JP2018075566A - Method for producing lithium-adsorbing material and lithium-adsorbing material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a lithium manganese oxide-based lithium-adsorbing material that can suppress the elution of manganese without severely impairing the adsorption characteristics to lithium ions.SOLUTION: The method for producing a lithium-adsorbing material comprises the steps of: (1) adding a basic solution to a first aqueous solution including ions of metals so as to prepare a second aqueous solution including hydroxide oligomers of the metals; (2) adding particles of lithium manganese oxide to the second aqueous solution so as to prepare a suspension; (3) drying the suspension to form a dried product and (4) heating the dried product in an oxidative atmosphere. After the step (4), a particulate lithium-adsorbing material is produced and the particulate lithium-adsorbing material includes a lithium manganese oxide particle and a metal oxide covering at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオンを吸脱着することが可能なリチウム吸着材料、およびそのようなリチウム吸着材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions, and a method for producing such a lithium adsorbing material.

出力およびエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池は、携帯用IT機器から電気自動車まで、幅広い用途に使用されており、その需要は国内のみならず世界的に年々拡大している。   Lithium ion secondary batteries with high output and energy density are used in a wide range of applications, from portable IT equipment to electric vehicles, and the demand is growing year by year not only in Japan but worldwide.

従来より、リチウム粗原料を生産するため、塩湖かん水資源からこれらを採取することが広く行われている。しかしながら、塩湖かん水資源には、硫酸塩およびマグネシウム塩等の不純物が多く含まれている。このため、塩湖かん水資源では、リチウムイオン回収の際に、天日濃縮等の既存技術を適用することが難しいという問題がある。   Conventionally, in order to produce lithium raw materials, it has been widely collected from salt lake brine resources. However, salt lake brine resources are rich in impurities such as sulfates and magnesium salts. For this reason, in the salt lake brine resources, there is a problem that it is difficult to apply the existing technology such as sun concentration at the time of lithium ion recovery.

一方、近年、かん水からのリチウムイオンの回収法として、リチウムイオンを吸脱着することが可能なリチウム吸着材料を使用することが提案されている。このリチウム吸着材料は、リチウムイオンサイズのイオン交換サイトを多数有しているため、かん水中でリチウムイオンのみを選択的に吸着することができる。リチウムイオンの回収の際には、リチウム吸着材料を酸溶液中に浸漬させ、プロトンとリチウムイオンをイオン交換することにより、リチウムイオンを溶出させることができる。   On the other hand, in recent years, as a method for recovering lithium ions from brine, it has been proposed to use a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions. Since this lithium adsorbing material has many lithium ion-sized ion exchange sites, only lithium ions can be selectively adsorbed in brine. When recovering lithium ions, lithium ions can be eluted by immersing the lithium adsorbing material in an acid solution and exchanging protons and lithium ions.

このような特徴を有するリチウム吸着材料としては、各種材料系が考えられるが、中でも、リチウムマンガン酸化物(特にスピネル型)は、高いリチウムイオン選択性を示すため、良好な吸脱着特性を有するリチウム吸着材料として期待されている。   Various material systems are conceivable as the lithium adsorbing material having such characteristics. Among them, lithium manganese oxide (especially spinel type) has high lithium ion selectivity, and therefore has good adsorption / desorption characteristics. It is expected as an adsorbing material.

特開2001−157838号公報JP 2001-157838 A 特開2003−245542号公報JP 2003-245542 A 特開2000−325779号公報JP 2000-325779 A 特開平6−31159号公報JP-A-6-31159

しかしながら、前述のような、リチウムマンガン酸化物系のリチウム吸着材料を使用したリチウムの採取方法では、リチウムイオン回収のため、リチウムイオン吸着処理後のリチウム吸着材料を酸溶液中に浸漬させた際に、リチウム吸着材料からマンガンが溶出してしまうという問題がある(特許文献1、2)。   However, in the method for collecting lithium using the lithium manganese oxide-based lithium adsorbing material as described above, when the lithium adsorbing material after the lithium ion adsorption treatment is immersed in an acid solution, the lithium ion is recovered. There is a problem that manganese is eluted from the lithium adsorbing material (Patent Documents 1 and 2).

一方、このようなマンガンの溶出を抑制するため、リチウムマンガン酸化物の骨格に、マグネシウム、アンチモン、またはニオブ等を添加することが提案されている(特許文献3、4)。   On the other hand, in order to suppress such elution of manganese, it has been proposed to add magnesium, antimony, niobium or the like to the skeleton of the lithium manganese oxide (Patent Documents 3 and 4).

しかしながら、これらの対応策では、仮にリチウム吸着材料からのマンガンの溶出が抑制されたとしても、今度は、材料中のリチウムイオンの吸脱着サイトが減少してしまい、リチウム吸着材料に吸着し得るリチウムイオン量が減少してしまうという問題が生じ得る。   However, in these countermeasures, even if the elution of manganese from the lithium adsorbing material is suppressed, the lithium ion adsorption / desorption sites in the material are reduced, and lithium that can be adsorbed on the lithium adsorbing material. There may be a problem that the amount of ions decreases.

このように、リチウムイオン吸着特性とマンガン溶出量抑制効果は、基本的に相反する関係にあるため、両者を兼ね備えたリチウムマンガン酸化物系リチウム吸着材料は、実現が難しいという問題がある。   As described above, since the lithium ion adsorption characteristics and the manganese elution amount suppressing effect are basically in a contradictory relationship, there is a problem that it is difficult to realize a lithium manganese oxide-based lithium adsorbing material having both.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、リチウムイオンに対する吸着特性をあまり損なわずに、マンガンの溶出を有意に抑制することが可能な、リチウムマンガン酸化物系リチウム吸着材料、およびそのようなリチウム吸着材料の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, lithium manganese oxide-based lithium capable of significantly suppressing elution of manganese without significantly impairing the adsorption property to lithium ions. An object is to provide an adsorbing material and a method for producing such a lithium adsorbing material.

本発明では、リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料の製造方法であって、
(1)金属のイオンを含む第1の水溶液に塩基性溶液を添加して、前記金属の水酸化物オリゴマーを含む第2の水溶液を調製するステップと、
(2)前記第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子を添加して、懸濁液を調製するステップと、
(3)前記懸濁液を乾燥させて乾燥物を形成するステップと、
(4)前記乾燥物を酸化雰囲気中で加熱するステップと、
を有し、
前記(4)のステップ後に粒子状リチウム吸着材料が得られ、該粒子状リチウム吸着材料は、リチウムマンガン酸化物粒子と、該リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物を含むことを特徴とする製造方法が提供される。
In the present invention, a method for producing a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
(1) adding a basic solution to the first aqueous solution containing metal ions to prepare a second aqueous solution containing the metal hydroxide oligomer;
(2) adding lithium manganese oxide particles to the second aqueous solution to prepare a suspension;
(3) drying the suspension to form a dry matter;
(4) heating the dried product in an oxidizing atmosphere;
Have
After the step (4), a particulate lithium adsorbing material is obtained, and the particulate lithium adsorbing material comprises lithium manganese oxide particles and a metal oxide covering at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. The manufacturing method characterized by including is provided.

ここで、本発明による製造方法において、前記金属は、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、鉄、およびその他の遷移金属からなる群から選定された1種以上であっても良い。   Here, in the manufacturing method according to the present invention, the metal may be one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, nickel, iron, and other transition metals.

また、本発明による製造方法において、前記第1の水溶液中の前記金属のイオンの濃度は、1mmol/リットル〜1mol/リットルの範囲であり、
前記塩基性溶液の濃度は、1mmol/リットル〜10mol/リットルの範囲であっても良い。
In the production method according to the present invention, the concentration of the metal ions in the first aqueous solution ranges from 1 mmol / liter to 1 mol / liter,
The concentration of the basic solution may be in the range of 1 mmol / liter to 10 mol / liter.

また、本発明による製造方法において、前記第2の水溶液のpHは、7から12の範囲であっても良い。   In the production method according to the present invention, the pH of the second aqueous solution may be in the range of 7 to 12.

また、本発明による製造方法では、前記(2)のステップにおいて、前記リチウムマンガン酸化物は、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、およびLi1.6Mn1.6で表されるリチウムマンガン酸化物からなる群から選定された1種以上であっても良い。 In the production method according to the present invention, in the step (2), the lithium manganese oxide has a general formula of LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and Li 1.6 Mn 1. It may be one or more selected from the group consisting of lithium manganese oxides represented by .6 O 4 .

また、本発明による製造方法では、前記(2)のステップにおいて、前記リチウムマンガン酸化物は、スピネル型(λ型)であっても良い。   In the manufacturing method according to the present invention, in the step (2), the lithium manganese oxide may be a spinel type (λ type).

また、本発明による製造方法において、前記(3)のステップは、前記懸濁液を湿式で混練しながら乾燥させることにより実施されても良い。   In the production method according to the present invention, the step (3) may be performed by drying the suspension while wet-kneading.

また、本発明による製造方法では、前記(4)のステップの後に得られる前記粒子状リチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲であっても良い。   In the production method according to the present invention, in the particulate lithium adsorbing material obtained after the step (4), the ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is 0.5 wt% to 20 wt%. It may be a range.

また、本発明による製造方法では、前記(4)のステップにおいて、前記加熱は、400℃〜900℃の温度で実施されても良い。   Moreover, in the manufacturing method by this invention, in the said (4) step, the said heating may be implemented at the temperature of 400 to 900 degreeC.

さらに、本発明では、リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料であって、
当該リチウム吸着材料は、粒子状材料を含み、
該粒子状材料は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部に、マンガン以外の金属の酸化物が被覆されて構成され、
前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とするリチウム吸着材料が提供される。
Furthermore, in the present invention, a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
The lithium adsorption material includes a particulate material,
The particulate material is configured such that at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles is coated with an oxide of a metal other than manganese,
A lithium adsorbing material is provided, wherein a ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in a range of 0.5 wt% to 20 wt%.

ここで、本発明によるリチウム吸着材料において、前記マンガン以外の金属は、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、鉄、およびその他の遷移金属の酸化物からなる群から選定された1種以上であっても良い。   Here, in the lithium adsorbing material according to the present invention, the metal other than manganese may be one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, nickel, iron, and other transition metal oxides.

また、本発明によるリチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物粒子の粒径は、0.1μm〜1mmの範囲であっても良い。   Moreover, the lithium adsorption material by this invention WHEREIN: The range of 0.1 micrometer-1 mm may be sufficient as the particle size of the said lithium manganese oxide particle.

また、本発明によるリチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物粒子は、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、およびLi1.6Mn1.6で表されるリチウムマンガン酸化物からなる群から選定された1種以上を含んでも良い。 In the lithium adsorbing material according to the present invention, the lithium manganese oxide particles may be represented by the general formulas LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and Li 1.6 Mn 1.6 O 4 . One or more selected from the group consisting of lithium manganese oxides may be included.

また、本発明によるリチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物は、スピネル型(λ型)であっても良い。   In the lithium adsorbing material according to the present invention, the lithium manganese oxide may be a spinel type (λ type).

また、本発明によるリチウム吸着材料は、さらに、前記粒子状材料を担持するための基板、および/または前記粒子状材料を固定するための有機接合剤を含んでも良い。

また、本発明によるリチウム吸着材料は、海水、塩湖かん水、または含リチウム廃水から、リチウムイオンを回収するために使用されても良い。
The lithium adsorbing material according to the present invention may further include a substrate for supporting the particulate material and / or an organic bonding agent for fixing the particulate material.

The lithium adsorbing material according to the present invention may be used for recovering lithium ions from seawater, salt lake brine, or lithium-containing wastewater.

本発明では、リチウムイオンに対する吸着特性をあまり損なわずに、マンガンの溶出を有意に抑制することが可能な、リチウムマンガン酸化物系リチウム吸着材料、およびそのようなリチウム吸着材料の製造方法を提供することができる。   The present invention provides a lithium manganese oxide-based lithium adsorbing material and a method for producing such a lithium adsorbing material capable of significantly suppressing the elution of manganese without significantly impairing the adsorption characteristics for lithium ions. be able to.

