JP2015143189A - オリビン型リチウム遷移金属酸化物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO4)のモル比が1.005以上1.3以下であることを特徴とする。
先ず、本発明に係るオリビン型リチウム遷移金属酸化物について述べる。本発明に係るオリビン型リチウム遷移金属酸化物の組成は、Lix(Fe1−yM1y)1−zM2z(PO4)Aである。ただし、組成式中のx、y、z、Aは、0.9<x<1.3、0≦y<1、0≦z<0.3、1.005≦A≦1.3である。また、M1は、Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、M2は、Mo、Mg、Zr、Ti、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、上述の組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO4)のモル比は、1.005以上1.3以下であることを特徴とする。
結晶子径は、X線回折(XRD)における特定の回折角(面)のピーク高さと半価幅(FWHM:Full Width Half Maximum)から、いわゆるScherrerの式を用いて、不均一歪みはないとの仮定のもとに求められる。なお、オリビン型リチウム遷移金属酸化物粒子のX線回折プロファイルは非常に多数のピークを示すが、結晶子を求めるピークとしては、例えば、格子面(031)面起因のピークが適当である。このピークは他のピークから離れた位置にあるので、他のピークからの干渉を受けにくく、正確な値を得ることができる。
次に、本発明に係るオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法について述べる。本発明に係るオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法は、少なくとも、以下の(1)〜(4)の工程を含むことを特徴とする。
(1)鉄源と、リン酸源と、リチウム源と、場合によりMo、Mg、Zr、Mn、Ti、Co、Ni、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素の酸化物、リン酸化物または水酸化物と、炭素源と、溶媒とを含有するスラリーを調製する工程、(2)前記スラリーに含まれる粒子を粉砕処理して微細化する工程、(3)粉砕処理したスラリーを噴霧乾燥して前駆体とする工程、および(4)前記前駆体を不活性雰囲気または還元雰囲気の下で焼成する工程。
リン酸アンモニウムを使用すると、焼成時にアンモニウムイオンをアンモニアガスとして除去することができるので、特に好ましい。なお、本明細書において「リン酸アンモニウム」は広義に解され、(NH4)3PO4に加えて、(NH4)2HPO4(リン酸水素二アンモニウム)および(NH4)H2PO4(リン酸二水素アンモニウム)も「リン酸アンモニウム」に含まれる。
238.3gのFe3(PO4)2(式量:357.49)、77.2gのLi3PO4(式量:115.79)、36.3gのショ糖(式量:342.3)および分散媒としての純水1500mlを混合してスラリーとした。そのスラリーを容量が5000mlのボールミルにいれ、アルミナボールを用いて、10時間粉砕処理して微細化した。
粉砕処理したスラリーを、噴霧乾燥機を用いて噴霧乾燥し、前駆体である熱処理物を得た。その後、その熱処理物を窒素ガス雰囲気下、700℃にて10時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLiFePO4である。
Li2CO3を追加で11.09g添加する以外は比較例1と同様の手順で、比較例2の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLi1.15FePO4である。
238.3gのFe3(PO4)2(式量:357.49)、77.2gのLi3PO4(式量:115.79)、1.15gのNH4H2PO4(式量:115.03)、36.3gのショ糖(式量:342.3)および分散媒としての純水1500mlを混合してスラリーとする以外は比較例1と同様の手順で、実施例1の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLiFe(PO4)1.005である。
NH4H2PO4の量を4.60gとする以外は実施例1と同様の手順で、実施例2の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLiFe(PO4)1.02である。
NH4H2PO4の量を11.5gとする以外は実施例1と同様の手順で、実施例3の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLiFe(PO4)1.05である。
Li2CO3を追加で11.09g添加する以外は実施例1と同様の手順で、実施例4の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLi1.15Fe(PO4)1.005である。
NH4H2PO4の量を4.60gとする以外は実施例4と同様の手順で、実施例5の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLi1.15Fe(PO4)1.02である。
NH4H2PO4の量を11.5gとする以外は実施例4と同様の手順で、実施例6の焼成物を得た。得られた焼成物の組成はLi1.15Fe(PO4)1.05である。
比較例1および2ならびに実施例1〜6において得られた焼成物について、X線回折装置を用いて相同定を行った。X線としてCuKα線(波長:λ=1.54nm)を使用した。分析の結果、比較例1および2ならびに実施例1〜6の全てにおいてオリビン型リチウム遷移金属酸化物が確認され、また、不純物のピークは見られなかった。
比較例1および2ならびに実施例1〜6で得られる各焼成物中に残留している硫化鉄の量を、メチレンブルー吸光光度法で各焼成物中の硫化物イオン(S2−)を定量することにより求めた。
まず、窒素雰囲気下で焼成物2.0gに6M塩酸20mlを加えて加熱し、焼成物を溶解させた。焼成物の溶解後も加熱を続け、発生した硫化水素を0.1M水酸化ナトリウム水溶液に吸収させた。硫化水素を吸収させた水酸化ナトリウム水溶液に純水を加えて全量を50mlとし、0.1%硫酸ジメチル−p−フェニレンジアミン溶液5mlおよび塩化鉄(III)6水和物溶液を加えて混合した。30分静置した後、分光光度計を用いてこの溶液の波長670nmにおける吸光度を測定し、得られた吸光度から残留S2−量を求めた。結果を図1に示す。
