JP2022135548A - Production method for olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material - Google Patents

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Tomoki Hatsumori
弘樹 山下
Hiroki Yamashita
剛章 大神
Takeaki Ogami
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Abstract

To provide a production method for olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material which can express excellent battery characteristics while materializing sufficient improvement of the efficiency of a production process by using a low-temperature synthesis reaction by microwave irradiation.SOLUTION: A production method for an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by LiaMnbFecMxPO4 comprises a step (I) of adding alkaline compound solution to mixed solution of a phosphoric acid compound (a), one or more acid compounds (b) selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, a lithium compound (c) and water (d1), thereby obtaining slurry I, then performing solid-liquid separation on the slurry I thereby obtaining trilithium phosphate particles A having a BET specific surface area of 10 m2/g to 200 m2/g, and a step (II) of mixing the obtained trilithium phosphate particles A, and water (d2) thereby obtaining slurry II1, then adding a metal compound (e) including a manganese compound and/or an iron compound to the slurry II1 thereby obtaining slurry II2, then irradiating the slurry II2 with microwaves at 80°C to 120°C thereby obtaining a positive electrode active material precursor.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active 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。かかる電池を構成する正極材料の一つとして、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の、いわゆるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質が知られており、その多くが、耐圧容器の使用とともに蒸気吹込みや加温を要するとされる水熱合成反応によって、製造されている。 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. So-called olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active materials, such as lithium manganese phosphate and lithium iron phosphate having an olivine-type structure, are known as one of the positive electrode materials that constitute such batteries, and many of them have a withstand voltage. It is manufactured by a hydrothermal synthesis reaction that requires steam blowing and heating along with the use of a vessel.

こうしたなか、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造工程における効率化等を図るべく、水熱合成反応に代えて、マイクロ波照射による合成反応を用いた製造方法も開発されている。例えば、特許文献1には、遷移金属を含む化合物と、リン酸を含む化合物と、リチウムを含む化合物とからなる、Li:Fe:Pのモル比をほぼ1:1:1とする固体混合物にマイクロ波を照射するリン酸遷移金属リチウムの作製方法が開示されている。また特許文献2には、Li源原料、P源原料、金属源原料及び溶媒とよりなる液状原料を、マイクロ波が照射される反応域で低温短時間反応処理するオリビン型化合物の液相高速合成方法が開示されている。 Under these circumstances, in order to improve the efficiency of the manufacturing process of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material, a manufacturing method using a synthesis reaction by microwave irradiation instead of the hydrothermal synthesis reaction has been developed. For example, Patent Document 1 describes a solid mixture containing a transition metal-containing compound, a phosphoric acid-containing compound, and a lithium-containing compound having a Li:Fe:P molar ratio of approximately 1:1:1. A method of making lithium transition metal phosphates by microwave irradiation is disclosed. Further, in Patent Document 2, liquid-phase high-speed synthesis of an olivine-type compound is performed by subjecting a liquid raw material consisting of a Li source raw material, a P source raw material, a metal source raw material, and a solvent to a low-temperature short-time reaction treatment in a reaction zone irradiated with microwaves. A method is disclosed.

特開2016-52996号公報JP 2016-52996 A 特開2013-163618号公報JP 2013-163618 A

しかしながら、上記特許文献に記載の技術であっても、マイクロ波を照射するにあたり、充分に温度を低めることができない上に、核生成と粒成長が同時に進行して正極活物質の粒径制御が困難になりがちであるため、製造工程における効率化を図りつつ、電池特性を充分に高め得る正極活物質を製造するには、未だ改善の余地がある。 However, even with the technique described in the above patent document, the temperature cannot be sufficiently lowered when irradiating microwaves, and nucleation and grain growth proceed simultaneously, making it difficult to control the grain size of the positive electrode active material. Since this tends to be difficult, there is still room for improvement in producing a positive electrode active material capable of sufficiently improving battery characteristics while improving the efficiency of the production process.

したがって、本発明の課題は、マイクロ波照射による低温での合成反応を用いて、充分に製造工程の効率化を図りつつも、優れた電池特性を発現することのできるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode that can exhibit excellent battery characteristics while sufficiently improving the efficiency of the manufacturing process by using a low-temperature synthesis reaction by microwave irradiation. An object of the present invention is to provide a method for producing an active material.

そこで本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、リン酸三リチウム(Li3PO4)粒子を用いてマイクロ波照射を施すことにより、一般的な水熱合成反応に比べ、低温での処理を可能としつつも、充分に電池特性を高め得るオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を安定的に製造できることを見出した。 Therefore, as a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that by applying microwave irradiation using trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ) particles, compared to general hydrothermal synthesis reactions found that it is possible to stably produce an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material that can sufficiently improve battery characteristics while enabling treatment at low temperatures.

すなわち、本発明は、下記式(X):
LiaMnbFecxPO4・・・(X)
(式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0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活物質の製造方法であって、次の工程(I)~(II):
(I)リン酸化合物(a)、硫酸、塩酸及び硝酸から選ばれる1種又は2種以上の酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合して得られた混合液iに、アルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得た後、得られたスラリーIを固液分離して、BET比表面積が10m2/g~200m2/gのリン酸三リチウム粒子Aを得る工程
(II)得られたリン酸三リチウム粒子A、及び水(d2)を混合してスラリーII1を調製し、次いでスラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加してスラリーII2を得た後、温度80℃~120℃にてマイクロ波を照射して正極活物質前駆体を得る工程
を備える、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (X):
LiaMnbFecMxPO4 ( X ) _
(In formula (X), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
A method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by the following steps (I) to (II):
(I) A mixture obtained by mixing a phosphoric acid compound (a), one or more acid compounds (b) selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, a lithium compound (c), and water (d1) After adding an alkaline compound solution to liquid i to obtain slurry I, the obtained slurry I is subjected to solid-liquid separation to obtain trilithium phosphate particles A having a BET specific surface area of 10 m 2 /g to 200 m 2 /g. (II) The obtained trilithium phosphate particles A and water (d2) are mixed to prepare slurry II 1 , and then slurry II 1 contains a metal compound (e ) to obtain a slurry II 2 , and then irradiate microwaves at a temperature of 80° C. to 120° C. to obtain a positive electrode active material precursor. It provides

本発明の製造方法であれば、用いるリン酸三リチウム粒子の物性を制御しつつ、充分なる低温域にてマイクロ波を照射することで製造工程の効率化を図ることができる正極活物質前駆体が得られるとともに、これから得られるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の粒径を容易に制御することをも可能とし、電池特性の向上を効果的に図ることのできるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を安定的に製造することができる。 According to the production method of the present invention, the production process can be made more efficient by irradiating microwaves in a sufficiently low temperature range while controlling the physical properties of the trilithium phosphate particles to be used. is obtained, and it is also possible to easily control the particle diameter of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material obtained from this, and an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode that can effectively improve battery characteristics. An active material can be stably produced.

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活物質の製造方法は、下記式(X):
LiaMnbFecxPO4・・・(X)
(式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0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活物質の製造方法であって、次の工程(I)~(II):
(I)リン酸化合物(a)、硫酸、塩酸及び硝酸から選ばれる1種又は2種以上の酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合して得られた混合液iに、アルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得た後、得られたスラリーIを固液分離して、BET比表面積が10m2/g~200m2/gのリン酸三リチウム粒子Aを得る工程
(II)得られたリン酸三リチウム粒子A、及び水(d2)を混合してスラリーII1を調製し、次いでスラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加してスラリーII2を得た後、温度80℃~120℃にてマイクロ波を照射して正極活物質前駆体を得る工程
を備える。
The present invention will be described in detail below.
The method for producing the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material of the present invention comprises the following formula (X):
LiaMnbFecMxPO4 ( X ) _
(In formula (X), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
A method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by the following steps (I) to (II):
(I) A mixture obtained by mixing a phosphoric acid compound (a), one or more acid compounds (b) selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, a lithium compound (c), and water (d1) After adding an alkaline compound solution to liquid i to obtain slurry I, the obtained slurry I is subjected to solid-liquid separation to obtain trilithium phosphate particles A having a BET specific surface area of 10 m 2 /g to 200 m 2 /g. (II) The obtained trilithium phosphate particles A and water (d2) are mixed to prepare slurry II 1 , and then slurry II 1 contains a metal compound (e ) to obtain a slurry II 2 , and then irradiate microwaves at a temperature of 80° C. to 120° C. to obtain a positive electrode active material precursor.

