JP5164260B2 - Method for producing carbon-olivine type lithium iron phosphate composite, and positive electrode material for lithium ion battery - Google Patents

Method for producing carbon-olivine type lithium iron phosphate composite, and positive electrode material for lithium ion battery Download PDF

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Description

本発明は、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法と、該複合体を含有するリチウムイオン電池用正極材料に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite and a positive electrode material for a lithium ion battery containing the composite.

リチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池)は、従来を上回る高エネルギー密度を有する新型電池として1991年に製品化され、現在、携帯電話、ノートパソコンなどの電子機器に不可欠な電源として市場の急拡大が続いている。しかし、負極材料、電解液の改良および開発などにより電池性能は向上しているが、正極材料としては、開発当初から現在にいたるまで岩塩型のコバルト酸リチウム(LiCoO)が多用されている。LiCoOを用いたリチウムイオン電池は、小型電池としての性能は優れているものの、原料のコバルトの埋蔵量が少ないために激しく価格変動することや、充電時に何らかの原因で内部短絡が生じた際に酸素が放出され、電解液を燃焼、爆発させる危険性を有していることなどの問題を抱えている。そこで、安全で効果的な代替のリチウムイオン電池用の正極材料が求められている。 The lithium-ion battery (lithium-ion secondary battery) was commercialized in 1991 as a new battery with higher energy density than before, and now the market is rapidly expanding as an indispensable power source for electronic devices such as mobile phones and laptop computers. It is continuing. However, although the battery performance has been improved by improving and developing negative electrode materials and electrolytes, rock salt type lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has been frequently used as the positive electrode material from the beginning to the present. Lithium-ion batteries using LiCoO 2 have excellent performance as small batteries, but the price of raw materials cobalt is small, and the price fluctuates violently or when an internal short circuit occurs for some reason during charging. It has problems such as the risk of oxygen being released and the electrolyte solution burning and exploding. Therefore, there is a need for a safe and effective alternative positive electrode material for lithium ion batteries.

このような事情の下、原料の豊富な鉄系の材料が期待されており、特にオリビン型リン酸鉄リチウムは、LiCoOの上記問題を解決し得る次世代正極材料として注目されている(例えば、特許文献1、非特許文献1など)。 Under such circumstances, iron-based materials rich in raw materials are expected, and in particular, olivine-type lithium iron phosphate is attracting attention as a next-generation positive electrode material that can solve the above-described problems of LiCoO 2 (for example, , Patent Document 1, Non-Patent Document 1, etc.).

ところで、通常のリチウムイオン電池の正極は、LiCoOなどの材料を活物質とし、これに正極における電子伝導性を高めるための炭素材料などの導電助剤と、これら活物質や導電助剤などを結着するためのバインダーとを有する正極合剤を成形したり、このような正極合剤の層(正極合剤層)を集電体となる導電性基体の片面または両面に形成したりすることで構成されている。 By the way, the positive electrode of a normal lithium ion battery uses a material such as LiCoO 2 as an active material, and a conductive aid such as a carbon material for increasing the electron conductivity in the positive electrode, and the active material and conductive aid. Forming a positive electrode mixture having a binder for binding, or forming such a positive electrode mixture layer (positive electrode mixture layer) on one or both sides of a conductive substrate serving as a current collector It consists of

ところが、オリビン型リン酸鉄リチウムは電子伝導性が非常に低いため、単に導電助剤を共存させて正極を構成するだけでは電子伝導性が充分でなく、そのため、優れた電池特性の確保が困難である。   However, since olivine-type lithium iron phosphate has very low electronic conductivity, it is difficult to ensure excellent battery characteristics by simply forming a positive electrode by coexisting a conductive auxiliary agent. It is.

そこで、オリビン型リン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオン電池用の正極材料において、電子伝導性を高める技術が検討されている。   In view of this, a technique for improving electron conductivity in a positive electrode material for a lithium ion battery using olivine type lithium iron phosphate has been studied.

例えば、特許文献2には、リチウム塩と鉄塩とを含有するリン酸水溶液に、アスコルビン酸などの水溶性有機還元剤を混合し、さらに炭素材料を添加した後、アルカリ溶液を混合して、リチウムと鉄との複合リン酸化物の共沈体を生成させ、これを焼成して、オリビン型リン酸鉄リチウムと炭素との複合体を得る製造方法が提案されている。そして、特許文献2には、このオリビン型リン酸鉄リチウムと炭素との複合体では、オリビン型リン酸鉄リチウム粒子の表面に付着している炭素粒子によって電子伝導性が向上するので、オリビン型リン酸鉄リチウム単体よりも電子伝導性が良好である旨記載されている。   For example, in Patent Document 2, a phosphoric acid aqueous solution containing a lithium salt and an iron salt is mixed with a water-soluble organic reducing agent such as ascorbic acid, a carbon material is further added, an alkali solution is mixed, A production method has been proposed in which a coprecipitate of a composite phosphorous oxide of lithium and iron is produced and calcined to obtain a composite of olivine-type lithium iron phosphate and carbon. And in patent document 2, in this olivine type lithium iron phosphate and carbon composite, since the electron conductivity is improved by the carbon particles adhering to the surface of the olivine type lithium iron phosphate particles, the olivine type It is described that the electronic conductivity is better than that of lithium iron phosphate alone.

特許第3484003号公報Japanese Patent No. 3484003 特開2002−117831号公報JP 2002-117831 A 「Hydrothermal synthesis of lithium iron phosphate cathodes」,Electrochemistry Communication,2002年,第3号,p.505−508“Hydrothermic synthesis of lithium ion phosphate cata- lys”, Electrochemistry Communication, 2002, No. 3, p. 505-508

ところが、本発明者の検討によると、特許文献2に開示の製造方法では、オリビン型リン酸鉄リチウム自体を良好に合成できないことが判明した。   However, according to the study of the present inventors, it has been found that the production method disclosed in Patent Document 2 cannot synthesize olivine-type lithium iron phosphate itself.

そこで、本出願人は、先に、(1)炭素−リン酸鉄複合体を沈殿により製造する工程、(2)上記炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程および(3)上記共沈物を焼成する工程、を経て、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を製造することにより、リチウムイオン電池用正極材料として適した炭素−オリビン型リン酸鉄複合体を、簡易かつ効率的な方法で製造し、それについて既に特許出願してきた(特開2007−35295号公報)。   Therefore, the applicant firstly (1) a step of producing a carbon-iron phosphate complex by precipitation, and (2) a coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate. A carbon-olivine type phosphoric acid suitable as a positive electrode material for a lithium ion battery by producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite through a step of producing and (3) a step of firing the coprecipitate An iron complex has been produced by a simple and efficient method, and a patent application has already been filed for it (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-35295).

しかしながら、リチウムイオン電池をより高容量化するためには、炭素−オリビン型リン酸鉄複合体もそれに適するように改良していくことが望ましい。   However, in order to increase the capacity of the lithium ion battery, it is desirable to improve the carbon-olivine type iron phosphate composite so as to be suitable for it.

従って、本発明は、より高容量のリチウムイオン電池を製造できる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を簡易かつ効率的に製造する方法を提供し、該製造方法により得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を用いて、より高容量のリチウムイオン電池用正極材料を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method for easily and efficiently producing a carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite capable of producing a higher-capacity lithium ion battery, and the carbon-olivine-type obtained by the production method. An object of the present invention is to provide a higher capacity positive electrode material for a lithium ion battery using a lithium iron phosphate composite.

上記目的を達成する本発明は、次の(1)〜(4)の工程
(1)炭素−リン酸鉄複合体を沈殿により製造する工程、
(2)上記炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程、
(3)上記共沈物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程、
(4)上記共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成する工程、
を経て炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を製造することを特徴とする炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法に関する。
The present invention that achieves the above object includes the following steps (1) to (4): (1) a step of producing a carbon-iron phosphate complex by precipitation;
(2) a step of producing a coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate;
(3) A step of adding and mixing an organic substance to be a carbon precursor to the coprecipitate,
(4) A step of firing a mixture of the coprecipitate and an organic substance that becomes a carbon precursor,
And a method for producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate complex, characterized by producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate complex.

また、本発明においては、上記(2)の工程において、共沈物を製造した後、その共沈物を乾燥し、仮焼し、上記(3)の工程を上記共沈物の仮焼物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程とし、上記(4)の工程を上記共沈物の仮焼物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成する工程としてもよい。   In the present invention, after the coprecipitate is produced in the step (2), the coprecipitate is dried and calcined, and the step (3) is converted to the calcined product of the coprecipitate. It is good also as a process of adding the organic substance used as a carbon precursor, and making it the process of mixing, and baking the mixture of the calcined product of the said coprecipitate and the organic substance used as a carbon precursor.

さらに、本発明の製造方法により得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体からなるリチウムイオン電池用正極材料も、本発明に包含され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄複合体と、該炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料を0.1〜30質量%含有するリチウムイオン電池用正極材料も、本発明に包含される。   Furthermore, a positive electrode material for a lithium ion battery comprising a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained by the production method of the present invention is also included in the present invention, and the carbon-olivine type iron phosphate composite described above, A positive electrode material for a lithium ion battery containing 0.1 to 30% by mass of a carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite is also included in the present invention.

