [1] to [8], wherein the silicate compound obtained in the heating step is an olivine type crystal particle.
[10] The method for producing a silicate compound of [1] to [9], wherein the silicate compound obtained in the heating step has a composition represented by the following formula (3).
Li 2 Fe 1-g Mn g Si c- (d + e) Ge d X e O f (3)
(In formula (3), X represents the same kind of atom as described above, c, d, e and f represent the same numerical values as described above, and g is 0 ≦ e ≦ 1.)

[11] [1]〜[10]の製造方法によってケイ酸化合物を得て、次に該ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いて二次電池用正極を製造することを特徴とする二次電池用正極の製造方法。
[12] [11]の製造方法によって二次電池用正極を得て、次に該二次電池用正極を用いて二次電池を製造することを特徴とする二次電池の製造方法。
[11] A silicate compound is obtained by the production method of [1] to [10], and then a positive electrode for a secondary battery is produced using the silicate compound as a positive electrode material for a secondary battery. A method for producing a positive electrode for a secondary battery.
[12] A method for producing a secondary battery, comprising: obtaining a positive electrode for a secondary battery by the production method according to [11], and then producing a secondary battery using the positive electrode for a secondary battery.

[13] 下式(2)で表される組成を有するケイ酸化合物。
abSic-(d+e)Gedef (2)
(式(2)中、AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、XはP、Ta、NbおよびVからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子であり、aは0.8<a≦2.7、bは0.6≦b≦1.4、cは0.8≦c≦1.1、dは0.01≦d≦0.8、eは0≦e≦0.1であり、fはa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
[14] [13]のケイ酸化合物が炭素源に由来する導電材を含有する粒子であり、該導電材を、該ケイ酸化合物と該導電材との合計質量に対して、0.1〜20質量%含有する粒子。
[13] A silicic acid compound having a composition represented by the following formula (2).
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f (2)
(In Formula (2), A is at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K, M is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co and Ni, and X is P , Ta, Nb and V, at least one atom selected from the group consisting of a, 0.8 <a ≦ 2.7, b is 0.6 ≦ b ≦ 1.4, and c is 0.8 ≦ c ≦ 1.1, d is 0.01 ≦ d ≦ 0.8, e is 0 ≦ e ≦ 0.1, f is a numerical value of a, b, c, d and e, and valence of M And a number that depends on the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
[14] The silicate compound of [13] is a particle containing a conductive material derived from a carbon source, and the conductive material is 0.1 to 0.1% of the total mass of the silicate compound and the conductive material. Particles containing 20% by mass.

本発明の製造方法によれば、二次電池用正極材料等として用いた場合に、平均放電電圧および放電容量を高めることが可能なケイ酸化合物を製造できる。さらに、ケイ酸化合物の組成や粒径を良好に制御できる。よって、正極材料として有用なケイ酸化合物を安価にかつ効率的に提供できる。また、本発明のケイ酸化合物を用いることにより、電池特性や信頼性に優れる二次電池用正極および二次電池が製造できる。さらに、本発明によれば、新規なケイ酸化合物が提供される。   According to the production method of the present invention, when used as a positive electrode material for a secondary battery or the like, a silicate compound capable of increasing the average discharge voltage and the discharge capacity can be produced. Furthermore, the composition and particle size of the silicate compound can be controlled well. Therefore, a silicic acid compound useful as a positive electrode material can be provided inexpensively and efficiently. Moreover, the positive electrode for secondary batteries and secondary battery which are excellent in a battery characteristic and reliability can be manufactured by using the silicic acid compound of this invention. Furthermore, according to the present invention, a novel silicic acid compound is provided.

例1で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a positive electrode material for a secondary battery manufactured in Example 1. FIG. 例2で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a positive electrode material for a secondary battery manufactured in Example 2. FIG. 例3で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a positive electrode material for a secondary battery manufactured in Example 3. FIG. 例4で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a positive electrode material for a secondary battery manufactured in Example 4. FIG. 例21で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a secondary battery positive electrode material manufactured in Example 21. FIG. 例22で製造した二次電池用正極材料のX線回折パターンを示す図である。6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a positive electrode material for a secondary battery produced in Example 22. FIG. ケイ酸化合物におけるSiのGe置換量とa軸の結晶格子定数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Ge substitution amount of Si in a silicate compound, and the crystal lattice constant of a axis | shaft.

以下の説明において、AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子を表す。Aは上記3種のアルカリ金属元素の原子を表す。Aは2種以上の原子の組み合わせからなっていてもよい。MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子を表す。Mは上記4種の遷移金属元素の原子を表す。Mは2種以上の原子の組み合わせからなっていてもよい。なお、式(1)、式(2)、式(3)等の化学式は平均組成を表す。
また、オリビン型構造の結晶を以下、オリビン型結晶といい、オリビン型結晶を含む粒子を以下、オリビン型結晶粒子ともいう。オリビン型結晶粒子は、オリビン型結晶構造以外の結晶構造を部分的に含んでいてもよく、非結晶構造を部分的に含んでいてもよい。オリビン型結晶粒子としては、その実質的に全てがオリビン型結晶からなっていることが好ましい。
In the following description, A represents at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K. A represents an atom of the above three alkali metal elements. A may consist of a combination of two or more atoms. M represents at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co and Ni. M represents an atom of the above four transition metal elements. M may consist of a combination of two or more atoms. In addition, chemical formulas, such as Formula (1), Formula (2), Formula (3), represent an average composition.
Further, an olivine type crystal is hereinafter referred to as an olivine type crystal, and a particle containing the olivine type crystal is hereinafter also referred to as an olivine type crystal particle. The olivine-type crystal particle may partially include a crystal structure other than the olivine-type crystal structure, or may partially include an amorphous structure. It is preferable that substantially all of the olivine type crystal particles are made of olivine type crystals.

[ケイ酸化合物の製造方法]
本発明のケイ酸化合物の製造方法は、以下の溶融工程(I)〜加熱工程(IV)の各工程を、この順に行う。溶融工程(I)〜加熱工程(IV)の工程前、工程間、および工程後には、各工程に影響を及ぼさない限り、他の工程を行ってもよい。
[Method for producing silicic acid compound]
In the method for producing a silicate compound of the present invention, the following melting step (I) to heating step (IV) are performed in this order. Other steps may be performed before, between and after the melting step (I) to the heating step (IV) as long as each step is not affected.

溶融工程(I):式(1):AabSic-(d+e)Gedef1(式中の記号は、A、MおよびXは前記と同じ種類の原子を示し、a、b、c、d、eおよびf1は前記と同じ数値を示す。)で表される組成を有する溶融物(以下、溶融物(1)ともいう。)を得る工程、
冷却工程(II):前記溶融物を冷却して固化物を得る工程、
粉砕工程(III):前記固化物を粉砕して粉砕物を得る工程、
加熱工程(IV):前記粉砕物を加熱して、式(2):AabSic-(d+e)Gedef(式中の記号は、A、MおよびXは前記と同じ種類の原子を示し、a、b、c、d、eおよびfは前記と同じ数値を示す。)で表される組成を有するケイ酸化合物(以下、ケイ酸化合物(2)ともいう。)を得る工程。
Melting step (I): Formula (1): A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f1 ( symbols in the formula, A, M and X have the same kind of atoms and the , A, b, c, d, e and f1 have the same numerical values as described above), and a step of obtaining a melt (hereinafter also referred to as melt (1)).
Cooling step (II): a step of cooling the melt to obtain a solidified product,
Pulverization step (III): a step of pulverizing the solidified product to obtain a pulverized product;
Heating step (IV): by heating the ground product, the formula (2): A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f ( symbols in the formula, A, M and X are A silicate compound having the composition represented by the same kind of atom as described above, wherein a, b, c, d, e, and f have the same numerical values as described above (hereinafter also referred to as silicate compound (2)). Step to obtain.

ケイ酸化合物(2)の表面の少なくとも一部を導電材で被覆してもよい。該導電材は、導電性炭素であることが好ましい。導電性炭素は、炭素源から形成される。炭素源は、有機化合物および炭素系導電活物質からなる群より選ばれる少なくとも1種である。有機化合物は、加熱により熱分解され、さらに少なくとも一部が炭化物となって、該炭化物が導電性炭素となる。有機化合物の熱分解は400℃以下で行うことが好ましく、炭化は700℃以下で行うことが好ましい。加熱を700℃以下で行うと、有機化合物の炭化に加えて、熱分解反応に伴う体積変化を小さくできるため、該炭化物からなる導電性炭素が、ケイ酸化合物(2)の粒子表面または化合物粒子間の界面に均一かつ強固に結合でき、導電材として機能する。炭素系導電活物質は、導電性炭素として機能する。
炭素源は、粉砕工程(III)および加熱工程(IV)の少なくとも一方の工程で含ませることが好ましい。粉砕工程(III)で炭素源を含ませる場合には、固化物と炭素源とを含む粉砕物を得ることが好ましい。また、加熱工程(IV)で炭素源を含ませる場合には、粉砕物を加熱して化合物を得た後、該化合物と炭素源とを含む粉砕物を得て、次いで該粉砕物を不活性ガス中または還元ガス中で加熱することが好ましい。
炭素源は、加熱工程(IV)で得られたケイ酸化合物(2)に含ませて、加熱してもよい。該加熱温度は500〜1,000℃が好ましい。
以下、各工程について具体的に説明する。
At least part of the surface of the silicate compound (2) may be covered with a conductive material. The conductive material is preferably conductive carbon. Conductive carbon is formed from a carbon source. The carbon source is at least one selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive active material. The organic compound is thermally decomposed by heating, and at least a part of the organic compound becomes a carbide, and the carbide becomes conductive carbon. The thermal decomposition of the organic compound is preferably performed at 400 ° C. or lower, and the carbonization is preferably performed at 700 ° C. or lower. When heating is performed at 700 ° C. or lower, in addition to carbonization of the organic compound, volume change associated with the thermal decomposition reaction can be reduced, so that the conductive carbon made of the carbide is the particle surface of the silicate compound (2) or the compound particles. It can be bonded uniformly and firmly to the interface between them and functions as a conductive material. The carbon-based conductive active material functions as conductive carbon.
The carbon source is preferably included in at least one of the pulverization step (III) and the heating step (IV). When a carbon source is included in the pulverization step (III), it is preferable to obtain a pulverized product including a solidified product and a carbon source. When the carbon source is included in the heating step (IV), the pulverized product is heated to obtain a compound, then the pulverized product containing the compound and the carbon source is obtained, and then the pulverized product is inactivated. Heating in a gas or a reducing gas is preferred.
The carbon source may be included in the silicic acid compound (2) obtained in the heating step (IV) and heated. The heating temperature is preferably 500 to 1,000 ° C.
Hereinafter, each step will be specifically described.

(溶融工程(I))
溶融工程(I)は、上式(1)で表される組成を有する溶融物を得る工程である。溶融工程(I)においては、各原子源(原子A、原子M、Si、Geおよび原子X)を含む原料を、式(1)で表される組成となるように調整した原料調合物を準備するのが好ましい。
(Melting step (I))
The melting step (I) is a step of obtaining a melt having a composition represented by the above formula (1). In the melting step (I), a raw material formulation is prepared in which raw materials containing each atomic source (atom A, atom M, Si, Ge, and atom X) are adjusted to have the composition represented by formula (1). It is preferable to do this.

式(1)において、aが0.8<a≦2.7、bが0.6≦b≦1.4、cが0.8≦c≦1.1、dが0.01≦d≦0.8、eが0≦e≦0.1である場合に、原料調合物を良好に溶融することができ、均一な溶融物が得られる。また、後工程の加熱工程(IV)でケイ酸化合物を得ることができ、さらにはオリビン型結晶構造を含むケイ酸化合物、特にオリビン型結晶構造のみからなるケイ酸化合物が得られるので好ましい。   In the formula (1), a is 0.8 <a ≦ 2.7, b is 0.6 ≦ b ≦ 1.4, c is 0.8 ≦ c ≦ 1.1, and d is 0.01 ≦ d ≦. When 0.8 and e are 0 ≦ e ≦ 0.1, the raw material preparation can be melted well, and a uniform melt can be obtained. Further, a silicate compound can be obtained in the subsequent heating step (IV), and further, a silicate compound containing an olivine type crystal structure, particularly a silicate compound consisting only of an olivine type crystal structure, is preferred.

原子AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子である。特に本発明の製造方法で製造するケイ酸化合物を二次電池用正極材料に使用する場合には、Liを必須とするのが好ましく、Liのみであることが特に好ましい。Liを含むケイ酸化合物は、二次電池の単位質量当たりの容量を高くできる。   The atom A is at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K. In particular, when the silicic acid compound produced by the production method of the present invention is used as a positive electrode material for a secondary battery, it is preferable to make Li essential, and it is particularly preferable to use only Li. The silicate compound containing Li can increase the capacity per unit mass of the secondary battery.

原子MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子である。原子Mは1種のみ、または、2種からなるのが好ましい。特に本発明の製造方法で製造するケイ酸化合物を二次電池用正極材料に使用する場合には、原子MはFeのみ、Mnのみ、またはFeおよびMnからなるのが、高放電容量とコストの点で好ましい。原子Mの価数は、本発明の製造方法の各工程で変化しうる数値であり、+2〜+4の範囲が好ましい。原子Mの価数は、原子MがFeの場合は+2、+8/3、または+3、Mnの場合は+2、+3、または+4、Coの場合は+2、+8/3、または+3、Niの場合は+2または+4が好ましい。式(1)における原子Mの価数(以下、式(1)における原子Mの価数をN1’で表す。)は2〜2.5であるのが好ましく、2〜2.2であるのが特に好ましい。一方、式(2)における原子Mの価数(以下、式(2)における原子Mの価数をN1で表す。)は2〜2.2であるのが好ましく、2であるのが特に好ましい。   The atom M is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, and Ni. The atom M is preferably composed of only one kind or two kinds. In particular, when the silicate compound produced by the production method of the present invention is used for a positive electrode material for a secondary battery, the atom M is composed only of Fe, Mn, or Fe and Mn. This is preferable. The valence of the atom M is a numerical value that can be changed in each step of the production method of the present invention, and is preferably in the range of +2 to +4. The valence of atom M is +2, +8/3, or +3 when atom M is Fe, +2, +3, or +4 when M is M, +2, +8/3, or +3 when Co is Ni, Is preferably +2 or +4. The valence of the atom M in the formula (1) (hereinafter, the valence of the atom M in the formula (1) is represented by N1 ′) is preferably 2 to 2.5, and preferably 2 to 2.2. Is particularly preferred. On the other hand, the valence of the atom M in the formula (2) (hereinafter, the valence of the atom M in the formula (2) is represented by N1) is preferably 2 to 2.2 and particularly preferably 2. .

a、bおよびcは、1.7≦a≦2.3、0.8≦b≦1.2および0.9≦c≦1.1がより好ましく、1.8≦a≦2.2、0.9≦b≦1.1および0.95≦c≦1.05が特に好ましい。a、bおよびcが上記範囲内であると、多電子型の反応(単位モル数当たり1molを超える原子Aを引き抜く反応)を示すケイ酸化合物が得られ、このケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いたときに、二次電池の理論電気容量を高めることができる。   a, b and c are more preferably 1.7 ≦ a ≦ 2.3, 0.8 ≦ b ≦ 1.2 and 0.9 ≦ c ≦ 1.1, 1.8 ≦ a ≦ 2.2, 0.9 ≦ b ≦ 1.1 and 0.95 ≦ c ≦ 1.05 are particularly preferred. When a, b, and c are within the above ranges, a silicate compound exhibiting a multi-electron type reaction (a reaction that extracts more than 1 mol of atoms A per unit number of moles) is obtained, and this silicate compound is used for a secondary battery. When used as a positive electrode material, the theoretical electric capacity of the secondary battery can be increased.

