JP4869629B2 - Method for producing positive electrode active material for lithium battery, positive electrode active material for lithium battery, and lithium battery - Google Patents

Method for producing positive electrode active material for lithium battery, positive electrode active material for lithium battery, and lithium battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウム電池用正極活物質の製造方法及びリチウム電池用正極活物質並びにリチウム電池に関し、更に詳しくは、水熱合成法を適用した連続合成装置によりリチウム電池用正極活物質を連続して製造する際に、水熱合成反応の形態を調整することにより、連続合成装置の内部における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を防止し、よって、リチウム電池用正極活物質の形状及び粒径の高精度の制御を可能とし、しかも、製造コストの低減を図ることが可能な技術に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium battery, a positive electrode active material for a lithium battery, and a lithium battery. More specifically, the positive electrode active material for a lithium battery is continuously produced by a continuous synthesis apparatus to which a hydrothermal synthesis method is applied. By adjusting the form of the hydrothermal synthesis reaction during production, it is possible to prevent the precipitation particles from adhering inside the continuous synthesis apparatus and the interruption of the synthesis process due to the adhesion of the precipitation particles. The present invention relates to a technique that enables high-precision control of the shape and particle size of an active material and that can reduce the manufacturing cost.

近年、携帯用電子機器やハイブリット自動車等に用いるための電池として二次電池の開発が進められている。
代表的な二次電池としては鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチウム電池等が知られているが、特に、リチウム電池は、小型化、軽量化、高容量化が可能であり、しかも、高出力、高エネルギー密度を有していることから、大いに期待されており、研究も盛んに行われている。
このリチウム電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な活物質を有する正極と、負極と、非水系の電解質により構成されている。
In recent years, secondary batteries have been developed as batteries for use in portable electronic devices, hybrid automobiles, and the like.
As typical secondary batteries, lead storage batteries, alkaline storage batteries, lithium batteries, and the like are known. In particular, lithium batteries can be reduced in size, weight, and capacity, and have high output and high capacity. Due to its energy density, it is highly anticipated and is actively researched.
This lithium battery includes a positive electrode having an active material capable of reversibly inserting and removing lithium ions, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.

この正極自体は、正極活物質、導電助剤およびバインダーを含む電極材料により構成され、この電極材料を集電体と呼ばれる金属箔の表面に塗布することにより正極とされている。
この正極活物質としては、金属酸化物、金属硫化物、あるいはポリマー等が用いられ、例えば、硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、セレン化ニオブ(NbSe)、酸化バナジウム(V)等のリチウム非含有化合物、あるいはLiMO(M=Co、Ni、Mn、Fe等)、LiMn等のリチウム複合酸化物等が知られている。
The positive electrode itself is composed of an electrode material containing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder, and is formed into a positive electrode by applying this electrode material to the surface of a metal foil called a current collector.
As the positive electrode active material, a metal oxide, a metal sulfide, a polymer, or the like is used. For example, titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), vanadium oxide (V Lithium-free compounds such as 2 O 5 ) or lithium composite oxides such as LiMO 2 (M = Co, Ni, Mn, Fe, etc.) and LiMn 2 O 4 are known.

従来、リチウム電池の正極活物質としては、高エネルギー密度で高電圧の電池を構成することが可能であることから、コバルト酸リチウム(LiCoO)が一般的に用いられてきた。
しかしながら、Coは、地球上に偏在しかつ希少な資源であるため、コストが高くつく他、安定供給が難しいという問題があり、そこで、Coに替わる資源として、地球上に豊富に存在し、しかも安価なNiやMnをベースにした正極活物質、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)等を用いた正極材料が提案され、実用に供されるようになった。
Conventionally, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has been generally used as a positive electrode active material for lithium batteries because it is possible to form a battery having a high energy density and a high voltage.
However, since Co is unevenly distributed on the earth and is a scarce resource, there are problems that it is costly and that stable supply is difficult, so there are abundant resources on the earth as an alternative to Co. Positive electrode materials using inexpensive positive electrode active materials based on Ni or Mn, for example, lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), etc., have been proposed and put into practical use. It was.

しかしながら、LiNiOを用いた正極材料は、理論容量が大きく、かつ高放電電位を有するという長所があるものの、充放電サイクルが繰り返されることに伴ってLiNiOの結晶構造が崩壊してしまい、その結果、放電容量が低下したり、熱安定性が劣化したり等の問題点が生じていた。
一方、LiMnは、正スピネル型構造を有し、かつ空間群Fd3mを有することから、リチウム電極に対し4V級というLiCoOと同等の高い電位を有し、しかも、合成が容易、高い電池容量等の優れた特徴を有するために、非常に有望な材料として注目され、実用化もされてきた。
このLiMnは、この様に優れた材料ではあるが、このLiMnを用いた電池では、高温保存時における容量劣化が大きく、また、Mnが電解液に溶解してしまうこともあり、したがって、安定性や充放電サイクル特性が充分でないという問題点が残されていた。
However, although the positive electrode material using LiNiO 2 has the advantages of a large theoretical capacity and a high discharge potential, the crystal structure of LiNiO 2 collapses as the charge / discharge cycle is repeated. As a result, problems such as a decrease in discharge capacity and deterioration in thermal stability have occurred.
On the other hand, since LiMn 2 O 4 has a positive spinel structure and has a space group Fd3m, it has a high potential equivalent to 4V class LiCoO 2 with respect to the lithium electrode, and is easy to synthesize and high. Since it has excellent characteristics such as battery capacity, it has attracted attention as a very promising material and has been put into practical use.
Although this LiMn 2 O 4 is such an excellent material, the battery using this LiMn 2 O 4 has a large capacity deterioration during high-temperature storage, and Mn may be dissolved in the electrolyte. Therefore, there remains a problem that stability and charge / discharge cycle characteristics are not sufficient.

そこで、オリビン構造を有するFe、Mn、Co、Ni等の遷移金属のリン酸化合物を正極活物質として用いたリチウム電池が提案され(特許文献1参照)、このオリビン構造を有する遷移金属のリン酸化合物として、資源的に豊富かつ安価な金属であるFeを用いたLiFePOを正極活物質として用いたリチウム電池が提案されている(特許文献2参照)。
このLiFePOは、金属リチウム(Li)に対して3.3V程度の電位を示し、充放電可能な正極材料として用いることが可能である。
リチウム遷移金属リン酸塩のようなリン酸塩系物質を合成する方法としては、固相法、噴霧熱分解法、水熱合成法が用いられており、最近では、水熱合成法で各種有機酸を用いることにより、遷移金属のリン酸化合物の微結晶を得る方法も提案されている(特許文献3参照)。この方法では、結晶性の良い微粉末を得ることが可能である。
特開平9−134724号公報 特開平9−171827号公報 特開2004−95385号公報
Accordingly, a lithium battery using a transition metal phosphate compound such as Fe, Mn, Co, or Ni having an olivine structure as a positive electrode active material has been proposed (see Patent Document 1), and a transition metal phosphate having this olivine structure. As a compound, a lithium battery using LiFePO 4 using Fe, which is a resource-rich and inexpensive metal, as a positive electrode active material has been proposed (see Patent Document 2).
This LiFePO 4 exhibits a potential of about 3.3 V with respect to metallic lithium (Li), and can be used as a chargeable / dischargeable positive electrode material.
Solid-phase methods, spray pyrolysis methods, and hydrothermal synthesis methods are used as methods for synthesizing phosphate-based materials such as lithium transition metal phosphates. Recently, various organic methods have been used in hydrothermal synthesis methods. A method of obtaining fine crystals of a transition metal phosphate compound by using an acid has also been proposed (see Patent Document 3). With this method, it is possible to obtain fine powder with good crystallinity.
JP-A-9-134724 Japanese Patent Laid-Open No. 9-171827 JP 2004-95385 A

