JP2014055085A - Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery - Google Patents
Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014055085A JP2014055085A JP2012201070A JP2012201070A JP2014055085A JP 2014055085 A JP2014055085 A JP 2014055085A JP 2012201070 A JP2012201070 A JP 2012201070A JP 2012201070 A JP2012201070 A JP 2012201070A JP 2014055085 A JP2014055085 A JP 2014055085A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phosphoric acid
- acid compound
- secondary battery
- mol
- melt
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本発明はリン酸化合物、二次電池用正極材料、および二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a phosphoric acid compound, a positive electrode material for a secondary battery, and a method for producing a secondary battery.
近年、電気自動車やハイブリッド車等の開発において、リチウムイオン二次電池には安全性を維持しつつ、大幅な高容量化、高エネルギー化、および大型化が求められている。また、エネルギー問題の観点から、電力需給の平滑化、および非常時の電力の安定供給のために、高い安全性および信頼性を有する中型ないし大型の定置用蓄電池の開発が進んでいる。これらの一部は、実用化がなされている。 In recent years, in the development of electric vehicles, hybrid vehicles, and the like, lithium ion secondary batteries are required to have a significantly higher capacity, higher energy, and larger size while maintaining safety. Further, from the viewpoint of energy problems, development of medium-sized or large-sized stationary storage batteries having high safety and reliability is progressing in order to smooth power supply and demand and to stably supply power in an emergency. Some of these have been put to practical use.
これら電池に用いる正極材料として、資源面、安全面、コスト面、安定性等の観点から、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)に代表されるオリビン型のリン酸リチウム化合物(LiMPO4/Mは遷移金属元素)が注目され、一部は実用化されている。しかし、オリビン型リン酸リチウム化合物(LiMPO4)は従来材料に比べて電気抵抗が高いため、それを正極材料として用いたリチウムイオン二次電池の充放電時におけるリチウムの挿入・脱離反応が遅くなり、その結果として二次電池の充放電容量およびエネルギー密度が理論上の値に比べて低下しやすいという難点がある。 As a positive electrode material used for these batteries, an olivine-type lithium phosphate compound (LiMPO 4 / M) typified by olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) from the viewpoint of resources, safety, cost, stability, and the like. Is a transition metal element), and some have been put into practical use. However, since the olivine type lithium phosphate compound (LiMPO 4 ) has a higher electrical resistance than the conventional material, the lithium insertion / extraction reaction is slow during the charging / discharging of the lithium ion secondary battery using it as the positive electrode material. As a result, there is a problem that the charge / discharge capacity and energy density of the secondary battery are likely to be lower than theoretical values.
オリビン型リン酸リチウム化合物の一つであるリン酸鉄リチウム(LiFePO4)およびリン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)は、これらの理論放電容量がいずれも170mAh/gであるが、これらのLiイオンの吸蔵、放出は、理論上最高で、それぞれ3.4Vおよび4.0V程度で生じる。したがって、LiMnPO4のエネルギー密度(放電容量と作動電圧との乗数)は、LiFePO4のそれに比較して大きい。また、これらの固溶体であるリン酸鉄マンガンリチウム(LiFe1−xMnxPO4,0<x<1)も、xの値が大きくなるほど、平均作動電圧が高くなり、エネルギー密度は大きくなることが期待される。しかし、xの値が大きくなるほど、理論放電容量および理論作動電圧の発現が困難となる(例えば、非特許文献1)。なお、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)およびリン酸マンガンリチウム(LiNiPO4)は、資源面、安全面、コスト面等の観点から使用しがたい。 Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), which are olivine-type lithium phosphate compounds, both have a theoretical discharge capacity of 170 mAh / g. Occlusion and release are theoretically highest and occur at about 3.4 V and 4.0 V, respectively. Therefore, the energy density of LiMnPO 4 (multiplier of discharge capacity and operating voltage) is larger than that of LiFePO 4 . In addition, these solid solutions of lithium iron manganese phosphate (LiFe 1-x Mn x PO 4 , 0 <x <1) also have a higher average operating voltage and higher energy density as the value of x increases. There is expected. However, the larger the value of x, the more difficult it becomes to develop the theoretical discharge capacity and the theoretical operating voltage (for example, Non-Patent Document 1). Note that lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ) and lithium manganese phosphate (LiNiPO 4 ) are difficult to use from the viewpoint of resources, safety, cost, and the like.
これらのリン酸鉄リチウムの製造方法に関しては、従来から種々の方法が提案されている。例えば、固相反応法、水熱合成法、噴霧熱分解法、マイクロウェーブ加熱法等が知られている。 Various methods for producing these lithium iron phosphates have been proposed. For example, solid phase reaction method, hydrothermal synthesis method, spray pyrolysis method, microwave heating method and the like are known.
特許文献1には、モル%表示で、Li2Oを10〜50%、Fe2O3を10〜40%、P2O5を20〜50%、MgO、TiO2、V2O5、MnO2、Co3O4、NiO、Nb2O5、MoO3、WO3および希土類酸化物から選ばれる少なくとも1種を0.5〜32%の割合で混合し、溶融、冷却して前駆体ガラスを作製し、ガラス転移温度またはそれ以上の温度での熱処理、もしくはレーザ照射による加熱によってナシコン型、オリビン型、スピネル型およびこれらの固溶体からなるリチウム二次電池正極材料およびその製造方法が記載され、得られた正極材料は伝導度が高いことが示されている。
In
非特許文献1において、理論放電容量および理論作動電圧の発現が困難となるのは、電子伝導性およびイオン導電性が低いことなどによると考えられる。さらには、連続的充放電の履歴後は、良好なレート特性およびサイクル特性が得られていないのが現状であるが、不可逆的な構造変化によると考えられる。
In
特許文献1の方法は、前駆体ガラスがFe2O3を最低でも10モル%含み、MnO2を最高でも32モル%しか含まないため、MnO2含量が高いリン酸鉄マンガンリチウム粒子を得ることができなかった。なお、Fe2O3含量が10モル%およびMnO2含量が32モル%であるリン酸鉄マンガンリチウムは、およそLiFe0.4Mn0.6PO4に相当する。また、成型加工した前駆体ガラスに熱処理を施しているため、リン酸鉄リチウム粉末を得るためには結晶化物を粉砕する必要があり、リン酸鉄リチウムの結晶性が低下する等、様々な不都合が生じるおそれがあった。
The method of
本発明は、電子伝導性およびイオン導電性が高められ、充放電操作による構造変化が抑制されたオリビン型リン酸化合物の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高い放電容量を発現しつつ、レート維持率および放電容量維持率(サイクル特性)が優れ、その信頼性の向上した二次電池用正極材料および二次電池を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the olivine type | mold phosphate compound by which electronic conductivity and ionic conductivity were improved and the structural change by charging / discharging operation was suppressed. In addition, the present invention provides a positive electrode material for a secondary battery and a secondary battery that exhibit high discharge capacity, are excellent in rate maintenance ratio and discharge capacity maintenance ratio (cycle characteristics), and have improved reliability. Objective.
本発明は、下記[1]〜[10]の発明である。 The present invention is the following [1] to [10].
[1]酸化物基準のモル%表示で、Li2Oを20%以上35%以下、P2O5を20%以上35%以下、MnO2を35%以上55%以下、Fe2O3を0%以上10%未満、Co3O4を0%以上8%未満、NiOを0%以上15%未満、ならびにMgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2からなる群より選ばれる少なくとも1種を0.05%以上10%以下、含む原料調合物を加熱し、溶融して溶融物を得る工程と、
前記溶融物を冷却して固化物を得る工程と、
前記固化物を粉砕して粉砕物を得る工程と、
前記粉砕物を加熱して、オリビン構造を含む結晶を含む粒子を得る工程とを、
この順に実施することを特徴とするリン酸化合物の製造方法。
[1] 20% or more and 35% or less of Li 2 O, 20% or more and 35% or less of P 2 O 5 , 35% or more and 55% or less of MnO 2 , Fe 2 O 3 0% to less than 10%, Co 3 O 4 to 0% to less than 8%, NiO to 0% to less than 15%, and at least one selected from the group consisting of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2 A raw material formulation containing 0.05% or more and 10% or less, and melting and obtaining a melt,
Cooling the melt to obtain a solidified product;
Pulverizing the solidified product to obtain a pulverized product;
Heating the pulverized product to obtain particles containing crystals containing an olivine structure;
The manufacturing method of the phosphoric acid compound characterized by implementing in this order.
[2]前記原料調合物を不活性ガス中または還元ガス中において1,000℃〜1,400℃で溶融する、[1]に記載の製造方法。 [2] The production method according to [1], wherein the raw material formulation is melted at 1,000 ° C. to 1,400 ° C. in an inert gas or a reducing gas.
[3]前記溶融物を冷却速度103〜1010℃/秒で冷却する、[1]または[2]に記載の製造方法。 [3] The production method according to [1] or [2], wherein the melt is cooled at a cooling rate of 10 3 to 10 10 ° C / second.
[4]前記溶融物を不活性ガス中または還元ガス中で冷却する、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の製造方法。 [4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein the melt is cooled in an inert gas or a reducing gas.
[5]前記粉砕物は、前記固化物と、有機化合物および炭素系導電物質からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭素源とを含み、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]〜[4]のいずれか一項に記載の製造方法。 [5] The pulverized product includes the solidified product and at least one carbon source selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive material, and a carbon equivalent amount (mass) in the carbon source is The production according to any one of [1] to [4], which is 0.1 to 20% by mass relative to the total mass of the mass of the solidified product and the carbon equivalent amount (mass) in the carbon source. Method.
[6]前記粉砕物を不活性ガス中または還元ガス中において300℃〜900℃で加熱する、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法。 [6] The production method according to any one of [1] to [5], wherein the pulverized product is heated at 300 ° C to 900 ° C in an inert gas or a reducing gas.
[7][1]〜[6]に記載の製造方法によって、リン酸化合物を得て、次に該リン酸化合物を用いて二次電池用正極材料を得ることを特徴とする二次電池用正極材料の製造方法。 [7] A phosphoric acid compound is obtained by the production method according to [1] to [6], and then a positive electrode material for a secondary battery is obtained using the phosphoric acid compound. Manufacturing method of positive electrode material.