GeはSiの一部を置換することにより含有される。GeはSiに比べてイオン半径が大きいため、ケイ酸化合物の結晶、特にオリビン型結晶の結晶格子定数を拡大する作用を有する。従って、ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いたときに、Liイオン等の原子Aのイオンが拡散しやすくなる。ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いた二次電池の平均放電電圧を高めることができる。   Ge is contained by substituting a part of Si. Since Ge has a larger ionic radius than Si, it has the effect of expanding the crystal lattice constant of silicate compound crystals, particularly olivine crystals. Therefore, when a silicate compound is used as a positive electrode material for a secondary battery, ions of atoms A such as Li ions are easily diffused. The average discharge voltage of the secondary battery using the silicate compound as the positive electrode material for the secondary battery can be increased.

dが0.01≦c≦0.8である場合に、ケイ酸化合物の結晶構造を安定に維持しつつ、上記したGeにより結晶格子定数を拡大できる。dは0.01≦d≦0.5がより好ましく、0.05≦d≦0.2が特に好ましい。上記範囲内であると、結晶構造の安定化と結晶格子定数の拡大とをより良好に両立させることができる。なお、Siの全てをGeに代えた場合には、オリビン型結晶等の所望の結晶構造を得ることができないため、GeはSiの一部を置換する。   When d is 0.01 ≦ c ≦ 0.8, the crystal lattice constant can be expanded by the above-described Ge while stably maintaining the crystal structure of the silicate compound. d is more preferably 0.01 ≦ d ≦ 0.5, and particularly preferably 0.05 ≦ d ≦ 0.2. Within the above range, the stabilization of the crystal structure and the expansion of the crystal lattice constant can be achieved more satisfactorily. Note that when all of Si is replaced with Ge, a desired crystal structure such as an olivine type crystal cannot be obtained. Therefore, Ge replaces a part of Si.

原子XはP、Ta、NbおよびVからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子である。Siの一部は原子Xで置換してもよい。Siの一部を原子Xで置換すると、得られるケイ酸化合物の電子伝導性が向上し、また結晶構造が安定する。原子Xの価数は、本発明の製造方法の各工程で変化しうる数値であり、+2〜+5の範囲が好ましい。式(1)における原子Xの価数(以下、式(1)における原子Xの価数をN2’で表す。)は、基本的にPの場合は+5、Taの場合は+2または+5、Nbの場合は+2または+5、Vの場合は+3または+5である。また、式(2)における原子Xの価数(以下、式(2)における原子Xの価数をN2で表す。)は、基本的にPの場合は+5、Taの場合は+2または+5、Nbの場合は+2または+5、Vの場合は+3または+5である。   The atom X is at least one atom selected from the group consisting of P, Ta, Nb and V. A part of Si may be substituted with an atom X. Substituting a part of Si with the atom X improves the electronic conductivity of the resulting silicate compound and stabilizes the crystal structure. The valence of atom X is a numerical value that can be changed in each step of the production method of the present invention, and is preferably in the range of +2 to +5. The valence of the atom X in the formula (1) (hereinafter, the valence of the atom X in the formula (1) is represented by N2 ′) is basically +5 in the case of P, +2 or +5 in the case of Ta, Nb Is +2 or +5 for V, and +3 or +5 for V. The valence of the atom X in the formula (2) (hereinafter, the valence of the atom X in the formula (2) is represented by N2) is basically +5 for P, +2 or +5 for Ta, In the case of Nb, it is +2 or +5, and in the case of V, it is +3 or +5.

原子Xの価数N2は、5価であると、ケイ酸化合物のキャリア密度が高くなる。導電性が向上し、Liイオン等の原子Aのイオンの挿入離脱反応をより円滑に進めることができ、特に好ましい。原子Aのイオンの挿入離脱反応を円滑に進めることで抵抗成分が減少するため、ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いた二次電池の放電容量を高めることができる。   When the valence N2 of the atom X is pentavalent, the carrier density of the silicate compound is increased. The conductivity is improved, and insertion / extraction reaction of ions of atoms A such as Li ions can be more smoothly advanced, which is particularly preferable. Since the resistance component decreases by smoothly proceeding with the insertion / extraction reaction of the ions of the atom A, the discharge capacity of the secondary battery using the silicate compound as the positive electrode material for the secondary battery can be increased.

eが0≦e≦0.1である場合に、ケイ酸化合物の結晶構造を安定化しつつ、上記した電子伝導性の向上効果、さらにはケイ酸化合物のキャリア密度の向上効果を得ることができる。eは0≦e≦0.05がより好ましく、0.0001≦e≦0.01が特に好ましい。上記範囲内であると、結晶構造の安定化と電子伝導性の向上効果とをより良好に両立させることができる。さらに、不純物の析出等を抑制することができる。   When e is 0 ≦ e ≦ 0.1, it is possible to obtain the above-described effect of improving the electronic conductivity and further the effect of improving the carrier density of the silicate compound while stabilizing the crystal structure of the silicate compound. . e is more preferably 0 ≦ e ≦ 0.05, particularly preferably 0.0001 ≦ e ≦ 0.01. Within the above range, the stabilization of the crystal structure and the effect of improving the electron conductivity can be more satisfactorily achieved. Furthermore, precipitation of impurities and the like can be suppressed.

f1の値はa、b、c、d、eの数値、および、原子Mの価数N1’および原子Xの価数N2’に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。加熱工程(IV)で変化しうる値であって、加熱工程(IV)後にfとなる値である。例えば、加熱工程(IV)で成分の酸化還元、揮発等によりf1の値が増減する場合には、該増減を考慮に入れた値とするのが好ましい。加熱工程(IV)で得られるケイ酸化合物の組成におけるfの値は、a、b、c、d、eの数値、および、原子Mの価数N1および原子Xの価数N2に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。a=2、b=1、c=1、d=0.2、e=0.01、N1=+2、N2=+5であれば、f=4.005である。なお、原子Xの価数N2が5価であり、結晶中でキャリアのドナーとして作用する場合には、fの値はeの数値および原子Xの価数N2に依存しない。   The value of f1 is a number that depends on the numerical values of a, b, c, d, e, the valence N1 'of the atom M, and the valence N2' of the atom X, and satisfies the electrical neutrality. It is a value that can change in the heating step (IV) and is a value that becomes f after the heating step (IV). For example, when the value of f1 increases or decreases due to oxidation / reduction or volatilization of the components in the heating step (IV), it is preferable to set the value in consideration of the increase / decrease. The value of f in the composition of the silicic acid compound obtained in the heating step (IV) depends on the numerical values of a, b, c, d and e, and the valence N1 of atom M and the valence N2 of atom X. It is a number that satisfies the electrical neutrality. If a = 2, b = 1, c = 1, d = 0.2, e = 0.01, N1 = + 2, N2 = + 5, f = 4.005. When the valence N2 of the atom X is pentavalent and acts as a carrier donor in the crystal, the value of f does not depend on the value of e and the valence N2 of the atom X.

溶融物は、原子A、原子M、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、原子Xおよび酸素(O)以外の原子を含んでいてもよい(以下、原子Tともいう。)。原子Tを含有させることで、溶融物を溶融しやすくすることができる。原子Tの含有量(複数の原子の場合には合計量)は、溶融物になったときの各原子の酸化物換算量(単位:モル%)が0.1〜3%が好ましい。   The melt may contain atoms other than atom A, atom M, silicon (Si), germanium (Ge), atom X, and oxygen (O) (hereinafter also referred to as atom T). By containing the atom T, the melt can be easily melted. As for the content of atoms T (the total amount in the case of a plurality of atoms), the oxide equivalent amount (unit: mol%) of each atom when it becomes a melt is preferably 0.1 to 3%.

溶融工程(I)では、まず溶融物を得られるように各原子源を選択して混合し、原料調合物を得ることが好ましい。原料調合物は、原子Aを含む化合物、原子Mを含む化合物や金属、Siを含む化合物、Geを含む化合物、および原子Xを含む化合物や金属等からなり、必要に応じて原子Tを含む化合物を含有するのが好ましい。   In the melting step (I), it is preferable to first select and mix each atomic source so as to obtain a melt, thereby obtaining a raw material formulation. The raw material preparation is composed of a compound containing atom A, a compound or metal containing atom M, a compound containing Si, a compound containing Ge, a compound or metal containing atom X, etc., and if necessary, a compound containing atom T It is preferable to contain.

原子Aを含む化合物としては、Aの炭酸塩(A2CO3)、Aの炭酸水素塩(AHCO3)、Aの水酸化物(AOH)、Aのケイ酸塩(A2O・2SiO2、A2O・SiO2、2A2O・SiO2等)、Aのリン酸塩(A3PO4)、Aのホウ酸塩(A3BO3)、Aのフッ化物(AF)、Aの塩化物(ACl)、Aの硝酸塩(ANO3)、Aの硫酸塩(A2SO4)、およびAの酢酸塩(CH3COOA)やシュウ酸塩((COOA)2)等の有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種(ただし、該少なくとも1種の一部または全部は、それぞれ水和塩を形成していてもよい。)が好ましい。なかでも、安価でかつ取り扱いが容易な点で、A2CO3、AHCO3が特に好ましい。 Examples of the compound containing the atom A include A carbonate (A 2 CO 3 ), A hydrogen carbonate (AHCO 3 ), A hydroxide (AOH), A silicate (A 2 O · 2SiO 2). A 2 O · SiO 2 , 2A 2 O · SiO 2, etc.), A phosphate (A 3 PO 4 ), A borate (A 3 BO 3 ), A fluoride (AF), A Chlorides (ACl), A nitrates (ANO 3 ), A sulfates (A 2 SO 4 ), and organic acids such as A acetates (CH 3 COOA) and oxalates ((COOA) 2 ) At least one selected from the group consisting of salts (however, a part or all of the at least one may each form a hydrated salt) is preferable. Of these, A 2 CO 3 and AHCO 3 are particularly preferable because they are inexpensive and easy to handle.

原子Mを含む化合物としては、Mの酸化物(FeO、Fe34、Fe23、MnO、Mn23、MnO2、CoO、Co34、Co23、NiO等)、Mのオキシ水酸化物(MO(OH)等)、Mのケイ酸塩(MO・SiO2、2MO・SiO2等)、Mのリン酸塩(M3(PO42等)、Mのホウ酸塩(M3(BO32等)、Mのフッ化物(MF2、MF3等)、Mの塩化物(MCl2、MCl3等)、Mの硝酸塩(M(NO32、M(NO33等)、Mの硫酸塩(MSO4、M2(SO43等)、Mのアルコキシド(M(OCH32、M(OC252等)、およびMの酢酸塩(M(CH3COO)2)やシュウ酸塩(M(COOH)2)等の有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。入手のしやすさやコストから、Fe34、Fe23、MnO、Mn23、MnO2、Co34およびNiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物がより好ましい。特に原子Mが、Feである場合の該化合物としてはFe34および/またはFe23が好ましく、原子MがMnである場合の該化合物としてはMnO2および/またはMnOが好ましい。原子Mを含む化合物は、1種であっても、2種以上であってもよい。 Examples of the compound containing atom M include oxides of M (FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , NiO, etc.) M oxyhydroxide (MO (OH), etc.), M silicate (MO · SiO 2 , 2MO · SiO 2 etc.), M phosphate (M 3 (PO 4 ) 2 etc.), M Borate (M 3 (BO 3 ) 2 etc.), M fluoride (MF 2 , MF 3 etc.), M chloride (MCl 2 , MCl 3 etc.), M nitrate (M (NO 3 )) 2 , M (NO 3 ) 3 etc.), M sulfate (MSO 4 , M 2 (SO 4 ) 3 etc.), M alkoxide (M (OCH 3 ) 2 , M (OC 2 H 5 ) 2 etc.) And at least one selected from the group consisting of organic acid salts such as M acetate (M (CH 3 COO) 2 ) and oxalate (M (COOH) 2 ). In view of availability and cost, at least one compound selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , Co 3 O 4 and NiO is more preferable. In particular, when the atom M is Fe, the compound is preferably Fe 3 O 4 and / or Fe 2 O 3, and when the atom M is Mn, the compound is preferably MnO 2 and / or MnO. The compound containing atom M may be one type or two or more types.

Siを含む化合物としては、酸化ケイ素(SiO2等)、Aのケイ酸塩、Mのケイ酸塩、およびケイ素のアルコキシド(Si(OCH34、Si(OC254等)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。Siを含む化合物としては、安価な点で、酸化ケイ素が特に好ましい。Siを含む化合物は結晶質であっても、非晶質であってもよい。 Examples of the compound containing Si include silicon oxide (SiO 2 and the like), A silicate, M silicate, and silicon alkoxide (Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 and the like). At least one selected from the group consisting of As the compound containing Si, silicon oxide is particularly preferable from the viewpoint of inexpensiveness. The compound containing Si may be crystalline or amorphous.

Geを含む化合物としては、酸化ゲルマニウム(GeO2等)、Aのゲルマニウム酸塩(A2O・2GeO2、A2O・GeO2、2A2O・GeO2等))、Mのゲルマニウム酸塩(MO・GeO2、2MO・GeO2等)、およびゲルマニウムのアルコキシド(Ge(OCH34、Ge(OC254等)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。Geを含む化合物としては、安価な点で、酸化ゲルマニウムが特に好ましい。Geを含む化合物は結晶質であっても、非晶質であってもよい。 Examples of the compound containing Ge include germanium oxide (GeO 2 and the like), germanium salt of A (A 2 O · 2GeO 2 , A 2 O · GeO 2 , 2A 2 O · GeO 2 and the like)) and M germanate. (MO · GeO 2 , 2MO · GeO 2 etc.) and germanium alkoxide (Ge (OCH 3 ) 4 , Ge (OC 2 H 5 ) 4 etc.) are preferred. As the compound containing Ge, germanium oxide is particularly preferable from the viewpoint of low cost. The compound containing Ge may be crystalline or amorphous.