ところで、従来の水熱合成法では、一般に、オートクレーブ等の耐圧容器を用いてバッチ式合成を行うのが主流であり、他の方法と比較しても、手間と時間が掛かり、高コストとなる場合が多いという問題点があった。
そこで、製造コストを低減する目的で、水熱合成法の連続化が検討されているが、例えば、クエン酸のような有機酸を添加して均一化した溶液を原料とする場合、この溶液から粒子を生成する合成工程で、生成した粒子が連続合成装置内、特に配管内で詰まってしまい、この合成工程が中断するという問題点があった。
この合成工程の中断は、生成した粒子の形状及び粒径の均一性が低下する一因となり、また、製造コストを押し上げる一因ともなる。
By the way, in the conventional hydrothermal synthesis method, generally, batch-type synthesis is performed using a pressure-resistant vessel such as an autoclave, which is time-consuming and time-consuming and expensive compared to other methods. There was a problem that there were many cases.
Therefore, for the purpose of reducing the manufacturing cost, the continuation of the hydrothermal synthesis method has been studied. For example, when a uniform solution obtained by adding an organic acid such as citric acid is used as a raw material, In the synthesis process for generating particles, the generated particles are clogged in the continuous synthesis apparatus, particularly in the piping, and this synthesis process is interrupted.
This interruption of the synthesis process contributes to a decrease in the shape and particle size uniformity of the produced particles, and also contributes to an increase in manufacturing cost.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、水熱合成法によりリチウム電池用正極活物質を連続して製造する際に、連続合成装置の内部における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を防止することにより、リチウム電池用正極活物質の形状及び粒径の更なる制御を可能とし、しかも、製造コストの低減を図ることが可能なリチウム電池用正極活物質の製造方法及びリチウム電池用正極活物質並びにリチウム電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and when the positive electrode active material for a lithium battery is continuously produced by a hydrothermal synthesis method, the adhesion of the precipitated particles inside the continuous synthesis apparatus and By preventing interruption of the synthesis process due to the adhesion of the precipitated particles, lithium can be further controlled in the shape and particle size of the positive electrode active material for lithium batteries, and the production cost can be reduced. It aims at providing the manufacturing method of the positive electrode active material for batteries, the positive electrode active material for lithium batteries, and a lithium battery.

本発明者等は、鋭意検討を行った結果、LiPOで表されるリチウム電池用正極活物質を連続して製造する際に、このLiPOの原料となるリチウム(Li)成分、A成分(但し、AはCo、Ni、Mn、Fe、Cu、Crから選択された1種)及びD成分(但し、DはMg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素から選択された1種または2種以上かつ前記Aと異なる)のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、この溶媒にリチウム(Li)成分、A成分及びD成分を加えた温度(1)のスラリーを前記温度(1)より高い温度(2)に保持して、流動するスラリーの周縁部よりも温度が低い中心部近傍にて結晶核を析出させることにより、連続合成装置の内部における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を回避することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have intensively studied was performed results in continuously manufacturing a positive active material for a lithium battery represented by Li x A y D z PO 4, the Li x A y D z PO 4 Lithium (Li) component, A component (where A is one selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Cr) and D component (where D is Mg, Ca, Fe, Ni, (Co, Mn, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, one or more selected from rare earth elements and different from A) Of these, one or two or more of them is a phosphorus compound insoluble in a solvent containing water as a main component at normal temperature and pressure, and a temperature (1) in which lithium (Li) component, A component and D component are added to this solvent The slurry is maintained at a temperature (2) higher than the temperature (1) and flows. By temperature than the peripheral portion of the slurry to precipitate crystals nuclei at a low center vicinity is possible to avoid the interruption of the synthesis process due to sticking of fixation and the precipitated particles of precipitated particles in the interior of the continuous synthesizer The present inventors have found that the present invention can be accomplished and have completed the present invention.

すなわち、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法は、LiPO(但し、AはCo、Ni、Mn、Fe、Cu、Crから選択された1種、DはMg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素から選択された1種または2種以上かつ前記Aと異なる、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)にて表されるリチウム電池用正極活物質を連続して製造する方法であって、
前記LiPOの原料となるリチウム(Li)成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、
前記溶媒に、前記リチウム(Li)成分、A成分及びD成分を加えて温度(1)のスラリーとし、次いで、このスラリーを前記温度(1)より高い温度(2)に保持して、流動するスラリーの周縁部よりも温度が低い中心部近傍にて結晶核を析出させ、次いで、このスラリー中の結晶核を温度(3)にて成長させることを特徴とする。
That is, the manufacturing method of the positive electrode active material for a lithium battery of the present invention is Li x A y D z PO 4 (where A is one selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Cr, and D is Mg , Ca, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, one or two selected from rare earth elements A method for continuously producing a positive electrode active material for a lithium battery represented by 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z <1.5, which is different from A above. ,
Phosphorus compound insoluble in a solvent containing water as a main component under normal temperature and normal pressure, one or more of lithium (Li) component, A component and D component as raw materials of Li x A y D z PO 4 age,
The lithium (Li) component, the A component, and the D component are added to the solvent to form a slurry having a temperature (1), and then the slurry is maintained at a temperature (2) higher than the temperature (1) to flow. Crystal nuclei are precipitated in the vicinity of the central portion where the temperature is lower than that of the peripheral edge of the slurry, and then the crystal nuclei in the slurry are grown at a temperature (3).

前記リン化合物は、リチウムリン化合物であることが好ましい。
前記リン化合物は、リチウムリン化合物と、前記Aおよび/またはDを含むリン化合物とからなることとしてもよい。
前記リン化合物は、リン酸塩であることが好ましい。
The phosphorus compound is preferably a lithium phosphorus compound.
The phosphorus compound may be composed of a lithium phosphorus compound and a phosphorus compound containing A and / or D.
The phosphorus compound is preferably a phosphate.

前記溶媒に、さらに、前記LiPOの原料となるリン(P)成分を添加してもよい。
前記リン(P)成分は、リン酸であることが好ましい。
前記スラリー中の結晶核を成長させる際の雰囲気は、不活性雰囲気であることが好ましい。
In the solvent, further, the Li x A y D z PO is four ingredients phosphorus (P) component may be added.
The phosphorus (P) component is preferably phosphoric acid.
The atmosphere for growing crystal nuclei in the slurry is preferably an inert atmosphere.

本発明のリチウム電池用正極活物質は、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法により得られたことを特徴とする。   The positive electrode active material for a lithium battery of the present invention is obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention.

本発明のリチウム電池は、本発明のリチウム電池用正極活物質を正電極に用いてなることを特徴とする。   The lithium battery of the present invention is characterized by using the positive electrode active material for a lithium battery of the present invention as a positive electrode.