本発明の製造方法により得られるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質は、下記式(X):
LiaMnbFecxPO4・・・(X)
(式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0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。
すなわち、本発明では、工程(I)において得られる、限られた範囲のBET比表面積を有するリン酸三リチウム(Li3PO4)粒子Aを用いることにより、かかる粒子Aを核として反応を進行させることができるため、粒成長を適度に緩やかにすることが可能となる。そして、続く工程(II)において、充分なる低温域にてマイクロ波を照射して得られる正極活物質前駆体を用いれば、過度な粒成長を抑制することができるため、優れた電池特性を発現するオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を得ることができる。このように、製造工程の効率化を図ることを可能としながらも、有用性の高いオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を安定的に製造することができる。
The olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material obtained by the production method of the present invention has the following formula (X):
LiaMnbFecMxPO4 ( X ) _
(In formula (X), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
is represented by
That is, in the present invention, by using the trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ) particles A having a BET specific surface area within a limited range obtained in the step (I), the reaction proceeds with the particles A as nuclei. Therefore, grain growth can be moderately moderated. Then, in the subsequent step (II), if a positive electrode active material precursor obtained by irradiating microwaves at a sufficiently low temperature is used, excessive grain growth can be suppressed, resulting in excellent battery characteristics. It is possible to obtain an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material. In this way, it is possible to stably produce a highly useful olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material while making it possible to improve the efficiency of the production process.

上記式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質は、少なくともマンガン(Mn)又は鉄(Fe)を含むオリビン型リン酸リチウム系正極活物質(以下、「粒子(X)」とも称する)であって、一次粒子が凝集することにより形成される二次粒子である。式(X)中、Mは、Mg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、好ましくはMg、又はZrである。aは、0<a≦1.2であって、好ましくは0.6≦a≦1.2であり、より好ましくは0.65≦a≦1.15であり、さらに好ましくは0.7≦a≦1.1である。bは、0≦b≦1.2であって、好ましくは0.25≦b≦0.8であり、より好ましくは0.35≦b≦0.8である。cは、0≦c≦1.2であって、好ましくは0.2≦c≦0.75であり、より好ましくは0.2≦c≦0.65である。そして、これらb及びcは、b+c≠0を満たす。xは、0≦x≦0.3であって、好ましくは0≦x≦0.15であり、より好ましくは0≦x≦0.1である。そして、これらa、b、c及びxは、a+(Mnの価数)×b+(Feの価数)×c+(Mの価数)×x=3を満たす数である。
上記式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質としては、より具体的には、例えばLiMnPO4、LiFePO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.1Fe0.9PO4、LiMn0.8Fe0.1Mg0.1PO4、LiMn0.8Fe0.1Zr0.05PO4、等が挙げられる。
The olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by the formula (X) is an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material containing at least manganese (Mn) or iron (Fe) (hereinafter, “particles (X)” (also called secondary particles), which are secondary particles formed by agglomeration of primary particles. In formula (X), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. , preferably Mg or Zr. a is 0<a≤1.2, preferably 0.6≤a≤1.2, more preferably 0.65≤a≤1.15, still more preferably 0.7≤ a≤1.1. b is 0≤b≤1.2, preferably 0.25≤b≤0.8, more preferably 0.35≤b≤0.8. c is 0≤c≤1.2, preferably 0.2≤c≤0.75, more preferably 0.2≤c≤0.65. These b and c satisfy b+c≠0. x is 0≤x≤0.3, preferably 0≤x≤0.15, more preferably 0≤x≤0.1. These a, b, c, and x are numbers satisfying a+(valence of Mn)×b+(valence of Fe)×c+(valence of M)×x=3.
More specifically, the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by the formula ( X ) includes, for example, LiMnPO4 , LiFePO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.1Fe0.9PO4 , and LiMn0.8 . Fe0.1Mg0.1PO4 , LiMn0.8Fe0.1Zr0.05PO4 , and the like .

本発明の製造方法が備える工程(I)は、リン酸化合物(a)、硫酸、塩酸及び硝酸から選ばれる1種又は2種以上の酸化合物(b)(以下、「酸化合物(b)」とも略す)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合して得られた混合液iに、アルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得た後、得られたスラリーIを固液分離して、BET比表面積が10m2/g~200m2/gのリン酸三リチウム粒子Aを得る工程である。 The step (I) provided in the production method of the present invention includes a phosphoric acid compound (a) and one or more acid compounds (b) selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid (hereinafter referred to as "acid compound (b)"). Also abbreviated), a lithium compound (c), and water (d1) are mixed to obtain a mixed liquid i, an alkaline compound solution is added to obtain a slurry I, and then the obtained slurry I is subjected to solid-liquid separation. to obtain trilithium phosphate particles A having a BET specific surface area of 10 m 2 /g to 200 m 2 /g.

用い得るリン酸化合物(a)としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70~90質量%濃度の水溶液として用いるのがより好ましい。 Usable phosphoric acid compounds (a) 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, it is preferable to use phosphoric acid, and it is more preferable to use it as an aqueous solution having a concentration of 70 to 90% by mass.

用い得る酸化合物(b)は、硫酸、塩酸及び硝酸から選ばれる1種又は2種以上であって、混合液IのpH環境を整えつつ、リチウム化合物(c)の溶解性を高める作用をもたらす。なかでもリチウム化合物(c)の溶解性を高める観点から、硫酸を用いるのが好ましく、95%質量以上の濃度の濃硫酸を用いるのがより好ましい。 The acid compound (b) that can be used is one or more selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, and has the effect of improving the pH environment of the mixed liquid I and increasing the solubility of the lithium compound (c). . Among them, from the viewpoint of increasing the solubility of the lithium compound (c), it is preferable to use sulfuric acid, and it is more preferable to use concentrated sulfuric acid having a concentration of 95% by mass or more.

用い得るリチウム化合物(c)としては、水酸化リチウム(例えばLiOH・H2O)、炭酸リチウム(例えば、Li2CO3)、硫酸リチウム、酢酸リチウム、及びこれらの水和物が挙げられる。なかでも、リン酸三リチウム粒子AのBET比表面積を所望の範囲に制御する観点、及び製造工程の効率化や製造コスト低減の観点から、炭酸リチウムが好ましい。 Lithium compounds (c) that can be used include lithium hydroxide (eg, LiOH.H 2 O), lithium carbonate (eg, Li 2 CO 3 ), lithium sulfate, lithium acetate, and hydrates thereof. Among them, lithium carbonate is preferable from the viewpoint of controlling the BET specific surface area of the trilithium phosphate particles A within a desired range, and from the viewpoint of improving the efficiency of the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.

混合する水(d1)の量は、各成分の溶解性又は分散性を確保する観点、及びリン酸三リチウム粒子Aの生成効率を高める等の観点から、リン酸化合物(a)に含まれるリン1モルに対し、6モル~25モルとなる量が好ましく、8モル~18モルとなる量がより好ましい。 The amount of water (d1) to be mixed is determined based on the phosphorus contained in the phosphate compound (a) from the viewpoint of ensuring the solubility or dispersibility of each component, and from the viewpoint of increasing the production efficiency of the trilithium phosphate particles A. The amount is preferably 6 to 25 mol, more preferably 8 to 18 mol, per 1 mol.