本発明によれば、高容量のリチウムイオン電池を製造できるリチウムイオン電池用の正極材料として好適な炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、簡易かつ効率的に製造できる。また、本発明の製造方法により得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体、および該複合体を含有する本発明のリチウムイオン電池用正極材料は、高容量で電池特性の良好なリチウムイオン電池を構成できる。本発明がこのような効果を奏し得る理由については、次の〔発明を実施するための最良の形態〕の項で順次説明する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite suitable as a positive electrode material for lithium ion batteries which can manufacture a high capacity | capacitance lithium ion battery can be manufactured simply and efficiently. Moreover, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained by the production method of the present invention, and the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention containing the composite are high capacity and good battery characteristics. Can be configured. The reason why the present invention can achieve such an effect will be sequentially described in the following [Best Mode for Carrying Out the Invention].

オリビン型リン酸鉄リチウムを有するリチウムイオン電池用正極材料において、その電子伝導性を向上させるには、オリビン型リン酸鉄リチウムと、導電助剤として機能する炭素とが、均一に混合されていることが要求される。本発明の製造方法では、簡易かつ効率的な手法によってオリビン型リン酸鉄リチウムの合成と炭素との複合化を同時に達成し、炭素とオリビン型リン酸鉄リチウムとが均一に混合されるようにし、しかも、炭素の前駆体となる有機物を添加して焼成するので、この後から添加された有機物から生成する炭素と、既にリン酸鉄と複合体化している炭素とで電子伝導性の高い炭素のネットワークが形成され、それによって、電子伝導性の高い炭素−オリビン型リン酸鉄リチウムの製造を可能とした。   In order to improve the electronic conductivity of the positive electrode material for lithium ion batteries having olivine type lithium iron phosphate, olivine type lithium iron phosphate and carbon functioning as a conductive additive are uniformly mixed. Is required. In the production method of the present invention, the synthesis of olivine-type lithium iron phosphate and the combination with carbon are simultaneously achieved by a simple and efficient method so that carbon and olivine-type lithium iron phosphate are mixed uniformly. In addition, since an organic substance that is a precursor of carbon is added and baked, carbon that is generated from the organic substance added thereafter and carbon that is already complexed with iron phosphate are carbon with high electron conductivity. Thus, it was possible to produce carbon-olivine type lithium iron phosphate having high electron conductivity.

オリビン型リン酸鉄リチウムの主な合成方法としては、例えば、特許文献1に記載されているように原料化合物を混合して焼成する固相法や、非特許文献1に記載されているように原料化合物と水の混合物を耐圧容器内で加熱する水熱法が知られている。また、特許文献2は、上記の通り、原料化合物と還元剤を含有する混合水溶液にアルカリ溶液を加えて共沈物を得、この共沈物を焼成する共沈法が記載されている。   As a main synthesis method of olivine-type lithium iron phosphate, for example, as described in Patent Document 1, a solid phase method in which raw material compounds are mixed and fired, or as described in Non-Patent Document 1, A hydrothermal method is known in which a mixture of a raw material compound and water is heated in a pressure vessel. Further, as described above, Patent Document 2 describes a coprecipitation method in which an alkaline solution is added to a mixed aqueous solution containing a raw material compound and a reducing agent to obtain a coprecipitate, and the coprecipitate is fired.

しかしながら、上記固相法では、焼成前の原料化合物の混合の際に、組成を均一化するために長時間の混合工程が必要であり、効率的な方法とはなり得ない。また、上記水熱法では、一部の原料化合物を、理論的に必要とされるよりもかなり過剰に添加する必要がある。そして、特許文献2に開示の共沈法では、上記の通り、本発明者の検討によると、オリビン型リン酸鉄リチウムの合成自体が困難である。   However, the solid phase method requires a long mixing step in order to make the composition uniform when mixing raw material compounds before firing, and cannot be an efficient method. Further, in the hydrothermal method, it is necessary to add a part of the raw material compound in a considerably excessive amount than theoretically required. In the coprecipitation method disclosed in Patent Document 2, as described above, according to the study of the present inventors, it is difficult to synthesize the olivine-type lithium iron phosphate itself.

そこで、本発明では、均一な分散・混合が容易かつ効率的に行い得る液中での反応を利用した上記(1)および(2)の工程によって、炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとの共沈物を得、それに続く(3)の工程において、その共沈物に炭素前駆体となる有機物を添加して混合し、(4)の工程において、上記共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成することにより、電子伝導性の高い炭素のネットワークが形成されかつ均一に複合体化された炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、簡易な設備でかつ効率的に製造することに成功したのである。以下、本発明法について詳細に説明する。   Therefore, in the present invention, the carbon-iron phosphate complex and the lithium phosphate are obtained by the steps (1) and (2) using a reaction in a liquid that can be easily and efficiently performed uniform dispersion and mixing. In the subsequent step (3), an organic substance to be a carbon precursor is added to and mixed with the coprecipitate. In the step (4), the coprecipitate and the carbon precursor are mixed. The carbon-olivine-type lithium iron phosphate complex in which a carbon network with high electron conductivity is formed and uniformly complexed by firing a mixture with the organic substance to become a simple and efficient facility Was successfully manufactured. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.

本発明法における(1)の工程は、炭素−リン酸鉄複合体を沈殿により製造する工程である。具体的には、例えば、炭素材料を分散した水相中に、リン酸および2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液を添加し、その後、それを水溶性塩基によって中和することで、炭素−リン酸鉄複合体を沈殿させる。   Step (1) in the method of the present invention is a step of producing a carbon-iron phosphate complex by precipitation. Specifically, for example, an aqueous solution having a compound containing phosphoric acid and divalent iron is added to an aqueous phase in which a carbon material is dispersed, and then neutralized with a water-soluble base, thereby carbon. -Precipitate the iron phosphate complex.

(1)の工程で使用する炭素材料としては、粉末状またはその分散液であれば特に制限は無いが、導電性の良いものの方が好ましい。具体的には、例えば、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ランプブラックなど)、黒鉛、グラファイトなどが挙げられる。また、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノコイルなどの形状異方性を有する炭素材料(ある程度のアスペクト比を有する繊維類似の形状を有する炭素材料)も炭素材料として使用できる。これらの中でも、電池材料として使用されることの多いアセチレンブラックやケッチェンブラックが特に好ましい。(1)の工程においては、炭素材料の水分散液中における炭素材料の含有量を、例えば、0.1〜30質量%とすることが好ましい。   The carbon material used in the step (1) is not particularly limited as long as it is a powder or a dispersion thereof, but a material having good conductivity is preferred. Specific examples include carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, lamp black, etc.), graphite, graphite and the like. Carbon materials with shape anisotropy (carbon materials having a fiber-like shape with a certain aspect ratio) such as carbon nanofibers, carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanowires, and carbon nanocoils are also used as carbon materials. it can. Among these, acetylene black and ketjen black, which are often used as battery materials, are particularly preferable. In the step (1), the carbon material content in the aqueous dispersion of the carbon material is preferably 0.1 to 30% by mass, for example.

リン酸としては、オルトリン酸が好ましい。また、リン酸は、そのまま使用しても良いが、水溶液の形態で使用することが好ましい。水溶液とする場合の濃度は、例えば、5〜85質量%であることが好ましい。   As phosphoric acid, orthophosphoric acid is preferable. Phosphoric acid may be used as it is, but is preferably used in the form of an aqueous solution. The concentration in the case of an aqueous solution is preferably, for example, 5 to 85% by mass.

なお、炭素材料を水中に分散させるに当たっては、公知の分散剤を用いて、炭素材料の分散性を高めることが好ましい。分散剤には、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤などが使用でき、特に制限はないが、(4)の工程における焼成後に炭素のみが残存し、不要成分が残らないことから、ノニオン界面活性剤が特に好ましい。分散剤の使用量としては、水中に炭素材料が良好に分散できれば良いが、例えば、炭素材料100質量部に対して、分散剤を、0.1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であって、100質量部以下、より好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下用いることが望ましい。   In dispersing the carbon material in water, it is preferable to increase the dispersibility of the carbon material using a known dispersant. As the dispersant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, or the like can be used, and there is no particular limitation, but only carbon remains after firing in the step (4), and no unnecessary components remain. Therefore, a nonionic surfactant is particularly preferable. As for the amount of the dispersant used, it is sufficient if the carbon material can be dispersed well in water. For example, the dispersant is 0.1 parts by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the carbon material. Thus, it is desirable to use 100 parts by mass or less, more preferably 50 parts by mass or less, and still more preferably 20 parts by mass or less.

また、予め分散剤を分散したカーボンブラックペーストなどや、表面処理により分散性を高めたカーボンブラックなどを使用しても構わない。   Further, carbon black paste in which a dispersant is dispersed in advance, carbon black whose dispersibility is improved by surface treatment, or the like may be used.

