JP2022135547A - METHOD FOR MANUFACTURING Li3PO4 PARTICLE FOR OBTAINING OLIVINE TYPE LITHIUM PHOSPHATE SYSTEM POSITIVE ELECTRODE MATERIAL - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method for obtaining a raw material effective for manufacturing a high performance olivine type lithium phosphate system positive electrode material.SOLUTION: A manufacturing method for obtaining an olivine type lithium phosphate system positive electrode material is a method for manufacturing Li3 PO4 particles using a solution X that is exhausted when an olivine type lithium phosphate system positive electrode material is obtained from a reaction mixture in accordance with of a raw material compound with a hydrothermal reaction, the method including the following steps of (I) to (IV): (I) a step of obtaining a mixture A with a predetermined content of lithium ions and a predetermined content of sulfuric acid; (II) a step of subjecting the obtained mixture A to bubbling treatment with inert gas to obtain a mixture B; (III) a step of adding a mixture C to the mixture B to obtain a mixture D with a predetermined content of lithium and a predetermined content of an alkaline compound; and (IV) a step of obtaining Li3 PO4 particles by the solid-liquid separation of the obtained mixture D.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るためのLi3PO4粒子の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing Li 3 PO 4 particles for obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material.

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

ところで、オリビン型構造を有するリン酸リチウム系正極材料は、その多くが原料化合物を水熱反応に付した反応混合物から得られる一方、かかる反応混合物から分離された液相は不要な排液として処分されている。しかしながら、処分される液相中には、多量のリチウムイオンが残存しており、原材料の中で最も高価なリチウム源を過剰に消費することとなるため、製造コストの増大を招いている。こうしたことから、水熱反応後の液相中に残存するリチウムイオンの回収、再利用するための試みもなされている。 By the way, most lithium phosphate-based positive electrode materials having an olivine structure are obtained from a reaction mixture obtained by subjecting a raw material compound to a hydrothermal reaction, while the liquid phase separated from such a reaction mixture is disposed of as an unnecessary waste liquid. It is However, a large amount of lithium ions remain in the disposed liquid phase, and the lithium source, which is the most expensive raw material, is excessively consumed, leading to an increase in production costs. For these reasons, attempts have been made to recover and reuse the lithium ions remaining in the liquid phase after the hydrothermal reaction.

例えば、特許文献1には、水熱反応後に分離したリチウムイオンが残存する溶液に、pHが10.5以上かつ11.8以下となるまでアルカリを添加して、固化物を除去した溶液を得る工程と、得られた溶液にリチウム源を添加等してリン酸リチウムを生成させる工程等を備える電極材料の製造方法が開示されており、オリビン系電極材料の製造過程で生成する未反応のリチウムイオンを高純度のリン酸リチウムとして回収している。 For example, in Patent Document 1, an alkali is added to a solution in which lithium ions separated after a hydrothermal reaction remain until the pH reaches 10.5 or more and 11.8 or less to obtain a solution from which solidified substances are removed. and a step of adding a lithium source to the resulting solution to generate lithium phosphate. Ions are recovered as high-purity lithium phosphate.

特開2020-47514号公報JP 2020-47514 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、リチウム源を添加する溶液が高pHであるためにリチウム源の一部が溶け残ったままとなり、リチウムイオンの回収の効率化を充分に図れないおそれがある。また、生成するLi3PO4粒子は、粒径が粗大しやすく、かかる粒子を固液分離して得る際に過度な時間を要するおそれもある。
そのため、正極活物質の粒径の粗大化をも招き、これを用いて製造したリチウムイオン二次電池において、良好な電池特性を発揮することができないおそれがあり、依然として改善の余地がある。
However, in the technique described in Patent Document 1, since the solution to which the lithium source is added has a high pH, part of the lithium source remains undissolved, and there is a possibility that the efficiency of lithium ion recovery cannot be sufficiently improved. There is In addition, the generated Li 3 PO 4 particles tend to have a coarse particle size, and there is a possibility that an excessive amount of time may be required to obtain such particles by solid-liquid separation.
As a result, the particle size of the positive electrode active material is also coarsened, and there is a risk that the lithium ion secondary battery manufactured using this material cannot exhibit good battery characteristics, and there is still room for improvement.

したがって、本発明の課題は、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造する際に排出されるリチウムイオン含有溶液の再利用を有効に図りつつ、高性能なオリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造する上で有用な原材料となるLi3PO4(リン酸三リチウム)粒子を得るための製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to manufacture a high-performance olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material while effectively reusing the lithium ion-containing solution discharged when manufacturing the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material. The object of the present invention is to provide a production method for obtaining Li 3 PO 4 (trilithium phosphate) particles, which are useful raw materials for manufacturing.

そこで本発明者は、種々検討したところ、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造する際に排出されるリチウムイオン含有溶液に特定量の炭酸リチウムや硫酸リチウムと硫酸とを添加し、不活性ガスによるバブリング処理を施した後、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液を滴下する工程を含むことにより、固液分離の効率化を図ることを可能とする特異な形状を呈したLi3PO4粒子を得ることのできる製造方法を見出した。 Therefore, the present inventor conducted various studies and found that a specific amount of lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid were added to the lithium ion-containing solution discharged during the production of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, and an inert gas was added. Li 3 PO having a unique shape that makes it possible to improve the efficiency of solid-liquid separation by including a step of dropping a mixed solution containing a phosphoric acid compound and an alkali compound after performing a bubbling treatment with We found a manufacturing method that can obtain 4 particles.

すなわち、本発明は、原料化合物を水熱反応に付した反応混合物からオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る際に排出される溶液Xを用いるLi3PO4粒子の製造方法であって、次の工程(I)~(IV):
(I)リチウムイオンの含有量が1000mg/L~20000mg/Lである溶液Xに、炭酸リチウムと硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸とを添加して、リチウムイオンの含有量が5000mg/L~30000mg/Lであり、かつ硫酸の含有量がリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルである混合液Aを得る工程
(II)得られた混合液Aに不活性ガスによるバブリング処理を施して、混合液Bを得る工程
(III)得られた混合液Bに、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを滴下し、リチウムの含有量がリン1モルに対して2.7モル~3.3モルであり、かつアルカリ化合物の含有量が硫酸1モルに対して1.6モル~2.2モルである混合液Dを得る工程
(IV)得られた混合液Dを固液分離して、Li3PO4粒子を得る工程
を備える、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るためのLi3PO4粒子の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention is a method for producing Li 3 PO 4 particles using solution X discharged when obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material from a reaction mixture obtained by subjecting a raw material compound to a hydrothermal reaction, comprising: Steps (I) to (IV):
(I) Lithium carbonate and sulfuric acid, or lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid are added to solution X having a lithium ion content of 1000 mg/L to 20000 mg/L, so that the lithium ion content is 5000 mg/L. Step of obtaining a mixed solution A having a concentration of up to 30000 mg/L and a sulfuric acid content of 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions (II) Add an inert gas to the obtained mixed solution A (III) A mixed solution C containing a phosphoric acid compound and an alkaline compound is added dropwise to the obtained mixed solution B, and the content of lithium per 1 mol of phosphorus step of obtaining a mixture D in which the content is 2.7 mol to 3.3 mol and the content of the alkaline compound is 1.6 mol to 2.2 mol per 1 mol of sulfuric acid (IV) the obtained mixture The present invention provides a method for producing Li 3 PO 4 particles for obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, comprising a step of solid-liquid separation of liquid D to obtain Li 3 PO 4 particles.

本発明の製造方法によれば、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造する過程において、リチウム化合物等を含む所定の原料化合物を水熱反応に付した後、反応混合物から分離されて廃棄処分の対象とされるリチウムイオン含有排液を有効に再利用しつつ、固液分離の効率化を図ることのできる特異な形状、すなわち棒状を呈する粒子を多く含むLi3PO4粒子を簡易に製造することができる。
このように、希少有価物質であるリチウムを無駄なく使用しながら固液分離の効率化を図ることのできるLi3PO4粒子を得ることができるだけでなく、かかる粒子を原材料として用いれば、良好な電池特性の発現をも可能とするオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得ることができる。
According to the production method of the present invention, in the process of producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, after subjecting a predetermined raw material compound containing a lithium compound or the like to a hydrothermal reaction, it is separated from the reaction mixture and disposed of. To easily produce Li 3 PO 4 particles containing many rod-shaped particles, which are peculiar to solid-liquid separation, while effectively reusing target lithium ion-containing waste liquid. be able to.
In this way, it is possible not only to obtain Li 3 PO 4 particles capable of improving the efficiency of solid-liquid separation while using lithium, which is a rare and valuable substance, without waste, but also to use such particles as a raw material to obtain favorable It is possible to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material that also enables expression of battery characteristics.

実施例1で得られたLi3PO4粒子のSEM像を示す。1 shows an SEM image of Li 3 PO 4 particles obtained in Example 1. FIG. 比較例2で得られたLi3PO4粒子のSEM像を示す。4 shows an SEM image of Li 3 PO 4 particles obtained in Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るためのLi3PO4粒子の製造方法は、原料化合物を水熱反応に付した反応混合物からオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る際に排出される溶液Xを用いるLi3PO4粒子の製造方法であって、
次の工程(I)~(IV):
(I)リチウムイオンの含有量が1000mg/L~20000mg/Lである溶液Xに、炭酸リチウムと硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸とを添加して、リチウムイオンの含有量が5000mg/L~30000mg/Lであり、かつ硫酸の含有量がリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルである混合液Aを得る工程
(II)得られた混合液Aに不活性ガスによるバブリング処理を施して、混合液Bを得る工程
(III)得られた混合液Bに、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを滴下し、リチウムの含有量がリン1モルに対して2.7モル~3.3モルであり、かつアルカリ化合物の含有量が硫酸1モルに対して1.6モル~2.2モルである混合液Dを得る工程
(IV)得られた混合液Dを固液分離して、Li3PO4粒子を得る工程
を備える。
The present invention will be described in detail below.
The method for producing Li 3 PO 4 particles for obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material according to the present invention comprises: obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material from a reaction mixture obtained by subjecting a raw material compound to a hydrothermal reaction; A method for producing Li 3 PO 4 particles using discharged solution X, comprising:
The following steps (I)-(IV):
(I) Lithium carbonate and sulfuric acid, or lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid are added to solution X having a lithium ion content of 1000 mg/L to 20000 mg/L, so that the lithium ion content is 5000 mg/L. Step of obtaining a mixed solution A having a concentration of up to 30000 mg/L and a sulfuric acid content of 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions (II) Add an inert gas to the obtained mixed solution A (III) A mixed solution C containing a phosphoric acid compound and an alkaline compound is added dropwise to the obtained mixed solution B, and the content of lithium per 1 mol of phosphorus step of obtaining a mixture D in which the content is 2.7 mol to 3.3 mol and the content of the alkaline compound is 1.6 mol to 2.2 mol per 1 mol of sulfuric acid (IV) the obtained mixture A step of solid-liquid separating the liquid D to obtain Li 3 PO 4 particles is provided.