これらリン酸化合物(a)、酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を予め混合して混合液iを得た後、かかる混合液iに対し、後述するようにアルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得ればよい。
得られる混合液iにおいて、リチウム化合物(c)に含まれるリチウムのモル量と、リン酸化合物(a)に含まれるリンのモル量との比(リチウム:リン)は、好ましくは2.5:1~3.2:1であり、より好ましくは2.6:1~3.1:1であり、さらに好ましくは2.8:1~3.05:1である。
このような量的関係となるような量で、リン酸化合物(a)、酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合し、混合液iを調製すればよく、次いで後述するように、得られた混合液iにアルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得れればよい。
After the phosphate compound (a), acid compound (b), lithium compound (c), and water (d1) are mixed in advance to obtain a mixture i, the mixture i is treated with an alkali as described later. Slurry I may be obtained by adding a compound solution.
In the resulting mixed solution i, the ratio of the molar amount of lithium contained in the lithium compound (c) to the molar amount of phosphorus contained in the phosphoric acid compound (a) (lithium:phosphorus) is preferably 2.5: 1 to 3.2:1, more preferably 2.6:1 to 3.1:1, still more preferably 2.8:1 to 3.05:1.
The phosphoric acid compound (a), the acid compound (b), the lithium compound (c), and water (d1) are mixed in amounts that provide such a quantitative relationship to prepare a mixed solution i. Then, as will be described later, an alkaline compound solution is added to the mixed liquid i to obtain a slurry I.

なお、リン酸化合物(a)、酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合する順序は、特に制限はないが、各成分の溶解性又は分散性を確保する観点から、リン酸化合物(a)、酸化合物(b)、及び水(d1)を混合した後、得られた混合液にリチウム化合物(c)を添加して混合するのが好ましい。 The order of mixing the phosphoric acid compound (a), the acid compound (b), the lithium compound (c), and the water (d1) is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring the solubility or dispersibility of each component. Therefore, it is preferable to mix the phosphoric acid compound (a), the acid compound (b), and the water (d1), and then add and mix the lithium compound (c) to the resulting mixture.

次いで、得られた混合液iにアルカリ化合物溶液を添加する。これにより、リン酸三リチウム粒子AのBET比表面積を制御可能にすることができる。用い得るアルカリ化合物溶液としては、水酸化ナトリウムを含有する水溶液、又は水酸化カリウムを含有する水溶液が挙げられる。 Next, an alkaline compound solution is added to the obtained mixed liquid i. Thereby, the BET specific surface area of the trilithium phosphate particles A can be controlled. The alkali compound solution that can be used includes an aqueous solution containing sodium hydroxide or an aqueous solution containing potassium hydroxide.

アルカリ化合物溶液を添加するにあたり、上記混合液iにアルカリ化合物溶液を滴下するのが好ましい。この際におけるアルカリ化合物溶液の滴下速度は、混合液iに滴下するアルカリ化合物溶液に含有されるアルカリ化合物のモル量基準で、好ましくは0.03モル/分~4モル/分であり、より好ましくは0.04モル/分~3モル/分である。 When adding the alkaline compound solution, it is preferable to drop the alkaline compound solution into the mixed liquid i. At this time, the dropping rate of the alkaline compound solution is preferably 0.03 mol/min to 4 mol/min, and more preferably, based on the molar amount of the alkaline compound contained in the alkaline compound solution dropped into the mixture i. is 0.04 mol/min to 3 mol/min.

得られるスラリーIの25℃におけるpHは、リン酸三リチウム粒子Aの生成効率を高める観点、及びリン酸三リチウム粒子AのBET比表面積を所望の範囲に制御する観点から、好ましくは-1~3であり、より好ましくは-1~2.5であり、さらに好ましくは-1~2.0である。 The pH of the obtained slurry I at 25° C. is preferably from −1 to 3, more preferably -1 to 2.5, even more preferably -1 to 2.0.

次に、得られたスラリーIを固液分離して、沈殿回収することによりリン酸三リチウム粒子Aが高収率で得られる。固液分離に用いる装置しては、例えば、ブフナー漏斗、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、ブフナー漏斗やフィルタープレス機を用いるのが好ましい。 Next, the resulting slurry I is subjected to solid-liquid separation and precipitated and collected to obtain trilithium phosphate particles A in high yield. Apparatuses used for solid-liquid separation include, for example, a Buchner funnel, a filter press, a centrifugal filter, a vacuum filter and the like. Among them, it is preferable to use a Buchner funnel or a filter press from the viewpoint of obtaining Li 3 PO 4 particles efficiently.

得られた沈殿物は、さらに水で洗浄してケーキを得た後、これをろ過することにより、リン酸三リチウム粒子Aとして単離するのが好ましい。洗浄する際における水の使用量は、リン酸三リチウム粒子A 1質量部に対し、好ましくは50~2000質量部であり、より好ましくは100~1500質量部である。なお、その後乾燥してもよい。かかる乾燥手段としては、真空乾燥、噴霧乾燥、箱型乾燥、流動床乾燥、外熱式乾燥、凍結乾燥が挙げられる。なかでも、箱型乾燥が好ましい。 It is preferable to isolate trilithium phosphate particles A by filtering the resulting precipitate after further washing with water to obtain a cake. The amount of water used in washing is preferably 50 to 2000 parts by mass, more preferably 100 to 1500 parts by mass, per 1 part by mass of the trilithium phosphate particles A. In addition, you may dry after that. Such drying means include vacuum drying, spray drying, box drying, fluidized bed drying, external heat drying, and freeze drying. Among them, box type drying is preferable.

得られるリン酸三リチウム粒子AのBET比表面積は、製造工程の効率化を図りながらも優れた電池特性を発現させる観点から、10m2/g~200m2/gであって、好ましくは13m2/g~180m2/gであり、より好ましくは15m2/g~150m2/gである。なお、リン酸三リチウム粒子AにおけるBET比表面積とは、窒素吸着法による吸着等温線から求められる値を意味する。 The BET specific surface area of the obtained trilithium phosphate particles A is 10 m 2 /g to 200 m 2 /g, preferably 13 m 2 from the viewpoint of achieving excellent battery characteristics while improving the efficiency of the production process. /g to 180 m 2 /g, more preferably 15 m 2 /g to 150 m 2 /g. The BET specific surface area of the trilithium phosphate particles A means a value obtained from an adsorption isotherm by a nitrogen adsorption method.

また、リン酸三リチウム粒子Aの平均粒径(D50)は、好ましくは1.0μm~12μmであり、より好ましくは1.5μm~12.0μmであり、さらに好ましくは2.0μm~12.0μmである。なお、リン酸三リチウム粒子Aにおける「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られるD50値(累積50%での粒径(メジアン径))を意味する。 The average particle diameter (D 50 ) of the trilithium phosphate particles A is preferably 1.0 μm to 12 μm, more preferably 1.5 μm to 12.0 μm, still more preferably 2.0 μm to 12.0 μm. 0 μm. The "average particle size" in the trilithium phosphate particles A means the D50 value (particle size (median diameter) at 50% cumulative) obtained from a volume-based particle size distribution based on a laser diffraction/scattering method. do.

本発明の製造方法が備える(II)は、工程(I)で得られたリン酸三リチウム粒子A、及び水(d2)を混合してスラリーII1を調製し、次いでスラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加してスラリーII2を得た後、温度80℃~120℃にてマイクロ波を照射して正極活物質前駆体を得る工程である。 In (II) provided in the production method of the present invention, the trilithium phosphate particles A obtained in step (I) and water (d2) are mixed to prepare a slurry II 1 , and then a manganese compound is added to the slurry II 1 and/or a metal compound (e) containing an iron compound is added to obtain a slurry II 2 , and then microwaves are irradiated at a temperature of 80° C. to 120° C. to obtain a positive electrode active material precursor.

スラリーII1を調製するにあたり、混合する水(d2)の量は、各成分の溶解性又は分散性を確保する観点、及びオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の生成効率を高める等の観点から、リン酸三リチウム粒子A 1質量部に対し、好ましくは1.5~8質量部であり、より好ましくは2~5質量部である。 In preparing slurry II 1 , the amount of water (d2) to be mixed is determined from the viewpoint of ensuring the solubility or dispersibility of each component, and from the viewpoint of increasing the production efficiency of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material. , preferably 1.5 to 8 parts by mass, more preferably 2 to 5 parts by mass, per 1 part by mass of the trilithium phosphate particles A.

なお、スラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加する前に、予めスラリーII1を撹拌するのが好ましい。この際における撹拌時間は、好ましくは1分間~180分間であり、より好ましくは5分間~120分間である。 Before adding the metal compound (e) containing a manganese compound and/or an iron compound to the slurry II- 1 , it is preferable to previously stir the slurry II- 1 . The stirring time at this time is preferably 1 minute to 180 minutes, more preferably 5 minutes to 120 minutes.