本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法によれば、前記LiPOの原料となるリチウム(Li)成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、前記溶媒に、前記リチウム(Li)成分、A成分及びD成分を加えて温度(1)のスラリーとし、次いで、このスラリーを前記温度(1)より高い温度(2)に保持して、流動するスラリーの周縁部よりも温度が低い中心部近傍にて結晶核を析出させ、次いで、このスラリー中の結晶核を温度(3)にて成長させるので、連続合成の際に配管中を流動するスラリーは、流速が速い中心部で温度が低く、流速が遅い周縁部で温度が高くなり、このスラリーを温度(2)に保持した際の流動方向に垂直な断面における温度分布は、低温部である中心部から高温部である周縁部に向かって二次曲線を描くこととなる。
According to the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention, one or more of the lithium (Li) component, the A component, and the D component, which are raw materials of the Li x A y D z PO 4 , A phosphorus compound that is insoluble in a solvent containing water as a main component at room temperature and normal pressure, and the lithium (Li) component, the A component, and the D component are added to the solvent to form a slurry of temperature (1). Holding at a temperature (2) higher than the temperature (1), crystal nuclei are precipitated in the vicinity of the central part where the temperature is lower than the peripheral part of the flowing slurry , and then the crystal nuclei in the slurry are heated to the temperature (3 ), The slurry flowing in the pipe during continuous synthesis has a low temperature at the center where the flow rate is fast, and a high temperature at the periphery where the flow rate is slow, and this slurry is maintained at temperature (2). Cross section perpendicular to the flow direction when In the temperature distribution at, a quadratic curve is drawn from the central portion, which is a low temperature portion, toward the peripheral portion, which is a high temperature portion.

これにより、スラリーの中心部近傍では結晶核が析出するが、スラリーの周縁部では結晶核が析出することはなく、したがって、連続合成装置の内部、特に管型流動反応器として用いられる配管の内壁における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を防止することができ、管型流動反応器を用いた合成装置にて連続合成を行うことができ、装置の小型化を図ることができる。その結果、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の生産効率を向上させることができ、製造コストの低減を図ることができる。 As a result, crystal nuclei are precipitated in the vicinity of the center of the slurry, but crystal nuclei are not precipitated in the periphery of the slurry. Therefore, the inside of the continuous synthesis apparatus, particularly the inner wall of a pipe used as a tubular flow reactor Can prevent the precipitation particles from sticking and the interruption of the synthesis process due to the adhesion of the precipitation particles, can be continuously synthesized in a synthesis apparatus using a tubular flow reactor, and the size of the apparatus can be reduced. Can be planned. As a result, the production efficiency of the positive electrode active material for lithium batteries whose main component is Li x A y D z PO 4 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

また、流動するスラリーの中心部近傍にて結晶核を析出させることとなるので、低温部にて結晶核を析出させることにより、結晶核の形状及び粒径の制御を精度良く行うことができ、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の特性を向上させることができる。 Further, since the crystal nucleus is precipitated in the vicinity of the center portion of the flowing slurry, the crystal nucleus shape and particle size can be controlled with high accuracy by precipitating the crystal nucleus in the low temperature portion, li x a y D z PO 4 can improve the characteristics of a lithium battery positive active material for mainly composed of.

本発明のリチウム電池用正極活物質によれば、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法により得られたので、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の形状及び粒径を精度良く制御することができ、リチウム電池用正極活物質の品質を向上させることができる。 According to the positive electrode active material for a lithium battery of the present invention, it was obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention. Therefore, the positive electrode active material for a lithium battery mainly composed of Li x A y D z PO 4 The shape and particle size of the battery can be accurately controlled, and the quality of the positive electrode active material for a lithium battery can be improved.

本発明のリチウム電池によれば、本発明のリチウム電池用正極活物質を正電極に用いたので、形状及び粒径が精度良く制御されたLiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質を用いることで、充放電容量を安定化させることができ、安定した充放電サイクル特性を実現することができ、リチウム電池用電極の高品質化、小型化を図ることができる。 According to the lithium battery of the present invention, since the positive electrode active material for a lithium battery of the present invention is used as a positive electrode, lithium containing Li x A y D z PO 4 whose shape and particle size are accurately controlled as a main component By using the battery positive electrode active material, the charge / discharge capacity can be stabilized, stable charge / discharge cycle characteristics can be realized, and the quality and size of the lithium battery electrode can be improved. .

本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法及びリチウム電池用正極活物質並びにリチウム電池の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium batteries of this invention, the positive electrode active material for lithium batteries, and the best form of a lithium battery are demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法は、LiPO(但し、AはCo、Ni、Mn、Fe、Cu、Crから選択された1種、DはMg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素から選択された1種または2種以上かつ前記Aと異なる、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)にて表されるリチウム電池用正極活物質を連続して製造する方法であり、
まず、前記LiPOの原料となるリチウム(Li)成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、
次いで、前記溶媒に、前記Li成分、A成分及びD成分を加えて温度(1)のスラリーとし、次いで、このスラリーを前記温度(1)より高い温度(2)に保持して結晶核を析出させ、次いで、このスラリー中の結晶核を温度(3)にて成長させる方法である。
The method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention is Li x A y D z PO 4 (where A is one selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Cr, and D is Mg, Ca Fe, Ni, Co, Mn, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, one or more selected from rare earth elements and A method for continuously producing a positive electrode active material for a lithium battery represented by 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z <1.5, which is different from A,
First, one or more of the lithium (Li) component, the A component, and the D component that are raw materials of the Li x A y D z PO 4 are insoluble in a solvent containing water as a main component at room temperature and normal pressure. A phosphorus compound,
Next, the Li component, the A component, and the D component are added to the solvent to form a slurry having a temperature (1), and then the slurry is maintained at a temperature (2) higher than the temperature (1) to precipitate crystal nuclei. Next, the crystal nuclei in this slurry are grown at temperature (3).

ここで、常温常圧下とは、水を主成分とする溶媒に、加熱、冷却、加圧、減圧等を施すことのない条件下のことであり、例えば、−10℃〜40℃の気温、略1気圧(〜1013.25hPa)程度という、自然における環境下、あるいは居住空間、作業空間等の活動領域における環境下のことである。   Here, under normal temperature and normal pressure is a condition in which water, a main component, is not subjected to heating, cooling, pressurization, decompression, etc., for example, an air temperature of −10 ° C. to 40 ° C., It is in a natural environment of about 1 atm (−101.25 hPa) or in an active area such as a living space or a work space.

これらの温度(1)〜温度(3)の制御方法について、詳述する。
前記スラリーを温度(1)、例えば−80℃以上かつ300℃以下の温度に保持し、次いで、このスラリーを温度(1)より高くかつ室温(25℃)以上かつ800℃以下の温度(2)に保持してスラリー内にLiPOを主成分とする結晶核を析出させ、その後、結晶核を含むスラリーを温度(3)に保持し、このスラリー中の結晶核を成長させる。
A method for controlling these temperatures (1) to (3) will be described in detail.
The slurry is maintained at a temperature (1), for example, -80 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and then the slurry is heated to a temperature (2) higher than the temperature (1) and not lower than room temperature (25 ° C.) and not higher than 800 ° C. crystal nucleus is precipitated mainly composed of Li x a y D z PO 4 to within the slurry held in, after which the slurry containing the crystal nucleus maintained at a temperature (3), growing a crystal nucleus in the slurry Let me.

この方法では、温度(1)のスラリーを温度(2)に急速加熱して保持することにより、このスラリーに化学反応を生じさせ、このスラリーにLiPOの結晶核を析出させる。その後、結晶核を含むスラリーを温度(3)に保持し、スラリー内の結晶核を成長させ、LiPOの微結晶とする。
これにより、LiPOの微結晶を連続して製造することができる。
In this method, the slurry at the temperature (1) is rapidly heated to the temperature (2) and held to cause a chemical reaction in the slurry, and the crystal nuclei of Li x A y D z PO 4 are precipitated in the slurry. Let Thereafter, the slurry containing crystal nuclei is maintained at a temperature (3), and the crystal nuclei in the slurry are grown to form microcrystals of Li x A y D z PO 4 .
This makes it possible to continuously manufacture microcrystals of Li x A y D z PO 4 .