本発明において用いる溶液Xは、原料化合物を水熱反応に付した反応混合物からオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る際に排出される未反応リチウムイオン含有溶液、いわゆる廃棄処分の対象とされる排液であり、リチウムイオンの含有量が1000mg/L~20000mg/Lである。本発明では、かかる溶液Xを用いることにより、一旦オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造に付して排出された処分の対象となるリチウムイオン含有排液を無駄なく再利用して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るためのLi3PO4粒子を製造する方法を実現するものである。 The solution X used in the present invention is an unreacted lithium ion-containing solution discharged when obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material from a reaction mixture obtained by subjecting a raw material compound to a hydrothermal reaction, which is a so-called waste disposal target. It is an effluent and has a lithium ion content of 1000 mg/L to 20000 mg/L. In the present invention, by using such a solution X, the lithium ion-containing waste liquid to be discarded, which was once discharged during the production of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, can be reused without waste, and the olivine-type A method for producing Li 3 PO 4 particles for obtaining lithium phosphate-based cathode materials is realized.

ここで、オリビン型リン酸リチウム系正極材料とは、所定の原料化合物を水熱反応に付した後、得られる反応混合物から溶液Xと分離し、回収された固形分から製造されるものであればよく、具体的には、例えば下記式(X)で表される。
LiaMnbFecxPO4(ただし、式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c及びxは、0<a≦1.2、0.3≦b≦1.2、0.2≦c≦1.2、及び0≦x≦0.3を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)
Here, the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material is a material that is produced by subjecting a predetermined raw material compound to a hydrothermal reaction, separating the solution X from the resulting reaction mixture, and recovering solid matter. More specifically, for example, it is represented by the following formula (X).
LiaMnbFecMxPO4 ( wherein M is Mg , Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb , Bi, La, Ce, Nd and Gd, a, b, c and x are 0<a≤1.2, 0.3≤b≤1.2 , 0.2 ≤ c ≤ 1.2, and 0 ≤ x ≤ 0.3, and a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x x = 3 indicates the number that satisfies

上記式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料は、少なくとも遷移金属としてマンガン(Mn)及び鉄(Fe)の双方を含む。すなわち、式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素であって、好ましくはMg、又はZrである。aについては、0.6≦a≦1.2が好ましく、0.65≦a≦1.15がより好ましく、0.7≦a≦1.1がさらに好ましい。bについては、0.4≦b≦0.8が好ましく、0.5≦b≦0.8がより好ましく、0.7≦b≦0.8がさらに好ましい。cについては、0.2≦c≦0.6が好ましく、0.2≦c≦0.5がより好ましく、0.2≦c≦0.3がさらに好ましい。xについては、0≦x≦0.2が好ましく、0≦x≦0.15がより好ましく、0≦x≦0.1がさらに好ましい。 The olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material represented by formula (X) contains at least both manganese (Mn) and iron (Fe) as transition metals. That is, in formula (X), M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd One or more selected elements, preferably Mg or Zr. The value of a is preferably 0.6≦a≦1.2, more preferably 0.65≦a≦1.15, and still more preferably 0.7≦a≦1.1. b is preferably 0.4≦b≦0.8, more preferably 0.5≦b≦0.8, and still more preferably 0.7≦b≦0.8. As for c, 0.2≦c≦0.6 is preferable, 0.2≦c≦0.5 is more preferable, and 0.2≦c≦0.3 is still more preferable. x is preferably 0≤x≤0.2, more preferably 0≤x≤0.15, and still more preferably 0≤x≤0.1.

具体的には、例えばLiMn0.3Fe0.7PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.9Fe0.1PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.5Fe0.5PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4等が挙げられる。なかでもLiMn0.3Fe0.7PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、又はLi0.6Mn0.84Fe0.36PO4が好ましい。 Specifically , for example , LiMn0.3Fe0.7PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , LiMn0.9Fe0.1PO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4 , LiMn0.75Fe0.19Zr _ _ _ 4 , LiMn0.6Fe0.4PO4 , LiMn0.5Fe0.5PO4 , Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4 , Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4 and the like . _ _ Among them , LiMn0.3Fe0.7PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.6Fe0.4PO4 , Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4 , or Li0.6Mn0.84Fe0.36 is preferable . _ _ .

本発明の製造方法は、工程(I)として、リチウムイオンの含有量が1000mg/L~20000mg/Lである溶液Xに、炭酸リチウムと硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸とを添加して、リチウムイオンの含有量が5000mg/L~30000mg/Lであり、かつ硫酸の含有量がリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルである混合液Aを得る工程を備える。
このように、工程(I)では、一定量のリチウムイオンを含有する溶液Xを出発原料として用いるものであり、リチウム源として炭酸リチウム或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムを、硫酸とともに添加することによって、一旦オリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造に付したリチウムイオン含有排液である溶液Xを有効に再利用することができる。
In the production method of the present invention, as step (I), lithium carbonate and sulfuric acid, or lithium carbonate, lithium sulfate and sulfuric acid are added to solution X having a lithium ion content of 1000 mg/L to 20000 mg/L. , a step of obtaining a mixed solution A having a lithium ion content of 5000 mg/L to 30000 mg/L and a sulfuric acid content of 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions.
Thus, in step (I), a solution X containing a certain amount of lithium ions is used as a starting material, and lithium carbonate or lithium carbonate and lithium sulfate are added as a lithium source together with sulfuric acid to temporarily The solution X, which is the lithium ion-containing waste liquid used in the production of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, can be effectively reused.

溶液Xを回収して、工程(I)に供するまでの間、夾雑物が混入しなければよく、特別な保管環境を必要としない。また、溶液Xのリチウムイオンの含有量を上記範囲に調整するため、希釈操作又は濃縮操作を一般的な方法で行ってもよい。
溶液Xのリチウムイオンの含有量は、得られるLi3PO4粒子をオリビン型リン酸リチウム系正極材料の製造に付す際に、その生産性を高める観点から、1000mg/L~20000mg/Lであって、好ましくは2500mg/L~20000mg/Lであり、より好ましくは4000mg/L~20000mg/Lである。
なお、溶液Xは、その他硫酸イオンを含有していてもよく、例えば、溶液X中の硫酸イオンの含有量は、後述する硫酸の添加による混合液A中の硫酸の含有量の調整を不当に阻害しない観点から、好ましくは3000mg/L~150000mg/Lであり、より好ましくは6000mg/L~150000mg/Lであり、さらに好ましくは9000mg/L~150000mg/Lである。
Contaminants need not be mixed in the solution X until it is subjected to the step (I) after the solution X is recovered, and no special storage environment is required. Further, in order to adjust the content of lithium ions in the solution X within the above range, a dilution operation or a concentration operation may be performed by a general method.
The content of lithium ions in the solution X is 1000 mg/L to 20000 mg/L from the viewpoint of increasing productivity when subjecting the obtained Li 3 PO 4 particles to the production of an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material. , preferably 2500 mg/L to 20000 mg/L, more preferably 4000 mg/L to 20000 mg/L.
In addition, the solution X may contain other sulfate ions. From the viewpoint of not inhibiting, it is preferably 3000 mg/L to 150000 mg/L, more preferably 6000 mg/L to 150000 mg/L, still more preferably 9000 mg/L to 150000 mg/L.

溶液Xの25℃におけるpHは、続いて添加する炭酸リチウムや硫酸リチウム及び硫酸を良好に溶解又は分散させる観点から、好ましくは6~9であり、より好ましくは6~8.5であり、さらに好ましくは6~8である。
また、溶液Xの温度は、好ましくは5℃~25℃であり、より好ましくは10℃~25℃である。
The pH of solution X at 25° C. is preferably 6 to 9, more preferably 6 to 8.5, and more preferably 6 to 8.5, from the viewpoint of good dissolution or dispersion of subsequently added lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid. Preferably 6-8.
The temperature of solution X is preferably 5°C to 25°C, more preferably 10°C to 25°C.

工程(I)では、かかる溶液Xに、炭酸リチウムと硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸とを添加し、リン酸化合物を添加することなく、リチウムイオンの含有量が5000mg/L~30000mg/Lであり、かつ硫酸の含有量がリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルである混合液A、すなわち炭酸リチウム、又は炭酸リチウムと硫酸リチウムとが完全溶解した混合液Aを得る。このように、混合液Aを得るにあたり、溶液Xに添加するリチウム源として、炭酸リチウム単独で用いるか、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムを併用するかのいずれかであって、炭酸リチウムを必ず用いる。
これにより、pH環境の低領域への調整を可能としつつ、炭酸リチウムや硫酸リチウムの溶解を促進する一方、溶液中に過度に溶存する、添加した炭酸リチウム由来の炭酸(溶存炭酸)をガス化又は不溶化させ、後述する工程(II)にてバブリング処理を施すこととも相まって、溶液からの溶存炭酸の除去を容易にし、棒状を呈する粒子を多く含む、固液分離の効率化を図ることが可能な特異な形状を呈したLi3PO4粒子を得ることができる。また、溶液Xへの硫酸の添加は、硝酸や有機酸、塩酸等を添加する場合に比べて排液の処理が容易であり、かつ忌避成分の生成を有効に回避することができる。そして、かかる工程(I)にてリン酸化合物を添加することなく、後述する工程(IV)にてリン酸化合物を添加することにより、効率的かつ簡易なLi3PO4粒子の製造を可能にすることができる。
このように、本発明では、炭酸リチウム由来の炭酸を介することにより、特異な形状を呈したLi3PO4粒子を効率的に得ることができる。
In step (I), lithium carbonate and sulfuric acid, or lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid are added to the solution X, and the lithium ion content is reduced from 5000 mg/L to 30000 mg/L without adding a phosphoric acid compound. L and a sulfuric acid content of 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions, that is, a mixed solution A in which lithium carbonate or lithium carbonate and lithium sulfate are completely dissolved. get As described above, in obtaining the mixed liquid A, as the lithium source to be added to the solution X, lithium carbonate is used either alone or in combination with lithium carbonate and lithium sulfate, and lithium carbonate is always used.
As a result, it is possible to adjust the pH environment to a low range, while promoting the dissolution of lithium carbonate and lithium sulfate, while gasifying carbonic acid derived from the added lithium carbonate (dissolved carbonic acid) that is excessively dissolved in the solution. Alternatively, it is insolubilized and combined with bubbling treatment in step (II) described later to facilitate the removal of dissolved carbonic acid from the solution, and it is possible to improve the efficiency of solid-liquid separation containing many rod-shaped particles. Li 3 PO 4 particles having a unique shape can be obtained. Further, the addition of sulfuric acid to the solution X makes it easier to dispose of the waste liquid than the case of adding nitric acid, organic acid, hydrochloric acid, etc., and can effectively avoid the formation of repellent components. Then, without adding a phosphoric acid compound in the step (I), by adding a phosphoric acid compound in the step (IV) described later, it is possible to produce Li 3 PO 4 particles efficiently and simply. can do.
Thus, in the present invention, Li 3 PO 4 particles having a unique shape can be efficiently obtained through carbonic acid derived from lithium carbonate.