[8][7]に記載の製造方法によって二次電池用正極材料を得て、次に該二次電池用正極材料を用いて二次電池を得ることを特徴とする二次電池の製造方法。 [8] A method for producing a secondary battery, comprising obtaining a positive electrode material for a secondary battery by the production method according to [7], and then obtaining a secondary battery using the positive electrode material for the secondary battery. .
[9]下式(1)で表わされる組成を有するリン酸化合物。
Li1+a(Mn1−(q+r)FeqMr)1−x+bXxPO4+c (1)
(式中、Mは、Co、およびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、a、b、q、r、およびxは、それぞれ、−0.2≦a≦0.1、−0.2≦b≦0.1、0≦q≦0.3、0≦r<0.2、0≦(q+r)≦0.35、0.001≦x≦0.2であり、cは、Mn、Fe、M、およびXの価数、およびa、b、q、r、およびxに依存し、電気的中性を満たす数である。)
[9] A phosphoric acid compound having a composition represented by the following formula (1).
Li 1 + a (Mn 1- ( q + r) Fe q M r) 1-x + b X x PO 4 + c (1)
(Wherein, M is at least one selected from the group consisting of Co and Ni, X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr and Ti, a, b, q, r, and x are -0.2≤a≤0.1, -0.2≤b≤0.1, 0≤q≤0.3, 0≤r <0.2, respectively. 0 ≦ (q + r) ≦ 0.35, 0.001 ≦ x ≦ 0.2, and c depends on the valence of Mn, Fe, M, and X, and a, b, q, r, and x And a number that satisfies electrical neutrality.)
[10]下式(2)で表わされる組成を有するリン酸化合物。
Lid(Mn1−sFes)eXyPO4+f (2)
(式中、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、d、e、s、およびyは、それぞれ、0.95≦d≦1.10、0.95≦e≦1.05、0.03≦s≦0.3、および0.001≦y≦0.2であり、fは、Mn、Fe、およびXの価数、およびd、e、s、およびyに依存し、電気的中性を満たす数である。)
[10] A phosphoric acid compound having a composition represented by the following formula (2).
Li d (Mn 1-s Fe s) e X y PO 4 + f (2)
(Wherein X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, and d, e, s, and y are 0.95 ≦ d ≦ 1.10, respectively. 0.95 ≦ e ≦ 1.05, 0.03 ≦ s ≦ 0.3, and 0.001 ≦ y ≦ 0.2, and f is the valence of Mn, Fe, and X, and d, Depends on e, s, and y, and is a number that satisfies electrical neutrality.)
本発明の製造方法によれば、電子伝導性およびイオン導電性が高められ、充放電操作による構造変化が抑制されたオリビン型リン酸化合物を提供できる。したがって、高い放電容量を発現しつつ、レート維持率および放電容量維持率が優れた正極材料および二次電池を再現性よく、効率的に製造できる。 According to the production method of the present invention, it is possible to provide an olivine-type phosphate compound in which electronic conductivity and ionic conductivity are enhanced and structural change due to charge / discharge operation is suppressed. Therefore, it is possible to efficiently produce a positive electrode material and a secondary battery that are excellent in rate maintenance rate and discharge capacity maintenance rate while exhibiting high discharge capacity with good reproducibility.
本明細書において、オリビン型リン酸化合物とは、基本式Li(M’X)PO4(M’はMnを必須として、Fe、Co、およびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでもよく、XはMg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種である。)で表わされる物質をいう。オリビン構造とは、結晶系が斜方晶であり、空間群がPnmaに代表される結晶構造をいう。 In the present specification, the olivine-type phosphate compound includes a basic formula Li (M′X) PO 4 (M ′ is essential to Mn, and includes at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni). Often, X is a substance represented by at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti. The olivine structure is a crystal structure in which the crystal system is orthorhombic and the space group is represented by Pnma.
また、オリビン構造を含む結晶をオリビン型結晶ともいい、オリビン型結晶を含む粒子を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ることが好ましい。 In addition, a crystal including an olivine structure is also referred to as an olivine crystal, and a particle including an olivine crystal is also referred to as an olivine crystal particle. The olivine type crystal particle may partially include a crystal structure other than the olivine type crystal, 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.
[リン酸化合物]
本発明のリン酸化合物は、下式(1)で表わされる組成を有する。
Li1+a(Mn1−(q+r)FeqMr)1−x+bXxPO4+c (1)
(式中、Mは、Co、およびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、a、b、q、r、およびxは、それぞれ、−0.2≦a≦0.1、−0.2≦b≦0.1、0≦q≦0.3、0≦r<0.2、0≦(q+r)≦0.35、0.001≦x≦0.2であり、cは、Mn、Fe、M、およびXの価数、およびa、b、q、r、およびxに依存し、電気的中性を満たす数である。)
[Phosphate compound]
The phosphoric acid compound of the present invention has a composition represented by the following formula (1).
Li 1 + a (Mn 1- ( q + r) Fe q M r) 1-x + b X x PO 4 + c (1)
(Wherein, M is at least one selected from the group consisting of Co and Ni, X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr and Ti, a, b, q, r, and x are -0.2≤a≤0.1, -0.2≤b≤0.1, 0≤q≤0.3, 0≤r <0.2, respectively. 0 ≦ (q + r) ≦ 0.35, 0.001 ≦ x ≦ 0.2, and c depends on the valence of Mn, Fe, M, and X, and a, b, q, r, and x And a number that satisfies electrical neutrality.)
式(1)で表される組成を有するリン酸化合物は、オリビン型リン酸化合物であり、二次電池用正極材料として用いた場合に高い放電容量を発現しつつ、レート維持率および放電容量維持率を示し、信頼性が高く、かつ製造コストが安価である。 The phosphate compound having the composition represented by the formula (1) is an olivine-type phosphate compound, and when used as a positive electrode material for a secondary battery, exhibits a high discharge capacity while maintaining a rate maintenance rate and a discharge capacity. The rate is high, the reliability is high, and the manufacturing cost is low.
qおよびrは、0≦q<0.3、0≦r<0.2、0≦(q+r)≦0.35である。(q+r)>0.35であると、正極材料とした場合に作動電圧の高いリン酸化合物を得にくく、製造コストが高くなる。(q+r)≦0.30であることが好ましい。また、放電容量をより高められることから、(q+r)>0であることが好ましく、(q+r)≧0.03であることがより好ましい。さらに、オリビン型リン酸化合物としては、CoおよびNiは、高電圧化が可能な元素であるが高価であるので、r=0であることが好ましい。 q and r are 0 ≦ q <0.3, 0 ≦ r <0.2, and 0 ≦ (q + r) ≦ 0.35. When (q + r)> 0.35, it is difficult to obtain a phosphoric acid compound having a high operating voltage when the positive electrode material is used, and the manufacturing cost increases. It is preferable that (q + r) ≦ 0.30. Further, since the discharge capacity can be further increased, (q + r)> 0 is preferable, and (q + r) ≧ 0.03 is more preferable. Further, as the olivine-type phosphoric acid compound, Co and Ni are elements that can increase the voltage but are expensive, and therefore r = 0 is preferable.
原子Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であると、リン酸化合物の電子伝導性およびイオン伝導性を高め、充放電操作による構造変化を抑制することができるので好ましい。原子Xは、構造的には、Mn位、Fe位、M位、またはLi位を置換して存在すると考えられる。原子Xとしては、Mn、Fe、およびMとイオン半径が比較的等しく、置換しやすいと考えられることから、Mg、Zn、またはTiが好ましい。 When the atom X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, the electron conductivity and ionic conductivity of the phosphate compound are enhanced, and the structural change caused by the charge / discharge operation is suppressed. This is preferable. It is considered that the atom X is structurally present by substituting the Mn position, Fe position, M position, or Li position. As the atom X, Mg, Zn, or Ti is preferable because Mn, Fe, and M have an ionic radius that is relatively equal and considered to be easily substituted.
xが、0.001≦x≦0.2であると、リン酸化合物の構造が安定化し、電子伝導性およびイオン伝導性を高めるので好ましい。x<0.001であると、導電性を上げる効果が十分でなく、x>0.2であると、リン酸化合物の放電容量が低下する。0.002≦x≦0.15であると、より好ましい。0.005≦x≦0.1であると、放電容量の低下を抑制しつつ、電子伝導性およびイオン伝導性を高め、充放電操作による構造変化を抑制することができるので、特に好ましい。 It is preferable that x is 0.001 ≦ x ≦ 0.2 because the structure of the phosphoric acid compound is stabilized and the electron conductivity and the ionic conductivity are improved. When x <0.001, the effect of increasing the conductivity is not sufficient, and when x> 0.2, the discharge capacity of the phosphoric acid compound decreases. It is more preferable that 0.002 ≦ x ≦ 0.15. It is particularly preferable that 0.005 ≦ x ≦ 0.1 because it is possible to increase the electron conductivity and ion conductivity while suppressing a decrease in discharge capacity, and to suppress a structural change caused by a charge / discharge operation.
aおよびbは、−0.2≦a≦0.1、−0.2≦b≦0.1である。aおよびbが、それぞれ、−0.2より小さい、または0.1より大きいと、リン酸化合物を得ることが困難となる。−0.05≦a≦0.05、−0.05≦b≦0.05であると、放電容量維持率がより高くなるので、より好ましい。 a and b are −0.2 ≦ a ≦ 0.1 and −0.2 ≦ b ≦ 0.1. When a and b are smaller than −0.2 or larger than 0.1, respectively, it becomes difficult to obtain a phosphate compound. It is more preferable that −0.05 ≦ a ≦ 0.05 and −0.05 ≦ b ≦ 0.05 because the discharge capacity retention rate becomes higher.
cは、Mn、Fe、M、およびXの価数、およびa、b、q、r、およびxに依存し、電気的中性を満たす数である。リン酸化合物のMn、Fe、Co、およびNiの価数は、+2が好ましい。また、Mg、Zn、およびCaの価数は+2が好ましく、Zrの価数は+4、Tiの価数は+2、+3、または+4が好ましい。 c is a number that satisfies the electrical neutrality depending on the valences of Mn, Fe, M, and X, and a, b, q, r, and x. The valence of Mn, Fe, Co, and Ni in the phosphoric acid compound is preferably +2. Further, the valence of Mg, Zn, and Ca is preferably +2, the valence of Zr is +4, and the valence of Ti is preferably +2, +3, or +4.