本発明の一実施例によるリチウム吸着材料の製造方法を概略的に示したフロー図である。It is the flowchart which showed roughly the manufacturing method of the lithium adsorption material by one Example of this invention. 実施例2に係るサンプルの透過型電子顕微鏡(TEM)写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of a transmission electron microscope (TEM) photograph of a sample according to Example 2. FIG. 実施例に係るリチウム吸着材料のマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を、比較例に係るリチウム吸着材料と比較して示した図である。It is the figure which showed the manganese elution amount and lithium ion desorption amount of the lithium adsorption material which concerns on an Example compared with the lithium adsorption material which concerns on a comparative example. 比較例1に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を100としたときの、他のサンプルの同保持時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示したグラフである。It is the graph which showed the manganese elution rate and lithium ion desorption rate in the same holding time of another sample when the manganese elution amount and the lithium ion desorption amount obtained in the sample according to Comparative Example 1 were set to 100. 実施例に係るリチウム吸着材料のマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を、比較例に係るリチウム吸着材料と比較して示した図である。It is the figure which showed the manganese elution amount and lithium ion desorption amount of the lithium adsorption material which concerns on an Example compared with the lithium adsorption material which concerns on a comparative example. 比較例2に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を100としたときの、他のサンプルの同保持時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示したグラフである。It is the graph which showed the manganese elution rate and lithium ion desorption rate in the same holding time of another sample when the manganese elution amount and the lithium ion desorption amount obtained in the sample according to Comparative Example 2 were set to 100. リチウムイオン吸脱着繰り返し試験の結果をまとめて示した図である。It is the figure which showed collectively the result of the lithium ion adsorption / desorption repetition test.

以下、図面を参照して、本発明について詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

前述のように、リチウムマンガン酸化物系のリチウム吸着材料において、マンガンの溶出を抑制するため、リチウムマンガン酸化物の骨格に、マグネシウム、アンチモン、またはニオブ等を添加することが提案されている。   As described above, it has been proposed to add magnesium, antimony, niobium, or the like to the skeleton of the lithium manganese oxide in order to suppress the elution of manganese in the lithium manganese oxide-based lithium adsorbing material.

しかしながら、このような対応策では、仮にリチウム吸着材料からのマンガンの溶出が抑制されたとしても、今度は、材料中のリチウムイオンの吸脱着サイトが減少してしまい、リチウム吸着材料に吸着させることが可能なリチウムイオン量が減少してしまうという問題が生じ得る。   However, with such countermeasures, even if the elution of manganese from the lithium adsorbing material is suppressed, the adsorption / desorption sites of lithium ions in the material are reduced, and the lithium adsorbing material is allowed to adsorb. However, there may be a problem that the amount of lithium ions that can be reduced.

これに対して、本発明では、リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料の製造方法であって、
(1)金属のイオンを含む第1の水溶液に塩基性溶液を添加して、前記金属の水酸化物オリゴマーを含む第2の水溶液を調製するステップと、
(2)前記第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子を添加して、懸濁液を調製するステップと、
(3)前記懸濁液を乾燥させて乾燥物を形成するステップと、
(4)前記乾燥物を酸化雰囲気中で加熱するステップと、
を有し、
前記(4)のステップ後に粒子状リチウム吸着材料が得られ、該粒子状リチウム吸着材料は、リチウムマンガン酸化物粒子と、該リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物を含むことを特徴とする製造方法が提供される。
In contrast, the present invention is a method for producing a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
(1) adding a basic solution to the first aqueous solution containing metal ions to prepare a second aqueous solution containing the metal hydroxide oligomer;
(2) adding lithium manganese oxide particles to the second aqueous solution to prepare a suspension;
(3) drying the suspension to form a dry matter;
(4) heating the dried product in an oxidizing atmosphere;
Have
After the step (4), a particulate lithium adsorbing material is obtained, and the particulate lithium adsorbing material comprises lithium manganese oxide particles and a metal oxide covering at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. The manufacturing method characterized by including is provided.

本発明のリチウム吸着材料の製造方法では、粒子状のリチウム吸着材料を製造することができ、この粒子状のリチウム吸着材料は、表面の少なくとも一部が金属酸化物で被覆されたリチウムマンガン酸化物粒子を含む。   In the method for producing a lithium adsorbing material according to the present invention, a particulate lithium adsorbing material can be produced, and the particulate lithium adsorbing material comprises a lithium manganese oxide having at least a part of the surface coated with a metal oxide. Contains particles.

このようなリチウム吸着材料では、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を覆うように存在する金属酸化物により、酸溶液中でのリチウムマンガン酸化物粒子からのマンガンの溶出を有意に抑制することができる。   In such a lithium adsorbing material, the elution of manganese from the lithium manganese oxide particles in the acid solution is significantly suppressed by the metal oxide present so as to cover at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. be able to.

また、本発明によるリチウム吸着材料では、金属酸化物は、リチウム吸着材料の骨格部を構成するわけではなく、リチウムマンガン酸化物粒子の表面に、いわば「膜」として設置される。従って、従来の対応策での問題、すなわち添加物質によって、リチウムマンガン酸化物中のリチウムイオンの吸脱着サイトが減少してしまうという問題も、有意に抑制することができる。   Further, in the lithium adsorbing material according to the present invention, the metal oxide does not constitute the skeleton of the lithium adsorbing material, but is placed as a “film” on the surface of the lithium manganese oxide particles. Therefore, the problem with the conventional countermeasures, that is, the problem that the adsorption / desorption sites of lithium ions in the lithium manganese oxide decrease due to the additive substance can be significantly suppressed.

このため、本発明によるリチウム吸着材料では、リチウムイオンに対する吸脱着特性を維持したまま、マンガンの溶出を有意に抑制することが可能となる。   For this reason, in the lithium adsorbing material according to the present invention, it is possible to significantly suppress the elution of manganese while maintaining the adsorption / desorption characteristics with respect to lithium ions.

ここで、本願において、「膜」は、必ずしも、「膜」が設置される表面を有する部材の表面全体を被覆する必要はないことに留意する必要がある。   Here, it should be noted that in the present application, the “membrane” does not necessarily need to cover the entire surface of the member having the surface on which the “membrane” is installed.

例えば、本願の場合、金属酸化物の「膜」は、該「膜」によって被覆される部材、すなわちリチウムマンガン酸化物粒子の表面の一部のみを覆う形態で存在しても良い。この場合、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の一部に、金属酸化物によって覆われていない露出部が存在することになり、この露出部において、リチウムイオンに対する良好な吸着特性を有意に維持させることができる。また、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の他の部分が金属酸化物によって被覆されることにより、酸溶液液に対するマンガンの溶解量を有意に抑制することができる。   For example, in the case of the present application, the “film” of the metal oxide may exist in a form covering only a part of the surface of the member covered with the “film”, that is, lithium manganese oxide particles. In this case, an exposed portion that is not covered with the metal oxide is present on a part of the surface of the lithium manganese oxide particle, and in this exposed portion, good adsorption characteristics for lithium ions can be significantly maintained. Can do. Moreover, the other part of the surface of the lithium manganese oxide particles is covered with the metal oxide, so that the amount of manganese dissolved in the acid solution can be significantly suppressed.

ただし、当然のことながら、例えば、金属酸化物の「膜」が薄い場合や、「膜」が多孔質な場合など、リチウムイオンに対する良好な吸脱着特性とマンガン溶出に対する抑制効果の両方を発揮することができる場合には、金属酸化物の「膜」は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面全体を被覆しても良い。   However, as a matter of course, for example, when the “film” of the metal oxide is thin or when the “film” is porous, it exhibits both good adsorption / desorption characteristics for lithium ions and an inhibitory effect on manganese elution. Where possible, the metal oxide “film” may cover the entire surface of the lithium manganese oxide particles.

以下、本発明の一実施例について詳しく説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

(本発明の一実施例によるリチウム吸着材料の製造方法)
図1には、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料の製造方法のフローを概略的に示す。
(Manufacturing method of lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention)
FIG. 1 schematically shows a flow of a method for producing a lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention.

図1に示す例では、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料の製造方法は、
(1)金属のイオンを含む第1の水溶液に塩基性溶液を添加して、前記金属の水酸化物オリゴマーを含む第2の水溶液を調製するステップ(ステップS110)と、
(2)前記第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子を添加して、懸濁液を調製するステップ(ステップS120)と、
(3)前記懸濁液を乾燥させて乾燥物を形成するステップ(ステップS130)と、
(4)前記乾燥物を酸化雰囲気中で加熱するステップ(ステップS140)と、
を有する。
In the example shown in FIG. 1, the method for producing a lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention includes:
(1) adding a basic solution to the first aqueous solution containing metal ions to prepare a second aqueous solution containing the metal hydroxide oligomer (step S110);
(2) adding lithium manganese oxide particles to the second aqueous solution to prepare a suspension (step S120);
(3) drying the suspension to form a dried product (step S130);
(4) heating the dried product in an oxidizing atmosphere (step S140);
Have

以下、各ステップについて説明する。   Hereinafter, each step will be described.

なお、以降の説明では、この製造方法によって得られるリチウム吸着材料を、特に「(本発明の一実施例による)粒子状リチウム吸着材料」とも称することにする。「(本発明の一実施例による)粒子状リチウム吸着材料」は、リチウムマンガン酸化物粒子と、該粒子の表面の少なくとも一部を覆う金属酸化物とを有する。換言すれば、「粒子状リチウム吸着材料」は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部が金属酸化物で被覆された形態を有する。   In the following description, the lithium adsorbing material obtained by this manufacturing method will be particularly referred to as “particulate lithium adsorbing material (according to one embodiment of the present invention)”. “Particulate lithium adsorbing material (according to one embodiment of the present invention)” includes lithium manganese oxide particles and a metal oxide covering at least a part of the surface of the particles. In other words, the “particulate lithium adsorbing material” has a form in which at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles is coated with the metal oxide.

(ステップS110)
まず、金属イオンを含む第1の水溶液が準備される。第1の水溶液は、例えば、金属塩を水に溶解することにより調製しても良い。
(Step S110)
First, a first aqueous solution containing metal ions is prepared. For example, the first aqueous solution may be prepared by dissolving a metal salt in water.

金属の種類は、前述のような本発明の効果を発揮するものである限り、特に限られない。すなわち、後のステップS140を実施した後に金属酸化物となり、リチウムマンガン酸化物からのマンガンの溶出を有意に抑制することができ、リチウムマンガン酸化物のリチウムイオンに対する吸脱着特性をあまり阻害しない材料である限り、いかなる金属を使用しても良い。金属は、その酸化物が耐酸性を有するものから選定される。   The type of metal is not particularly limited as long as it exhibits the effects of the present invention as described above. That is, it is a material that becomes a metal oxide after performing the subsequent step S140, can significantly suppress the elution of manganese from lithium manganese oxide, and does not significantly inhibit the adsorption / desorption characteristics of lithium manganese oxide with respect to lithium ions. Any metal may be used as long as it is present. The metal is selected from those whose oxides have acid resistance.

金属は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、鉄、およびその他の遷移金属からなる群から選定された1または2以上であっても良い。なお、複数の金属が選定される場合、その一つにマンガンが含まれることに特に問題はないが、単一の金属が選定される場合、そのような金属は、マンガン以外のものの中から選定される。   The metal may be, for example, one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, nickel, iron, and other transition metals. In addition, when multiple metals are selected, there is no particular problem that one of them contains manganese, but when a single metal is selected, such metals are selected from those other than manganese. Is done.

金属塩としては、これに限られるものではないが、例えば、塩化物、硫化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、および有機金属塩などが使用される。なお、これらの金属塩は、1種または2種以上を併用して使用することができる。   Examples of metal salts include, but are not limited to, chlorides, sulfides, hydroxides, nitrates, sulfates, carbonates, and organic metal salts. These metal salts can be used alone or in combination of two or more.

第1の水溶液中の金属イオンの濃度は、例えば、1mmol/リットル〜1mol/リットルの範囲である。   The concentration of the metal ion in the first aqueous solution is, for example, in the range of 1 mmol / liter to 1 mol / liter.

次に、第1の水溶液に、塩基性溶液が添加される。この塩基性溶液の添加により、第1の水溶液のpHが上昇し、前記金属種の水酸化物オリゴマーが形成される(第2の水溶液)。この水酸化物オリゴマーは、後に金属酸化物となる前駆体として機能する。   Next, the basic solution is added to the first aqueous solution. By the addition of this basic solution, the pH of the first aqueous solution rises and a hydroxide oligomer of the metal species is formed (second aqueous solution). This hydroxide oligomer functions as a precursor that later becomes a metal oxide.

添加される塩基性溶液は、特に限られないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、および/またはアンモニア水等が使用できる。   Although the basic solution to be added is not particularly limited, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and / or aqueous ammonia can be used.

塩基性溶液の添加は、第1の水溶液を撹拌しながら実施することが好ましい。また、塩基性溶液は、例えば、0.1ml/分〜100ml/分の速度で滴下されても良い。また、塩基性溶液の濃度は、例えば、1mmol/リットル〜10mol/リットルの範囲である。   The addition of the basic solution is preferably carried out while stirring the first aqueous solution. Further, the basic solution may be dropped at a rate of 0.1 ml / min to 100 ml / min, for example. Moreover, the density | concentration of a basic solution is the range of 1 mmol / liter-10 mol / liter, for example.