本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法についてさらに詳しく説明する。
まず、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法が適用される製造装置について説明する。
図1は、リチウム電池用正極活物質の製造装置を示す概略構成図であり、結晶性、形状及び粒径が制御されたLiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質を連続して製造する装置である。
The method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention will be described in more detail.
First, a manufacturing apparatus to which the method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for producing a positive electrode active material for a lithium battery. The positive electrode active for a lithium battery mainly composed of Li x A y D z PO 4 having controlled crystallinity, shape and particle size. It is a device that continuously manufactures substances.

図において、1はLiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の原料となるスラリーSを貯留する原料タンク、2はスラリーSを搬送する配管、3は配管2に設けられて原料タンク1に貯留されるスラリーSを供給するポンプであり、これら原料タンク1、配管2及びポンプ3により原料供給部4が構成されている。
このスラリーSは、LiPOの原料となるLi成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、次いで、前記溶媒に、これらLi成分、A成分及びD成分を加え、攪拌・混合したものである。
In the figure, 1 is a raw material tank for storing a slurry S as a raw material of a positive electrode active material for a lithium battery whose main component is Li x A y D z PO 4 , 2 is a pipe for carrying the slurry S, 3 is a pipe 2 The pump is provided to supply the slurry S stored in the raw material tank 1, and the raw material supply unit 4 is configured by the raw material tank 1, the pipe 2 and the pump 3.
This slurry S is a phosphorous that is insoluble in a solvent containing water as a main component at room temperature and normal pressure, with one or more of Li component, A component and D component as raw materials of Li x A y D z PO 4 being used. Then, the Li component, the A component, and the D component were added to the solvent, and the mixture was stirred and mixed.

また、5はポンプ3の出口側に接続された配管、6はポンプ3から送り出されて配管5内を流動するスラリーSを温度(1)、例えば−80℃以上かつ300℃以下の温度に保持する低温部、7はヒーター等の加熱手段を内蔵し低温部6から送り出されるスラリーSを温度(1)と異なる温度(2)、例えば、温度(1)より高くかつ室温(25℃)以上かつ800℃以下の高温に保持して結晶核を析出させる結晶核析出部であり、低温部6と結晶核析出部7により配管5内に温度勾配が形成されることで、配管5内を流動するスラリーSが急激に温度変化することにより、スラリーSが化学反応してLiPOを主成分とするリチウム金属リン酸化合物の結晶核を生成する様になっている。 In addition, 5 is a pipe connected to the outlet side of the pump 3, and 6 is a temperature (1) for keeping the slurry S sent from the pump 3 and flowing in the pipe 5 at a temperature of, for example, −80 ° C. to 300 ° C. The low-temperature part 7 includes a heating means such as a heater and the slurry S fed from the low-temperature part 6 has a temperature (2) different from the temperature (1), for example, higher than the temperature (1) and above room temperature (25 ° C.) It is a crystal nucleus precipitation part that precipitates crystal nuclei while maintaining a high temperature of 800 ° C. or less, and a temperature gradient is formed in the pipe 5 by the low temperature part 6 and the crystal nucleus precipitation part 7, thereby flowing in the pipe 5. When the temperature of the slurry S changes rapidly, the slurry S chemically reacts to generate crystal nuclei of a lithium metal phosphate compound mainly composed of Li x A y D z PO 4 .

また、8は結晶核析出部7から送り出される結晶核を含むスラリーS’を温度(3)、例えば−80℃以上かつ温度(2)以下に保持し、結晶核を所定の粒径及び形状の結晶に成長させるオートクレーブ容器等からなる密閉式の反応槽である。
この反応槽8には、結晶核を含むスラリーS’を攪拌する攪拌機11、結晶核を含むスラリーS’を温度(3)に加熱し保持するヒーター12、反応槽8内を所定の圧力の不活性雰囲気、例えばアルゴン(Ar)雰囲気にするためのArボンベ13及びArガスの圧力を測定するための圧力計14が設けられている。この不活性雰囲気は、場合によっては、窒素(N)雰囲気としてもよい。
Further, 8 holds the slurry S ′ containing crystal nuclei sent out from the crystal nucleus precipitation part 7 at a temperature (3), for example, −80 ° C. or higher and temperature (2) or lower, and the crystal nuclei have a predetermined particle size and shape. It is a sealed reaction tank composed of an autoclave vessel or the like for growing into crystals.
The reaction vessel 8 includes a stirrer 11 for stirring the slurry S ′ containing crystal nuclei, a heater 12 for heating and holding the slurry S ′ containing crystal nuclei at a temperature (3), and a predetermined pressure within the reaction vessel 8. An Ar cylinder 13 for making an active atmosphere, for example, an argon (Ar) atmosphere, and a pressure gauge 14 for measuring the pressure of Ar gas are provided. In some cases, the inert atmosphere may be a nitrogen (N 2 ) atmosphere.

また、21は反応槽8により所定の大きさ及び形状に成長したLiPOを主成分とするリチウム金属リン酸化合物微結晶を含むスラリーS”を搬送するための配管、22は配管21に設けられた逆止弁、23は背圧弁、24は配管21、逆止弁22及び背圧弁23を経由して流出するリチウム金属リン酸化合物微結晶を含むスラリーS”を回収するための容器、25は配管21に連通される配管26の端部に設けられ純水を貯留する水槽、27はポンプである。
この製造装置では、これら原料タンク1からポンプ27に至るそれぞれの作動は、図示しない制御装置により制御されている。
この製造装置は、スラリーが原料タンク1から送り出された後、配管2、5、反応槽8、配管21を経由して容器24にて回収されるまで、外部の雰囲気から隔離された閉鎖型の反応系となっている。
Reference numeral 21 denotes a pipe for transporting a slurry S ″ containing lithium metal phosphate compound microcrystals mainly composed of Li x A y D z PO 4 grown in a predetermined size and shape in the reaction tank 8; Is a check valve provided in the pipe 21, 23 is a back pressure valve, 24 is a slurry S ″ containing lithium metal phosphate compound crystallites flowing out via the pipe 21, check valve 22 and back pressure valve 23. A container 25 is provided at an end of a pipe 26 communicating with the pipe 21 and stores pure water, and 27 is a pump.
In this manufacturing apparatus, each operation from the raw material tank 1 to the pump 27 is controlled by a control device (not shown).
This manufacturing apparatus is a closed type that is isolated from the external atmosphere until the slurry is recovered from the raw material tank 1 and then recovered in the container 24 via the pipes 2 and 5, the reaction tank 8, and the pipe 21. It is a reaction system.

このリチウム電池用正極活物質の製造装置では、低温部6は、スラリーSを温度(1)に保持することができるものであればよく、例えば、二重管の外周に加熱用のヒーターが巻回された管型反応器が好ましい。ヒーター付きの二重管とすることで、スラリーSを広い温度範囲で温度制御することが容易になる。この低温部6の温度としては、特に限定するものではないが、下限の温度は、ドライアイスを加えたエタノールからなる寒剤が到達可能な温度である−80℃とし、上限の温度は、一般的に伝熱媒体として用いられる有機溶剤の耐熱温度である300℃とするのが好ましい。   In this apparatus for producing a positive electrode active material for a lithium battery, the low temperature part 6 may be any one that can hold the slurry S at the temperature (1). For example, a heater for heating is wound around the outer periphery of the double tube. A rotated tubular reactor is preferred. By using a double tube with a heater, it becomes easy to control the temperature of the slurry S in a wide temperature range. The temperature of the low temperature part 6 is not particularly limited, but the lower limit temperature is −80 ° C., which is a temperature that can be reached by a cryogen composed of ethanol with dry ice, and the upper limit temperature is generally It is preferable that the heat resistance temperature of the organic solvent used as the heat transfer medium is 300 ° C.

