JP2022110636A - Spinel type lithium manganate, method for producing the same, and use of the same - Google Patents

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Abstract

To provide a spinel type lithium manganate excellent in charge/discharge characteristics at a high temperature and a lithium secondary battery excellent in charge/discharge characteristics at a high temperature.SOLUTION: A spinel type lithium manganate contains a phosphate and is represented by chemical formula Li1+XMn2-X-Y-ZMgYMZO4 (In the formula, M is at least one element selected from Al, Ca, Ti, V, Cr, Co, and Ni, and 0.02≤X≤0.10, 0.05≤Y≤0.30, 0≤Z≤0.30), in which the Hausner ratio represented by the ratio of tap density to bulk density is 1.85 or less. A method for producing the spinel type lithium manganate and the use thereof are also provided.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、スピネル型マンガン酸リチウム及びその製造方法並びにその用途に関するものであり、より詳しくは、リン酸塩を表面に付着させたスピネル型マンガン酸リチウム及びその製造方法、並びにこれを電極に用いたリチウム二次電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a spinel-type lithium manganate, a method for producing the same, and uses thereof. related to lithium secondary batteries.

リチウム二次電池は他の蓄電池に比べてエネルギー密度が高いことから、携帯端末用の蓄電池として幅広く使用されている。また、最近では、定置用や車載用といった大型で大容量と高出力が必要とされる用途への適用等、更なる高性能化を目指した研究が進められている。 Lithium secondary batteries are widely used as storage batteries for portable terminals because they have a higher energy density than other storage batteries. In addition, recently, research is underway aimed at further improving performance, such as application to large-scale, large-capacity, and high-power applications such as stationary and vehicle-mounted applications.

現在のリチウム二次電池の正極材料には、携帯電話等の民生用小型電池には主にコバルト系材料(LiCoO)が使用されており、また、定置用や車載用にはニッケル系材料(LiNi0.8Co0.15Al0.05)やニッケル-コバルト-マンガン三元系材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3等)が主に使用されている。しかし、コバルト原料やニッケル原料が資源的に多くなく高価であり、また、出力特性があまり高くない。 At present, cobalt-based materials (LiCoO 2 ) are mainly used as positive electrode materials for lithium secondary batteries for consumer small batteries such as mobile phones, and nickel-based materials ( LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) and nickel-cobalt-manganese ternary materials (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 etc.) are mainly used. However, cobalt raw materials and nickel raw materials are not abundant in terms of resources and are expensive, and the output characteristics are not very high.

一方、マンガン系材料の一つであるスピネル型マンガン酸リチウムは、原料のマンガンが資源的に豊富で安価であり、また、出力特性と安全性に優れることから、大型電池や高出力を必要とする用途に適した材料の一つである。 On the other hand, spinel-type lithium manganese oxide, which is one of the manganese-based materials, has an abundant source of manganese as a raw material, is inexpensive, and has excellent output characteristics and safety. It is one of the materials suitable for use in

しかしながら、スピネル型マンガン酸リチウムは高温安定性、すなわち、高温における充放電特性、特にカーボン対極充放電特性や保存特性に問題があり、この課題の解決が望まれていた。例えば、特許文献1及び特許文献2では、いずれもリン酸塩を含有したスピネル型マンガン酸リチウムが提案されているが、高温における充放電特性、特にカーボン対極充放電特性に改善の余地を残している。 However, spinel-type lithium manganate has problems with high-temperature stability, that is, charge-discharge characteristics at high temperatures, particularly charge-discharge characteristics of a carbon counter electrode and storage characteristics, and a solution to this problem has been desired. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 both propose spinel-type lithium manganese oxide containing a phosphate, but there is still room for improvement in charge-discharge characteristics at high temperatures, particularly in carbon counter electrode charge-discharge characteristics. there is

特許第5556983号公報Japanese Patent No. 5556983 特開2017-31006号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-31006

本発明の目的は、高温における充放電特性、特にカーボン対極充放電特性に優れるスピネル型マンガン酸リチウムを提供するものであり、さらには、スピネル型マンガン酸リチウムを正極に用いるリチウム二次電池を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a spinel-type lithium manganate having excellent charge-discharge characteristics at high temperatures, particularly charge-discharge characteristics of a carbon counter electrode, and further to provide a lithium secondary battery using the spinel-type lithium manganate as a positive electrode. It is something to do.

本発明者らは、スピネル型マンガン酸リチウムについて鋭意検討を重ねた。その結果、下記を要旨とする本発明が、上記した課題を達成しうることを見出した。すなわち、本発明は、リン酸塩を含有し、化学式Li1+XMn2-X-Y-ZMg(式中、MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.02≦X≦0.10、0.05≦Y≦0.30、0≦Z≦0.30である)で表されるスピネル型マンガン酸リチウムであって、かさ密度に対するタップ密度の比で表されるHausner比が1.85以下であることを特徴とするスピネル型マンガン酸リチウム及びその製造方法、並びにその用途である。 The present inventors have extensively studied spinel-type lithium manganate. As a result, it was found that the present invention having the following summary can achieve the above-described problems. That is, the present invention comprises a phosphate containing is at least one selected element and satisfies 0.02 ≤ X ≤ 0.10, 0.05 ≤ Y ≤ 0.30, 0 ≤ Z ≤ 0.30). A spinel-type lithium manganate, a method for producing the same, and uses thereof, characterized in that the Hausner ratio, which is the ratio of the tap density to the bulk density, is 1.85 or less.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、これをリチウム二次電池用正極材料に使用する場合、従来に比べて高温における充放電特性、特にカーボン対極充放電特性に優れるリチウム二次電池の提供が可能になる。 When the spinel-type lithium manganate of the present invention is used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, it is possible to provide a lithium secondary battery with excellent charge-discharge characteristics at high temperatures, especially charge-discharge characteristics of a carbon counter electrode, compared to conventional lithium secondary batteries. become.

以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、化学式Li1+XMn2-X-Y-ZMg(式中、MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.02≦X≦0.10、0.05≦Y≦0.30、0≦Z≦0.30である)で表される。 The spinel-type lithium manganate of the present invention has the chemical formula Li 1+X Mn 2-XYZ Mg YM Z O 4 (wherein M is at least one selected from Al, Ca, Ti, V, Cr, Co and Ni). 0.02≦X≦0.10, 0.05≦Y≦0.30, and 0≦Z≦0.30).

化学式において、MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であればよい。 In the chemical formula, M may be at least one element selected from the group consisting of Al, Ca, Ti, V, Cr, Co and Ni.