リン酸化合物としては、下式(2)で表される組成を有するリン酸化合物が特に好ましい。
Lid(Mn1−sFes)eXyPO4+f (2)
(式中、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、d、e、s、およびyは、それぞれ、0.95≦d≦1.10、0.95≦e≦1.05、0.03≦s≦0.3、および0.001≦y≦0.2であり、fは、Mn、Fe、およびXの価数、およびd、e、s、およびyに依存し、電気的中性を満たす数である。)
As the phosphoric acid compound, a phosphoric acid compound having a composition represented by the following formula (2) is particularly preferable.
Li d (Mn 1-s Fe s) e X y PO 4 + f (2)
(Wherein X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, and d, e, s, and y are 0.95 ≦ d ≦ 1.10, respectively. 0.95 ≦ e ≦ 1.05, 0.03 ≦ s ≦ 0.3, and 0.001 ≦ y ≦ 0.2, and f is the valence of Mn, Fe, and X, and d, Depends on e, s, and y, and is a number that satisfies electrical neutrality.)
式(2)で表される組成を有するリン酸化合物は、製造コストが安価であり、二次電池用正極材料として用いた場合に、放電容量、放電容量維持率、レート維持率等の電気化学的性質がバランスよく良好な特性を示すために好ましい。 The phosphoric acid compound having the composition represented by the formula (2) is low in production cost, and when used as a positive electrode material for a secondary battery, electrochemical characteristics such as discharge capacity, discharge capacity maintenance rate, rate maintenance rate, etc. It is preferable in order to exhibit good properties in a balanced manner.
本発明のリン酸化合物を二次電池用正極材料として用いる場合、二次電池用正極材料は導電材を含有することが好ましい。導電材は、有機化合物および炭素系導電物質からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭素源に由来する。導電材は、リン酸化合物粒子の表面または粒子間界面に存在するのが好ましい。導電材の含有量は、リン酸化合物と導電材との合計質量に対して、0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.1〜10質量%がより好ましく、2〜10質量%が特に好ましい。 When the phosphoric acid compound of the present invention is used as a positive electrode material for a secondary battery, the positive electrode material for a secondary battery preferably contains a conductive material. The conductive material is derived from at least one carbon source selected from the group consisting of organic compounds and carbon-based conductive materials. The conductive material is preferably present on the surface of the phosphoric acid compound particles or the interparticle interface. The content of the conductive material is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 2 to 10% by mass with respect to the total mass of the phosphoric acid compound and the conductive material. Is particularly preferred.
リン酸化合物粒子は、オリビン型結晶粒子を含み、オリビン型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。得られるリン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。 It is particularly preferable that the phosphoric acid compound particles include olivine type crystal particles and consist only of olivine type crystal particles. The crystal particles include both primary particles and secondary particles. When secondary particles are present in the obtained phosphoric acid compound, they may be crushed and pulverized in such a range that the primary particles are not destroyed.
リン酸化合物粒子の平均粒径は、体積換算のメディアン径で10nm〜10μmが好ましく、10nm〜1μmが特に好ましい。平均粒径を該範囲とすることで、リン酸化合物の導電性がより高くなる。平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径測定装置で測定できる。 The average particle diameter of the phosphoric acid compound particles is preferably 10 nm to 10 μm, particularly preferably 10 nm to 1 μm, in terms of volume median diameter. By making the average particle diameter within this range, the conductivity of the phosphoric acid compound becomes higher. The average particle size can be measured with a laser diffraction / scattering particle size measuring device.
リン酸化合物粒子の比表面積は、0.2〜200m2/gが好ましく、1〜200m2/gがより好ましく、3〜50m2/gがさらに好ましい。比表面積を該範囲とすることにより、リン酸化合物の導電性が高くなる。比表面積は、窒素吸着法による比表面積測定装置で測定できる。なお、上記リン酸化合物の平均粒経および比表面積は、リン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。 The specific surface area of the phosphate compound particles is preferably 0.2~200m 2 / g, more preferably 1~200m 2 / g, more preferably 3 to 50 m 2 / g. By making a specific surface area into this range, the electroconductivity of a phosphoric acid compound becomes high. The specific surface area can be measured with a specific surface area measuring apparatus using a nitrogen adsorption method. The average particle size and specific surface area of the phosphoric acid compound are the average particle size and specific surface area when the phosphoric acid compound does not contain a conductive material.
導電材で被覆されたリン酸化合物粒子の平均粒径は、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、リン酸化合物の導電性がより高くなる。リン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、5〜50m2/gが特に好ましい。比表面積を該範囲とすることにより、リン酸化合物の導電性が高くなる。 The average particle diameter of the phosphoric acid compound particles 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 phosphoric acid compound becomes higher. The specific surface area of the phosphoric acid compound is preferably 0.2~200m 2 / g, more preferably 1~200m 2 / g, 5~50m 2 / g is particularly preferred. By making a specific surface area into this range, the electroconductivity of a phosphoric acid compound becomes high.
[リン酸化合物の製造方法]
本発明のリン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、この順に実施する。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、他工程を行ってもよい。
[Method for producing phosphate compound]
The manufacturing method of the phosphoric acid compound of this invention implements each process of the following melting processes (I)-heating process (IV) 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):酸化物基準のモル%表示で、Li2Oを20%以上35%以下、MnO2を35%以上55%以下、Fe2O3を0%以上10%未満、P2O5を20%以上35%以下、Co3O4を0%以上8%未満、NiOを0%以上15%未満、ならびにMgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2からなる群より選ばれる少なくとも1種を0.05%以上10%以下、含む原料調合物を加熱し、溶融して溶融物を得る工程、
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、オリビン構造を含む結晶を含む粒子を得る工程。
Melting step (I): 20% to 35% Li 2 O, 35% to 55% MnO 2 , 0% to less than 10% Fe 2 O 3 , P 2 O 5 is 20% to 35%, Co 3 O 4 is 0% to less than 8%, NiO is 0% to less than 15%, and selected from the group consisting of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2. A step of heating and melting a raw material formulation containing at least one of 0.05% or more and 10% or less to obtain a melt;
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): A step of heating the pulverized product to obtain particles containing crystals containing an olivine structure.
(溶融工程(I))
溶融工程(I)においては、各原子源(Li、Mn、P、Fe、Co、Ni、Mg、Zn、Ca、Zr、Ti)を含む原料を、上記範囲の組成となるように調整した原料調合物を準備する。
(Melting step (I))
In the melting step (I), the raw material containing each atomic source (Li, Mn, P, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ca, Zr, Ti) was adjusted to have a composition in the above range. Prepare the formulation.
上記範囲の組成の原料調合物は、完全に溶融させることが可能で、溶融物は適度な粘性を有することから、続く冷却工程にて容易に処理することが可能である。 The raw material formulation having the composition in the above range can be completely melted and the melt has an appropriate viscosity, and can be easily processed in the subsequent cooling step.
Li2Oはリン酸化合物の主成分であって、Li2O含量は、20%以上35%以下であり、好ましくは23%以上33%以下である。20%より少ない、または35%より多いと、得られる粉砕物を加熱しても、リン酸化合物を得ることが困難となる。 Li 2 O is a main component of the phosphoric acid compound, and the Li 2 O content is 20% to 35%, preferably 23% to 33%. When it is less than 20% or more than 35%, it becomes difficult to obtain a phosphoric acid compound even when the obtained pulverized product is heated.
P2O5もリン酸化合物の主成分であって、P2O5含量は、20%以上35%以下であり、好ましくは23%以上30%以下である。20%より少ない、または35%より多いと、得られる粉砕物を加熱しても、リン酸化合物を得ることが困難となる。 P 2 O 5 is also a main component of the phosphate compound, and the P 2 O 5 content is 20% or more and 35% or less, preferably 23% or more and 30% or less. When it is less than 20% or more than 35%, it becomes difficult to obtain a phosphoric acid compound even when the obtained pulverized product is heated.
MnO2もリン酸化合物の主成分であって、MnO2の含量は、35%以上55%以下であり、好ましくは37%以上52%以下である。当該範囲であると、正極材料とした場合に作動電圧の高い材料が得られやすいので好ましい。35%より少ないと、作動電圧の高い材料が得られにくい。また55%より多いと、得られる粉砕物を加熱しても、リン酸化合物を得ることが困難となる。 MnO 2 is also a main component of the phosphoric acid compound, and the content of MnO 2 is 35% or more and 55% or less, preferably 37% or more and 52% or less. This range is preferable because a material having a high operating voltage is easily obtained when the positive electrode material is used. If it is less than 35%, it is difficult to obtain a material having a high operating voltage. On the other hand, when the content is more than 55%, it becomes difficult to obtain a phosphoric acid compound even if the obtained pulverized product is heated.
Fe2O3はリン酸化合物の任意の成分であり、その含量は、0%以上10%未満である。当該範囲であると、適度な粘性を有する溶融物を得ることができる。10%以上であると、作動電圧の高い材料が得られにくい。また、0%超であると、放電容量をより高められるので、より好ましい。 Fe 2 O 3 is an optional component of the phosphate compound, and the content thereof is 0% or more and less than 10%. When the amount falls within this range, a melt having an appropriate viscosity can be obtained. If it is 10% or more, it is difficult to obtain a material having a high operating voltage. Further, if it exceeds 0%, the discharge capacity can be further increased, which is more preferable.
Co3O4はリン酸化合物の任意の成分である。Co3O4の含量が、0%以上8%未満であると、正極材料とした場合に作動電圧の高い材料が得られやすい。8%以上であると、均一な溶融物が得にくくなる。 Co 3 O 4 is an optional component of the phosphate compound. When the content of Co 3 O 4 is 0% or more and less than 8%, a material having a high operating voltage is easily obtained when a positive electrode material is used. If it is 8% or more, it becomes difficult to obtain a uniform melt.
NiOはリン酸化合物の任意の成分である。NiOの含量が、0%以上15%未満であると、正極材料とした場合に作動電圧の高い材料が得られやすい。15%以上であると、均一な溶融物が得にくくなる。 NiO is an optional component of the phosphate compound. When the content of NiO is 0% or more and less than 15%, a material having a high operating voltage is easily obtained when a positive electrode material is used. When it is 15% or more, it becomes difficult to obtain a uniform melt.