原子Xを含む化合物としては、Xの酸化物(P25、Ta25、Ta23、Nb25、Nb23、V25、V23等)、Xの水酸化物(X(OH)5等)、Xのケイ酸塩(X25・SiO2等)、リン酸(H3PO4等)、リン酸塩((NH43PO4、(NH42HPO4、NH42PO4、AまたはMのリン酸塩等)AまたはMのタンタル酸塩、AまたはMのニオブ酸塩、AまたはMのバナジン酸塩、Xのアルコキシド(X(OCH35、X(OC255等)、およびXの酢酸塩(X(CH3COO)5)やシュウ酸塩(X(COO)5)等の有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。入手のしやすさやコストから、NH42PO4、Ta25、Nb25およびV25からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が特に好ましい。 Examples of the compound containing atom X include oxides of X (P 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Ta 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Nb 2 O 3 , V 2 O 5 , V 2 O 3, etc.), X hydroxide (X (OH) 5 etc.), X silicate (X 2 O 5 .SiO 2 etc.), phosphoric acid (H 3 PO 4 etc.), phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , A or M phosphate, etc.) A or M tantalate, A or M niobate, A or M vanadate, X alkoxide (X (OCH 3 ) 5 , X (OC 2 H 5 ) 5, etc.), and organic compounds such as X acetate (X (CH 3 COO) 5 ) and oxalate (X (COO) 5 ) At least one selected from the group consisting of acid salts is preferred. In view of availability and cost, at least one compound selected from the group consisting of NH 4 H 2 PO 4 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 and V 2 O 5 is particularly preferred.

各原料の好適な組み合わせは、原子Aを含む化合物がAの炭酸塩またはAの炭酸水素塩;原子Mを含む化合物がMの酸化物;Siを含む化合物が酸化ケイ素;Geを含む化合物が酸化ゲルマニウム;原子Xを含む化合物がXの酸化物またはリン酸塩;である場合の組み合わせである。
原料調合物の組成は、原則として、当該原料調合物から得られる溶融物の組成と理論上対応するものである。ただし、該原料調合物中には、溶融中に揮発等により失われやすい成分(例えばLi)が存在するため、得られる溶融物の組成は各原料の仕込み量から計算される酸化物基準のモル%と若干相違する場合がある。そのような場合、揮発等により失われる量を考慮して、各原料の仕込み量を設定することが好ましい。本発明の製造方法においては、各原料の仕込み量を溶融物の組成の0.9〜1.2倍値としておくことが好ましい。
A suitable combination of the respective raw materials is that the compound containing atom A is carbonate or hydrogen carbonate of A; the compound containing atom M is an oxide of M; the compound containing Si is silicon oxide; the compound containing Ge is oxidized Germanium; a combination where the compound containing atom X is an oxide or phosphate of X;
In principle, the composition of the raw material formulation corresponds theoretically to the composition of the melt obtained from the raw material formulation. However, since the raw material preparation contains a component (for example, Li) that is easily lost due to volatilization or the like during melting, the composition of the resulting melt has an oxide-based mole calculated from the charged amount of each raw material. % May be slightly different. In such a case, it is preferable to set the charging amount of each raw material in consideration of the amount lost due to volatilization or the like. In the production method of the present invention, it is preferable that the charged amount of each raw material is set to a value 0.9 to 1.2 times the composition of the melt.

原料調合物中の各原料の純度は特に限定されない。反応性や二次電池用正極材料の物性等を考慮すると、水和水を除く純度が99質量%以上であることが好ましい。
各原料としては、粉砕した原料を用いるのが好ましい。各原料は、粉砕してから混合しても、混合した後に粉砕してもよい。粉砕は、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、遊星ミル等を用いて、乾式または湿式で行うことが好ましく、溶媒の除去工程が不要なことから、乾式が好ましい。原料調合物中の各原料の粒度は、混合操作、混合物の溶融容器への充填操作、混合物の溶融性等に悪影響を及ぼさない範囲であれば、限定されない。
The purity of each raw material in the raw material formulation is not particularly limited. Considering reactivity and physical properties of the positive electrode positive electrode material, the purity excluding hydration water is preferably 99% by mass or more.
As each raw material, it is preferable to use a pulverized raw material. Each raw material may be pulverized and mixed, or may be pulverized after mixing. The pulverization is preferably performed by a dry method or a wet method using a mixer, a ball mill, a jet mill, a planetary mill or the like, and a dry method is preferable because a solvent removal step is unnecessary. The particle size of each raw material in the raw material preparation is not limited as long as it does not adversely affect the mixing operation, the filling operation of the mixture into the melting container, the meltability of the mixture, and the like.

溶融工程(I)においては、前記の方法で得られた原料調合物を、次に加熱して溶融する。加熱は、原料調合物を容器等に入れ、加熱炉を用いて加熱し、溶融することが好ましい。該容器としては、アルミナ製、カーボン製、炭化ケイ素製、ホウ化ジルコニウム製、ホウ化チタン製、窒化ホウ素製、炭素製、白金製、ロジウムを含む白金合金製等、耐火物系煉瓦、および還元材料(例えばグラファイト)等の材料からなる容器が挙げられる。該容器は蓋を装着することが加熱炉中での揮発および蒸発防止のために好ましい。加熱炉は、抵抗加熱炉、高周波誘導炉、またはプラズマアーク炉が好ましい。抵抗加熱炉はニクロム合金等の合金製、炭化ケイ素製、またはケイ化モリブデン製の発熱体を備えた電気炉であるのが好ましい。   In the melting step (I), the raw material mixture obtained by the above method is then heated to melt. The heating is preferably performed by putting the raw material preparation into a container or the like and heating and melting it using a heating furnace. Examples of the container include alumina, carbon, silicon carbide, zirconium boride, titanium boride, boron nitride, carbon, platinum, platinum alloy containing rhodium, refractory bricks, and reduction. A container made of a material such as a material (for example, graphite) can be used. The container is preferably fitted with a lid in order to prevent volatilization and evaporation in the heating furnace. The heating furnace is preferably a resistance heating furnace, a high frequency induction furnace, or a plasma arc furnace. The resistance heating furnace is preferably an electric furnace provided with a heating element made of an alloy such as a nichrome alloy, silicon carbide, or molybdenum silicide.

加熱温度は1,300〜1,600℃が好ましく、1,400〜1,550℃が特に好ましい。ここで、溶融とは各原料が融解し、目視で透明な状態となることをいう。加熱温度が上記範囲の下限値以上であると溶融が容易になり、上限値以下であると原料の揮発がしにくくなる。加熱時間は0.2〜2時間が好ましく、0.5〜2時間が特に好ましい。加熱時間が上記範囲の下限値以上であると溶融物の均一性が充分になり、上限値以下であると原料が揮発しにくい。溶融工程(I)において、溶融物の均一性を上げるために撹拌してもよい。また、次工程の冷却工程(II)を行うまで、溶融温度より低い温度で溶融物を清澄させてもよい。   The heating temperature is preferably 1,300 to 1,600 ° C, particularly preferably 1,400 to 1,550 ° C. Here, melting means that each raw material is melted and is in a transparent state visually. When the heating temperature is not less than the lower limit of the above range, melting becomes easy, and when it is not more than the upper limit, the raw material is hardly volatilized. The heating time is preferably 0.2 to 2 hours, particularly preferably 0.5 to 2 hours. When the heating time is not less than the lower limit of the above range, the uniformity of the melt is sufficient, and when it is not more than the upper limit, the raw material is hardly volatilized. In the melting step (I), stirring may be performed to increase the uniformity of the melt. Further, the melt may be clarified at a temperature lower than the melting temperature until the next cooling step (II) is performed.

加熱は、空気中、不活性ガス中または還元ガス中で実施するのが好ましい。溶融の条件は、容器または加熱炉の種類や熱源等の加熱方法等の条件により、適宜変更できる。圧力は、常圧、加圧(1.1×105Pa以上)、減圧(0.9×105Pa以下)のいずれであってもよい。溶融の条件は還元ガス中が好ましい。酸化ガス中であってもよい。酸化ガス中で溶融した場合には、後工程の加熱工程(IV)で還元(例えばM3+からM2+への変化)を行うのが好ましい。 Heating is preferably carried out in air, in an inert gas or in a reducing gas. Melting conditions can be changed as appropriate depending on conditions such as the type of container or heating furnace and the heating method such as a heat source. The pressure may be any of normal pressure, pressurization (1.1 × 10 5 Pa or more), and reduced pressure (0.9 × 10 5 Pa or less). The melting condition is preferably in a reducing gas. It may be in oxidizing gas. In the case of melting in an oxidizing gas, it is preferable to perform reduction (for example, change from M 3+ to M 2+ ) in the subsequent heating step (IV).

ここで、不活性ガスとは、窒素ガス(N2)、およびヘリウムガス(He)やアルゴンガス(Ar)等の希ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種の不活性ガスを99体積%以上含むガスをいう。還元ガスとは、上記した不活性ガスに、還元性を有するガスを添加し、実質的に酸素を含まないガスをいう。還元性を有するガスとしては、水素ガス(H2)、一酸化炭素ガス(CO)およびアンモニアガス(NH3)等が挙げられる。不活性ガス中の還元性を有するガスの量は、全気体体積中に含まれる還元性を有するガスの量が0.1体積%以上であるのが好ましく、1〜10体積%が特に好ましい。酸素の含有量は、該気体体積中に1体積%以下が好ましく、0.1体積%以下が特に好ましい。 Here, the inert gas is 99% by volume or more of at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen gas (N 2 ) and rare gases such as helium gas (He) and argon gas (Ar). Contains gas. The reducing gas refers to a gas that is substantially free of oxygen by adding a reducing gas to the above-described inert gas. Examples of the reducing gas include hydrogen gas (H 2 ), carbon monoxide gas (CO), and ammonia gas (NH 3 ). The amount of the reducing gas in the inert gas is preferably 0.1% by volume or more, and more preferably 1 to 10% by volume of the reducing gas contained in the total gas volume. The oxygen content is preferably 1% by volume or less, and particularly preferably 0.1% by volume or less in the gas volume.

(冷却工程(II))
冷却工程(II)は、溶融工程(I)で得られた溶融物を室温(20〜25℃)付近まで冷却して固化物を得る工程である。固化物は非晶質物であることが好ましいが、固化物の一部は結晶化物であってもよい。固化物が非晶質物を含むことで、次の粉砕工程(III)が実施しやすくなり、ケイ酸化合物の組成や粒径が制御しやすくなる。固化物が結晶化物を含む場合、加熱工程(IV)で結晶化物が結晶核となり、結晶化しやすくなる。固化物中の結晶化物の量は、固化物の全質量に対して0〜30質量%であることが好ましい。結晶化物を多く含むと粒状やフレーク状の固化物を得ることが困難となる。また、冷却機器の損耗を早め、その後の粉砕工程(III)の負担が大きくなる。
(Cooling step (II))
The cooling step (II) is a step of cooling the melt obtained in the melting step (I) to near room temperature (20 to 25 ° C.) to obtain a solidified product. The solidified product is preferably an amorphous material, but a part of the solidified product may be a crystallized product. When the solidified product contains an amorphous material, the next pulverization step (III) can be easily performed, and the composition and particle size of the silicate compound can be easily controlled. In the case where the solidified product contains a crystallized product, the crystallized product becomes a crystal nucleus in the heating step (IV), and crystallization is facilitated. The amount of the crystallized product in the solidified product is preferably 0 to 30% by mass with respect to the total mass of the solidified product. When a large amount of crystallized material is contained, it becomes difficult to obtain a granular or flaky solidified material. Moreover, the wear of the cooling device is accelerated, and the burden of the subsequent pulverization step (III) is increased.

溶融物の冷却は、空気中、不活性ガス中、または還元ガス中で行うのが、設備が簡便であることから好ましい。   It is preferable to cool the melt in the air, in an inert gas, or in a reducing gas because the equipment is simple.

溶融物の冷却速度は−1×103℃/秒以上が好ましく、−1×104℃/秒以上が特に好ましい。本明細書では、冷却する場合の単位時間当たりの温度変化(すなわち冷却速度)を負の値で示し、加熱する場合の単位時間当たりの温度変化(すなわち加熱速度)を正の値で示す。冷却速度を該値以上にすると非晶質物が得られやすい。冷却速度の上限値は製造設備や大量生産性の点から−1×1010℃/秒程度が好ましく、実用性の点からは1×108℃/秒が特に好ましい。
溶融物の冷却は、前工程の溶融工程(I)の加熱温度である1,300〜1,600℃から室温(20〜25℃)付近までを、冷却速度を−1×103〜−1×1010℃/秒で冷却することが好ましい。
The cooling rate of the melt is preferably not less than -1 × 10 3 ℃ / sec, -1 × 10 4 ℃ / sec or more is particularly preferable. In the present specification, a temperature change per unit time (ie, cooling rate) in the case of cooling is indicated by a negative value, and a temperature change per unit time in case of heating (ie, the heating rate) is indicated by a positive value. When the cooling rate is higher than this value, an amorphous material is easily obtained. The upper limit of the cooling rate is preferably about −1 × 10 10 ° C./second from the viewpoint of production equipment and mass productivity, and 1 × 10 8 ° C./second is particularly preferable from the viewpoint of practicality.
The melt is cooled from 1,300 to 1,600 ° C., which is the heating temperature in the melting step (I) of the previous step, to around room temperature (20 to 25 ° C.) at a cooling rate of −1 × 10 3 to −1. It is preferable to cool at × 10 10 ° C / second.

溶融物の冷却方法としては、高速で回転する双ローラの間に溶融物を滴下して冷却する方法、回転する単ローラに溶融物を滴下して冷却する方法、溶融物を冷却したカーボン板や金属板にプレスして冷却する方法が好ましい。なかでも、双ローラを用いた冷却方法が、冷却速度が速く、大量に処理できるので特に好ましい。双ローラとしては、金属製、カーボン製、セラミックス製のものを用いることが好ましい。   As a method for cooling the melt, a method in which the melt is dropped between twin rollers rotating at a high speed, a method in which the melt is dropped on a rotating single roller to cool, a carbon plate that has cooled the melt, A method of cooling by pressing on a metal plate is preferred. Among these, a cooling method using twin rollers is particularly preferable because the cooling rate is high and a large amount of processing can be performed. As the double roller, it is preferable to use one made of metal, carbon or ceramic.