また、低温部6と結晶核析出部7は隣接させることが好ましい。また、低温部6と結晶核析出部7を連通する配管5の径が十分細い場合には、冷却あるいは加熱が容易であり、配管5を流れるスラリーSに対して容易に温度勾配を形成し、また温度勾配を容易に変更することが可能であるから、結晶核の生成段階で急激な温度変化に伴う微結晶の生成が可能になる。   The low temperature part 6 and the crystal nucleus precipitation part 7 are preferably adjacent to each other. Further, when the diameter of the pipe 5 communicating the low temperature part 6 and the crystal nucleus precipitation part 7 is sufficiently thin, cooling or heating is easy, and a temperature gradient is easily formed with respect to the slurry S flowing through the pipe 5; In addition, since the temperature gradient can be easily changed, it is possible to generate microcrystals accompanying a rapid temperature change in the crystal nucleus generation stage.

また、結晶核析出部7の温度範囲については、結晶核を析出させることのできる温度範囲であればよく、低温部6と同様、特に限定するものではないが、温度の制御の容易さ等から、室温(25℃)からステンレスの耐熱温度の上限である800℃までの範囲が好適である。
また、反応槽8の温度範囲についても、結晶核を所定の大きさ及び形状の結晶に成長させることのできる温度範囲であればよく、低温部6及び結晶核析出部7と同様、特に限定するものではないが、加熱、冷却のいずれかの方法を採用することにより、−80℃から800℃まで設定することが可能である。
Further, the temperature range of the crystal nucleus precipitation part 7 is not particularly limited as long as it is a temperature range in which crystal nuclei can be precipitated. A range from room temperature (25 ° C.) to 800 ° C. which is the upper limit of the heat resistant temperature of stainless steel is preferable.
Further, the temperature range of the reaction vessel 8 may be a temperature range in which crystal nuclei can be grown into crystals having a predetermined size and shape, and is specifically limited as in the low temperature portion 6 and the crystal nucleus precipitation portion 7. Although it is not a thing, it can set from -80 degreeC to 800 degreeC by employ | adopting either the method of heating and cooling.

次に、このリチウム電池用正極活物質の製造装置を用いてLiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質を連続して製造する方法について説明する。
まず、LiPOの原料となるスラリーSを調整し、原料タンク1に貯留する。
スラリーSは、水を主成分とする溶媒に、LiPOの原料となるLi成分、A成分(但し、AはCo、Ni、Mn、Fe、Cu、Crから選択された1種)、D成分(但し、DはMg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素から選択された1種または2種以上かつ前記Aと異なる)を加え、攪拌・混合し、調整する。
Next, a method for continuously producing a positive electrode active material for a lithium battery having Li x A y D z PO 4 as a main component using the apparatus for producing a positive electrode active material for a lithium battery will be described.
First, the slurry S, which is a raw material for Li x A y D z PO 4 , is prepared and stored in the raw material tank 1.
The slurry S is a solvent containing water as a main component, Li component as a raw material of Li x A y D z PO 4 , and A component (where A is selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Cr) 1 type), D component (where D is Mg, Ca, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B) 1 or 2 or more selected from rare earth elements and different from the above A), and stirring and mixing to adjust.

この場合、Li成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とする必要がある。
ここで、希土類元素とは、ランタン系列であるLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの15元素のことである。
In this case, one or more of the Li component, the A component, and the D component must be a phosphorus compound that is insoluble in a solvent containing water as a main component at normal temperature and pressure.
Here, the rare earth elements are 15 elements of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu which are lanthanum series.

また、水を主成分とする溶媒としては、純水、水−アルコール溶液、水−ケトン溶液、水−エーテル溶液等が挙げられ、中でも純水が好ましい。
その理由は、水は安価であり、臨界点付近で誘電率の大きな変化を示すことから、温度、圧力の操作により容易に各物質に対する溶解度等の溶媒物性を制御することが可能だからである。
Li成分としては、LiPOの原料となるLi化合物、例えば、水を主成分とする溶媒に不溶なLi化合物が好ましく、特にリチウムリン化合物が好ましい。このリチウムリン化合物としては、リン酸リチウム(LiPO、2LiPO・HO等)が好ましい。
Moreover, as a solvent which has water as a main component, a pure water, a water-alcohol solution, a water-ketone solution, a water-ether solution etc. are mentioned, Among these, a pure water is preferable.
The reason is that water is inexpensive and exhibits a large change in dielectric constant near the critical point, so that it is possible to easily control solvent physical properties such as solubility in each substance by manipulating temperature and pressure.
As the Li component, a Li compound as a raw material of Li x A y D z PO 4 , for example, a Li compound insoluble in a solvent containing water as a main component is preferable, and a lithium phosphorus compound is particularly preferable. As this lithium phosphorus compound, lithium phosphate (Li 3 PO 4 , 2Li 3 PO 4 .H 2 O, etc.) is preferable.

A成分としては、Co、Ni、Mn、Fe、Cu、Cr各々の金属塩のうち1種が用いられ、この金属塩としては、例えば、水を主成分とする溶媒に不溶でありかつAを含むリン化合物が好ましく、特にAを含むリン酸塩が好ましい。例えば、Fe塩としては、水に不溶なFe化合物であればよく、例えば、(オルト)リン酸鉄(II)(Fe(PO)、(オルト)リン酸鉄(III)(FePO)が好ましく、特に、常温以上の温度の水に不溶な(オルト)リン酸鉄(II)(Fe(PO)が好ましい。 As the A component, one of the metal salts of Co, Ni, Mn, Fe, Cu, and Cr is used. As the metal salt, for example, A is insoluble in a solvent containing water as a main component and A is used. The phosphorus compound containing is preferable, and the phosphate containing A is particularly preferable. For example, the Fe salt may be an Fe compound that is insoluble in water. For example, (ortho) iron phosphate (II) (Fe 3 (PO 4 ) 2 ), (ortho) iron phosphate (III) (FePO 4 ) is preferable, and (ortho) iron phosphate (II) (Fe 3 (PO 4 ) 2 ) that is insoluble in water at room temperature or higher is particularly preferable.

D成分としては、Mg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素各々のうちA成分と異なる元素の金属塩のうち1種または2種以上が用いられ、例えば、Al(SO、MgSO、Ti(SO等の硫酸塩、Al(CHCOO)、Mg(CHCOO)等の酢酸塩、AlCl、CaCl、TiCl等の塩化物、等のような金属塩が好ましい。 As D component, Mg, Ca, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, each of rare earth elements One or more metal salts of elements different from the component A are used. For example, sulfates such as Al 2 (SO 4 ) 3 , MgSO 4 , Ti (SO 4 ) 2 , Al (CH 3 COO) 3 , metal salts such as acetates such as Mg (CH 3 COO) 2 , chlorides such as AlCl 3 , CaCl 2 and TiCl 4 , etc. are preferred.

このD成分としては、上記の金属塩の他、例えば、水を主成分とする溶媒に不溶でありかつDを含むリン化合物であってもよく、例えば、リン酸アルミニウム(AlPO)、リン酸マグネシウム(Mg(PO)、(オルト)リン酸マンガン(II)(Mn(PO)、(オルト)リン酸マンガン(III)(MnPO)等であってもよい。 In addition to the above metal salt, the D component may be, for example, a phosphorus compound that is insoluble in a solvent containing water as a main component and contains D. For example, aluminum phosphate (AlPO 4 ), phosphoric acid Magnesium (Mg 3 (PO 4 ) 2 ), (ortho) manganese phosphate (II) (Mn 3 (PO 4 ) 2 ), (ortho) manganese phosphate (III) (MnPO 4 ) and the like may be used.