なお、本明細書において、「炭酸リチウム、又は炭酸リチウムと硫酸リチウムとが完全溶解した混合液」とは、添加した炭酸リチウムや硫酸リチウムが溶媒中に完全に溶解し、混合液中に浮遊物や沈殿物を生じることなく、透明度の高い混合液、いわゆるスラリーとは異なる液状物質であることを意味する。「炭酸リチウム由来の炭酸(溶存炭酸)」とは、混合液中に溶解した状態で存在する炭酸であり、CO3 2-やHCO3 -等のイオン類、及び溶存する炭酸ガス(CO2)の総称である。 In this specification, "lithium carbonate, or a mixture of lithium carbonate and lithium sulfate completely dissolved" means that the added lithium carbonate or lithium sulfate is completely dissolved in the solvent, and suspended matter in the mixture is It means that it is a liquid substance different from a highly transparent mixed liquid, a so-called slurry, without generating any sediment. "Lithium carbonate-derived carbonic acid (dissolved carbonic acid)" is carbonic acid present in a dissolved state in the mixed liquid, and includes ions such as CO 3 2- and HCO 3 - , and dissolved carbon dioxide gas (CO 2 ). is a generic term for

溶液Xへの硫酸の添加量は、得られる混合液A中の硫酸の含有量が、混合液A中のリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルとなる量であればよく、溶存炭酸を効率的に除去する観点から、好ましくは0.52モル~0.95モルであり、より好ましくは0.52モル~0.90である。
また、溶液Xへの硫酸の添加量と炭酸リチウムの添加量との質量比(硫酸/炭酸リチウム)は、溶存炭酸を効率的に除去する観点から、好ましくは1.2~4.8であり、より好ましくは1.2~4.0であり、さらに好ましくは1.2~3.2である。
炭酸リチウム及び硫酸リチウムの合計添加量100質量%中、炭酸リチウムの添加量は、溶存炭酸を効率的に除去する観点から、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは75質量%以上であり、さらに好ましくは100質量%である。
The amount of sulfuric acid added to the solution X is such that the content of sulfuric acid in the resulting mixed solution A is 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions in the mixed solution A. From the viewpoint of efficiently removing dissolved carbonic acid, it is preferably 0.52 mol to 0.95 mol, more preferably 0.52 mol to 0.90 mol.
Further, the mass ratio of the amount of sulfuric acid added to the amount of lithium carbonate added to solution X (sulfuric acid/lithium carbonate) is preferably 1.2 to 4.8 from the viewpoint of efficiently removing dissolved carbonic acid. , more preferably 1.2 to 4.0, more preferably 1.2 to 3.2.
In the total amount of lithium carbonate and lithium sulfate added, which is 100% by mass, the amount of lithium carbonate added is preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, from the viewpoint of efficiently removing dissolved carbonic acid. , and more preferably 100% by mass.

工程(I)において得られる混合液Aにおけるリチウムイオンの含有量は、Li3PO4粒子の生産性を高める観点から、5000mg/L~30000mg/Lであって、好ましくは7500mg/L~27500mg/Lであり、より好ましくは10000mg/L~25000mg/Lである。
すなわち、混合液Aにおいて、リチウムイオンの含有量は溶液Xにおけるリチウムイオンの含有量よりも多く、かつこのような量になるよう、リチウム源として炭酸リチウムを単独で用いる場合には、かかる炭酸リチウムから放出されるリチウムイオンの量を考慮しつつ、リチウム源として炭酸リチウムと硫酸リチウムとを併用する場合には、炭酸リチウムと硫酸リチウムとの両方から放出されるリチウムイオンの量を考慮しつつ、これらリチウム源を添加すればよい。
The content of lithium ions in the liquid mixture A obtained in step (I) is 5000 mg/L to 30000 mg/L, preferably 7500 mg/L to 27500 mg/L, from the viewpoint of increasing the productivity of Li 3 PO 4 particles. L, more preferably 10000 mg/L to 25000 mg/L.
That is, the content of lithium ions in the mixed solution A is greater than the content of lithium ions in the solution X, and when lithium carbonate is used alone as a lithium source so as to achieve such an amount, such lithium carbonate Considering the amount of lithium ions released from, when using lithium carbonate and lithium sulfate together as a lithium source, considering the amount of lithium ions released from both lithium carbonate and lithium sulfate, These lithium sources may be added.

溶液Xへの炭酸リチウム及び硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸の添加順序は、炭酸リチウムの溶解を充分かつ効果的に促進する観点から、炭酸リチウムを添加した後、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムとを添加した後、硫酸を添加するのが好ましい。
ここで、硫酸を添加する前に、予め炭酸リチウム、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムを添加した後の溶液Xを撹拌してもよい。撹拌時間は、好ましくは5分間~300分間であり、より好ましくは10分間~180分間である。
The order of addition of lithium carbonate and sulfuric acid, or of lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid to solution X is, from the viewpoint of sufficiently and effectively promoting the dissolution of lithium carbonate, after addition of lithium carbonate, or lithium carbonate and lithium sulfate. The sulfuric acid is preferably added after the addition of and.
Here, before adding sulfuric acid, the solution X after adding lithium carbonate or lithium carbonate and lithium sulfate in advance may be stirred. The stirring time is preferably 5 minutes to 300 minutes, more preferably 10 minutes to 180 minutes.

工程(I)で得られる混合液Aの25℃におけるpHは、溶存炭酸をH2CO3の形態で残存させて、続く工程(II)において施す不活性ガスによるバブリング処理によって、効果的かつ効率的に混合液から溶存炭酸を除去する観点から、好ましくは0.5~5であり、より好ましくは1~5であり、さらに好ましくは1.5~5である。
また混合液Aの温度は、好ましくは25℃~50℃であり、より好ましくは30℃~50℃である。
The pH of the mixed liquid A obtained in step (I) at 25° C. is effectively and efficiently adjusted by bubbling with an inert gas in the following step (II) while leaving the dissolved carbonic acid in the form of H 2 CO 3 . It is preferably 0.5 to 5, more preferably 1 to 5, still more preferably 1.5 to 5, from the viewpoint of effectively removing dissolved carbonic acid from the mixed liquid.
The temperature of the mixed liquid A is preferably 25°C to 50°C, more preferably 30°C to 50°C.

本発明の製造方法は、工程(II)として、工程(I)で得られた混合液Aに不活性ガスによるバブリング処理を施して、混合液Bを得る工程を備える。このように不活性ガスによるバブリング処理を施すことによって、混合液Aに不活性ガスが吹き込まれて混合液A中に残存する溶存炭酸、特にCO2の形態で残存する溶存炭酸を効果的かつ効率的に除去することができる。そのため、製造方法として工程の簡易化を図りながら、固液分離の効率化を図ることが可能な特異な形状を呈したLi3PO4粒子を効率的に得ることができる。 The production method of the present invention includes, as step (II), a step of obtaining a mixed liquid B by subjecting the mixed liquid A obtained in the step (I) to bubbling treatment with an inert gas. By performing the bubbling treatment with an inert gas in this way, the inert gas is blown into the mixed liquid A to effectively and efficiently remove the dissolved carbonic acid remaining in the mixed liquid A, especially the dissolved carbonic acid remaining in the form of CO 2 . can be effectively removed. Therefore, it is possible to efficiently obtain Li 3 PO 4 particles having a unique shape that can improve the efficiency of solid-liquid separation while simplifying the manufacturing process.

用い得る不活性ガスとしては、好ましくは窒素、アルゴン、又はヘリウムであり、より好ましくは窒素である。
バブリング処理における不活性ガスの吹き込み総量は、充分かつ効果的に溶存炭酸を除去する観点から、吹き込んだ不活性ガスの全体積と混合液Aの体積との比(不活性ガスの全体積/混合液Aの体積)で、好ましくは0.5~15であり、より好ましくは1~15であり、さらに好ましくは2~15である。
また、バブリング処理の時間は、同様の観点から、好ましくは10分間~300分間であり、より好ましくは20分間~240分間であり、さらに好ましくは30分間~180分間である。
The inert gas that can be used is preferably nitrogen, argon or helium, more preferably nitrogen.
From the viewpoint of sufficiently and effectively removing dissolved carbonic acid, the total amount of inert gas blown in the bubbling process is the ratio of the total volume of the blown inert gas to the volume of the mixed liquid A (total volume of inert gas/mixed volume of liquid A), preferably 0.5 to 15, more preferably 1 to 15, still more preferably 2 to 15.
From the same point of view, the duration of the bubbling treatment is preferably 10 minutes to 300 minutes, more preferably 20 minutes to 240 minutes, and even more preferably 30 minutes to 180 minutes.