次いで、スラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加して、スラリーII2を得る。 Next, a metal compound (e) containing a manganese compound and/or an iron compound is added to slurry II- 1 to obtain slurry II- 2 .

金属化合物(e)としては、式(X)で表されるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質に応じて、マンガン化合物、鉄化合物、並びにマンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M:Mは式(X)中のMと同義である)化合物を用いればよい。これら金属化合物(e)は、少なくともマンガン化合物又は鉄化合物を含んでいればよく、さらにマンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M)化合物を1種又は2種以上含んでいてもよい。 As the metal compound (e), manganese compounds, iron compounds, and metals other than manganese compounds and iron compounds (M: M is the formula A compound having the same definition as M in (X) may be used. These metal compounds (e) may contain at least a manganese compound or an iron compound, and may contain one or more metal (M) compounds other than the manganese compound and the iron compound.

かかる金属化合物(e)としては、例えばフッ化物、塩化物、ヨウ化物等のハロゲン化金属塩、硫酸金属塩の他、有機酸金属塩、並びにこれらの水和物等が挙げられる。このうち、有機酸金属塩を構成する有機酸としては、炭素数1~20の有機酸、さらに炭素数2~12の有機酸が好ましい。さらに好ましくは、シュウ酸、フマル酸等のジカルボン酸、乳酸等のヒドロキシカルボン酸、酢酸等の脂肪酸が挙げられる。 Examples of the metal compound (e) include metal halides such as fluorides, chlorides and iodides, metal sulfates, metal salts of organic acids, and hydrates thereof. Among these, organic acids having 1 to 20 carbon atoms, more preferably organic acids having 2 to 12 carbon atoms, are preferable as the organic acid constituting the organic acid metal salt. More preferred are dicarboxylic acids such as oxalic acid and fumaric acid, hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, and fatty acids such as acetic acid.

スラリーII1中のリン酸三リチウム粒子Aのモル量と、添加する金属化合物(e)中のマンガン及び鉄のモル量との比(Li3PO4:(Mn+Fe))は、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の生成効率を高める観点から、好ましくは0.95:1~1.05:1であり、より好ましくは0.96:1~1.04:1であり、さらに好ましくは0.97:1~1.03:1である。 The ratio (Li 3 PO 4 : (Mn+Fe)) of the molar amount of trilithium phosphate particles A in the slurry II 1 to the molar amount of manganese and iron in the metal compound (e) to be added is the olivine-type phosphoric acid From the viewpoint of increasing the production efficiency of the lithium-based positive electrode active material, the ratio is preferably 0.95:1 to 1.05:1, more preferably 0.96:1 to 1.04:1, and still more preferably 0 .97:1 to 1.03:1.

なお、スラリーII1に金属化合物(e)を添加する際、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活物質の生成が阻害されるのを防止する観点から、金属化合物(e)1モルに対し、好ましくは0.01~1モルであり、より好ましくは0.03~0.5モルである。 Incidentally, when adding the metal compound (e) to the slurry II1, an antioxidant may be added as 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 per 1 mol of the metal compound (e) from the viewpoint of preventing inhibition of the production of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material due to excessive addition. 0.01 to 1 mol, more preferably 0.03 to 0.5 mol.

得られるスラリーII2の固形分濃度は、製造工程の効率化を図る観点から、好ましくは10質量%~80質量%であり、より好ましくは15質量%~75質量%であり、さらに好ましくは20質量%~75質量%である。
なお、スラリーII2は、マンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加した後、撹拌するのが好ましい。この際における撹拌時間は、好ましくは1分間~60分間であり、より好ましくは3分間~45分間である。
The solid content concentration of the obtained slurry II 2 is preferably 10% by mass to 80% by mass, more preferably 15% by mass to 75% by mass, and still more preferably 20% by mass, from the viewpoint of improving the efficiency of the production process. % to 75% by mass.
The slurry II 2 is preferably stirred after adding the metal compound (e) containing a manganese compound and/or an iron compound. The stirring time at this time is preferably 1 minute to 60 minutes, more preferably 3 minutes to 45 minutes.

得られるスラリーII2の25℃におけるpHは、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の生成効率を高める観点から、好ましくは4.8~7.0であり、より好ましくは5.0~6.8であり、さらに好ましくは5.5~6.5である。 The pH of the obtained slurry II 2 at 25° C. is preferably 4.8 to 7.0, more preferably 5.0 to 6.0, from the viewpoint of increasing the production efficiency of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material. 8, more preferably 5.5 to 6.5.

次に、得られたスラリーII2に、温度80℃~120℃にてマイクロ波を照射する。これにより、低温での合成反応を可能として、充分に製造工程の効率化を図りながら、有用性の高いオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を製造するための正極活物質前駆体を得ることができる。 Next, the obtained slurry II 2 is irradiated with microwaves at a temperature of 80°C to 120°C. As a result, it is possible to obtain a positive electrode active material precursor for producing a highly useful olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material while making possible a synthesis reaction at a low temperature and sufficiently improving the efficiency of the manufacturing process. can.

マイクロ波を照射する際における温度は、80℃~120℃である。
なお、マイクロ波を照射するにあたり、スラリーII2を密閉容器に格納するが、上記温度とは、マイクロ波発生装置内側面に付帯された放射温度計で測定した温度を意味する。またスラリーII2を密閉容器に格納した際に、特に加圧する必要はないため、簡易で効率的な合成反応を可能にすることができる。
密閉容器内に格納したスラリーII2は、撹拌するのが好ましい。かかる攪拌は、マイクロ波発生装置の中心部を軸とした遊星式によって行うのがよい。
The temperature during microwave irradiation is 80°C to 120°C.
In irradiating with microwaves, the slurry II 2 is stored in a closed container, and the above temperature means the temperature measured by a radiation thermometer attached to the inner surface of the microwave generator. Moreover, when the slurry II 2 is stored in a sealed container, it is not necessary to pressurize it, so a simple and efficient synthesis reaction can be made possible.
The slurry II 2 stored in the closed container is preferably stirred. Such agitation is preferably carried out by a planetary system centered on the center of the microwave generator.

また、照射するマイクロ波の周波数は、好ましくは2GHz~30GHzであり、より好ましくは2.45GHz~30GHzである。
マイクロ波を照射する時間は、有用性の高いオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を生成しつつ、製造工程の効率化を充分に図る観点から、好ましくは1分間~60分間であり、より好ましくは3分間~60分間であり、さらに好ましくは5分間~60分間である。
Moreover, the frequency of the microwaves to be irradiated is preferably 2 GHz to 30 GHz, more preferably 2.45 GHz to 30 GHz.
The microwave irradiation time is preferably 1 minute to 60 minutes, more preferably 1 minute to 60 minutes, from the viewpoint of sufficiently improving the efficiency of the manufacturing process while producing a highly useful olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material. is 3 to 60 minutes, more preferably 5 to 60 minutes.

マイクロ波を照射した後のスラリーは、リン酸三リチウム粒子Aと同様、固液分離した後、得られた沈殿物を水で洗浄してケーキを得た後、これをろ過し、次いで乾燥することにより正極活物質前駆体を得ることができる。 The slurry after the microwave irradiation is subjected to solid-liquid separation in the same manner as the trilithium phosphate particles A, and the resulting precipitate is washed with water to obtain a cake, which is then filtered and then dried. Thus, a positive electrode active material precursor can be obtained.

工程(II)で得られた正極活物質前駆体は、さらに次の工程(III):
(III)工程(II)で得られた正極活物質前駆体、炭素源(f)及び水を混合し、次いで乾燥して得られた粉末を焼成する工程
を経ることにより、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質を得るのがよい。これにより、電池特性を有効に高め得るリチウムイオン二次電池を構成する正極の材料として用いることができる。
The positive electrode active material precursor obtained in step (II) is further subjected to the following step (III):
(III) Through a step of mixing the positive electrode active material precursor obtained in step (II), the carbon source (f) and water, and then drying and firing the obtained powder, olivine-type lithium phosphate It is preferable to obtain a system positive electrode active material. As a result, it can be used as a positive electrode material that constitutes a lithium-ion secondary battery that can effectively improve battery characteristics.