化学式においてXの値が0.02未満であると高温における充放電での容量低下が起きやすくなり、0.10を超えると十分な充放電容量が得られない。また、Yの値が0.05未満であると高温における充放電での容量低下が起きやすくなり、0.30を超えると十分な充放電容量が得られない。また、Zの値が0.30を超えると十分な充放電容量が得られない。スピネル型マンガン酸リチウムのX、Y、Zは組成分析から求めることができる。その方法としては、例えば、誘導結合プラズマ発光分析、原子吸光分析等が例示される。 If the value of X in the chemical formula is less than 0.02, the capacity tends to decrease during charge/discharge at high temperature, and if it exceeds 0.10, sufficient charge/discharge capacity cannot be obtained. Also, if the value of Y is less than 0.05, the capacity tends to decrease during charge/discharge at high temperature, and if it exceeds 0.30, sufficient charge/discharge capacity cannot be obtained. Moreover, when the value of Z exceeds 0.30, sufficient charge/discharge capacity cannot be obtained. X, Y, and Z of the spinel-type lithium manganate can be obtained from composition analysis. Examples of the method include inductively coupled plasma emission spectrometry, atomic absorption spectrometry, and the like.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、Hausner比が1.85以下である。Hausner比が1.85以下であることで粉体の流動性が高くなり、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に導電助剤やバインダーとの均一性が高くなることで、充放電特性、特にカーボン対極充放電特性が向上する。Hausner比が1.85を超えると、導電助剤やバインダーと混合した際の均一性が低下し、充放電特性が低下するため、好ましくない。Hausner比は1.80以下が好ましく、1.70以下がより好ましく、1.60以下がさらに好ましい。ここに、Hausner比とは、かさ密度に対するタップ密度の比をいう。 The spinel-type lithium manganate of the present invention has a Hausner ratio of 1.85 or less. When the Hausner ratio is 1.85 or less, the fluidity of the powder is increased, and when used as a positive electrode active material in a lithium secondary battery, the uniformity with the conductive aid and binder is increased. Properties, especially carbon counter electrode charge/discharge properties are improved. If the Hausner ratio exceeds 1.85, the uniformity when mixed with the conductive aid or binder is lowered, and the charge/discharge characteristics are lowered, which is not preferable. The Hausner ratio is preferably 1.80 or less, more preferably 1.70 or less, even more preferably 1.60 or less. Here, the Hausner ratio means the ratio of tapped density to bulk density.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に、リチウム二次電池の電解液中に僅かに含まれるフッ化水素をリン酸塩で捕捉する反応が速やかに進行し、その結果、フッ化水素とスピネル型マンガン酸リチウムの反応に起因するマンガン溶出が抑制され、高温における充放電での容量低下を抑制することが可能となることから、リン/マンガンモル比が0.0015以上0.1以下であることが好ましい。リン/マンガンモル比は、0.002以上0.05以下が好ましく、0.004以上0.01以下がより好ましい。 When the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention is used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, the reaction of capturing hydrogen fluoride slightly contained in the electrolyte of the lithium secondary battery with a phosphate is rapid. As a result, the elution of manganese due to the reaction between hydrogen fluoride and spinel-type lithium manganate is suppressed, and it is possible to suppress the decrease in capacity during charging and discharging at high temperatures. The ratio is preferably 0.0015 or more and 0.1 or less. The phosphorus/manganese molar ratio is preferably 0.002 or more and 0.05 or less, more preferably 0.004 or more and 0.01 or less.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リン酸塩を含有するものである。ここに、スピネル型マンガン酸リチウムに含有されるリン酸塩は、例えば、LiPO、LiPO等のリチウムのリン酸塩、NaPO4、NaHPO、NaHPO等のナトリウムのリン酸塩、KPO、KHPO、KHPO等のカリウムのリン酸塩等が例示される。好ましくはLiPO、LiPOであり、より好ましくはLiPOである。上記のリン酸塩がスピネル型マンガン酸リチウムに含有されることにより、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に、高温において優れた充放電特性を得ることが可能となる。含有されるリン酸塩の性状には特に制限はなく、結晶質性のもの、結晶質性で多孔性のもの、結晶質性で緻密な状態のもの、非晶質性のもの、非晶質性で多孔性のもの、非晶質性で緻密な状態のもの等が例示されるが、これらに制限されない。 The spinel-type lithium manganate of the present invention contains a phosphate. Here, the phosphate contained in the spinel - type lithium manganate is, for example, a lithium phosphate such as Li3PO4 or LiPO3 , or a phosphate such as Na3PO4 , NaH2PO4 or Na2HPO4 . Examples include sodium phosphate, potassium phosphate such as K 3 PO 4 , KH 2 PO 4 and K 2 HPO 4 . Li 3 PO 4 and LiPO 3 are preferred, and Li 3 PO 4 is more preferred. By containing the above phosphate in the spinel-type lithium manganate, it becomes possible to obtain excellent charge-discharge characteristics at high temperatures when used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery. The properties of the phosphate to be contained are not particularly limited, and are crystalline, crystalline and porous, crystalline and dense, amorphous, and amorphous. Non-limiting examples include, but are not limited to, those in a non-crystalline and porous state, and those in an amorphous and dense state.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に、高温において優れた充放電特性を得ることが可能になるとともに、優れた出力特性を得ることが可能となることから、BET比表面積が0.2m/g以上1.5m/g以下であることが好ましい。BET比表面積は、0.2m/g以上1.0m/g以下が好ましく、0.2m/g以上0.6m/g以下がより好ましい。 When the spinel-type lithium manganate of the present invention is used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, it is possible to obtain excellent charge/discharge characteristics at high temperatures and to obtain excellent output characteristics. Therefore, the BET specific surface area is preferably 0.2 m 2 /g or more and 1.5 m 2 /g or less. The BET specific surface area is preferably 0.2 m 2 /g or more and 1.0 m 2 /g or less, more preferably 0.2 m 2 /g or more and 0.6 m 2 /g or less.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に、優れた出力特性を得ることが可能になるとともに、正極合剤の充填性を高くすることが可能となることから、二次粒子の平均粒子径が4μm以上20μm以下であることが好ましい。二次粒子の平均粒子径は5μm以上15μm以下が好ましく、5μm以上10μm以下がより好ましい。 When the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention is used as a positive electrode active material in a lithium secondary battery, it is possible to obtain excellent output characteristics and to increase the fillability of the positive electrode mixture. Therefore, it is preferable that the average particle size of the secondary particles is 4 μm or more and 20 μm or less. The average particle size of secondary particles is preferably 5 μm or more and 15 μm or less, more preferably 5 μm or more and 10 μm or less.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に結晶性を高くし、マンガンの溶出を抑制するとともに充放電に伴う結晶構造変化を抑制し、高温において優れた充放電特性を得るため、XRD測定による(400)面の半値幅が0.005以上0.06以下であることが好ましく、0.005以上0.05以下であることがより好ましい。半値幅の測定方法は、実施例の<XRDによる半値幅の測定>により行い、測定装置の誤差を補正するため、予め標準物質の測定を行った後、スピネル型マンガン酸リチウムの半値幅から標準物質の半値幅を差し引いて算出した。 The spinel-type lithium manganate of the present invention increases crystallinity when used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, suppresses elution of manganese, suppresses crystal structure change accompanying charging and discharging, and is excellent at high temperatures. In order to obtain good charge-discharge characteristics, the half width of the (400) plane measured by XRD is preferably 0.005 or more and 0.06 or less, more preferably 0.005 or more and 0.05 or less. The method for measuring the half-value width is according to <measurement of the half-value width by XRD> in the example. It was calculated by subtracting the half-value width of the substance.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際の充放電容量を大きくするとともに、高温において優れた充放電特性を得るため、SOの含有量が0.3wt%以上1.0wt%以下であることが好ましく、0.4wt%以上0.7wt%未満であることがより好ましい。 The spinel-type lithium manganese oxide of the present invention has an SO 4 content of 0.5 to increase the charge-discharge capacity when used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries and to obtain excellent charge-discharge characteristics at high temperatures. It is preferably 3 wt % or more and 1.0 wt % or less, more preferably 0.4 wt % or more and less than 0.7 wt %.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、結晶性を高くし、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に、高温において優れた充放電特性を得るため、Naの含有量が3,000wtppm以下であることが好ましく、1,000wtppm以下であることがより好ましい。 The spinel-type lithium manganese oxide of the present invention has a Na content of 3,000 wtppm or less in order to increase the crystallinity and obtain excellent charge-discharge characteristics at high temperatures when used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery. and more preferably 1,000 wtppm or less.