リン(P)成分については、Li成分、A成分、あるいはD成分に含まれるP成分の他、さらに、LiPOの原料となるP成分を添加してもよい。
このP成分としては、オルトリン酸(HPO)、亜リン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等の他、リン酸水素2アンモニウム((NHHPO)、リン酸2水素アンモニウム(NHPO)等のリン酸水素アンモニウム等が挙げられる。
The phosphorus (P) component, Li component, other P components contained in the component A or D components, further, may be added Li x A y D z raw material becomes P component of PO 4.
Examples of the P component include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), phosphorous acid (H 3 PO 3 ), metaphosphoric acid (HPO 3 ) and the like, as well as diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), And ammonium hydrogen phosphate such as ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ).

次いで、このスラリーSを配管2及びポンプ3を介して低温部6に定量供給し、−80℃以上かつ300℃以下の温度(1)に保持する。
ここで、スラリーSをドライアイスを加えたエタノールからなる寒剤を用いて冷却すれば、−80℃、あるいはその近辺にまで冷却可能である。また、スラリーSをヒーターにより加熱すれば、有機溶剤の耐熱温度である300℃まで加熱可能である。
Next, the slurry S is quantitatively supplied to the low temperature part 6 through the pipe 2 and the pump 3, and is maintained at a temperature (1) of −80 ° C. or more and 300 ° C. or less.
Here, if the slurry S is cooled using a cryogen composed of ethanol to which dry ice is added, the slurry S can be cooled to −80 ° C. or the vicinity thereof. Moreover, if the slurry S is heated with a heater, it can be heated to 300 ° C., which is the heat resistant temperature of the organic solvent.

次いで、低温部6から送り出されたスラリーSを結晶核析出部7に移動させ、温度(1)より高くかつ室温(25℃)以上かつ800℃以下の温度(2)に保持してスラリーSに化学反応を生じさせ、スラリーS内にLiPOを主成分とする結晶核を析出させる。
低温部6と結晶核析出部7との間に急峻な温度勾配があるので、ここを通過するスラリーSは急激な温度変化による急激な化学反応により、極めて微小なLiPOの結晶核を瞬時にしかも多量に生成することとなる。
Next, the slurry S sent out from the low temperature part 6 is moved to the crystal nucleus precipitation part 7 and kept at a temperature (2) higher than the temperature (1) and not lower than room temperature (25 ° C.) and not higher than 800 ° C. A chemical reaction is caused to precipitate crystal nuclei containing Li x A y D z PO 4 as the main component in the slurry S.
Since there is a steep temperature gradient between the low temperature part 6 and the crystal nucleus precipitation part 7, the slurry S passing therethrough has a very small Li x A y D z PO 4 due to a rapid chemical reaction due to a rapid temperature change. This produces a large amount of crystal nuclei instantaneously.

この結晶核析出部7では、図2に示すように、流動するスラリーSの流速Vは、中心部Sで速く、周縁部Sで遅くなる。したがって、スラリーSの流速Vの流動方向に垂直な断面における分布は、中心部Sが最も速く、この中心部Sから周縁部Sに向かって二次曲線、例えば放物線を描くこととなる。 In the crystal nuclei precipitated portion 7, as shown in FIG. 2, the flow velocity V of the slurry S flowing is faster at the center S C, slower at the periphery S R. Thus, the distribution in a cross section perpendicular to the flow direction of the flow velocity V of the slurry S in the center S C is the fastest, quadratic curve toward the periphery S R from the center S C, so that the draw example parabola .

また、このスラリーSは、結晶核析出部7に内蔵されたヒーター等の加熱手段により加熱されるので、周縁部Sは温度が最も高くなり、中心部Sは周縁部Sに比べて温度が低くなる。
したがって、スラリーSを温度(2)に保持した際の流動方向に垂直な断面における温度(T)分布は、低温部である中心部Sから高温部である周縁部Sに向かって二次曲線、例えば放物線を描くこととなる。
Further, the slurry S is because it is heated by a heating means such as a heater incorporated in the crystal nuclei precipitated section 7, the peripheral portion S R temperature is the highest, the central portion S C is compared to the peripheral portion S R The temperature goes down.
Therefore, the temperature in a cross section perpendicular to the flow direction at the time of holding the slurry S to a temperature (2) (T) distribution, the double toward the center S C is the low temperature portion to the peripheral portion S R at a high temperature portion primary A curve, for example a parabola, will be drawn.

これにより、スラリーSの中心部S近傍では結晶核が析出するが、スラリーSの周縁部Sでは温度が高いので、スラリーSを構成する原料が溶解し、結晶核が析出することはない。したがって、連続合成装置の内部、特に配管の内壁における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を防止することができる。その結果、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の生産効率を向上させ、製造コストの低減を図ることができる。 Thus, although the central portion S C vicinity of the slurry S is the crystal nuclei are precipitated, the temperature in the peripheral portion S R of the slurry S is high, dissolved material constituting the slurry S, is not the crystal nuclei are precipitated . Therefore, it is possible to prevent precipitation particles from adhering to the inside of the continuous synthesis apparatus, particularly the inner wall of the pipe, and interruption of the synthesis process due to the adhesion of the precipitation particles. As a result, it is possible to improve the production efficiency of the positive electrode active material for a lithium battery containing Li x A y D z PO 4 as a main component, and to reduce the manufacturing cost.

また、流動するスラリーSの中心部S近傍にて結晶核を析出させることとなるので、周縁部Sに比べて温度が低い低温部にて結晶核を析出させることにより、結晶核の形状及び粒径の制御を精度良く行うことができ、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の特性を向上させることができる。 Also, since the be deposited crystal nuclei in the heart S C vicinity of the slurry S flowing, by precipitating the crystal nucleus temperature than the peripheral portion S R is at a low temperature portion, the shape of the crystal nuclei In addition, the particle size can be controlled with high accuracy, and the characteristics of the positive electrode active material for a lithium battery containing Li x A y D z PO 4 as a main component can be improved.

この様にして発生した微小なLiPOの結晶核を含むスラリーS’は、反応槽8に送り込まれる。この反応槽8は、内部がArボンベ13及び圧力計14により所定の圧力のArガス雰囲気とされているので、スラリーS’は、酸化等により変質する虞がない。 The slurry S ′ containing fine Li x A y D z PO 4 crystal nuclei generated in this way is fed into the reaction vessel 8. Since the inside of the reaction vessel 8 is set to an Ar gas atmosphere at a predetermined pressure by the Ar cylinder 13 and the pressure gauge 14, the slurry S ′ is not likely to be altered by oxidation or the like.

このスラリーS’は、攪拌機11により攪拌されると同時にヒーター12により−80℃以上かつ温度(2)以下の温度(3)に加熱され保持される。
同時に、Arボンベ13及び圧力計14により反応槽8内部の雰囲気が、例えば、0.1〜30MPaのAr雰囲気に保たれる。
ここでは、微小なLiPOの結晶核を基に、結晶性が良く、均一な粒径及び形状のLiPO微結晶に徐々に成長させる必要があるので、温度(3)は温度(2)以下であることが好ましい。
The slurry S ′ is stirred by the stirrer 11 and simultaneously heated and held at the temperature (3) by the heater 12 to −80 ° C. or more and temperature (2) or less.
At the same time, the atmosphere inside the reaction vessel 8 is maintained in an Ar atmosphere of, for example, 0.1 to 30 MPa by the Ar cylinder 13 and the pressure gauge 14.
Here, it is necessary to gradually grow Li x A y D z PO 4 microcrystals with good crystallinity and uniform grain size and shape based on the fine Li x A y D z PO 4 crystal nucleus. Therefore, it is preferable that the temperature (3) is equal to or lower than the temperature (2).