2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液に使用する鉄化合物としては、2価の鉄を含有していて、かつ水溶性であれば特に制限は無いが、水溶性を有する2価鉄塩の種類は少なく、硫酸第一鉄(硫酸第一鉄・7水塩など)が工業的に入手し易いものとして挙げられる。なお、通常は、2価の鉄を含む化合物を原材料として、オリビン型リン酸鉄リチウムの合成を大気中で行うと、鉄が2価から3価に酸化してしまうため、このような場合には、焼成前の前駆体の合成を、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うか、または最終の焼成工程において、水素などの還元性ガス雰囲気下で焼成を行い、鉄を還元する必要がある。しかし、本発明法の(1)の工程では、炭素の共存下でリン酸と2価の鉄を含有する化合物との反応を行うことから、鉄の酸化が防止される。そのため、(1)の工程は大気中で行うことができ、また、(4)の工程においても、焼成を還元性ガス雰囲気下で行う必要が無い(ただし、還元性ガス雰囲気下での焼成を排除している訳ではない)。   The iron compound used in the aqueous solution having a compound containing divalent iron is not particularly limited as long as it contains divalent iron and is water-soluble. There are few types, and ferrous sulfate (such as ferrous sulfate and heptahydrate) is industrially easily available. Normally, when synthesis of olivine-type lithium iron phosphate is carried out in the atmosphere using a compound containing divalent iron as a raw material, iron is oxidized from divalent to trivalent. The synthesis of the precursor before firing is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, or in the final firing step, firing is performed in a reducing gas atmosphere such as hydrogen to reduce iron. There is a need to. However, in the step (1) of the method of the present invention, the oxidation of iron is prevented because the reaction between phosphoric acid and a compound containing divalent iron is carried out in the presence of carbon. Therefore, the step (1) can be performed in the air, and also in the step (4), it is not necessary to perform firing in a reducing gas atmosphere (however, firing in a reducing gas atmosphere is not necessary). It is not excluded).

2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液中の該化合物の濃度は、例えば、1〜50質量%であることが好ましい。   It is preferable that the density | concentration of this compound in the aqueous solution which has a compound containing bivalent iron is 1-50 mass%, for example.

また、中和に用いる水溶性塩基としては、例えば、NaOH、KOHなどのアルカリ金属の水酸化物;アンモニア;各種アミン;などが挙げられる。これらの水溶性塩基は、例えば、濃度が1〜50質量%程度の水溶液として使用することが好ましい。中和時に使用する水溶性塩基の量としては、水溶性塩基添加後における沈殿物を含む反応液のpHが7.0〜12.0となるようにするのが好ましい。   Examples of the water-soluble base used for neutralization include alkali metal hydroxides such as NaOH and KOH; ammonia; various amines. These water-soluble bases are preferably used as an aqueous solution having a concentration of about 1 to 50% by mass, for example. The amount of the water-soluble base used at the time of neutralization is preferably such that the pH of the reaction solution containing the precipitate after addition of the water-soluble base is 7.0 to 12.0.

なお、最終的に得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体における不純物量を減らして、オリビン型リン酸鉄リチウムを良好に生成させる観点から、(1)の工程により得られる炭素−リン酸鉄複合体においては、FeとPの含有比が、モル比で、Fe:1.0に対して、Pが、0.3以上、より好ましくは0.5以上であって、3.0以下、より好ましくは1.0以下であることが望ましい。また、本発明法で得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体においては、炭素含有量が、0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であって、50質量%以下、より好ましくは25質量%以下であることが望ましい(詳しくは後述する)。そのため、(1)の工程においては、炭素−リン酸複合体におけるFeとPの含有比が上記好適値を満足し、また、最終的に得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体における炭素含有量が上記好適値となるように、炭素材料、リン酸、および2価の鉄を含有する化合物の使用比率を調整することが好ましい。   In addition, from the viewpoint of reducing the amount of impurities in the finally obtained carbon-olivine-type lithium iron phosphate complex and favorably producing olivine-type lithium iron phosphate, the carbon-phosphate obtained by the step (1) In the iron complex, the molar ratio of Fe and P is Fe: 1.0, P is 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and 3.0 or less. More preferably, it is 1.0 or less. In the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained by the method of the present invention, the carbon content is 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and 50% by mass or less. The content is preferably 25% by mass or less (details will be described later). Therefore, in the step (1), the content ratio of Fe and P in the carbon-phosphate complex satisfies the above preferred value, and the carbon in the finally obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate complex It is preferable to adjust the use ratio of the compound containing the carbon material, phosphoric acid, and divalent iron so that the content becomes the above preferred value.

(1)の工程では、反応液の温度を0〜80℃とすることが好ましい。また、(1)の工程では、水溶性塩基で中和することにより沈殿物を得るが、沈殿物(炭素−リン酸鉄複合体)の微粒化および均一化の観点から、炭素材料を含有する分散液にリン酸と2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液を添加して得られた液を充分に撹拌しながら、水溶性塩基(好ましくはその水溶液)を1〜60分程度の時間をかけて滴下し、その後5〜60分撹拌を続けることが好ましい。沈殿生成には、リン酸、2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液、および水溶性塩基の滴下順序を変えたり、同時滴下を行うことも可能である。   In the step (1), the temperature of the reaction solution is preferably 0 to 80 ° C. In the step (1), a precipitate is obtained by neutralizing with a water-soluble base, but from the viewpoint of atomization and homogenization of the precipitate (carbon-iron phosphate complex), a carbon material is contained. While sufficiently stirring the liquid obtained by adding an aqueous solution containing a compound containing phosphoric acid and divalent iron to the dispersion, the water-soluble base (preferably an aqueous solution thereof) is added for about 1 to 60 minutes. It is preferable to dripping over and then to continue stirring for 5 to 60 minutes. For the precipitation, it is possible to change the dropping order of the phosphoric acid, the aqueous solution having a compound containing divalent iron, and the water-soluble base, or perform simultaneous dropping.

(1)の工程において、反応液中に生成している炭素−リン酸鉄複合体の沈殿物は、ろ過などにより取り出し、次の(2)の工程に供する。なお、不純物が多く含まれているような場合には、ろ過ケーキの水洗とろ過を繰り返してもよい。   In the step (1), the precipitate of the carbon-iron phosphate complex produced in the reaction solution is taken out by filtration or the like and used for the next step (2). In addition, when many impurities are contained, you may repeat the water washing and filtration of a filter cake.

(1)の工程で得られる炭素−リン酸鉄複合体は、上記のように、予め炭素材料を分散させた水中でリン酸鉄を生成させる方法を採用することで、例えば、リン酸鉄が炭素材料の表面を被覆するように付着した構造をとっているものと推測される。ただし、一般にカーボンブラックの粒子はストラクチャーを形成し、通常の分散では粒子の一つ一つに単分散されないため、炭素材料にカーボンブラックを用いた炭素−リン酸鉄複合体は、実際には、カーボンブラックのストラクチャーを核とした複合沈殿物を形成しているものと予想される。また、リン酸鉄の量によっては、炭素材料(カーボンブラック)の表面の全てを覆うことはできず、その一部が露出しているものと考えられる。   As described above, the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) adopts a method of generating iron phosphate in water in which a carbon material is dispersed in advance, for example, iron phosphate is It is presumed that it has a structure attached so as to cover the surface of the carbon material. However, since carbon black particles generally form a structure and are not monodispersed into individual particles in normal dispersion, a carbon-iron phosphate complex using carbon black as a carbon material is actually It is expected to form a composite precipitate with the carbon black structure as the core. Further, depending on the amount of iron phosphate, it is considered that the entire surface of the carbon material (carbon black) cannot be covered, and a part thereof is exposed.

本発明法における(2)の工程は、(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体と、リン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程である。(2)の工程としては、例えば、以下の(2−1)の工程または(2−2)の工程が挙げられる。   The step (2) in the method of the present invention is a step of producing a coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) and lithium phosphate. Examples of the step (2) include the following step (2-1) or step (2-2).

(2−1)の工程では、まず、(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を、好ましくは分散剤を含有する水中に添加し、所定時間(例えば、1〜60分程度)撹拌して、炭素−リン酸鉄複合体が均一分散したスラリーを得る。そして、上記スラリーに、リン酸を添加し、更にリチウム化合物含有水溶液を添加して、炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を生成させる。   In the step (2-1), first, the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) is preferably added to water containing a dispersant, and the mixture is added for a predetermined time (for example, 1 to 60 minutes). About) Stirring to obtain a slurry in which the carbon-iron phosphate complex is uniformly dispersed. Then, phosphoric acid is added to the slurry, and a lithium compound-containing aqueous solution is further added to produce a coprecipitate containing a carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate.

炭素−リン酸鉄複合体を水に分散させるに当たっては、好ましくは、予め分散剤を添加しておいた水を用意し、これを撹拌しながら炭素−リン酸鉄複合体を徐々に添加していく方法を採用することが好ましい。分散剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤などが使用でき、特に制限はないが、(4)の工程における焼成後に炭素のみが残存し、不要成分が残らないことから、ノニオン界面活性剤が特に好ましい。   In dispersing the carbon-iron phosphate complex in water, it is preferable to prepare water with a dispersant added in advance, and gradually add the carbon-iron phosphate complex while stirring this. It is preferable to adopt the following method. As the dispersant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, or the like can be used, and there is no particular limitation, but only carbon remains after firing in the step (4), and no unnecessary components remain. Therefore, a nonionic surfactant is particularly preferable.