冷却工程(II)で得る固化物は、フレーク状または繊維状が好ましい。フレーク状の場合には、平均厚さが200μm以下が好ましく、100μm以下が特に好ましい。フレーク状の平均厚さに垂直な面の平均直径は、特に限定されない。繊維状の場合には、平均直径が50μm以下が好ましく、30μm以下が特に好ましい。平均厚さや平均直径の上限値以下であると、粉砕工程(III)の負担を軽減でき、加熱工程(IV)における結晶化効率を高くすることができる。平均厚さおよび平均直径は、ノギスやマイクロメータにより測定することができる。平均直径は、顕微鏡観察により測定することもできる。   The solidified product obtained in the cooling step (II) is preferably flaky or fibrous. In the case of flakes, the average thickness is preferably 200 μm or less, particularly preferably 100 μm or less. The average diameter of the plane perpendicular to the flaky average thickness is not particularly limited. In the case of a fibrous form, the average diameter is preferably 50 μm or less, particularly preferably 30 μm or less. When the average thickness or the average diameter is not more than the upper limit value, the burden of the pulverization step (III) can be reduced, and the crystallization efficiency in the heating step (IV) can be increased. The average thickness and average diameter can be measured with a caliper or a micrometer. The average diameter can also be measured by microscopic observation.

(粉砕工程(III))
粉砕工程(III)は、冷却工程(II)で得られた固化物を粉砕して粉砕物を得る工程である。固化物は通常の場合、非晶質物を多く含む、または非晶質物からなるため、粉砕がしやすい利点がある。また、粉砕に使用する装置に負担をかけずに粉砕ができ、かつ粒径が制御しやすい利点がある。一方、従来の固相反応は、加熱工程後に粉砕を行うが、粉砕によって残留応力が生じ、電池特性等を悪化させる問題があることに本発明者は気づいた。本発明の製造方法では、加熱工程(IV)の前に粉砕工程(III)を行うため、粉砕工程(III)で生じた残留応力を加熱工程(IV)で低減または除去できる。
(Crushing step (III))
The pulverization step (III) is a step of pulverizing the solidified product obtained in the cooling step (II) to obtain a pulverized product. Since the solidified product usually contains a large amount of amorphous material or consists of an amorphous material, there is an advantage that it can be easily pulverized. Further, there is an advantage that pulverization can be performed without imposing a burden on an apparatus used for pulverization and the particle size can be easily controlled. On the other hand, in the conventional solid phase reaction, pulverization is performed after the heating step. However, the present inventor has noticed that there is a problem that residual stress is generated by the pulverization and battery characteristics and the like are deteriorated. In the production method of the present invention, since the pulverization step (III) is performed before the heating step (IV), the residual stress generated in the pulverization step (III) can be reduced or removed in the heating step (IV).

粉砕は、カッターミル、ジョークラッシャー、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、遊星ミル等を用いて行うことが好ましい。また、粒子径により各手法を段階的に用いることで、効率よく粉砕を進めることができる。例えば、手揉みやハンマー等で予備的に細かくすると、粉砕工程を負担が軽減するので好ましい。また、カッターミルで予備的な粉砕をした後、遊星ミルやボールミルを用いで粉砕することで、粉砕にかかる時間を短縮できるので好ましい。生産性の観点から、特にボールミルを用いることが好ましい。   The pulverization is preferably performed using a cutter mill, jaw crusher, hammer mill, ball mill, jet mill, planetary mill or the like. Moreover, pulverization can be efficiently advanced by using each method stepwise depending on the particle diameter. For example, it is preferable to preliminarily make it fine with a hand massage or a hammer because the burden on the grinding process is reduced. Further, after preliminary pulverization with a cutter mill, pulverization with a planetary mill or ball mill is preferable because the time required for pulverization can be shortened. From the viewpoint of productivity, it is particularly preferable to use a ball mill.

粉砕メディアとしては、ジルコニアボール、アルミナボール、ガラスボール等を用いることが好ましい。特に、ジルコニアボールは磨耗率が低く、不純物の混入を抑制できるので好ましい。粉砕メディアの直径は0.1〜30mmが好ましい。粉砕を多段階にし、大きい粉砕メディアで粉砕を行った後、粉砕メディアと粉砕物を分離し、さらに小さい粉砕メディアを用いて粉砕してもよい。該方法であると、未粉砕粒子の残存を抑制できる。
粉砕容器は特に限定されないが、容器内に粉砕メディアと固化物とを容器高さの30〜80%まで入れると粉砕効率がよい。ボールミルを用いる場合、粉砕時間は6〜360時間が好ましく、6〜120時間がより好ましく、12〜96時間が特に好ましい。粉砕時間が上記範囲の下限値以上であると充分に粉砕を進めることができ、上限値以下であると過粉砕が抑制できる。
As the grinding media, it is preferable to use zirconia balls, alumina balls, glass balls or the like. In particular, zirconia balls are preferable because they have a low wear rate and can suppress the mixing of impurities. The diameter of the grinding media is preferably 0.1 to 30 mm. After pulverization is performed in multiple stages and pulverization is performed with a large pulverization medium, the pulverization medium and the pulverized product may be separated and pulverized using a smaller pulverization medium. With this method, the remaining of unground particles can be suppressed.
The pulverization container is not particularly limited, but the pulverization efficiency is good when the pulverization media and the solidified material are placed in the container up to 30 to 80% of the container height. When using a ball mill, the grinding time is preferably 6 to 360 hours, more preferably 6 to 120 hours, and particularly preferably 12 to 96 hours. If the pulverization time is not less than the lower limit of the above range, the pulverization can be sufficiently advanced, and if it is not more than the upper limit, excessive pulverization can be suppressed.

粉砕は乾式または湿式のいずれで行ってもよいが、粉砕粒度の観点から湿式で行うのが好ましい。粉砕に用いる溶媒(以下、粉砕溶媒ともいう。)としては、水、またはエタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、トルエン等の有機溶媒を用いることができる。コストや安全性の面からは水が好ましい。一方、極性溶媒では固化物が溶出してしまう等の問題が発生する場合には、有機溶媒が好ましい。粉砕溶媒は粉砕メディアが入った状態で、容器高さの30〜80%まで充填すると、粉砕効率がよくなる。粉砕を湿式で行った場合、粉砕溶媒を沈降、濾過、減圧乾燥、加熱乾燥等で除去した後に、加熱工程(IV)を実施するのが好ましい。ただし、粉砕溶媒が少ない場合、特に粉砕物の質量に占める固形分の質量の割合が30%以上の場合には、粉砕溶媒を含んだ粉砕物のままで加熱工程(IV)に供してもよい。   The pulverization may be performed either dry or wet, but is preferably performed wet from the viewpoint of pulverization particle size. As a solvent used for pulverization (hereinafter also referred to as pulverization solvent), water or an organic solvent such as ethanol, isopropyl alcohol, acetone, hexane, or toluene can be used. Water is preferable from the viewpoint of cost and safety. On the other hand, when a problem such as elution of the solidified product occurs in the polar solvent, the organic solvent is preferable. When the grinding solvent contains grinding media and is filled to 30 to 80% of the container height, grinding efficiency is improved. When the pulverization is performed by a wet process, it is preferable to carry out the heating step (IV) after removing the pulverization solvent by sedimentation, filtration, drying under reduced pressure, drying by heating, or the like. However, when the pulverizing solvent is small, particularly when the ratio of the mass of the solid content to the mass of the pulverized product is 30% or more, the pulverized product containing the pulverizing solvent may be used for the heating step (IV). .

粉砕物の平均粒径は、体積換算のメディアン径で10nm〜5μmが好ましく、10nm〜500nmが特に好ましい。平均粒径が上記範囲の下限値以上であると、加熱工程(IV)で粉砕物同士が焼結して粒径が大きくなりすぎることがないために好ましい。上記範囲の上限値以下であると、加熱工程(IV)での加熱温度や時間を低減でき、また得られるケイ酸化合物の粒径を小さくできるため好ましい。平均粒径は、例えば沈降法やレーザ回折/散乱式粒子径測定装置、フロー式画像分析装置で測定でき、作業性の点からレーザ回折/散乱式粒子径測定装置で測定することが好ましい。   The average particle size of the pulverized product is preferably 10 nm to 5 μm, particularly preferably 10 nm to 500 nm, in terms of volumetric median diameter. It is preferable for the average particle size to be equal to or greater than the lower limit of the above range because the pulverized products do not sinter and become too large in the heating step (IV). It is preferable for it to be not more than the upper limit of the above range because the heating temperature and time in the heating step (IV) can be reduced, and the particle size of the resulting silicate compound can be reduced. The average particle diameter can be measured by, for example, a sedimentation method, a laser diffraction / scattering particle diameter measuring apparatus, or a flow image analyzer, and is preferably measured by a laser diffraction / scattering particle diameter measuring apparatus from the viewpoint of workability.

本発明におけるケイ酸化合物は絶縁物質であるため、二次電池用正極材料として用いる場合には、ケイ酸化合物の表面の少なくとも一部を導電材で被覆することが好ましい。粉砕工程(III)においては、固化物に導電材となる炭素源を含ませるのが好ましい。炭素源としては、有機化合物および炭素系導電活物質からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。炭素源としては、有機化合物のみ、炭素系導電活物質のみ、有機化合物と炭素系導電活物質とを併用のいずれでもよいが、有機化合物と炭素系導電活物質とを併用することが特に好ましい。併用することによって、ケイ酸化合物内での炭素系導電活物質の分布が均一となり、また有機化合物やその熱分解物(炭化物)との接触面積が大きくなる。これらによって、ケイ酸化合物を用いた二次電池用正極材料の導電性を高めることができる。
粉砕工程(III)は、固化物と炭素源との粉砕物を得る工程であるのが好ましい。粉砕工程(III)は、固化物と炭素源とを混合した後に粉砕する工程、固化物と炭素源とをそれぞれ粉砕した後に混合する工程、また、固化物を粉砕した後に炭素源と含ませる工程であるのがより好ましい。なお、炭素源が有機化合物のみである場合には、粉砕せずに、固化物と混合できる。
Since the silicate compound in the present invention is an insulating material, when used as a positive electrode material for a secondary battery, it is preferable to coat at least a part of the surface of the silicate compound with a conductive material. In the pulverization step (III), the solidified product preferably contains a carbon source serving as a conductive material. The carbon source is preferably at least one selected from the group consisting of organic compounds and carbon-based conductive active materials. As the carbon source, only an organic compound, only a carbon-based conductive active material, or a combination of an organic compound and a carbon-based conductive active material may be used, but it is particularly preferable to use an organic compound and a carbon-based conductive active material in combination. By using in combination, the distribution of the carbon-based conductive active material in the silicate compound becomes uniform, and the contact area with the organic compound and its thermal decomposition product (carbide) increases. By these, the electroconductivity of the positive electrode material for secondary batteries using a silicate compound can be improved.
The pulverization step (III) is preferably a step of obtaining a pulverized product of a solidified product and a carbon source. The pulverization step (III) includes a step of mixing the solidified product and the carbon source and then pulverizing, a step of mixing the solidified product and the carbon source after pulverizing, and a step of adding the carbon source after pulverizing the solidified product. It is more preferable that In addition, when a carbon source is only an organic compound, it can mix with a solidified material, without grind | pulverizing.

炭素源の質量の割合は、炭素源中の炭素換算量(質量)が、固化物の質量と、該炭素源中の炭素換算量(質量)との合計質量に対して、0.1〜20質量%となる量が好ましく、0.1〜10質量%となる量がより好ましく、2〜10質量%となる量が特に好ましい。炭素源の量を上記範囲の下限値以上とすることで、ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いる場合に電気伝導性を充分に高めることができる。上記範囲の上限値以下とすることで、ケイ酸化合物を被覆する導電材の厚さが厚くなりすぎず、ケイ酸化合物を用いて二次電池用正極を製造した際に、二次電池用正極材料に電解液を充分に行きわたらせることができる。   The ratio of the mass of the carbon source is such that the carbon conversion amount (mass) in the carbon source is 0.1 to 20 with respect to the total mass of the mass of the solidified product and the carbon conversion amount (mass) in the carbon source. An amount of mass% is preferred, an amount of 0.1-10 mass% is more preferred, and an amount of 2-10 mass% is particularly preferred. By setting the amount of the carbon source to be equal to or more than the lower limit of the above range, the electrical conductivity can be sufficiently increased when the silicate compound is used as the positive electrode material for the secondary battery. When the thickness of the conductive material covering the silicate compound does not become too thick by setting it to the upper limit of the above range or less, the positive electrode for the secondary battery is manufactured using the silicate compound. The electrolyte can be sufficiently distributed to the material.

〈有機化合物〉
炭素源としての有機化合物は、不活性ガス中または還元ガス中で加熱した際に熱分解反応し、酸素や水素が離脱して炭化する化合物が好ましい。有機化合物としては、糖類、アルカン、アミノ酸類、ペプチド類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、テルペン類、複素環式アミン類、脂肪酸および官能基を有する脂肪族非環状ポリマーからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。該有機化合物は1種を用いても、2種以上を用いてもよい。
糖類としては、グルコース、フラクトース、ガラクトース等の単糖類、スクロース、マルトース、セロビオース、トレハロース等のオリゴ糖、転化糖、デキストリン、アミロース、アミロペクチン、セルロース等の多糖類、およびアスコルビン酸等が挙げられる。
アルカンとしては、炭素数が10〜40のパラフィンが好ましい。
アミノ酸類としては、アラニン、グリシン等のアミノ酸が挙げられる。
ペプチド類としては、分子量が1,000以下の低分子ペプチドが挙げられる。
<Organic compounds>
The organic compound as the carbon source is preferably a compound that undergoes a thermal decomposition reaction when heated in an inert gas or a reducing gas, and carbonizes by releasing oxygen and hydrogen. The organic compound is selected from the group consisting of saccharides, alkanes, amino acids, peptides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, terpenes, heterocyclic amines, fatty acids and aliphatic acyclic polymers having functional groups. At least one is preferred. 1 type may be used for this organic compound, or 2 or more types may be used for it.
Examples of the saccharide include monosaccharides such as glucose, fructose and galactose, oligosaccharides such as sucrose, maltose, cellobiose and trehalose, invert sugar, polysaccharides such as dextrin, amylose, amylopectin and cellulose, ascorbic acid and the like.
As the alkane, paraffin having 10 to 40 carbon atoms is preferable.
Examples of amino acids include amino acids such as alanine and glycine.
Peptides include low molecular weight peptides having a molecular weight of 1,000 or less.

