JP2018041683A - Method for manufacturing olivine type lithium phosphate-based positive electrode material - Google Patents

Method for manufacturing olivine type lithium phosphate-based positive electrode material Download PDF

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智紀 初森
阿隅 一将
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一将 阿隅
聖史 嶌田
Satoshi Shimada
聖史 嶌田
大神 剛章
Takeaki Ogami
剛章 大神
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an olivine type lithium phosphate-based positive electrode material, in which a particular raw material including a lithium compound is subjected to a solid-liquid separation step after gone through a hydrothermal reaction, which enables the reuse of sump solution, and which enables the effective reduction in a S source which is an impurity even if a metal sulfate is used as a metal source of the raw material.SOLUTION: A method for manufacturing an olivine type lithium phosphate-based positive electrode material represented by a particular formula comprises the steps of: (II) dropping an alkali solution into a mixture solution obtained in the step (I) to obtain LiPOparticles; (III) rinsing LiPOparticles obtained in the step (II), subsequently, adding a metal sulfate or its hydrate thereto and mixing them together to obtain a slurry liquid, and causing a hydrothermal reaction thereof to obtain a reaction mixture; and (IV) separating a solution including unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in the step (III) to obtain the olivine type lithium phosphate-based positive electrode material. In the step (I), a solution including unreacted Li ions separated in the step (IV) is used as all or part of a solution in which a lithium compound is completely dissolved. In the step (III), a mole ratio of POions to SOions in the slurry liquid, and a mole ratio (alkali:SO) of alkali to SOions are particular values.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、未反応のLiを回収して、有効に再利用を図ることのできるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material capable of recovering unreacted Li and effectively reusing it.

リチウムイオン二次電池は、携帯電子端末や電気自動車等に不可欠な、高容量で軽量な電源としての地位を確立している。近年の電子機器の高性能化による消費電力の増大に伴い、リチウムイオン二次電池の更なる高容量化が要求されている。かかる電池の性能を高めるべく、水熱反応に付する工程により得られるオリビン型構造を有するリン酸マンガンリチウムやリン酸鉄リチウム等を用いた種々の正極材料が開発されている。   Lithium ion secondary batteries have established themselves as high-capacity and lightweight power supplies that are indispensable for portable electronic terminals and electric vehicles. With the recent increase in power consumption due to higher performance of electronic devices, further increase in capacity of lithium ion secondary batteries is required. In order to improve the performance of such a battery, various positive electrode materials using lithium manganese phosphate, lithium iron phosphate, or the like having an olivine structure obtained by a process subjected to a hydrothermal reaction have been developed.

ところで、オリビン型構造を有するリン酸リチウム系正極材料の水熱合成では、水熱合成後の液相中に残存する多量のLiイオンが廃棄されている。このことは、原材料の中で最も高価なLi源を過剰に消費することとなり、オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造コストを押し上げている。この課題に対し、種々の方法に基づき、水熱合成後の液相中のLiイオンの回収、再利用が試みられており、例えば、非特許文献1には、水熱合成後の液相をpH調整した後、Na2CO3を添加してLi2CO3を回収する方法が提案されている。 By the way, in hydrothermal synthesis of a lithium phosphate-based positive electrode material having an olivine type structure, a large amount of Li ions remaining in the liquid phase after hydrothermal synthesis is discarded. This excessively consumes the most expensive Li source among the raw materials, which increases the manufacturing cost of the olivine type lithium phosphate positive electrode material. In response to this problem, attempts have been made to recover and reuse Li ions in the liquid phase after hydrothermal synthesis based on various methods. For example, Non-Patent Document 1 discloses a liquid phase after hydrothermal synthesis. A method for recovering Li 2 CO 3 by adding Na 2 CO 3 after adjusting the pH has been proposed.

また、特許文献1には、水熱合成後の液相中のLiイオンを、水に難溶性であり、かつオリビン型リン酸リチウム系正極材料の前駆体として利用できるLi3PO4として回収する方法が提案されている。この方法は、リン酸リチウムスラリーに金属源及び還元剤を混合する第1の工程と、得られた混合物を水熱反応させる第2の工程と、得られた反応物をオリビン型リン酸リチウム系正極材料と未反応のLiを含む溶液に分離する第3の工程と、精製した未反応のLiを含む溶液をリン酸と反応させてリン酸リチウムスラリーとする第4の工程を備えるものであり、第4の工程で得られたリン酸リチウムスラリーを第1の工程に利用することで、未反応のLiを回収し、再利用を試みている。 In Patent Document 1, Li ions in a liquid phase after hydrothermal synthesis are recovered as Li 3 PO 4 which is hardly soluble in water and can be used as a precursor of an olivine-type lithium phosphate positive electrode material. A method has been proposed. This method includes a first step of mixing a metal source and a reducing agent in a lithium phosphate slurry, a second step of hydrothermal reaction of the obtained mixture, and the obtained reaction product as an olivine type lithium phosphate system. A third step of separating the positive electrode material and a solution containing unreacted Li, and a fourth step of reacting the purified solution containing unreacted Li with phosphoric acid to form a lithium phosphate slurry. By using the lithium phosphate slurry obtained in the fourth step in the first step, unreacted Li is recovered and reused.

こうしたなか、原料である金属源として硫酸塩を用いると、得られた正極活物質中に不純物として硫酸塩由来のSO4 2-が若干量残存してしまう場合があり、これがS源となって揮発性ガスが発生し、得られるリチウムイオン電池において膨張を引き起こす要因ともなり得る。そのため、可能な限りS源を除去することも強く望まれる。 Under these circumstances, when sulfate is used as a metal source as a raw material, a certain amount of sulfate-derived SO 4 2− may remain as impurities in the obtained positive electrode active material, which becomes the S source. Volatile gas is generated, which can also cause expansion in the resulting lithium ion battery. Therefore, it is strongly desired to remove the S source as much as possible.

特開2008−66019号公報JP 2008-66019 A

「13599の化学商品」、化学工業日報社刊、1999年、p.191"Chemical products of 13599", published by Chemical Industry Daily, 1999, p. 191

しかしながら、上記非特許文献1に記載の方法では、Li2CO3の水に対する溶解度が比較的大きいために、液相中のLiイオンを効率よく回収することは困難である。また、上記特許文献1に記載の方法であっても、第4の工程において、水熱合成後の液相に固相Li源を添加することで液相が高pHとなっているため、添加したLi源の一部は溶け残ったままとなり、また金属源として硫酸塩を用いると、充分にS源を低減できないおそれがある。 However, in the method described in Non-Patent Document 1, since Li 2 CO 3 has a relatively high solubility in water, it is difficult to efficiently recover Li ions in the liquid phase. Further, even in the method described in Patent Document 1, since the liquid phase has a high pH by adding a solid phase Li source to the liquid phase after hydrothermal synthesis in the fourth step, A part of the Li source remains undissolved, and if sulfate is used as the metal source, the S source may not be sufficiently reduced.

したがって、本発明の課題は、リチウム化合物等を含む特定の原料を水熱反応に付した後、固液分離工程を経るオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法において、排液の再利用を可能にしつつ、原料の金属源として硫酸金属塩を用いても、不純物であるS源を効果的に低減し得るリン酸リチウム系正極活物質の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to reuse the drainage in a method for producing an olivine-type lithium phosphate positive electrode material that undergoes a solid-liquid separation process after subjecting a specific raw material containing a lithium compound or the like to a hydrothermal reaction. An object of the present invention is to provide a method for producing a lithium phosphate-based positive electrode active material that can effectively reduce the S source as an impurity even when a metal sulfate salt is used as a raw metal source.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、リチウム化合物等が完全溶解した溶液を用いた、いわゆる液−液反応を介し、次いで特定の水熱反応工程、及び固液分離工程を経るなかで、水熱合成後の液相と、Li3PO4を生成させるための化学量論的な成分補完の液相による混合液内での液−液反応による排液を再利用しつつ、特定の成分のモル比を特定の値に制御することにより、原料の金属源として硫酸金属塩を用いながら、残存し得るS源を効果的に低減することができる、オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法を見出し、本発明を完成させるに至った。 Therefore, the present inventors have made various studies, through a so-called liquid-liquid reaction using a solution in which a lithium compound or the like is completely dissolved, and then through a specific hydrothermal reaction step and a solid-liquid separation step, Specific components while reusing the liquid-liquid reaction waste liquid in the liquid mixture after hydrothermal synthesis and the liquid phase of the stoichiometric component complementation to generate Li 3 PO 4 Of the olivine type lithium phosphate cathode material capable of effectively reducing the remaining S source while using a metal sulfate salt as a raw material metal source by controlling the molar ratio of The method has been found and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、LiFeaMnbcPO4(ただし、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、a、b及びcは0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.3、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法であって、
リチウム化合物が完全溶解した溶液と、リチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液とを混合して混合溶液を得る工程(I)と、
工程(I)で得られた混合溶液にアルカリ溶液を滴下して、Li3PO4粒子を得る工程(II)と、
工程(II)で得られたLi3PO4粒子を洗浄し、次いで硫酸金属塩又はその水和物を添加及び混合してスラリー液を得た後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程(III)と、
工程(III)で得られた反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程(IV)とを備え、
工程(I)において、リチウム化合物が完全溶解した溶液の全部又は一部として、工程(IV)において分離した未反応のLiイオンを含む溶液を用い、かつ
工程(III)において、スラリー液中のPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)が1.05:1〜2:1であり、アルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)が2.1:1〜4:1である、オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention relates to LiFe a Mn b M c PO 4 (where M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and a , B and c are numbers satisfying 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 2a + 2b + (valence of M) × c = 2 and satisfying a + b ≠ 0. Olivine type lithium phosphate positive electrode material represented by
Step (I) of mixing a solution in which a lithium compound is completely dissolved and a solution in which a lithium compound and a phosphate compound are completely dissolved to obtain a mixed solution;
A step (II) in which an alkaline solution is dropped into the mixed solution obtained in the step (I) to obtain Li 3 PO 4 particles;
The Li 3 PO 4 particles obtained in step (II) are washed, and then a metal sulfate or a hydrate thereof is added and mixed to obtain a slurry liquid, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a reaction mixture. Step (III),
Separating the solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in step (III) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material (IV),
In step (I), the solution containing unreacted Li ions separated in step (IV) is used as all or part of the solution in which the lithium compound is completely dissolved. In step (III), the PO in the slurry liquid is used. The molar ratio of 4 ions to SO 4 ions (PO 4 : SO 4 ) is 1.05: 1 to 2: 1, and the molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) is 2.1: The present invention provides a method for producing an olivine-type lithium phosphate positive electrode material having a ratio of 1 to 4: 1.