水中の炭素−リン酸鉄複合体の含有量は、例えば、1〜50質量%であることが好ましい。また、分散剤の使用量としては、水中に炭素−リン酸鉄複合体が良好に分散できれば良いが、例えば、炭素−リン酸鉄複合体100質量部に対して、分散剤を、0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上であって、10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは2.5質量部以下用いることが望ましい。   The content of the carbon-iron phosphate complex in water is, for example, preferably 1 to 50% by mass. Moreover, as a usage-amount of a dispersing agent, although carbon-iron-phosphate complex should just disperse | distribute favorably in water, for example, with respect to 100 mass parts of carbon-iron-phosphate composites, dispersing agent is 0.1 It is desirable to use it by mass part or more, more preferably 0.2 mass part or more, 10 mass parts or less, more preferably 5 mass parts or less, and further preferably 2.5 mass parts or less.

(2−1)の工程で使用するリン酸としては、(1)の工程と同様にオルトリン酸が好ましい。また、リン酸はそのまま用いても良いが、水溶液の形態で使用することが好ましい。水溶液とする場合の濃度は、例えば、5〜85質量%であることが好ましい。   As the phosphoric acid used in the step (2-1), orthophosphoric acid is preferable as in the step (1). Moreover, although phosphoric acid may be used as it is, it is preferably used in the form of an aqueous solution. The concentration in the case of an aqueous solution is preferably, for example, 5 to 85% by mass.

(2−1)の工程で使用するリチウム化合物含有水溶液に係るリチウム化合物としては、水溶性のものであれば特に制限はないが、水酸化リチウムが特に好適である。また、リチウム化合物として水酸化リチウムを使用する場合におけるリチウム化合物含有水溶液中の水酸化リチウムの濃度は、例えば、0.1〜17質量%であることが好ましい。   The lithium compound related to the lithium compound-containing aqueous solution used in the step (2-1) is not particularly limited as long as it is water-soluble, but lithium hydroxide is particularly preferable. Moreover, when using lithium hydroxide as a lithium compound, it is preferable that the density | concentration of lithium hydroxide in the lithium compound containing aqueous solution is 0.1-17 mass%, for example.

(2−1)の工程では、反応液の温度を0〜80℃とすることが好ましい。また、(2−1)の工程では、炭素−リン酸鉄複合体およびリン酸が存在する水中にリチウム化合物含有水溶液を添加することにより共沈物を得るが、該共沈物の微粒化および均一化の観点から、炭素−リン酸鉄複合体とリン酸が存在する水を充分に撹拌しながら、リチウム化合物含有水溶液を1〜60分程度の時間で滴下し、その後5〜60分撹拌を続けることが好ましい。更に、共沈物の生成には、リン酸とリチウム化合物含有水溶液の滴下順序を変えたり、リン酸とリチウム化合物含有水溶液の同時滴下を行うことも可能である。   In the step (2-1), the temperature of the reaction solution is preferably 0 to 80 ° C. In the step (2-1), a coprecipitate is obtained by adding a lithium compound-containing aqueous solution to water in which the carbon-iron phosphate complex and phosphoric acid are present. From the standpoint of homogenization, the lithium compound-containing aqueous solution is dropped in a time of about 1 to 60 minutes while sufficiently stirring the water containing the carbon-iron phosphate complex and phosphoric acid, and then stirred for 5 to 60 minutes. It is preferable to continue. Furthermore, the coprecipitate can be produced by changing the dropping order of the phosphoric acid and the lithium compound-containing aqueous solution, or simultaneously dropping the phosphoric acid and the lithium compound-containing aqueous solution.

(2−2)の工程では、リン酸とリチウム化合物含有水溶液を混合してリン酸リチウムの沈殿物を生成させ、この水中に、(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を添加し、撹拌などにより均一に分散させることによって、炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を得る。なお、(2−2)の工程では、予め炭素材料を分散させた水相中に、リン酸とリチウム化合物含有水溶液を混合し、その後に(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を添加しても構わない。炭素材料には、(1)の工程において例示した各種のものが使用でき、アセチレンブラックやケッチェンブラックが特に好ましい。   In the step (2-2), phosphoric acid and a lithium compound-containing aqueous solution are mixed to produce a lithium phosphate precipitate, and the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) is produced in this water. And co-precipitate containing a carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate is obtained. In the step (2-2), phosphoric acid and a lithium compound-containing aqueous solution are mixed in an aqueous phase in which a carbon material is dispersed in advance, and then the carbon-iron phosphate obtained in the step (1). You may add a composite_body | complex. As the carbon material, various materials exemplified in the step (1) can be used, and acetylene black and ketjen black are particularly preferable.

(2−2)の工程に係るリン酸やリチウム化合物含有水溶液は、(2−1)の工程で使用できるものと同じものを用い得る。また、(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を添加する前の反応液中に、分散剤を添加しておくことが好ましい。分散剤には(2−1)の工程と同じものが使用でき、その使用量も(2−1)の工程と同様とすることが好ましい。   The same thing as what can be used at the process of (2-1) can be used for the phosphoric acid and lithium compound containing aqueous solution which concern on the process of (2-2). Moreover, it is preferable to add a dispersing agent in the reaction liquid before adding the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1). The same dispersant as in the step (2-1) can be used as the dispersant, and the amount used is preferably the same as in the step (2-1).

また、(2−2)の工程において、予め炭素材料を分散させた水を用いる場合には、この水中に分散剤を添加しておくことが好ましい。分散剤には、(2−1)の工程と同じものが使用できる。また、その使用量は、例えば、予め添加しておく炭素材料とその後に添加する炭素−リン酸鉄複合体の合計量100質量部に対して、0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上であって、10質量部以下、より好ましくは5質量部以下とすることが望ましい。   In the step (2-2), when water in which a carbon material is dispersed in advance is used, it is preferable to add a dispersant to the water. The same dispersant as in the step (2-1) can be used as the dispersant. Moreover, the usage-amount is 0.1 mass part or more with respect to 100 mass parts of total amounts of the carbon material added beforehand, and the carbon-iron-phosphate complex added after that, More preferably, it is 0.00. It is desirable that the amount be 2 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less.

(2−2)の工程では、反応液の温度を0〜80℃とすることが好ましい。また、(2−2)の工程では、リン酸とリチウム化合物含有水溶液を混合することにより沈殿物(リン酸リチウムの沈殿物)を得るが、このリン酸リチウムの沈殿物の微粒化および均一化の観点から、例えば、リン酸を水溶液の形態で用い、このリン酸水溶液を充分に撹拌しながら、リチウム化合物含有水溶液を1〜60分程度の時間で滴下し、更に炭素−リン酸鉄複合体を加えた後、5〜60分撹拌を続けることが望ましい。また、リン酸リチウムの沈殿物の生成には、リチウム化合物含有水溶液中にリン酸(好ましくはリン酸水溶液)を滴下したり、水中にリン酸(好ましくはリン酸水溶液)とリチウム化合物含有水溶液との同時滴下を行うことも可能である。   In the step (2-2), the temperature of the reaction solution is preferably 0 to 80 ° C. In the step (2-2), a precipitate (lithium phosphate precipitate) is obtained by mixing phosphoric acid and a lithium compound-containing aqueous solution. The lithium phosphate precipitate is atomized and homogenized. From this point of view, for example, phosphoric acid is used in the form of an aqueous solution, while the phosphoric acid aqueous solution is sufficiently stirred, the lithium compound-containing aqueous solution is added dropwise over a period of about 1 to 60 minutes, and the carbon-iron phosphate complex is further added. It is desirable to continue stirring for 5 to 60 minutes after adding. In addition, for the formation of a lithium phosphate precipitate, phosphoric acid (preferably a phosphoric acid aqueous solution) is dropped into a lithium compound-containing aqueous solution, or phosphoric acid (preferably a phosphoric acid aqueous solution) and a lithium compound-containing aqueous solution are added to water. It is also possible to perform simultaneous dripping.

(2−1)の工程、(2−2)の工程のいずれにおいても、炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物(以下、「炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物」という)生成時における反応液のpHは、7.0以上、より好ましくは9.0以上であって、12.0以下、より好ましくは11.0以下であることが望ましい。   In either the step (2-1) or the step (2-2), a coprecipitate containing a carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate (hereinafter referred to as “carbon-iron phosphate-phosphate”). The pH of the reaction solution at the time of production (referred to as “lithium coprecipitate”) is 7.0 or more, more preferably 9.0 or more, and preferably 12.0 or less, more preferably 11.0 or less.

本発明における(3)の工程は、上記のような(2−1)の工程か、(2−2)の工程を経て得られた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を含むスラリーに、炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程である。   The step (3) in the present invention is a slurry containing the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained through the step (2-1) as described above or the step (2-2). Is a step of adding and mixing an organic substance to be a carbon precursor.