次に、本発明のスピネル型マンガン酸リチウムの製造方法について説明する。 Next, the method for producing the spinel-type lithium manganate of the present invention will be described.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、マグネシウム-マンガン-M元素複合原料(MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素である。以下同じ)、リチウム原料及びリン酸原料を混合し、大気中、又は、高濃度酸素雰囲気中(純粋酸素雰囲気中を含む)で830℃以上960℃以下で焼成し、解砕することによって得られる。 The spinel-type lithium manganate of the present invention is a magnesium-manganese-M element composite material (M is at least one element selected from Al, Ca, Ti, V, Cr, Co and Ni. Same below), lithium It is obtained by mixing the raw material and the phosphoric acid raw material, firing at 830° C. or higher and 960° C. or lower in the atmosphere or in a high-concentration oxygen atmosphere (including a pure oxygen atmosphere), and pulverizing.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料は形態や状態が限定されるものではなく、共沈法などにより得られる複合化合物(マグネシウム-マンガン-M元素複合原料)を原料として用いることで、より金属元素の均質性に優れたスピネル型マンガン酸リチウムを得ることができる。 The form and state of the magnesium-manganese-M element composite material are not limited, and by using a composite compound (magnesium-manganese-M element composite material) obtained by a coprecipitation method etc. Spinel-type lithium manganate having excellent homogeneity can be obtained.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料は、pH8.5~10.0の条件下、マグネシウム塩化合物、マンガン塩化合物及びM元素の化合物を含む水溶液、並びに酸化剤を混合することによって製造することができる。 The magnesium-manganese-M element composite raw material can be produced by mixing an aqueous solution containing a magnesium salt compound, a manganese salt compound and a compound of the M element, and an oxidizing agent under pH 8.5 to 10.0 conditions. .

マグネシウム塩化合物は、例えば、硫酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酢酸マグネシウム等の水溶性のマグネシウム塩等が例示される。 Examples of magnesium salt compounds include water-soluble magnesium salts such as magnesium sulfate, magnesium hydroxide, and magnesium acetate.

マンガン塩化合物は、例えば、硫酸マンガン、硝酸マンガン等の水溶性のマンガン塩等が例示される。 Examples of manganese salt compounds include water-soluble manganese salts such as manganese sulfate and manganese nitrate.

M元素の化合物は、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸ニッケル、硫酸コバルト等の水溶性のM元素の塩等が例示される。 Examples of M element compounds include water-soluble M element salts such as aluminum sulfate, nickel sulfate, and cobalt sulfate.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造において、マグネシウムとマンガンとM元素の割合は、目的とするスピネル型マンガン酸リチウムのマグネシウム:マンガン:M元素の割合となるようにすることが好ましい。 In the production of the magnesium-manganese-M element composite raw material, it is preferable that the ratio of magnesium, manganese and M element is adjusted to the magnesium:manganese:M element ratio of the target spinel-type lithium manganate.

金属塩水溶液中のマグネシウム、マンガン及びM元素の合計濃度(金属濃度)は任意であるが、生産性に優れるという点で、1.0mol/L以上が好ましく、2.0mol/L以上がより好ましい。 The total concentration (metal concentration) of magnesium, manganese and M elements in the metal salt aqueous solution is arbitrary, but is preferably 1.0 mol/L or more, more preferably 2.0 mol/L or more, in terms of excellent productivity. .

pH8.5~10.0の反応条件を維持するためには、酸や塩基を適宜添加混合することが好ましい。当該酸については、特に限定するものではないが、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、又は酢酸などを挙げることができる。当該塩基については、特に限定するものではないが、例えば、苛性ソーダ、苛性カリ、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ソーダ、重炭酸ソーダ等を挙げることができる。 In order to maintain the reaction conditions of pH 8.5 to 10.0, it is preferable to appropriately add and mix an acid or a base. Examples of the acid include, but are not limited to, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid. The base is not particularly limited, but examples include caustic soda, caustic potash, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate and the like.

当該酸や塩基を添加する際、酸や塩基については、直接添加してもよいし、水溶液として添加してもよい。水溶液として添加する場合、その濃度については、特に限定するものではないが、例えば、1mol/L以上を例示することができる。 When adding the acid or base, the acid or base may be added directly or may be added as an aqueous solution. When added as an aqueous solution, the concentration is not particularly limited, but for example, 1 mol/L or more can be exemplified.

pH8.5~10.0の反応条件を維持するためには、苛性ソーダ水溶液を添加することが好ましく、苛性ソーダ水溶液としては、例えば、固形状水酸化ナトリウムを水溶させたものや食塩電解から生成した水酸化ナトリウム水溶液を濃度調製したもの等を用いることができる。 In order to maintain the reaction conditions of pH 8.5 to 10.0, it is preferable to add an aqueous solution of caustic soda. A concentration-adjusted sodium oxide aqueous solution can be used.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造において、pHを制御するために酸や塩基を添加混合する方法としては、特に限定するものではなく、例えば、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。 In the production of the magnesium-manganese-M element composite raw material, the method of adding and mixing an acid or a base to control the pH is not particularly limited. For example, it may be performed continuously or intermittently. may

酸化剤は、特に限定するものではないが、例えば、有酸素ガス又は過酸化水素水を挙げることができる。有酸素ガスとしては、特に限定するものではないが、例えば、空気、酸素等を例示することができる。経済上、空気が最も好ましい。空気や酸素などのガスはバブラーなどを用いてバブリングさせることで添加する。一方、過酸化水素水は金属塩水溶液や苛性ソーダ水溶液と同様に混合することができる。 Examples of the oxidizing agent include, but are not limited to, aerobic gas and hydrogen peroxide water. Examples of the aerobic gas include, but are not limited to, air, oxygen, and the like. Air is most preferred economically. A gas such as air or oxygen is added by bubbling using a bubbler or the like. On the other hand, the hydrogen peroxide solution can be mixed in the same manner as the metal salt solution and the caustic soda solution.