用い得るセルロースナノファイバーの繊維径は1nm~1000nmであり、これを構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されている。そのため、セルロースナノファイバーが炭化されてオリビン型リン酸リチウム系正極活物質に担持されることによって、電子導電パスの低下を有効に抑制し、効果的に電池特性を高めることができる。 The cellulose nanofibers that can be used have a fiber diameter of 1 nm to 1000 nm, and the cellulose molecular chains constituting them form a periodic structure of carbon. Therefore, by carbonizing the cellulose nanofibers and supporting them on the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material, it is possible to effectively suppress the deterioration of the electronic conduction path and effectively improve the battery characteristics.

用い得る水溶性炭素材料としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素材料として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。
かかる水溶性炭素材料は、セルロースナノファイバーと同様、炭化されて炭素となり、これがオリビン型リン酸リチウム系正極活物質に担持されることとなる。
Usable water-soluble carbon materials include, for example, one or more selected from sugars, polyols, polyethers, and organic acids. More specifically, for example, monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; polysaccharides such as starch and dextrin; ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol and butane. polyols and polyethers such as diols, polyvinyl alcohol and glycerin; and organic acids such as citric acid, tartaric acid and ascorbic acid. Among these, glucose, fructose, sucrose, and dextrin are preferred, and glucose is more preferred, from the viewpoint of enhancing solubility and dispersibility in a solvent and effectively functioning as a carbon material.
Similar to cellulose nanofibers, such a water-soluble carbon material is carbonized into carbon, which is carried on the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material.

これら炭素源(f)のなかでも、製造工程の効率化を図りつつ、効果的に電池特性を高める観点から、セルロースナノファイバー及び/又はグルコースを用いるのが好ましく、セルロースナノファイバーを用いるのがより好ましい。 Among these carbon sources (f), it is preferable to use cellulose nanofibers and/or glucose, and more preferably cellulose nanofibers, from the viewpoint of improving the efficiency of the manufacturing process and effectively improving the battery characteristics. preferable.

工程(III)において混合する炭素源(f)の量は、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質100質量部に対し、炭素源(f)の炭素原子換算量で、好ましくは0.8質量部~15質量部であり、より好ましくは1質量部~10質量部である。固液分離に用いる装置しては、例えば、スターラー、攪拌ミキサ、回転型粉体混合機、攪拌型粉体混合機、遊星ミル、ボールミル、ビーズミル、アトライタミル等が挙げられる。なかでも、遊星ミル、ボールミル、ビーズミル、アトライタミルによる混合粉砕が好ましい。
また、工程(III)における焼成は、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5分~3時間、好ましくは0.3時間~1.5時間の条件にて行うのが好ましい。焼成に用いる装置しては、雰囲気が制御できる加熱炉であればよく、例えば、箱型炉、外熱式ロータリーキルン等が挙げられる。
The amount of the carbon source (f) mixed in step (III) is preferably 0.8 parts by mass in terms of carbon atoms of the carbon source (f) with respect to 100 parts by mass of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material. to 15 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass. Apparatuses used for solid-liquid separation include, for example, stirrers, stirring mixers, rotary powder mixers, stirring powder mixers, planetary mills, ball mills, bead mills, and attritor mills. Among them, mixed pulverization by a planetary mill, ball mill, bead mill, or attritor mill is preferable.
Further, the calcination in step (III) is performed at 400° C. or higher, preferably 400° C. to 800° C., in an inert gas atmosphere or under reducing conditions for 5 minutes to 3 hours, preferably 0.3 hours to 1.5 hours. conditions are preferred. The apparatus used for firing may be any heating furnace capable of controlling the atmosphere, and examples thereof include a box furnace and an externally heated rotary kiln.

得られるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の平均粒径(D50)は、好ましくは1μm~12μmであり、より好ましくは2μm~12μmである。なお、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質における「平均粒径」とは、リン酸三リチウム粒子Aと同様、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られるD50値(累積50%での粒径(メジアン径))を意味する。
また、得られるオリビン型リン酸リチウム系正極活物質のBET比表面積は、優れた電池特性を発現させる観点から、好ましくは14m2/g~50m2/gであり、より好ましくは14m2/g~30m2/gである。なお、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質におけるBET比表面積とは、リン酸三リチウム粒子AにおけるBET比表面積と同様、窒素吸着法による吸着等温線から求められる値を意味する。
The average particle size (D 50 ) of the obtained olivine-type lithium phosphate positive electrode active material is preferably 1 μm to 12 μm, more preferably 2 μm to 12 μm. The “average particle size” in the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material is, like trilithium phosphate particles A, the D50 value (cumulative 50 means the particle size (median diameter) in %.
The BET specific surface area of the obtained olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material is preferably 14 m 2 /g to 50 m 2 /g, more preferably 14 m 2 /g, from the viewpoint of expressing excellent battery characteristics. ˜30 m 2 /g. The BET specific surface area of the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material means a value obtained from an adsorption isotherm obtained by a nitrogen adsorption method, similarly to the BET specific surface area of the trilithium phosphate particles A.

本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いる材料である。具体的には、例えば本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質と、アセチレンブラックやケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデン、N-メチル-2-ピロリドン等とを混練して正極スラリーを調製した後、集電体に塗工し、次いでプレス成形して正極を作製する。
本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質を用いて得られた正極を適用できる、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、若しくは正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであれば特に限定されない。
The olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material of the present invention is a material used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries. Specifically, for example, the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material of the present invention, acetylene black, Ketjenblack, polyvinylidene fluoride, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. are kneaded to prepare a positive electrode slurry. , the current collector is coated, and then press-molded to produce a positive electrode.
Lithium ion secondary batteries to which the positive electrode obtained using the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material of the present invention can be applied include a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, or a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. It is not particularly limited as long as it is.

本発明のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質であれば、高純度で微細な粒子であるため、有用性の高い正極を得ることができる。 Since the olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material of the present invention is a highly pure and fine particle, a highly useful positive electrode can be obtained.

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、シリコン系(Si、SiOx)、チタン酸リチウム又は非晶質炭素等の炭素材料等を用いることができる。そしてリチウムイオン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。さらに、2種以上の上記の負極材料を併用してもよく、たとえばグラファイトとシリコン系の組み合わせを用いることができる。 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. For example, lithium metal, graphite, silicon-based (Si, SiOx), lithium titanate, carbon materials such as amorphous carbon, and the like can be used. It is preferable to use an electrode made of an intercalate material capable of electrochemically intercalating and deintercalating lithium ions, particularly a carbon material. Furthermore, two or more of the above negative electrode materials may be used in combination, for example, a combination of graphite and silicon can be used.

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に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 electrolyte of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, 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.

固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li7La3Zr212、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.44、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO43、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO43、Li10GeP212、Li3.25Ge0.250.754、30Li2S・26B23・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P25、50Li2S・50GeS2、Li7311、Li3.250.954を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive and negative electrodes and exhibits high lithium ion conductivity. For example , La0.51Li0.34TiO2.94 , Li1.3Al0.3Ti1.7 ( PO4 ) 3 , Li7La3Zr2O12 , 50Li4SiO4.50Li3BO3 , Li2.9PO3.3N0.46 , Li3.6Si _ _ 0.6P0.4O4 , Li1.07Al0.69Ti1.46 ( PO4 ) 3 , Li1.5Al0.5Ge1.5 ( PO4 ) 3 , Li10GeP2S12 , Li3.25Ge0.25P0.75S4 , 30Li2S . _ 26B2S3.44LiI , 63Li2S.36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 , 70Li2S.30P2S5 , 50Li2S.50GeS2 , Li7P _ _ _ _ _ 3 S 11 and Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型,角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium-ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminated outer package. .

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.

各製造例にしたがって、Li3PO4粒子を製造した。
得られた各Li3PO4粒子のBET比表面積及び平均粒径(D50)を表1に示す。
Li 3 PO 4 particles were produced according to each production example.
Table 1 shows the BET specific surface area and average particle diameter (D 50 ) of each Li 3 PO 4 particle obtained.