アルデヒド類としては、炭素数が7〜20の芳香族アルデヒドが好ましい。好ましい例としては、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、ペリルアルデヒド等が挙げられる。
カルボン酸類としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸等が挙げられる。
ケトン類としては、炭素数が6〜20の芳香族ケトンが好ましい。好ましい例としては、アセトフェノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
テルペン類としては、二環性モノテルペンまたはその誘導体が好ましい。好ましい例としてカンファーが挙げられる。
複素環式アミン類としては、アミノ基を分子内に1〜3個有する化合物が好ましい。好ましい例としてメラミンが挙げられる。
脂肪酸としては、炭素数が10〜30の飽和脂肪酸が好ましく、炭素数が10〜20の飽和脂肪酸が特に好ましい。好ましい例としてステアリン酸、オレイン酸、リノール酸等が挙げられる。
As the aldehydes, aromatic aldehydes having 7 to 20 carbon atoms are preferable. Preferable examples include benzaldehyde, cinnamaldehyde, perillaldehyde and the like.
Examples of carboxylic acids include acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, benzoic acid, phthalic acid, maleic acid and the like.
As the ketones, aromatic ketones having 6 to 20 carbon atoms are preferable. Preferred examples include acetophenone and cyclohexanone.
As the terpenes, bicyclic monoterpenes or derivatives thereof are preferable. A preferred example is camphor.
As the heterocyclic amines, compounds having 1 to 3 amino groups in the molecule are preferable. A preferred example is melamine.
As the fatty acid, a saturated fatty acid having 10 to 30 carbon atoms is preferable, and a saturated fatty acid having 10 to 20 carbon atoms is particularly preferable. Preferable examples include stearic acid, oleic acid, linoleic acid and the like.

官能基を有する脂肪族非環状ポリマーは、水酸基、カルボキ基、スルホ基、およびそれらの誘導体、エーテル性酸素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を有することが好ましい。該脂肪族非環状ポリマーは、水酸基、カルボキシ基、スルホ基、およびそれらの誘導体、エーテル性酸素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を有する脂肪族非環状モノマーを重合して得られるポリマーであるのが好ましい。該モノマーとしては、ビニルアルコール、アクリル酸、ビニルスルホン酸、エチレングリコール、環状エーテル(エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等)等が挙げられる。ケイ酸化合物への密着性の点から、ビニルアルコール、アクリル酸およびエチレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
該脂肪族非環状ポリマーの好ましい例としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等が挙げられる。
The aliphatic acyclic polymer having a functional group preferably has at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxy group, a sulfo group, derivatives thereof, and an etheric oxygen atom. The aliphatic acyclic polymer is a polymer obtained by polymerizing an aliphatic acyclic monomer having at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxy group, a sulfo group, a derivative thereof, and an etheric oxygen atom. Is preferred. Examples of the monomer include vinyl alcohol, acrylic acid, vinyl sulfonic acid, ethylene glycol, cyclic ether (ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, etc.) and the like. From the viewpoint of adhesion to a silicic acid compound, at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, acrylic acid and ethylene glycol is preferable.
Preferable examples of the aliphatic acyclic polymer include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid and the like.

有機化合物の数平均分子量は特に限定されないが、100〜50,000が好ましく、100〜20,000が特に好ましい。数平均分子量が上記範囲の下限値以上であると、加熱工程(IV)で有機化合物が揮発せず、導電性炭素が残りやすい。上記範囲の上限値以下であると、粉砕工程(III)で粉砕物の表面に有機化合物を付着させやすい。   Although the number average molecular weight of an organic compound is not specifically limited, 100-50,000 are preferable and 100-20,000 are especially preferable. When the number average molecular weight is not less than the lower limit of the above range, the organic compound does not volatilize in the heating step (IV), and conductive carbon tends to remain. When the amount is not more than the upper limit of the above range, the organic compound is likely to adhere to the surface of the pulverized product in the pulverization step (III).

有機化合物としては、グルコース、スクロース、グルコース−フラクトース転化糖、カラメル、パラフィン、澱粉、α化した澱粉、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、カンファー、メラミン、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、アスコルビン酸、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、およびフェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種がより好ましく、グルコース、スクロース、エチルセルロース、カンファー、メラミン、ステアリン酸、アスコルビン酸、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、およびポリアクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が特に好ましい。   Organic compounds include glucose, sucrose, glucose-fructose invert sugar, caramel, paraffin, starch, pregelatinized starch, carboxymethylcellulose, ethylcellulose, camphor, melamine, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, ascorbic acid, polyethylene glycol, More preferable is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, and phenolic resin, from glucose, sucrose, ethyl cellulose, camphor, melamine, stearic acid, ascorbic acid, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and polyacrylic acid. Particularly preferred is at least one selected from the group consisting of

〈炭素系導電活物質〉
炭素源としての炭素系導電活物質は、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンファイバおよびアモルファスカーボンからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。アモルファスカーボンとしては、FTIR分析において、正極材料の導電性低下の原因となるC−O結合ピークやC−H結合ピークが実質的に検出されないものが好ましい。
<Carbon-based conductive active material>
The carbon-based conductive active material as the carbon source is preferably at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, acetylene black, carbon fiber, and amorphous carbon. As the amorphous carbon, those in which a C—O bond peak or a C—H bond peak causing a decrease in conductivity of the positive electrode material is not substantially detected in the FTIR analysis are preferable.

固化物に炭素源として有機化合物を含ませる場合の粉砕工程(III)は、粉砕物の表面に均一に分散させるために、湿式で行うのが好ましい。固化物に炭素源として炭素系導電活物質のみを含ませる場合の粉砕工程(III)は、乾式が好ましい。   The pulverization step (III) in the case where an organic compound is included as a carbon source in the solidified product is preferably performed by a wet method in order to uniformly disperse the pulverized product on the surface. The pulverization step (III) in the case where only the carbon-based conductive active material is included as a carbon source in the solidified product is preferably dry.

(加熱工程(IV))
加熱工程(IV)は、粉砕工程(III)で得られた粉砕物を加熱し、ケイ酸化合物(2)を得る工程である。加熱工程(IV)においては、ケイ酸化合物(2)を粒子状の物質として得ることが好ましい。該粒子状のケイ酸化合物(2)は、結晶粒子であることがより好ましく、オリビン型の結晶構造であることが特に好ましい。ケイ酸化合物(2)は非晶質物を含まないことが好ましい。ケイ酸化合物(2)が非晶質物を含まないことは、X線回折でハローパターンが検出されないことにより確認されうる。
(Heating step (IV))
The heating step (IV) is a step of heating the pulverized product obtained in the pulverizing step (III) to obtain the silicate compound (2). In the heating step (IV), it is preferable to obtain the silicic acid compound (2) as a particulate substance. The particulate silicic acid compound (2) is more preferably a crystal particle, and particularly preferably an olivine type crystal structure. It is preferable that the silicic acid compound (2) does not contain an amorphous substance. That the silicic acid compound (2) does not contain an amorphous substance can be confirmed by the fact that the halo pattern is not detected by X-ray diffraction.

加熱工程(IV)は、粉砕物を加熱することから、粉砕によって生じた残留応力の緩和が促進される。また、加熱により結晶核の生成および粒成長を行うため、ケイ酸化合物の組成、粒径およびその分布の制御が容易である。さらに、粉砕工程(III)で炭素源を含ませた場合の加熱工程(IV)は、生成物、好ましくは生成物の結晶粒子の表面に、導電材を結合させる工程となりうる。炭素源のうちの有機化合物は、加熱工程(IV)で熱分解され、炭化物となって導電材として機能する。粉砕工程(III)を湿式で行った場合には、粉砕溶媒の除去を加熱工程時に同時に行ってもよい。   In the heating step (IV), since the pulverized product is heated, the relaxation of the residual stress generated by the pulverization is promoted. In addition, since the generation of crystal nuclei and grain growth are performed by heating, the composition, particle diameter, and distribution of the silicate compound can be easily controlled. Further, the heating step (IV) when the carbon source is included in the pulverization step (III) can be a step of bonding a conductive material to the surface of the product, preferably the crystal grains of the product. The organic compound in the carbon source is thermally decomposed in the heating step (IV), becomes a carbide, and functions as a conductive material. When the pulverization step (III) is performed in a wet manner, the pulverization solvent may be removed simultaneously with the heating step.

加熱温度は、500〜1,000℃が好ましい。加熱温度が500℃以上であると、反応が生じやすくなり、ケイ酸化合物の結晶が生成しやすくなる。加熱温度が1,000℃以下であると、粉砕物が融解しにくく、結晶系や粒子径を制御しやすい。加熱温度は600〜900℃が特に好ましい。該加熱温度である場合には、適度な結晶性、粒子径、粒度分布等を有する結晶粒子が得られやすく、さらにオリビン型の結晶構造を有するケイ酸化合物の結晶粒子が得られやすい。   The heating temperature is preferably 500 to 1,000 ° C. When the heating temperature is 500 ° C. or higher, a reaction is likely to occur, and a crystal of a silicate compound is easily generated. When the heating temperature is 1,000 ° C. or less, the pulverized product is difficult to melt, and the crystal system and particle diameter can be easily controlled. The heating temperature is particularly preferably 600 to 900 ° C. When the heating temperature is used, crystal particles having appropriate crystallinity, particle diameter, particle size distribution, etc. are easily obtained, and further, silicate compound crystal particles having an olivine type crystal structure are easily obtained.

加熱は一定温度で保持することに限らず、多段階に保持温度を設定して行ってもよい。加熱温度が高くなると、生成する粒子の粒子径が大きくなる傾向があるため、所望の粒子径に応じて加熱温度を設定するのが好ましい。また、加熱時間(加熱温度による保持時間)は、所望の粒子径を考慮して1〜72時間が好ましい。加熱は、ボックス炉、トンネルキルン炉、ローラーハースキルン炉、ロータリーキルン炉、マイクロウェーブ加熱炉等で行うのが好ましい。   The heating is not limited to being held at a constant temperature, and may be performed by setting the holding temperature in multiple stages. When the heating temperature is increased, the particle diameter of the generated particles tends to increase. Therefore, it is preferable to set the heating temperature according to the desired particle diameter. The heating time (holding time depending on the heating temperature) is preferably 1 to 72 hours in consideration of a desired particle size. Heating is preferably carried out in a box furnace, tunnel kiln furnace, roller hearth kiln, rotary kiln furnace, microwave heating furnace or the like.

加熱は、空気中、不活性ガス中、または還元ガス中で実施することが好ましく、不活性ガス中または還元ガス中で実施することが特に好ましい。不活性ガスおよび還元ガスの条件は、溶融工程(I)における条件と同じである。圧力は、常圧、加圧(1.1×105Pa以上)、減圧(0.9×105Pa以下)のいずれでもよい。また、還元剤(例えばグラファイト)と粉砕物とを入れた容器を加熱炉内に装填して実施した場合には、粉砕物中のMの還元(例えばM3+からM2+への変化)を促進することができる。これによって、ケイ酸化合物(2)を再現性よく得ることができる。 Heating is preferably performed in air, an inert gas, or a reducing gas, and particularly preferably performed in an inert gas or a reducing gas. The conditions of the inert gas and the reducing gas are the same as those in the melting step (I). The pressure may be normal pressure, increased pressure (1.1 × 10 5 Pa or more), and reduced pressure (0.9 × 10 5 Pa or less). Further, when a container containing a reducing agent (for example, graphite) and pulverized material is loaded in a heating furnace, reduction of M in the pulverized material (for example, change from M 3+ to M 2+ ) is performed. Can be promoted. Thereby, the silicic acid compound (2) can be obtained with good reproducibility.

加熱工程(IV)後において、通常は室温まで冷却する。該冷却における冷却速度は、−30〜−300℃/時間が好ましい。冷却速度を該範囲にすることにより、加熱による歪みを除去でき、生成物が結晶質を含む場合は、結晶構造を保ったまま目的物を得ることができる。また、冷却は、放置して室温まで冷却してもよい。冷却は、放置して室温まで冷却させるのが好ましい。冷却は、不活性ガス中または還元ガス中で行うのが好ましい。
冷却は、加熱工程(IV)の500〜1,000℃から室温までを、冷却速度を−30〜−300℃/時間で冷却することが好ましい。
After the heating step (IV), it is usually cooled to room temperature. The cooling rate in the cooling is preferably -30 to -300 ° C / hour. By setting the cooling rate within this range, distortion due to heating can be removed, and when the product contains a crystalline substance, the target product can be obtained while maintaining the crystal structure. Further, the cooling may be left to cool to room temperature. The cooling is preferably allowed to cool to room temperature. Cooling is preferably performed in an inert gas or a reducing gas.
The cooling is preferably performed from the heating step (IV) of 500 to 1,000 ° C. to room temperature at a cooling rate of −30 to −300 ° C./hour.

本発明の好ましい一態様として、導電材となる炭素源を粉砕工程(III)で含ませる態様が挙げられる。さらに、該態様においては、粉砕工程(III)で得た粉砕物を不活性ガス中または還元ガス中で加熱して、ケイ酸化合物(2)を得た後、該ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物を得て、次に、該粉砕物を不活性ガス中または還元ガス中で加熱する態様が好ましい。
炭素源の種類や機能等は、前述した通りである。
なお、ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物を得る方法は、ケイ酸化合物(2)と炭素源とを混合した後に粉砕する方法、ケイ酸化合物(2)と炭素源とをそれぞれ粉砕した後に混合する方法、または炭素源を粉砕せずに、ケイ酸化合物(2)を粉砕した後に炭素源を含ませる方法が挙げられる。
As a preferable aspect of the present invention, an aspect in which a carbon source to be a conductive material is included in the pulverization step (III) can be mentioned. Furthermore, in this embodiment, after the pulverized product obtained in the pulverization step (III) is heated in an inert gas or a reducing gas to obtain the silicate compound (2), the silicate compound (2) and An embodiment in which a pulverized product with a carbon source is obtained and then the pulverized product is heated in an inert gas or a reducing gas is preferable.
The types and functions of the carbon source are as described above.
The method for obtaining a pulverized product of the silicate compound (2) and the carbon source is a method of mixing the silicate compound (2) and the carbon source and then pulverizing the silicate compound (2) and the carbon source. The method of mixing after grind | pulverizing, or the method of including a carbon source after grind | pulverizing a silicic acid compound (2), without grind | pulverizing a carbon source is mentioned.

炭素源の質量の割合は、炭素源中の炭素換算量(質量)が、ケイ酸化合物(2)の質量と、該炭素源中の炭素換算量(質量)との合計質量に対して、0.1〜20質量%となる量が好ましく、0.1〜10質量%となる量がより好ましく、2〜10質量%となる量が特に好ましい。炭素源の量の規定理由は、粉砕工程(III)で述べた通りである。
炭素源の使用量は、上述を満たすように選択される。ケイ酸化合物(2)の質量と炭素源の質量との合計量に対して、1〜50質量%が好ましく、3〜45質量%が特に好ましい。
The ratio of the mass of the carbon source is such that the carbon equivalent amount (mass) in the carbon source is 0 with respect to the total mass of the mass of the silicate compound (2) and the carbon equivalent amount (mass) in the carbon source. The amount of 1 to 20% by mass is preferable, the amount of 0.1 to 10% by mass is more preferable, and the amount of 2 to 10% by mass is particularly preferable. The reason for defining the amount of the carbon source is as described in the pulverization step (III).
The amount of carbon source used is selected to satisfy the above. 1-50 mass% is preferable with respect to the total amount of the mass of a silicic acid compound (2), and the mass of a carbon source, and 3-45 mass% is especially preferable.

ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物を得るための好ましい粉砕条件は、粉砕工程(III)における粉砕条件と同様である。   Preferable pulverization conditions for obtaining a pulverized product of the silicic acid compound (2) and the carbon source are the same as the pulverization conditions in the pulverization step (III).

粉砕は乾式または湿式のいずれで行ってもよいが、ケイ酸化合物(2)と炭素源とを均一に混合できる点から、湿式で行うのが好ましい。ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕を湿式で行う場合、溶媒(粉砕溶媒)の種類や使用量は、粉砕工程(III)を湿式で行う場合の条件と同様とするのが好ましい。ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕を湿式で行った場合は、粉砕溶媒を沈降、濾過、減圧乾燥、加熱乾燥等で除去した後に、次の加熱を実施するのが好ましい。ただし、粉砕溶媒に対する固形分の割合が30%以上の場合には、粉砕溶媒を含んだ粉砕物のままで加熱を実施してもよい。   The pulverization may be performed either dry or wet, but is preferably performed in a wet manner from the viewpoint that the silicate compound (2) and the carbon source can be uniformly mixed. When the pulverization of the silicic acid compound (2) and the carbon source is carried out in a wet manner, the type and amount of the solvent (grinding solvent) are preferably the same as the conditions for carrying out the pulverization step (III) in a wet manner. When the pulverization of the silicic acid compound (2) and the carbon source is performed in a wet manner, it is preferable to carry out the following heating after removing the pulverizing solvent by sedimentation, filtration, drying under reduced pressure, drying by heating, and the like. However, when the ratio of the solid content with respect to the grinding solvent is 30% or more, the pulverized product containing the grinding solvent may be used for heating.

ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物の加熱は、不活性ガス中または還元ガス中で行うのが好ましい。炭素源が有機化合物である場合には、該有機化合物が加熱時に炭化されてケイ酸化合物(2)の表面を被覆するため、導電性炭素のケイ酸化合物(2)の表面に対する密着性を高めることができる。炭素源として炭素系導電活物質を用いた場合にも、ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物を不活性ガス中または還元ガス中で加熱することによって、導電性炭素のケイ酸化合物(2)の表面に対する密着性を高めることができる。表面を導電性炭素で被覆したケイ酸化合物(2)は、加熱時に成分の酸化または揮発により組成が変化してもよい。   The pulverized product of the silicate compound (2) and the carbon source is preferably heated in an inert gas or a reducing gas. When the carbon source is an organic compound, the organic compound is carbonized during heating to cover the surface of the silicic acid compound (2), so that the adhesion of the conductive carbon to the surface of the silicic acid compound (2) is increased. be able to. Even when a carbon-based conductive active material is used as the carbon source, the pulverized product of the silicate compound (2) and the carbon source is heated in an inert gas or a reducing gas to thereby produce a silicate compound of conductive carbon. The adhesion to the surface of (2) can be enhanced. The composition of the silicate compound (2) whose surface is coated with conductive carbon may change due to oxidation or volatilization of components during heating.

ケイ酸化合物(2)と炭素源との粉砕物の加熱温度は、300〜800℃が好ましく、500〜700℃が特に好ましい。該加熱温度が上記範囲の下限値以上であると、有機化合物の炭化反応が進行しやすくなると共に、炭素系導電活物質のケイ酸化合物(2)の表面に対する密着性が向上する。上記範囲の上限値以下であると、ケイ酸化合物(2)の還元による特性低下を抑制でき、またケイ酸化合物(2)同士の焼結による粒径の増大を抑えることができる。
加熱時間、加熱雰囲気、加熱時の圧力、加熱に用いる熱源の好ましい条件は、加熱工程(IV)と同様である。
加熱の後は、通常室温まで冷却する。該冷却の好ましい条件は、加熱工程(IV)における加熱後の冷却と同様である。
The heating temperature of the pulverized product of the silicate compound (2) and the carbon source is preferably 300 to 800 ° C, particularly preferably 500 to 700 ° C. When the heating temperature is at least the lower limit of the above range, the carbonization reaction of the organic compound is likely to proceed, and the adhesion of the carbon-based conductive active material to the surface of the silicate compound (2) is improved. When the amount is not more than the upper limit of the above range, it is possible to suppress deterioration in characteristics due to reduction of the silicate compound (2), and it is possible to suppress increase in particle size due to sintering of the silicate compounds (2).
Preferred conditions for the heating time, the heating atmosphere, the pressure during heating, and the heat source used for heating are the same as those in the heating step (IV).
After heating, it is usually cooled to room temperature. The preferable conditions for the cooling are the same as the cooling after heating in the heating step (IV).

[ケイ酸化合物]
本発明の製造方法により得られるケイ酸化合物は、二次電池用正極材料として有用な化合物である。式(2)で表される組成を有するケイ酸化合物は、導電性が高く、前述したように多電子型の反応を示すため、二次電池用正極材料として用いたときに単位質量当たりの容量が大きくなる。さらに、Siの一部をGeで置換しているため、ケイ酸化合物結晶の結晶格子定数が拡大し、Liイオン等の原子Aのイオンが拡散しやすくなる。これによって、二次電池用正極材料として用いたときに平均放電電圧が高くなる。
[Silica compound]
The silicic acid compound obtained by the production method of the present invention is a useful compound as a positive electrode material for a secondary battery. Since the silicate compound having the composition represented by the formula (2) has high conductivity and exhibits a multi-electron type reaction as described above, the capacity per unit mass when used as a positive electrode material for a secondary battery. Becomes larger. Furthermore, since a part of Si is replaced by Ge, the crystal lattice constant of the silicate compound crystal is expanded, and ions of atoms A such as Li ions are easily diffused. This increases the average discharge voltage when used as a positive electrode material for a secondary battery.

ケイ酸化合物(2)は、オリビン型の結晶粒子を含むことが好ましく、オリビン型の結晶粒子のみからなることが特に好ましい。該結晶粒子としては、一次粒子および二次粒子の双方を含む。得られるケイ酸化合物中に二次粒子が存在する場合、一次粒子が破壊されない程度の範囲で解砕および粉砕してもよい。   The silicic acid compound (2) preferably contains olivine-type crystal particles, and particularly preferably comprises only olivine-type crystal particles. The crystal particles include both primary particles and secondary particles. When secondary particles are present in the resulting silicic acid compound, they may be crushed and pulverized as long as the primary particles are not destroyed.

ケイ酸化合物(2)としては、下式(3)で表される組成を有するケイ酸化合物がより好ましい。
Li2Fe1-gMngSic-(d+e)Gedef (3)
(式(3)中、Xは前記と同じ種類の原子を示し、c、d、eおよびfは前記と同じ数値を示し、gは0≦e≦1である。)
式(3)で表される組成を有するケイ酸化合物は、二次電池用正極材料として用いた場合に良好な特性を示し、製造コストが安価であるために好ましい。
As the silicate compound (2), a silicate compound having a composition represented by the following formula (3) is more preferable.
Li 2 Fe 1-g Mn g Si c- (d + e) Ge d X e O f (3)
(In formula (3), X represents the same kind of atom as described above, c, d, e and f represent the same numerical values as described above, and g is 0 ≦ e ≦ 1.)
The silicic acid compound having the composition represented by the formula (3) is preferable because it exhibits good characteristics when used as a positive electrode material for a secondary battery and the manufacturing cost is low.

また、本発明の製造方法において、有機化合物および炭素系導電活物質からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭素源を含ませた場合には、ケイ酸化合物の表面に炭素源に由来する導電材を均一にかつ強固に結合させうる。導電材が結合したケイ酸化合物は、そのまま二次電池用正極材料として用いることができる。炭素源として有機化合物を用いた場合には、加熱工程(IV)で有機化合物が炭化され、炭化物が導電材としてケイ酸化合物の表面の少なくとも一部を被覆する。炭素源として炭素系導電活物質を用いた場合には、該物質が導電材としてケイ酸化合物の表面の少なくとも一部を被覆する。   In the production method of the present invention, when at least one carbon source selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive active material is included, the conductive material derived from the carbon source on the surface of the silicate compound Can be bonded uniformly and firmly. The silicic acid compound to which the conductive material is bonded can be used as it is as a positive electrode material for a secondary battery. When an organic compound is used as the carbon source, the organic compound is carbonized in the heating step (IV), and the carbide covers at least a part of the surface of the silicate compound as a conductive material. When a carbon-based conductive active material is used as the carbon source, the material covers at least a part of the surface of the silicate compound as the conductive material.

ケイ酸化合物の粒子が、導電材を含有し、かつケイ酸化合物と導電材との合計質量に対して、0.1〜20質量%の導電材を、該粒子の表面または粒子間界面に含有するのが好ましく、0.1〜10質量%含有するのがより好ましく、2〜10質量%含有するのが特に好ましい。   The particles of the silicate compound contain a conductive material, and 0.1 to 20% by mass of the conductive material on the surface of the particle or the interparticle interface with respect to the total mass of the silicate compound and the conductive material. It is preferable to contain 0.1 to 10% by mass, more preferably 2 to 10% by mass.

本発明のケイ酸化合物の結晶子径は10〜50nmが好ましく、10〜35nmが特に好ましい。結晶子径を該範囲とすることで、ケイ酸化合物の導電性がより高くなる。結晶子径は最強ピークの半価幅からシェラーの式を用いて求める。ケイ酸化合物の平均粒径は、体積換算のメディアン径で10nm〜10μmが好ましく、10nm〜2μmが特に好ましい。平均粒径の測定方法は前述した通りである。また、ケイ酸化合物の比表面積は0.2〜200m2/gが好ましく、1〜200m2/gがより好ましく、1〜50m2/gがさらに好ましく、1〜10m2/gが特に好ましい。比表面積を該範囲とすることにより、ケイ酸化合物の導電性が高くなる。比表面積は、例えば窒素吸着法による比表面積測定装置で測定できる。なお、上記ケイ酸化合物の平均粒経および比表面積は、ケイ酸化合物が導電材を含有していない場合の平均粒経および比表面積である。
導電材で被覆されたケイ酸化合物の平均粒径は、体積換算のメディアン径で10nm〜10μmが好ましく、10nm〜2μmが特に好ましい。平均粒径を該範囲とすることで、ケイ酸化合物の導電性がより高くなる。ケイ酸化合物の比表面積は0.2〜200m2/gが好ましく、1〜200m2/gがより好ましく、1〜50m2/gが特に好ましい。比表面積を該範囲とすることにより、ケイ酸化合物の導電性が高くなる。
The crystallite diameter of the silicate compound of the present invention is preferably 10 to 50 nm, particularly preferably 10 to 35 nm. By making the crystallite diameter within this range, the conductivity of the silicate compound becomes higher. The crystallite diameter is obtained from the half-width of the strongest peak using Scherrer's equation. The average particle diameter of the silicic acid compound is preferably 10 nm to 10 μm, and particularly preferably 10 nm to 2 μm, in terms of volume median diameter. The method for measuring the average particle diameter is as described above. The specific surface area of the silicic acid compound is preferably 0.2~200m 2 / g, more preferably 1~200m 2 / g, 1~50m more preferably 2 / g, 1~10m 2 / g is particularly preferred. By making a specific surface area into this range, the electroconductivity of a silicate compound becomes high. The specific surface area can be measured by, for example, a specific surface area measuring apparatus using a nitrogen adsorption method. The average particle size and specific surface area of the silicate compound are the average particle size and specific surface area when the silicate compound does not contain a conductive material.
The average particle diameter of the silicate compound coated with the conductive material is preferably 10 nm to 10 μm, particularly preferably 10 nm to 2 μm, in terms of volume median diameter. By making the average particle diameter within this range, the conductivity of the silicate compound becomes higher. The specific surface area of the silicic acid compound is preferably 0.2~200m 2 / g, more preferably 1~200m 2 / g, 1~50m 2 / g is particularly preferred. By making a specific surface area into this range, the electroconductivity of a silicate compound becomes high.

[二次電池用正極および二次電池の製造方法]
本発明の製造方法によって得られたケイ酸化合物を、二次電池用正極材料として用いて、二次電池用正極および二次電池を製造できる。二次電池としては、金属リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等が挙げられるが、リチウムイオン二次電池が好ましい。電池形状は制限されることはなく、例えば円筒状、角型、コイン型等の種々の形状およびサイズを適宜採用できる。
[Positive electrode for secondary battery and method for producing secondary battery]
By using the silicate compound obtained by the production method of the present invention as a positive electrode material for a secondary battery, a positive electrode for a secondary battery and a secondary battery can be produced. Examples of the secondary battery include a metal lithium secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a lithium polymer secondary battery, and a lithium ion secondary battery is preferable. The battery shape is not limited, and various shapes and sizes such as a cylindrical shape, a square shape, and a coin shape can be appropriately employed.

本発明の二次電池用正極は、本発明の製造方法で得られるケイ酸化合物を用いる以外は、公知の電極の製造方法に従って製造できる。例えば、本発明のケイ酸化合物を必要に応じて公知の結着材(ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等)、さらに必要に応じて公知の導電材(アセチレンブラック、カーボン、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス等)と混合した後、得られた混合粉末をステンレス鋼製等の支持体上に圧着成形したり、金属製容器に充填すればよい。また、例えば、該混合粉末を有機溶剤(N−メチルピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等)と混合して得られたスラリーをアルミニウム、ニッケルまたはステンレス等の金属基板上に塗布する等の方法も採用できる。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be manufactured according to a known electrode manufacturing method except that the silicate compound obtained by the manufacturing method of the present invention is used. For example, a known binder (polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluororubber, Obtained by mixing with polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, etc.) and, if necessary, known conductive materials (acetylene black, carbon, graphite, natural graphite, artificial graphite, needle coke, etc.). The mixed powder may be pressure-formed on a support made of stainless steel or filled in a metal container. Further, for example, the mixed powder is mixed with an organic solvent (N-methylpyrrolidone, toluene, cyclohexane, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran. Etc.) can also be employed such as applying the slurry obtained by mixing with a metal substrate such as aluminum, nickel or stainless steel.

二次電池の構造は、本発明の製造方法で得られる二次電池用正極を電極として用いる以外は、公知の二次電池における構造を採用することができる。セパレータ、電池ケース等についても同様である。負極としては、活物質として公知の負極用活物質を使用でき、炭素材料、アルカリ金属材料およびアルカリ土類金属材料からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。電解液としては、非水系の電解液が好ましい。すなわち、本発明の製造方法で得られる二次電池としては、非水電解質リチウムイオン二次電池が好ましい。   As the structure of the secondary battery, a structure in a known secondary battery can be adopted except that the positive electrode for a secondary battery obtained by the production method of the present invention is used as an electrode. The same applies to separators, battery cases, and the like. As the negative electrode, a known negative electrode active material can be used as the active material, and at least one selected from the group consisting of carbon materials, alkali metal materials, and alkaline earth metal materials is preferably used. As the electrolytic solution, a non-aqueous electrolytic solution is preferable. That is, as the secondary battery obtained by the production method of the present invention, a nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery is preferable.