マグネシウム塩化合物、マンガン塩化合物及びM元素の化合物を含む水溶液に酸化剤を添加するときの温度は、特に限定するものではないが、通常、40℃以上であることが好ましい。 Although the temperature at which the oxidizing agent is added to the aqueous solution containing the magnesium salt compound, the manganese salt compound and the M element compound is not particularly limited, it is usually preferably 40° C. or higher.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造については、特に雰囲気制御は必要なく、通常の大気雰囲気下で行うことが可能である。 The production of the magnesium-manganese-M element composite raw material does not require any special atmosphere control, and can be carried out in a normal atmospheric atmosphere.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造については、バッチ式、連続式のどちらでも可能である。バッチ式の場合、混合時間は任意である。例えば、3~48時間が挙げられる。 The magnesium-manganese-M element composite raw material can be produced either batchwise or continuously. Mixing time is arbitrary in the case of batch type. Examples include 3 to 48 hours.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造によって析出したマグネシウム-マンガン-M元素複合原料については、濾過などの操作によって単離することができ、さらに、取り扱い上、さらに洗浄を行って、乾燥することが好ましい。 The magnesium-manganese-M element composite raw material precipitated by the production of the magnesium-manganese-M element composite raw material can be isolated by an operation such as filtration, and further washed and dried for handling. is preferred.

洗浄によって、マグネシウム-マンガン-M元素複合原料に付着、吸着した不純物を除去することができる。洗浄方法としては、特に限定するものではないが、例えば、水(例えば、純水、水道水、河川水等)にマグネシウム-マンガン-M元素複合原料を添加し、不純物を水に溶解させる方法が例示できる。 Impurities adhering to and adsorbed on the magnesium-manganese-M element composite material can be removed by washing. The washing method is not particularly limited, but for example, a method of adding a magnesium-manganese-M element composite raw material to water (for example, pure water, tap water, river water, etc.) and dissolving impurities in the water. I can give an example.

乾燥によって、マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の水分を除去することができる。乾燥方法としては、特に限定するものではないが、例えば、マグネシウム-マンガン-M元素複合原料を110~150℃で2~15時間で加熱乾燥する等が挙げられる。 Drying can remove moisture from the magnesium-manganese-M element composite material. Although the drying method is not particularly limited, for example, the magnesium-manganese-M element composite raw material is dried by heating at 110 to 150° C. for 2 to 15 hours.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料の製造では、洗浄し、乾燥した後に、粉砕を行ってもよい。 In the production of the magnesium-manganese-M element composite raw material, it may be washed, dried and then pulverized.

粉砕では、用途に適した平均粒子径の粉末とする。所望の平均粒子径となれば粉砕条件は任意であり、例えば、湿式粉砕、乾式粉砕等の方法で粉砕することが例示できる。 In pulverization, powder having an average particle size suitable for the application is obtained. Pulverization conditions are arbitrary as long as the desired average particle size is obtained. For example, wet pulverization, dry pulverization, or the like can be used.

以上の方法で得られたマグネシウム-マンガン-M元素複合原料は、本発明のスピネル型マンガン酸リチウムの製造方法に使用することができる。 The magnesium-manganese-M element composite raw material obtained by the above method can be used in the method for producing spinel-type lithium manganate of the present invention.

リチウム原料は、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、塩化リチウム、ヨウ化リチウム、シュウ酸リチウム等が例示される。 Examples of lithium raw materials include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium chloride, lithium iodide, and lithium oxalate.

リン酸原料は、例えば、LiPO、LiPO等のリチウムのリン酸塩、NaPO、NaHPO、NaHPO等のナトリウムのリン酸塩、KPO、KHPO、KHPO等のカリウムのリン酸塩等、Mg(PO、MgHPO、Mg(HPO等のマグネシウムのリン酸塩、NHPO、(NHHPO等のアンモニウムのリン酸が例示される。 Examples of phosphoric acid raw materials include lithium phosphates such as Li 3 PO 4 and LiPO 3 , sodium phosphates such as Na 3 PO 4 , NaH 2 PO 4 and Na 2 HPO 4 , K 3 PO 4 , KH Potassium phosphates such as 2PO4 , K2HPO4 , etc. Magnesium phosphates such as Mg3 ( PO4 ) 2 , MgHPO4 , Mg ( H2PO4 ) 2 , NH4H2PO4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 and ammonium phosphates.

マグネシウム-マンガン-M元素複合原料、リチウム原料及びリン酸原料の混合方法としては、例えば、乾式混合、湿式混合等が例示される。湿式混合の場合、水やエタノール等の溶媒にリン酸原料を溶解させ、マグネシウム-マンガン-M元素複合原料、リチウム原料に添加する方法が例示される。 Examples of the method for mixing the magnesium-manganese-M element composite raw material, the lithium raw material and the phosphoric acid raw material include dry mixing and wet mixing. In the case of wet mixing, a method of dissolving the phosphoric acid raw material in a solvent such as water or ethanol and adding it to the magnesium-manganese-M element composite raw material and the lithium raw material is exemplified.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムを得るための焼成は、大気中、又は、高濃度酸素雰囲気中(純粋酸素雰囲気中を含む)、即ち、酸素含有量が18~100vol%の酸素雰囲気中で、830℃以上960℃以下で行う。830℃より低温ではスピネル型マンガン酸リチウムのBET比表面積が大きくなり易くなり、960℃を超えるとスピネル型マンガン酸リチウムの酸素欠損が増加し、その結果、リチウム二次電池の正極活物質として使用する際に充放電サイクル特性が低下し易くなる。焼成は850℃以上950℃以下で行うことが好ましく、900℃以上950℃以下で行うことがさらに好ましい。 Firing for obtaining the spinel-type lithium manganate of the present invention is carried out in the air or in a high-concentration oxygen atmosphere (including a pure oxygen atmosphere), that is, in an oxygen atmosphere with an oxygen content of 18 to 100 vol%, It is carried out at 830° C. or more and 960° C. or less. When the temperature is lower than 830°C, the BET specific surface area of the spinel-type lithium manganate tends to increase, and when it exceeds 960°C, the oxygen deficiency of the spinel-type lithium manganate increases. charge-discharge cycle characteristics tend to deteriorate when Firing is preferably performed at 850° C. or higher and 950° C. or lower, more preferably 900° C. or higher and 950° C. or lower.