[製造例1:Li3PO4-A粒子の製造]
リン酸124.6g(純度85%、関東化学社製)、硫酸73.6g(純度96%、関東化学社製)、及び水270gを2Lポリ容器に入れ、撹拌羽根を用いて5分間攪拌し、混合液i-1を調製した。次いで、得られた混合液i-1に炭酸リチウム59.9g(純度99.95%、関東化学社製)を20g/分の速度で添加し、撹拌羽根を用いて15分間撹拌して、炭酸リチウムを完全に溶解させた。その後、水酸化ナトリウム水溶液180.09g(純度48%、関東化学社製)を30g/分の速度で添加し、スラリーI-1を得た。得られたスラリーI-1をブフナー漏斗により固液分離し、次いで得られた固形分を1Lの水で洗浄してLi3PO4ケーキを得た後、これを100℃の恒温槽中で12時間乾燥してLi3PO4-A粒子を得た。
[Production Example 1: Production of Li 3 PO 4 -A particles]
124.6 g of phosphoric acid (85% purity, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 73.6 g of sulfuric acid (96% purity, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and 270 g of water were placed in a 2 L plastic container and stirred for 5 minutes using a stirring blade. , to prepare a mixture i-1. Next, 59.9 g of lithium carbonate (purity 99.95%, manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) was added to the resulting mixture i-1 at a rate of 20 g/min, and stirred for 15 minutes using a stirring blade to obtain carbonic acid. Lithium was completely dissolved. Thereafter, 180.09 g of sodium hydroxide aqueous solution (purity 48%, manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) was added at a rate of 30 g/min to obtain slurry I-1. The resulting slurry I-1 was subjected to solid-liquid separation using a Buchner funnel, and then the obtained solid content was washed with 1 L of water to obtain a Li 3 PO 4 cake, which was placed in a constant temperature bath at 100°C for 12 hours. After drying for a few hours, Li 3 PO 4 -A particles were obtained.

[製造例2:Li3PO4-B粒子の製造]
水酸化ナトリウム水溶液を添加する速度を200g/分とした以外、製造例1と同様にしてLi3PO4-B粒子を得た。
[Production Example 2: Production of Li 3 PO 4 -B particles]
Li 3 PO 4 -B particles were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the sodium hydroxide aqueous solution was added at a rate of 200 g/min.

[製造例3:Li3PO4-C粒子の製造]
水酸化ナトリウム水溶液を添加する速度を15g/分とした以外、製造例1と同様にしてLi3PO4-C粒子を得た。
[Production Example 3: Production of Li 3 PO 4 —C Particles]
Li 3 PO 4 —C particles were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the sodium hydroxide aqueous solution was added at a rate of 15 g/min.

[製造例4:Li3PO4-D粒子の製造]
水酸化ナトリウム水溶液を添加する速度を5g/分とした以外、製造例1と同様にしてLi3PO4-D粒子を得た。
[Production Example 4: Production of Li 3 PO 4 -D particles]
Li 3 PO 4 -D particles were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the sodium hydroxide aqueous solution was added at a rate of 5 g/min.

Figure 2022135548000001
Figure 2022135548000001

上記各Li3PO4粒子を用い、各正極活物質を製造した。
製造時における各諸条件とともに、得られた各正極活物質の平均粒径(D50)及びXRD分析による異相の有無の評価結果、並びにリチウムイオン二次電池における放電容量の評価結果を表2に示す。また、スラリーII2の固形分濃度、及び得られた各正極活物質のBET比表面積を表3に示す。
Using the above Li 3 PO 4 particles, each positive electrode active material was produced.
Table 2 shows the average particle size (D 50 ) of each positive electrode active material obtained, the evaluation result of the presence or absence of a heterogeneous phase by XRD analysis, and the evaluation result of the discharge capacity in the lithium ion secondary battery, together with various conditions at the time of production. show. Table 3 shows the solid content concentration of the slurry II 2 and the BET specific surface area of each positive electrode active material obtained.

なお、正極活物質のBET比表面積は、流動式比表面積自動測定装置(FlowSorbIII2305、島津製作所社製)を用い、窒素を30%含有する窒素・ヘリウム混合ガスを使用して測定した。
正極活物質の平均粒径(D50)は、粒子の粒度分布をレーザー回折装置(マイクロトラックMT3000II、MicrotracBEL社製)を用い、測定条件として粒子透過性:透過、粒子形状:非球形、粒子屈折率:1.52を採用し、溶媒としてエタノールを用い、溶媒屈折率:1.36として測定した。
The BET specific surface area of the positive electrode active material was measured using a nitrogen-helium mixed gas containing 30% nitrogen using an automatic flow specific surface area measuring device (FlowSorb III 2305, manufactured by Shimadzu Corporation).
The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material was measured using a laser diffractometer (Microtrac MT3000II, manufactured by MicrotracBEL) for the particle size distribution. A refractive index of 1.52 was adopted, ethanol was used as a solvent, and the solvent refractive index was measured as 1.36.

[実施例1]
製造例1で得られたLi3PO4-A粒子 11.6gと水30gを混合して5分間撹拌し、スラリーII11を調製した。得られたスラリーII11にMnSO4・5H2O 16.9g、及びFeSO4・7H2O 8.34gを添加して5分間撹拌し、スラリーII21(25℃におけるpH=6.1)を得た。
得られたスラリーII21をフッ素樹脂製容器に入れ、マイクロ波加熱装置(MWS-2、Berghof社製、周波数2450MHz)にて温度90℃で10分間マイクロ波を照射して、スラリーII31を得た。得られたスラリーII31をブフナー漏斗により固液分離し、次いで得られた固形分を500mLの水で洗浄してケーキを得た後、これを100℃の恒温槽中で乾燥して正極活物質前駆体(e1')を得た。
得られた正極活物質前駆体(e1')3g、セルロースナノファイバー 0.85g(含水率80%、炭素原子換算量2.5質量%)、水5g、及びジルコニアボール80g(φ1mm)を遊星ボールミル容器に入れ、遊星ボールミル(P-5、フリッチュ社製)にて400rpmの速度で10分間混合した後、80℃の恒温槽中で乾燥して粉末を得た。
次いで、得られた粉末を管状電気炉(TMF-500N、アズワン社製)を用いて、窒素フロー(300mL/分)の条件にて700℃で1時間加熱し、炭素が担持されてなる正極活物質(e1)(式:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Example 1]
11.6 g of Li 3 PO 4 -A particles obtained in Production Example 1 and 30 g of water were mixed and stirred for 5 minutes to prepare slurry II 1 x 1 . 16.9 g of MnSO 4 .5H 2 O and 8.34 g of FeSO 4 .7H 2 O were added to the obtained slurry II 1 x 1 and stirred for 5 minutes to obtain slurry II 2 x 1 (pH at 25°C = 6 .1) was obtained.
The resulting slurry II 2 x 1 was placed in a fluororesin container and irradiated with microwaves at a temperature of 90° C. for 10 minutes using a microwave heating device (MWS-2, manufactured by Berghof, frequency 2450 MHz) to obtain slurry II 3 . x 1 is obtained. The obtained slurry II 3 x 1 was subjected to solid-liquid separation using a Buchner funnel, and then the obtained solid content was washed with 500 mL of water to obtain a cake, which was dried in a constant temperature bath at 100 ° C. to obtain a positive electrode. An active material precursor (e1') was obtained.
3 g of the obtained positive electrode active material precursor (e1′), 0.85 g of cellulose nanofiber (water content: 80%, carbon atom equivalent: 2.5% by mass), 5 g of water, and 80 g of zirconia balls (φ1 mm) were placed in a planetary ball mill. The mixture was placed in a container, mixed for 10 minutes at a speed of 400 rpm in a planetary ball mill (P-5, manufactured by Fritsch), and then dried in a constant temperature bath at 80° C. to obtain a powder.
Next, using a tubular electric furnace (TMF-500N, manufactured by AS ONE), the obtained powder was heated at 700° C. for 1 hour under the condition of nitrogen flow (300 mL/min) to obtain a positive electrode active material carrying carbon. A substance (e1) (formula: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ) was obtained.

[実施例2]
マイクロ波加熱装置にて温度90℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e2)を得た。
[Example 2]
A positive electrode active material (e2) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 90° C. using a microwave heating device.

[実施例3]
マイクロ波加熱装置にて温度80℃で10分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e3)を得た。
[Example 3]
A positive electrode active material (e3) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 10 minutes at a temperature of 80° C. using a microwave heating device.