工程(II)で得られる混合液Bの25℃におけるpHは、酸性であり、具体的には、好ましくは0.5~5であり、より好ましくは1~5であり、さらに好ましくは1.5~5である。
また混合液Bの温度は、好ましくは20℃以上であり、より好ましくは25℃~50℃である。
The pH of the mixture B obtained in step (II) at 25° C. is acidic, specifically preferably 0.5 to 5, more preferably 1 to 5, and still more preferably 1.5. 5-5.
The temperature of the mixed liquid B is preferably 20°C or higher, more preferably 25°C to 50°C.

本発明の製造方法は、工程(III)として、工程(II)で得られた混合液Bに、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを滴下し、リチウムの含有量がリン1モルに対して2.7モル~3.3モルであり、かつアルカリ化合物の含有量が硫酸1モルに対して1.6モル~2.2モルである混合液Dを備える。すなわち、本発明では、工程(I)において、リン酸化合物を添加することなく炭酸リチウムや硫酸リチウムと硫酸とを添加する一方、工程(III)においてリン酸化合物を含有する混合液Cを滴下する。 In the production method of the present invention, as step (III), a mixture C containing a phosphoric acid compound and an alkali compound is added dropwise to the mixture B obtained in step (II), and the lithium content is 1 mol of phosphorus. 2.7 mol to 3.3 mol per 1 mol of sulfuric acid, and the content of the alkaline compound is 1.6 mol to 2.2 mol per 1 mol of sulfuric acid. That is, in the present invention, in step (I), lithium carbonate or lithium sulfate and sulfuric acid are added without adding a phosphoric acid compound, while in step (III), a mixed solution C containing a phosphoric acid compound is added dropwise. .

このように、リン酸化合物とともにアルカリ化合物を含有する混合液Cを滴下することにより、酸性の混合液Bを中和しつつ、混合液中のLiイオンとPO4イオンによって適切にLi3PO4粒子の核生成反応を制御し、棒状を呈する粒子を多く含む、固液分離の効率化を図ることが可能な特異な形状を呈したLi3PO4粒子を形成することができる。また、工程(I)で用いた溶液X中のSO4 2-イオン等の不純物によるLi3PO4粒子の純度低下や汚染を防止することもできる。 In this way, by dropping the mixed liquid C containing the alkaline compound together with the phosphoric acid compound, the acidic mixed liquid B is neutralized while the Li ions and PO 4 ions in the mixed liquid appropriately generate Li 3 PO 4 . By controlling the particle nucleation reaction, it is possible to form Li 3 PO 4 particles having a unique shape, which includes many rod-shaped particles and which can improve the efficiency of solid-liquid separation. Also, it is possible to prevent the Li 3 PO 4 particles from being degraded in purity or contaminated by impurities such as SO 4 2- ions in the solution X used in step (I).

混合液Bに滴下する混合液Cは、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する。
リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、特異な形状を呈したLi3PO4粒子を得るための適切な核生成反応を可能にする観点から、40~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。
アルカリ化合物としては、水酸化ナトリウム(アルカリイオン=ナトリウムイオン)、水酸化カリウム(アルカリイオン=カリウムイオン)から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、Li3PO4粒子の回収率や、回収したLi3PO4粒子から製造したオリビン型リン酸リチウム系正極材料を用いて得られるリチウムイオン電池の電池特性の向上の観点から、水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。かかるアルカリ化合物としては、固体(粒状、フレーク状)を使用してもよく、水溶液等のアルカリ溶液としてもよく、アルカリ水溶液とするのが好ましい。
Mixed liquid C dropped into mixed liquid B contains a phosphoric acid compound and an alkali compound.
Phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. Among them, phosphoric acid is preferably used, and from the viewpoint of enabling an appropriate nucleation reaction for obtaining Li 3 PO 4 particles exhibiting a unique shape, it is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 40 to 90% by mass. .
Examples of the alkali compound include one or more selected from sodium hydroxide (alkali ion=sodium ion) and potassium hydroxide (alkali ion=potassium ion). Among them, from the viewpoint of improving the recovery rate of Li 3 PO 4 particles and the battery characteristics of lithium ion batteries obtained by using the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material produced from the recovered Li 3 PO 4 particles, hydroxylation is used. Preference is given to using sodium. As such an alkaline compound, a solid (granular or flaky) may be used, an alkaline solution such as an aqueous solution may be used, and an alkaline aqueous solution is preferable.

混合液Cにおけるリン酸化合物の含有量は、混合液C中のリンの含有量が10000ppm~60000ppmとなる量であればよく、15000ppm~55000ppmとなる量であればより好ましい。
混合液Cにおけるアルカリ化合物の含有量は、混合液C中のリン酸1モルに対してアルカリ化合物が2.7モル~3.6モルとなる量であればよく、2.9モル~3.3モルとなる量であればより好ましい。
The content of the phosphoric acid compound in the mixture C may be such that the phosphorus content in the mixture C is 10000 ppm to 60000 ppm, more preferably 15000 ppm to 55000 ppm.
The content of the alkaline compound in the mixed solution C may be an amount such that the alkaline compound is 2.7 mol to 3.6 mol per 1 mol of phosphoric acid in the mixed solution C, and is 2.9 mol to 3.5 mol. It is more preferable if the amount becomes 3 mol.

このような混合液Cを調製するにあたり、緩衝作用によるアルカリリン酸塩の析出抑制の観点から、具体的には、リン酸化合物にアルカリ溶液を滴下した後、攪拌するのがよい。
アルカリ溶液の滴下速度は、アルカリ溶液全量をリン酸化合物へ滴下するのに要する時間換算で、好ましくは2分~50分であり、より好ましくは5分~30分である。なお、アルカリ溶液を滴下しながらもリン酸化合物を攪拌するのがよい。
また、アルカリ溶液を滴下する際におけるリン酸化合物の撹拌時間は、好ましくは5分~120分であり、より好ましくは10分~60分である。
In preparing such a mixed solution C, specifically, from the viewpoint of inhibiting the precipitation of alkali phosphate due to the buffering action, it is preferable to add the alkali solution dropwise to the phosphate compound and then stir the mixture.
The dropping rate of the alkaline solution is preferably 2 minutes to 50 minutes, more preferably 5 minutes to 30 minutes, in terms of the time required to drop the total amount of the alkaline solution onto the phosphoric acid compound. In addition, it is preferable to stir the phosphoric acid compound while dropping the alkaline solution.
The stirring time of the phosphoric acid compound when dropping the alkaline solution is preferably 5 minutes to 120 minutes, more preferably 10 minutes to 60 minutes.

混合液Cの温度は、好ましくは40℃~70℃であり、より好ましくは45℃~65℃である。
また混合液Cの25℃におけるpHは、好ましくは12~14であり、より好ましくは12~13.5であり、さらに好ましくは12~13である。
The temperature of the mixed liquid C is preferably 40°C to 70°C, more preferably 45°C to 65°C.
The pH of the mixture C at 25° C. is preferably 12-14, more preferably 12-13.5, still more preferably 12-13.

次いで、工程(III)では、得られた混合液Cを混合液Bに滴下して、混合液Dを得る。こうしたリン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cの混合液Bへの滴下によって、Li3PO4粒子の核生成反応を適切に制御し、純度が高く、かつ固液分離の効率化を図ることが可能な特異な形状を呈したLi3PO4粒子を効率良く生成させることができる。 Next, in step (III), the obtained mixed liquid C is added dropwise to the mixed liquid B to obtain a mixed liquid D. By dropping the mixed liquid C containing the phosphoric acid compound and the alkali compound into the mixed liquid B, the nucleation reaction of the Li 3 PO 4 particles is appropriately controlled, the purity is high, and the efficiency of solid-liquid separation is improved. Li 3 PO 4 particles exhibiting a unique shape that can be produced can be efficiently produced.

混合液Cの滴下速度は、特異な形状を呈したLi3PO4粒子の核生成反応を適切に制御する観点から、混合液C全量を混合液Bへ滴下するのに要する時間換算で、好ましくは10分~100分であり、より好ましくは10分~30分である。なお、混合液Cを滴下しながらも混合液Bを攪拌するのがよい。
また、混合液Bに混合液Cを滴下した後、攪拌するのがよく、かかる撹拌時間は、具体的には、好ましくは10分~60分であり、より好ましくは10分~30分である。
From the viewpoint of appropriately controlling the nucleation reaction of the Li 3 PO 4 particles exhibiting a unique shape, the dropping rate of the mixed liquid C is preferably in terms of the time required to drop the entire amount of the mixed liquid C into the mixed liquid B. is 10 to 100 minutes, more preferably 10 to 30 minutes. In addition, it is preferable to stir the mixed liquid B while the mixed liquid C is dripped.
Further, after the mixed liquid C is added dropwise to the mixed liquid B, it is preferable to stir. Specifically, the stirring time is preferably 10 minutes to 60 minutes, more preferably 10 minutes to 30 minutes. .

混合液Dにおけるリチウムの含有量は、混合液D中のリン1モルに対し、2.7モル~3.3モルであって、好ましくは2.7モル~3.2モルであり、より好ましくは2.7モル~3.1モルである。
混合液Dにおけるアルカリ化合物の含有量は、混合液D中の硫酸1モルに対し、1.6モル~2.2モルであって、好ましくは1.7モル~2.1モルであり、より好ましくは1.8モル~2.0モルである。
混合液Dにおけるリチウムの含有量及びアルカリ化合物の含有量がこのような量となるよう、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを混合液Bに滴下すればよい。
The content of lithium in the mixed solution D is 2.7 mol to 3.3 mol, preferably 2.7 mol to 3.2 mol, more preferably 1 mol of phosphorus in the mixed solution D. is 2.7 mol to 3.1 mol.
The content of the alkali compound in the mixed solution D is 1.6 mol to 2.2 mol, preferably 1.7 mol to 2.1 mol, per 1 mol of sulfuric acid in the mixed solution D, and more It is preferably 1.8 mol to 2.0 mol.
The mixture C containing the phosphoric acid compound and the alkali compound may be added dropwise to the mixture B so that the content of lithium and the content of the alkali compound in the mixture D are such amounts.

工程(III)で得られる混合液Dの温度は、好ましくは30℃~70℃であり、より好ましくは40℃~60℃である。
また混合液Dの25℃におけるpHは、好ましくは9~12であり、より好ましくは9~11.5である。
The temperature of the mixture D obtained in step (III) is preferably 30°C to 70°C, more preferably 40°C to 60°C.
The pH of the mixture D at 25° C. is preferably 9-12, more preferably 9-11.5.