スピネル型マンガン酸リチウムは、焼成時に二次粒子同士が固結し易いため、目的の粒子径を得るために解砕を行う。解砕方法は、微粉生成、及び、BET比表面積増加を抑制するため、せん断力による解砕が好ましい。 Secondary particles of spinel-type lithium manganate are likely to solidify with each other during firing, so pulverization is performed to obtain a desired particle size. As the crushing method, crushing by shearing force is preferable in order to suppress the generation of fine powder and the increase in BET specific surface area.

スピネル型マンガン酸リチウムを解砕した後、正極の厚みを超える粗大粒子を除去するため、篩を通過させることが好ましい。篩の目開きは100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。 After the spinel-type lithium manganate is pulverized, it is preferably passed through a sieve in order to remove coarse particles exceeding the thickness of the positive electrode. The mesh size of the sieve is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムをリチウム二次電池の正極に使用することで、従来では得ることができなかった、高温における充放電サイクル特性に優れ、かつ、出力特性に優れるリチウム二次電池を構成することが可能になる。 By using the spinel-type lithium manganate of the present invention for the positive electrode of a lithium secondary battery, a lithium secondary battery with excellent charge-discharge cycle characteristics at high temperatures and excellent output characteristics, which could not be obtained in the past, can be obtained. be able to configure.

正極以外のリチウム二次電池の構成としては、特に制限はないが、負極にはLiを吸蔵放出する材料、例えば、炭素系材料、酸化錫系材料、LiTi12、SiO、Liと合金を形成する材料等が例示される。Liと合金を形成する材料としては、例えば、シリコン系材料やアルミニウム系材料等が例示される。電解質には、例えば、有機溶媒にLi塩や各種添加剤を溶解した有機電解液や、Liイオン伝導性の固体電解質、これらを組み合わせたもの等が例示される。 The configuration of the lithium secondary battery other than the positive electrode is not particularly limited. A material that forms an alloy is exemplified. Examples of materials forming an alloy with Li include silicon-based materials and aluminum-based materials. Examples of the electrolyte include an organic electrolytic solution obtained by dissolving a Li salt and various additives in an organic solvent, a Li ion-conducting solid electrolyte, a combination thereof, and the like.

次に、本発明を具体的な実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described with specific examples, but the present invention should not be construed as being limited to these examples.

<Hausner比の測定>
実施例および比較例で得られたスピネル型マンガン酸リチウムをメスシリンダーに充填した直後のタップしない状態での密度(かさ密度)と、200回タップした後の密度(タップ密度)を測定した。
<Measurement of Hausner ratio>
The density (bulk density) immediately after filling the spinel-type lithium manganate obtained in Examples and Comparative Examples into a graduated cylinder without tapping and the density (tapped density) after tapping 200 times were measured.

測定したかさ密度とタップ密度から、以下の式に基づきHausner比を求めた。 From the measured bulk density and tap density, the Hausner ratio was calculated according to the following formula.

Hausner比=タップ密度/かさ密度
<電池性能試験>
各実施例で得られたスピネル型マンガン酸リチウムと導電性バインダー(商品名:TAB-2,宝泉製)を重量比1/2でメノウ乳鉢を使用して混合した。得られた混合物を、直径16mmφのSUSメッシュ(SUS316)に2ton/cmで一軸プレスし、形状がディスク状であるペレット状にした後に、150℃で2時間、減圧乾燥して正極とした。
Hausner ratio = tap density/bulk density <Battery performance test>
The spinel-type lithium manganate obtained in each example and a conductive binder (trade name: TAB-2, manufactured by Hosen) were mixed at a weight ratio of 1/2 using an agate mortar. The resulting mixture was uniaxially pressed at 2 ton/cm 2 onto a SUS mesh (SUS316) with a diameter of 16 mmφ to form disc-shaped pellets, which were then dried under reduced pressure at 150° C. for 2 hours to obtain a positive electrode.

負極として、球晶黒鉛シート(宝泉製TSG-A1、公称容量1.6mAh/cm)を直径16.156mmφに打ち抜いた後、3ton/cmで一軸プレスしたものを使用したことと、負極/正極容量比が1.2となるように正極活物質の量を調整した。 As the negative electrode, a spherulitic graphite sheet (TSG-A1 manufactured by Hosen, nominal capacity 1.6 mAh/cm 2 ) was punched out to a diameter of 16.156 mmφ and then uniaxially pressed at 3 tons/cm 2 . The amount of the positive electrode active material was adjusted so that the /positive electrode capacity ratio was 1.2.

エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの体積比1:2の溶媒にLiPFを1mol/dm溶解したものを電解液に使用し、ポリエチレンシート(商品名:セルガード、ポリポア製)をセパレータに使用し、セルにCR2032型コインセルを使用した電池を作製した。 A solution of 1 mol/dm 3 of LiPF 6 dissolved in a solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate at a volume ratio of 1:2 was used as the electrolyte, and a polyethylene sheet (trade name: Celgard, manufactured by Polypore) was used as the separator. A battery using a CR2032 type coin cell was produced.

作製した電池を用いて、24℃で、セル電圧が4.25Vと3.0Vの間で、電流密度0.14mA/cmにおいて定電流定電圧充電-定電流放電を1サイクル行った。次いで、24℃で、セル電圧が4.25Vと3.0Vの間で、電流密度0.28mA/cmにおいて定電流定電圧充電-定電流放電を1サイクル行い、放電容量を電池容量とした。次に、60℃で、セル電圧が4.25Vと3.0Vの間で、電池容量に対し1時間放電率の電流密度において定電流定電圧充電-定電流放電を50サイクル行い、50サイクル目と1サイクル目の放電容量の比からカーボン対極充放電サイクル特性を求めた。なお、定電圧充電の終了条件は、充電電流が定電圧充電時の1/10まで減衰した時点とした。 Using the prepared battery, one cycle of constant-current constant-voltage charge-constant-current discharge was performed at 24° C. at a cell voltage between 4.25 V and 3.0 V and a current density of 0.14 mA/cm 2 . Then, at 24° C., one cycle of constant-current constant-voltage charge-constant-current discharge was performed at a cell voltage between 4.25 V and 3.0 V and a current density of 0.28 mA/cm 2 , and the discharge capacity was taken as the battery capacity. . Next, at 60 ° C., the cell voltage is between 4.25 V and 3.0 V, the constant current constant voltage charge-constant current discharge is performed 50 cycles at the current density of the discharge rate for 1 hour with respect to the battery capacity, and the 50th cycle The charge-discharge cycle characteristics of the carbon counter electrode were obtained from the ratio of the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the first cycle. The termination condition of the constant voltage charging was the time point when the charging current attenuated to 1/10 of that of the constant voltage charging.