第2の水溶液の液性は、中性から強アルカリ性付近(pH7からpH12)程度が好ましく、好適にはpH9から11付近である。ただし、好適なpHは、使用する金属塩によって異なることに留意する必要がある。例えば、溶液の液性が中性付近のpH6.5から8の領域でも、金属水酸化物オリゴマーが生成する場合がある。   The liquidity of the second aqueous solution is preferably about neutral to strongly alkaline (pH 7 to pH 12), preferably about pH 9 to 11. However, it should be noted that the preferred pH varies depending on the metal salt used. For example, a metal hydroxide oligomer may be generated even in a pH 6.5 to 8 region where the liquidity of the solution is near neutral.

(ステップS120)
次に、ステップS110で調製された第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子が添加される。
(Step S120)
Next, lithium manganese oxide particles are added to the second aqueous solution prepared in step S110.

リチウムマンガン酸化物の粒子は、第2の水溶液を撹拌しながら添加することが好ましい。これにより、得られる懸濁液を速やかに均一化することができる。また、通常、粒子の添加および撹拌は、大気下、室温で実施される。   It is preferable to add the lithium manganese oxide particles while stirring the second aqueous solution. Thereby, the obtained suspension can be quickly homogenized. Moreover, addition and stirring of particles are usually performed at room temperature in the air.

リチウムマンガン酸化物は、例えば、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、またはLi1.6Mn1.6で表されるスピネル型(λ型)構造を有するマンガン酸化物から選定されても良い。 The lithium manganese oxide has, for example, a spinel (λ-type) structure represented by a general formula of LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , or Li 1.6 Mn 1.6 O 4. You may select from the manganese oxide which has.

ただし、多少リチウムイオンに対する吸着性が劣るものの、リチウムマンガン酸化物として、α型(ホーランダイト型)、β型(ルチル型)、γ型、δ型、およびラムスデライト型などの非晶質のリチウムマンガン酸化物を使用しても良い。   However, the lithium manganese oxide is amorphous lithium such as α-type (hollandite type), β-type (rutile type), γ-type, δ-type, and ramsdellite type, although the adsorptivity to lithium ions is somewhat inferior Manganese oxide may be used.

リチウムマンガン酸化物の粒子の粒径は、特に限られないが、例えば、0.1μm〜1mmの範囲である。特に、将来、本発明の一実施例による粒子状リチウム吸着材料を活性炭素等に練り込むことを想定する場合は、サブミクロン程度の小さな粒径のものが好ましい。   The particle size of the lithium manganese oxide particles is not particularly limited, and is, for example, in the range of 0.1 μm to 1 mm. In particular, when it is assumed in the future that the particulate lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention will be kneaded into activated carbon or the like, a material having a small particle size of about submicron is preferable.

リチウムマンガン酸化物の添加量は、ステップS140の後に得られる粒子状リチウム吸着材料において、リチウムマンガン酸化物に対する金属酸化物の重量比が、0.5wt%〜20wt%の範囲となるように選定されることが好ましい。リチウムマンガン酸化物に対する金属酸化物の重量比は、1wt%〜10wt%の範囲となることがより好ましい。   The addition amount of the lithium manganese oxide is selected so that the weight ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide is in the range of 0.5 wt% to 20 wt% in the particulate lithium adsorbing material obtained after step S140. It is preferable. The weight ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide is more preferably in the range of 1 wt% to 10 wt%.

金属酸化物の割合が0.5wt%を下回ると、粒子状リチウム吸着材料において、良好なマンガン溶出抑制効果が得られない場合がある。逆に、金属酸化物の割合が20wt%を超えると、粒子状リチウム吸着材料において、リチウムイオンに対する吸着性が低下してしまうおそれがある。   If the ratio of the metal oxide is less than 0.5 wt%, there may be a case where a good manganese elution suppressing effect cannot be obtained in the particulate lithium adsorbing material. On the contrary, when the ratio of the metal oxide exceeds 20 wt%, the adsorptivity with respect to lithium ions may be reduced in the particulate lithium adsorbing material.

(ステップS130)
次に、ステップS120で得られた懸濁液が乾燥処理され、乾燥物が形成される。
(Step S130)
Next, the suspension obtained in step S120 is dried to form a dried product.

乾燥方法は、特に限られないが、得られる乾燥物において、金属水酸化物オリゴマーをリチウムマンガン酸化物粒子の表面にできるだけ均一に分布させるため、懸濁液を湿式で混練しながら乾燥させる方法を採用することが好ましい。   The drying method is not particularly limited, but in the obtained dried product, in order to distribute the metal hydroxide oligomer as evenly as possible on the surface of the lithium manganese oxide particles, a method of drying the suspension while wet kneading is performed. It is preferable to adopt.

このような乾燥方法では、例えば、懸濁液を室温で30分から1時間程度撹拌した後、撹拌を継続したまま、ホットプレートまたはサンドバス等を用いて懸濁液が加熱され、懸濁液の水分が蒸発される。   In such a drying method, for example, the suspension is stirred at room temperature for about 30 minutes to 1 hour, and then the suspension is heated using a hot plate or a sand bath while stirring is continued. Moisture is evaporated.

あるいは、スプレードライ法のような乾燥方法が使用されても良い。得られる乾燥物は、無機化合物であり、耐熱性が高いため、比較的高温の条件下で乾燥させることも可能である。例えば、乾燥条件は、常圧下、温度40℃〜160℃の範囲であっても良い。   Alternatively, a drying method such as a spray drying method may be used. Since the obtained dried product is an inorganic compound and has high heat resistance, it can be dried under relatively high temperature conditions. For example, the drying conditions may be a temperature range of 40 ° C. to 160 ° C. under normal pressure.

(ステップS140)
次に、得られた乾燥物が熱処理される。
(Step S140)
Next, the obtained dried product is heat-treated.

熱処理の条件は、乾燥物に含まれる金属水酸化物オリゴマーから、金属酸化物が適正に形成できる環境であれば、特に限られない。例えば、熱処理は、空気中または酸化雰囲気中において、400℃〜900℃の範囲に乾燥物を加熱することにより、実施されても良い。また、熱処理時間は、例えば1時間〜20時間の範囲であっても良い。   The heat treatment conditions are not particularly limited as long as the metal oxide can be properly formed from the metal hydroxide oligomer contained in the dried product. For example, the heat treatment may be performed by heating the dried product in a range of 400 ° C. to 900 ° C. in air or in an oxidizing atmosphere. The heat treatment time may be in the range of 1 hour to 20 hours, for example.

ただし、熱処理の条件は、原料等によっても変化する。例えば、リチウムマンガン酸化物原料として、LiMnを用いた場合、乾燥物の熱処理は、600℃前後で1時間程度実施しても良い。また、リチウムマンガン酸化物原料として、Li1.33Mn1.67を用いた場合、乾燥物の熱処理は、400℃前後で3時間実施しても良い。 However, the heat treatment conditions vary depending on the raw materials and the like. For example, when LiMn 2 O 4 is used as the lithium manganese oxide raw material, the heat treatment of the dried product may be performed at around 600 ° C. for about 1 hour. Further, when Li 1.33 Mn 1.67 O 4 is used as the lithium manganese oxide raw material, the heat treatment of the dried product may be performed at around 400 ° C. for 3 hours.

熱処理には、例えば、雰囲気制御が可能な反応装置としての横型管状炉およびマッフル炉などの電気炉や、他の熱源を有する加熱炉などを用いることができる。   For the heat treatment, for example, an electric furnace such as a horizontal tubular furnace and a muffle furnace as a reaction apparatus capable of controlling the atmosphere, a heating furnace having another heat source, or the like can be used.

以上の工程を経て、表面の少なくとも一部が金属酸化物で被覆されたリチウムマンガン酸化物粒子、すなわち本発明の一実施例による粒子状リチウム吸着材料を得ることができる。   Through the above steps, lithium manganese oxide particles having at least a part of the surface coated with a metal oxide, that is, particulate lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention can be obtained.

前述のように、このような方法で製造された粒子状リチウム吸着材料は、金属酸化物の存在により、酸溶液中でのリチウムマンガン酸化物粒子からのマンガンの溶出を有意に抑制することができる。また、このような粒子状リチウム吸着材料では、金属酸化物は、リチウムマンガン酸化物粒子の少なくとも一部に「膜」として設置されるため、リチウムマンガン酸化物中のリチウムイオンの吸脱着サイトの減少を最小限に抑制することができる。   As described above, the particulate lithium adsorption material produced by such a method can significantly suppress the elution of manganese from the lithium manganese oxide particles in the acid solution due to the presence of the metal oxide. . In such a particulate lithium adsorbing material, the metal oxide is installed as a “film” on at least a part of the lithium manganese oxide particles, so that the adsorption / desorption sites of lithium ions in the lithium manganese oxide are reduced. Can be minimized.

従って、本発明の一実施例による粒子状リチウム吸着材料は、リチウムイオンに対する吸着性を維持したまま、マンガンの溶解量を有意に抑制することができる。   Therefore, the particulate lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention can significantly suppress the dissolution amount of manganese while maintaining the adsorptivity to lithium ions.

(本発明の一実施例によるリチウム吸着材料)
次に、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料について説明する。
(Lithium adsorption material according to one embodiment of the present invention)
Next, a lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention will be described.

本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、粒子状材料を含み、
該粒子状材料は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部に、マンガン以外の金属の酸化物が被覆されて構成され、
前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とする。
A lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention includes a particulate material,
The particulate material is configured such that at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles is coated with an oxide of a metal other than manganese,
The ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in the range of 0.5 wt% to 20 wt%.

金属酸化物の種類は、特に限られないが、例えば、アルミニウム酸化物、マグネシウム酸化物、ニッケル酸化物、鉄酸化物、およびその他の遷移金属の酸化物の中から選定された1または2以上であっても良い。   The type of metal oxide is not particularly limited. For example, it is one or more selected from aluminum oxide, magnesium oxide, nickel oxide, iron oxide, and other transition metal oxides. There may be.

一方、リチウムマンガン酸化物は、例えば、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、またはLi1.6Mn1.6で表されるスピネル型(λ型)構造を有するマンガン酸化物から選定されても良い。 On the other hand, the lithium manganese oxide is, for example, a spinel type (λ type) represented by a general formula of LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , or Li 1.6 Mn 1.6 O 4. You may select from the manganese oxide which has a structure.

リチウムマンガン酸化物の粒子の粒径は、特に限られないが、例えば、0.1μm〜1mmの範囲である。リチウムマンガン酸化物の粒子の粒径は、1μm〜100μmの範囲であることが好ましい。   The particle size of the lithium manganese oxide particles is not particularly limited, and is, for example, in the range of 0.1 μm to 1 mm. The particle size of the lithium manganese oxide particles is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

このような特徴を有するリチウム吸着材料は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を覆うように存在する金属酸化物により、酸溶液中でのリチウムマンガン酸化物粒子からのマンガンの溶出を有意に抑制することができる。   The lithium adsorbing material having such characteristics significantly elutions manganese from the lithium manganese oxide particles in the acid solution due to the metal oxide present so as to cover at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. Can be suppressed.

なお、この金属酸化物には、金属酸化物中の金属元素の一部が、リチウムマンガン酸化物粒子のMn(III)との間で置換反応することにより、Mn(III)の不均化反応を抑制する効果も考えられる。   In this metal oxide, a part of the metal element in the metal oxide undergoes a substitution reaction with Mn (III) of the lithium manganese oxide particles, so that the disproportionation reaction of Mn (III) The effect which suppresses is also considered.

ここで、Mn(III)の不均化反応とは、例えば、

2Mn3+=Mn2++Mn4+ (1)式

の反応により、Mn(III)がMn(II)となって溶出する反応を言う。このような不均化反応は、酸溶液中でリチウムマンガン酸化物からマンガンが溶出する現象の一因となっていると考えられる。
Here, the disproportionation reaction of Mn (III) is, for example,

2Mn 3+ = Mn 2+ + Mn 4+ (1) Formula

By this reaction, Mn (III) is eluted as Mn (II). Such a disproportionation reaction is considered to contribute to a phenomenon in which manganese is eluted from lithium manganese oxide in an acid solution.

しかしながら、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料では、リチウムマンガン酸化物粒子の表面に存在する金属酸化物により、この不均化反応が抑制され、これにより、マンガンの溶出が抑制される効果が得られると考えることができる。   However, in the lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention, the disproportionation reaction is suppressed by the metal oxide present on the surface of the lithium manganese oxide particles, thereby suppressing the elution of manganese. You can think of it.

さらに、金属酸化物は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を覆う「膜」、として設置される。この「膜」は、多孔性膜として、リチウムマンガン酸化物粒子の表面全体を被覆することも可能である。このような金属酸化物の配置形態により、リチウムマンガン酸化物のリチウムイオンの吸脱着サイトの減少を有意に抑制することができる。   Further, the metal oxide is installed as a “film” that covers at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. This “film” can also cover the entire surface of the lithium manganese oxide particles as a porous film. Such an arrangement form of the metal oxide can significantly suppress the reduction of the lithium ion adsorption / desorption sites of the lithium manganese oxide.