本発明の製造方法は、工程(IV)として、工程(III)で得られた混合液Dを固液分離して、Li3PO4粒子を得る工程を備える。混合液Dでは、純度が高く、かつ固液分離の効率化を図ることが可能な特異な形状を呈したLi3PO4粒子が析出しているため、これを工程(IV)において沈殿回収すればよい。固液分離に用いる装置しては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機、減圧濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的にLi3PO4粒子を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。 The production method of the present invention includes, as step (IV), a step of solid-liquid separation of the mixture D obtained in step (III) to obtain Li 3 PO 4 particles. In the mixed solution D, Li 3 PO 4 particles having a high purity and a peculiar shape that can improve the efficiency of solid-liquid separation are precipitated. Just do it. Apparatuses used for solid-liquid separation include, for example, a filter press, a centrifugal filter, and a vacuum filter. Among them, it is preferable to use a filter press from the viewpoint of obtaining Li 3 PO 4 particles efficiently.

得られたLi3PO4粒子(ケーキ)は、さらに乾燥するのが望ましい。かかる乾燥手段としては、恒温乾燥、凍結乾燥又は真空乾燥が好ましい。 The Li 3 PO 4 particles (cake) obtained are preferably further dried. As such a drying means, constant temperature drying, freeze drying or vacuum drying is preferable.

本発明の製造方法は、Li3PO4粒子の核生成反応を適切に制御し、固液分離の効率化を図ることのできる特異な形状、すなわち棒状を呈する粒子を多く含む微細なLi3PO4粒子を得ることができ、かかるLi3PO4粒子であれば、洗浄の際に用いる水量を効果的に低減できる高いろ過性を発現するため、洗浄時間の短縮化も可能となり、固液分離の効率化を有効に図ることができる。また本発明の製造方法により得られるLi3PO4粒子は、良好な電池特性の発現も可能であるため、高性能なオリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造する上で有用な原材料となる。 The production method of the present invention appropriately controls the nucleation reaction of Li 3 PO 4 particles and produces fine Li 3 PO 4 containing many particles exhibiting a unique shape, that is, a rod shape, which can improve the efficiency of solid-liquid separation. 4 particles can be obtained, and such Li 3 PO 4 particles exhibit high filterability that can effectively reduce the amount of water used for washing, so it is possible to shorten the washing time and solid-liquid separation. efficiency can be effectively achieved. In addition, since the Li 3 PO 4 particles obtained by the production method of the present invention can exhibit good battery characteristics, they are useful raw materials for producing high-performance olivine-type lithium phosphate-based positive electrode materials.

具体的には、得られるLi3PO4粒子の平均アスペクト比は、棒状を呈する粒子を多く含んでろ過性を高める観点から、好ましくは3~6であり、より好ましくは3~5.5であり、さらに好ましくは3~5である。
なお、Li3PO4粒子の平均アスペクト比とは、Li3PO4粒子を任意に200個抽出し、長径方向における差し渡し長さの最大値、及びその長径方向に直交する方向における最大差し渡し長さを測定して各々その平均値を求め、短尺である方の長さに対する長尺である方の長さの比をアスペクト比とし、その平均値を意味する。
Specifically, the average aspect ratio of the obtained Li 3 PO 4 particles is preferably 3 to 6, more preferably 3 to 5.5, from the viewpoint of containing many rod-shaped particles and enhancing filterability. Yes, more preferably 3-5.
The average aspect ratio of the Li 3 PO 4 particles is defined as the maximum span length in the major axis direction and the maximum span length in the direction perpendicular to the major axis direction of arbitrarily extracted 200 Li 3 PO 4 particles. is measured and the average value thereof is obtained, and the ratio of the length of the long side to the length of the short side is defined as the aspect ratio, and the average value is meant.

また、得られるLi3PO4粒子の平均粒径(D50)は、好ましくは1μm~20μmであり、より好ましくは4μm~20μmであり、さらに好ましくは7μm~20μmである。
なお、Li3PO4粒子の平均粒径(D50)とは、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の累積50%粒子径を意味する。
得られるLi3PO4粒子のBET比表面積は、好ましくは1m2/g以上であり、より好ましくは3m2/g以上であり、好ましくは15m2/以下である。
The average particle size (D 50 ) of the obtained Li 3 PO 4 particles is preferably 1 μm to 20 μm, more preferably 4 μm to 20 μm, still more preferably 7 μm to 20 μm.
The average particle size (D 50 ) of the Li 3 PO 4 particles means the volume-based cumulative 50% particle size measured by a laser diffraction/scattering method.
The BET specific surface area of the obtained Li 3 PO 4 particles is preferably 1 m 2 /g or more, more preferably 3 m 2 /g or more, and preferably 15 m 2 / or less.

本発明の製造方法により得られるLi3PO4粒子には、特異な形状の付与、及び粒子の微細化を可能にする観点から、工程(I)において充分に溶解しきれなかった炭酸リチウムや硫酸リチウムに由来する炭素や、工程中において充分に除去しきれなかった溶存炭酸に由来する炭素が残存していないことが好ましい。かかる炭素の残存量は、具体的には、Li3PO4粒子中に、好ましくは0.3質量%以下であり、より好ましくは0.2質量%以下である。
かかるLi3PO4粒子における炭素の残存量は、炭素硫黄分析装置(EMIA-220V2、(株)堀場製作所製)を用いて確認することができる。
Li 3 PO 4 particles obtained by the production method of the present invention contain lithium carbonate and sulfuric acid, which were not sufficiently dissolved in the step (I), from the viewpoint of making it possible to impart a unique shape and make the particles finer. It is preferable that no carbon derived from lithium or carbon derived from dissolved carbonic acid that could not be sufficiently removed during the process remain. Specifically, the residual amount of carbon in the Li 3 PO 4 particles is preferably 0.3% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or less.
The amount of carbon remaining in such Li 3 PO 4 particles can be confirmed using a carbon-sulfur analyzer (EMIA-220V2, manufactured by Horiba, Ltd.).

本発明の製造方法により得られるLi3PO4粒子を原材料として用い、例えば上記式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る場合、次の工程(i)~(ii):
(i)得られたLi3PO4粒子に、鉄化合物及びマンガン化合物を含み、かつ金属(M)化合物(MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。)を含み得る金属源を添加及び混合した後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程
(ii)工程(i)で得られた反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程
を備える製造方法により得ることができる。
When Li 3 PO 4 particles obtained by the production method of the present invention are used as a raw material to obtain, for example, the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material represented by the above formula (X), the following steps (i) to (ii) are performed. :
(i) The obtained Li 3 PO 4 particles contain an iron compound and a manganese compound, and a metal (M) compound (M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, one or more elements selected from Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd. (ii) separating a solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in step (i) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material; can be obtained by

上記工程(i)は、本発明の製造方法により得られたLi3PO4粒子に、鉄化合物及びマンガン化合物を含み、かつ金属(M)化合物(MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。)を含み得る金属源を添加及び混合した後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程である。 In the above step (i), the Li 3 PO 4 particles obtained by the production method of the present invention contain an iron compound and a manganese compound, and a metal (M) compound (M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, one or more elements selected from Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd). After addition and mixing, it is subjected to a hydrothermal reaction to obtain a reaction mixture.

用い得る鉄化合物としては、2価の鉄化合物及びこれらの水和物等であればよく、例えば、ハロゲン化鉄等のハロゲン化物;硫酸鉄等の硫酸塩;シュウ酸鉄、酢酸鉄等の有機酸塩;並びにこれらの水和物等が挙げられる。なかでも、電池物性を高める観点、又は工程(i)で得られる排液をさらに本発明の製造方法にて有効活用する観点から、硫酸鉄又はその水和物を用いるのが好ましい。 Iron compounds that can be used include divalent iron compounds and hydrates thereof. Examples include halides such as iron halides; sulfates such as iron sulfate; organic compounds such as iron oxalate and iron acetate; acid salts; and hydrates thereof. Among them, iron sulfate or a hydrate thereof is preferably used from the viewpoint of improving the physical properties of the battery or effectively utilizing the waste liquid obtained in the step (i) in the production method of the present invention.

用い得るマンガン化合物としても2価のマンガン化合物及びこれらの水和物等であればよく、例えば、ハロゲン化マンガン等のハロゲン化物;硫酸マンガン等の硫酸塩;シュウ酸マンガン、酢酸マンガン等の有機酸塩;並びにこれらの水和物等が挙げられる。なかでも、電池物性を高める観点、又は工程(i)で得られる排液をさらに本発明の製造方法における溶液Xの一部として有効活用する観点から、硫酸マンガン又はその水和物を用いるのが好ましい。 Manganese compounds that can be used include divalent manganese compounds and hydrates thereof. Examples include halides such as manganese halides; sulfates such as manganese sulfate; organic acids such as manganese oxalate and manganese acetate; salts; and hydrates thereof. Among them, manganese sulfate or a hydrate thereof is preferably used from the viewpoint of improving the physical properties of the battery or effectively utilizing the waste liquid obtained in the step (i) as part of the solution X in the production method of the present invention. preferable.

鉄化合物及びマンガン化合物以外の金属化合物としては、金属として式(X)中のM(MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。)を含むものであればよく、鉄化合物及びマンガン化合物と同様、例えば、ハロゲン化物、硫酸塩、有機酸塩、並びにこれらの水和物等が挙げられる。なかでも、電池物性を高める観点から、硫酸塩又はその水和物を用いるのが好ましく、MがMg、又はZrである金属(M)硫酸塩を用いるのがより好ましい。 As metal compounds other than iron compounds and manganese compounds, M (M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, one or more elements selected from Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd.), as well as iron compounds and manganese compounds, such as halides, sulfuric acid Salts, organic acid salts, hydrates thereof, and the like are included. Among them, from the viewpoint of improving the physical properties of the battery, it is preferable to use sulfates or hydrates thereof, and it is more preferable to use metal (M) sulfates in which M is Mg or Zr.

鉄化合物及びマンガン化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1~30:70であり、より好ましくは95:5~40:60であり、さらに好ましくは90:10~50:50である。 The molar ratio of the iron compound and the manganese compound (manganese compound:iron compound) is preferably 99:1 to 30:70, more preferably 95:5 to 40:60, still more preferably 90:10 to It is 50:50.