<組成分析、SO含有量、Na含有量の測定>
実施例および比較例で得られたスピネル型マンガン酸リチウムの組成、SO含有量、Na含有量は、スピネル型マンガン酸リチウムを塩酸-過酸化水素混合水溶液に溶解した後、誘電結合プラズマ発光分析装置(商品名:ICP-AES、パーキンエルマージャパン製)で分析した。
<Composition analysis, measurement of SO4 content, Na content>
The composition, SO4 content, and Na content of the spinel-type lithium manganate obtained in Examples and Comparative Examples were determined by dissolving the spinel-type lithium manganate in a hydrochloric acid-hydrogen peroxide mixed aqueous solution, followed by inductively coupled plasma emission spectrometry. Analysis was performed using an apparatus (trade name: ICP-AES, manufactured by PerkinElmer Japan).

<BET比表面積の測定>
試料1.0gをBET比表面積測定用のガラス製セルに入れ、窒素気流下で150℃、30分間脱水処理を行い、粉体粒子に付着した水分の除去を行った。
<Measurement of BET specific surface area>
1.0 g of the sample was placed in a glass cell for BET specific surface area measurement and dehydrated at 150° C. for 30 minutes under a nitrogen stream to remove water adhering to the powder particles.

処理後の試料を、BET測定装置(商品名:MICROMERITICS DeSorbIII、島津製作所製)で、吸着ガスとして、窒素30%-ヘリウム70%の混合ガスを用いて、1点法でBET比表面積を測定した。 The BET specific surface area of the treated sample was measured by the one-point method using a BET measurement device (trade name: MICROMERITICS DeSorb III, manufactured by Shimadzu Corporation) using a mixed gas of 30% nitrogen and 70% helium as the adsorption gas. .

<XRDによる半値幅の測定>
実施例および比較例で得られたスピネル型マンガン酸リチウムについて、XRDによる半値幅の測定を粉末XRD測定装置(商品名:Ultima IV、Rigaku製)で行った。計測条件は、以下の通りとした。
<Measurement of half width by XRD>
For the spinel-type lithium manganese oxides obtained in Examples and Comparative Examples, the half-value width was measured by XRD using a powder XRD measurement device (trade name: Ultima IV, manufactured by Rigaku). The measurement conditions were as follows.

・ターゲット:Cu
・出力:1.6kW(40mA-40kV)
・フィルタ:Kβフィルター
・発散スリット:1°
・発散縦制限スリット:10mm
・散乱スリット:解放
・受光スリット;解放
・走査モード:連続
・スキャンスピード:4.000°/分
・サンプリング幅:0.04°(2θ/θ)
・積算回数:1回
・測定範囲:10-90°(2θ/θ)
得られたスピネル型マンガン酸リチウムのXRDデータを、粉末X線回折測定装置に付属の解析ソフト(PDXL2)を用いて解析し、2θ=44°付近の(400)面の積分幅を求めた。
・Target: Cu
・Output: 1.6kW (40mA-40kV)
・Filter: Kβ filter ・Divergence slit: 1°
・Vertical divergence limiting slit: 10 mm
・Scattering slit: open ・Receiving slit: open ・Scanning mode: continuous ・Scan speed: 4.000°/min ・Sampling width: 0.04° (2θ/θ)
・Number of times of integration: 1 time ・Measurement range: 10-90° (2θ/θ)
The XRD data of the obtained spinel-type lithium manganate was analyzed using analysis software (PDXL2) attached to the powder X-ray diffraction measurement device, and the integrated width of the (400) plane near 2θ = 44° was determined.

また、測定装置の誤差を補正するため、予めXRD用標準物質(NIST製α型石英粉末)の測定を行い、スピネル型マンガン酸リチウムの積分幅から標準物質の積分幅を差し引いて半値幅を求めた。 In addition, in order to correct the error of the measuring device, the XRD standard material (α-type quartz powder manufactured by NIST) was measured in advance, and the half-value width was obtained by subtracting the integration width of the standard material from the integration width of the spinel-type lithium manganate. rice field.

実施例1
硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム及び硫酸マンガンを純水に溶解し、0.15mol/L(リットル)の硫酸マグネシウム、0.03mol/Lの硫酸アルミニウム及び2.0mol/Lの硫酸マンガンを含む水溶液(金属塩水溶液)を得た。また、内容積10Lの反応容器に純水8Lを入れた後、これを60℃まで昇温し、維持した。
Example 1
Magnesium sulfate, aluminum sulfate and manganese sulfate are dissolved in pure water to prepare an aqueous solution (metal salt aqueous solution) was obtained. Further, after 8 L of pure water was put into a reaction vessel having an inner volume of 10 L, the temperature was raised to 60° C. and maintained.

得られた金属塩水溶液を供給速度12g/minで反応容器に連続供給した。また、酸化剤として、空気を供給速度0.5L/minで反応容器中にバブリングした。さらに、金属塩水溶液及び空気供給の際、pHが8.7となるように、5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を連続的に添加しながら連続的に反応を進行させた(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。前記反応により、かかる反応容器中で、マグネシウム-マンガン-アルミニウム複合原料物が析出し、スラリーが得られた。反応容器内のスラリーをろ過し、純水で洗浄することによって、ウェットケーキを得た。当該ウェットケーキを110℃で15時間乾燥することで、マグネシウム-マンガン-アルミニウム複合原料を得た。 The obtained metal salt aqueous solution was continuously supplied to the reactor at a supply rate of 12 g/min. As an oxidizing agent, air was bubbled into the reactor at a supply rate of 0.5 L/min. Furthermore, when supplying the metal salt aqueous solution and air, the reaction was allowed to proceed continuously while continuously adding a 5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH was 8.7 (reaction The oxidation-reduction potential at that time was 0.08 V). Due to the above reaction, the magnesium-manganese-aluminum composite raw material precipitated in the reaction vessel to obtain a slurry. A wet cake was obtained by filtering the slurry in the reaction vessel and washing with pure water. The wet cake was dried at 110° C. for 15 hours to obtain a magnesium-manganese-aluminum composite raw material.