なお、このような効果を確実に得るため、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料では、リチウムマンガン酸化物粒子に対する金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲である。特に、リチウムマンガン酸化物粒子に対する金属酸化物の割合は、1wt%〜10wt%の範囲であることが好ましい。   In addition, in order to acquire such an effect reliably, in the lithium adsorption material by one Example of this invention, the ratio of the metal oxide with respect to lithium manganese oxide particle is the range of 0.5 wt%-20 wt%. In particular, the ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is preferably in the range of 1 wt% to 10 wt%.

金属酸化物の割合が0.5wt%を下回ると、リチウム吸着材料において、良好なマンガン溶出抑制効果が得られない場合がある。逆に、金属酸化物の割合が20wt%を超えると、リチウム吸着材料において、リチウムイオンに対する吸着性が低下してしまうおそれがある。   When the ratio of the metal oxide is less than 0.5 wt%, a good manganese elution suppression effect may not be obtained in the lithium adsorbent material. On the other hand, when the ratio of the metal oxide exceeds 20 wt%, the lithium adsorbent material may have a reduced adsorptivity to lithium ions.

以上の特徴により、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料では、リチウムイオンに対する吸脱着特性を維持したまま、マンガンの溶出を有意に抑制することができる。   With the above features, the lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention can significantly suppress elution of manganese while maintaining the adsorption / desorption characteristics with respect to lithium ions.

ところで、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、各種態様で、各種用途に使用され得ることに留意する必要がある。   By the way, it should be noted that the lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention can be used in various applications in various modes.

例えば、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、造粒処理後に成形された、成形体の形態で提供されても良い。また、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、基板上に粉末として担持された形態、および/または有機結合剤のような固定化剤中に分散された状態で使用されても良い。   For example, the lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention may be provided in the form of a molded body that is formed after the granulation process. In addition, the lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention may be used in a form supported as a powder on a substrate and / or dispersed in a fixing agent such as an organic binder.

また、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、海水、塩湖かん水、または含リチウム廃水から、リチウムイオンを回収するための材料として使用されても良い。あるいは、本発明の一実施例によるリチウム吸着材料は、水分散系のリチウムイオンの選択的吸着材料、または二次電池用の正極活物質として使用することも可能である。   The lithium adsorbing material according to one embodiment of the present invention may be used as a material for recovering lithium ions from seawater, salt lake brine, or lithium-containing wastewater. Alternatively, the lithium adsorbing material according to an embodiment of the present invention can be used as a water-dispersed lithium ion selective adsorbing material or a positive electrode active material for a secondary battery.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

(実施例1)
第1の水溶液として、硝酸アルミニウムを脱イオン水に溶解し、0.125mol/リットルの硝酸アルミニウム水溶液20mlを調製した。
Example 1
As a first aqueous solution, aluminum nitrate was dissolved in deionized water to prepare 20 ml of a 0.125 mol / liter aluminum nitrate aqueous solution.

次に、第1の水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を添加した。水酸化ナトリウム水溶液は、第1の水溶液を撹拌した状態で、この第1の水溶液がpH9程度になるまで添加した。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は、1mol/リットルであり、添加速度は、1mL/分程度とした。   Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added to the first aqueous solution. The aqueous sodium hydroxide solution was added with stirring the first aqueous solution until the first aqueous solution reached a pH of about 9. The concentration of the aqueous sodium hydroxide solution was 1 mol / liter, and the addition rate was about 1 mL / min.

これにより、水溶液中に、アルミニウム水酸化物オリゴマーが形成され、第2の水溶液が得られた。   As a result, an aluminum hydroxide oligomer was formed in the aqueous solution, and a second aqueous solution was obtained.

次に、第2の水溶液をビーカー中で撹拌しながら、第2の水溶液中に、リチウムマンガン酸化物(LiMn)の粒子(以下、「第1の粒子」という)を添加し、懸濁液を得た。第1の粒子の粒径(粒径分布)は、1μm〜100μmの範囲である。また、第1の粒子の添加量は、5.0gとした。 Next, while stirring the second aqueous solution in a beaker, lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) particles (hereinafter referred to as “first particles”) are added to the second aqueous solution. A turbid liquid was obtained. The particle size (particle size distribution) of the first particles is in the range of 1 μm to 100 μm. The amount of the first particles added was 5.0 g.

第1の粒子を添加後も、室温でビーカー内の懸濁液を1時間撹拌し続けた。その後、懸濁液が入ったビーカーをホットプレート上に置載し、ビーカーを加熱することにより、懸濁液を乾燥させた。加熱温度は、80℃とし、加熱の間も、懸濁液を撹拌し続けた。   Even after the addition of the first particles, the suspension in the beaker was kept stirred for 1 hour at room temperature. Then, the beaker containing the suspension was placed on a hot plate, and the suspension was dried by heating the beaker. The heating temperature was 80 ° C., and the suspension was continuously stirred during the heating.

これにより、ビーカー内に乾燥物(塊状固形物)が得られた。   As a result, a dried product (blocked solid) was obtained in the beaker.

次に、得られた乾燥物を回収し、これを大気雰囲気下で熱処理した。熱処理温度は、600℃とし、熱処理時間は、1時間とした。熱処理後に、粉末状サンプル(以下、「実施例1に係るサンプル」と称する)が得られた。   Next, the obtained dried product was collected and heat-treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 600 ° C., and the heat treatment time was 1 hour. After the heat treatment, a powdery sample (hereinafter referred to as “sample according to Example 1”) was obtained.

得られた実施例1に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例1に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From the X-ray diffraction analysis result of the sample according to Example 1, the LiMn 2 O 4 peak is clearly recognized in the sample according to Example 1, and the crystal structure of the first particles is maintained even after the heat treatment. It has been confirmed.

次に、実施例1に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例1に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で2.09wt%程度のアルミニウム酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このアルミニウム酸化物は、第1の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。   Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 1. From the obtained results, it was found that the sample according to Example 1 contains about 2.09 wt% of aluminum oxide by weight with respect to the first particles. From the evaluation with a transmission electron microscope, it was found that the aluminum oxide was formed so as to cover the first particles.

(実施例2)
実施例1と同様の方法により、実施例2に係るサンプルを製造した。ただし、この実施例2では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸マグネシウム水溶液を使用した。その他の条件は、実施例1の場合と同様である。
(Example 2)
A sample according to Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in Example 2, a magnesium nitrate aqueous solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in the first embodiment.

得られた実施例2に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例2に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From the X-ray diffraction analysis result of the sample according to Example 2, the LiMn 2 O 4 peak is clearly recognized in the sample according to Example 2, and the crystal structure of the first particles is maintained even after the heat treatment. It has been confirmed.

次に、実施例2に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例2に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で1.81wt%程度のマグネシウム酸化物が存在することがわかった。   Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 2. From the obtained results, it was found that the magnesium oxide having a weight ratio of about 1.81 wt% with respect to the first particles was present in the sample according to Example 2.

図2には、実施例2に係るサンプルの透過型電子顕微鏡(TEM)写真の一例を示す。   In FIG. 2, an example of the transmission electron microscope (TEM) photograph of the sample concerning Example 2 is shown.

図2において、中央の黒色に見える部分がLiMnの粒子(第1の粒子)に対応し、この黒色部分に隣接する左上側の薄いコントラスト部分がマグネシウム酸化物に対応する。この結果から、マグネシウム酸化物は、厚さが約十nmであり、第1の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。 In FIG. 2, the central black portion corresponds to LiMn 2 O 4 particles (first particles), and the upper left thin contrast portion adjacent to the black portion corresponds to magnesium oxide. From this result, it was found that the magnesium oxide had a thickness of about 10 nm and was formed so as to cover the first particles.

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、実施例3に係るサンプルを製造した。ただし、この実施例3では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸ニッケル水溶液を使用した。その他の条件は、実施例1の場合と同様である。
(Example 3)
A sample according to Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in Example 3, a nickel nitrate aqueous solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in the first embodiment.

得られた実施例3に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例3に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From the X-ray diffraction analysis result of the sample according to Example 3, the LiMn 2 O 4 peak is clearly recognized in the sample according to Example 3, and the crystal structure of the first particles is maintained even after the heat treatment. It has been confirmed.

次に、実施例3に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例3に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で4.05wt%程度のニッケル酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このニッケル酸化物は、第1の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。   Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 3. From the obtained results, it was found that the nickel oxide having a weight ratio of about 4.05 wt% with respect to the first particles was present in the sample according to Example 3. From the evaluation by a transmission electron microscope, it was found that this nickel oxide was formed so as to cover the first particles.

(比較例1)
比較例1として、前述の実施例1〜3において、リチウムマンガン酸化物(LiMn)の原料として使用した第1の粒子を準備した。なお、この比較例1では、熱処理等は実施せず、第1の粒子をそのまま使用した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, the first particles used as raw materials for lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) in Examples 1 to 3 described above were prepared. In Comparative Example 1, the first particles were used as they were without performing heat treatment or the like.

(実施例4)
第1の水溶液として、硝酸アルミニウムを脱イオン水に溶解し、0.125mol/リットルの硝酸アルミニウム水溶液20mlを調製した。
Example 4
As a first aqueous solution, aluminum nitrate was dissolved in deionized water to prepare 20 ml of a 0.125 mol / liter aluminum nitrate aqueous solution.

次に、第1の水溶液に、水酸化カリウム水溶液を添加した。水酸化カリウム水溶液は、第1の水溶液を撹拌した状態で、この第1の水溶液がpH10程度になるまで添加した。水酸化カリウム水溶液の濃度は、1mol/リットルであり、添加速度は、1mL/分程度とした。   Next, an aqueous potassium hydroxide solution was added to the first aqueous solution. The potassium hydroxide aqueous solution was added in a state where the first aqueous solution was stirred until the pH of the first aqueous solution reached about 10. The concentration of the aqueous potassium hydroxide solution was 1 mol / liter, and the addition rate was about 1 mL / min.

これにより、水溶液中に、アルミニウム水酸化物オリゴマーが形成され、第2の水溶液が得られた。   As a result, an aluminum hydroxide oligomer was formed in the aqueous solution, and a second aqueous solution was obtained.

次に、第2の水溶液をビーカー中で撹拌しながら、第2の水溶液中に、リチウムマンガン酸化物(Li1.33Mn1.67)の粒子(以下、「第2の粒子」という)を添加し、懸濁液を得た。第2の粒子の粒径(粒径分布)は、1μm〜100μmの範囲である。また、第2の粒子の添加量は、2.0gとした。 Next, while stirring the second aqueous solution in a beaker, lithium manganese oxide (Li 1.33 Mn 1.67 O 4 ) particles (hereinafter referred to as “second particles”) are added to the second aqueous solution. ) Was added to obtain a suspension. The particle size (particle size distribution) of the second particles is in the range of 1 μm to 100 μm. The amount of the second particles added was 2.0 g.

第2の粒子を添加後も、室温でビーカー内の懸濁液を1時間撹拌し続けた。その後、懸濁液が入ったビーカーをホットプレート上に置載し、ビーカーを加熱することにより、懸濁液を乾燥させた。加熱温度は、80℃とし、加熱の間も、懸濁液を撹拌し続けた。   Even after the addition of the second particles, the suspension in the beaker was kept stirred for 1 hour at room temperature. Then, the beaker containing the suspension was placed on a hot plate, and the suspension was dried by heating the beaker. The heating temperature was 80 ° C., and the suspension was continuously stirred during the heating.

これにより、ビーカー内に乾燥物(塊状固形物)が得られた。   As a result, a dried product (blocked solid) was obtained in the beaker.

次に、得られた乾燥物を回収し、これを大気雰囲気下で熱処理した。熱処理温度は、400℃とし、熱処理時間は、3時間とした。熱処理後に、粉末状サンプル(以下、「実施例4に係るサンプル」と称する)が得られた。   Next, the obtained dried product was collected and heat-treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 400 ° C., and the heat treatment time was 3 hours. After the heat treatment, a powdery sample (hereinafter referred to as “sample according to Example 4”) was obtained.

得られた実施例4に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例4に係るサンプルには、Li1.33Mn1.67のピークが明確に認められ、熱処理後にも、第2の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From the result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 4, the peak according to Example 4 clearly shows a peak of Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and even after the heat treatment, the second It was confirmed that the crystal structure of the particles was maintained.

次に、実施例4に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例4に係るサンプルには、第2の粒子に対して重量比で7.13wt%程度のアルミニウム酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このアルミニウム酸化物は、第2の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。   Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 4. From the obtained results, it was found that the sample according to Example 4 contained about 7.13 wt% aluminum oxide by weight with respect to the second particles. From the evaluation with a transmission electron microscope, it was found that the aluminum oxide was formed so as to cover the second particles.

(実施例5)
実施例4と同様の方法により、実施例5に係るサンプルを製造した。ただし、この実施例6では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸ニッケル水溶液を使用した。その他の条件は、実施例4の場合と同様である。
(Example 5)
A sample according to Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 4. However, in Example 6, a nickel nitrate aqueous solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in the fourth embodiment.