本発明において、上記の「炭素前駆体となる有機物」とは、(4)の焼成工程を経ることにより、「炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の炭素の一部を構成することになる有機物」を意味するものであって、「有機物が変化して炭素前駆体を構成することになるもの」を意味するものではない。つまり、この「炭素前駆体となる有機物」とは、「炭素前駆体としての有機物」と同じ意味である。そして、この炭素前駆体となる有機物としては、例えば、グルコース、フルクトースなどの単糖類、スクロース(Sucrose:蔗糖)などの2糖類、セルロース、デキストリン、デンプンなどの3糖類以上の多糖類およびそれらの誘導体などの糖類を好適に用い得るが、安価で、かつ水溶性を有し、水を媒体として、上記炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物に均一な混合が可能な単糖類や2糖類が好ましく、特にスクロースが好ましい。   In the present invention, the above-mentioned “organic substance to be a carbon precursor” constitutes a part of carbon of the “carbon-olivine type lithium iron phosphate complex” through the firing step (4). It means “organic matter” and not “what the organic matter changes to constitute the carbon precursor”. That is, the “organic substance to be a carbon precursor” has the same meaning as “organic substance as a carbon precursor”. Examples of the organic substance that serves as the carbon precursor include monosaccharides such as glucose and fructose, disaccharides such as sucrose (sucrose), polysaccharides including three or more saccharides such as cellulose, dextrin, and starch, and derivatives thereof. The monosaccharides and disaccharides can be preferably used, but are inexpensive and water-soluble, and can be uniformly mixed with the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate using water as a medium. Are preferred, and sucrose is particularly preferred.

この炭素前駆体となる有機物は、上記炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を含むスラリーに、そのまま添加してもよいが、予め水に溶解した水溶液として添加することが好ましい。その際の炭素前駆体となる有機物の濃度は、特に限定されることはないが、10〜50質量%が好ましい。また、その際、ノニオン界面活性剤などの分散剤を添加して、炭素前駆体となる有機物をよく分散させておくことが好ましい。   The organic substance to be the carbon precursor may be added as it is to the slurry containing the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate, but is preferably added as an aqueous solution previously dissolved in water. Although the density | concentration of the organic substance used as the carbon precursor in that case is not specifically limited, 10-50 mass% is preferable. Further, at that time, it is preferable to add a dispersant such as a nonionic surfactant to thoroughly disperse the organic substance serving as the carbon precursor.

上記炭素前駆体となる有機物またはその水溶液の添加は、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を含むスラリーを攪拌して混合しながら行うことが好ましく、また、添加後も10分程度攪拌して混合することを続けることが好ましい。   The addition of the organic substance serving as the carbon precursor or an aqueous solution thereof is preferably performed while stirring and mixing the slurry containing the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate, and is stirred for about 10 minutes after the addition. It is preferable to continue mixing.

そして、上記のようにして得られた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を含むスラリーをサンドミル、ボールミルなどの湿式メディア粉砕機で湿式粉砕して分散させることが好ましい。   Then, a slurry containing a mixture of the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained as described above and an organic substance serving as a carbon precursor is wet pulverized by a wet media pulverizer such as a sand mill or a ball mill. It is preferable to disperse.

すなわち、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合すると、得られる混合物は凝集して二次粒子化する傾向があり、その凝集した状態で次の(4)の焼成を行うより、その凝集状態を湿式メディア粉砕機で湿式粉砕して一次粒子化して分散させてから焼成する方が高容量のリチウムイオン電池が得られやすくなる。   That is, when an organic substance as a carbon precursor is added to and mixed with the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate, the resulting mixture tends to aggregate and form secondary particles. In the case of (4) firing, it is easier to obtain a high-capacity lithium ion battery by firing the aggregated state by wet grinding with a wet media grinding machine to form primary particles and dispersing.

上記のような工程を経た炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を、液中から、水分を乾燥して除去することによって取り出す。   A mixture of the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and the organic substance that becomes the carbon precursor that has undergone the above-described steps is taken out from the liquid by drying and removing the moisture.

乾燥の方法、条件については、上記混合物中の水分を除去できるのであれば特に制限はない。炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物中の鉄の酸化抑制の観点からは、より低温で、窒素ガスなどの不活性ガス中で乾燥させたり、減圧乾燥により乾燥させたりすることが好ましいとも考えられるが、本発明法に係る炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の場合には、大気中で熱風乾燥機などを用いて乾燥する場合でも鉄の酸化はほとんど生じないので、乾燥方法として、熱風乾燥機による乾燥も採用できる。そして、この熱風乾燥機による乾燥の場合、例えば、40〜150℃の熱風で、1〜24時間程度乾燥するのが好ましい。   The drying method and conditions are not particularly limited as long as moisture in the mixture can be removed. From the viewpoint of suppressing oxidation of iron in the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate, it is considered that drying at a lower temperature in an inert gas such as nitrogen gas or drying by reduced pressure drying is preferable. However, in the case of the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate according to the method of the present invention, oxidation of iron hardly occurs even when drying using a hot air dryer or the like in the atmosphere. As an example, drying with a hot air dryer can also be employed. And when drying by this hot air dryer, it is preferable to dry with a hot air of 40-150 degreeC for about 1 to 24 hours, for example.

(2−1)の工程で得られる炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物は、例えば、リン酸リチウムが、炭素−リン酸鉄複合体の表面を覆うように付着した構造をとっているものと推測される。また、(2−2)の工程のうち、予め炭素材料を分散させた水中にリン酸水溶液およびリチウム化合物含有水溶液を添加する方法を採用して得られる炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物では、例えば、炭素−リン酸鉄リチウム複合体と、リン酸リチウムが表面に付着した炭素材料とが共存しているものと推測される。なお、上記のように、カーボンブラックの粒子はストラクチャーを形成しているものと考えられるため、炭素材料にカーボンブラックを用いた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物では、実際には、カーボンブラックのストラクチャーを核とした複合共沈物を形成しているものと考えられ、このカーボンブラックのストラクチャーによる核が、(4)の工程を経て得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体における導電パスを形成し、その電子伝導性を高め、また、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物に添加した炭素前駆体となる有機物は、焼成時に上記共沈物の炭素と電子伝導性の高い炭素のネットワークを形成して、電子伝導性を高めるものと推測される。また、導入するリン酸リチウムの量によっては、炭素−リン酸鉄複合体や炭素材料の表面の全てを覆うことはできず、その一部が露出しているものもあると考えられる。   The carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained in the step (2-1) has, for example, a structure in which lithium phosphate is attached so as to cover the surface of the carbon-iron phosphate complex. Presumed to be. In addition, in the step (2-2), carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitation obtained by adopting a method of adding a phosphoric acid aqueous solution and a lithium compound-containing aqueous solution to water in which a carbon material is previously dispersed In the product, for example, it is presumed that a carbon-lithium iron phosphate complex and a carbon material having lithium phosphate attached to the surface coexist. In addition, since carbon black particles are considered to form a structure as described above, in the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate using carbon black as a carbon material, A carbon-olivine type lithium iron phosphate composite that is believed to form a composite coprecipitate with the carbon black structure as the nucleus, and the nucleus due to the carbon black structure is obtained through the step (4). The organic substance that forms a conductive path and increases its electronic conductivity, and becomes a carbon precursor added to the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate, is electrically conductive with the carbon of the coprecipitate during firing. It is presumed that a highly carbon network is formed to enhance electron conductivity. Further, depending on the amount of lithium phosphate to be introduced, it is considered that not all of the surfaces of the carbon-iron phosphate complex and the carbon material can be covered, and some of them are exposed.

本発明法の(4)の工程は、(3)の工程で得られた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成して、炭素−オリビン型リン酸リチウム複合体を製造する工程である。   In the step (4) of the method of the present invention, a mixture of the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained in the step (3) and an organic substance serving as a carbon precursor is calcined to obtain carbon-olivine. This is a process for producing a type lithium phosphate composite.

(4)の工程における焼成温度としては、例えば、500〜900℃とすることが好ましい。焼成温度が低すぎると、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体が生成し難くなることがあり、高すぎると、一部に分解が生じることがある。焼成は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましいが、水素ガスなどの還元性ガス雰囲気下で焼成することも可能である。   As a calcination temperature in the process of (4), it is preferable to set it as 500-900 degreeC, for example. If the firing temperature is too low, it may be difficult to produce a carbon-olivine type lithium iron phosphate complex, and if it is too high, some decomposition may occur. Firing is preferably performed, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, but can also be performed in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas.

(4)の工程における焼成時間は、例えば、3〜24時間とすることが好ましい。また、(4)の工程における焼成を、窒素ガス雰囲気下で実施する場合には、窒素ガスの流量を、例えば、0.1〜50L/分とすることが好ましい。   The firing time in the step (4) is preferably 3 to 24 hours, for example. Moreover, when performing baking in the process of (4) in nitrogen gas atmosphere, it is preferable that the flow volume of nitrogen gas shall be 0.1-50 L / min, for example.

また、必要に応じて、焼成前の炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物や、焼成後に得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、粉砕したり圧縮成形したりすることもできる。   In addition, if necessary, a mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate before firing and an organic substance serving as a carbon precursor, or a carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite obtained after firing may be used. It can also be pulverized or compression molded.

炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体では、その含有元素のうち、Li、FeおよびPの含有比が、モル比で、Fe:1.0に対して、Li:0.5以上、より好ましくは0.8以上であって、1.5以下、より好ましくは1.2以下、およびP:0.5以上、より好ましくは0.8以上であって、1.5以下、より好ましくは1.2以下であることが望ましい。このような含有比であれば、複合体中の不純物量が少なく、これを正極材料として用いた電池の電池特性を良好にすることができる。なお、本発明法ではほぼ理論当量通りに反応が進行するため、(1)、(2)および(3)の工程で各原料化合物の使用比率を調整することで、複合体中の上記含有比を制御することができる。   In the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite, among the elements contained therein, the content ratio of Li, Fe and P is more preferably Li: 0.5 or more with respect to Fe: 1.0 in terms of molar ratio. Is 0.8 or more and 1.5 or less, more preferably 1.2 or less, and P: 0.5 or more, more preferably 0.8 or more and 1.5 or less, more preferably 1 .2 or less is desirable. With such a content ratio, the amount of impurities in the composite is small, and the battery characteristics of a battery using this as a positive electrode material can be improved. In the method of the present invention, the reaction proceeds almost according to the theoretical equivalent. Therefore, by adjusting the use ratio of each raw material compound in the steps (1), (2) and (3), the above content ratio in the complex Can be controlled.