得られたマグネシウム-マンガン-アルミニウム複合原料20gに、純水2gにMg(HPO0.07gを溶解させた溶液を添加し、60℃で1時間乾燥させて得たものの内3gと、炭酸リチウム0.8gを混合し、箱型炉にて空気を5L/minの速度で流通させながら930℃で6時間焼成を行い、室温まで冷却した。昇温速度は100℃/hrとし、降温速度は850℃から600℃までは20℃/hr、600℃から室温までは100℃/hrとした。得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを、強力小型粉砕機(商品名:フォースミル、大阪ケミカル製)で解砕した後、目開き32μmの篩を通過させてリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを得た。 A solution of 0.07 g of Mg(H 2 PO 4 ) 2 dissolved in 2 g of pure water was added to 20 g of the magnesium-manganese-aluminum composite material obtained, and dried at 60° C. for 1 hour. and 0.8 g of lithium carbonate were mixed, baked in a box furnace at 930° C. for 6 hours while air was circulated at a rate of 5 L/min, and cooled to room temperature. The temperature increase rate was 100°C/hr, the temperature decrease rate was 20°C/hr from 850°C to 600°C, and 100°C/hr from 600°C to room temperature. After pulverizing the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate with a powerful small crusher (trade name: Force Mill, manufactured by Osaka Chemical), it is passed through a sieve with an opening of 32 μm to obtain a phosphate-containing spinel type. Lithium manganate was obtained.

得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.04Mn1.85Mg0.09Al0.02であった。また、XRD測定から、得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)とNo.25-1030(LiPO)の混合相であった。リン/マンガンモル比、Hausner比、BET比表面積、マンガン酸リチウム二次粒子の平均粒子径、XRD測定による(400)面の半値幅の測定結果(以下、測定結果という)を表1に示し、電池性能を表2に示す。 The composition of the obtained phosphate-containing spinel - type lithium manganese oxide was Li1.04Mn1.85Mg0.09Al0.02O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) and No. It was a mixed phase of 25-1030 (Li 3 PO 4 ). The phosphorus/manganese molar ratio, the Hausner ratio, the BET specific surface area, the average particle size of the lithium manganate secondary particles, and the measurement results of the half width of the (400) plane by XRD measurement (hereinafter referred to as measurement results) are shown in Table 1. Table 2 shows the battery performance.

Figure 2022110636000001
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Figure 2022110636000002
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実施例2
0.08mol/L(リットル)の硫酸マグネシウム、0.03mol/Lの硫酸アルミニウム及び2.0mol/Lの硫酸マンガンを含む金属塩水溶液から得たマグネシウム―マンガン-アルミニウム複合酸化物を用いたことと、焼成温度を950℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを得た。
Example 2
Using a magnesium-manganese-aluminum composite oxide obtained from a metal salt aqueous solution containing 0.08 mol/L (liter) of magnesium sulfate, 0.03 mol/L of aluminum sulfate and 2.0 mol/L of manganese sulfate; , a phosphate-containing spinel-type lithium manganate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature was changed to 950°C.

得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.05Mn1.85Mg0.08Al0.02であった。また、XRD測定から、得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)とNo.25-1030(LiPO)の混合相であった。測定結果を表1に示し、電池性能を表2に示す。 The composition of the obtained phosphate-containing spinel - type lithium manganese oxide was Li1.05Mn1.85Mg0.08Al0.02O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) and No. It was a mixed phase of 25-1030 (Li 3 PO 4 ). Table 1 shows the measurement results, and Table 2 shows the battery performance.

実施例3
0.05mol/L(リットル)の硫酸マグネシウム、0.05mol/Lの硫酸アルミニウム及び2.0mol/Lの硫酸マンガンを含む金属塩水溶液から得たマグネシウム―マンガン-アルミニウム複合酸化物を用いたことと、Mg(HPO0.07gを0.035gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを得た。
Example 3
Using a magnesium-manganese-aluminum composite oxide obtained from a metal salt aqueous solution containing 0.05 mol/L (liter) of magnesium sulfate, 0.05 mol/L of aluminum sulfate and 2.0 mol/L of manganese sulfate; , Mg(H 2 PO 4 ) 2 was changed from 0.07 g to 0.035 g to obtain a phosphate-containing spinel-type lithium manganate in the same manner as in Example 1.

得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.03Mn1.85Mg0.05Al0.05であった。また、XRD測定から、得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)とNo.25-1030(LiPO)の混合相であった。測定結果を表1に示し、電池性能を表2に示す。 The composition of the obtained phosphate-containing spinel - type lithium manganese oxide was Li1.03Mn1.85Mg0.05Al0.05O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) and No. It was a mixed phase of 25-1030 (Li 3 PO 4 ). Table 1 shows the measurement results, and Table 2 shows the battery performance.

実施例4
0.08mol/L(リットル)の硫酸マグネシウム、0.03mol/Lの硫酸ニッケル及び2.0mol/Lの硫酸マンガンを含む金属塩水溶液から得たマグネシウム―マンガン-ニッケル複合酸化物を用いたことと、焼成温度を900℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを得た。
Example 4
Using a magnesium-manganese-nickel composite oxide obtained from a metal salt aqueous solution containing 0.08 mol/L (liter) of magnesium sulfate, 0.03 mol/L of nickel sulfate, and 2.0 mol/L of manganese sulfate; , a phosphate-containing spinel-type lithium manganate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature was changed to 900°C.

得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.04Mn1.86Mg0.08Ni0.02であった。また、XRD測定から、得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)とNo.25-1030(LiPO)の混合相であった。測定結果を表1に示し、電池性能を表2に示す。 The composition of the obtained phosphate-containing spinel - type lithium manganese oxide was Li1.04Mn1.86Mg0.08Ni0.02O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) and No. It was a mixed phase of 25-1030 (Li 3 PO 4 ). Table 1 shows the measurement results, and Table 2 shows the battery performance.

実施例5
0.08mol/L(リットル)の硫酸マグネシウム、0.03mol/Lの硫酸コバルト及び2.0mol/Lの硫酸マンガンを含む金属塩水溶液から得たマグネシウム―マンガン-コバルト複合酸化物を用いたことと、焼成温度を900℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムを得た。
Example 5
Using a magnesium-manganese-cobalt composite oxide obtained from a metal salt aqueous solution containing 0.08 mol/L (liter) of magnesium sulfate, 0.03 mol/L of cobalt sulfate and 2.0 mol/L of manganese sulfate; , a phosphate-containing spinel-type lithium manganate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature was changed to 900°C.

得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.05Mn1.85Mg0.08Co0.02であった。また、XRD測定から、得られたリン酸塩含有スピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)とNo.25-1030(LiPO)の混合相であった。測定結果を表1に示し、電池性能を表2に示す。 The composition of the obtained phosphate-containing spinel - type lithium manganese oxide was Li1.05Mn1.85Mg0.08Co0.02O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained phosphate-containing spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) and No. It was a mixed phase of 25-1030 (Li 3 PO 4 ). Table 1 shows the measurement results, and Table 2 shows the battery performance.