本発明は以下の態様を含むものである。
(態様1)
組成がLi x (Fe 1−y M1 y ) 1−z M2 z (PO 4 ) A (式中x、y、z、Aは、0.9<x<1.3、0≦y<1、0≦z<0.3、1.005≦A≦1.3であり、M1は、Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、M2は、Mo、Mg、Zr、Ti、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である)であるオリビン型リチウム遷移金属酸化物であって、
前記組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO 4 )のモル比が1.005以上1.3以下であることを特徴とする、オリビン型リチウム遷移金属酸化物。
(態様2)
Fe、M1およびM2の総量に対するリチウムイオンのモル比が1.0以上1.1以下である、態様1に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
(態様3)
1.005≦A<1.1である、態様1または2に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
(態様4)
硫化物イオンが40ppm以下の濃度で含まれる、態様1〜3のいずれかに記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
(態様5)
組成がLi x (Fe 1−y M1 y ) 1−z M2 z (PO 4 ) A (式中x、y、z、Aは、0.9<x<1.3、0≦y<1、0≦z<0.3、1.005≦A≦1.3であり、M1は、Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、M2は、Mo、Mg、Zr、Ti、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である)であるオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法であって、
前記組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO 4 )のモル比が1.005以上1.3以下となるように、鉄源と、リン酸源と、リチウム源と、場合により前記金属元素M1および/またはM2の酸化物、リン酸化物または水酸化物と、炭素源と、溶媒とを含有するスラリーを調製する工程と、
前記スラリーに含まれる粒子を粉砕処理する工程と、
前記粉砕処理したスラリーを噴霧乾燥して前駆体とする工程と、
前記前駆体を不活性雰囲気または還元雰囲気の下で焼成する工程と
を有することを特徴とする、オリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。
(態様6)
前記焼成における焼成温度は500℃以上800℃以下である、態様5に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。
(態様7)
前記スラリーがリン酸アンモニウムを更に含有する、態様5または6に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。
Claims (7)
- 組成がLix(Fe1−yM1y)1−zM2z(PO4)A(式中x、y、z、Aは、0.9<x<1.3、0≦y<1、0≦z<0.3、1.005≦A≦1.3であり、M1は、Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、M2は、Mo、Mg、Zr、Ti、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である)であるオリビン型リチウム遷移金属酸化物であって、
前記組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO4)のモル比が1.005以上1.3以下であることを特徴とする、オリビン型リチウム遷移金属酸化物。 - Fe、M1およびM2の総量に対するリチウムイオンのモル比が1.0以上1.1以下である、請求項1に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
- 1.005≦A<1.1である、請求項1または2に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
- 硫化物イオンが40ppm以下の濃度で含まれる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物。
- 組成がLix(Fe1−yM1y)1−zM2z(PO4)A(式中x、y、z、Aは、0.9<x<1.3、0≦y<1、0≦z<0.3、1.005≦A≦1.3であり、M1は、Mn、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、M2は、Mo、Mg、Zr、Ti、Al、CeおよびCrからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である)であるオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法であって、
前記組成中のFe、M1およびM2の総量に対するリン酸イオン(PO4)のモル比が1.005以上1.3以下となるように、鉄源と、リン酸源と、リチウム源と、場合により前記金属元素M1および/またはM2の酸化物、リン酸化物または水酸化物と、炭素源と、溶媒とを含有するスラリーを調製する工程と、
前記スラリーに含まれる粒子を粉砕処理する工程と、
前記粉砕処理したスラリーを噴霧乾燥して前駆体とする工程と、
前記前駆体を不活性雰囲気または還元雰囲気の下で焼成する工程と
を有することを特徴とする、オリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。 - 前記焼成における焼成温度は500℃以上800℃以下である、請求項5に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。
- 前記スラリーがリン酸アンモニウムを更に含有する、請求項5または6に記載のオリビン型リチウム遷移金属酸化物の製造方法。
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