本発明の製造方法によれば、リチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液と、リチウム化合物が完全溶解した溶液とを用いる液−液反応を介するため、一旦リチウム化合物等を含む所望の原料を水熱反応に付した後に得られ、従来廃棄処分の対象にすぎなかった排液を有効に再利用しつつ、残存し得るS源を効果的に低減されたオリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造することができる。したがって、希少有価物質であるリチウムを無駄なく使用しながら、安全性の高い高性能なリチウムイオン電池を容易に実現することが可能となる。   According to the production method of the present invention, since a liquid-liquid reaction using a solution in which a lithium compound and a phosphate compound are completely dissolved and a solution in which a lithium compound is completely dissolved is performed, a desired raw material that once contains a lithium compound or the like is added. An olivine-type lithium phosphate positive electrode material that is obtained after being subjected to a hydrothermal reaction and effectively reduces the amount of S source that can remain while effectively reusing wastewater that has been only a target for disposal. Can be manufactured. Therefore, it is possible to easily realize a high-performance lithium ion battery with high safety while using lithium, which is a rare material, without waste.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法は、
LiFeaMnbcPO4(ただし、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、a、b及びcは0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.3、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法であって、
リチウム化合物が完全溶解した溶液と、リチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液とを混合して混合溶液を得る工程(I)と、
工程(I)で得られた混合溶液にアルカリ溶液を滴下して、Li3PO4粒子を得る工程(II)と、
工程(II)で得られたLi3PO4粒子を洗浄し、次いで硫酸金属塩又はその水和物を添加及び混合してスラリー液を得た後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程(III)と、
工程(III)で得られた反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程(IV)とを備え、
工程(I)において、リチウム化合物が完全溶解した溶液の全部又は一部として、工程(IV)において分離した未反応のLiイオンを含む溶液を用い、かつ
工程(III)において、スラリー液中のPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)が1.05:1〜2:1であり、アルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)が2.1:1〜4:1である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for producing the olivine-type lithium phosphate positive electrode material of the present invention includes:
LiFe a Mn b M c PO 4 (M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and a, b, and c are 0. ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 2a + 2b + (the valence of M) × c = 2 and a number satisfying a + b ≠ 0. Type lithium phosphate positive electrode material manufacturing method,
Step (I) of mixing a solution in which a lithium compound is completely dissolved and a solution in which a lithium compound and a phosphate compound are completely dissolved to obtain a mixed solution;
A step (II) in which an alkaline solution is dropped into the mixed solution obtained in the step (I) to obtain Li 3 PO 4 particles;
The Li 3 PO 4 particles obtained in step (II) are washed, and then a metal sulfate or a hydrate thereof is added and mixed to obtain a slurry liquid, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a reaction mixture. Step (III),
Separating the solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in step (III) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material (IV),
In step (I), the solution containing unreacted Li ions separated in step (IV) is used as all or part of the solution in which the lithium compound is completely dissolved. In step (III), the PO in the slurry liquid is used. The molar ratio of 4 ions to SO 4 ions (PO 4 : SO 4 ) is 1.05: 1 to 2: 1, and the molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) is 2.1: 1 to 4: 1.

本発明が備える工程(I)で用いるリチウム化合物としては、水酸化リチウム(例えばLiOH・H2O)、炭酸リチウム(例えば、Li2CO3)、硫酸リチウム、酢酸リチウム、及びこれらの水和物が挙げられる。なかでも、製造コスト低減の観点から、炭酸リチウムが好ましい。
リチウム化合物の最大粒径は、水への溶解を容易にする観点から、5mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。
Examples of the lithium compound used in the step (I) included in the present invention include lithium hydroxide (for example, LiOH.H 2 O), lithium carbonate (for example, Li 2 CO 3 ), lithium sulfate, lithium acetate, and hydrates thereof. Is mentioned. Of these, lithium carbonate is preferable from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
From the viewpoint of facilitating dissolution in water, the maximum particle size of the lithium compound is preferably 5 mm or less, and more preferably 1 mm or less.

工程(I)で用いるリン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70〜90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。 Examples of the phosphoric acid compound used in the step (I) include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. . Of these, phosphoric acid is preferably used, and is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 70 to 90% by mass.

工程(I)では、リチウム化合物が完全溶解した溶液(以下、「溶液A1」ともいう)、及びリチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液(以下、「溶液A2」ともいう)を得るにあたり、これらの化合物と水を混合するのが好ましい。具体的には、上記リチウム化合物に水を混合し、リチウム化合物を水に完全に溶解させた水溶液である溶液A1と、上記リチウム化合物とリン酸化合物に水を混合し、これら双方の化合物をともに完全に溶解させた水溶液である溶液A2を用いるのが好ましい。リチウム化合物、或いはリチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液とは、溶質であるリチウム化合物、或いはリチウム化合物とリン酸化合物が溶媒中に完全に溶解し、溶液中に浮遊物や沈殿物を生じることなく、透明度の高い溶液であることを意味し、いわゆるスラリーとは異なる液状物質である。   In step (I), a solution in which the lithium compound is completely dissolved (hereinafter also referred to as “solution A1”) and a solution in which the lithium compound and the phosphate compound are completely dissolved (hereinafter also referred to as “solution A2”) are obtained. It is preferable to mix these compounds with water. Specifically, water is mixed with the lithium compound, and the solution A1, which is an aqueous solution in which the lithium compound is completely dissolved in water, is mixed with water with the lithium compound and the phosphoric acid compound. It is preferable to use Solution A2, which is a completely dissolved aqueous solution. A solution in which a lithium compound or a lithium compound and a phosphoric acid compound are completely dissolved is a solute lithium compound, or a lithium compound and a phosphoric acid compound that are completely dissolved in a solvent, resulting in suspensions and precipitates in the solution. In other words, it means a highly transparent solution, which is a liquid material different from a so-called slurry.

溶液A1は、他方の溶液A2中のリン1モルに対し、リチウムを1.8〜2.2モル含有するのが好ましく、1.9〜2.1モル含有するのがより好ましい。このような量となるように、すなわち、後述する工程(III)において、スラリー液中のPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)が所定の値を保持するように、上記リチウム化合物を用いればよい。例えば、溶液A1中におけるリチウム化合物の含有量は、好ましくは0.1〜33g/Lであり、より好ましくは1〜33g/Lである。 The solution A1 preferably contains 1.8 to 2.2 mol of lithium and more preferably 1.9 to 2.1 mol with respect to 1 mol of phosphorus in the other solution A2. In order to be such an amount, that is, in the step (III) described later, the molar ratio (PO 4 : SO 4 ) of PO 4 ions to SO 4 ions in the slurry liquid is maintained at a predetermined value. Any of the above lithium compounds may be used. For example, the content of the lithium compound in the solution A1 is preferably 0.1 to 33 g / L, more preferably 1 to 33 g / L.

ここで、溶液A1に必要とされるリチウム含有量(g)は、後述する工程(III)において水熱反応に付して得られる反応混合物における液相中のリチウム含有量(g)と同等レベルであるので、続く工程(IV)での固液分離工程で得られる未反応のLiイオンを含む溶液(以下、「工程(IV)で得られる排液」ともいう)を、溶液A1の全部又は一部として用いる。これにより、一旦リチウム化合物等を含む所望の原料を水熱反応に付した後に得られ、廃棄処分の対象にすぎない排液を有効に再利用することができる。かかる工程(IV)で得られる排液を用いる際、後述するように、アルカリの添加量を決定するために、排液中のSO4イオン等の不純物の濃度(mg/L)を測定するのが好ましい。かかる測定には、ICP発光分光分析法やイオンクロマト分析法、イオン電極法等の一般的な分析方法が利用できる。なかでも、簡便性の観点から、イオン電極法を用いるのが好ましい。 Here, the lithium content (g) required for the solution A1 is the same level as the lithium content (g) in the liquid phase in the reaction mixture obtained by hydrothermal reaction in the step (III) described later. Therefore, the solution containing unreacted Li ions obtained in the solid-liquid separation step in the subsequent step (IV) (hereinafter also referred to as “drainage obtained in step (IV)”) is added to all of the solution A1 or Used as part. As a result, it is possible to effectively reuse the waste liquid that is obtained after subjecting a desired raw material containing a lithium compound or the like to a hydrothermal reaction and is only a target of disposal. When using the effluent obtained in step (IV), as described later, in order to determine the amount of alkali added, the concentration (mg / L) of impurities such as SO 4 ions in the effluent is measured. Is preferred. For this measurement, a general analysis method such as an ICP emission spectroscopic analysis method, an ion chromatography analysis method, or an ion electrode method can be used. Of these, the ion electrode method is preferably used from the viewpoint of simplicity.

他方の溶液A2は、溶液A1と溶液A2を混合した混合溶液が、リン1モルに対し、リチウムを2.9〜3.1モル含有するように、混合対象の溶液A1のリチウム濃度に応じた含有量となるように、上記リチウム化合物とリン酸化合物を用いればよい。例えば、溶液A2中におけるリチウム化合物とリン酸化合物の合計含有量は、好ましくは10〜1500g/Lであり、より好ましくは100〜1500g/Lである。   The other solution A2 corresponds to the lithium concentration of the solution A1 to be mixed so that the mixed solution obtained by mixing the solution A1 and the solution A2 contains 2.9 to 3.1 mol of lithium with respect to 1 mol of phosphorus. What is necessary is just to use the said lithium compound and phosphoric acid compound so that it may become content. For example, the total content of the lithium compound and the phosphate compound in the solution A2 is preferably 10 to 1500 g / L, more preferably 100 to 1500 g / L.