本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の説明に限定されない。例1〜9が実施例、例21〜22が参考例である。   The present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following description. Examples 1 to 9 are Examples, and Examples 21 to 22 are Reference Examples.

[例1〜9、21〜22]
(溶融工程(I))
溶融物の組成がLi2O、FeO、MnO、SiO2、GeO2、P25、Ta25およびNb25換算量(単位:モル%)で、それぞれ表1に示す割合となるように、炭酸リチウム(Li2CO3)、四酸化三鉄(Fe34)、二酸化マンガン(MnO2)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、リン酸水素アンモニウム(NH42PO4)、酸化タンタル(Ta25)および酸化ニオブ(Nb25)を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。
[Examples 1-9, 21-22]
(Melting step (I))
The composition of the melt is Li 2 O, FeO, MnO, SiO 2 , GeO 2 , P 2 O 5 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 equivalent amounts (unit: mol%), respectively, and the ratios shown in Table 1 Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), germanium oxide (GeO 2 ), ammonium hydrogen phosphate ( NH 4 H 2 PO 4 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) were weighed, mixed and pulverized in a dry process to obtain a raw material formulation.

Figure 2013047162
Figure 2013047162

得られた原料調合物を、ロジウムを20質量%含む白金合金製のるつぼに充填した。次に、該るつぼをケイ化モリブデン製の発熱体を備える電気炉(モトヤマ社製、装置名:NH−3035)の中に入れた。該電気炉を、流量1L/分でN2ガスを流通しつつ、+300℃/時間の速度で昇温し、1,450〜1,500℃で0.5時間加熱した。目視で透明になったことを確認して、溶融物を得た。 The obtained raw material mixture was filled in a platinum alloy crucible containing 20% by mass of rhodium. Next, the crucible was placed in an electric furnace (manufactured by Motoyama, apparatus name: NH-3035) having a heating element made of molybdenum silicide. The electric furnace was heated at a rate of + 300 ° C./hour and heated at 1,450 to 1,500 ° C. for 0.5 hours while flowing N 2 gas at a flow rate of 1 L / min. After confirming that it became transparent visually, a melt was obtained.

(冷却工程(II))
溶融工程(I)で得たるつぼ中の溶融物を、毎分400回転する直径約15cmのステンレス製双ローラを通すことにより、溶融物を−1×105℃/秒で室温まで冷却し、フレーク状の固化物を得た。得られた固化物はガラス状物質であった。
(Cooling step (II))
The melt in the crucible obtained in the melting step (I) is passed through a stainless steel double roller having a diameter of about 15 cm rotating at 400 revolutions per minute to cool the melt to room temperature at −1 × 10 5 ° C./second, A flaky solidified product was obtained. The obtained solidified product was a glassy substance.

(粉砕工程(III))
冷却工程(II)で得たフレーク状固化物の10gと、有機化合物としてカンファー(東京化成社製、試薬)の2.5gと、粉砕メディアとして直径5mmのジルコニア製ボールの400gと、粉砕溶媒としてアセトンの75mLとを、250mLのポリプロピレン製ボトルに入れ、卓上型ポットミル架台(アズワン社製、装置名:PM−001)を用いて、毎分280回転で72時間粉砕した。次に、得られた粉砕物を直径5mmのジルコニア製ボールと分離した。次に、粉砕物と、直径1mmのジルコニア製ボールの400gとを250mLのポリプロピレン製ボトルに入れ、同様に卓上型ポットミル架台を用いて、毎分280回転で72時間粉砕した。カンファーの質量は、固化物の質量とカンファーの質量との合計量に対して20質量%である。
(Crushing step (III))
10 g of the flaky solidified product obtained in the cooling step (II), 2.5 g of camphor (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., reagent) as an organic compound, 400 g of zirconia balls having a diameter of 5 mm as a grinding medium, and a grinding solvent 75 mL of acetone was put into a 250 mL polypropylene bottle and pulverized at 280 rpm for 72 hours using a desktop pot mill mount (manufactured by ASONE, apparatus name: PM-001). Next, the obtained pulverized product was separated from zirconia balls having a diameter of 5 mm. Next, the pulverized product and 400 g of a zirconia ball having a diameter of 1 mm were placed in a 250 mL polypropylene bottle, and were similarly pulverized at 280 rpm for 72 hours using a desktop pot mill frame. The mass of the camphor is 20% by mass with respect to the total amount of the mass of the solidified product and the mass of the camphor.

(加熱工程(IV))
粉砕工程(III)で得た粉砕物を、乾燥してからアルミナ製コウ鉢に入れた。次に、アルミナ製コウ鉢を還元雰囲気焼成炉(モトヤマ社製、装置名:SKM−3035F−SP)の中に入れた。該焼成炉内を1.5L/分でN2ガスを流通しつつ、700℃で8時間加熱して、二次電池用正極材料を得た。該二次電池用正極材料は、ケイ酸化合物の結晶粒子の表面の少なくとも一部をカンファーに由来する導電材で被覆したものである。
(Heating step (IV))
The pulverized product obtained in the pulverization step (III) was dried and then placed in an alumina pot. Next, the alumina pot was placed in a reducing atmosphere firing furnace (manufactured by Motoyama, apparatus name: SKM-3035F-SP). While circulating N 2 gas at 1.5 L / min in the firing furnace, heating was performed at 700 ° C. for 8 hours to obtain a positive electrode material for a secondary battery. The positive electrode material for a secondary battery is obtained by coating at least a part of the surface of a crystal particle of a silicate compound with a conductive material derived from camphor.

(粒度分布)
例1〜9、21〜22で得た粉砕物の平均粒径を、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、装置名:LA−920)で測定した。その結果を表1に示す。
(Particle size distribution)
The average particle size of the pulverized material obtained in Examples 1-9 and 21-22 was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., device name: LA-920). The results are shown in Table 1.

(X線回折)
得られた二次電池用正極材料の鉱物相を、X線回折装置(リガク社製、装置名:RINT TTRIII)を用いて調べた。例1〜9、21〜22の粒子はいずれも斜方晶であり、導電材で被覆された結晶粒子がオリビン型の結晶粒子であることが確認された。例1、2、3、4、21および22で得た各結晶のX線回折パターンを、それぞれ図1、2、3、4、5および6に示す。また、解析ソフト(リガク社製、JADE7)を用いて、強度が最も高い回折ピークから結晶子径を算出した。さらに、低角側から6本の回折ピークを用いて、a軸の結晶格子定数の計算を行った。結果を表2に示す。また、図7にケイ酸化合物におけるSiのGe置換量とa軸の結晶格子定数との関係を示す。
(X-ray diffraction)
The mineral phase of the obtained positive electrode material for a secondary battery was examined using an X-ray diffraction apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, apparatus name: RINT TTRIII). The particles of Examples 1-9 and 21-22 were all orthorhombic, and it was confirmed that the crystal particles covered with the conductive material were olivine-type crystal particles. The X-ray diffraction patterns of the crystals obtained in Examples 1, 2, 3, 4, 21, and 22 are shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, and 6, respectively. In addition, the crystallite diameter was calculated from the diffraction peak having the highest intensity using analysis software (manufactured by Rigaku Corporation, JADE7). Furthermore, the a-axis crystal lattice constant was calculated using six diffraction peaks from the low angle side. The results are shown in Table 2. FIG. 7 shows the relationship between the Ge substitution amount of Si in the silicate compound and the a-axis crystal lattice constant.

(組成分析)
得られた二次電池用正極材料の化学組成を測定した。まず、材料を2.5mol/LのKOH溶液で120℃にて加熱密閉分解し、分解液を塩酸酸性下で乾固した。次に、塩酸酸性溶液として濾過した後、濾液および残渣を得た。濾液中のFe、Mn、Si、Ge、Ta、NbおよびPは、誘導結合型発光分光分析装置(セイコーインスツル社製、装置名:SPS3100)を用いて定量した。濾液中のLiは原子吸光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、装置名:Z−2310)を用いて定量した。Fe、Mn、Si、Ge、Ta、NbおよびPの定量値から、FeO、MnO、SiO2、GeO2、P25、Ta25およびNb25の量を算出した。さらに、残渣は灰化した後、フッ酸−硫酸で分解処理し、この処理による重量減少をSiO2量とした。全SiO2量は、重量減少値から算出される量と濾液中のSiO2量の合量とした。例1〜9および例21〜22で得た二次電池用正極材料の化学組成の定量値を、表2に示す。
(Composition analysis)
The chemical composition of the obtained positive electrode material for secondary batteries was measured. First, the material was heated and sealed and decomposed with a 2.5 mol / L KOH solution at 120 ° C., and the decomposition solution was dried under hydrochloric acid acidity. Next, after filtration as a hydrochloric acid acidic solution, a filtrate and a residue were obtained. Fe, Mn, Si, Ge, Ta, Nb and P in the filtrate were quantified using an inductively coupled emission spectroscopic analyzer (manufactured by Seiko Instruments Inc., apparatus name: SPS3100). Li in the filtrate was quantified using an atomic absorption photometer (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, apparatus name: Z-2310). Fe, Mn, Si, Ge, Ta, from quantitative values of Nb and P, were calculated FeO, MnO, the amount of SiO 2, GeO 2, P 2 O 5, Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5. Further, the residue was ashed and then decomposed with hydrofluoric acid-sulfuric acid, and the weight loss due to this treatment was defined as the amount of SiO 2 . The total amount of SiO 2 was the sum of the amount calculated from the weight loss value and the amount of SiO 2 in the filtrate. Table 2 shows quantitative values of the chemical compositions of the positive electrode materials for secondary batteries obtained in Examples 1 to 9 and Examples 21 to 22.

(残炭素量)
得られた二次電池用正極材料における残炭素量を、炭素分析計(堀場製作所社製、装置名:EMIA−321V)を用いて測定した。その結果を表2に示す。なお、残炭素量とは、二次電池用正極材料の全質量からケイ酸化合物(2)の質量を引いた値であり、二次電池用正極材料の全質量中における残炭素量の割合(質量%)を計算した。
(Remaining carbon content)
The amount of residual carbon in the obtained positive electrode material for secondary batteries was measured using a carbon analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., device name: EMIA-321V). The results are shown in Table 2. The residual carbon amount is a value obtained by subtracting the mass of the silicate compound (2) from the total mass of the positive electrode material for secondary batteries, and the ratio of the residual carbon amount in the total mass of the positive electrode material for secondary batteries ( Mass%) was calculated.

(正極シートの製造)
得られた二次電池用正極材料と、アセチレンブラック(導電材)と、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を12.1質量%含むポリフッ化ビニリデン溶液(溶媒:N−メチルピロリドン)とを混合し、さらにN−メチルピロリドンを添加してスラリーを調製した。二次電池用正極材料とアセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンの質量比は80:12:8とした。次に、スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面塗工した後、120℃で乾燥し、さらにロールプレス圧延を2回行うことによって、正極シートを製造した。
(Manufacture of positive electrode sheet)
The obtained positive electrode material for a secondary battery, acetylene black (conductive material), and a polyvinylidene fluoride solution (solvent: N-methylpyrrolidone) containing 12.1% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) are mixed. Further, N-methylpyrrolidone was added to prepare a slurry. The mass ratio of the positive electrode material for secondary batteries, acetylene black, and polyvinylidene fluoride was 80: 12: 8. Next, the slurry was coated on one side of a 20 μm thick aluminum foil using a doctor blade, then dried at 120 ° C., and further subjected to roll press rolling twice to produce a positive electrode sheet.

(二次電池の製造)
該正極シートを直径18mmに打ち抜いたものを正極として用いると共に、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極として用い、さらに負極集電体として厚さ1mmのステンレス板、セパレータとして厚さ25μmの多孔質ポリプロピレン、さらに電解液としてエチレンカーボネート(EC)とジエチレンカーボネート(DEC)との混合溶媒(体積比、EC:DEC=1:1)に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度で溶解した混合溶液を用いて、ステンレス製簡易密閉セル型半電池をアルゴングローブボックス内で組み立てた。
(Manufacture of secondary batteries)
The positive electrode sheet punched out to a diameter of 18 mm is used as a positive electrode, a metal lithium foil having a thickness of 500 μm is used as a negative electrode, a stainless steel plate having a thickness of 1 mm as a negative electrode current collector, and a porous polypropylene having a thickness of 25 μm as a separator. Furthermore, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is added at a concentration of 1 mol / L to a mixed solvent (volume ratio, EC: DEC = 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and diethylene carbonate (DEC) as an electrolytic solution. Using the dissolved mixed solution, a stainless steel simple sealed cell half-cell was assembled in an argon glove box.

(Liイオン二次電池用正極の充放電特性評価)
得られた半電池を25℃の恒温槽に入れ、定電流充放電試験機(北斗電工社製、装置名:HJ201B)に接続して充放電試験を行った。電流密度は二次電池用正極材料の質量(導電材と結着剤とを除いた質量)当たりの電流値を15mA/gとして充放電を行った。充電終止電位はLi対極基準で4.5Vとし、終止電圧に到達後電流値が1.5mA/gとなるまで充電を行い、30分休止後に放電を開始した。放電終止電圧はLi対極基準で2Vとした。初回放電容量と平均放電電圧を表2に示す。平均放電電圧は放電時間に対する放電電圧の平均である。
(Charge / discharge characteristic evaluation of positive electrode for Li ion secondary battery)
The obtained half-cell was placed in a constant temperature bath at 25 ° C. and connected to a constant current charge / discharge tester (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd., device name: HJ201B) to conduct a charge / discharge test. The current density was charged / discharged with the current value per mass of the positive electrode material for secondary batteries (the mass excluding the conductive material and the binder) being 15 mA / g. The charge end potential was 4.5 V based on the Li counter electrode, and after reaching the end voltage, charging was performed until the current value reached 1.5 mA / g, and discharge was started after a 30-minute pause. The end-of-discharge voltage was 2 V on the basis of the Li counter electrode. Table 2 shows the initial discharge capacity and the average discharge voltage. The average discharge voltage is an average of the discharge voltage with respect to the discharge time.