なかでも、Co3O4およびNiOは0%であり、Fe2O3は8.5%以下であると、放電容量、放電容量維持率、レート維持率等の電気化学的性質がバランスよく良好な特性を示すので、より好ましい。 Among them, when Co 3 O 4 and NiO are 0% and Fe 2 O 3 is 8.5% or less, the electrochemical properties such as discharge capacity, discharge capacity maintenance rate, rate maintenance rate, etc. are well balanced. It is more preferable because it exhibits excellent characteristics.
Co3O4およびNiOはそれぞれ0%であり、Fe2O3は8.5%以下であるのが好ましい。 Co 3 O 4 and NiO are each 0%, and Fe 2 O 3 is preferably 8.5% or less.
MgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2からなる群より選ばれる少なくとも1種は必須成分であり、リン酸化合物の電子伝導性およびイオン伝導性を高める作用をする。また、充放電操作による構造変化を抑制する効果もある。さらに、溶融物の溶融範囲を広める作用もある。MgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2の含量は、これらの成分の合量で、0.05%以上10%以下であり、好ましくは0.1%以上7%以下である。0.05%より少ないと、上記作用が生じにくくなり、一方10%より多いと、溶融が困難となる。 At least one selected from the group consisting of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2 is an essential component and acts to increase the electronic conductivity and ionic conductivity of the phosphate compound. In addition, there is an effect of suppressing structural changes due to charge / discharge operations. Furthermore, it has the effect of widening the melting range of the melt. The content of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2 is 0.05% or more and 10% or less, preferably 0.1% or more and 7% or less, with the total amount of these components. When the content is less than 0.05%, the above-described effect is difficult to occur, whereas when the content is more than 10%, melting becomes difficult.
溶融物のMgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2の含量が上記範囲であると、上記式(1)のリン酸化合物のxおよびyの範囲を満たすことができる。 When the content of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2 in the melt is in the above range, the x and y ranges of the phosphoric acid compound of the above formula (1) can be satisfied.
溶融物におけるMn、Fe、Co、およびNiの価数は、+2〜+4の範囲が好ましい。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。得られるリン酸化合物におけるこれら元素の価数は、+2.0〜+2.5が好ましく、+2.0〜+2.2がより好ましく、+2が特に好ましい。 The valence of Mn, Fe, Co, and Ni in the melt is preferably in the range of +2 to +4. For Fe, +2, +8/3, or +3, for Mn, +2, +3, or +4, for Co, +2, +8/3, or +3, and for Ni, +2 or +4 is preferable. The valence of these elements in the obtained phosphoric acid compound is preferably +2.0 to +2.5, more preferably +2.0 to +2.2, and particularly preferably +2.
溶融物におけるMg、Zn、およびCaの価数は+2が好ましく、Zrの価数は+4、Tiの価数は+2、+3、または+4が好ましい。 The valence of Mg, Zn, and Ca in the melt is preferably +2, the valence of Zr is +4, and the valence of Ti is preferably +2, +3, or +4.
原料調合物におけるLiを含む化合物としては、炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸水素リチウム(LiHCO3)、水酸化リチウム(LiOH)、およびリン酸リチウム(Li3PO4、(LiPO3)n)からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。これらは所望のリン酸化合物を得やくする。また、塩化リチウム(LiCl)、硝酸リチウム(LiNO3)、硫酸リチウム(Li2SO4)、および酢酸リチウム(CH3COOLi)やシュウ酸リチウム((COOLi)2)等の有機酸塩を用いてもよい(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。)。なかでも、安価でかつ取り扱いが容易な点で、Li2CO3、LiHCO3が特に好ましい。 As the compound containing Li in the raw material preparation, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydrogen carbonate (LiHCO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 , (LiPO 3 ) n It is preferable to use at least one selected from the group consisting of These make it easier to obtain the desired phosphate compound. In addition, lithium chloride (LiCl), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), and organic acid salts such as lithium acetate (CH 3 COOLi) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ) are used. (However, a part or all of the at least one kind may each form a hydrated salt.) Among these, Li 2 CO 3 and LiHCO 3 are particularly preferable because they are inexpensive and easy to handle.
原料調合物におけるPを含む化合物としては、酸化リン(P2O5)、リン酸(水素)アンモニウム((NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4)、リン酸リチウム(Li3PO4、(LiPO3)n)、ならびに、Mn、Fe、Co、およびNiのリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。これらは所望のリン酸化合物を得やくする。また、リン酸(H3PO4)、亜リン酸(H3PO3)、および次亜リン酸(H3PO2)を用いてもよい。以上の化合物は、それぞれ結晶水を含む場合はその含水化合物を含むものとする。なかでも、扱いやすさおよび入手のしやすさから、リン酸二水素アンモニウム((NH4)H2PO4)、リン酸リチウム(Li3PO4、LiPO4)が好ましい。 As the compound containing P in the raw material preparation, phosphorus oxide (P 2 O 5 ), ammonium phosphate (hydrogen) ((NH 4 ) 3 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 ) It is preferable to use at least one selected from the group consisting of lithium phosphate (Li 3 PO 4 , (LiPO 3 ) n ), and phosphates of Mn, Fe, Co, and Ni. These make it easier to obtain the desired phosphate compound. Further, phosphoric acid (H 3 PO 4 ), phosphorous acid (H 3 PO 3 ), and hypophosphorous acid (H 3 PO 2 ) may be used. When each of the above compounds contains water of crystallization, the water-containing compound is included. Of these, ammonium dihydrogen phosphate ((NH 4 ) H 2 PO 4 ) and lithium phosphate (Li 3 PO 4 , LiPO 4 ) are preferable from the viewpoint of ease of handling and availability.
原料調合物におけるMnを含む化合物としては、酸化マンガン(MnO、Mn2O3、Mn3O4)、水酸化マンガン(Mn(OH)2等)、オキシ水酸化マンガン(MnO(OH)2)、およびリン酸マンガン(Mn3(PO4)2、Mn2P2O7等)からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。これらは所望のリン酸化合物を得やくする。また、塩化マンガン(MnCl2等)、硝酸マンガン(Mn(NO3)2等)、硫酸マンガン(MnSO4等)、Mnのアルコキシド(Mn(OCH3)2、Mn(OC2H5)2等)、および酢酸マンガン(Mn(CH3COO)2)やシュウ酸マンガン(Mn(COO)2)等の有機酸塩を用いてもよい。以上の化合物は、それぞれ結晶水を含む場合はその含水化合物を含むものとする。なかでも、入手のしやすさやコストから、MnO2、MnOが特に好ましい。 As a compound containing Mn in the raw material preparation, manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 ), manganese hydroxide (Mn (OH) 2, etc.), manganese oxyhydroxide (MnO (OH) 2 ) And at least one selected from the group consisting of manganese phosphate (Mn 3 (PO 4 ) 2 , Mn 2 P 2 O 7, etc.). These make it easier to obtain the desired phosphate compound. Further, manganese chloride (MnCl 2 etc.), manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 etc.), manganese sulfate (MnSO 4 etc.), Mn alkoxide (Mn (OCH 3 ) 2 , Mn (OC 2 H 5 ) 2 etc. ), And organic acid salts such as manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ) and manganese oxalate (Mn (COO) 2 ). When each of the above compounds contains water of crystallization, the water-containing compound is included. Among these, MnO 2 and MnO are particularly preferable from the viewpoint of availability and cost.
原料調合物におけるFe、Co、およびNiを含む化合物としては、酸化物(FeO、Fe3O4、Fe2O3、CoO、Co3O4、Co2O3、NiO)、オキシ水酸化物(FeO(OH)等)、リン酸塩(Fe3(PO4)3、Fe3PO4等)、塩化物(FeCl2、FeCl3等)、硝酸塩(Fe(NO3)2等)、硫酸塩(FeSO4、Fe2(SO4)3等)、Feのアルコキシド(Fe(OCH3)2、Fe(OC2H5)2等)、およびFeの酢酸塩(Fe(CH3COO)2)やシュウ酸鉄(Fe(COO)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。なかでも、入手のしやすさやコストから、Fe3O4、Fe2O3、Co3O4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。 As the compound containing Fe, Co, and Ni in the raw material preparation, oxides (FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , NiO), oxyhydroxides (FeO (OH) etc.), phosphate (Fe 3 (PO 4 ) 3 , Fe 3 PO 4 etc.), chloride (FeCl 2 , FeCl 3 etc.), nitrate (Fe (NO 3 ) 2 etc.), sulfuric acid Salt (FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 etc.), Fe alkoxide (Fe (OCH 3 ) 2 , Fe (OC 2 H 5 ) 2 etc.), and Fe acetate salt (Fe (CH 3 COO) 2 And at least one selected from the group consisting of organic acid salts such as iron oxalate (Fe (COO) 2 ). Among these, at least one compound selected from the group consisting of Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 and NiO is more preferable from the viewpoint of availability and cost.
原料調合物におけるMg、Zn、Ca、Zr、Tiを含む化合物としては、酸化物(MgO、ZnO、CaO、ZrO2、TiO2)、水酸化物(Mg(OH)2、Zn(OH)2、Ca(OH)2、Zr(OH)4、Ca(OH)2)、炭酸塩(MgCO3、ZnCO3、CaCO3)、リン酸塩(Mg3(PO4)2等)、塩化物(MgCl2等)、硝酸塩(Mg(NO3)2等)、硫酸塩(MgSO4等)、および酢酸塩(Mg(CH3COO)2)やシュウ酸塩(Mg(COO)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。なかでも、MgO、ZnO、CaCO3、ZrO2、およびTiO2が安価であり、扱いやすいので特に好ましい。 Examples of the compound containing Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti in the raw material preparation include oxides (MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides (Mg (OH) 2 , Zn (OH) 2 , Ca (OH) 2, Zr (OH) 4, Ca (OH) 2), carbonate (MgCO 3, ZnCO 3, CaCO 3), phosphate (Mg 3 (PO 4) 2, etc.), chlorides ( MgCl 2 etc.), nitrates (Mg (NO 3 ) 2 etc.), sulfates (MgSO 4 etc.), and organic salts such as acetates (Mg (CH 3 COO) 2 ) and oxalates (Mg (COO) 2 ) At least one selected from the group consisting of acid salts is preferred. Among these, MgO, ZnO, CaCO 3 , ZrO 2 , and TiO 2 are particularly preferable because they are inexpensive and easy to handle.