工程(I)で用いる溶液A2の調製は、溶液A1のリチウム濃度(g/L)の値に左右されるので、調製時において、必要に応じてICP発光分光分析法やイオンクロマト分析法等の一般的な分析方法を利用することによりリチウム濃度を測定した溶液A1の設計濃度を使用すればよい。   Since the preparation of the solution A2 used in the step (I) depends on the value of the lithium concentration (g / L) of the solution A1, the ICP emission spectroscopic analysis method, the ion chromatography analysis method, etc. What is necessary is just to use the design density | concentration of the solution A1 which measured the lithium density | concentration by utilizing a general analysis method.

溶液A2の調製では、得られる混合溶液の均一性等を確保する観点から、リチウム化合物を含む予備溶液にリン酸化合物を添加及び混合するのが好ましい。リン酸化合物を添加する前、予めかかるリチウム化合物を含む予備溶液を撹拌しておくのが好ましい。溶液A2の調製に用いるリチウム化合物を含む予備溶液の撹拌時間は、好ましくは1〜20分であり、より好ましくは5〜15分である。また、溶液A2の調製に用いるリチウム化合物を含む予備溶液の温度は、好ましくは20〜90℃であり、より好ましくは20〜70℃である。この攪拌によって、リチウム化合物とリン酸化合物がともに完全に溶解した溶液A2を得る。   In the preparation of the solution A2, it is preferable to add and mix the phosphoric acid compound to the preliminary solution containing the lithium compound from the viewpoint of ensuring the uniformity of the resulting mixed solution. Before adding the phosphoric acid compound, it is preferable to stir the preliminary solution containing the lithium compound in advance. The stirring time of the preliminary solution containing the lithium compound used for the preparation of the solution A2 is preferably 1 to 20 minutes, more preferably 5 to 15 minutes. Moreover, the temperature of the preliminary solution containing the lithium compound used for the preparation of the solution A2 is preferably 20 to 90 ° C, more preferably 20 to 70 ° C. By this stirring, a solution A2 in which both the lithium compound and the phosphate compound are completely dissolved is obtained.

また、かかるリチウム化合物を含む予備溶液にリン酸化合物を添加及び混合するにあたり、リン酸化合物としてリン酸を用い、かつ予備溶液を撹拌しながら、かかるリン酸を滴下するのが好ましい。予備溶液にリン酸を滴下して少量ずつ加えることで、得られる溶液A2中において良好に混合が進行して、溶液A2の均斉性を確保することができる。リン酸の上記リチウム化合物を含む予備溶液への滴下速度は、好ましくは10〜100mL/分であり、より好ましくは20〜80mL/分であり、さらに好ましくは30〜70mL/分である。また、リン酸を滴下しながらの予備溶液の撹拌時間は、好ましくは1〜15分であり、より好ましくは3〜10分である。   In addition, when adding and mixing a phosphoric acid compound to a preliminary solution containing such a lithium compound, it is preferable to use phosphoric acid as the phosphoric acid compound and add the phosphoric acid dropwise while stirring the preliminary solution. By adding dropwise phosphoric acid dropwise to the preliminary solution, mixing proceeds well in the resulting solution A2, and the uniformity of the solution A2 can be ensured. The dropping rate of phosphoric acid into the preliminary solution containing the lithium compound is preferably 10 to 100 mL / min, more preferably 20 to 80 mL / min, and further preferably 30 to 70 mL / min. Moreover, the stirring time of the preliminary solution while dropping phosphoric acid is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 3 to 10 minutes.

溶液A1と溶液A2を混合するにあたり、溶液A2に溶液A1を混合するのが好ましく、さらに溶液A2を攪拌しながら混合するのが好ましい。これにより、得られる混合溶液の混合の均斉性を確保することができる。このように工程(I)において得られる混合溶液に含まれるLiとPO4のモル比は、好ましくは2.8:1〜3.2:1であり、より好ましくは2.9:1〜3.1:1である。 In mixing the solution A1 and the solution A2, the solution A1 is preferably mixed with the solution A2, and the solution A2 is preferably mixed while stirring. Thereby, the uniformity of mixing of the obtained mixed solution is securable. Thus, the molar ratio of Li to PO 4 contained in the mixed solution obtained in step (I) is preferably 2.8: 1 to 3.2: 1, more preferably 2.9: 1 to 3: 1. .1: 1.

本発明が備える工程(II)は、工程(I)で得られた混合溶液にアルカリ溶液を滴下して、Li3PO4粒子を得る工程である。具体的には、工程(I)で得られた混合溶液にアルカリ溶液を滴下した後、攪拌して、Li3PO4粒子を沈殿回収するのが好ましい。アルカリ溶液の滴下は、添加速度の調整をも容易にしつつ、酸性の混合溶液を中和して、混合溶液中のLiイオンとPO4イオンが、難溶性であり、かつ適度な粒径に制御されたLi3PO4粒子を形成するのを促進させるためのものである。また、工程(I)で用いる溶液A1の全部又は一部として、後述する工程(III)で得られる排液を用いながらも、排液中のSO4イオン等の不純物によるLi3PO4粒子の純度低下を防止しつつ、効果的にS残存量を低減することができる。本発明において、ここで滴下するアルカリ溶液は、後述する工程(III)におけるスラリー液中で、PO4イオンとの間で後述する特定のモル比を有するSO4イオンに対して、さらに特定のモル比を有するような量で滴下する。すなわち、こうした特定の量的関係を有するようにアルカリ溶液を滴下することによって、難溶性のLi3PO4粒子が形成されると共に、排液から持ち込まれたSO4イオン等の不純物が水に易溶性の生成物となるので、純度が高く、好ましい粒径を有し、かつS源が有効に低減されたLi3PO4粒子を効率良く生成させることができる。 Step (II) included in the present invention is a step of obtaining Li 3 PO 4 particles by dropping an alkaline solution into the mixed solution obtained in Step (I). Specifically, it is preferable that the alkaline solution is dropped into the mixed solution obtained in the step (I), and then stirred to precipitate and collect Li 3 PO 4 particles. The dropping of the alkaline solution makes it easy to adjust the addition rate, neutralizes the acidic mixed solution, and the Li ion and PO 4 ion in the mixed solution are hardly soluble and controlled to an appropriate particle size. In order to promote the formation of the formed Li 3 PO 4 particles. Further, as the whole or a part of the solution A1 used in the step (I), while using the effluent obtained in the step (III) described later, the Li 3 PO 4 particles due to impurities such as SO 4 ions in the effluent are used. It is possible to effectively reduce the residual amount of S while preventing a decrease in purity. In the present invention, the alkaline solution dripped here is more specific mol with respect to SO 4 ions having a specific molar ratio described later with PO 4 ions in the slurry liquid in step (III) described later. Drop in such an amount as to have a ratio. That is, by dripping an alkaline solution so as to have such a specific quantitative relationship, hardly soluble Li 3 PO 4 particles are formed, and impurities such as SO 4 ions brought from the drainage are easily dissolved in water. Since it becomes a soluble product, it is possible to efficiently produce Li 3 PO 4 particles having a high purity, a preferable particle size, and an effective reduction of the S source.

混合溶液の撹拌時間は、好ましくは1〜24時間であり、より好ましくは6〜18時間である。また、混合溶液の温度は、好ましくは5〜90℃であり、より好ましくは20〜70℃である。また、好ましい粒径を有しつつ有効にS源が低減されたLi3PO4粒子を得るためのアルカリ溶液の滴下速度は、Li3PO4換算で0.6mol/LのLi及びPO4が溶解している混合溶液1Lあたり、好ましくは0.05〜1.0mol/分であり、より好ましくは0.25〜0.70mol/分である。 The stirring time of the mixed solution is preferably 1 to 24 hours, and more preferably 6 to 18 hours. Moreover, the temperature of a mixed solution becomes like this. Preferably it is 5-90 degreeC, More preferably, it is 20-70 degreeC. In addition, the dropping rate of the alkaline solution for obtaining Li 3 PO 4 particles having a preferable particle size and effectively reduced S source is 0.6 mol / L Li and PO 4 in terms of Li 3 PO 4. The amount is preferably 0.05 to 1.0 mol / min, more preferably 0.25 to 0.70 mol / min per 1 L of the dissolved mixed solution.

アルカリ溶液に用いるアルカリとしては、アンモニア又はアンモニア水、或いは水酸化ナトリウム等の水酸化物が好ましい。なかでも、Li3PO4粒子の回収率や、回収したLi3PO4粒子から製造したオリビン型リン酸リチウム系正極材料からなる正極活物質の電池特性の向上の観点から、水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。かかる水酸化ナトリウムには、固体(粒状、フレーク状)、水溶液のいずれを使用してアルカリ溶液としてもよく、アルカリ水溶液とするのが好ましい。
アルカリ溶液の合計滴下量は、Li3PO4粒子の形成を促す観点から、工程(I)で得られた混合溶液のpHを5〜13とする量が好ましく、6〜13とする量がより好ましい。また、後述する工程(III)で得られる排液を用いつつ、排液中のSO4イオン等の不純物を水に易溶性の生成物とする観点から、アルカリ溶液中のアルカリのモル量が、使用する排液中のSO4イオン等のモル量の2〜4倍量であるのが好ましく、2〜3倍量であるのがより好ましい。
As the alkali used in the alkaline solution, ammonia, aqueous ammonia, or hydroxide such as sodium hydroxide is preferable. Among these, sodium hydroxide is used from the viewpoint of improving the battery characteristics of the positive electrode active material made of the olivine-type lithium phosphate positive electrode material produced from the recovered Li 3 PO 4 particles and the recovery rate of Li 3 PO 4 particles. Is preferred. As such sodium hydroxide, either solid (granular or flaky) or aqueous solution may be used as an alkaline solution, and an alkaline aqueous solution is preferable.
From the viewpoint of promoting the formation of Li 3 PO 4 particles, the total dropwise addition amount of the alkaline solution is preferably such that the pH of the mixed solution obtained in step (I) is 5 to 13, more preferably 6 to 13. preferable. In addition, while using the drainage obtained in the step (III) described later, from the viewpoint of making impurities such as SO 4 ions in the drainage easily soluble in water, the molar amount of alkali in the alkali solution, The amount is preferably 2 to 4 times, more preferably 2 to 3 times the molar amount of SO 4 ions, etc. in the effluent used.