この結晶核を含むスラリーS’を反応槽8内で所定時間熟成することにより、LiPOの結晶核が結晶成長し、所定の粒径及び形状のLiPO微結晶となる。
ここでは、熟成の際の温度、雰囲気及び圧力を一定に保持しているので、微小な結晶核を基にLiPO微結晶を容易かつ大量に、しかも連続的に生成することができる。
By aging the slurry S ′ containing crystal nuclei in the reaction vessel 8 for a predetermined time, the crystal nuclei of Li x A y D z PO 4 grow, and Li x A y D z having a predetermined particle diameter and shape is formed. PO 4 microcrystals are formed.
Here, since the temperature, atmosphere, and pressure during ripening are kept constant, Li x A y D z PO 4 microcrystals can be easily and continuously produced in large quantities based on the minute crystal nuclei. be able to.

このLiPO微結晶を含むスラリーS”は、配管21、逆止弁22を経由した後に、水槽25から送られる純水と混合され、背圧弁23を経由して容器24にて回収される。背圧弁23を絞ることにより、配管2から配管22に至る反応系全体の圧力を任意に制御することができる。 The slurry S ″ containing Li x A y D z PO 4 microcrystals is mixed with pure water sent from the water tank 25 after passing through the pipe 21 and the check valve 22, and then passed through the back pressure valve 23 to the container 24. By narrowing down the back pressure valve 23, the pressure of the entire reaction system from the pipe 2 to the pipe 22 can be arbitrarily controlled.

このLiPO微結晶を含むスラリーS”は、そのままの状態で使用してもよく、また、LiPO微結晶単体を用いる場合には、限外濾過法等によりLiPO微結晶をスラリーS”から分離し、その後、真空乾燥等により乾燥させればよい。
以上により、LiPO微結晶、あるいはLiPO微結晶を含むスラリーS”を連続して製造することができる。
しかも、装置構成が簡単であり、しかも安価であるから、製造コストを大幅に削減することができる。
The Li x A y D z PO 4 slurry S containing microcrystals "may be used as it is, also, in the case of using the Li x A y D z PO 4 crystallites alone, ultrafiltration The Li x A y D z PO 4 microcrystals may be separated from the slurry S ″ by a method or the like, and then dried by vacuum drying or the like.
Thus, it is possible to continuously manufacture a slurry S "containing Li x A y D z PO 4 crystallites, or Li x A y D z PO 4 crystallites.
Moreover, since the apparatus configuration is simple and inexpensive, the manufacturing cost can be greatly reduced.

本実施形態によれば、LiPOの原料となるLi成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物としたので、連続製造装置の内部、特に配管の内壁における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を防止することができる。その結果、従来の水熱合成反応による粉末合成、特に溶液を原料とした粉末合成において生じ易かった結晶核析出部の配管詰まりを回避することができ、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の生産効率を向上させ、製造コストの低減を図ることができる。 According to this embodiment, one or more of Li component, A component, and D component, which are raw materials of Li x A y D z PO 4 , are insoluble in a solvent containing water as a main component at normal temperature and pressure. Since the phosphorus compound is used, it is possible to prevent the precipitation particles from adhering to the inside of the continuous production apparatus, particularly the inner wall of the pipe, and the interruption of the synthesis process due to the adhesion of the precipitation particles. As a result, it is possible to avoid the clogging of the crystal nucleus precipitation part, which was easy to occur in the conventional powder synthesis by the hydrothermal synthesis reaction, especially the powder synthesis using the solution as a raw material, and Li x A y D z PO 4 is the main component. The production efficiency of the positive electrode active material for a lithium battery can be improved, and the production cost can be reduced.

また、流動するスラリーSの中心部S近傍にて結晶核を析出させることとなるので、周縁部Sに比べて温度が低い低温部にて結晶核を析出させることにより、結晶核の形状及び粒径の制御を精度良く行うことができる。したがって、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の特性を向上させることができる。 Also, since the be deposited crystal nuclei in the heart S C vicinity of the slurry S flowing, by precipitating the crystal nucleus temperature than the peripheral portion S R is at a low temperature portion, the shape of the crystal nuclei In addition, the particle size can be controlled with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the Li x A y D z A positive active material for PO 4 as main components.

本発明のリチウム電池用正極活物質は、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法により得られたので、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の形状及び粒径を精度良く制御することができる。したがって、リチウム電池用正極活物質の品質を向上させることができる。 Since the positive electrode active material for a lithium battery of the present invention was obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention, the shape of the positive electrode active material for a lithium battery mainly comprising Li x A y D z PO 4 In addition, the particle size can be accurately controlled. Therefore, the quality of the positive electrode active material for lithium batteries can be improved.

本発明のリチウム電池は、本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法により得られたLiPO微結晶を主成分とするリチウム電池用正極活物質を正電極に用いたものであり、負電極、電解質、セパレーター及び電池形状等は特に限定されるものではない。このリチウム電池は、その正極が、高純度であり、形状及び粒径が精度良く制御されたLiPO微結晶によって形成されたものであるから、充放電容量を安定化させることができ、安定した充放電サイクル特性を実現することができ、リチウム電池用電極の高品質化、小型化を図ることができる。 The lithium battery of the present invention uses, as a positive electrode, a positive electrode active material for a lithium battery mainly composed of Li x A y D z PO 4 microcrystals obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery of the present invention. The negative electrode, electrolyte, separator, battery shape, etc. are not particularly limited. In this lithium battery, the positive electrode is made of Li x A y D z PO 4 microcrystals with high purity, and the shape and particle size of which are accurately controlled, so that the charge / discharge capacity is stabilized. Therefore, stable charge / discharge cycle characteristics can be realized, and the quality and size of the lithium battery electrode can be improved.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
(実施例)
0.1molのリン酸リチウム(LiPO)、0.1molのリン酸鉄8水和物(Fe(PO・8HO)及び純水を、総量が3リットル(L)となる様に混合し、スラリーを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by this Example.
(Example)
0.1 mol of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), 0.1 mol of iron phosphate octahydrate (Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O) and pure water, the total amount being 3 liters (L) The resulting mixture was mixed to obtain a slurry.

次いで、図1に示す製造装置を用いて、このスラリーを反応させた。ここでは、低温部6の温度を0℃、結晶核析出部7の温度を300℃とし、低温部6と結晶核析出部7との間の温度勾配を100℃/秒とした。
また、反応槽8内を8MPaのAr雰囲気とし、その温度を170℃とした。その後、得られた生成物を濾過により分離・回収し、水洗後乾燥し、試料1を得た。
Subsequently, this slurry was made to react using the manufacturing apparatus shown in FIG. Here, the temperature of the low temperature part 6 was 0 ° C., the temperature of the crystal nucleus precipitation part 7 was 300 ° C., and the temperature gradient between the low temperature part 6 and the crystal nucleus precipitation part 7 was 100 ° C./second.
Moreover, the inside of the reaction tank 8 was made into 8 MPa Ar atmosphere, and the temperature was 170 degreeC. Thereafter, the obtained product was separated and collected by filtration, washed with water and dried to obtain Sample 1.