[実施例4]
マイクロ波加熱装置にて温度80℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e4)を得た。
[Example 4]
A positive electrode active material (e4) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 80° C. using a microwave heating device.

[実施例5]
マイクロ波加熱装置にて温度100℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e5)を得た。
[Example 5]
A positive electrode active material (e5) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 100° C. using a microwave heating device.

[実施例6]
マイクロ波加熱装置にて温度110℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e6)を得た。
[Example 6]
A positive electrode active material (e6) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 110° C. using a microwave heating device.

[実施例7]
マイクロ波加熱装置にて温度120℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e7)を得た。
[Example 7]
A positive electrode active material (e7) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 120° C. using a microwave heating device.

[実施例8]
スラリーII11にMnSO4・5H2Oを24.14g添加するのみで、FeSO4・7H2Oを添加しなかった以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e8)(式:LiMnPO4)を得た。
[Example 8]
A carbon-supported positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that only 24.14 g of MnSO 4 .5H 2 O was added to the slurry II 1 x 1 and FeSO 4 .7H 2 O was not added. Substance (e8) (formula: LiMnPO 4 ) was obtained.

[実施例9]
スラリーII11にFeSO4・7H2Oを27.80g添加するのみで、MnSO4・5H2Oを添加しなかった以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e9)(式:LiFePO4)を得た。
[Example 9]
A carbon-supported cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that only 27.80 g of FeSO 4 .7H 2 O was added to the slurry II 1 x 1 and no MnSO 4 .5H 2 O was added. A substance (e9) (formula: LiFePO 4 ) was obtained.

[実施例10]
Li3PO4-A粒子の代わりに、製造例2で得られたLi3PO4-B粒子を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e10)を得た。
[Example 10]
A carbon-supported positive electrode active material (e10) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the Li 3 PO 4 -B particles obtained in Production Example 2 were used instead of the Li 3 PO 4 -A particles. got

[実施例11]
Li3PO4-A粒子の代わりに、製造例3で得られたLi3PO4-C粒子を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e11)を得た。
[Example 11]
A cathode active material (e11) supporting carbon in the same manner as in Example 1, except that the Li 3 PO 4 -C particles obtained in Production Example 3 were used instead of the Li 3 PO 4 -A particles. got

[実施例12]
Li3PO4-A粒子の代わりに、製造例4で得られたLi3PO4-D粒子を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e12)を得た。
[Example 12]
A carbon-supported positive electrode active material (e12) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the Li 3 PO 4 -D particles obtained in Production Example 4 were used instead of the Li 3 PO 4 -A particles. got

[実施例13]
製造例1で得られたLi3PO4-A粒子 11.6gと水30gを混合して5分間撹拌し、スラリーII113を調製した。得られたスラリーII113に水酸化ナトリウム水溶液0.25g(スラリーII113中のLi3PO4粒子1モルに対して3モルの相当量)、MnSO4・5H2O 16.9g、及びFeSO4・7H2O 8.34gを添加して5分間撹拌し、スラリーII213(25℃におけるpH=6.7)を得た。
スラリーII21の代わりに、得られたスラリーII213を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e13)を得た。
[Example 13]
11.6 g of Li 3 PO 4 -A particles obtained in Production Example 1 and 30 g of water were mixed and stirred for 5 minutes to prepare slurry II 1 x 13 . To the resulting slurry II 1 x 13 was added 0.25 g of an aqueous sodium hydroxide solution (equivalent to 3 mol per 1 mol of Li 3 PO 4 particles in the slurry II 1 x 13 ) and 16.9 g of MnSO 4 .5H 2 O. , and 8.34 g of FeSO 4 .7H 2 O were added and stirred for 5 minutes to obtain slurry II 2 x 13 (pH=6.7 at 25° C.).
A carbon-supported cathode active material (e13) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained slurry II 2 x 13 was used instead of the slurry II 2 x 1 .

[実施例14]
製造例1で得られたLi3PO4-A粒子 11.6gと水30gを混合して5分間撹拌し、スラリーII114を調製した。得られたスラリーII114にリン酸0.35g、MnSO4・5H2O 16.9g、及びFeSO4・7H2O 8.34gを添加して5分間撹拌し、スラリーII214を得た(25℃におけるpH=5.0)。
スラリーII21の代わりに、得られたスラリーII214を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e14)を得た。
[Example 14]
11.6 g of the Li 3 PO 4 -A particles obtained in Production Example 1 and 30 g of water were mixed and stirred for 5 minutes to prepare a slurry II 1 x 14 . 0.35 g of phosphoric acid, 16.9 g of MnSO 4 .5H 2 O, and 8.34 g of FeSO 4 .7H 2 O were added to the obtained slurry II 1 x 14 and stirred for 5 minutes to obtain a slurry II 2 x 14 . (pH=5.0 at 25° C.).
A carbon-supported cathode active material (e14) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained slurry II 2 x 14 was used instead of the slurry II 2 x 1 .

[実施例15]
スラリーII11を調製する際の水を20gとし、かつマイクロ波加熱装置にて温度90℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(e15)を得た。
[Example 15]
A positive electrode carrying carbon was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20 g of water was used to prepare the slurry II 1 x 1 , and microwaves were irradiated for 30 minutes at a temperature of 90°C using a microwave heating device. An active material (e15) was obtained.

[比較例1]
マイクロ波加熱装置にてマイクロ波を照射する代わりに、スラリーII21をオートクレーブに入れて160℃で60分間保持した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(c1)を得た。
[Comparative Example 1]
A carbon-supported positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1, except that the slurry II 2 x 1 was placed in an autoclave and held at 160° C. for 60 minutes instead of irradiating microwaves with a microwave heating device. (c1) was obtained.

[比較例2]
マイクロ波加熱装置にて温度70℃で30分間マイクロ波を照射した以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(c2)を得た。
[Comparative Example 2]
A positive electrode active material (c2) supporting carbon was obtained in the same manner as in Example 1, except that microwaves were applied for 30 minutes at a temperature of 70° C. using a microwave heating device.

[比較例3]
スラリーII21をオートクレーブに入れて100℃で60分間保持した以外、比較例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(c3)を得た。
[Comparative Example 3]
A carbon-supported cathode active material (c3) was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the slurry II 2 x 1 was placed in an autoclave and held at 100° C. for 60 minutes.

[比較例4]
製造例で得られたLi3PO4粒子を用いることなく、正極活物質を製造した。具体的には、LiOH・H2O 2.569g(60mmol)、NaOH 4.4g(110mmol)、水 30mLを混合してスラリーを得た。次いで、得られたスラリーを25℃の温度に保持しながら10分間撹拌しつつ、85%のリン酸水溶液 6.918gを35mL/分の速度で滴下し、続いて12時間撹拌して混合液e1(リチウムのモル量とリンのモル量との比(リチウム:リン)=1:1)を得た。
得られた混合液e1全量に対し、MnSO4・5H2O 10.1g、FeSO4・7H2O 5.00gを添加して、混合液e2(pH4.3)を得た。このとき、添加したMnSO4とFeSO4のモル比は、7:3であった。得られた混合液e2を大気圧下、90℃で12時間撹拌し、反応を進行させて正極活物質前駆体(c4')を得た。
正極活物質前駆体(e1')の代わりに、得られた正極活物質前駆体(c4')を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(c4)を得た。
[Comparative Example 4]
A positive electrode active material was produced without using the Li 3 PO 4 particles obtained in Production Example. Specifically, 2.569 g (60 mmol) of LiOH·H 2 O, 4.4 g (110 mmol) of NaOH, and 30 mL of water were mixed to obtain a slurry. Next, while stirring the resulting slurry at a temperature of 25° C. for 10 minutes, 6.918 g of an 85% aqueous solution of phosphoric acid was added dropwise at a rate of 35 mL/min, followed by stirring for 12 hours to obtain a mixture e1. (The ratio of the molar amount of lithium to the molar amount of phosphorus (lithium:phosphorus)=1:1) was obtained.
10.1 g of MnSO 4 .5H 2 O and 5.00 g of FeSO 4 .7H 2 O were added to the total amount of the obtained mixed liquid e1 to obtain a mixed liquid e2 (pH 4.3). At this time, the molar ratio of MnSO 4 and FeSO 4 added was 7:3. The resulting mixture e2 was stirred at 90° C. for 12 hours under atmospheric pressure to allow the reaction to proceed, thereby obtaining a positive electrode active material precursor (c4′).
A positive electrode active material (c4) supporting carbon in the same manner as in Example 1, except that the obtained positive electrode active material precursor (c4′) was used instead of the positive electrode active material precursor (e1′). got