また、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体では、炭素含有量が、0.1質量%以上であることが好ましく、また、50質量%以下であることが好ましい。炭素含有量が少なすぎると、電子伝導性向上効果が小さくなることがあり、多すぎると、オリビン型リン酸鉄リチウム含有量が少なくなるため、これを正極材料に用いた電池の容量を高めることが困難になることがある。なお、上記複合体を用いた電池の充放電特性向上や、複合体の嵩密度の点からは、炭素含有量は、1質量%以上であることがより好ましく、また、25質量%以下であることがより好ましい。   In the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite, the carbon content is preferably 0.1% by mass or more, and preferably 50% by mass or less. If the carbon content is too low, the effect of improving the electronic conductivity may be reduced. If the carbon content is too high, the content of the olivine-type lithium iron phosphate is reduced, so that the capacity of the battery using this as a positive electrode material is increased. Can be difficult. The carbon content is more preferably 1% by mass or more and 25% by mass or less from the viewpoint of improving the charge / discharge characteristics of the battery using the composite and the bulk density of the composite. It is more preferable.

本発明法では、各工程での反応は、下記(A)〜(C)式のように進むものと考えられる。なお、下記(A)式が上記(1)の工程、(B)式が(2)の工程、(C)式が(4)の工程での反応を示している。なお、(3)の共沈物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程は、物理的な混合が行なわれているだけで、化学的反応はない。また、下記(A)〜(C)式では、使用する原料化合物については、一例を示しているに過ぎず、本発明法は、これらの原料化合物を使用する場合に限定される訳ではない。
3FeSO・7HO+2HPO+6NaOH
→ Fe(PO・8HO↓+3NaSO+2HO (A)
Fe(PO・8HO↓+3LiOH・HO+HPO
→ Fe(PO・8HO↓+LiPO↓+2HO (B)
Fe(PO・8HO+LiPO → 3LiFePO (C)
In the method of the present invention, the reaction in each step is considered to proceed as in the following formulas (A) to (C). The following formula (A) shows the reaction in the above step (1), formula (B) in the step (2), and formula (C) in the step (4). In addition, the process of adding and mixing the organic substance which becomes a carbon precursor to the coprecipitate of (3) is merely physical mixing, and there is no chemical reaction. In the following formulas (A) to (C), the raw material compounds used are merely examples, and the method of the present invention is not limited to the use of these raw material compounds.
3FeSO 4 · 7H 2 O + 2H 3 PO 4 + 6NaOH
→ Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ↓ + 3Na 2 SO 4 + 2H 2 O (A)
Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O ↓ + 3LiOH · H 2 O + H 3 PO 4
→ Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ↓ + Li 3 PO 4 ↓ + 2H 2 O (B)
Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O + Li 3 PO 4 → 3LiFePO 4 (C)

このように、本発明法では、炭素―リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を、上記(A)式、および上記(B)式の2段階で製造するため、2価の鉄を含有する化合物中に含まれる不純物や、炭素−リン酸鉄複合体に含まれる副生物〔硫酸第一鉄を用いた場合には、ボウショウ(硫酸ナトリウム)、硫酸アンモニウムなど〕を除去するには、上記(A)式の後〔すなわち、(1)の工程の後〕で水洗を行えばよい。このような水洗を行っても、リチウム化合物の溶出が生じることはなく、各元素のモル比が変わることはないため、最終共沈物〔(2)の工程で得られる共沈物〕中のLi、FeおよびPのモル比を容易に制御することができ、また、過剰のリチウム化合物の使用も不要であるため、安価に製造可能で効率的である。さらに、本発明法では、理論当量近傍での反応が可能である点でも効率的である。   Thus, in the method of the present invention, since the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate is produced in two stages of the above formula (A) and the above formula (B), divalent iron is contained. In order to remove impurities contained in the compound and by-products contained in the carbon-iron phosphate complex (when ferrous sulfate is used, such as bowel (sodium sulfate), ammonium sulfate, etc.), the above (A ) After the formula [that is, after the step (1)], washing with water may be performed. Even if such water washing is performed, the elution of the lithium compound does not occur, and the molar ratio of each element does not change. Therefore, in the final coprecipitate [coprecipitate obtained in the step (2)] The molar ratio of Li, Fe and P can be easily controlled, and the use of an excess lithium compound is not necessary, so that it can be produced at low cost and is efficient. Furthermore, the method of the present invention is also efficient in that the reaction can be performed in the vicinity of the theoretical equivalent.

ちなみに、上述の水熱法や、本発明法以外の公知の共沈法では、リチウム源となるリチウム含有化合物が、理論必要量よりも過剰に使用されている例も多い。硫酸第一鉄・7水塩、リン酸、水酸化リチウムを使用した水熱法、共沈法などの溶液法においては、下記(D)式に示す一段の沈殿で沈殿物を得、これを焼成してオリビン型リン酸鉄リチウムとしている。
3FeSO・7HO+3HPO+9LiOH・H
→ Fe(PO・8HO↓+LiPO↓+3LiSO (D)
Incidentally, in the above-described hydrothermal method and known coprecipitation methods other than the method of the present invention, there are many examples in which the lithium-containing compound serving as the lithium source is used in excess of the theoretically required amount. In solution methods such as hydrothermal method and coprecipitation method using ferrous sulfate, heptahydrate, phosphoric acid and lithium hydroxide, a precipitate is obtained by one-stage precipitation shown in the following formula (D). It is baked into olivine type lithium iron phosphate.
3FeSO 4 · 7H 2 O + 3H 3 PO 4 + 9LiOH · H 2 O
→ Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ↓ + Li 2 PO 4 ↓ + 3Li 2 SO 4 (D)

この反応で得られた沈殿物はFe(PO・8HOとLiPOが主成分であり、焼成後にオリビン型リン酸鉄リチウムとするには、理論モル比はFe(PO・8HO:LiPO=1:1である。しかし、単純なろ過では若干のLiSOが含まれてくるので、それを除去するため、沈殿物(共沈物)を水洗する必要がある。不純物が混入すると最終的に得られるオリビン型リン酸鉄リチウムの充放電試験時の容量低下の原因となることが予想され、不純物はできる限り除去することが望ましい。しかし、LiPOあるいは沈殿に含まれるLi分は、水洗により溶解するため、不純物除去に際し、モル比が理論値よりずれることが問題となる。 The precipitate obtained by this reaction is composed mainly of Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O and Li 3 PO 4 , and the theoretical molar ratio is Fe 3 to make olivine-type lithium iron phosphate after firing. (PO 4 ) 2 · 8H 2 O: Li 3 PO 4 = 1: 1. However, since simple filtration contains some Li 2 SO 4 , it is necessary to wash the precipitate (coprecipitate) with water in order to remove it. When impurities are mixed in, it is expected to cause a capacity drop during the charge / discharge test of the olivine-type lithium iron phosphate finally obtained, and it is desirable to remove impurities as much as possible. However, since Li 3 PO 4 or the Li content contained in the precipitate is dissolved by washing with water, the problem is that the molar ratio deviates from the theoretical value when removing impurities.

これに対し、本発明法では、上記の通り、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の生成を2段階の反応で行っているため、1段階目の反応後に不純物除去のための水洗を行っても、その時点ではリチウム含有化合物が共存していないことから、水洗によるリチウム含有化合物の減量がなく、理論当量近傍での反応が可能である。   On the other hand, in the method of the present invention, as described above, the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate is generated in a two-step reaction, and thus water washing for removing impurities after the first-step reaction. However, since no lithium-containing compound coexists at that time, there is no weight loss of the lithium-containing compound by washing with water, and a reaction in the vicinity of the theoretical equivalent is possible.