(参考例)
0.2molの酢酸リチウム(LiCHCOO)、0.1molの硫酸鉄(II)(FeSO)、0.1molのオルトリン酸(HPO)、0.1molのクエン酸及び純水を、総量が2Lとなる様に混合し、均一な透明溶液を得た。
次いで、図1に示す製造装置を用いて、この透明溶液を反応させた。この製造装置における各部の温度、圧力等の条件は、実施例と同一とした。
その後、得られた生成物を濾過により分離・回収し、水洗後乾燥し、試料2を得た。
この例では、およそ2日間連続で合成を行ったが、この間に配管内にて粉詰まりが発生し、製造を中断した。
(Reference example)
0.2 mol of lithium acetate (LiCH 3 COO), 0.1 mol of iron (II) sulfate (FeSO 4 ), 0.1 mol of orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), 0.1 mol of citric acid and pure water, The mixture was mixed so that the total amount was 2 L, and a uniform transparent solution was obtained.
Next, this transparent solution was reacted using the production apparatus shown in FIG. Conditions such as temperature and pressure of each part in the manufacturing apparatus were the same as those in the example.
Thereafter, the obtained product was separated and collected by filtration, washed with water and dried to obtain Sample 2.
In this example, the synthesis was performed continuously for about 2 days, but during this time, clogging occurred in the piping, and the production was interrupted.

ここで、実施例で得られた試料1の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を図3に、参考例で得られた試料2の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を図4に、それぞれ示す。
これらの図によれば、実施例で得られた試料1は、100nm以下の極めて微小な微結晶であり、参考例で得られた試料2より微結晶であることが分かった。
Here, the scanning electron microscope image (SEM image) of the sample 1 obtained in the example is shown in FIG. 3, and the scanning electron microscope image (SEM image) of the sample 2 obtained in the reference example is shown in FIG. Show.
According to these figures, it was found that the sample 1 obtained in the example was an extremely fine crystallite of 100 nm or less, and more microcrystal than the sample 2 obtained in the reference example.

本発明は、LiPOの原料となるLi成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とすることにより、連続合成装置の内部における析出粒子の固着及びこの析出粒子の固着に起因する合成プロセスの中断を回避することができたものであるから、LiPOを主成分とするリチウム電池用正極活物質の長期連続合成はもちろんのこと、これ以外の微結晶の長期連続合成に適用することも可能であり、その産業上の利用価値は極めて大きい。 The present invention relates to a phosphorus compound that is insoluble in a solvent containing water as a main component at room temperature and normal pressure, using at least one of Li component, A component, and D component as raw materials for Li x A y D z PO 4 . Therefore, the fixation of the precipitated particles inside the continuous synthesis apparatus and the interruption of the synthesis process due to the fixation of the precipitated particles can be avoided. Therefore, Li x A y D z PO 4 is mainly used. It can be applied not only to long-term continuous synthesis of positive electrode active materials for lithium batteries as components, but also to long-term continuous synthesis of other microcrystals, and its industrial utility value is extremely high.

本発明のリチウム電池用正極活物質の製造方法が適用される製造装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the manufacturing apparatus with which the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium batteries of this invention is applied. 製造装置の結晶核析出部におけるスラリーの流速分布及び温度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow velocity distribution and temperature distribution of the slurry in the crystal nucleus precipitation part of a manufacturing apparatus. 本発明の実施例で得られた試料1の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を示す図である。It is a figure which shows the scanning electron microscope image (SEM image) of the sample 1 obtained in the Example of this invention. 参考例で得られた試料2の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を示す図である。It is a figure which shows the scanning electron microscope image (SEM image) of the sample 2 obtained by the reference example.

符号の説明Explanation of symbols

1 原料タンク
2 配管
3 ポンプ
4 原料供給部
5 配管
6 低温部
7 結晶核析出部
8 反応槽
11 攪拌機
12 ヒーター
13 Arボンベ
14 圧力計
21 配管
22 逆止弁
23 背圧弁
24 容器
25 水槽
26 配管
27 ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material tank 2 Piping 3 Pump 4 Raw material supply part 5 Piping 6 Low temperature part 7 Crystal nucleus precipitation part 8 Reaction tank 11 Stirrer 12 Heater 13 Ar cylinder 14 Pressure gauge 21 Piping 22 Check valve 23 Back pressure valve 24 Container 25 Water tank 26 Piping 27 pump

Claims (9)

LiPO(但し、AはCo、Ni、Mn、Fe、Cu、Crから選択された1種、DはMg、Ca、Fe、Ni、Co、Mn、Zn、Ge、Cu、Cr、Ti、Sr、Ba、Sc、Y、Al、Ga、In、Si、B、希土類元素から選択された1種または2種以上かつ前記Aと異なる、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)にて表されるリチウム電池用正極活物質を連続して製造する方法であって、
前記LiPOの原料となるリチウム(Li)成分、A成分及びD成分のうち1種または2種以上を、常温常圧下で水を主成分とする溶媒に不溶なリン化合物とし、
前記溶媒に、前記リチウム(Li)成分、A成分及びD成分を加えて温度(1)のスラリーとし、次いで、このスラリーを前記温度(1)より高い温度(2)に保持して、流動するスラリーの周縁部よりも温度が低い中心部近傍にて結晶核を析出させ、次いで、このスラリー中の結晶核を温度(3)にて成長させることを特徴とするリチウム電池用正極活物質の製造方法。
Li x A y D z PO 4 (where A is one selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cu, Cr, D is Mg, Ca, Fe, Ni, Co, Mn, Zn, Ge, Cu) , Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, one or more selected from rare earth elements and different from A, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z <1.5) A method for continuously producing a positive electrode active material for a lithium battery,
Phosphorus compound insoluble in a solvent containing water as a main component under normal temperature and normal pressure, one or more of lithium (Li) component, A component and D component as raw materials of Li x A y D z PO 4 age,
The lithium (Li) component, the A component, and the D component are added to the solvent to form a slurry having a temperature (1), and then the slurry is maintained at a temperature (2) higher than the temperature (1) to flow. Production of a positive electrode active material for a lithium battery, characterized in that crystal nuclei are precipitated in the vicinity of a central part having a temperature lower than that of the peripheral edge of the slurry, and then the crystal nuclei in the slurry are grown at a temperature (3). Method.
前記リン化合物は、リチウムリン化合物であることを特徴とする請求項1記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。   The said phosphorus compound is a lithium phosphorus compound, The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium batteries of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記リン化合物は、リチウムリン化合物と、前記Aおよび/またはDを含むリン化合物とからなることを特徴とする請求項1記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。   The said phosphorus compound consists of a lithium phosphorus compound and the phosphorus compound containing said A and / or D, The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium batteries of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記リン化合物は、リン酸塩であることを特徴とする請求項1、2または3記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。   The said phosphorus compound is a phosphate, The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium batteries of Claim 1, 2, or 3 characterized by the above-mentioned. 前記溶媒に、さらに、前記LiPOの原料となるリン(P)成分を添加することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。 5. The positive electrode active material for a lithium battery according to claim 1, wherein a phosphorus (P) component that is a raw material of the Li x A y D z PO 4 is further added to the solvent. Manufacturing method. 前記リン(P)成分は、リン酸であることを特徴とする請求項5記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium battery according to claim 5, wherein the phosphorus (P) component is phosphoric acid. 前記スラリー中の結晶核を成長させる際の雰囲気は、不活性雰囲気であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the atmosphere for growing crystal nuclei in the slurry is an inert atmosphere. 請求項1ないし7のいずれか1項記載のリチウム電池用正極活物質の製造方法により得られたことを特徴とするリチウム電池用正極活物質。   A positive electrode active material for a lithium battery obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium battery according to any one of claims 1 to 7. 請求項8記載のリチウム電池用正極活物質を正電極に用いてなることを特徴とするリチウム電池。   A lithium battery comprising the positive electrode active material for a lithium battery according to claim 8 as a positive electrode.
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