得られた実施例5に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例5に係るサンプルには、Li1.33Mn1.67のピークが明確に認められ、熱処理後にも、第2の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From the result of X diffraction analysis of the sample according to Example 5, the peak according to Example 5 clearly shows a peak of Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and the second after the heat treatment. It was confirmed that the crystal structure of the particles was maintained.

次に、実施例5に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例5に係るサンプルには、第2の粒子に対して重量比で11.7wt%程度のニッケル酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このニッケル酸化物は、第2の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。   Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 5. From the obtained results, it was found that the nickel oxide having a weight ratio of about 11.7 wt% with respect to the second particles was present in the sample according to Example 5. From the evaluation by a transmission electron microscope, it was found that the nickel oxide was formed so as to cover the second particles.

(比較例2)
比較例2として、前述の実施例4〜5において、リチウムマンガン酸化物(Li1.33Mn1.67)の原料として使用した第2の粒子を準備した。なお、この比較例2では、熱処理等は実施せず、第2の粒子をそのまま使用した。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, second particles used as raw materials for lithium manganese oxide (Li 1.33 Mn 1.67 O 4 ) in Examples 4 to 5 described above were prepared. In Comparative Example 2, the second particles were used as they were without performing heat treatment or the like.

以下の表1には、実施例1〜5、および比較例1〜2に係るサンプルの製造方法をまとめて示した。   Table 1 below collectively shows sample manufacturing methods according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.

(評価)
(1)各サンプルの溶出特性評価
前述の方法で調製した実施例1〜5、および比較例1〜2に係るサンプルを用いて、溶出特性評価試験を行った。
(Evaluation)
(1) Elution characteristic evaluation of each sample The elution characteristic evaluation test was done using the sample which concerns on Examples 1-5 prepared by the above-mentioned method, and Comparative Examples 1-2.

溶出特性評価試験は、以下のように実施した。   The elution characteristic evaluation test was performed as follows.

まず、室温で、0.25mol/リットルの濃度の塩酸水溶液500ml中に、該塩酸水溶液を撹拌しながら実施例1に係るサンプル0.5gを添加する(撹拌速度200rpm)。添加完了時を時間軸の0(ゼロ)とする。次に、撹拌を継続した状態で塩酸水溶液をそのまま維持し、所定の時間毎に水溶液を10mLサンプリングし、サンプリング液中に含まれるマンガン濃度およびリチウム濃度を測定する。   First, 0.5 g of the sample according to Example 1 is added to 500 ml of a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 0.25 mol / liter at room temperature while stirring the hydrochloric acid aqueous solution (stirring speed 200 rpm). The time when the addition is completed is set to 0 (zero) on the time axis. Next, the hydrochloric acid aqueous solution is maintained as it is while stirring is continued, 10 mL of the aqueous solution is sampled at predetermined time intervals, and the manganese concentration and the lithium concentration contained in the sampling solution are measured.

このような試験を、それぞれの実施例1〜5、および比較例1〜2に係るサンプルのそれぞれに対して実施した。ただし、実施例4〜5については、塩酸水溶液の代わりに、同濃度の硫酸水溶液を用いた。(実施例2〜3については、実施例1と同様の塩酸水溶液を用いた。)なお、マンガン濃度およびリチウム濃度の測定には、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置を使用した。   Such a test was implemented with respect to each of the samples according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. However, in Examples 4 to 5, an aqueous sulfuric acid solution having the same concentration was used instead of the aqueous hydrochloric acid solution. (For Examples 2-3, the same aqueous hydrochloric acid solution as in Example 1 was used.) Note that a high-frequency inductively coupled plasma emission spectrometer was used to measure the manganese concentration and the lithium concentration.

図3には、実施例1〜3および比較例1に係るサンプルの溶出特性評価結果をまとめて示す。図3において、横軸は、サンプルの塩酸水溶液中の保持時間(分)である。また、縦軸は、左の第1軸がサンプリング液中に含まれるマンガン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのマンガン溶出量(mol/リットル)を示し、右の第2軸がサンプリング液中に含まれるリチウムイオン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのリチウムイオン脱着量(mol/リットル)を示している。   In FIG. 3, the elution characteristic evaluation result of the sample which concerns on Examples 1-3 and the comparative example 1 is shown collectively. In FIG. 3, the horizontal axis represents the retention time (min) of the sample in the aqueous hydrochloric acid solution. In addition, the vertical axis shows the manganese concentration contained in the sampling liquid on the left, that is, the manganese elution amount (mol / liter) per unit mass of lithium manganese oxide contained in the powder sample, The second axis indicates the lithium ion concentration contained in the sampling solution, that is, the lithium ion desorption amount (mol / liter) per unit mass of the lithium manganese oxide contained in the powder sample.

また、図4には、保持時間=90分の比較例1に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量および脱着リチウムイオン量を100としたときの、他のサンプルの同保持時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示す。   FIG. 4 also shows the manganese elution rate at the same retention time of other samples when the manganese elution amount and the desorbed lithium ion amount obtained in the sample according to Comparative Example 1 with a retention time of 90 minutes are defined as 100. The lithium ion desorption rate is shown.

図3および図4から、第1の粒子のみからなる比較例1に係るサンプルでは、塩酸浸漬の初期からマンガンの溶出量が極めて高く(約0.008mol/リットル)、90分間の間、この高い溶出量が維持されていることがわかる。これに対して、金属酸化物で被覆されたリチウムマンガン酸化物(LiMn)粒子を含む実施例1〜3に係るサンプルでは、比較例1に比べて、マンガンの溶出は、有意に抑制されている(最大でも約0.006mol/リットル未満)。 From FIG. 3 and FIG. 4, in the sample according to Comparative Example 1 consisting only of the first particles, the elution amount of manganese is very high (about 0.008 mol / liter) from the initial stage of hydrochloric acid immersion, and this high for 90 minutes. It can be seen that the elution amount is maintained. On the other hand, in the samples according to Examples 1 to 3 including the lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) particles coated with the metal oxide, the elution of manganese is significantly suppressed as compared with Comparative Example 1. (At most, less than about 0.006 mol / liter).

特に、図4から明らかなように、実施例1に係るサンプルでは、90分後のマンガン溶出量は、比較例1に係るサンプルに比べて、約42%低下した。   In particular, as apparent from FIG. 4, in the sample according to Example 1, the manganese elution amount after 90 minutes was reduced by about 42% as compared with the sample according to Comparative Example 1.

一方、リチウムイオン脱着特性に関しては、比較例1に係るサンプルでは、リチウムイオン脱着量が約0.02mol/リットルであるのに対して、実施例1〜3に係るサンプルでは、これよりも低下する傾向にあった。ただし、その低下率は、あまり顕著ではない。例えば、図4から、リチウムイオン脱着量が少ない実施例3に係るサンプルにおいても、90分後のリチウムイオン脱着量の比較例1に係るサンプルに対する低下率は、約25%に留まっている。   On the other hand, regarding the lithium ion desorption characteristics, in the sample according to Comparative Example 1, the lithium ion desorption amount is about 0.02 mol / liter, whereas in the samples according to Examples 1 to 3, it is lower than this. There was a trend. However, the rate of decline is not very noticeable. For example, from FIG. 4, even in the sample according to Example 3 with a small amount of lithium ion desorption, the decrease rate of the lithium ion desorption amount after 90 minutes with respect to the sample according to Comparative Example 1 is only about 25%.

従って、実施例1〜3に係るサンプルでは、マンガンの溶出抑制効果に比べて、リチウムイオンの吸脱着特性の低下の度合いは小さいと言える。   Therefore, in the samples according to Examples 1 to 3, it can be said that the degree of decrease in the lithium ion adsorption / desorption characteristics is small as compared with the manganese elution suppressing effect.

このように、実施例1〜3に係るサンプルでは、リチウムイオンに対する吸脱着特性をあまり損なうことなく、マンガンの溶解量を有意に抑制することができることが確認された。   Thus, in the samples according to Examples 1 to 3, it was confirmed that the dissolution amount of manganese can be significantly suppressed without significantly impairing the adsorption / desorption characteristics with respect to lithium ions.

一方、図5には、実施例4〜5および比較例2に係るサンプルの溶出特性評価結果をまとめて示す。図5において、横軸は、サンプルの硫酸水溶液中の保持時間(分)である。また、縦軸は、左の第1軸がサンプリング液中に含まれるマンガン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのマンガン溶出量(mol/リットル)を示し、右の第2軸がサンプリング液中に含まれるリチウムイオン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのリチウムイオン脱着量(mol/リットル)を示している。   On the other hand, in FIG. 5, the elution characteristic evaluation result of the sample which concerns on Examples 4-5 and the comparative example 2 is shown collectively. In FIG. 5, the horizontal axis represents the retention time (minutes) of the sample in the sulfuric acid aqueous solution. In addition, the vertical axis shows the manganese concentration contained in the sampling liquid on the left, that is, the manganese elution amount (mol / liter) per unit mass of lithium manganese oxide contained in the powder sample, The second axis indicates the lithium ion concentration contained in the sampling solution, that is, the lithium ion desorption amount (mol / liter) per unit mass of the lithium manganese oxide contained in the powder sample.

また、図6には、保持時間=90分の比較例2に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を100としたときの、他のサンプルの同サンプリング時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示す。   Further, FIG. 6 shows the manganese elution rate at the same sampling time of other samples when the manganese elution amount and the lithium ion desorption amount obtained in the sample according to Comparative Example 2 having a retention time of 90 minutes are defined as 100. The lithium ion desorption rate is shown.

図5および図6から、第2の粒子のみからなる比較例2に係るサンプルでは、硫酸浸漬の初期からマンガンの溶出量が極めて高く、90分間の間、この高い溶出量が維持されていることがわかる。これに対して、金属酸化物で一部が被覆されたリチウムマンガン酸化物(Li1.33Mn1.67)粒子を含む実施例4〜5に係るサンプルでは、比較例2に係るサンプルに比べて、マンガンの溶出は、有意に抑制されている。特に、図6から明らかなように、実施例4に係るサンプルでは、90分後のマンガン溶出量は、比較例2に係るサンプルに比べて、約25%低下した。 From FIG. 5 and FIG. 6, in the sample according to Comparative Example 2 consisting of only the second particles, the elution amount of manganese is extremely high from the initial stage of sulfuric acid immersion, and this high elution amount is maintained for 90 minutes. I understand. On the other hand, in the samples according to Examples 4 to 5 including the lithium manganese oxide (Li 1.33 Mn 1.67 O 4 ) particles partially coated with the metal oxide, the sample according to Comparative Example 2 In comparison with the above, elution of manganese is significantly suppressed. In particular, as apparent from FIG. 6, in the sample according to Example 4, the manganese elution amount after 90 minutes was reduced by about 25% compared to the sample according to Comparative Example 2.

一方、リチウムイオン脱着特性に関しては、比較例2に係るサンプルでは、リチウムイオン脱着量が約0.03mol/リットル(90分後)であるのに対して、実施例4〜5に係るサンプルでは、これよりも低下する傾向にあった。ただし、図6から明らかなように、比較的リチウムイオン脱着量の低い実施例4に係るサンプルにおいても、90分後のリチウムイオン脱着量の比較例2に係るサンプルに対する低下率は、約15%程度であった。   On the other hand, regarding the lithium ion desorption characteristics, in the sample according to Comparative Example 2, the lithium ion desorption amount is about 0.03 mol / liter (after 90 minutes), whereas in the samples according to Examples 4 to 5, There was a tendency to lower than this. However, as apparent from FIG. 6, even in the sample according to Example 4 having a relatively low lithium ion desorption amount, the decrease rate of the lithium ion desorption amount after 90 minutes with respect to the sample according to Comparative Example 2 is about 15%. It was about.

従って、実施例4〜5に係るサンプルでは、マンガンの溶出抑制効果に比べて、リチウムイオンの脱吸着特性の低下の度合いは小さいと言える。   Therefore, in the samples according to Examples 4 to 5, it can be said that the degree of decrease in the lithium ion desorption property is small as compared with the manganese elution suppressing effect.

このように、実施例4〜5に係るサンプルでは、リチウムイオンに対する脱吸着特性をあまり損なうことなく、マンガンの溶解量を有意に抑制することができることが確認された。   As described above, in the samples according to Examples 4 to 5, it was confirmed that the dissolution amount of manganese can be significantly suppressed without significantly impairing the desorption characteristic for lithium ions.

(3)リチウムイオンの吸脱着繰り返し試験
次に、実施例4、実施例5、および比較例2に係るサンプルを用いて、リチウムイオンの吸脱着繰り返し試験を実施した。
(3) Lithium Ion Adsorption / Desorption Repeat Test Next, lithium ion adsorption / desorption repeated tests were performed using the samples according to Example 4, Example 5, and Comparative Example 2.

この試験は、以下のように実施した。   This test was performed as follows.