また、上記の特許文献2に記載されているオリビン型リン酸鉄リチウムの製造方法も、一旦沈殿物を生成し、これを焼成する方法であるが、この沈殿物の生成反応では、下記(E)式による反応を推測していると考えられる。
3FeSO・7HO+3HPO+3LiOH・HO+nNaOH
→ Fe(PO・8HO↓+LiPO↓+3NaSO (E)
The method for producing olivine-type lithium iron phosphate described in Patent Document 2 is also a method of once producing a precipitate and baking it. In this precipitate production reaction, the following (E ) It is thought that the reaction by the formula is estimated.
3FeSO 4 · 7H 2 O + 3H 3 PO 4 + 3LiOH · H 2 O + nNaOH
→ Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ↓ + Li 3 PO 4 ↓ + 3Na 2 SO 4 (E)

しかし、本発明者の検討によると、特許文献2に記載の方法では、Li分が沈殿物に含まれず、焼成後には、オリビン型リン酸鉄リチウムが得られなかった(詳しくは、後記の実施例の項で述べる)。これは、次の(F)式の反応が生じているからであると予想される。
3FeSO・7HO+3HPO+3LiOH・HO+nNaOH
→ Fe(PO・8HO↓+3LiSO+NaPO (F)
However, according to the study of the present inventor, in the method described in Patent Document 2, Li content was not included in the precipitate, and olivine-type lithium iron phosphate was not obtained after firing. Described in the example section). This is expected because the reaction of the following formula (F) occurs.
3FeSO 4 · 7H 2 O + 3H 3 PO 4 + 3LiOH · H 2 O + nNaOH
→ Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O ↓ + 3Li 2 SO 4 + Na 3 PO 4 (F)

すなわち、上記(F)式で示すように、Li分は水溶性の硫酸リチウムを形成しており、沈殿物中に含まれなかったため、この沈殿物を焼成してもオリビン型リン酸鉄リチウムが生成しなかったものと考えられる。   That is, as shown in the above formula (F), the Li component forms water-soluble lithium sulfate and was not contained in the precipitate. It is thought that it was not generated.

本発明法によって得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体は、オリビン型リン酸鉄リチウムの有する特性を備えつつ、その電子伝導性が高められており、リチウムイオン電池用の正極材料として使用するのに適している。本発明法に係る炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を用いてリチウムイオン電池用の正極を構成するには、例えば、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、そのまま正極材料として用い、その他については従来公知の正極と同様に、バインダーや、必要に応じて更に炭素材料などの導電助剤を含有する正極合剤の成形体とすればよい。また、必要に応じて、これらの正極合剤を、集電体となる導電性基体の片面または両面に、正極合剤層として形成しても構わない。   The carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite obtained by the method of the present invention has the characteristics possessed by the olivine-type lithium iron phosphate and has enhanced electronic conductivity, and is used as a positive electrode material for a lithium ion battery. Suitable for doing. In order to construct a positive electrode for a lithium ion battery using the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite according to the present invention, for example, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite is used as it is as a positive electrode material. Others may be formed into a molded body of a positive electrode mixture containing a binder and, if necessary, a conductive additive such as a carbon material, as in the case of a conventionally known positive electrode. Moreover, you may form these positive mixes as a positive mix layer in the single side | surface or both surfaces of the electroconductive base | substrate used as a collector as needed.

さらに、本発明法に係る炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体と、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム由来の炭素以外の炭素材料とを含有させて本発明のリチウムイオン電池用正極材料を構成してもよく、この正極材料にバインダーなどを添加して正極合剤とし、これによりリチウムイオン電池用の正極を構成してもよい。上記炭素材料としては、例えば、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造に用いた上記例示の各種炭素材料〔各種カーボンブラック;形状異方性を有する各種炭素材料(ある程度のアスペクト比を有する繊維類似の形状を有する炭素材料)〕などが挙げられる。特に上記例示の形状異方性を有する炭素材料の場合には、その形状から、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体相互の導電パスを良好に形成できるため、電子伝導性をより高めることが可能であり、これを用いたリチウムイオン電池の充放電特性をより向上させることができる。   Furthermore, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite according to the present invention and a carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine type lithium iron phosphate are included to constitute the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention. Alternatively, a binder or the like may be added to the positive electrode material to form a positive electrode mixture, thereby forming a positive electrode for a lithium ion battery. Examples of the carbon material include various carbon materials exemplified above used for the production of a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite [various carbon blacks; various carbon materials having shape anisotropy (having a certain aspect ratio). Carbon material having a shape similar to fiber)] and the like. In particular, in the case of the carbon material having the shape anisotropy exemplified above, a conductive path between the carbon-olivine type lithium iron phosphate composites can be satisfactorily formed from the shape, so that the electron conductivity can be further increased. This is possible, and the charge / discharge characteristics of a lithium ion battery using the same can be further improved.

炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体と炭素材料とを含有するリチウムイオン電池用正極材料においては、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料の含有量を、例えば、0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であって、30質量%以下、より好ましくは20質量%以下とすることが望ましい。炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料の含有量が低すぎると、該炭素材料を使用することによる効果が小さくなることがある。また、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料の含有量が高すぎると、正極中で活物質として作用するオリビン型リン酸鉄リチウム量が低下することになるため、これを用いたリチウムイオン電池の容量の低下を引き起こすことがある。また、特に上記の形状異方性を有する炭素材料の場合には、比表面積が比較的小さいため、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料の含有量が高すぎると、リン酸鉄リチウムとの接触点が少なくなることもある。   In the positive electrode material for a lithium ion battery containing the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite and the carbon material, the content of the carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite is, for example, It is desirable that the content be 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less. When the content of the carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite is too low, the effect of using the carbon material may be reduced. Also, if the content of carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine lithium iron phosphate composite is too high, the amount of olivine lithium iron phosphate acting as an active material in the positive electrode will be reduced, This may cause a decrease in capacity of a lithium ion battery using the same. In particular, in the case of a carbon material having the above shape anisotropy, since the specific surface area is relatively small, if the content of carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite is too high The contact point with lithium iron phosphate may be reduced.

本発明法に係る炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体、および本発明の正極材料を用いたリチウムイオン電池用の正極を用いてリチウムイオン電池を構成する際には、負極、セパレータ、非水電解液、外装体などの各種構成については特に制限はなく、従来公知のリチウムイオン電池と同様の構成を採用することができる。   When a lithium ion battery is constituted using a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite according to the present invention and a positive electrode for a lithium ion battery using the positive electrode material of the present invention, a negative electrode, a separator, There are no particular limitations on the various configurations such as the electrolytic solution and the outer package, and the same configurations as those of conventionally known lithium ion batteries can be employed.

携帯電話、パソコンなどの小型機器の電源用途では、その性能の高さからリチウムイオン電池の使用が拡大され続けているが、今後、自動車、産業用車両などの大型機器への用途へ展開するには、価格や安全性がネックとなっている。安全性の高いオリビン型リン酸鉄リチウムを用い、本発明法によって簡易かつ効率的に製造することにより、低コスト化も達成して、リチウムイオン電池が大型機器への用途へ急速に展開されるものと予想される。   In power supply applications for small devices such as mobile phones and personal computers, the use of lithium-ion batteries continues to expand due to their high performance, but in the future, they will be used for large-scale devices such as automobiles and industrial vehicles. The price and safety are the bottleneck. By using olivine-type lithium iron phosphate, which is highly safe, and easily and efficiently manufactured by the method of the present invention, low cost is achieved, and lithium-ion batteries are rapidly deployed for use in large equipment. Expected.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。なお、下記の実施例および比較例において、溶液、分散液などの濃度を示す%は、特にその単位を付記しないかぎり、質量基準による%である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples do not limit the present invention, and all modifications made without departing from the gist of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention. In the following Examples and Comparative Examples, “%” indicating the concentration of a solution, a dispersion, etc. is “%” based on mass unless otherwise indicated.

実施例1
(1−1)炭素−リン酸鉄複合体の製造
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水190cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕0.5gを添加後、アセチレンブラック粉末〔電気化学社製「デンカブラック(商品名)」、粒径35nm〕2.4gを加え、15分間撹拌してカーボンブラック分散液とした。その後、予めイオン交換水540cmに85%リン酸76.9gと硫酸第一鉄・7水和物278.0gとを溶解させた水溶液を、上記カーボンブラック分散液に添加し、10分間撹拌した。さらに15%アンモニア水溶液227.1gを上記カーボンブラック分散液に添加し、15分間撹拌後ろ過することにより、炭素−リン酸鉄複合体を得た。
Example 1
(1-1) Production of Carbon-Iron Phosphate Complex 190 cm 3 of ion-exchanged water was placed in a 2 L separable flask, and a nonionic surfactant [“Emulgen MS-110 (trade name)” manufactured by Kao Corporation] After adding 5 g, acetylene black powder [Denka Black (trade name) manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd., particle size 35 nm] 2.4 g was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon black dispersion. Thereafter, an aqueous solution in which 76.9 g of 85% phosphoric acid and 278.0 g of ferrous sulfate heptahydrate were previously dissolved in 540 cm 3 of ion-exchanged water was added to the carbon black dispersion and stirred for 10 minutes. . Further, 227.1 g of a 15% aqueous ammonia solution was added to the carbon black dispersion, and the mixture was stirred for 15 minutes and then filtered to obtain a carbon-iron phosphate complex.

(1−2)炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の製造
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水615cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕0.5gを添加後、(1−1)で得られた炭素−リン酸鉄複合体全量を入れ、15分間撹拌して、炭素−リン酸鉄複合体分散液とした。その後、上記炭素−リン酸鉄複合体分散液に、85%リン酸38.4gを添加し、予めイオン交換水380cmに水酸化リチウム・1水和物41.9gを溶解させた水溶液を添加して10分間撹拌し、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を含有するスラリー液とした。
(1-2) Manufacture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate Ion-exchanged water 615 cm 3 was placed in a 2 L separable flask and nonionic surfactant [Emulgen MS-110 (trade name, manufactured by Kao Corporation) ]]] After adding 0.5 g, the total amount of the carbon-iron phosphate complex obtained in (1-1) was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon-iron phosphate complex dispersion. Thereafter, 38.4 g of 85% phosphoric acid was added to the carbon-iron phosphate complex dispersion, and an aqueous solution in which 41.9 g of lithium hydroxide monohydrate was previously dissolved in 380 cm 3 of ion-exchanged water was added. Then, the mixture was stirred for 10 minutes to obtain a slurry liquid containing a carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate.