Figure 2013047162
Figure 2013047162

本発明のケイ酸化合物を用いて製造した例1〜9の電池は、Geを含まないケイ酸化合物を用いて製造した例21の電池に比べて平均放電電圧が高く、また初回放電容量は同等であった。特に、原子MとしてMnのみを用いた例6〜9の電池は、平均放電電圧が3Vを超え、平均放電電圧が非常に高かった。これはケイ酸化合物のSiの一部をイオン半径が大きいGeで置換することで結晶格子定数が拡大し、Liが拡散しやすくなったためと考えられる。Siの一部をGeで置換することで結晶格子定数が大きくなることは、表2および図7に示す通りである。ケイ酸化合物のSiの一部をイオン半径が大きいGeで置換することで結晶格子定数が拡大したことは、表2のa軸結晶格子定数より確認できる。すなわち、Geを含まない例21のa軸結晶格子定数に比べて、Geで置換した例1〜9のa軸結晶格子定数が大きかった。また、Siに代えてGeを用いた例22の電池は、初期放電容量が不充分であった。   The batteries of Examples 1 to 9 manufactured using the silicate compound of the present invention have a higher average discharge voltage and the same initial discharge capacity as compared to the battery of Example 21 manufactured using the silicate compound not containing Ge. Met. In particular, the batteries of Examples 6 to 9 using only Mn as the atom M had an average discharge voltage exceeding 3 V, and the average discharge voltage was very high. This is considered to be because the crystal lattice constant was expanded by replacing a part of Si of the silicate compound with Ge having a large ionic radius, and Li was easily diffused. As shown in Table 2 and FIG. 7, the crystal lattice constant is increased by substituting part of Si with Ge. It can be confirmed from the a-axis crystal lattice constant in Table 2 that the crystal lattice constant has been expanded by substituting part of Si of the silicate compound with Ge having a large ionic radius. That is, the a-axis crystal lattice constant of Examples 1 to 9 substituted with Ge was larger than the a-axis crystal lattice constant of Example 21 containing no Ge. In addition, the battery of Example 22 using Ge instead of Si had insufficient initial discharge capacity.

本発明の製造方法は、二次電池用正極材料等として用いた場合に、平均放電電圧および放電容量を高めることが可能なケイ酸化合物を製造できる。さらに、ケイ酸化合物の組成や粒径を良好に制御できる。得られたケイ酸化合物は、二次電池用正極さらには二次電池に適用して有用である。   The production method of the present invention can produce a silicate compound capable of increasing the average discharge voltage and the discharge capacity when used as a positive electrode material for a secondary battery or the like. Furthermore, the composition and particle size of the silicate compound can be controlled well. The obtained silicic acid compound is useful when applied to a positive electrode for a secondary battery and further to a secondary battery.

Claims (14)

下式(1)で表される組成を有する溶融物を得る溶融工程、
前記溶融物を冷却して固化物を得る冷却工程、
前記固化物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程、および
前記粉砕物を加熱して、下式(2)で表される組成を有するケイ酸化合物を得る加熱工程、をこの順に具備することを特徴とするケイ酸化合物の製造方法。
abSic-(d+e)Gedef1 (1)
(式(1)中、AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、XはP、Ta、NbおよびVからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子であり、aは0.8<a≦2.7、bは0.6≦b≦1.4、cは0.8≦c≦1.1、dは0.01≦d≦0.8、eは0≦e≦0.1であり、f1はa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
abSic-(d+e)Gedef (2)
(式(2)中、A、MおよびXは前記と同じ種類の原子を示し、a、b、c、dおよびeは前記と同じ数値を示し、fはa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
A melting step for obtaining a melt having a composition represented by the following formula (1):
A cooling step of cooling the melt to obtain a solidified product,
Crushing the solidified product to obtain a pulverized product, and heating the pulverized product to obtain a silicate compound having a composition represented by the following formula (2) in this order: A method for producing a silicic acid compound.
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f1 (1)
(In the formula (1), A is at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K, M is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co and Ni, and X is P , Ta, Nb and V, at least one atom selected from the group consisting of a, 0.8 <a ≦ 2.7, b is 0.6 ≦ b ≦ 1.4, and c is 0.8 ≦ c ≦ 1.1, d is 0.01 ≦ d ≦ 0.8, e is 0 ≦ e ≦ 0.1, f1 is the numerical value of a, b, c, d and e, and the valence of M And a number that depends on the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f (2)
(In the formula (2), A, M and X represent the same kind of atoms as described above, a, b, c, d and e represent the same numerical values as described above, and f represents a, b, c, d and e. And a number that depends on the valence of M and the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
前記溶融工程が、原料調合物を加熱して溶融物を得る工程である、請求項1に記載のケイ酸化合物の製造方法。   The method for producing a silicate compound according to claim 1, wherein the melting step is a step of obtaining a melt by heating the raw material formulation. 前記原料調合物中に、
原子Aが、Aの炭酸塩、Aの炭酸水素塩、Aの水酸化物、Aのケイ酸塩、Aのリン酸塩、Aのホウ酸塩、Aのフッ化物、Aの塩化物、Aの硝酸塩、Aの硫酸塩、およびAの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種(ただし、該少なくとも1種の一部または全部は、それぞれ水和塩を形成していてもよい。)として含まれ、
原子Mが、Mの酸化物、Mのオキシ水酸化物、Mのケイ酸塩、Mのリン酸塩、Mのホウ酸塩、金属M、Mのフッ化物、Mの塩化物、Mの硝酸塩、Mの硫酸塩、Mのアルコキシド、およびMの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
Siが、酸化ケイ素、AまたはMのケイ酸塩、およびSiのアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
Geが、酸化ゲルマニウム、AまたはMのゲルマニウム酸塩、およびGeのアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれ、
原子Xが、Xの酸化物、Xの水酸化物、Xのケイ酸塩、リン酸、リン酸塩、AまたはMのバナジン酸塩、AまたはMのニオブ酸塩、AまたはMのタンタル酸塩、Xのアルコキシド、およびXの有機酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種として含まれる、請求項2に記載のケイ酸化合物の製造方法。
In the raw material formulation,
Atom A is A carbonate, A bicarbonate, A hydroxide, A silicate, A phosphate, A borate, A fluoride, A chloride, A At least one selected from the group consisting of nitrates of A, sulfates of A, and organic acid salts of A (however, some or all of the at least one may each form a hydrate salt). Included as
Atom M is M oxide, M oxyhydroxide, M silicate, M phosphate, M borate, metal M, M fluoride, M chloride, M nitrate And at least one selected from the group consisting of M sulfate, M alkoxide, and M organic acid salt,
Si is included as at least one selected from the group consisting of silicon oxide, A or M silicate, and Si alkoxide,
Ge is included as at least one selected from the group consisting of germanium oxide, A or M germanate, and Ge alkoxide;
Atom X is X oxide, X hydroxide, X silicate, phosphoric acid, phosphate, A or M vanadate, A or M niobate, A or M tantalate The method for producing a silicic acid compound according to claim 2, which is contained as at least one selected from the group consisting of a salt, an alkoxide of X, and an organic acid salt of X.
前記冷却工程における冷却速度が−103〜−1010℃/秒である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。 The manufacturing method of the silicic acid compound as described in any one of Claims 1-3 whose cooling rate in the said cooling process is -10 < 3 >-10 < 10 > degreeC / sec. 前記粉砕工程で得られる前記粉砕物の平均粒径が、体積換算のメディアン径で10nm〜10μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。   The method for producing a silicate compound according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter of the pulverized product obtained in the pulverization step is 10 nm to 10 µm in terms of volume median diameter. 前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素系導電活物質からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭素源を含ませ、かつ該炭素源中の炭素換算量(質量)が、該固化物の質量と該炭素源中の炭素換算量(質量)との合計質量に対して、0.1〜20質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。   In the pulverization step, the solidified product includes at least one carbon source selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive active material, and a carbon equivalent amount (mass) in the carbon source is the solidified It is 0.1-20 mass% with respect to the total mass of the mass of a thing, and the carbon conversion amount (mass) in this carbon source of the silicic acid compound as described in any one of Claims 1-5. Production method. 前記加熱工程を不活性ガス中または還元ガス中、500〜1,000℃で行う、請求項1〜6のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。   The manufacturing method of the silicate compound as described in any one of Claims 1-6 which performs the said heating process in 500-1,000 degreeC in inert gas or reducing gas. 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物の結晶子径が10〜50nmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。   The manufacturing method of the silicate compound as described in any one of Claims 1-7 whose crystallite diameter of the said silicate compound obtained at the said heating process is 10-50 nm. 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物がオリビン型結晶粒子である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。   The manufacturing method of the silicic acid compound as described in any one of Claims 1-8 whose said silicic acid compound obtained at the said heating process is an olivine type crystal particle. 前記加熱工程で得られる前記ケイ酸化合物が、下式(3)で表される組成を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
Li2Fe1-gMngSic-(d+e)Gedef (3)
(式(3)中、Xは前記と同じ種類の原子を示し、c、d、eおよびfは前記と同じ数値を示し、gは0≦e≦1である。)
The method for producing a silicate compound according to any one of claims 1 to 9, wherein the silicate compound obtained in the heating step has a composition represented by the following formula (3).
Li 2 Fe 1-g Mn g Si c- (d + e) Ge d X e O f (3)
(In formula (3), X represents the same kind of atom as described above, c, d, e and f represent the same numerical values as described above, and g is 0 ≦ e ≦ 1.)
請求項1〜10のいずれか一項に記載の製造方法によってケイ酸化合物を得て、次に該ケイ酸化合物を二次電池用正極材料として用いて二次電池用正極を製造することを特徴とする二次電池用正極の製造方法。   A silicate compound is obtained by the production method according to any one of claims 1 to 10, and then a positive electrode for a secondary battery is produced using the silicate compound as a positive electrode material for a secondary battery. A method for producing a positive electrode for a secondary battery. 請求項11に記載の製造方法によって二次電池用正極を得て、次に該二次電池用正極を用いて二次電池を製造することを特徴とする二次電池の製造方法。   A method for producing a secondary battery, comprising: obtaining a positive electrode for a secondary battery by the production method according to claim 11, and then producing a secondary battery using the positive electrode for the secondary battery. 下式(2)で表される組成を有するケイ酸化合物。
abSic-(d+e)Gedef (2)
(式(2)中、AはLi、NaおよびKからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、MはFe、Mn、CoおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子、XはP、Ta、NbおよびVからなる群より選ばれる少なくとも1種の原子であり、aは0.8<a≦2.7、bは0.6≦b≦1.4、cは0.8≦c≦1.1、dは0.01≦d≦0.8、eは0≦e≦0.1であり、fはa、b、c、dおよびeの数値、および、Mの価数およびXの価数に依存する数であり、電気的中性を満たす数である。)
A silicic acid compound having a composition represented by the following formula (2).
A a M b Si c- (d + e) Ge d X e O f (2)
(In Formula (2), A is at least one atom selected from the group consisting of Li, Na and K, M is at least one atom selected from the group consisting of Fe, Mn, Co and Ni, and X is P , Ta, Nb and V, at least one atom selected from the group consisting of a, 0.8 <a ≦ 2.7, b is 0.6 ≦ b ≦ 1.4, and c is 0.8 ≦ c ≦ 1.1, d is 0.01 ≦ d ≦ 0.8, e is 0 ≦ e ≦ 0.1, f is a numerical value of a, b, c, d and e, and valence of M And a number that depends on the valence of X and satisfies the electrical neutrality.)
請求項13に記載のケイ酸化合物が炭素源に由来する導電材を含有する粒子であり、該導電材を、該ケイ酸化合物と該導電材との合計質量に対して、0.1〜20質量%含有する粒子。   The silicate compound according to claim 13 is a particle containing a conductive material derived from a carbon source, and the conductive material is 0.1 to 20 with respect to a total mass of the silicate compound and the conductive material. Particles containing mass%.
JP2011186252A 2011-08-29 2011-08-29 Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery Withdrawn JP2013047162A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011186252A JP2013047162A (en) 2011-08-29 2011-08-29 Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011186252A JP2013047162A (en) 2011-08-29 2011-08-29 Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013047162A true JP2013047162A (en) 2013-03-07

Family

ID=48010421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011186252A Withdrawn JP2013047162A (en) 2011-08-29 2011-08-29 Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013047162A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015230746A (en) * 2014-06-03 2015-12-21 シャープ株式会社 Positive electrode active material, positive electrode, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JPWO2021059974A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01
WO2022172604A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社村田製作所 Active material, method for manufacturing same, electrode, and secondary battery
WO2022172603A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社村田製作所 Active material, method for producing same, electrode, and secondary battery

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015230746A (en) * 2014-06-03 2015-12-21 シャープ株式会社 Positive electrode active material, positive electrode, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JPWO2021059974A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01
WO2021059974A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 株式会社村田製作所 Active material, method for producing same, electrode and secondary battery
JP7211526B2 (en) 2019-09-25 2023-01-24 株式会社村田製作所 ACTIVE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY
WO2022172604A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社村田製作所 Active material, method for manufacturing same, electrode, and secondary battery
WO2022172603A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 株式会社村田製作所 Active material, method for producing same, electrode, and secondary battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011162348A1 (en) Silicic acid compound, positive electrode for secondary cell, and method for producing secondary cell
JP2014056722A (en) Phosphate compound, positive electrode material for secondary battery, and method for producing secondary battery
WO2010114104A1 (en) Process for production of lithium iron phosphate particles and process for production of secondary battery
WO2012133581A1 (en) Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery
WO2011111628A1 (en) Phosphate compound, positive electrode for secondary battery and method for producing secondary battery
WO2012133584A1 (en) Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery
WO2011138964A1 (en) (silicic acid)-(phosphoric acid) compound, positive electrode for secondary battery, and process for production of secondary battery
WO2010150889A1 (en) Process for production of positive electrode material for secondary batteries, and positive electrode material for secondary batteries
JP5364523B2 (en) Method for synthesizing olivine-type lithium M silicate and lithium ion secondary battery
TW201611394A (en) Positive electrode active material for sodium ion secondary batteries and method for producing same
US20120217451A1 (en) Process for producing phosphate compound and method for producing secondary battery
WO2012067249A1 (en) Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor
JP2013067543A (en) Silicate compound, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery
JP2013020899A (en) Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and method for manufacturing secondary battery
WO2012086722A1 (en) Silicic acid-vanadic acid compound, positive electrode for secondary battery, and manufacturing method for secondary battery
WO2012057341A1 (en) Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor
JP2013047162A (en) Methods for production of silicic acid compound, positive electrode for secondary battery and secondary battery
WO2012057340A1 (en) Silicate-phosphate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor
JP2013047161A (en) Silicate compound, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery
WO2012067250A1 (en) Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor
WO2011138965A1 (en) (silicic acid)-(boric acid) compound, (silicic acid)-(boric acid)-(phosphoric acid) compound, positive electrode for secondary battery, and process for production of secondary battery
JP2014055085A (en) Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery
JP2012126589A (en) Method for producing fluorine-containing phosphoric acid compound, positive electrode for secondary battery, and secondary battery
WO2022145323A1 (en) Method for manufacturing vanadium lithium phosphate
JP2014056721A (en) Phosphate compound, positive electrode material for secondary battery, and method for producing secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20141104