実施例4に係る粉末状サンプル(1.0g)を、室温のリチウムイオン含有水40mL中に入れ、1日間保持する。次に、リチウムイオン含有水中からサンプルを取り出し、該サンプルを室温の0.25mol/リットル濃度の硫酸水溶液125mL中に浸漬し、1日間保持する。これを1周期とし、リチウムイオン含有水と硫酸水溶液の間で、サンプルの浸漬を繰り返した。各周期完了後に、硫酸水溶液に含まれるマンガン濃度およびリチウム濃度を分析した。得られた結果から、各周期におけるマンガンの溶出率およびリチウムイオンの脱着量を評価した。   The powdery sample (1.0 g) according to Example 4 is placed in 40 mL of lithium ion-containing water at room temperature and held for 1 day. Next, a sample is taken out from the lithium ion-containing water, and the sample is immersed in 125 mL of a 0.25 mol / liter sulfuric acid aqueous solution at room temperature and held for 1 day. This was set as one period, and the immersion of the sample was repeated between the lithium ion-containing water and the sulfuric acid aqueous solution. After completion of each cycle, the manganese concentration and the lithium concentration contained in the sulfuric acid aqueous solution were analyzed. From the obtained results, the elution rate of manganese and the desorption amount of lithium ions in each cycle were evaluated.

リチウムイオン含有水には、ウユニ塩湖かん水(ボリビア産)を用いた。なお、このかん水は、炭酸水素ナトリウムにより、pHを6.6に調整して使用した。なお、マンガン濃度およびリチウム濃度の測定には、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置を使用した。   As the lithium ion-containing water, Uyuni salt lake brine (from Bolivia) was used. The brine was used after adjusting the pH to 6.6 with sodium bicarbonate. Note that a high-frequency inductively coupled plasma optical emission analyzer was used for the measurement of manganese concentration and lithium concentration.

このような試験を、実施例5および比較例2に係るサンプルのそれぞれに対しても実施した。   Such a test was also performed on each of the samples according to Example 5 and Comparative Example 2.

図7には、実施例4、実施例5および比較例2に係るサンプルにおいて得られた吸脱着繰り返し試験の結果をまとめて示す。   In FIG. 7, the result of the adsorption / desorption repetition test obtained in the sample which concerns on Example 4, Example 5, and the comparative example 2 is shown collectively.

図7において、横軸は、サイクル数(回)を示している。また、縦軸は、左の第1軸が粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのリチウムイオン脱着量(mg/g)を示し、右の第2軸が粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのマンガン溶出率(wt%)を示している。   In FIG. 7, the horizontal axis indicates the number of cycles (times). The vertical axis indicates the lithium ion desorption amount (mg / g) per unit mass of the lithium manganese oxide contained in the powder sample, and the right second axis is contained in the powder sample. The manganese elution rate (wt%) per unit mass of lithium manganese oxide.

図7から、比較例2に係るサンプルでは、1サイクル目のリチウムイオンの脱着量は高い(50mg/g以上)ものの、2サイクル目以降リチウムイオンの脱着量が急減に減少する傾向にあることがわかる。また、マンガン溶出率は、1サイクル目に極めて高い値を示し、2サイクル目以降は幾分低下するものの、依然として高いマンガン溶出率が継続することがわかる。   From FIG. 7, in the sample according to Comparative Example 2, the lithium ion desorption amount in the first cycle is high (50 mg / g or more), but the lithium ion desorption amount tends to decrease sharply after the second cycle. Recognize. In addition, the manganese elution rate shows a very high value in the first cycle, and although it decreases somewhat after the second cycle, it can be seen that the high manganese elution rate continues.

これに対して、実施例4および実施例5に係るサンプルでは、全般的に、サイクル数に対するリチウムイオンの脱着量の低下傾向は、比較例1に係るサンプルに比べて緩やかである。特に、実施例4および実施例5に係るサンプルでは、初期のリチウムイオン脱着量は、比較例2に係るサンプルを下回るものの、2サイクル目以降は、比較例1に係るサンプルのリチウムイオン脱着量を逆転し、良好なリチウムイオン脱着挙動を示すことがわかる。   On the other hand, in the samples according to Example 4 and Example 5, the decrease tendency of the lithium ion desorption amount with respect to the number of cycles is generally gentler than that of the sample according to Comparative Example 1. In particular, in the samples according to Example 4 and Example 5, the initial lithium ion desorption amount is lower than the sample according to Comparative Example 2, but after the second cycle, the lithium ion desorption amount of the sample according to Comparative Example 1 is reduced. It turns out that it reverses and shows a good lithium ion desorption behavior.

また、実施例4および実施例5に係るサンプルでは、マンガン溶出率は、何れのサイクルでも、比較例2に係るサンプルのマンガン溶出量を下回っており、良好なマンガン溶出抑制効果が得られることがわかる。   Further, in the samples according to Example 4 and Example 5, the manganese elution rate is lower than the manganese elution amount of the sample according to Comparative Example 2 in any cycle, and a good manganese elution suppressing effect can be obtained. Recognize.

このように、リチウムマンガン酸化物粒子の少なくとも一部を金属酸化物で被覆することにより、各サイクルにおいて、良好なマンガン溶出抑制効果、および良好なリチウムイオン吸脱着特性が得られることが確認された。   Thus, it was confirmed that by coating at least a part of the lithium manganese oxide particles with the metal oxide, a good manganese elution suppression effect and a good lithium ion adsorption / desorption characteristic can be obtained in each cycle. .

本発明では、リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料の製造方法であって、
(1)金属のイオンを含む第1の水溶液に塩基性溶液を添加して、前記金属の水酸化物オリゴマーを含む第2の水溶液を調製するステップと、
(2)前記第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子を添加して、懸濁液を調製するステップと、
(3)前記懸濁液を乾燥させて乾燥物を形成するステップと、
(4)前記乾燥物を酸化雰囲気中で加熱するステップと、
を有し、
前記(4)のステップ後に粒子状リチウム吸着材料が得られ、該粒子状リチウム吸着材料は、リチウムマンガン酸化物粒子と、該リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物を含み、
前記第1の水溶液中の前記金属のイオンの濃度は、1mmol/リットル〜1mol/リットルの範囲であり、
前記塩基性溶液の濃度は、1mmol/リットル〜10mol/リットルの範囲であり、
前記第2の水溶液のpHは、7から12の範囲であり、
前記(2)のステップにおいて、前記リチウムマンガン酸化物は、スピネル型(λ型)であり、一般式がLi 1.33 Mn 1.67 またはLi 1.6 Mn 1.6 で表され、
前記(4)のステップにおいて、前記加熱は、400℃〜900℃の温度で実施され、
前記(4)のステップの後に得られる前記粒子状リチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、7.13wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とする製造方法が提供される。
In the present invention, a method for producing a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
(1) adding a basic solution to the first aqueous solution containing metal ions to prepare a second aqueous solution containing the metal hydroxide oligomer;
(2) adding lithium manganese oxide particles to the second aqueous solution to prepare a suspension;
(3) drying the suspension to form a dry matter;
(4) heating the dried product in an oxidizing atmosphere;
Have
After the step (4), a particulate lithium adsorbing material is obtained, and the particulate lithium adsorbing material comprises lithium manganese oxide particles and a metal oxide covering at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. seen including,
The concentration of the metal ions in the first aqueous solution ranges from 1 mmol / liter to 1 mol / liter;
The concentration of the basic solution is in the range of 1 mmol / liter to 10 mol / liter,
The pH of the second aqueous solution is in the range of 7 to 12,
In the step (2), the lithium manganese oxide is a spinel type (λ type), and the general formula is Li 1.33 Mn 1.67 O 4 or Li 1.6 Mn 1.6 O 4 . And
In the step (4), the heating is performed at a temperature of 400 ° C. to 900 ° C.,
In the particulate lithium adsorbing material obtained after the step (4), the ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in the range of 7.13 wt% to 20 wt%. A method is provided.

さらに、本発明では、リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料であって、
当該リチウム吸着材料は、粒子状材料を含み、
該粒子状材料は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部に、マンガン以外の金属の酸化物が被覆されて構成され、
前記リチウムマンガン酸化物粒子は、スピネル型(λ型)であり、一般式がLi 1.33 Mn 1.67 またはLi 1.6 Mn 1.6 で表され、
前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、7.13wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とするリチウム吸着材料が提供される。
Furthermore, in the present invention, a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
The lithium adsorption material includes a particulate material,
The particulate material is configured such that at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles is coated with an oxide of a metal other than manganese,
The lithium manganese oxide particles are spinel type (λ type), and the general formula is represented by Li 1.33 Mn 1.67 O 4 or Li 1.6 Mn 1.6 O 4 .
A lithium adsorbing material is provided, wherein a ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in a range of 7.13 wt% to 20 wt%.

本発明の一実施例によるリチウム吸着材料の製造方法を概略的に示したフロー図である。It is the flowchart which showed roughly the manufacturing method of the lithium adsorption material by one Example of this invention. 参考例2に係るサンプルの透過型電子顕微鏡(TEM)写真の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the transmission electron microscope (TEM) photograph of the sample which concerns on the reference example 2. FIG. 参考例に係るリチウム吸着材料のマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を、比較例に係るリチウム吸着材料と比較して示した図である。It is the figure which showed the manganese elution amount and lithium ion desorption amount of the lithium adsorption material which concerns on a reference example compared with the lithium adsorption material which concerns on a comparative example. 比較例1に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を100としたときの、他のサンプルの同保持時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示したグラフである。It is the graph which showed the manganese elution rate and lithium ion desorption rate in the same holding time of another sample when the manganese elution amount and the lithium ion desorption amount obtained in the sample according to Comparative Example 1 were set to 100. 実施例に係るリチウム吸着材料のマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を、比較例に係るリチウム吸着材料と比較して示した図である。It is the figure which showed the manganese elution amount and lithium ion desorption amount of the lithium adsorption material which concerns on an Example compared with the lithium adsorption material which concerns on a comparative example. 比較例2に係るサンプルにおいて得られたマンガン溶出量およびリチウムイオン脱着量を100としたときの、他のサンプルの同保持時間におけるマンガン溶出率およびリチウムイオン脱着率を示したグラフである。It is the graph which showed the manganese elution rate and lithium ion desorption rate in the same holding time of another sample when the manganese elution amount and the lithium ion desorption amount obtained in the sample according to Comparative Example 2 were set to 100. リチウムイオン吸脱着繰り返し試験の結果をまとめて示した図である。It is the figure which showed collectively the result of the lithium ion adsorption / desorption repetition test.

参考例1
第1の水溶液として、硝酸アルミニウムを脱イオン水に溶解し、0.125mol/リットルの硝酸アルミニウム水溶液20mlを調製した。
( Reference Example 1 )
As a first aqueous solution, aluminum nitrate was dissolved in deionized water to prepare 20 ml of a 0.125 mol / liter aluminum nitrate aqueous solution.

次に、得られた乾燥物を回収し、これを大気雰囲気下で熱処理した。熱処理温度は、600℃とし、熱処理時間は、1時間とした。熱処理後に、粉末状サンプル(以下、「参考例1に係るサンプル」と称する)が得られた。 Next, the obtained dried product was collected and heat-treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 600 ° C., and the heat treatment time was 1 hour. After the heat treatment, a powdery sample (hereinafter referred to as “sample according to Reference Example 1 ”) was obtained.

得られた参考例1に係るサンプルのX回折分析結果から、参考例1に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From X-ray diffraction analysis of samples according to obtained in Reference Example 1, the samples according to Example 1, the peak of LiMn 2 O 4 is clearly observed, even after the heat treatment, the crystal structure of the first particles is maintained It has been confirmed.

次に、参考例1に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、参考例1に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で2.09wt%程度のアルミニウム酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このアルミニウム酸化物は、第1の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。 Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Reference Example 1 . From the obtained results, it was found that the sample according to Reference Example 1 contains about 2.09 wt% aluminum oxide by weight with respect to the first particles. From the evaluation with a transmission electron microscope, it was found that the aluminum oxide was formed so as to cover the first particles.

参考例2
参考例1と同様の方法により、参考例2に係るサンプルを製造した。ただし、この参考例2では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸マグネシウム水溶液を使用した。その他の条件は、参考例1の場合と同様である。
( Reference Example 2 )
A sample according to Reference Example 2 was produced in the same manner as in Reference Example 1 . However, in Reference Example 2 , a magnesium nitrate aqueous solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in Reference Example 1 .

得られた参考例2に係るサンプルのX回折分析結果から、参考例2に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From X-ray diffraction analysis of a sample according to a reference example 2 obtained, the samples according to Example 2, the peak of LiMn 2 O 4 is clearly observed, even after the heat treatment, the crystal structure of the first particles is maintained It has been confirmed.

次に、参考例2に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、参考例2に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で1.81wt%程度のマグネシウム酸化物が存在することがわかった。 Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Reference Example 2 . From the obtained results, it was found that the magnesium oxide having a weight ratio of about 1.81 wt% with respect to the first particles was present in the sample according to Reference Example 2 .