上記混合溶液からLi3PO4粒子を沈殿回収するには、かかる溶液を固液分離するのが好ましい。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機、減圧濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的にLi3PO4粒子を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。 In order to precipitate and recover Li 3 PO 4 particles from the mixed solution, it is preferable to perform solid-liquid separation of the solution. As an apparatus used for solid-liquid separation, a filter press machine, a centrifugal filter, a vacuum filter, etc. are mentioned, for example. Among them, from the viewpoint of obtaining efficiently Li 3 PO 4 particles, it is preferable to use a filter press.

工程(II)において得られるLi3PO4粒子は、工程(I)で得られた混合溶液を用いた、いわゆる液−液反応を介することにより得られる生成物であることから、粒径が非常に小さい。ここで、Li3PO4粒子(二次粒子)の最大粒径は、20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。Li3PO4粒子の最大粒径を20μm以下とすることで、得られたLi3PO4粒子を粉砕することなく後工程に供することができる。一方、Li3PO4粒子が過度に小さい場合には、その後に得られるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の粒径も過度に小径化し、正極活物質の吸着水分量が増加する傾向にあるため、電池特性、特にレート特性を低下させる原因となる。したがって、Li3PO4粒子の好ましい粒子径には下限があり、かかる粒子径は100nm以上が好ましく、250nm以上がより好ましい。また、Li3PO4粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜10μmであり、より好ましくは1〜6μmである。 The Li 3 PO 4 particles obtained in the step (II) are products obtained through a so-called liquid-liquid reaction using the mixed solution obtained in the step (I). Small. Here, the maximum particle size of the Li 3 PO 4 particles (secondary particles) is preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less. By setting the maximum particle size of the Li 3 PO 4 particles to 20 μm or less, the obtained Li 3 PO 4 particles can be used for the subsequent step without being pulverized. On the other hand, if the Li 3 PO 4 particles are too small, the particle size of the olivine-type lithium phosphate positive electrode material obtained thereafter tends to be too small, and the amount of adsorbed moisture of the positive electrode active material tends to increase. This causes a decrease in battery characteristics, particularly rate characteristics. Therefore, there is a lower limit to the preferable particle size of the Li 3 PO 4 particles, and the particle size is preferably 100 nm or more, and more preferably 250 nm or more. The average particle diameter of the Li 3 PO 4 particles is preferably 1 to 10 [mu] m, more preferably 1 to 6 m.

また、工程(II)において得られるLi3PO4粒子は、後述する工程(III)で得られる排液を用いつつ、S源が有効に低減されてなり、具体的には、Li3PO4粒子中のS含有量は、好ましくは0.3質量%以下であり、より好ましくは0.25質量%以下である。また、かかるLi3PO4粒子のBET比表面積は、好ましくは20〜150m2/gであり、より好ましくは30〜80m2/gである。さらに、Li3PO4粒子のS量は、Li3PO4粒子1gあたりのBET比表面積に対し、好ましくは1×10−6〜6×10−5g/m2であり、より好ましくは1×10−6〜5×10−5g/m2である。 Furthermore, Li 3 PO 4 particles obtained in the step (II), while using the waste liquid obtained in later-described step (III), S source is being effectively reduced, specifically, Li 3 PO 4 The S content in the particles is preferably 0.3% by mass or less, more preferably 0.25% by mass or less. Moreover, the BET specific surface area of such Li 3 PO 4 particles is preferably 20 to 150 m 2 / g, more preferably 30 to 80 m 2 / g. Furthermore, S of Li 3 PO 4 particles to a BET specific surface area per Li 3 PO 4 particles 1g, preferably 1 × 10 -6 ~6 × 10 -5 g / m 2, more preferably 1 It is * 10 < -6 > -5 * 10 < -5 > g / m < 2 >.

本発明が備える工程(III)は、工程(II)で得られたLi3PO4粒子を洗浄し、次いで硫酸金属塩又はその水和物を添加及び混合してスラリー液Aを得た後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程である。Li3PO4粒子の洗浄には、水を用いるのが好ましい。具体的には、Li3PO4粒子1質量部に対し、水を5〜100質量部用いるのが好ましく、10〜90質量部用いるのがより好ましい。このように、過剰な量の水を用いて洗浄することで、上記工程(I)におけるリチウム化合物が完全溶解した溶液Aの全部又は一部として、かかる工程(III)で得られる排液を用いても、S源が有効に低減されるため、優れた電池物性を発揮するオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得ることができる。 In the step (III) provided by the present invention, the Li 3 PO 4 particles obtained in the step (II) are washed, and then a metal sulfate or a hydrate thereof is added and mixed to obtain a slurry A, This is a step of obtaining a reaction mixture by subjecting to a hydrothermal reaction. Water is preferably used for cleaning the Li 3 PO 4 particles. Specifically, it is preferable to use 5 to 100 parts by mass of water and more preferably 10 to 90 parts by mass with respect to 1 part by mass of Li 3 PO 4 particles. As described above, the waste liquid obtained in the step (III) is used as all or part of the solution A in which the lithium compound is completely dissolved in the step (I) by washing with an excessive amount of water. However, since the S source is effectively reduced, an olivine type lithium phosphate positive electrode material that exhibits excellent battery physical properties can be obtained.

洗浄されたLi3PO4粒子(ケーキ)の含水量は、計測して、水熱反応に付するための混合物に添加する水量の決定に用いるのが好ましい。含水量は、赤外線水分計等で容易に測定することができる。なお、洗浄されたLi3PO4粒子(ケーキ)は、乾燥した方がより好ましい。乾燥することで、水熱反応に付する混合物中の水分量を精度よく管理することができる。Li3PO4粒子の乾燥手段としては、凍結乾燥又は真空乾燥が好ましい。 The water content of the washed Li 3 PO 4 particles (cake) is preferably measured and used to determine the amount of water added to the mixture for hydrothermal reaction. The water content can be easily measured with an infrared moisture meter or the like. The washed Li 3 PO 4 particles (cake) are more preferably dried. By drying, the amount of water in the mixture subjected to the hydrothermal reaction can be managed with high accuracy. As a means for drying the Li 3 PO 4 particles, freeze drying or vacuum drying is preferable.

工程(III)で用いる金属源である硫酸金属塩又はその水和物としては、鉄化合物及び/又はマンガン化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物が挙げられる。鉄化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物としては、2価の鉄化合物及びこれらの水和物である硫酸鉄又はその水和物が挙げられ、マンガン化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物としても、2価のマンガン化合物及びこれらの水和物である硫酸マンガン又はその水和物が挙げられる。   Examples of the metal sulfate salt or hydrate thereof which is a metal source used in the step (III) include a metal sulfate salt containing an iron compound and / or a manganese compound or a hydrate thereof. Examples of the sulfate metal salt containing iron compound or hydrate thereof include divalent iron compounds and hydrate thereof, such as iron sulfate or hydrate thereof, and sulfate metal salt containing manganese compound or hydrate thereof. Examples of the product also include divalent manganese compounds and manganese hydrates or hydrates thereof.

鉄化合物及びマンガン化合物以外の金属化合物としては、金属として後述する式(A)中のM(MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。)を含む硫酸塩又はこれらの水和物等が挙げられる。なかでも、電池物性を高める観点から、MがMg、又はZrである金属(M)硫酸塩を用いるのが好ましい。   As a metal compound other than the iron compound and the manganese compound, M in the formula (A) described later as a metal (M is Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd.) Sulfates containing these or hydrates thereof. Especially, it is preferable to use the metal (M) sulfate whose M is Mg or Zr from a viewpoint of improving a battery physical property.

硫酸金属塩又はその水和物として、鉄化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物とマンガン化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物との双方を用いる場合、その使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1〜51:49であり、より好ましくは95:5〜55:45であり、さらに好ましくは90:10〜60:40である。   When using both a sulfate metal salt containing an iron compound or a hydrate thereof and a sulfate metal salt containing a manganese compound or a hydrate thereof as the metal sulfate salt or hydrate thereof, the molar ratio used (manganese compound: The iron compound) is preferably 99: 1 to 51:49, more preferably 95: 5 to 55:45, and still more preferably 90:10 to 60:40.

水で洗浄されたLi3PO4粒子と水から成るLi3PO4含有混合物に、上記鉄化合物及び/又はマンガン化合物を含む硫酸金属塩又はその水和物を添加して混合することにより、水熱反応に付するためのスラリー液Aを製造する。かかる硫酸金属塩又はその水和物の添加順序は、特に制限されない。本発明において、ここで添加する硫酸金属塩又はその水和物は、得られるスラリーA液中において、PO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)が1.05:1〜2:1であり、かつアルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)が2.1:1〜4:1となるような量で添加する。すなわち、スラリーA液中において、こうした特定の量的関係を両立するように硫酸金属塩又はその水和物を添加することによって、Li3PO4粒子のみならず、これから得られるオリビン型リン酸リチウム系正極材料においても有効にS源を低減させることができる。 By adding and mixing the above-described iron compound and / or manganese compound sulfate or its hydrate to a Li 3 PO 4 -containing mixture composed of Li 3 PO 4 particles washed with water and water, A slurry liquid A for subjecting to a thermal reaction is produced. The order of adding such metal sulfate salts or hydrates thereof is not particularly limited. In the present invention, the metal sulfate salt or hydrate added here has a molar ratio of PO 4 ions to SO 4 ions (PO 4 : SO 4 ) of 1.05: 1 in the resulting slurry A solution. The molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) is 2.1: 1 to 4: 1. That is, by adding a metal sulfate salt or a hydrate thereof so as to achieve such a specific quantitative relationship in the slurry A solution, not only Li 3 PO 4 particles but also olivine-type lithium phosphate obtained therefrom Even in the positive electrode material, the S source can be effectively reduced.