比較例1
硫酸マンガンを純水に溶解し、2.0mol/Lの硫酸マンガン水溶液を得た。また、内容積10Lの反応容器に純水8Lを入れた後、これを60℃まで昇温し、維持した。
Comparative example 1
Manganese sulfate was dissolved in pure water to obtain a 2.0 mol/L manganese sulfate aqueous solution. Further, after 8 L of pure water was put into a reaction vessel having an inner volume of 10 L, the temperature was raised to 60° C. and maintained.

得られた硫酸マンガン水溶液を供給速度12g/minで反応容器に連続供給した。また、酸化剤として、空気を供給速度0.5L/minで反応容器中にバブリングした。さらに、硫酸マンガン水溶液及び空気供給の際、pHが7.5となるように、5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を連続的に添加しながら連続的に反応を進行させた(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。前記反応により、かかる反応容器中で、Mnが析出し、スラリーが得られた。反応容器内のスラリーをろ過し、純水で洗浄することによって、ウェットケーキを得た。当該ウェットケーキを110℃で15時間乾燥することで、Mnを得た。 The manganese sulfate aqueous solution thus obtained was continuously supplied to the reactor at a supply rate of 12 g/min. As an oxidizing agent, air was bubbled into the reactor at a supply rate of 0.5 L/min. Furthermore, when supplying an aqueous manganese sulfate solution and air, the reaction was allowed to proceed continuously while continuously adding a 5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH was 7.5 (reaction The oxidation-reduction potential at that time was 0.08 V). Due to the reaction, Mn 3 O 4 was precipitated in the reaction vessel to obtain a slurry. A wet cake was obtained by filtering the slurry in the reaction vessel and washing with pure water. Mn 3 O 4 was obtained by drying the wet cake at 110° C. for 15 hours.

Mn3gと、LiCO0.8gと、Mg(OH)(和光純薬工業製、平均粒子径0.07μm)0.12gを乾式で混合した後は、実施例1と同様の方法にて焼成・解砕・分級を行った。得られたスピネル型マンガン酸リチウムの組成はLi1.04Mn1.86Mg0.10であった。また、XRD測定から、得られたスピネル型マンガン酸リチウムはJCPDSのNo.35-782(LiMn)単相であった。測定結果を表1に示し、電池性能を表2に示す。表2から、比較例1は、カーボン対極サイクル特性が実施例に対して劣ることが明らかとなった。 After 3 g of Mn 3 O 4 , 0.8 g of Li 2 CO 3 , and 0.12 g of Mg(OH) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, average particle size: 0.07 μm) were dry-mixed, Firing, pulverization and classification were performed in the same manner. The composition of the obtained spinel - type lithium manganate was Li1.04Mn1.86Mg0.10O4 . Further, from the XRD measurement, the obtained spinel-type lithium manganate was JCPDS No. 35-782 (LiMn 2 O 4 ) single phase. Table 1 shows the measurement results, and Table 2 shows the battery performance. From Table 2, it is clear that Comparative Example 1 is inferior to Examples in carbon counter electrode cycle characteristics.

本発明のスピネル型マンガン酸リチウムは、Mg原子とM元素が均一に分散され、特異的なHausner比、BET比表面積及び二次粒子径を有するため、高温における充放電特性、特にカーボン対極充放電特性に優れるとともに、出力特性に優れたリチウム二次電池の正極活物質として使用することができる。 The spinel-type lithium manganate of the present invention has Mg atoms and M elements uniformly dispersed, and has a specific Hausner ratio, BET specific surface area and secondary particle size. It can be used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries with excellent characteristics and output characteristics.

Claims (10)

リン酸塩を含有し、化学式Li1+XMn2-X-Y-ZMg(式中、MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.02≦X≦0.10、0.05≦Y≦0.30、0≦Z≦0.30である)で表されるスピネル型マンガン酸リチウムであって、かさ密度に対するタップ密度の比で表されるHausner比が1.85以下であることを特徴とするスピネル型マンガン酸リチウム。 containing a phosphate and having the chemical formula Li 1+X Mn 2-XYZ Mg YM Z O 4 (wherein M is at least one selected from Al, Ca, Ti, V, Cr, Co and Ni); element and 0.02 ≤ X ≤ 0.10, 0.05 ≤ Y ≤ 0.30, 0 ≤ Z ≤ 0.30). A spinel-type lithium manganate having a Hausner ratio of 1.85 or less, which is expressed as a ratio of tap densities. リン/マンガンモル比が0.0015以上0.1以下であることを特徴とする請求項1に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 2. The spinel-type lithium manganate according to claim 1, wherein the phosphorus/manganese molar ratio is 0.0015 or more and 0.1 or less. BET比表面積が0.2m/g以上1.5m/g以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 The spinel-type lithium manganate according to claim 1 or 2, having a BET specific surface area of 0.2 m 2 /g or more and 1.5 m 2 /g or less. 二次粒子の平均粒子径が4μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 4. The spinel-type lithium manganate according to claim 1, wherein the secondary particles have an average particle size of 4 μm or more and 20 μm or less. XRD測定による(400)面の半値幅が0.005以上0.08以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 5. The spinel-type lithium manganate according to any one of claims 1 to 4, wherein the half width of the (400) plane by XRD measurement is 0.005 or more and 0.08 or less. SOの含有量が0.3wt%以上1.0wt%以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 The spinel-type lithium manganate according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the content of SO 4 is 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less. Naの含有量が3,000wtppm以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウム。 The spinel-type lithium manganate according to any one of claims 1 to 6, wherein the Na content is 3,000 wtppm or less. マグネシウム-マンガン-M元素複合原料(MはAl、Ca、Ti、V、Cr、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の元素である)、リチウム原料及びリン酸原料を混合し、大気中、又は、高濃度酸素雰囲気中(純粋酸素雰囲気中を含む)において830℃以上960℃以下で焼成し、解砕することを特徴とする請求項1~7のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウムの製造方法。 Magnesium-manganese-M element composite raw material (M is at least one element selected from Al, Ca, Ti, V, Cr, Co and Ni), a lithium raw material and a phosphoric acid raw material are mixed, in the air, or , The spinel-type manganic acid according to any one of claims 1 to 7, which is fired at 830 ° C. or higher and 960 ° C. or lower in a high-concentration oxygen atmosphere (including a pure oxygen atmosphere) and pulverized. A method for producing lithium. 請求項1~7のいずれかの項に記載のスピネル型マンガン酸リチウムを含むことを特徴とする電極。 An electrode comprising the spinel-type lithium manganate according to any one of claims 1 to 7. 請求項9に記載の電極を正極に使用したことを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery, wherein the electrode according to claim 9 is used as a positive electrode.
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