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。ただし、原料混合物中には溶融処理中に揮発等により失われやすい成分、例えばPのような成分が存在するため、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。 In principle, the composition of the raw material formulation corresponds theoretically to the composition of the melt obtained from the raw material formulation. However, in the raw material mixture, there is a component that is easily lost due to volatilization or the like during the melting process, for example, a component such as P. May differ slightly from mol%.
各原料の純度は、所望の特性を低下させない範囲であれば特に限定されるものではないが、水和水を除いた純度が99%以上であることが好ましく、99.9%以上がより好ましい。 The purity of each raw material is not particularly limited as long as it does not deteriorate the desired characteristics, but the purity excluding hydration water is preferably 99% or more, more preferably 99.9% or more. .
各原料の粒度は、溶融して均一な溶融物が得られる範囲であれば特に限定されるものではない。各原料はミキサ、ボールミル、遊星ミル等の混合・粉砕手段を用いて、乾式または湿式で混合してから溶融することが好ましい。 The particle size of each raw material is not particularly limited as long as it is within a range in which a uniform melt can be obtained by melting. Each raw material is preferably melted after being mixed dry or wet using a mixing / pulverizing means such as a mixer, ball mill, planetary mill or 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。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。加熱炉中での揮発および蒸発防止のために、該容器は蓋を装着することが好ましい。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. It is preferable to put the raw material preparation in a container or the like, and heat and melt 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. In order to prevent volatilization and evaporation in the heating furnace, the container is preferably fitted with a lid. 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.
溶融工程(I)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できる。不活性ガス中または還元ガス中で実施すると、Mn、Fe、Co、およびNiの価数を+2または+2に近い状態に維持でき、所望のリン酸化合物を得やすくなるので好ましい。空気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。 The melting step (I) can be carried out in air, in an inert gas, or in a reducing gas. When carried out in an inert gas or a reducing gas, the valences of Mn, Fe, Co, and Ni can be maintained in a state close to +2 or +2, and a desired phosphate compound can be easily obtained, which is preferable. When melted in the air, 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、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)等の希ガスおよび窒素(N2)ガスから選ばれる少なくとも1種のガスを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、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、またはアンモニア(NH3)等の還元性を有するガスが、含有量が0.1体積%以上、より好ましくは1〜10体積%で存在するガスあり、酸素(O2)の含有量が1体積%以下、より好ましくは0.1体積%以下であるガスをいう。ただし、原料の分解時や融解時に気体が発生する場合、その期間においては上記雰囲気を満たさなくてもよい。さらに、原料混合物は不活性雰囲気や還元雰囲気を減圧した雰囲気下(0.8×105Pa以下)で溶融してもよい。 Here, the inert gas refers to a gas containing 99% by volume or more of at least one gas selected from rare gases such as helium (He) and argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) gas. The reducing gas is a gas having a reducing property such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), or ammonia (NH 3 ) in the above-described inert gas, and the content is 0.1% by volume or more. More preferably, the gas is present in an amount of 1 to 10% by volume, and the oxygen (O 2 ) content is 1% by volume or less, more preferably 0.1% by volume or less. However, when gas is generated during decomposition or melting of the raw material, the atmosphere does not have to be satisfied during the period. Furthermore, the raw material mixture may be melted in an atmosphere (0.8 × 10 5 Pa or less) in which an inert atmosphere or a reducing atmosphere is reduced.
溶融のための加熱温度は、1,000〜1,400℃が好ましく、1,200〜1,350℃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。また、溶融物の均一性を上げるために撹拌してもよい。さらに、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 for melting is preferably 1,000 to 1,400 ° C, particularly preferably 1,200 to 1,350 ° 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. Moreover, you may stir in order to raise the uniformity of a melt. Further, the melt may be clarified at a temperature lower than the melting temperature until the next cooling step (II) is performed.
(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。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、リン酸化合物の組成や粒径が制御しやすくなる。非晶質物質を結晶化してオリビン型リン酸化合物を生成すると、例えば複数の粉体から固相反応で化合物を合成する場合に比べて、反応時間を短くすることができ、さらに化学組成、鉱物組成、構造等の均一性を高めることができる。
(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. 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. 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 phosphoric acid compound can be easily controlled. When an olivine-type phosphate compound is produced by crystallizing an amorphous substance, the reaction time can be shortened compared to the case of synthesizing a compound from a plurality of powders by a solid-phase reaction. Uniformity of composition, structure, etc. can be improved.
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実施することができる。不活性ガス中または還元ガス中で実施すると、設備が簡便であり、Mn、Fe、Co、およびNiの酸化を防止、または抑制できる。開放系で急冷する場合、被急冷物(溶融物)と冷却メディア(例えば、双ローラ)との接触部分の周囲の雰囲気を不活性雰囲気または還元雰囲気とすることが好ましい。 The cooling of the melt can be carried out in air, in an inert gas or in a reducing gas. When carried out in an inert gas or a reducing gas, the facilities are simple and oxidation of Mn, Fe, Co, and Ni can be prevented or suppressed. In the case of rapid cooling in an open system, it is preferable that the atmosphere around the contact portion between the material to be cooled (melt) and the cooling medium (for example, a twin roller) is an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
溶融物の冷却速度は1×103 ℃/秒以上が好ましく、1×104 ℃/秒以上がより好ましい。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。溶融物の冷却速度は1,000℃から50℃までの冷却速度を1×103 ℃/秒〜1×1010 ℃/秒とすることが特に好ましい。 The cooling rate of the melt is preferably 1 × 10 3 ° C./second or more, and more preferably 1 × 10 4 ° C./second or more. 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 manufacturing equipment and mass productivity, and is particularly preferably 1 × 10 8 ° C./second from the viewpoint of practicality. The cooling rate of the melt is particularly preferably 1 × 10 3 ° C./sec to 1 × 10 10 ° C./sec.
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、ステンレス等の金属製、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 such as stainless steel, carbon or ceramic.
冷却工程(II)で得られる固化物は、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、平均厚さは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、平均直径は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が上記範囲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 average diameter is not more than the upper limit of the above range, the burden on 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。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, but there is a problem that residual stress is generated by 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、粉砕工程の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 of the pulverization 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、ジルコニア製ボール、アルミナ製ボール、窒化ケイ素製ボール、炭化ケイ素製ボール、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。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。 As the grinding media, it is preferable to use zirconia balls, alumina balls, silicon nitride balls, silicon carbide balls, glass balls, or the like. In particular, zirconia balls 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.
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容量の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。 The pulverization container is not particularly limited, but the pulverization efficiency is good when the pulverization medium and the solidified material are placed in the container up to 30 to 80% of the container capacity. 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、固化物および粉砕メディアが入った状態で、容器容量の30〜80体積%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 pulverization solvent is filled up to 30 to 80% by volume of the container capacity in a state where the solidified product and the pulverization medium are contained, the pulverization 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、体積基準のメディアン径で10nm〜10μmが好ましく、10nm〜5μmがより好ましい。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。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、また得られるリン酸化合物の粒径を小さくできる。平均粒径の測定は、レーザ回折/散乱式粒子径測定装置で測定する。 The average particle diameter of the pulverized product is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 10 nm to 5 μm, in terms of volume-based median diameter. When the average particle size is not less than the lower limit of the above range, the pulverized products are not sintered together in the heating step (IV) and the particle size does not become too large. Heating temperature and time in heating process (IV) can be reduced as it is below the upper limit of the said range, and the particle size of the phosphoric acid compound obtained can be made small. The average particle size is measured with a laser diffraction / scattering particle size measuring device.
本発明のリン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、リン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、有機化合物および炭素系導電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るのが好ましい。炭素源としては、有機化合物と炭素系導電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、リン酸化合物内での炭素系導電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、リン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。 Since the phosphoric acid compound of 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 phosphoric acid compound with a conductive material. In the pulverization step (III), it is preferable to include at least one carbon source selected from the group consisting of an organic compound and a carbon-based conductive material. As the carbon source, it is particularly preferable to use an organic compound and a carbon-based conductive material in combination. By using in combination, the distribution of the carbon-based conductive material in the phosphoric acid 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 phosphoric acid compound can be improved.
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を含ませる工程であるのがより好ましい。 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 pulverizing after mixing the solidified product and the carbon source, a step of mixing after pulverizing the solidified product and the carbon source, and a step of adding the carbon source after pulverizing the solidified product. It is more preferable that
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、リン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、リン酸化合物を被覆する導電材の厚さが厚くなりすぎず、リン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 higher than the lower limit of the above range, the electrical conductivity can be sufficiently increased when the phosphoric acid compound is used as a positive electrode material for a secondary battery. When the thickness of the conductive material covering the phosphoric acid compound does not become too thick by setting it to the upper limit value or less of the above range, a positive electrode for a secondary battery is produced using a phosphoric acid compound. The electrolyte can be sufficiently distributed to the material.
固化物に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。固化物に炭素系導電物質のみを含ませる場合の粉砕工程(III)は、乾式でもよい。 When the organic compound is included in the solidified product, the pulverization step (III) is preferably performed by a wet method in order to uniformly disperse the pulverized product surface. The pulverization step (III) when the solidified material contains only the carbon-based conductive material may be dry.
炭素源としての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 as carbon sources include glucose, sucrose, glucose-fructose invert sugar, caramel, paraffin, starch, pregelatinized starch, carboxymethylcellulose, ethylcellulose, camphor, melamine, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, ascorbic acid More preferably, at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, and phenolic resin, glucose, sucrose, ethyl cellulose, camphor, melamine, stearic acid, ascorbic acid, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and Particularly preferred is at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid.
炭素源としての炭素系導電物質は、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、FT−IR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。 The carbon-based conductive 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 FT-IR analysis are preferable.
(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、オリビン構造を含む結晶を含むリン酸化合物を得る工程である。得られるリン酸化合物は粒子状であることが好ましい。また、リン酸化合物は、非晶質物を含まないことが好ましい。リン酸化合物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 in which the pulverized product obtained in the pulverization step (III) is heated to obtain a phosphate compound containing crystals containing an olivine structure. The obtained phosphoric acid compound is preferably particulate. Moreover, it is preferable that a phosphoric acid compound does not contain an amorphous substance. The fact that the phosphoric acid compound does not contain an amorphous substance can be confirmed by the fact that no halo pattern is 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、リン酸化合物の組成、粒径およびその分布の制御が容易である。 In the heating step (IV), since the pulverized product is heated, the relaxation of the residual stress generated by the pulverization is promoted. Further, since crystal nuclei are generated and grains are grown by heating, it is easy to control the composition, grain size and distribution of the phosphate compound.