[比較例5]
製造例で得られたLi3PO4粒子を用いることなく、正極活物質を製造した。具体的には、CH3COOLi・2H2O(和光純薬特級)、Mn(CH3COO)2・4H2O(和光純薬特級)、及びNH42PO4(和光純薬特級)を各々10mmol秤量し、40mLの蒸留水に添加して、混合液e5を得た。
スラリーII21の代わりに、得られた混合液e5を用いた以外、実施例1と同様にして、炭素が担持されてなる正極活物質(c5)を得た。
[Comparative Example 5]
A positive electrode active material was produced without using the Li 3 PO 4 particles obtained in Production Example. Specifically, CH3COOLi.2H2O (Wako Pure Chemical special grade), Mn ( CH3COO ) 2.4H2O ( Wako Pure Chemical special grade), and NH4H2PO4 ( Wako Pure Chemical special grade) and added to 40 mL of distilled water to obtain a mixed liquid e5.
A carbon-supported cathode active material (c5) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained mixture e5 was used instead of the slurry II 2 x 1 .

《生成相(異相の有無)の観察》
得られた正極活物質について、XRD(X線回折測定装置(D8-Advance、BRUKER社製)分析により生成相を観察し、異相の有無を評価した。
具体的には、測定条件をターゲットCuKα、管電圧35kV、管電流350mA、走査範囲10°~80°(2θ)、ステップ幅0.02°、及びスキャンスピード0.13秒/ステップとし、得られたチャートを元に、各ピーク(2θ)に対応する面間隔を有する結晶相を対応付けて結晶相の同定を行い、異相の有無を確認した。
《Observation of formation phase (presence or absence of heterogeneous phase)》
For the obtained positive electrode active material, the generated phase was observed by XRD (X-ray diffraction measurement device (D8-Advance, manufactured by BRUKER) analysis, and the presence or absence of a heterogeneous phase was evaluated.
Specifically, the measurement conditions are target CuKα, tube voltage 35 kV, tube current 350 mA, scanning range 10° to 80° (2θ), step width 0.02°, and scanning speed 0.13 seconds/step. Based on the chart, the crystal phases having interplanar spacing corresponding to each peak (2θ) were associated to identify the crystal phases, and the presence or absence of different phases was confirmed.

《放電容量の評価》
得られた正極活物質を用い、まずリチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた正極活物質、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比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の円盤状に打ち抜き、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、上記正極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレン等の高分子多孔フィルムからなる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。
《Evaluation of Discharge Capacity》
Using the obtained positive electrode active material, first, a positive electrode for a lithium ion secondary battery was produced. Specifically, the obtained positive electrode active material, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a mass ratio of 90:5:5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and sufficiently kneaded to obtain a positive electrode. A slurry was prepared. 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. As the separator, a known separator made of a polymeric 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).

得られたリチウムイオン二次電池を用い、定電流密度での充放電試験を行った。具体的には、電流0.2CA(34mAh/g)、電圧4.5Vの定電流充電後に、電流3CA、終止電圧2.0Vの定電流放電を行った。なお、充放電試験は全て30℃で行った。 Using the obtained lithium ion secondary battery, a charge/discharge test was performed at a constant current density. Specifically, after constant current charging with a current of 0.2 CA (34 mAh/g) and a voltage of 4.5 V, constant current discharging with a current of 3 CA and a final voltage of 2.0 V was performed. All charge/discharge tests were conducted at 30°C.

Figure 2022135548000002
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Figure 2022135548000003
Figure 2022135548000003

Claims (6)

下記式(X):
LiaMnbFecxPO4・・・(X)
(式(X)中、MはMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b、c、及びxは、0<a≦1.2、0≦b≦1.2、0≦c≦1.2、0≦x≦0.3、及びb+c≠0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活物質の製造方法であって、次の工程(I)~(II):
(I)リン酸化合物(a)、硫酸、塩酸及び硝酸から選ばれる1種又は2種以上の酸化合物(b)、リチウム化合物(c)、及び水(d1)を混合して得られた混合液iに、アルカリ化合物溶液を添加してスラリーIを得た後、得られたスラリーIを固液分離して、BET比表面積が10m2/g~200m2/gのリン酸三リチウム粒子Aを得る工程
(II)得られたリン酸三リチウム粒子A、及び水(d2)を混合してスラリーII1を調製し、次いでスラリーII1にマンガン化合物及び/又は鉄化合物を含む金属化合物(e)を添加してスラリーII2を得た後、温度80℃~120℃にてマイクロ波を照射して正極活物質前駆体を得る工程
を備える、オリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
The following formula (X):
LiaMnbFecMxPO4 ( X ) _
(In formula (X), M represents Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd a, b, c, and x satisfy 0<a≦1.2, 0≦b≦1.2, 0≦c≦1.2, 0≦x≦0.3, and b+c≠0; In addition, a number that satisfies a + (valence of Mn) x b + (valence of Fe) x c + (valence of M) x = 3.)
A method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material represented by the following steps (I) to (II):
(I) A mixture obtained by mixing a phosphoric acid compound (a), one or more acid compounds (b) selected from sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, a lithium compound (c), and water (d1) After adding an alkaline compound solution to liquid i to obtain slurry I, the obtained slurry I is subjected to solid-liquid separation to obtain trilithium phosphate particles A having a BET specific surface area of 10 m 2 /g to 200 m 2 /g. (II) The obtained trilithium phosphate particles A and water (d2) are mixed to prepare slurry II 1 , and then slurry II 1 contains a metal compound (e ) to obtain a slurry II 2 , and then irradiate microwaves at a temperature of 80° C. to 120° C. to obtain a positive electrode active material precursor. .
さらに次の工程(III):
(III)工程(II)で得られた正極活物質前駆体、炭素源(f)及び水を混合し、次いで乾燥して得られた粉末を焼成する工程
を備える、請求項1に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。
Next step (III):
(III) The olivine according to claim 1, comprising a step of mixing the positive electrode active material precursor obtained in step (II), the carbon source (f) and water, and then drying and firing the resulting powder. A method for producing a type lithium phosphate positive electrode active material.
工程(II)において、スラリーII1中のリン酸三リチウム粒子Aのモル量と、スラリーII1に添加する金属化合物(e)中のマンガン及び鉄のモル量との比(Li3PO4:(Mn+Fe))が、0.95:1~1.05:1である請求項1又は2に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。 In step (II), the ratio of the molar amount of trilithium phosphate particles A in slurry II 1 to the molar amount of manganese and iron in metal compound (e) added to slurry II 1 (Li 3 PO 4 : 3. The method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material according to claim 1, wherein (Mn+Fe)) is 0.95:1 to 1.05:1. 工程(II)におけるスラリーII2の固形分濃度が、10質量%~80質量%である請求項1~3のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。 The method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3, wherein the slurry II 2 in step (II) has a solid content concentration of 10% by mass to 80% by mass. 工程(I)にて得られるスラリーIにおいて、リチウム化合物(c)に含まれるリチウムのモル量と、リン酸化合物(a)に含まれるリンのモル量との比(リチウム:リン)が、2.5:1~3.2:1である請求項1~4のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。 In the slurry I obtained in step (I), the ratio of the molar amount of lithium contained in the lithium compound (c) to the molar amount of phosphorus contained in the phosphoric acid compound (a) (lithium:phosphorus) is 2. 5:1 to 3.2:1. 工程(II)において、スラリーII2の25℃におけるpHが、4.8~7.0である請求項1~5のいずれか1項に記載のオリビン型リン酸リチウム系正極活物質の製造方法。 The method for producing an olivine-type lithium phosphate-based positive electrode active material according to any one of claims 1 to 5, wherein in step (II), the slurry II 2 has a pH of 4.8 to 7.0 at 25°C. .
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