スラリーA液中におけるPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)は、好ましくは1.1:1〜1.8:1であり、より好ましくは1.2:1〜1.6:1である。また、アルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)は、好ましくは2.2:1〜3:1であり、より好ましくは2.6:1〜3:1である。 The molar ratio (PO 4 : SO 4 ) of PO 4 ions to SO 4 ions in the slurry A liquid is preferably 1.1: 1 to 1.8: 1, more preferably 1.2: 1 to 1. 1.6: 1. The molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) is preferably 2.2: 1 to 3: 1, more preferably 2.6: 1 to 3: 1.

Li3PO4含有混合物に硫酸金属塩又はその水和物を混合する前、予めかかるLi3PO4含有混合物を撹拌しておくのが好ましい。Li3PO4含有混合物の撹拌時間は、好ましくは1〜10分であり、より好ましくは2〜8分である。この攪拌によって、均斉性が確保されたLi3PO4含有混合物を得ることができる。 Li 3 PO 4 containing mixture before mixing the metal sulfate or a hydrate thereof to preferably allowed to stir in advance according Li 3 PO 4 containing mixture. The stirring time of the Li 3 PO 4 -containing mixture is preferably 1 to 10 minutes, more preferably 2 to 8 minutes. By this stirring, a Li 3 PO 4 containing mixture in which uniformity is ensured can be obtained.

次いで、Li3PO4含有混合物に硫酸金属塩又はその水和物を添加及び混合してスラリー液Aを得るにあたり、Li3PO4含有混合物を撹拌しながら添加及び混合を行う。かかるスラリー液AのpHは、好ましくは3.5〜8であり、より好ましくは4〜7である。また、これら硫酸金属塩又はその水和物の合計添加量は、スラリー液Aに含有されるLi3PO4 1モルに対し、好ましくは0.98〜1.02モルであり、より好ましくは0.99〜1.01モルである。 Then, in obtaining a Li 3 PO 4 containing mixture in slurry A was added and mixed metal sulfate or a hydrate thereof, performs addition and mixing with stirring Li 3 PO 4 containing mixture. The pH of the slurry liquid A is preferably 3.5 to 8, more preferably 4 to 7. The total amount of these metal sulfate salts or hydrates added is preferably 0.98 to 1.02 moles, more preferably 0, with respect to 1 mole of Li 3 PO 4 contained in the slurry liquid A. .99 to 1.01 mol.

得られたLi3PO4と硫酸金属塩又はその水和物を含有するスラリー液Aを、水熱反応に付する。これにより、オリビン型リン酸リチウム系正極材料となる化合物を生成させ、これを含む反応混合物を得ることができる。スラリー液Aを製造する際に用いる水の使用量は、硫酸金属塩又はその水和物の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、かかるスラリー液A中に含有されLi3PO41モルに対し、好ましくは10〜30モルであり、より好ましくは12.5〜25モルである。
また、上記水熱反応に付されるスラリー液Aに、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることでオリビン型リン酸リチウム系正極材料となる化合物の生成が抑制されるのを防止する観点から、硫酸金属塩又はその水和物1モルに対し、好ましくは0.01〜1モルであり、より好ましくは0.03〜0.5モルである。
The obtained slurry liquid A containing Li 3 PO 4 and a sulfate metal salt or a hydrate thereof is subjected to a hydrothermal reaction. Thereby, the compound used as an olivine type lithium phosphate positive electrode material is produced | generated, and the reaction mixture containing this can be obtained. The amount of water used in producing the slurry liquid A is contained in the slurry liquid A from the viewpoints of the solubility of the metal sulfate salt or its hydrate, the ease of stirring, the efficiency of synthesis, and the like. to 3 PO 4 1 mol, preferably 10 to 30 moles, more preferably 12.5 to 25 mol.
Moreover, you may add antioxidant to the slurry liquid A attached | subjected to the said hydrothermal reaction as needed. As such an antioxidant, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), hydrosulfite sodium (Na 2 S 2 O 4 ), aqueous ammonia and the like can be used. The addition amount of the antioxidant is 1 mol of a metal sulfate salt or a hydrate thereof from the viewpoint of preventing generation of a compound that becomes an olivine type lithium phosphate positive electrode material by being added in excess. On the other hand, it is preferably 0.01 to 1 mol, more preferably 0.03 to 0.5 mol.

水熱反応は、100℃以上であればよく、130〜180℃が好ましい。かかる水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130〜180℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3〜0.9MPaであるのが好ましく、140〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.3〜0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は0.5〜24時間が好ましく、3〜12時間がより好ましい。   Hydrothermal reaction should just be 100 degreeC or more, and 130-180 degreeC is preferable. Such a hydrothermal reaction is preferably performed in a pressure vessel. When the reaction is performed at 130 to 180 ° C., the pressure at this time is preferably 0.3 to 0.9 MPa, and the reaction is performed at 140 to 160 ° C. The pressure in this case is preferably 0.3 to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 3 to 12 hours.

本発明が備える工程(IV)は、工程(III)で得られたオリビン型リン酸リチウム系正極材料を含む反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程である。かかる反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離する、いわゆる固液分離に用いる装置しては、上記工程(II)と同様のものを用いることができ、効率的に正極材料を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。
さらに、得られた正極材料は、水で洗浄するのが好ましい。正極材料を水で洗浄する際、正極材料1質量部に対し、水を5〜20質量部用いるのが好ましく、10〜15質量部用いるのがより好ましい。
洗浄した水は、正極材料から洗い流された未反応のLiイオンを含むため、本発明では、かかる洗浄水を全量回収し、固液分離で得られた溶液と共に、上記工程(I)の溶液A1の全部又は一部として用いる。かかる洗浄水の回収を効率的に行うために、フィルタープレス機を用いて洗浄と固液分離をするのが好ましい。得られた回収水は、工程(I)で活用されるまでの間に夾雑物が混入しなければよく、特別な保管環境を必要としない。また、この回収水中のLiイオン濃度の調整のため、希釈操作又は濃縮操作を一般的な方法で行うことができる。
In the step (IV) provided by the present invention, the solution containing unreacted Li ions is separated from the reaction mixture containing the olivine type lithium phosphate positive electrode material obtained in the step (III), and the olivine type lithium phosphate type This is a step of obtaining a positive electrode material. An apparatus used for so-called solid-liquid separation for separating a solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture can be the same as in the above step (II), and a viewpoint of efficiently obtaining a positive electrode material. Therefore, it is preferable to use a filter press.
Further, the obtained positive electrode material is preferably washed with water. When the positive electrode material is washed with water, it is preferable to use 5 to 20 parts by mass of water and more preferably 10 to 15 parts by mass with respect to 1 part by mass of the positive electrode material.
Since the washed water contains unreacted Li ions washed away from the positive electrode material, the present invention collects the whole amount of the washed water, and together with the solution obtained by solid-liquid separation, the solution A1 in the step (I). Used as all or part of In order to efficiently collect the washing water, it is preferable to perform washing and solid-liquid separation using a filter press machine. The obtained recovered water does not need to be contaminated by impurities before it is used in step (I), and does not require a special storage environment. Moreover, in order to adjust the Li ion concentration in the recovered water, a dilution operation or a concentration operation can be performed by a general method.

工程(IV)で分離回収されたオリビン型リン酸リチウム系正極材料は、必要により乾燥する。乾燥手段は、噴霧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等が挙げられる。   The olivine-type lithium phosphate positive electrode material separated and recovered in step (IV) is dried as necessary. Examples of the drying means include spray drying, vacuum drying, freeze drying and the like.

本発明の製造方法により得られるオリビン型リン酸リチウム系正極材料は、下記式(A):
LiFeaMnbcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.3、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
で表される。
The olivine type lithium phosphate positive electrode material obtained by the production method of the present invention has the following formula (A):
LiFe a Mn b M c PO 4 (A)
(In formula (A), M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd. A, b, and c are 0 ≦ a ≦. 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 2a + 2b + (M valence) × c = 2 and a number satisfying a + b ≠ 0 are shown.)
It is represented by

上記式(A)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料は、少なくともマンガン(Mn)又は鉄(Fe)を含む。すなわち、式(A)中、Mは、Mg、Ca、Sr、Y、Zr、Co,Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、好ましくはMg、又はZrである。aは、0≦a≦1であって、好ましくは0<a<0.5であり、より好ましくは0.1<a<0.3である。bは、0≦b≦1であって、好ましくは0.5<b<1であり、より好ましくは0.7<b<0.9である。なお、これらa及びbは同時に0ではない。cは、0≦c≦0.3を満たし、好ましくは0.05≦c≦0.25である。そして、これらa、b及びcは、2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たす数であり、かつa+b≠0を満たす数である。上記式(A)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料としては、具体的には、例えばLiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.2Mn0.8PO4、LiFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4、LiFe0.1Mn0.8Zr0.05PO4等が挙げられる。 The olivine-type lithium phosphate positive electrode material represented by the above formula (A) contains at least manganese (Mn) or iron (Fe). That is, in the formula (A), M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, preferably Mg or Zr. a is 0 ≦ a ≦ 1, preferably 0 <a <0.5, and more preferably 0.1 <a <0.3. b is 0 ≦ b ≦ 1, preferably 0.5 <b <1, and more preferably 0.7 <b <0.9. These a and b are not 0 at the same time. c satisfies 0 ≦ c ≦ 0.3, and preferably 0.05 ≦ c ≦ 0.25. These a, b and c are numbers satisfying 2a + 2b + (valence of M) × c = 2 and satisfying a + b ≠ 0. Specific examples of the olivine-type lithium phosphate positive electrode material represented by the above formula (A) include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 , LiFe 0.1 Mn 0.8 Mg 0.1 PO 4 , and LiFe 0.1. Mn 0.8 Zr 0.05 PO 4 and the like.