加熱温度は、300〜900℃が好ましく、500〜900℃がより好ましく、550〜800℃が特に好ましい。加熱温度が300℃以上であると、炭化反応が生じやすくなり、リン酸化合物の結晶が生成しやすくなる。加熱温度が900℃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。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オリビン型結晶を有するリン酸化合物粒子が得られやすい。また、粒子の表面に、導電材が均一に結合したリン酸化合物粒子が得られやすい。 The heating temperature is preferably 300 to 900 ° C, more preferably 500 to 900 ° C, and particularly preferably 550 to 800 ° C. When the heating temperature is 300 ° C. or higher, a carbonization reaction is likely to occur, and a phosphoric acid compound crystal is likely to be generated. When the heating temperature is 900 ° C. or lower, the pulverized product is hardly melted, and the crystal system and the particle diameter are easily controlled. In the case of the heating temperature, phosphoric acid compound particles having olivine type crystals having appropriate crystallinity, particle diameter, particle size distribution and the like are easily obtained. Moreover, it is easy to obtain phosphate compound particles in which the conductive material is uniformly bonded to the surface of the particles.
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、ローラーハース炉、ロータリーキルン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 performed in a box furnace, tunnel kiln furnace, roller hearth furnace, rotary kiln 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。また、メタンガス、アセチレンガスを炉内に導入することによって、ガス雰囲気を調整することもできる。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、リン酸化合物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). In addition, the gas atmosphere can be adjusted by introducing methane gas or acetylene gas into the furnace. 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). In addition, 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 promoted. can do. Thereby, a phosphoric acid compound 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。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300〜900℃から室温までを、冷却速度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 is preferably 30 to 300 ° C./hour. By setting the cooling rate within this range, distortion due to heating can be removed. 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 300 to 900 ° C. in the heating step (IV) to room temperature at a cooling rate of 30 to 300 ° C./hour.
加熱工程(IV)でリン酸化合物を得た後、該リン酸化合物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してもよい。 After obtaining the phosphoric acid compound in the heating step (IV), a pulverized product of the phosphoric acid compound and a carbon source may be obtained, and then the pulverized product may be heated in an inert gas or a reducing gas. .
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、リン酸化合物粒子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。導電材が結合したリン酸化合物粒子は、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リン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物質を用いた場合には、該物質が導電材としてリン酸化合物の表面の少なくとも一部を被覆する。また、炭素源として両者を用いた場合には、有機化合物由来の炭化物および炭素系導電物質がリン酸化合物の表面の少なくとも一部を被覆し、導電材のネットワークを形成する。 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 material is included, a conductive material derived from the carbon source is uniformly formed on the surface of the phosphate compound particles. And can be firmly bonded. The phosphoric acid compound particles to which the conductive material is bonded can be used as a positive electrode material for a secondary battery as it is. 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 phosphate compound as a conductive material. When a carbon-based conductive material is used as the carbon source, the material covers at least a part of the surface of the phosphate compound as a conductive material. Further, when both are used as the carbon source, the carbide derived from the organic compound and the carbon-based conductive material cover at least a part of the surface of the phosphate compound to form a conductive material network.
[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リン酸化合物を、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]
A positive electrode for a secondary battery and a secondary battery can be produced using the phosphoric acid compound obtained by the production method of the present invention as a positive electrode material for a secondary battery. 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、本発明のリン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、本発明のリン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、さらに、公知の有機溶媒(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)を用いてスラリーとし、公知の集電体(アルミニウム、またはステンレスの金属箔等)に塗布する等の方法によって、製造できる。 The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be manufactured according to a known electrode manufacturing method except that the phosphoric acid compound of the present invention is used. For example, if necessary, the phosphoric acid compound of the present invention may be a known binder (polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluororubber, (Polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, etc.) and further mixed with a known conductive material (acetylene black, carbon, graphite, natural graphite, artificial graphite, needle coke, etc.) if necessary, and further known Organic solvents (N-methylpyrrolidone, toluene, cyclohexane, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropyl alcohol) Emissions, ethylene oxide, was slurried with tetrahydrofuran), by a method such as coating the known current collector (aluminum or stainless steel metal foil and the like), can be produced.
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。本発明の製造方法で得られる二次電池は、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車に搭載する二次電池として、また、電力貯蔵用の蓄電池として有用である。 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. The secondary battery obtained by the production method of the present invention is useful as a secondary battery mounted in a plug-in hybrid vehicle or an electric vehicle, or as a storage battery for storing power.
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1〜28、および、例41〜48が実施例、例31〜34、および、例51、52が比較例である。 Although an example is given and explained concretely, the present invention is not limited to the following explanation. Examples 1-28 and Examples 41-48 are Examples, Examples 31-34, and Examples 51 and 52 are comparative examples.
[例1〜22、31〜33]
(溶融工程(I))
溶融物の組成がLi2O、P2O5、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、MgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2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)、リン酸水素アンモニウム(NH4H2PO4)、二酸化マンガン(MnO2)、四酸化三鉄(Fe3O4)、四酸化三コバルト(Co3O4、)、酸化ニッケル(NiO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、および酸化チタン(TiO2)を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。
[Examples 1-22, 31-33]
(Melting step (I))
The composition of the melt is Li 2 O, P 2 O 5 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO, MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 , and TiO 2 equivalent (unit: mol%) , Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), ammonium hydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ), triiron tetroxide (Fe 3 O 4) ), Tricobalt tetroxide (Co 3 O 4 ), nickel oxide (NiO), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO), calcium carbonate (CaCO 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and titanium oxide ( TiO 2 ) was weighed, mixed and pulverized by a dry method to obtain a raw material formulation.
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(株式会社モトヤマ社製、装置名:NH−3035)の中に入れた。該電気炉を、流量2L/分でN2ガスを流通しつつ、+300℃/時間の速度で昇温し、1,250〜1,320℃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。
(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./sec. A solidified product was obtained. The obtained solidified product was a glassy substance.
(粉砕工程(III))
冷却工程(II)で得たフレーク状の固化物を、軽く手で揉んで細かくした後、カッターミルを用いて粗粉砕した。さらに、これを、粉砕媒体としてジルコニア製ボールを用いたボールミルで、湿式で粉砕し、乾燥し、微粉砕物を得た。粉砕は、まず直径5mmのボール、ついで2mmのボールを用いて段階的に行った。粉砕溶媒としてはエタノールを用いた。
(Crushing step (III))
The flaky solidified product obtained in the cooling step (II) was lightly kneaded and finely ground, and then coarsely pulverized using a cutter mill. Furthermore, this was pulverized wet with a ball mill using zirconia balls as a pulverizing medium and dried to obtain a finely pulverized product. The pulverization was performed stepwise using a ball having a diameter of 5 mm and then a ball having a diameter of 2 mm. Ethanol was used as a grinding solvent.
微粉砕物に、グルコース、スクロース、およびカーボンブラックを、微粉砕物の質量、グルコースの炭素換算量、スクロースの炭素換算量、およびカーボンブラックの炭素換算量が質量比で89:3:5:3となるように秤量した後、少量の純水を添加し、混合した。炭素源を混合した粉砕物を乾燥した後、続く加熱工程(IV)に供した。 Glucose, sucrose, and carbon black are added to the finely pulverized product, and the mass ratio of the finely pulverized product, the carbon equivalent of glucose, the carbon equivalent of sucrose, and the carbon equivalent of carbon black is 89: 3: 5: 3. Then, a small amount of pure water was added and mixed. The pulverized material mixed with the carbon source was dried and then subjected to the subsequent heating step (IV).
(加熱工程(IV))
炭素源を混合した粉砕物を、電気炉(株式会社モトヤマ製、装置名:SKM−3035)を用い、H2ガスを3体積%H2−N2ガス中で、600℃で8時間加熱し、次いで室温まで冷却し、リン酸化合物粒子を析出させた。
(Heating step (IV))
The pulverized material obtained by mixing a carbon source, an electric furnace (manufactured Motoyama Co., Ltd., device name: SKM-3035) using a H 2 gas at 3 vol% H 2 -N 2 gas and heated for 8 hours at 600 ° C. Then, the mixture was cooled to room temperature to precipitate phosphate compound particles.
[例23、24]
溶融物の組成がそれぞれ例1および例16と同じになるように、炭酸リチウム(Li2CO3)、リン酸水素アンモニウム(NH4H2PO4)、二酸化マンガン(MnO2)、三酸化二鉄(Fe2O3)および酸化ジルコニウム(ZrO2)を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。得られた原料調合物を、例1と同様に溶融し、溶融物を得た。
[Examples 23 and 24]
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), ammonium hydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ), dioxide trioxide so that the composition of the melt is the same as in Examples 1 and 16, respectively. Iron (Fe 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) were weighed, mixed and pulverized by a dry method to obtain a raw material formulation. The obtained raw material formulation was melted in the same manner as in Example 1 to obtain a melt.
それ以外は例1と同様にして、リン酸化合物粒子を得た。 Otherwise in the same manner as in Example 1, phosphoric acid compound particles were obtained.
[例25、26]
溶融物の組成がそれぞれ例1および例12と同じになるように、炭酸リチウム(Li2CO3)、リン酸水素アンモニウム(NH4H2PO4)、シュウ酸マンガン(Mn(COO)2)、シュウ酸鉄(Fe(COO)2)、酸化マグネシウム(MgO)および酸化チタン(TiO2)を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。
[Examples 25 and 26]
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), ammonium hydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), manganese oxalate (Mn (COO) 2 ) so that the composition of the melt is the same as in Example 1 and Example 12, respectively. , Iron oxalate (Fe (COO) 2 ), magnesium oxide (MgO) and titanium oxide (TiO 2 ) were weighed, mixed and pulverized in a dry process to obtain a raw material formulation.
それ以外は例1と同様にして、リン酸化合物粒子を得た。 Otherwise in the same manner as in Example 1, phosphoric acid compound particles were obtained.