本発明の製造方法により得られたLi3PO4粒子は、水とともにLi3PO4含有混合物とし、これに上記鉄化合物及びマンガン化合物を含む金属化合物等の金属源を添加して混合して、水熱反応に付するための混合物を製造する。かかる金属源の添加順序は、特に制限されない。
Li3PO4含有混合物に金属源を混合する前、予めかかるLi3PO4含有混合物を撹拌しておくのが好ましい。Li3PO4含有混合物の撹拌時間は、好ましくは1分~10分であり、より好ましくは2分~8分である。この撹拌によって、均斉性が確保されたLi3PO4含有混合物を得ることができる。
The Li 3 PO 4 particles obtained by the production method of the present invention are mixed with water to form a Li 3 PO 4 -containing mixture, to which a metal source such as a metal compound containing the iron compound and manganese compound is added and mixed. A mixture is prepared for hydrothermal reaction. The order of addition of such metal sources is not particularly limited.
Prior to mixing the Li 3 PO 4 -containing mixture with the metal source, it is preferred to previously stir the Li 3 PO 4 -containing mixture. The stirring time of the Li 3 PO 4 -containing mixture is preferably 1 minute to 10 minutes, more preferably 2 minutes to 8 minutes. By this stirring, a Li 3 PO 4 -containing mixture with ensured symmetry can be obtained.

次いで、Li3PO4含有混合物に金属源を添加及び混合する。金属源の混合は、Li3PO4含有混合物を撹拌しながら行う。かかる混合物のpHは、好ましくは3.5~8であり、より好ましくは4~7である。また、これら金属源の合計添加量は、混合物に含有されるLi3PO41モルに対し、好ましくは0.90~1.10モルであり、より好ましくは0.95~1.05モルである。 A metal source is then added and mixed into the Li 3 PO 4 -containing mixture. Mixing of the metal source is performed while stirring the Li 3 PO 4 -containing mixture. The pH of such mixtures is preferably 3.5-8, more preferably 4-7. The total amount of these metal sources added is preferably 0.90 to 1.10 mol, more preferably 0.95 to 1.05 mol, per 1 mol of Li 3 PO 4 contained in the mixture. be.

得られたLi3PO4と金属源を含有する混合物を、水熱反応に付する。これにより、オリビン型リン酸リチウム系正極材料となる化合物を生成させ、これを含む反応混合物を得ることができる。Li3PO4と金属源を含有する混合物を製造する際に用いる水の使用量は、金属源の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、かかる混合物中に含有されるLi3PO41モルに対し、好ましくは10モル~90モルであり、より好ましくは20モル~70モルである。
また、上記水熱反応に付される混合物に、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることでオリビン型リン酸リチウム系正極材料となる化合物の生成が抑制されるのを防止する観点から、金属源1モルに対し、好ましくは0.01モル~1モルであり、より好ましくは0.03モル~0.5モルである。
The resulting mixture containing Li 3 PO 4 and metal source is subjected to a hydrothermal reaction. As a result, a compound that becomes an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material can be produced, and a reaction mixture containing the compound can be obtained. The amount of water used in producing the mixture containing Li 3 PO 4 and the metal source is determined from the viewpoint of the solubility of the metal source, the ease of stirring, the efficiency of synthesis, etc. It is preferably 10 to 90 mol, more preferably 20 to 70 mol, per 1 mol of Li 3 PO 4 .
Moreover, an antioxidant may be added to the mixture to be subjected to the hydrothermal reaction, if necessary. Examples of such antioxidants include sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ), aqueous ammonia, and the like. The amount of the antioxidant added is preferably 0.1 to 1 mol of the metal source, from the viewpoint of preventing suppression of the production of the compound that becomes the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material due to excessive addition. 01 mol to 1 mol, more preferably 0.03 mol to 0.5 mol.

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

上記工程(ii)は、上記工程(i)で得られたオリビン型リン酸リチウム系正極材料を含む反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程である。かかる反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離する、いわゆる固液分離に用いる装置しては、上記と同様のものを用いることができ、効率的に正極材料を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。
さらに、得られた正極材料は、水で洗浄するのが好ましい。正極材料を水で洗浄する際、正極材料1質量部に対し、水を3質量部~20質量部用いるのが好ましく、5質量部~15質量部用いるのがより好ましい。
洗浄した水は、正極材料から洗い流された未反応のLiイオンを含むため、かかる洗浄水を全量回収し、固液分離で得られた溶液とともに、本発明の工程(I)の溶液Xとして活用することができる。かかる洗浄水の回収を効率的に行うために、フィルタープレス機を用いて洗浄と固液分離をするのが好ましい。得られた回収水は、工程(I)で活用されるまでの間に夾雑物が混入しなければよく、特別な保管環境を必要としない。また、この回収水中のLiイオン濃度の調整のため、希釈操作又は濃縮操作を一般的な方法で行うことができる。
In the step (ii), a solution containing unreacted Li ions is separated from the reaction mixture containing the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material obtained in the step (i) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material. is the process of obtaining As an apparatus used for so-called solid-liquid separation, which separates a solution containing unreacted Li ions from such a reaction mixture, the same apparatus as described above can be used, and from the viewpoint of efficiently obtaining a positive electrode material, a filter press It is preferred to use a machine.
Furthermore, it is preferable to wash the obtained positive electrode material with water. When washing the positive electrode material with water, it is preferable to use 3 to 20 parts by mass, more preferably 5 to 15 parts by mass, of water per 1 part by mass of the positive electrode material.
Since the washed water contains unreacted Li ions that have been washed away from the positive electrode material, the entire amount of the washed water is recovered and used as solution X in step (I) of the present invention together with the solution obtained by solid-liquid separation. can do. In order to efficiently collect the washing water, it is preferable to use a filter press for washing and solid-liquid separation. The recovered water obtained does not need to be contaminated with contaminants until it is used in step (I), and does not require a special storage environment. Moreover, for adjustment of the Li ion concentration in this recovered water, a dilution operation or a concentration operation can be performed by a general method.

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

かかるオリビン型リン酸リチウム系正極材料の平均粒径は、好ましくは10nm~200nmであり、より好ましくは30nm~150nmである。 The average particle size of such an olivine-type lithium phosphate positive electrode material is preferably 10 nm to 200 nm, more preferably 30 nm to 150 nm.

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

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

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

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

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

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

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

次に、得られたオリビン型リン酸リチウム系正極材料を含有するリチウムイオン二次電池について説明する。
かかる正極材料を適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。
Next, a lithium ion secondary battery containing the obtained olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material will be described.
A lithium-ion secondary battery to which such a positive electrode material can be applied is not particularly limited as long as it essentially comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator.

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

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

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

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

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
表1~2に示す条件にしたがって、Li3PO4粒子を製造した。
具体的には、リチウムイオンの含有量が10000mg/L、硫酸イオンの含有量が69000mg/Lである溶液X110L(25℃におけるpH=7.2、温度20℃)に、Li2CO3(FMC社製、純度99%)0.59kg、硫酸(株式会社クリタ製、純度95%)0.98kgを添加して、混合液A1(混合液A1中のLiイオン1モルに対する硫酸の含有量=0.55モル、Liイオンの含有量=20000mg/L、25℃におけるpH=4.2、温度30℃)を調製した。得られた混合液A1を10分間撹拌し、その後撹拌しながら混合液A1に窒素によるバブリング処理(窒素の全体積/混合液A1の体積=4)を30分間施して、混合液B1(25℃におけるpH=4.2、温度25℃)を得た。
別途、水5Lとリン酸(下関三井化学株式会社製、75%)1.35kgを混合し、次いでNaOH溶液(株式会社クリタ製、純度48%)2.75kgを滴下しながら撹拌・混合した後、さらに10分間撹拌して混合液C1(リン酸1モルに対するNaOHの含有量=3.2モル、25℃におけるpH=13、温度60℃)を得た。
[Example 1]
Li 3 PO 4 particles were produced according to the conditions shown in Tables 1 and 2.
Specifically, Li 2 CO 3 was added to 10 L of solution X 1 having a lithium ion content of 10000 mg/L and a sulfate ion content of 69000 mg/L (pH=7.2 at 25° C., temperature 20° C.). (manufactured by FMC Co., purity 99%) and 0.98 kg of sulfuric acid (manufactured by Kurita Co., Ltd., purity 95%) were added to obtain a mixture A 1 (the ratio of sulfuric acid to 1 mol of Li ions in the mixture A 1 ). content = 0.55 mol, Li ion content = 20000 mg/L, pH at 25°C = 4.2, temperature 30°C). The resulting mixed solution A 1 was stirred for 10 minutes, and then the mixed solution A 1 was subjected to bubbling treatment with nitrogen for 30 minutes while stirring (total volume of nitrogen/volume of mixed solution A 1 = 4) to obtain mixed solution B. 1 (pH=4.2 at 25° C., temperature 25° C.) was obtained.
Separately, 5 L of water and 1.35 kg of phosphoric acid (manufactured by Shimonoseki Mitsui Chemicals, Inc., 75%) were mixed, and then 2.75 kg of NaOH solution (manufactured by Kurita Co., Ltd., purity 48%) was added dropwise while stirring and mixing. , and further stirred for 10 minutes to obtain a mixed solution C 1 (NaOH content per 1 mol of phosphoric acid=3.2 mol, pH at 25° C.=13, temperature 60° C.).