得られたオリビン型リン酸リチウム系正極材料は、カーボン担持し、次いで焼成することにより、正極活物質とするのが好ましい。カーボン担持は、オリビン型リン酸リチウム系正極材料に常法により、グルコース、フルクトース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、サッカロース、デンプン、デキストリン、クエン酸等の炭素源及び水を添加し、次いで焼成すればよい。焼成条件は、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下に400℃以上、好ましくは400〜800℃で10分〜3時間、好ましくは0.5〜1.5時間行うのが好ましい。かかる処理により正極材料の粒子表
面にカーボンが担持された正極活物質とすることができる。炭素源の使用量は、正極材料100質量部に対し、炭素源に含まれる炭素として3〜15質量部が好ましく、炭素源に含まれる炭素として5〜10質量部がさらに好ましい。
The obtained olivine-type lithium phosphate positive electrode material is preferably made into a positive electrode active material by carrying carbon and then firing it. For carbon loading, carbon source such as glucose, fructose, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, saccharose, starch, dextrin, citric acid and water are added to olivine type lithium phosphate positive electrode material in a conventional manner, and then calcined. do it. The firing conditions are 400 ° C. or higher, preferably 400 to 800 ° C. for 10 minutes to 3 hours, preferably 0.5 to 1.5 hours under an inert gas atmosphere or reducing conditions. By such treatment, a positive electrode active material in which carbon is supported on the particle surface of the positive electrode material can be obtained. The amount of the carbon source to be used is preferably 3 to 15 parts by mass as carbon contained in the carbon source and more preferably 5 to 10 parts by mass as carbon contained in the carbon source with respect to 100 parts by mass of the positive electrode material.

また、上記処理のほか、粒子の表面に炭素を担持する処理として、例えば、得られたオリビン型リン酸リチウム系正極材料と導電性炭素材料を含む混合物を、粉砕/複合化/混合処理する方法を用いてもよい。かかる処理を施すことにより、正極材料と導電性炭素材料とが複合した正極活物質を形成することができ、より導電性を高めることができる。   In addition to the above treatment, as a treatment for supporting carbon on the surface of the particles, for example, a method of pulverizing / compositing / mixing a mixture containing the obtained olivine type lithium phosphate positive electrode material and a conductive carbon material. May be used. By performing such treatment, a positive electrode active material in which the positive electrode material and the conductive carbon material are combined can be formed, and the conductivity can be further increased.

粉砕/複合化/混合処理の際に用いる導電性炭素材料としては、カーボンブラックが好ましく、そのうちアセチレンブラック、ケッチェンブラックがより好ましい。導電性炭素材料の添加量は、良好な放電容量と経済性の点から、正極材料100質量部に対し、炭素原子換算量で0.5〜15質量部であるのが好ましく、2〜10質量部であるのがより好ましい。   The conductive carbon material used in the pulverization / combination / mixing treatment is preferably carbon black, and more preferably acetylene black or ketjen black. The addition amount of the conductive carbon material is preferably 0.5 to 15 parts by mass in terms of carbon atom with respect to 100 parts by mass of the positive electrode material from the viewpoint of good discharge capacity and economy, and 2 to 10 parts by mass. More preferably, it is part.

オリビン型リン酸リチウム系正極材料と導電性炭素材料との混合物は、乾式にて、粉砕/複合化/混合処理を行う。この時、ジエチレングリコール、エタノールなどを助剤として少量添加してもよい。   The mixture of the olivine type lithium phosphate positive electrode material and the conductive carbon material is pulverized / composited / mixed in a dry manner. At this time, a small amount of diethylene glycol, ethanol or the like may be added as an auxiliary agent.

粉砕/複合化/混合処理を施す装置としては、通常のボールミルでもよいが、自公転可能な遊星ボールミル(フリッチュ社製)が好ましく、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)、或いはハイブリタイザー(奈良機械社製)等、被処理物へのメカノケミカル作用/複合化処理を行えるものであれば何れでもよい。   As an apparatus for pulverizing / combining / mixing, a normal ball mill may be used, but a planetary ball mill (manufactured by Fritsch) capable of rotating and revolving is preferred, and nobilta (manufactured by Hosokawa Micron), multipurpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.). ), Or a hybridizer (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), etc., as long as it can perform a mechanochemical action / combination treatment on the workpiece.

遊星ボールミルで用いられる装置の容器としては、鋼、ステンレス、ナイロン製が挙げられ、内壁はアルミナ煉瓦、磁気質、天然ケイ石、ゴム、ウレタン等が挙げられる。ボールとしては、アルミナ球石、天然ケイ石、鉄球、ジルコニアボール等が用いられる。ボールの大きさは、0.1mm〜20mmが好ましく、さらには0.5mm〜5mmボールが好ましい。ボールの充填量は、使用するミルの内容積に対し、ボールの充填体積が5〜50%を占める割合とするのが好ましい。
遊星ボールミルを用いる混合は、例えば公転50〜800rpm、自転100〜1,600rpmの条件で、好ましくは5分〜24時間、より好ましくは0.5〜6時間、さらに好ましくは1〜3時間行う。
Examples of the container of the device used in the planetary ball mill include steel, stainless steel, and nylon, and the inner wall includes alumina brick, magnetic material, natural silica, rubber, urethane, and the like. As the ball, alumina sphere, natural silica, iron ball, zirconia ball or the like is used. The size of the ball is preferably 0.1 mm to 20 mm, more preferably 0.5 mm to 5 mm. The filling amount of the balls is preferably set to a ratio that the filling volume of the balls occupies 5 to 50% with respect to the internal volume of the mill to be used.
Mixing using a planetary ball mill is performed, for example, under conditions of revolution of 50 to 800 rpm and rotation of 100 to 1,600 rpm, preferably 5 minutes to 24 hours, more preferably 0.5 to 6 hours, and further preferably 1 to 3 hours.

上記のようにオリビン型リン酸リチウム系正極材料の表面に炭素を複合化した正極活物質は、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下に、好ましくは500〜800℃で10分〜24時間、より好ましくは600〜700℃で0.5〜3時間焼成するのが好ましい。かかる処理により、正極材料の表面にさらに炭素が堅固に担持された正極活物質を得ることができる。焼成に用いる装置としては、焼成雰囲気及び温度の調整が可能なものであれば特に制限されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができる。かかる装置としては、例えば、外熱キルンやローラーハース等の管
状電気炉が挙げられる。
The positive electrode active material in which carbon is combined on the surface of the olivine type lithium phosphate positive electrode material as described above is preferably at 500 to 800 ° C. for 10 minutes to 24 hours under an inert gas atmosphere or under reducing conditions. Preferably, baking is performed at 600 to 700 ° C. for 0.5 to 3 hours. By this treatment, a positive electrode active material in which carbon is further firmly supported on the surface of the positive electrode material can be obtained. The apparatus used for firing is not particularly limited as long as the firing atmosphere and temperature can be adjusted, and any of a batch system, a continuous system, and a heating system (indirect or direct) can be used. . Examples of such an apparatus include tubular electric furnaces such as an external heat kiln and a roller hearth.

上記方法で得られる正極活物質は、排液を再利用しつつもS含有量が有効に低減されてなるLi3PO4粒子を用いることも相まって、正極活物質におけるS源が効果的に低減される。具体的には、本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法により得られる正極活物質のS含有量は、好ましくは0.7質量%以下であり、より好ましくは0.6質量%以下である。また、適度に微細な粒径に制御されてもなり、かかる正極活物質の結晶子径は、好ましくは10〜80nmであり、より好ましくは30〜60nmである。 The positive electrode active material obtained by the above method effectively reduces the S source in the positive electrode active material, coupled with the use of Li 3 PO 4 particles in which the S content is effectively reduced while recycling the drainage. Is done. Specifically, the S content of the positive electrode active material obtained by the method for producing an olivine type lithium phosphate positive electrode material of the present invention is preferably 0.7% by mass or less, more preferably 0.6% by mass. It is as follows. Moreover, it may be controlled to a moderately fine particle diameter, and the crystallite diameter of the positive electrode active material is preferably 10 to 80 nm, and more preferably 30 to 60 nm.

次に本発明の方法で得られたオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を正極構成材料として含有するリチウムイオン二次電池について説明する。
本発明の正極構成材料を適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。
Next, a lithium ion secondary battery containing the olivine type lithium phosphate positive electrode active material obtained by the method of the present invention as a positive electrode constituent material will be described.
The lithium ion secondary battery to which the positive electrode constituent material of the present invention can be applied is not particularly limited as long as it has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator as essential components.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そしてリチウムを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。   Here, as long as lithium ions can be occluded at the time of charging and released at the time of discharging, the material structure is not particularly limited, and a known material structure can be used. For example, a carbon material such as lithium metal, graphite, or amorphous carbon. It is preferable to use an electrode formed of an intercalating material capable of electrochemically inserting and extracting lithium, particularly a carbon material.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。   The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that is usually used for an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones An oxolane compound or the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 3 CF 3 ) 2 and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and organic salt derivatives It is preferable that it is at least 1 type of these.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。   The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
《リチウム含有排液の製造》
Li2CO3 11.195gと水 30mLを混合して予備溶液を得た。次いで、得られた予備溶液を、20℃の温度に保持しながら5分間撹拌しつつ75%のリン酸水溶液 13.067gを35mL/分で滴下し、続いて20℃の温度で12時間撹拌し、Li3PO4を含有する溶液Aを得た。
[Example 1]
<Manufacture of lithium-containing drainage>
A preliminary solution was obtained by mixing 11.195 g of Li 2 CO 3 and 30 mL of water. Next, while maintaining the obtained preliminary solution at a temperature of 20 ° C. for 5 minutes while stirring, 13.67 g of a 75% aqueous phosphoric acid solution was added dropwise at 35 mL / min, followed by stirring at a temperature of 20 ° C. for 12 hours. Solution A containing Li 3 PO 4 was obtained.

次に、得られたLi3PO4を含有する溶液A全量に対し、MnSO4・5H2O 19.286g、FeSO4・7H2O5.560gを添加して、pH4.5の混合液を得た。このとき、添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、80:20であった。 Next, 19.286 g of MnSO 4 .5H 2 O and 5.560 g of FeSO 4 .7H 2 O are added to the total amount of the solution A containing Li 3 PO 4 to obtain a mixed solution having a pH of 4.5. It was. At this time, the molar ratio of MnSO 4 and FeSO 4 added (manganese compound: iron compound) was 80:20.