[例27、28]
それぞれ例1および12と同様にして、溶融、冷却を実施した。冷却工程(II)で得たフレーク状の固化物を、軽く手で揉んで細かくした後、カッターミルを用いて粗粉砕し、粗粉砕物を得た。粗粉砕物とエチルセルロースとを、粗粉砕物とエチルセルロース中の炭素換算量との質量比で9:1となるように混合した。粉砕溶媒としてアセトンを用いて、ボールミルを用いて、微粉砕した。微粉砕物を乾燥した後、続く加熱工程(IV)に供し、リン酸化合物粒子を得た。
[Examples 27 and 28]
In the same manner as in Examples 1 and 12, melting and cooling were performed. The flaky solidified product obtained in the cooling step (II) was lightly crushed by hand and then coarsely pulverized using a cutter mill to obtain a coarsely pulverized product. The coarsely pulverized product and ethyl cellulose were mixed so that the mass ratio of the coarsely pulverized product and the amount of carbon in the ethyl cellulose was 9: 1. Using acetone as a grinding solvent, fine grinding was performed using a ball mill. After the finely pulverized product was dried, it was subjected to the subsequent heating step (IV) to obtain phosphate compound particles.
[例34]
溶融物の組成がLi2O、P2O5、MnO2、およびMgO換算量(単位:モル%)で、表1に示す割合となるように、実施例1と同様に調合、溶融した。しかし、均一な溶融物を得ることはできなかった。
[Example 34]
The melt was prepared and melted in the same manner as in Example 1 so that the composition of the melt was Li 2 O, P 2 O 5 , MnO 2 , and MgO equivalent (unit: mol%) and the ratio shown in Table 1. However, a uniform melt could not be obtained.
(X線回折の測定)
得られたリン酸化合物粒子の鉱物相を、X線回折装置(株式会社リガク製、装置名:RINT TTRIII)を用いて調べた。例1〜28で得られたリン酸化合物粒子は、いずれも結晶系が斜方晶であり、空間群がPnmaであると考えられるオリビン型結晶粒子であることが確認された。Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiの酸化物、これらの少なくとも一種とLiとの複合化合物、ならびに、これらの少なくとも一種とPとの複合化合物は、同定されなかった。例1〜3で得られたリン酸化合物粒子のX線回折パターンを、それぞれ、図1の(a)、(b)、および(c)に示す。例16〜18で得られたリン酸化合物粒子のX線回折パターンを、それぞれ、図2の(a)、(b)、および(c)に示す。
(Measurement of X-ray diffraction)
The mineral phase of the obtained phosphoric acid compound particles was examined using an X-ray diffraction apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, apparatus name: RINT TTRIII). The phosphoric acid compound particles obtained in Examples 1 to 28 were all confirmed to be olivine-type crystal particles in which the crystal system is orthorhombic and the space group is considered to be Pnma. An oxide of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, a composite compound of at least one of these with Li, and a composite compound of at least one of these with P were not identified. The X-ray diffraction patterns of the phosphoric acid compound particles obtained in Examples 1 to 3 are shown in FIG. 1 (a), (b), and (c), respectively. The X-ray diffraction patterns of the phosphoric acid compound particles obtained in Examples 16 to 18 are shown in (a), (b), and (c) of FIG. 2, respectively.
(形態観察)
例1で得たリン酸化合物粒子の形態を、走査型電子顕微鏡(日立製作所社製、装置名:SU6600)で観察した。観察して得られた画像を図3に示す。
(Morphological observation)
The form of the phosphoric acid compound particles obtained in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., apparatus name: SU6600). FIG. 3 shows an image obtained by observation.
(粒度分布および比表面積の測定)
例1〜3で得たリン酸化合物粒子の粒径分布を、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製、装置名:LA−920)で測定した。体積換算のメディアン径は、それぞれ0.34μm(例1)、0.36μm(例2)、および0.34μm(例3)であった。
(Measurement of particle size distribution and specific surface area)
The particle size distribution of the phosphoric acid compound particles obtained in Examples 1 to 3 was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., device name: LA-920). The volume-converted median diameters were 0.34 μm (Example 1), 0.36 μm (Example 2), and 0.34 μm (Example 3), respectively.
さらに、比表面積を比表面積測定装置(株式会社島津製作所製、装置名:ASAP2020)で測定したところ、それぞれ29m2/g(例1)、28m2/g(例2)、および31m2/g(例3)であった。 Furthermore, when the specific surface area was measured with a specific surface area measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, device name: ASAP2020), 29 m 2 / g (Example 1), 28 m 2 / g (Example 2), and 31 m 2 / g, respectively. (Example 3).
(組成分析)
得られたリン酸化合物粒子の化学組成を測定した。まず、粒子表面の有機物を4mol/LのH2O2で酸化除去した後、次いで6.0mol/LのHCl溶液を添加し、80℃にて分解した。分解液中のLiは原子吸光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、装置名:Z−2310)を用いて定量した。また、分解液中のP、Mn、Fe、Co、Ni、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTi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。Li、P、Mn、Fe、Co、Ni、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiの定量値から、Li2O、P2O5、MnO、FeO、CoO、NiO、MgO、ZnO、CaO、ZrO2、およびTiO2の量をそれぞれ算出した。例1〜28および例31〜33で得られたリン酸化合物粒子の化学組成の定量値を、表2に示す。
The chemical composition of the obtained phosphoric acid compound particles was measured. First, organic substances on the particle surface were removed by oxidation with 4 mol / L H 2 O 2 , and then a 6.0 mol / L HCl solution was added and decomposed at 80 ° C. Li in the decomposition solution was quantified using an atomic absorption photometer (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, apparatus name: Z-2310). Further, P, Mn, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti in the decomposition solution are obtained by using an inductively coupled emission spectroscopic analyzer (manufactured by Seiko Instruments Inc., apparatus name: SPS3100). Quantified. From the quantitative values of Li, P, Mn, Fe, Co, Ni, Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, Li 2 O, P 2 O 5 , MnO, FeO, CoO, NiO, MgO, ZnO, CaO, The amounts of ZrO 2 and TiO 2 were calculated respectively. Table 2 shows quantitative values of chemical compositions of the phosphoric acid compound particles obtained in Examples 1 to 28 and Examples 31 to 33.
(炭素含量の測定)
得られたリン酸化合物粒子の炭素含量を炭素分析装置(株式会社堀場製作所製、装置名:EMIA−920V)で測定した。例1〜28および例31〜33で得たリン酸化合物粒子の炭素含量を表2に示す。
(Measurement of carbon content)
The carbon content of the obtained phosphoric acid compound particles was measured with a carbon analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., apparatus name: EMIA-920V). Table 2 shows the carbon contents of the phosphoric acid compound particles obtained in Examples 1 to 28 and Examples 31 to 33.
[例41〜48、例51〜52:Liイオン二次電池用正極および評価用電池の製造例]
例1、2、5、11、16、18、23、25、31、および32で得られたリン酸化合物粒子(活物質)とポリフッ化ビニリデン樹脂(結着剤)とアセチレンブラック(導電材)とを、質量比で80:8:12の比率となるように秤量し、N−メチルピロリドン(溶媒)中で均一になるまで混合してスラリーを調製した。次いで、該スラリーをドクターブレードで厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布した。空気中にて120℃で乾燥させて溶媒を除去し、次いで、ロールプレスで塗工層を圧密化し、幅10mm×長さ40mmの短冊状に切り出した。
[Examples 41 to 48, Examples 51 to 52: Production Examples of Positive Electrode for Li-ion Secondary Battery and Evaluation Battery]
Phosphoric acid compound particles (active material), polyvinylidene fluoride resin (binder) and acetylene black (conductive material) obtained in Examples 1, 2, 5, 11, 16, 18, 23, 25, 31, and 32 Were weighed so as to have a mass ratio of 80: 8: 12 and mixed in N-methylpyrrolidone (solvent) until uniform to prepare a slurry. Next, the slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm with a doctor blade. The solvent was removed by drying at 120 ° C. in the air, and then the coating layer was consolidated by a roll press and cut into strips having a width of 10 mm and a length of 40 mm.
塗工層は短冊状アルミニウム箔の先端10×10mmの部分を残して剥離し、これを電極とした。得られた電極のロールプレス後の塗工層厚は20μmであった。得られた電極を150℃で真空乾燥した後、精製アルゴンガスが満たされたグローブボックス中に搬入した。電極を、ニッケルメッシュにリチウム箔を圧着した対極と多孔質ポリエチレンフィルム製セパレータを介して対向させ、さらに両側をポリエチレン板で挟んで固定し、対向電極を得た。 The coating layer was peeled off leaving a 10 × 10 mm tip of strip-shaped aluminum foil, which was used as an electrode. The coating thickness of the obtained electrode after roll pressing was 20 μm. The obtained electrode was vacuum-dried at 150 ° C. and then carried into a glove box filled with purified argon gas. The electrode was opposed to a counter electrode obtained by pressure bonding a lithium foil to a nickel mesh through a separator made of porous polyethylene film, and both sides were sandwiched and fixed by a polyethylene plate to obtain a counter electrode.
対向電極をポリエチレン製ビーカに入れ、六フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合溶媒(1:1体積比)に1mol/Lの濃度で溶解した非水電解液を注入して充分に含浸させた。電解液含浸後の対向電極をビーカから取り出し、アルミニウムラミネートフィルム袋に入れ、リード線部を取り出して封止して半電池を構成した。この半電池の特性を以下のようにして測定した。 The counter electrode was put in a polyethylene beaker, and a nonaqueous electrolyte solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (1: 1 volume ratio) at a concentration of 1 mol / L was injected. Fully impregnated. The counter electrode after impregnation with the electrolytic solution was taken out from the beaker, placed in an aluminum laminate film bag, the lead wire portion was taken out and sealed to form a half-cell. The characteristics of this half-cell were measured as follows.