次に、混合液B1に混合液C1を滴下しながら(滴下速度=混合液C1全量を混合液B1へ滴下するのに要した時間は12.5分撹拌・混合し、さらに10分間撹拌して混合液D1(P1モルに対するLiの含有量=2.94モル、硫酸1モルに対するNaOHの含有量=2.0モル)を得た。混合液D1の一部を分取し、粒度分布を測定した。混合液D1に含まれるLi3PO4凝集体の粒度分布D50は9μmであった。
得られた混合液D110Lを、減圧濾過機を用いて濾過し、ろ液を除去した。次いで、得られた固形分に500mlの洗浄水を投入し、ろ過できるまでの時間を計測した。ろ過後のろ液について、導電率を測定し、その後別容器に溜めた。この洗浄操作をろ過後のろ液の導電率が8mS/cm以下になるまで繰り返した。
洗浄後、得られたLi3PO4ケーキを凍結乾燥してLi3PO4粒子を得た。得られたLi3PO4粒子Z1の炭素量は検出限界以下であった。
得られたLi3PO4粒子は空間群Pmnbsに相当するX線回折パターンを示す単相であった。また、得られたLi3PO4粒子のSEM像を図1に示すとともに、かかるLi3PO4粒子の物性を表3に示す。
Next, while dropping the mixed liquid C 1 into the mixed liquid B 1 (dropping speed = the time required to drop the entire amount of the mixed liquid C 1 into the mixed liquid B 1 is 12.5 minutes). After stirring for a minute, a mixed solution D 1 (Li content per 1 mol of P = 2.94 mol, NaOH content per 1 mol of sulfuric acid = 2.0 mol) was obtained. The particle size distribution D 50 of the Li 3 PO 4 aggregates contained in the mixture D 1 was 9 μm.
10 L of the resulting mixture D 1 was filtered using a vacuum filter to remove the filtrate. Next, 500 ml of washing water was added to the obtained solid content, and the time until filtration was completed was measured. The conductivity of the filtrate after filtration was measured and then collected in another container. This washing operation was repeated until the conductivity of the filtrate after filtration became 8 mS/cm or less.
After washing, the resulting Li 3 PO 4 cake was lyophilized to obtain Li 3 PO 4 particles. The carbon content of the obtained Li 3 PO 4 particles Z 1 was below the detection limit.
The obtained Li 3 PO 4 particles were a single phase exhibiting an X-ray diffraction pattern corresponding to the space group Pmnbs. FIG. 1 shows an SEM image of the obtained Li 3 PO 4 particles, and Table 3 shows the physical properties of the Li 3 PO 4 particles.

[実施例2]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ溶液X110L(25℃におけるpH=7.2、温度20℃)に、Li2CO30.59kg、硫酸0.88kgを添加して、混合液A2(混合液A2中のLiイオン1モルに対する硫酸の含有量=0.52モル、25℃におけるpH=4.8、温度30℃)を調製した以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Example 2]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 0.59 kg of Li 2 CO 3 and 0.88 kg of sulfuric acid were added to 10 L of solution X 1 (pH at 25° C.=7.2, temperature of 20° C.) to form a mixed solution. A 2 (sulfuric acid content per 1 mol of Li ions in mixed solution A 2 =0.52 mol, pH at 25°C = 4.8, temperature 30°C) was prepared in the same manner as in Example 1. to obtain Li 3 PO 4 particles.

[実施例3]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ水5Lとリン酸1.41kgを混合し、次いでNaOH溶液2.75kgを滴下しながら撹拌・混合した後、さらに10分間撹拌して混合液C3(リン酸1モルに対するNaOHの含有量=3.05モル、25℃におけるpH=12、温度60℃)を調製した以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Example 3]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 5 L of water and 1.41 kg of phosphoric acid were mixed, followed by stirring and mixing while dropping 2.75 kg of NaOH solution, and then stirring for 10 minutes to obtain a mixed solution C 3 ( Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of NaOH to 1 mol of phosphoric acid=3.05 mol, pH at 25° C.=12, and temperature of 60° C.).

[実施例4]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ水5Lとリン酸1.35kgを混合し、次いでNaOH溶液2.49kgを滴下しながら撹拌・混合した後、さらに10分間撹拌して混合液C4(リン酸1モルに対するNaOHの含有量=2.9モル、25℃におけるpH=12、温度55℃)を調製した以外、実施例1と同様にしてLi3PO4粒子を得た。
[Example 4]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 5 L of water and 1.35 kg of phosphoric acid were mixed, followed by stirring and mixing while dropping 2.49 kg of NaOH solution, and then stirring for 10 minutes to obtain a mixed solution C 4 ( Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the content of NaOH to 1 mol of phosphoric acid=2.9 mol, pH at 25° C.=12, and temperature of 55° C.).

[比較例1]
予めリン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを調製することなく、混合液Bにアルカリ化合物、及びリン酸化合物を順次添加することによって混合液Dを調製し、表1~2に示す条件にしたがって、Li3PO4粒子を得た。
具体的には、リチウムイオンの含有量が12000mg/L、硫酸イオンの含有量が83000mg/Lである溶液X110L(25℃におけるpH=6.7、温度20℃)に、Li2CO3(FMC社製、純度99%)0.73kg、硫酸(株式会社クリタ製、純度95%)1.27kgを添加して、混合液Ax1(混合液Ax1中のLiイオン1モルに対する硫酸の含有量=0.57モル、Liイオンの含有量=24000mg/L、25℃におけるpH=3.9、温度30℃)を調製した。得られた混合液Ax1を10分間撹拌し、その後撹拌しながら混合液Ax1に窒素によるバブリング処理(窒素の全体積/混合液A1の体積=5)を30分間施して、混合液Bx1(25℃におけるpH=3.9、温度25℃)を得た。
得られた混合液Bx1にNaOH溶液(株式会社クリタ製、純度48%)4.29kgを滴下しながら(混合液B1中のリチウムイオン1モルに対するNaイオンの添加量=1.4モル、)撹拌・混合し、さらに10分間撹拌して混合液Cx1(25℃におけるpH=14・測定不可、温度45℃)を得た。
[Comparative Example 1]
Without preparing the mixed solution C containing the phosphoric acid compound and the alkaline compound in advance, the alkaline compound and the phosphoric acid compound are sequentially added to the mixed solution B to prepare the mixed solution D under the conditions shown in Tables 1 and 2. Li 3 PO 4 particles were obtained according to
Specifically , Li 2 CO 3 (manufactured by FMC, purity 99%) 0.73 kg and sulfuric acid (manufactured by Kurita Co., Ltd., purity 95%) 1.27 kg were added to mix liquid A x1 (the amount of sulfuric acid per mole of Li ions in the mixed liquid A x1 ). content=0.57 mol, Li ion content=24000 mg/L, pH at 25° C.=3.9, temperature 30° C.). The obtained mixed solution A x1 was stirred for 10 minutes, and then the mixed solution A x1 was subjected to bubbling treatment with nitrogen for 30 minutes while stirring (total volume of nitrogen/volume of mixed solution A 1 = 5), and mixed solution B x1 (pH=3.9 at 25°C, temperature 25°C) was obtained.
While 4.29 kg of NaOH solution (manufactured by Kurita Co., Ltd., purity 48%) was added dropwise to the obtained mixed solution B x1 (addition amount of Na ions per 1 mol of lithium ions in the mixed solution B 1 = 1.4 mol, ) was stirred and mixed, and further stirred for 10 minutes to obtain a mixed liquid C x1 (pH at 25° C.=14, not measurable, temperature 45° C.).

次いで、混合液Cx1を撹拌しながら、混合液Cx1にリン酸(下関三井化学株式会社製、75%)1.60kg(混合液C1中のLiイオン1モルに対するH3PO4の添加量=0.33モル)を滴下しながら撹拌・混合し、さらに10分間撹拌して混合液Dx1(25℃におけるpH=12.5、温度50℃)を得た。
得られた混合液Dx1から、実施例1と同様にして、Li3PO4粒子を得た。
Next, while stirring the mixed solution C x1 , 1.60 kg of phosphoric acid (manufactured by Shimonoseki Mitsui Chemicals, Inc., 75%) (addition of H 3 PO 4 to 1 mol of Li ions in the mixed solution C 1 amount = 0.33 mol) was added dropwise and stirred and mixed, and further stirred for 10 minutes to obtain a mixed solution D x1 (pH at 25°C = 12.5, temperature 50°C).
Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1 from the resulting mixture D x1 .

[比較例2]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ溶液X110L(25℃におけるpH=7.2、温度20℃)に、Li2CO30.59kg、硫酸0.82kgを添加して、混合液Ax2(混合液Ax2中のLiイオン1モルに対する硫酸の含有量=0.50モル、25℃におけるpH=5.8、温度30℃)を調製した以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Comparative Example 2]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 0.59 kg of Li 2 CO 3 and 0.82 kg of sulfuric acid were added to 10 L of solution X 1 (pH at 25° C.=7.2, temperature of 20° C.) to form a mixed solution. The same operation as in Example 1 was performed except that A x2 (content of sulfuric acid per 1 mol of Li ions in mixed solution A x2 = 0.50 mol, pH at 25 ° C. = 5.8, temperature 30 ° C.) was prepared. to obtain Li 3 PO 4 particles.

[比較例3]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ混合液A1に対して窒素によるバブリング処理を施さなかった以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Comparative Example 3]
Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in Tables 1 and 2 were followed and the mixture A 1 was not subjected to nitrogen bubbling.

[比較例4]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ水5Lとリン酸1.65kgを混合し、次いでNaOH溶液2.74kgを滴下しながら撹拌・混合した後、さらに10分間撹拌して混合液Cx4(リン酸1モルに対するNaOHの含有量=2.6モル、25℃におけるpH=11、温度60℃)を調製した以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Comparative Example 4]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 5 L of water and 1.65 kg of phosphoric acid were mixed, and then stirred and mixed while dropping 2.74 kg of NaOH solution, and then stirred for 10 minutes to obtain a mixed solution C x4 ( Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of NaOH to 1 mol of phosphoric acid=2.6 mol, pH at 25° C.=11, and temperature of 60° C.).

[比較例5]
表1~2に示す条件にしたがい、かつ水5Lとリン酸1.35kgを混合し、次いでNaOH溶液1.98kgを滴下しながら撹拌・混合した後、さらに10分間撹拌して混合液Cx5(リン酸1モルに対するNaOHの含有量=2.3モル、25℃におけるpH=11、温度50℃)を調製した以外、実施例1と同様の操作をしてLi3PO4粒子を得た。
[Comparative Example 5]
According to the conditions shown in Tables 1 and 2, 5 L of water and 1.35 kg of phosphoric acid were mixed, and then 1.98 kg of NaOH solution was added dropwise while stirring and mixing, and then stirred for another 10 minutes. Li 3 PO 4 particles were obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of NaOH to 1 mol of phosphoric acid=2.3 mol, pH at 25° C.=11, and temperature of 50° C.).