次いで、得られた混合液をオートクレーブに投入し、170℃で0.5時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した懸濁物を自然放冷した後、フィルタープレス装置にてろ過して液体分(リチウム含有排液A)を得た。
さらに、固形分(リン酸マンガン鉄リチウム化合物(LiMn0.8Fe0.2PO4))1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。
水熱合成から回収したリチウム含有排液Aと、上記洗浄工程から回収した洗浄水とを混合した溶液(溶液A1)について、ICP発光分光分析法で測定したLi濃度は1000mg/L、S濃度は67700mg/Lであった。
Subsequently, the obtained liquid mixture was thrown into the autoclave and hydrothermal reaction was performed at 170 degreeC for 0.5 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. The produced suspension was allowed to cool naturally, and then filtered through a filter press device to obtain a liquid component (lithium-containing effluent A).
Additionally, solids (manganese phosphate lithium iron compound (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4) ) with respect to 1 part by weight, and washed with 12 parts of water.
For a solution (solution A1) obtained by mixing lithium-containing effluent A recovered from hydrothermal synthesis with the cleaning water recovered from the above washing step, the Li concentration measured by ICP emission spectrometry was 1000 mg / L, and the S concentration was It was 67700 mg / L.

《正極材料の製造》
Li2CO3 2.620gと水 10mLを混合して予備溶液を得た。次いで、得られた予備溶液を、20℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ75%のリン酸水溶液 10.0903gを35mL/分で滴下した。その後、Li2CO3が完全に溶解して溶液が透明になるまで攪拌して、溶液A2を得た。
かかる溶液A2に、溶液A1を100g添加して5分間撹拌した後、48wt%のNaOH水溶液 12.585gを、150g/分で滴下し(Li3PO4換算で0.07mol/LのLi及びPO4が溶解している混合溶液1Lあたり、7.1mol/分の滴下速度に相当)、20℃の温度で12時間撹拌して混合溶液A1を得た。
<< Manufacture of cathode material >>
Li 2 CO 3 ( 2.620 g) and water (10 mL) were mixed to obtain a preliminary solution. Next, 10.0903 g of 75% aqueous phosphoric acid solution was added dropwise at 35 mL / min while stirring the obtained preliminary solution at a temperature of 20 ° C. for 3 minutes. Thereafter, the mixture was stirred until Li 2 CO 3 was completely dissolved and the solution became transparent to obtain a solution A2.
After 100 g of the solution A1 was added to the solution A2 and stirred for 5 minutes, 12.585 g of a 48 wt% NaOH aqueous solution was added dropwise at 150 g / min (0.07 mol / L Li and PO in terms of Li 3 PO 4). The solution was stirred at a temperature of 20 ° C. for 12 hours to obtain a mixed solution A 1 per 1 L of the mixed solution in which 4 was dissolved.

混合溶液A1をフィルタープレスで固液分離し、得られた固形分1質量部に対し、10質量部の水により洗浄した。洗浄した固形分は、20℃で12時間真空乾燥してLi3PO4粒子を得た。得られたLi3PO4粒子の平均二次粒子径は3.5μm、窒素吸着によるBET比表面積は59.2m2/g、S含有量は0.204質量%であった。
得られたLi3PO4粒子 11.579gと水 30mLを混合し、20℃の温度に保持しながら5分間撹拌後、MnSO4・5H2O 19.286gとFeSO4・7H2O5.560gを添加して、pH4.0のスラリー液A1を得た。このとき、添加したMnとFeのモル比は80:20であり、スラリー液A1中のPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)は1.1:1であり、アルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)は2.2:1であった。
次いで、上記スラリー液A1をオートクレーブに投入し、170℃で0.5時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。
Mixing a solution A 1 was solid-liquid separated through a filter press, the obtained solid content, 1 part by mass, and washed with water 10 parts by weight. The washed solid was vacuum-dried at 20 ° C. for 12 hours to obtain Li 3 PO 4 particles. The obtained Li 3 PO 4 particles had an average secondary particle size of 3.5 μm, a BET specific surface area by nitrogen adsorption of 59.2 m 2 / g, and an S content of 0.204 mass%.
11.579 g of the obtained Li 3 PO 4 particles and 30 mL of water were mixed and stirred for 5 minutes while maintaining the temperature at 20 ° C. Then, 19.286 g of MnSO 4 .5H 2 O and 5.560 g of FeSO 4 .7H 2 O were added. This was added to obtain a slurry liquid A 1 having a pH of 4.0. At this time, the molar ratio of Mn to Fe added was 80:20, and the molar ratio of PO 4 ions to SO 4 ions (PO 4 : SO 4 ) in the slurry liquid A 1 was 1.1: 1. The molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) was 2.2: 1.
Next, the slurry liquid A 1 was put into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 170 ° C. for 0.5 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa.

水熱反応で得られた懸濁物を自然放冷した後、フィルタープレス機にて固液分離し、分離された液相を全量回収した。次いで、フィルタープレス内に残存している固形分について、固形分1質量部に対し、12質量部の水を散布して洗浄した後、フィルタープレスして洗浄水を全量回収し、先に回収した水熱反応の液相と混合した。
洗浄した固形分を常温で50Paの条件下、真空乾燥することにより、最終目的物のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質を得るための正極材料である、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A1(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A1及び正極活物質Aにおける諸物性を表1に示す。
The suspension obtained by the hydrothermal reaction was allowed to cool naturally, followed by solid-liquid separation with a filter press, and the entire separated liquid phase was recovered. Next, the solid content remaining in the filter press was washed by spraying 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the solid content, and then the filter was pressed to collect the entire amount of washing water, which was collected first. Mixed with the liquid phase of the hydrothermal reaction.
The washed solid content is vacuum-dried at a normal temperature of 50 Pa to obtain a final target lithium manganese iron phosphate positive electrode active material, which is a positive electrode material, a lithium manganese iron phosphate compound A 1 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ) was obtained.
Table 1 shows various physical properties of Li 3 PO 4 particles, slurry liquid A 1 and positive electrode active material A 1 .

得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A1 3.0gと、グルコース 0.405gとを予め混合して混合物を得た。得られた混合物を遊星ミル装置(P−5、フリッチュ社製)に投入し、400rpmで15分混合粉砕した。
次いで、アルゴン水素(水素濃度3%)ガスをパージした電気炉を用い、得られた粒子を温度700℃で1時間焼成して正極活物質A1を得た。得られた正極活物質A1の結晶子径は48nm、窒素吸着によるBET比表面積は22.7m2/g、S含有量は0.51質量%であった。
The obtained lithium iron manganese phosphate compound A 1 ( 3.0 g) and glucose (0.405 g) were mixed in advance to obtain a mixture. The obtained mixture was put into a planetary mill (P-5, manufactured by Fritsch), and mixed and ground at 400 rpm for 15 minutes.
Next, using an electric furnace purged with argon hydrogen (hydrogen concentration: 3%) gas, the obtained particles were fired at a temperature of 700 ° C. for 1 hour to obtain a positive electrode active material A 1 . The obtained positive electrode active material A 1 had a crystallite diameter of 48 nm, a BET specific surface area by nitrogen adsorption of 22.7 m 2 / g, and an S content of 0.51% by mass.

[実施例2]
溶液A2に添加する際の75%のリン酸水溶液量を11.925g、及び滴下するNaOH水溶液を14.873gとした以外、実施例1と同様にして、混合溶液A1の代わりに混合溶液A2を得ることにより、Li3PO4粒子を得た。次いで、実施例1と同様にして、水熱反応を行い、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A2(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。次いで、得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A2を用い、実施例1と同様にして正極活物質A2を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A2及び正極活物質A2における諸物性を表1に示す。
[Example 2]
Except that 11.925g of 75% aqueous solution of phosphoric acid amount when added to the solution A2, and the dripping aqueous NaOH 14.873G, in the same manner as in Example 1, mixed in place of the mixed solution A 1 Solution A 2 was obtained to obtain Li 3 PO 4 particles. Next, a hydrothermal reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain lithium manganese iron phosphate compound A 2 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ). Then, using the obtained manganese phosphate iron lithium compound A 2, to obtain a positive electrode active material A 2 in the same manner as in Example 1.
Table 1 shows various physical properties of Li 3 PO 4 particles, slurry liquid A 2 and positive electrode active material A 2 .

[実施例3]
溶液A2に添加する際の75%のリン酸水溶液量を13.760g、及び滴下するNaOH水溶液を17.162gとした以外、実施例1と同様にして、混合溶液A1の代わりに混合溶液Aを得ることにより、Li3PO4粒子を得た。次いで、実施例1と同様にして、水熱反応を行い、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A3(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。次いで、得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A3を用い、実施例1と同様にして正極活物質A3を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A3及び正極活物質A3における諸物性を表1に示す。
[Example 3]
Except that 13.760g of 75% aqueous solution of phosphoric acid amount when added to the solution A2, and the dripping aqueous NaOH 17.162G, in the same manner as in Example 1, mixed in place of the mixed solution A 1 Solution A 3 was obtained to obtain Li 3 PO 4 particles. Next, a hydrothermal reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain lithium manganese iron phosphate compound A 3 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ). Next, a positive electrode active material A 3 was obtained in the same manner as in Example 1 by using the obtained lithium iron manganese phosphate compound A 3 .
Table 1 shows various physical properties of the Li 3 PO 4 particles, the slurry liquid A 3 and the positive electrode active material A 3 .

[実施例4]
溶液A2に添加する際の75%のリン酸水溶液量を9.632g、及び滴下するNaOH水溶液を12.013gとした以外、実施例1と同様にして、混合溶液A1の代わりに混合溶液Aを得ることにより、Li3PO4粒子を得た。次いで、実施例1と同様にして、水熱反応を行い、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A4(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。次いで、得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A4を用い、実施例1と同様にして正極活物質A4を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A4及び正極活物質A4における諸物性を表1に示す。
[Example 4]
Except that 9.632g of 75% aqueous solution of phosphoric acid amount when added to the solution A2, and the dripping aqueous NaOH 12.013G, in the same manner as in Example 1, mixed in place of the mixed solution A 1 Solution A 4 was obtained to obtain Li 3 PO 4 particles. Next, a hydrothermal reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain lithium manganese iron phosphate compound A 4 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ). Then, a manganese phosphate lithium iron compound A 4 obtained using, to obtain a positive electrode active material A 4 in the same manner as in Example 1.
Table 1 shows the physical properties of Li 3 PO 4 particles, slurry liquid A 4 and positive electrode active material A 4 .