(Liイオン二次電池用正極の電気化学的性質の評価)
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(北斗電工株式会社製、装置名:HJ201B)に接続して初期充放電試験を行った。電流密度は電極活物質の質量(導電材と結着剤とを除いた質量)当たりの電流値を15mA/g(0.088C相当)として充放電を行った。充電終止電圧はLi対極基準で4.5Vとし、終止電圧に到達後即座に放電を開始した。放電終止電圧はLi対極基準で1.5Vとした。例41〜48、および例51、52で得た初期放電容量値を表3に示す。
(Evaluation of electrochemical properties 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 perform an initial charge / discharge test. The current density was charged / discharged with the current value per mass of the electrode active material (the mass excluding the conductive material and the binder) being 15 mA / g (equivalent to 0.088 C). The end-of-charge voltage was 4.5 V based on the Li counter electrode, and discharge was started immediately after reaching the end-of-voltage. The end-of-discharge voltage was 1.5 V with respect to the Li counter electrode. Table 3 shows the initial discharge capacity values obtained in Examples 41 to 48 and Examples 51 and 52.
次いで、レート維持率を測定した。充電時の電流密度は15mA/gとし、放電時の電流密度は、15mA/g、37.5mA/g、150mA/g、300mA/g、600mA/g、および1200mA/gとした。また、充電終止電圧はLi対極基準で4.5Vとし、終止電圧に到達後即座に放電を開始した。放電終止電圧はLi対極基準で1.5Vとした。600mA/gでの放電容量値を15mA/gでの放電容量値を除した数値をレート維持率とした。例41〜48、および例51、52で得たレート維持率を表3に示す。 Next, the rate maintenance rate was measured. The current density during charging was 15 mA / g, and the current density during discharging was 15 mA / g, 37.5 mA / g, 150 mA / g, 300 mA / g, 600 mA / g, and 1200 mA / g. Moreover, the charge end voltage was set to 4.5 V with respect to the Li counter electrode, and discharge was started immediately after reaching the end voltage. The end-of-discharge voltage was 1.5 V with respect to the Li counter electrode. A value obtained by dividing the discharge capacity value at 600 mA / g by the discharge capacity value at 15 mA / g was defined as a rate maintenance rate. The rate maintenance rates obtained in Examples 41 to 48 and Examples 51 and 52 are shown in Table 3.
さらに、放電容量維持率を測定した。充電時および充電の電流密度は、それぞれ150mA/gおよび37.5mA/gとし、充電終止電位および放電終止電圧は、それぞれLi対極基準で4.5Vおよび1.5Vとした。この充放電を20回繰り返した。1回目の放電容量値に対する20回目の放電容量値の比率を放電容量維持率とした。例41〜48、および例51、52で得た放電容量維持率を表3に示す。 Furthermore, the discharge capacity retention rate was measured. The current densities during charging and charging were 150 mA / g and 37.5 mA / g, respectively, and the charge end potential and discharge end voltage were 4.5 V and 1.5 V, respectively, based on the Li counter electrode. This charging / discharging was repeated 20 times. The ratio of the 20th discharge capacity value to the 1st discharge capacity value was defined as the discharge capacity retention rate. The discharge capacity retention rates obtained in Examples 41 to 48 and Examples 51 and 52 are shown in Table 3.
本発明のリン酸化合物は、優れた電気化学的性質、特にレート維持率および放電容量維持率を示すことがわかった。すなわち、本発明のリン酸化合物が二次電池用正極材料として使用でき、電気化学的性質の良好な二次電池用正極を効率よく得ることができることを確認できた。
本発明のリン酸化合物は、二次電池用正極材料さらには二次電池に適用して有用である。本発明のリン酸化合物の製造方法は、電気化学的性質が優れたリン酸化合物を安価にかつ効率的に製造できるので有用である。 The phosphoric acid compound of the present invention is useful when applied to a positive electrode material for a secondary battery and further to a secondary battery. The method for producing a phosphate compound of the present invention is useful because a phosphate compound having excellent electrochemical properties can be produced inexpensively and efficiently.
Claims (10)
前記溶融物を冷却して固化物を得る工程と、
前記固化物を粉砕して粉砕物を得る工程と、
前記粉砕物を加熱して、オリビン構造を含む結晶を含む粒子を得る工程とを、
この順に実施することを特徴とするリン酸化合物の製造方法。 In terms of oxide-based mol%, Li 2 O is 20% to 35%, P 2 O 5 is 20% to 35%, MnO 2 is 35% to 55%, and Fe 2 O 3 is 0% or more. Less than 10%, Co 3 O 4 is 0% or more and less than 8%, NiO is 0% or more and less than 15%, and at least one selected from the group consisting of MgO, ZnO, CaO, ZrO 2 and TiO 2 is 0.00. A step of heating and melting the raw material formulation containing 05% or more and 10% or less to obtain a melt;
Cooling the melt to obtain a solidified product;
Pulverizing the solidified product to obtain a pulverized product;
Heating the pulverized product to obtain particles containing crystals containing an olivine structure;
The manufacturing method of the phosphoric acid compound characterized by implementing in this order.
Li1+a(Mn1−(q+r)FeqMr)1−x+bXxPO4+c (1)
(式中、Mは、Co、およびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、a、b、q、r、およびxは、それぞれ、−0.2≦a≦0.1、−0.2≦b≦0.1、0≦q≦0.3、0≦r<0.2、0≦(q+r)≦0.35、0.001≦x≦0.2であり、cは、Mn、Fe、M、およびXの価数、およびa、b、q、r、およびxに依存し、電気的中性を満たす数である。) A phosphoric acid compound having a composition represented by the following formula (1).
Li 1 + a (Mn 1- ( q + r) Fe q M r) 1-x + b X x PO 4 + c (1)
(Wherein, M is at least one selected from the group consisting of Co and Ni, X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr and Ti, a, b, q, r, and x are -0.2≤a≤0.1, -0.2≤b≤0.1, 0≤q≤0.3, 0≤r <0.2, respectively. 0 ≦ (q + r) ≦ 0.35, 0.001 ≦ x ≦ 0.2, and c depends on the valence of Mn, Fe, M, and X, and a, b, q, r, and x And a number that satisfies electrical neutrality.)
Lid(Mn1−sFes)eXyPO4+f (2)
(式中、Xは、Mg、Zn、Ca、Zr、およびTiからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、d、e、s、およびyは、それぞれ、0.95≦d≦1.10、0.95≦e≦1.05、0.03≦s≦0.3、および0.001≦y≦0.2であり、fは、Mn、Fe、およびXの価数、およびd、e、s、およびyに依存し、電気的中性を満たす数である。) A phosphoric acid compound having a composition represented by the following formula (2).
Li d (Mn 1-s Fe s) e X y PO 4 + f (2)
(Wherein X is at least one selected from the group consisting of Mg, Zn, Ca, Zr, and Ti, and d, e, s, and y are 0.95 ≦ d ≦ 1.10, respectively. 0.95 ≦ e ≦ 1.05, 0.03 ≦ s ≦ 0.3, and 0.001 ≦ y ≦ 0.2, and f is the valence of Mn, Fe, and X, and d, Depends on e, s, and y, and is a number that satisfies electrical neutrality.)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012201070A JP2014055085A (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012201070A JP2014055085A (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014055085A true JP2014055085A (en) | 2014-03-27 |
Family
ID=50612763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012201070A Pending JP2014055085A (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014055085A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5876558B1 (en) * | 2014-10-24 | 2016-03-02 | 太平洋セメント株式会社 | Positive electrode active material for olivine type lithium ion secondary battery and method for producing the same |
WO2016047491A1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 太平洋セメント株式会社 | Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same |
-
2012
- 2012-09-13 JP JP2012201070A patent/JP2014055085A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016047491A1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 太平洋セメント株式会社 | Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same |
CN106575768A (en) * | 2014-09-26 | 2017-04-19 | 太平洋水泥株式会社 | Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same |
JPWO2016047491A1 (en) * | 2014-09-26 | 2017-04-27 | 太平洋セメント株式会社 | Positive electrode active material for secondary battery and method for producing the same |
TWI633698B (en) * | 2014-09-26 | 2018-08-21 | 日商太平洋水泥股份有限公司 | Positive electrode active material for secondary battery and method of producing the same |
CN106575768B (en) * | 2014-09-26 | 2019-07-23 | 太平洋水泥株式会社 | Active material for anode of secondary cell and its manufacturing method |
US10461330B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-10-29 | Taiheiyo Cement Corporation | Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same |
US11742485B2 (en) | 2014-09-26 | 2023-08-29 | Taiheiyo Cement Corporation | Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing the same |
JP5876558B1 (en) * | 2014-10-24 | 2016-03-02 | 太平洋セメント株式会社 | Positive electrode active material for olivine type lithium ion secondary battery and method for producing the same |
JP2016085815A (en) * | 2014-10-24 | 2016-05-19 | 太平洋セメント株式会社 | Olivine type positive electrode active substance for lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
WO2011162348A1 (en) | Silicic acid compound, positive electrode for secondary cell, and method for producing secondary cell | |
WO2010150889A1 (en) | Process for production of positive electrode material for secondary batteries, and positive electrode material for secondary batteries | |
WO2011111628A1 (en) | Phosphate compound, 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 | |
WO2012133584A1 (en) | Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery | |
WO2012133581A1 (en) | Positive electrode active material for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery | |
US20120217451A1 (en) | Process for producing phosphate compound and method for producing secondary battery | |
WO2012057341A1 (en) | Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor | |
WO2012067249A1 (en) | Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor | |
WO2012086722A1 (en) | Silicic acid-vanadic acid compound, positive electrode for secondary battery, and manufacturing method for secondary battery | |
JP2013067543A (en) | Silicate compound, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery | |
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 | |
JP2014055085A (en) | Phosphate compound, cathode material for second battery, and method for producing second battery | |
JP2016189294A (en) | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method for the same | |
JP2013047161A (en) | Silicate compound, positive electrode for secondary battery, and method for producing secondary battery | |
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 | |
JP2012126589A (en) | Method for producing fluorine-containing phosphoric acid compound, positive electrode for secondary battery, and secondary battery | |
US20160197347A1 (en) | LMFP Cathode Materials with Improved Electrochemical Performance | |
WO2012067250A1 (en) | Silicate compound, secondary-battery positive electrode, secondary battery, and manufacturing methods therefor | |
JP2014056721A (en) | Phosphate compound, positive electrode material for secondary battery, and method for producing secondary battery | |
JP2024096841A (en) | Method for manufacturing positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery | |
WO2011099575A1 (en) | Boric acid compound, positive electrode for secondary battery, and method for manufacturing secondary battery |