図2には、参考例2に係るサンプルの透過型電子顕微鏡(TEM)写真の一例を示す。 In FIG. 2, an example of the transmission electron microscope (TEM) photograph of the sample concerning the reference example 2 is shown.

参考例3
参考例1と同様の方法により、参考例3に係るサンプルを製造した。ただし、この参考例3では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸ニッケル水溶液を使用した。その他の条件は、参考例1の場合と同様である。
( Reference Example 3 )
A sample according to Reference Example 3 was produced in the same manner as in Reference Example 1 . However, in Reference Example 3 , an aqueous nickel nitrate solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in Reference Example 1 .

得られた参考例3に係るサンプルのX回折分析結果から、参考例3に係るサンプルには、LiMnのピークが明確に認められ、熱処理後にも、第1の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From X-ray diffraction analysis of samples according to obtained Reference Example 3, the samples according to Example 3, the peak of LiMn 2 O 4 is clearly observed, even after the heat treatment, the crystal structure of the first particles is maintained It has been confirmed.

次に、参考例3に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、参考例3に係るサンプルには、第1の粒子に対して重量比で4.05wt%程度のニッケル酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このニッケル酸化物は、第1の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。 Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Reference Example 3 . From the obtained results, it was found that the nickel oxide having a weight ratio of about 4.05 wt% with respect to the first particles was present in the sample according to Reference Example 3 . From the evaluation by a transmission electron microscope, it was found that this nickel oxide was formed so as to cover the first particles.

(比較例1)
比較例1として、前述の参考例1〜3において、リチウムマンガン酸化物(LiMn)の原料として使用した第1の粒子を準備した。なお、この比較例1では、熱処理等は実施せず、第1の粒子をそのまま使用した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, first particles used as a raw material for lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) in Reference Examples 1 to 3 described above were prepared. In Comparative Example 1, the first particles were used as they were without performing heat treatment or the like.

実施例1
第1の水溶液として、硝酸アルミニウムを脱イオン水に溶解し、0.125mol/リットルの硝酸アルミニウム水溶液20mlを調製した。
( Example 1 )
As a first aqueous solution, aluminum nitrate was dissolved in deionized water to prepare 20 ml of a 0.125 mol / liter aluminum nitrate aqueous solution.

次に、得られた乾燥物を回収し、これを大気雰囲気下で熱処理した。熱処理温度は、400℃とし、熱処理時間は、3時間とした。熱処理後に、粉末状サンプル(以下、「実施例1に係るサンプル」と称する)が得られた。 Next, the obtained dried product was collected and heat-treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 400 ° C., and the heat treatment time was 3 hours. After the heat treatment, a powdery sample (hereinafter referred to as “sample according to Example 1 ”) was obtained.

得られた実施例1に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例1に係るサンプルには、Li1.33Mn1.67のピークが明確に認められ、熱処理後にも、第2の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From X-ray diffraction analysis of samples according to obtained Example 1, the samples according to Example 1, the peak of Li 1.33 Mn 1.67 O 4 is clearly observed, even after the heat treatment, the second It was confirmed that the crystal structure of the particles was maintained.

次に、実施例1に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例1に係るサンプルには、第2の粒子に対して重量比で7.13wt%程度のアルミニウム酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このアルミニウム酸化物は、第2の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。 Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 1 . From the obtained results, it was found that the aluminum oxide having a weight ratio of about 7.13 wt% with respect to the second particles was present in the sample according to Example 1 . From the evaluation with a transmission electron microscope, it was found that the aluminum oxide was formed so as to cover the second particles.

実施例2
実施例1と同様の方法により、実施例2に係るサンプルを製造した。ただし、この実施例6では、第1の水溶液として、濃度0.125mol/リットルの硝酸ニッケル水溶液を使用した。その他の条件は、実施例1の場合と同様である。
( Example 2 )
A sample according to Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 . However, in Example 6, a nickel nitrate aqueous solution having a concentration of 0.125 mol / liter was used as the first aqueous solution. Other conditions are the same as in the first embodiment .

得られた実施例2に係るサンプルのX回折分析結果から、実施例2に係るサンプルには、Li1.33Mn1.67のピークが明確に認められ、熱処理後にも、第2の粒子の結晶構造が維持されていることが確認された。 From X-ray diffraction analysis of samples according to Example 2 obtained, the samples according to Example 2, the peak of Li 1.33 Mn 1.67 O 4 is clearly observed, even after the heat treatment, the second It was confirmed that the crystal structure of the particles was maintained.

次に、実施例2に係るサンプルを用いて、蛍光X線分析を実施した。得られた結果から、実施例2に係るサンプルには、第2の粒子に対して重量比で11.7wt%程度のニッケル酸化物が存在することがわかった。なお、透過型電子顕微鏡による評価から、このニッケル酸化物は、第2の粒子を被覆するように形成されていることがわかった。 Next, fluorescent X-ray analysis was performed using the sample according to Example 2 . From the obtained results, it was found that the nickel oxide having a weight ratio of about 11.7 wt% with respect to the second particles was present in the sample according to Example 2 . From the evaluation by a transmission electron microscope, it was found that the nickel oxide was formed so as to cover the second particles.

(比較例2)
比較例2として、前述の実施例1〜2において、リチウムマンガン酸化物(Li1.33Mn1.67)の原料として使用した第2の粒子を準備した。なお、この比較例2では、熱処理等は実施せず、第2の粒子をそのまま使用した。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, second particles used as a raw material for lithium manganese oxide (Li 1.33 Mn 1.67 O 4 ) in Examples 1-2 described above were prepared. In Comparative Example 2, the second particles were used as they were without performing heat treatment or the like.

以下の表1には、参考例1〜3実施例1〜2、および比較例1〜2に係るサンプルの製造方法をまとめて示した。 Table 1 below collectively shows sample manufacturing methods according to Reference Examples 1 to 3 , Examples 1 to 2, and Comparative Examples 1 to 2.

(評価)
(1)各サンプルの溶出特性評価
前述の方法で調製した参考例1〜3実施例1〜2、および比較例1〜2に係るサンプルを用いて、溶出特性評価試験を行った。
(Evaluation)
(1) Elution characteristic evaluation of each sample The elution characteristic evaluation test was done using the samples according to Reference Examples 1 to 3 , Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2 prepared by the method described above.

まず、室温で、0.25mol/リットルの濃度の塩酸水溶液500ml中に、該塩酸水溶液を撹拌しながら参考例1に係るサンプル0.5gを添加する(撹拌速度200rpm)。添加完了時を時間軸の0(ゼロ)とする。次に、撹拌を継続した状態で塩酸水溶液をそのまま維持し、所定の時間毎に水溶液を10mLサンプリングし、サンプリング液中に含まれるマンガン濃度およびリチウム濃度を測定する。 First, 0.5 g of the sample according to Reference Example 1 is added to 500 ml of a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 0.25 mol / liter at room temperature while stirring the hydrochloric acid aqueous solution (stirring speed 200 rpm). The time when the addition is completed is set to 0 (zero) on the time axis. Next, the hydrochloric acid aqueous solution is maintained as it is while stirring is continued, 10 mL of the aqueous solution is sampled at predetermined time intervals, and the manganese concentration and lithium concentration contained in the sampling solution are measured.

このような試験を、それぞれの参考例1〜3実施例1〜2、および比較例1〜2に係るサンプルのそれぞれに対して実施した。ただし、実施例1〜2については、塩酸水溶液の代わりに、同濃度の硫酸水溶液を用いた。(参考例2〜3については、参考例1と同様の塩酸水溶液を用いた。)なお、マンガン濃度およびリチウム濃度の測定には、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置を使用した。 Such a test was implemented with respect to each of the samples according to Reference Examples 1 to 3 , Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2, respectively. However, about Examples 1-2 , the sulfuric acid aqueous solution of the same density | concentration was used instead of hydrochloric acid aqueous solution. (For Reference Examples 2 to 3, the same aqueous hydrochloric acid solution as in Reference Example 1 was used.) A high-frequency inductively coupled plasma emission analyzer was used for the measurement of manganese concentration and lithium concentration.

図3には、参考例1〜3および比較例1に係るサンプルの溶出特性評価結果をまとめて示す。図3において、横軸は、サンプルの塩酸水溶液中の保持時間(分)である。また、縦軸は、左の第1軸がサンプリング液中に含まれるマンガン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのマンガン溶出量(mol/リットル)を示し、右の第2軸がサンプリング液中に含まれるリチウムイオン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのリチウムイオン脱着量(mol/リットル)を示している。 In FIG. 3, the elution characteristic evaluation result of the sample which concerns on Reference Examples 1-3 and the comparative example 1 is shown collectively. In FIG. 3, the horizontal axis represents the retention time (min) of the sample in the aqueous hydrochloric acid solution. In addition, the vertical axis shows the manganese concentration contained in the sampling liquid on the left, that is, the manganese elution amount (mol / liter) per unit mass of lithium manganese oxide contained in the powder sample, The second axis indicates the lithium ion concentration contained in the sampling solution, that is, the lithium ion desorption amount (mol / liter) per unit mass of the lithium manganese oxide contained in the powder sample.

図3および図4から、第1の粒子のみからなる比較例1に係るサンプルでは、塩酸浸漬の初期からマンガンの溶出量が極めて高く(約0.008mol/リットル)、90分間の間、この高い溶出量が維持されていることがわかる。これに対して、金属酸化物で被覆されたリチウムマンガン酸化物(LiMn)粒子を含む参考例1〜3に係るサンプルでは、比較例1に比べて、マンガンの溶出は、有意に抑制されている(最大でも約0.006mol/リットル未満)。 From FIG. 3 and FIG. 4, in the sample according to Comparative Example 1 consisting only of the first particles, the elution amount of manganese is very high (about 0.008 mol / liter) from the initial stage of hydrochloric acid immersion, and this high for 90 minutes. It can be seen that the elution amount is maintained. On the other hand, in the samples according to Reference Examples 1 to 3 including the lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) particles coated with the metal oxide, the elution of manganese is significantly suppressed as compared with Comparative Example 1. (At most, less than about 0.006 mol / liter).

特に、図4から明らかなように、参考例1に係るサンプルでは、90分後のマンガン溶出量は、比較例1に係るサンプルに比べて、約42%低下した。 In particular, as is apparent from FIG. 4, in the sample according to Reference Example 1 , the amount of manganese elution after 90 minutes was reduced by about 42% compared to the sample according to Comparative Example 1.

一方、リチウムイオン脱着特性に関しては、比較例1に係るサンプルでは、リチウムイオン脱着量が約0.02mol/リットルであるのに対して、参考例1〜3に係るサンプルでは、これよりも低下する傾向にあった。ただし、その低下率は、あまり顕著ではない。例えば、図4から、リチウムイオン脱着量が少ない参考例3に係るサンプルにおいても、90分後のリチウムイオン脱着量の比較例1に係るサンプルに対する低下率は、約25%に留まっている。 On the other hand, with respect to the lithium ion desorption characteristics, in the sample according to Comparative Example 1, the lithium ion desorption amount is about 0.02 mol / liter, whereas in the samples according to Reference Examples 1 to 3, it is lower than this. There was a trend. However, the rate of decline is not very noticeable. For example, from FIG. 4, even in the sample according to Reference Example 3 with a small amount of lithium ion desorption, the decrease rate of the lithium ion desorption amount after 90 minutes with respect to the sample according to Comparative Example 1 is only about 25%.

従って、参考例1〜3に係るサンプルでは、マンガンの溶出抑制効果に比べて、リチウムイオンの吸脱着特性の低下の度合いは小さいと言える。 Therefore, in the samples according to Reference Examples 1 to 3, it can be said that the degree of decrease in the lithium ion adsorption / desorption characteristics is small as compared with the manganese elution suppressing effect.

このように、参考例1〜3に係るサンプルでは、リチウムイオンに対する吸脱着特性をあまり損なうことなく、マンガンの溶解量を有意に抑制することができることが確認された。 Thus, in the samples according to Reference Examples 1 to 3, it was confirmed that the dissolution amount of manganese can be significantly suppressed without significantly impairing the adsorption / desorption characteristics with respect to lithium ions.

一方、図5には、実施例1〜2および比較例2に係るサンプルの溶出特性評価結果をまとめて示す。図5において、横軸は、サンプルの硫酸水溶液中の保持時間(分)である。また、縦軸は、左の第1軸がサンプリング液中に含まれるマンガン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのマンガン溶出量(mol/リットル)を示し、右の第2軸がサンプリング液中に含まれるリチウムイオン濃度、すなわち粉末状サンプルに含まれるリチウムマンガン酸化物の単位質量当たりのリチウムイオン脱着量(mol/リットル)を示している。 On the other hand, in FIG. 5, the elution characteristic evaluation result of the sample which concerns on Examples 1-2 and the comparative example 2 is shown collectively. In FIG. 5, the horizontal axis represents the retention time (minutes) of the sample in the sulfuric acid aqueous solution. In addition, the vertical axis shows the manganese concentration contained in the sampling liquid on the left, that is, the manganese elution amount (mol / liter) per unit mass of lithium manganese oxide contained in the powder sample, The second axis indicates the lithium ion concentration contained in the sampling solution, that is, the lithium ion desorption amount (mol / liter) per unit mass of the lithium manganese oxide contained in the powder sample.