[比較例1]
溶液A2に添加する際の75%のリン酸水溶液量を9.173g、及び滴下するNaOH水溶液を11.441gとした以外、実施例1と同様にして、混合溶液A1の代わりに混合溶液Aを得ることにより、Li3PO4粒子を得た。次いで、実施例1と同様にして、水熱反応を行い、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A5(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。次いで、得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A5を用い、実施例1と同様にして正極活物質A5を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A5及び正極活物質A5における諸物性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Except that 9.173g of 75% aqueous solution of phosphoric acid amount when added to the solution A2, and the dripping aqueous NaOH 11.441G, in the same manner as in Example 1, mixed in place of the mixed solution A 1 Solution A 5 was obtained to obtain Li 3 PO 4 particles. Next, a hydrothermal reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain lithium manganese iron phosphate compound A 5 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ). Next, a positive electrode active material A 5 was obtained in the same manner as in Example 1 by using the obtained lithium manganese iron phosphate compound A 5 .
Table 1 shows the physical properties of Li 3 PO 4 particles, slurry liquid A 5 and positive electrode active material A 5 .

[比較例2]
溶液A2に添加する際の75%のリン酸水溶液量を9.448g、及び滴下するNaOH水溶液を11.784gとした以外、実施例1と同様にして、混合溶液A1の代わりに混合溶液Aを得ることにより、Li3PO4粒子を得た。次いで、実施例1と同様にして、水熱反応を行い、リン酸マンガン鉄リチウム化合物A6(LiMn0.8Fe0.2PO4)を得た。次いで、得られたリン酸マンガン鉄リチウム化合物A6を用い、実施例1と同様にして正極活物質A6を得た。
Li3PO4粒子、スラリー液A6及び正極活物質A6における諸物性を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Except that 9.448g of 75% aqueous solution of phosphoric acid amount when added to the solution A2, and the dripping aqueous NaOH 11.784G, in the same manner as in Example 1, mixed in place of the mixed solution A 1 Solution A 6 was obtained to obtain Li 3 PO 4 particles. Next, a hydrothermal reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain lithium manganese iron phosphate compound A 6 (LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 ). Then, using a manganese phosphate lithium iron compound A 6 obtained in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material A 6.
Table 1 shows various physical properties of Li 3 PO 4 particles, slurry liquid A 6 and positive electrode active material A 6 .

《充放電特性の評価》
実施例1〜4及び比較例1〜2で得られた正極活物質A1〜A6を用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた正極活物質、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを重量比90:3:7の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
<Evaluation of charge / discharge characteristics>
Using the positive electrode active materials A 1 to A 6 obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, positive electrodes of lithium ion secondary batteries were produced. Specifically, the obtained positive electrode active material, ketjen black and polyvinylidene fluoride were mixed at a weight ratio of 90: 3: 7, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently. A positive electrode slurry was prepared. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. Thereafter, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.

次いで、上記の正極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型リチウムイオン二次電池(CR−2032)を製造した。   Next, a coin-type lithium ion secondary battery was constructed using the positive electrode. A lithium foil punched to φ15 mm was used for the negative electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. As the separator, a known one such as a polymer porous film such as polypropylene was used. These battery components were assembled and housed in a conventional manner in an atmosphere with a dew point of −50 ° C. or lower to produce a coin-type lithium ion secondary battery (CR-2032).

製造したリチウムイオン二次電池を用いて定電流密度での充放電試験を行った。このときの充電条件は、電流0.1CA(17mAh/g)、電圧4.5Vの定電流充電とした。放電条件を電流0.1CAとし、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。温度は全て30℃とした。
得られた放電容量の結果を表1に示す。
A charge / discharge test at a constant current density was performed using the manufactured lithium ion secondary battery. The charging conditions at this time were constant current charging with a current of 0.1 CA (17 mAh / g) and a voltage of 4.5V. The discharge conditions were a current of 0.1 CA and a constant current discharge with a final voltage of 2.0V. All temperatures were 30 ° C.
Table 1 shows the results of the obtained discharge capacity.

Figure 2018041683
Figure 2018041683

表1の結果より、排液を再利用しつつ、原料の金属源として硫酸金属塩を用いても、水熱反応に付するスラリー液中のPOイオンとSOイオンとのモル比(PO:SO)、及びアルカリとSOイオンとのモル比(アルカリ:SO)が要件を満たす実施例1〜4は、比較例1又は2に比して、同等の放電容量を有しつつ、リン酸マンガンリチウム正極活物質中のS含有量を効果的に低減できることがわかる。 From the results shown in Table 1, the molar ratio of PO 4 ions and SO 4 ions in the slurry liquid subjected to the hydrothermal reaction (PO 4) even when the metal sulfate is used as the raw metal source while recycling the waste liquid. 4 : SO 4 ) and Examples 1 to 4 in which the molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) satisfies the requirements have a discharge capacity equivalent to that of Comparative Example 1 or 2. However, it can be seen that the S content in the lithium manganese phosphate positive electrode active material can be effectively reduced.

Claims (8)

LiFeaMnbcPO4(ただし、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Co、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、a、b及びcは0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.3、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法であって、
リチウム化合物が完全溶解した溶液と、リチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液とを混合して混合溶液を得る工程(I)と、
工程(I)で得られた混合溶液にアルカリ溶液を滴下して、Li3PO4粒子を得る工程(II)と、
工程(II)で得られたLi3PO4粒子を洗浄し、次いで硫酸金属塩又はその水和物を添加及び混合してスラリー液を得た後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程(III)と、
工程(III)で得られた反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程(IV)とを備え、
工程(I)において、リチウム化合物が完全溶解した溶液の全部又は一部として、工程(IV)において分離した未反応のLiイオンを含む溶液を用い、かつ
工程(III)において、スラリー液中のPO4イオンとSO4イオンとのモル比(PO4:SO4)が1.05:1〜2:1であり、アルカリとSO4イオンとのモル比(アルカリ:SO4)が2.1:1〜4:1である、オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。
LiFe a Mn b M c PO 4 (M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Co, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and a, b, and c are 0. ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.3, and 2a + 2b + (the valence of M) × c = 2 and a number satisfying a + b ≠ 0. Type lithium phosphate positive electrode material manufacturing method,
Step (I) of mixing a solution in which a lithium compound is completely dissolved and a solution in which a lithium compound and a phosphate compound are completely dissolved to obtain a mixed solution;
A step (II) in which an alkaline solution is dropped into the mixed solution obtained in the step (I) to obtain Li 3 PO 4 particles;
The Li 3 PO 4 particles obtained in step (II) are washed, and then a metal sulfate or a hydrate thereof is added and mixed to obtain a slurry liquid, which is then subjected to a hydrothermal reaction to obtain a reaction mixture. Step (III),
Separating the solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in step (III) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material (IV),
In step (I), the solution containing unreacted Li ions separated in step (IV) is used as all or part of the solution in which the lithium compound is completely dissolved. In step (III), the PO in the slurry liquid is used. The molar ratio of 4 ions to SO 4 ions (PO 4 : SO 4 ) is 1.05: 1 to 2: 1, and the molar ratio of alkali to SO 4 ions (alkali: SO 4 ) is 2.1: The manufacturing method of the olivine type lithium phosphate positive electrode material which is 1-4: 1.
工程(III)におけるLi3PO4粒子の洗浄が、Li3PO4粒子1質量部に対して水を5〜100質量部用いる洗浄である請求項1に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。 The olivine type lithium phosphate positive electrode material according to claim 1, wherein the cleaning of the Li 3 PO 4 particles in the step (III) is a cleaning using 5 to 100 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the Li 3 PO 4 particles. Manufacturing method. アルカリが、水酸化ナトリウムである請求項1又は2に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。   The method for producing an olivine-type lithium phosphate positive electrode material according to claim 1 or 2, wherein the alkali is sodium hydroxide. 工程(I)において用いるリチウム化合物が完全溶解した溶液中での、リチウム化合物の含有量が、0.1〜33g/Lである請求項1〜3のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。   The olivine type phosphoric acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the lithium compound in the solution in which the lithium compound used in the step (I) is completely dissolved is 0.1 to 33 g / L. A method for producing a lithium-based positive electrode material. 工程(I)において用いるリチウム化合物とリン酸化合物が完全溶解した溶液中での、リチウム化合物とリン酸化合物の合計含有量が、10〜1500g/Lである請求項1〜4のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。   The total content of the lithium compound and the phosphate compound in the solution in which the lithium compound and the phosphate compound used in the step (I) are completely dissolved is 10 to 1500 g / L. The manufacturing method of the olivine type lithium phosphate positive electrode material of description. 工程(II)で得られるLi3PO4粒子のS量が、Li3PO4粒子1gあたりのBET比表面積に対して1×10−6〜6×10−5g/m2である請求項1〜5のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。 Claim S weight of the resulting Li 3 PO 4 particles in step (II) is a Li 3 PO 4 1 × 10 -6 ~6 × respect BET specific surface area per particle 1g 10 -5 g / m 2 The manufacturing method of the olivine type lithium phosphate positive electrode material of any one of 1-5. 工程(II)で得られるLi3PO4粒子のBET比表面積が、20〜150m2/gである請求項1〜6のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。 The method for producing an olivine-type lithium phosphate positive electrode material according to any one of claims 1 to 6, wherein the BET specific surface area of the Li 3 PO 4 particles obtained in the step (II) is 20 to 150 m 2 / g. . 工程(I)において用いるリチウム化合物が、炭酸リチウムである請求項1〜7のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造方法。   The method for producing an olivine-type lithium phosphate positive electrode material according to any one of claims 1 to 7, wherein the lithium compound used in step (I) is lithium carbonate.
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