《Li3PO4粒子のろ過性評価》
・ろ過時間の測定
各工程中において得られた混合液Dを10L分取して、吸引ろ過によってケーキとろ液とに固液分離できるまでの時間を計測した。なお、得られたろ液は除去した。
<< Filterability evaluation of Li3PO4 particles>>
Measurement of Filtration Time 10 L of the mixture D obtained in each step was sampled, and the time required for solid-liquid separation into cake and filtrate by suction filtration was measured. The obtained filtrate was removed.

・洗浄水量の測定
ろ過時間の測定の際に得られたケーキに500mlの水を投入した後、吸引ろ過し、ろ液を得た。次いで、得られたろ液の導電率を計測した。導電率を計測した後、ろ液を除去し、ろ液の全量を別容器に格納した。
導電率が8mS/cm以下になるまで上記操作を繰り返し、8mS/cm以下になったところまでに使用した洗浄水量を測定して洗浄水量とした。
- Measurement of amount of washing water After 500 ml of water was added to the cake obtained when measuring the filtration time, suction filtration was performed to obtain a filtrate. The conductivity of the resulting filtrate was then measured. After measuring the electrical conductivity, the filtrate was removed and the whole amount of the filtrate was stored in another container.
The above operation was repeated until the electrical conductivity became 8 mS/cm or less, and the amount of washing water used until the conductivity became 8 mS/cm or less was measured and used as the washing water amount.

・洗浄時に溶出したリンの量
別容器に溜めたろ液中のP量をICP発光分光装置(ULTIMA2、堀場製作所社製)にて定量した。なお、かかる量が少ない程、洗浄効率がよいことを意味する。
Amount of phosphorus eluted during washing The amount of P in the filtrate collected in another container was quantified using an ICP emission spectrometer (ULTIMA2, manufactured by Horiba, Ltd.). It should be noted that the smaller the amount, the better the cleaning efficiency.

《充放電特性の評価》
表3に示す各Li3PO4粒子を原材料として用いて常法によりオリビン型リン酸リチウム系正極材料を製造し、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、オリビン型リン酸リチウム系正極材料、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを重量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN-メチル-2-ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記の正極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が-50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型リチウムイオン二次電池(CR-2032)を製造した。
製造したリチウムイオン二次電池を用いて定電流密度での充放電試験を行った。このときの充電条件は、電流0.2CA(34mAh/g)、電圧4.5Vの定電流充電とした。放電条件を電流0.2CAもしくは3CAとし、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。温度は全て30℃とした。
各Li3PO4粒子の物性、及びかかる粒子を得る際に施したろ過処理の状況も含め、結果を表3に示す。
<<Evaluation of charge/discharge characteristics>>
Using each Li 3 PO 4 particle shown in Table 3 as a raw material, an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material was produced by a conventional method to prepare a positive electrode for a lithium ion secondary battery. Specifically, an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a weight ratio of 90:5:5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and thoroughly kneaded. , to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum-dried at 80° C. for 12 hours. After that, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.
Next, a coin-type lithium ion secondary battery was constructed using the above positive electrode. A lithium foil punched into a diameter of φ15 mm was used as the negative electrode. The electrolytic solution used was obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1:1. A known separator such as a polymer porous film such as polypropylene was used. These battery parts were incorporated and housed in an atmosphere with a dew point of −50° C. or lower by a conventional method to produce a coin-type lithium ion secondary battery (CR-2032).
A charge/discharge test at a constant current density was performed using the manufactured lithium ion secondary battery. The charging conditions at this time were constant current charging with a current of 0.2 CA (34 mAh/g) and a voltage of 4.5V. The discharge conditions were a current of 0.2 CA or 3 CA, and a constant current discharge with a final voltage of 2.0V. All temperatures were 30°C.
Table 3 shows the results, including the physical properties of each Li 3 PO 4 particle and the conditions of the filtration treatment applied to obtain such particles.

Figure 2022135547000002
Figure 2022135547000002

Figure 2022135547000003
Figure 2022135547000003

Figure 2022135547000004
Figure 2022135547000004

Claims (8)

原料化合物を水熱反応に付した反応混合物からオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る際に排出される溶液Xを用いるLi3PO4粒子の製造方法であって、
次の工程(I)~(IV):
(I)リチウムイオンの含有量が1000mg/L~20000mg/Lである溶液Xに、炭酸リチウムと硫酸、或いは炭酸リチウムと硫酸リチウムと硫酸とを添加して、リチウムイオンの含有量が5000mg/L~30000mg/Lであり、かつ硫酸の含有量がリチウムイオン1モルに対して0.52モル~1.00モルである混合液Aを得る工程
(II)得られた混合液Aに不活性ガスによるバブリング処理を施して、混合液Bを得る工程
(III)得られた混合液Bに、リン酸化合物及びアルカリ化合物を含有する混合液Cを滴下し、リチウムの含有量がリン1モルに対して2.7モル~3.3モルであり、かつアルカリ化合物の含有量が硫酸1モルに対して1.6モル~2.2モルである混合液Dを得る工程
(IV)得られた混合液Dを固液分離して、Li3PO4粒子を得る工程
を備える、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るためのLi3PO4粒子の製造方法。
A method for producing Li 3 PO 4 particles using a solution X discharged when an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material is obtained from a reaction mixture obtained by subjecting a raw material compound to a hydrothermal reaction,
The following steps (I)-(IV):
(I) Lithium carbonate and sulfuric acid, or lithium carbonate, lithium sulfate, and sulfuric acid are added to solution X having a lithium ion content of 1000 mg/L to 20000 mg/L, so that the lithium ion content is 5000 mg/L. Step of obtaining a mixed solution A having a concentration of up to 30000 mg/L and a sulfuric acid content of 0.52 mol to 1.00 mol per 1 mol of lithium ions (II) Add an inert gas to the obtained mixed solution A (III) A mixed solution C containing a phosphoric acid compound and an alkaline compound is added dropwise to the obtained mixed solution B, and the content of lithium per 1 mol of phosphorus step of obtaining a mixture D in which the content is 2.7 mol to 3.3 mol and the content of the alkaline compound is 1.6 mol to 2.2 mol per 1 mol of sulfuric acid (IV) the obtained mixture A method for producing Li 3 PO 4 particles for obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material, comprising the step of subjecting liquid D to solid-liquid separation to obtain Li 3 PO 4 particles .
工程(III)における混合液Cの滴下速度が、混合液C全量を混合液Bへ滴下するのに要する時間換算で、10分から100分である請求項1に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 The production of Li 3 PO 4 particles according to claim 1, wherein the dropping speed of the mixed liquid C in the step (III) is 10 minutes to 100 minutes in terms of the time required to drop the whole amount of the mixed liquid C into the mixed liquid B. Method. 工程(II)のバブリング処理における不活性ガスが、窒素、アルゴン、又はヘリウムである請求項1又は2に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 3. The method for producing Li3PO4 particles according to claim 1 or 2, wherein the inert gas in the bubbling treatment of step (II) is nitrogen, argon, or helium. 工程(IV)の固液分離において、フィルタープレス機、遠心濾過機、又は減圧濾過機を用い、かつ得られるLi3PO4粒子の平均アスペクト比が、3~6である請求項1~3のいずれか1項に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 The solid-liquid separation of step (IV) is carried out using a filter press, a centrifugal filter, or a vacuum filter, and the Li 3 PO 4 particles obtained have an average aspect ratio of 3-6. A method for producing Li 3 PO 4 particles according to any one of claims 1 to 3. 工程(II)のバブリング処理における不活性ガスの吹き込み総量が、吹き込んだ不活性ガスの全体積と混合液Aの体積との比(不活性ガスの全体積/混合液Aの体積)で、0.5~15である請求項1~4のいずれか1項に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 The total amount of inert gas blown in the bubbling treatment in step (II) is the ratio of the total volume of the blown inert gas to the volume of mixed liquid A (total volume of inert gas / volume of mixed liquid A), 0 5 to 15. The method for producing Li 3 PO 4 particles according to any one of claims 1 to 4. 工程(III)で用いる混合液Cにおいて、リンの含有量が10000ppm~60000ppmであり、アルカリ化合物の含有量がリン酸1モルに対して2.7モル~3.6モルである請求項1~5のいずれか1項に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 Claims 1 to 3, wherein the mixed solution C used in step (III) has a phosphorus content of 10000 ppm to 60000 ppm and an alkali compound content of 2.7 mol to 3.6 mol per 1 mol of phosphoric acid. 6. The method for producing Li 3 PO 4 particles according to any one of 5. Li3PO4粒子が、式(X):LiaMnbFecxPO4(ただし、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c及びxは、0<a≦1.2、0.3≦b≦1.2、0.2≦c≦1.2、及び0≦x≦0.3を満たし、かつa+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数を示す。)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得るための粒子である、請求項1~6のいずれか1項に記載のLi3PO4粒子の製造方法。 Li3PO4 particles have the formula ( X ) : LiaMnbFecMxPO4 ( where M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr , Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd, a, b, c and x are 0<a≤1.2, 0.3 ≤ b ≤ 1.2, 0.2 ≤ c ≤ 1.2, and 0 ≤ x ≤ 0.3, and a + (valence of Mn) × b + (valence of Fe) × c + (valence of M The Li 3 PO 4 according to any one of claims 1 to 6, which is a particle for obtaining an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material represented by the number)×x=3. Particle production method. 工程(I)で用いる溶液Xが、次の工程(i)~(ii):
(i)Li3PO4粒子に、鉄化合物及びマンガン化合物を含み、かつ金属(M)化合物(MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。)を含み得る金属源を添加及び混合した後、水熱反応に付して反応混合物を得る工程
(ii)工程(i)で得られた反応混合物から未反応のLiイオンを含む溶液を分離して、オリビン型リン酸リチウム系正極材料を得る工程
を経ることによって式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極材料を得たときに、工程(ii)において分離した未反応のLiイオンを含む溶液である、請求項7に記載のLi3PO4粒子の製造方法。
The solution X used in step (I) is subjected to the following steps (i)-(ii):
(i) Li 3 PO 4 particles containing an iron compound and a manganese compound, and a metal (M) compound (M is Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr , Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, and Gd) are added and mixed, and subjected to a hydrothermal reaction. Step of obtaining a reaction mixture (ii) Separating a solution containing unreacted Li ions from the reaction mixture obtained in step (i) to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode material of the formula (X ) is a solution containing unreacted Li ions separated in step ( ii) when the olivine - type lithium phosphate-based positive electrode material represented by ) is obtained. Method.
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