図5および図6から、第2の粒子のみからなる比較例2に係るサンプルでは、硫酸浸漬の初期からマンガンの溶出量が極めて高く、90分間の間、この高い溶出量が維持されていることがわかる。これに対して、金属酸化物で一部が被覆されたリチウムマンガン酸化物(Li1.33Mn1.67)粒子を含む実施例1〜2に係るサンプルでは、比較例2に係るサンプルに比べて、マンガンの溶出は、有意に抑制されている。特に、図6から明らかなように、実施例1に係るサンプルでは、90分後のマンガン溶出量は、比較例2に係るサンプルに比べて、約25%低下した。 From FIG. 5 and FIG. 6, in the sample according to Comparative Example 2 consisting of only the second particles, the elution amount of manganese is extremely high from the initial stage of sulfuric acid immersion, and this high elution amount is maintained for 90 minutes. I understand. On the other hand, in the sample according to Examples 1 and 2 including the lithium manganese oxide (Li 1.33 Mn 1.67 O 4 ) particles partially coated with the metal oxide, the sample according to Comparative Example 2 In comparison with the above, elution of manganese is significantly suppressed. In particular, as apparent from FIG. 6, in the sample according to Example 1 , the manganese elution amount after 90 minutes was reduced by about 25% as compared with the sample according to Comparative Example 2.

一方、リチウムイオン脱着特性に関しては、比較例2に係るサンプルでは、リチウムイオン脱着量が約0.03mol/リットル(90分後)であるのに対して、実施例1〜2に係るサンプルでは、これよりも低下する傾向にあった。ただし、図6から明らかなように、比較的リチウムイオン脱着量の低い実施例1に係るサンプルにおいても、90分後のリチウムイオン脱着量の比較例2に係るサンプルに対する低下率は、約15%程度であった。 On the other hand, regarding the lithium ion desorption characteristics, in the sample according to Comparative Example 2, the lithium ion desorption amount is about 0.03 mol / liter (after 90 minutes), whereas in the sample according to Examples 1-2 , There was a tendency to lower than this. However, as is clear from FIG. 6, even in the sample according to Example 1 having a relatively low lithium ion desorption amount, the decrease rate of the lithium ion desorption amount after 90 minutes with respect to the sample according to Comparative Example 2 is about 15%. It was about.

従って、実施例1〜2に係るサンプルでは、マンガンの溶出抑制効果に比べて、リチウムイオンの脱吸着特性の低下の度合いは小さいと言える。 Therefore, in the samples according to Examples 1 and 2 , it can be said that the degree of decrease in lithium ion desorption characteristics is small as compared with the elution suppression effect of manganese.

このように、実施例1〜2に係るサンプルでは、リチウムイオンに対する脱吸着特性をあまり損なうことなく、マンガンの溶解量を有意に抑制することができることが確認された。 Thus, in the samples according to Examples 1 and 2 , it was confirmed that the dissolution amount of manganese can be significantly suppressed without significantly degrading the desorption characteristics for lithium ions.

(3)リチウムイオンの吸脱着繰り返し試験
次に、実施例1実施例2、および比較例2に係るサンプルを用いて、リチウムイオンの吸脱着繰り返し試験を実施した。
(3) Lithium Ion Adsorption / Desorption Repeat Test Next, lithium ion adsorption / desorption repeated tests were carried out using the samples according to Example 1 , Example 2 and Comparative Example 2.

実施例1に係る粉末状サンプル(1.0g)を、室温のリチウムイオン含有水40mL中に入れ、1日間保持する。次に、リチウムイオン含有水中からサンプルを取り出し、該サンプルを室温の0.25mol/リットル濃度の硫酸水溶液125mL中に浸漬し、1日間保持する。これを1周期とし、リチウムイオン含有水と硫酸水溶液の間で、サンプルの浸漬を繰り返した。各周期完了後に、硫酸水溶液に含まれるマンガン濃度およびリチウム濃度を分析した。得られた結果から、各周期におけるマンガンの溶出率およびリチウムイオンの脱着量を評価した。 The powdery sample (1.0 g) according to Example 1 is placed in 40 mL of lithium ion-containing water at room temperature and held for 1 day. Next, a sample is taken out from the lithium ion-containing water, and the sample is immersed in 125 mL of a 0.25 mol / liter sulfuric acid aqueous solution at room temperature and held for 1 day. This was set as one period, and the immersion of the sample was repeated between the lithium ion-containing water and the sulfuric acid aqueous solution. After completion of each cycle, the manganese concentration and the lithium concentration contained in the sulfuric acid aqueous solution were analyzed. From the obtained results, the elution rate of manganese and the desorption amount of lithium ions in each cycle were evaluated.

このような試験を、実施例2および比較例2に係るサンプルのそれぞれに対しても実施した。 Such a test was also performed on each of the samples according to Example 2 and Comparative Example 2.

図7には、実施例1実施例2および比較例2に係るサンプルにおいて得られた吸脱着繰り返し試験の結果をまとめて示す。 In FIG. 7, the result of the adsorption / desorption repetition test obtained in the sample which concerns on Example 1 , Example 2, and Comparative Example 2 is shown collectively.

これに対して、実施例1および実施例2に係るサンプルでは、全般的に、サイクル数に対するリチウムイオンの脱着量の低下傾向は、比較例1に係るサンプルに比べて緩やかである。特に、実施例1および実施例2に係るサンプルでは、初期のリチウムイオン脱着量は、比較例2に係るサンプルを下回るものの、2サイクル目以降は、比較例1に係るサンプルのリチウムイオン脱着量を逆転し、良好なリチウムイオン脱着挙動を示すことがわかる。 On the other hand, in the samples according to Example 1 and Example 2 , the decrease tendency of the lithium ion desorption amount with respect to the number of cycles is generally gentler than that of the sample according to Comparative Example 1. In particular, in the samples according to Example 1 and Example 2 , the initial lithium ion desorption amount is lower than the sample according to Comparative Example 2, but after the second cycle, the lithium ion desorption amount of the sample according to Comparative Example 1 is reduced. It turns out that it reverses and shows a good lithium ion desorption behavior.

また、実施例1および実施例2に係るサンプルでは、マンガン溶出率は、何れのサイクルでも、比較例2に係るサンプルのマンガン溶出量を下回っており、良好なマンガン溶出抑制効果が得られることがわかる。 Further, in the samples according to Example 1 and Example 2 , the manganese elution rate is lower than the manganese elution amount of the sample according to Comparative Example 2 in any cycle, and a good manganese elution suppressing effect can be obtained. Recognize.

Claims (14)

リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料の製造方法であって、
(1)金属のイオンを含む第1の水溶液に塩基性溶液を添加して、前記金属の水酸化物オリゴマーを含む第2の水溶液を調製するステップと、
(2)前記第2の水溶液に、リチウムマンガン酸化物の粒子を添加して、懸濁液を調製するステップと、
(3)前記懸濁液を乾燥させて乾燥物を形成するステップと、
(4)前記乾燥物を酸化雰囲気中で加熱するステップと、
を有し、
前記(4)のステップ後に粒子状リチウム吸着材料が得られ、該粒子状リチウム吸着材料は、リチウムマンガン酸化物粒子と、該リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物を含むことを特徴とする製造方法。
A method for producing a lithium adsorbing material capable of adsorbing and desorbing lithium ions,
(1) adding a basic solution to the first aqueous solution containing metal ions to prepare a second aqueous solution containing the metal hydroxide oligomer;
(2) adding lithium manganese oxide particles to the second aqueous solution to prepare a suspension;
(3) drying the suspension to form a dry matter;
(4) heating the dried product in an oxidizing atmosphere;
Have
After the step (4), a particulate lithium adsorbing material is obtained, and the particulate lithium adsorbing material comprises lithium manganese oxide particles and a metal oxide covering at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles. A manufacturing method comprising:
前記金属は、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、鉄、およびその他の遷移金属からなる群から選定された1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the metal is at least one selected from the group consisting of aluminum, magnesium, nickel, iron, and other transition metals. 前記第1の水溶液中の前記金属のイオンの濃度は、1mmol/リットル〜1mol/リットルの範囲であり、
前記塩基性溶液の濃度は、1mmol/リットル〜10mol/リットルの範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
The concentration of the metal ions in the first aqueous solution ranges from 1 mmol / liter to 1 mol / liter;
The method according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the basic solution is in the range of 1 mmol / liter to 10 mol / liter.
前記第2の水溶液のpHは、7から12の範囲であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the second aqueous solution is in the range of 7 to 12. 前記(2)のステップにおいて、前記リチウムマンガン酸化物は、スピネル型(λ型)であり、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、およびLi1.6Mn1.6で表されるリチウムマンガン酸化物からなる群から選定された1種以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。 In the step (2), the lithium manganese oxide is a spinel type (λ type), and the general formulas are LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and Li 1.6 Mn 1. 5. The production method according to claim 1, wherein the production method is one or more selected from the group consisting of lithium manganese oxides represented by .6 O 4 . 前記(3)のステップは、前記懸濁液を湿式で混練しながら乾燥させることにより実施されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the step (3) is performed by drying the suspension while wet-kneading. 前記(4)のステップの後に得られる前記粒子状リチウム吸着材料において、前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の製造方法。   In the particulate lithium adsorbing material obtained after the step (4), a ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in a range of 0.5 wt% to 20 wt%. Item 7. The manufacturing method according to any one of Items 1 to 6. 前記(4)のステップにおいて、前記加熱は、400℃〜900℃の温度で実施されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の製造方法。   8. The method according to claim 1, wherein in the step (4), the heating is performed at a temperature of 400 to 900.degree. リチウムイオンの吸脱着が可能なリチウム吸着材料であって、
当該リチウム吸着材料は、粒子状材料を含み、
該粒子状材料は、リチウムマンガン酸化物粒子の表面の少なくとも一部に、マンガン以外の金属の酸化物が被覆されて構成され、
前記リチウムマンガン酸化物粒子に対する前記金属酸化物の割合は、0.5wt%〜20wt%の範囲であることを特徴とするリチウム吸着材料。
A lithium adsorbing material capable of absorbing and desorbing lithium ions,
The lithium adsorption material includes a particulate material,
The particulate material is configured such that at least a part of the surface of the lithium manganese oxide particles is coated with an oxide of a metal other than manganese,
The lithium adsorption material, wherein a ratio of the metal oxide to the lithium manganese oxide particles is in a range of 0.5 wt% to 20 wt%.
前記マンガン以外の金属は、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、鉄、およびその他の遷移金属の酸化物からなる群から選定された1種以上であることを特徴とする請求項9に記載のリチウム吸着材料。   The lithium adsorbent material according to claim 9, wherein the metal other than manganese is at least one selected from the group consisting of aluminum, magnesium, nickel, iron, and other transition metal oxides. 前記リチウムマンガン酸化物粒子の粒径は、0.1μm〜1mmの範囲であることを特徴とする請求項9または10に記載のリチウム吸着材料。   11. The lithium adsorbing material according to claim 9, wherein a particle diameter of the lithium manganese oxide particles is in a range of 0.1 μm to 1 mm. 前記リチウムマンガン酸化物粒子は、スピネル型(λ型)であり、一般式がLiMn、Li1.33Mn1.67、およびLi1.6Mn1.6で表されるリチウムマンガン酸化物からなる群から選定された1種以上を含むことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一つに記載のリチウム吸着材料。 The lithium manganese oxide particles are of a spinel type (λ type), and the general formula is represented by LiMn 2 O 4 , Li 1.33 Mn 1.67 O 4 , and Li 1.6 Mn 1.6 O 4. The lithium adsorbing material according to claim 9, comprising at least one selected from the group consisting of lithium manganese oxides. さらに、前記粒子状材料を担持するための基板、および/または前記粒子状材料を固定するための有機接合剤を含むことを特徴とする請求項9乃至12のいずれか一つに記載のリチウム吸着材料。   The lithium adsorption according to claim 9, further comprising a substrate for supporting the particulate material, and / or an organic bonding agent for fixing the particulate material. material. 海水、塩湖かん水、または含リチウム廃水から、リチウムイオンを回収するために使用されることを特徴とする請求項9乃至13のいずれか一つに記載のリチウム吸着材料。   The lithium adsorbing material according to any one of claims 9 to 13, wherein the lithium adsorbing material is used for recovering lithium ions from seawater, salt lake brine, or lithium-containing wastewater.
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