(1−3)炭素前駆体となる有機物の添加
上記(1−2)で得られた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物に、炭素前駆体となる有機物としてのスクロース28.0gをイオン交換水に溶解させた40%水溶液を攪拌しながら添加後、さらに10分間攪拌して混合し、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物とスクロースとの混合物のスラリー液を得た。
(1-3) Addition of organic substance as carbon precursor To the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained in (1-2) above, 28.0 g of sucrose as an organic substance as a carbon precursor was added. A 40% aqueous solution dissolved in ion-exchanged water was added with stirring, and the mixture was further stirred for 10 minutes and mixed to obtain a slurry solution of a mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and sucrose.

(1−4)焼成
上記(1−3)で得たスラリー液を、横型サンドミル〔株式会社シンマルエンタープライゼス製「ダイノーミル MULTI LAB型(商品名)」〕に入れ、更にその中に0.5mm径のジルコニアビーズを充填し、湿式粉砕を行って、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物とスクロースとの混合物を分散させた。分散後のスラリー液を減圧下70℃にて乾燥し、得られた乾燥物を、2cm径ジルコニアボールを入れた1Lのナイロン製ポットを用い72時間回転させて粉砕を行った。粉砕後、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を粒子形状で得た。
(1-4) Firing The slurry liquid obtained in the above (1-3) is put into a horizontal sand mill [“Dynomill MULTI LAB type (trade name)” manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd.], and further 0.5 mm therein. The zirconia beads having a diameter were filled and wet pulverized to disperse a mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and sucrose. The dispersed slurry was dried at 70 ° C. under reduced pressure, and the obtained dried product was pulverized by rotating for 72 hours using a 1 L nylon pot containing 2 cm diameter zirconia balls. After pulverization, it was fired in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours to obtain a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite in the form of particles.

上記のようにして得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、ICPによるモル比の分析、粉末X線回折装置を用いての結晶性成分の確認および全自動元素分析装置を用いての炭素含有量の測定を行った。それらの結果や測定方法を次に示す。   About the carbon-olivine type lithium iron phosphate complex obtained as described above, analysis of molar ratio by ICP, confirmation of crystalline component using powder X-ray diffractometer, and fully automatic elemental analyzer The carbon content of was measured. The results and measurement methods are shown below.

〔ICPによるモル比の分析〕
上記(1−4)で得た炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の一部を20%塩酸中に入れて加熱溶解させ、ろ過により不溶分を除去し、その後、ろ液を希釈して塩酸の濃度を1%に調整し、ICP発光分析〔株式会社リガク「CCD−ICP発光分析装置CIROS−120(商品名)」〕により、濃度調整後のろ液中の共沈物の各成分の比(モル比)を算出したところ、Li:Fe:P=1:1:1であることを確認した。
[Analysis of molar ratio by ICP]
Part of the carbon-olivine type lithium iron phosphate complex obtained in (1-4) above is placed in 20% hydrochloric acid and dissolved by heating. Insoluble matter is removed by filtration, and then the filtrate is diluted. The concentration of hydrochloric acid was adjusted to 1%, and each component of the coprecipitate in the filtrate after the concentration adjustment was determined by ICP emission analysis [Rigaku Corporation “CCD-ICP emission analyzer CIROS-120” (trade name)]. When the ratio (molar ratio) was calculated, it was confirmed that Li: Fe: P = 1: 1: 1.

〔粉末X線回折装置を用いての結晶性成分の確認〕
上記(1−4)で得た炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、粉末X線回折装置〔PANalytical社製「全自動粉末X線回折装置X´Pert PRO(商品名)」〕を用いて対陰極Cu(Niフィルター)、管球電圧45kV、電流40mAの条件でX線回折測定を行い、得られた回折図から、結晶性成分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることを確認した。
[Confirmation of crystalline component using powder X-ray diffractometer]
The carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained in the above (1-4) was used using a powder X-ray diffractometer [“Fully automatic powder X-ray diffractometer X′Pert PRO (trade name)” manufactured by PANalytical]. X-ray diffraction measurement was performed under the conditions of a counter-cathode Cu (Ni filter), a tube voltage of 45 kV, and a current of 40 mA. From the obtained diffraction diagram, it was confirmed that the crystalline component was olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 did.

〔全自動元素分析装置を用いての炭素含有量の測定〕
上記(1−4)で得た炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を、全自動元素分析装置〔エレメンタール社製「vario ELIII(商品名)」〕を用いて元素分析し、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.2質量%含まれていることを確認した。
[Measurement of carbon content using a fully automatic elemental analyzer]
The carbon-olivine type lithium iron phosphate complex obtained in (1-4) above was subjected to elemental analysis using a fully automatic elemental analyzer ["vario ELIII (trade name)" manufactured by Elemental Co., Ltd.], and the carbon- It was confirmed that 5.2% by mass of carbon was contained in the olivine-type lithium iron phosphate composite.

実施例2
スクロースの添加量を13.7gとした以外は、実施例1と同様の条件で操作を行い、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
Example 2
The carbon-olivine type lithium iron phosphate complex was obtained by operating under the same conditions as in Example 1 except that the amount of sucrose added was 13.7 g.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様の分析を行った。その結果、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が3.1質量%含まれていることを確認したが、それ以外は実施例1と同様であった。   The obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate complex was analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that 3.1% by mass of carbon was contained in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite, but the others were the same as in Example 1.

実施例3
スクロースの添加量を6.8gとした以外は、実施例1と同様の条件で操作を行い、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
Example 3
The carbon-olivine type lithium iron phosphate complex was obtained by operating under the same conditions as in Example 1 except that the amount of sucrose added was 6.8 g.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様の分析を行った。その結果、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が2.0質量%含まれていることを確認したが、それ以外は実施例1と同様であった。   The obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate complex was analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that 2.0% by mass of carbon was contained in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite, but the others were the same as in Example 1.

実施例4
(4−1)炭素−リン酸鉄複合体の製造
実施例1の(1−1)と同様の操作を行って、実施例1と同様の炭素−リン酸鉄複合体を得た。
Example 4
(4-1) Production of carbon-iron phosphate complex The same operation as (1-1) of Example 1 was performed to obtain the same carbon-iron phosphate complex as that of Example 1.

(4−2)炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の製造
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水615cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕0.5gを添加後、(1−1)で得られた炭素−リン酸鉄複合体全量を入れ、15分間撹拌して、炭素−リン酸鉄複合体分散液とした。その後、上記炭素−リン酸鉄複合体分散液に、85%リン酸38.4gを添加し、更に予めイオン交換水380cmに水酸化リチウム・1水和物41.9gを溶解させた水溶液を添加して10分間撹拌し、その後ろ過することによって炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を得た。
(4-2) Production of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate Ion-exchanged water 615 cm 3 was placed in a 2 L separable flask, and a nonionic surfactant [Emulgen MS-110 (trade name, manufactured by Kao Corporation) ]]] After adding 0.5 g, the total amount of the carbon-iron phosphate complex obtained in (1-1) was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon-iron phosphate complex dispersion. Thereafter, 38.4 g of 85% phosphoric acid was added to the carbon-iron phosphate complex dispersion, and an aqueous solution in which 41.9 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 380 cm 3 of ion-exchanged water in advance. The mixture was added and stirred for 10 minutes, followed by filtration to obtain a carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate.

(4−2−1)乾燥および仮焼
(4−2)で得られた共沈物を40℃真空乾燥機にて24時間乾燥した。なお、得られた乾燥物について、実施例1と同様にICPによるモル比の分析をしたところ、各成分のモル比は、Li:Fe:P=1:1:1であった。
(4-2-1) Drying and calcination The coprecipitate obtained in (4-2) was dried in a vacuum dryer at 40 ° C. for 24 hours. The obtained dried product was analyzed for the molar ratio by ICP in the same manner as in Example 1. As a result, the molar ratio of each component was Li: Fe: P = 1: 1: 1.

上記のようにして得られた乾燥物を、2cmのジルコニアボールを充填した1Lのナイロン製ポットに入れ、72時間回転させて粉砕を行った、粉砕後、窒素気流中で、500℃、5時間の条件で仮焼した。   The dried product obtained as described above was placed in a 1 L nylon pot filled with 2 cm of zirconia balls and rotated for 72 hours for pulverization. After pulverization, in a nitrogen stream at 500 ° C. for 5 hours. It was calcined under the conditions of

(4−3)炭素前駆体となる有機物の添加
上記(4−2−1)で得られた仮焼物150gを、予めスクロース22.4gをイオン交換水425cmに溶解させておいた水溶液に分散させて、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の仮焼物とスクロースとの混合物のスラリー液を得た。
(4-3) Addition of organic substance as carbon precursor Disperse 150 g of the calcined product obtained in (4-2-1) above in an aqueous solution in which 22.4 g of sucrose was previously dissolved in 425 cm 3 of ion-exchanged water. Thus, a slurry liquid of a mixture of calcined carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and sucrose was obtained.

(4−4)焼成
上記(4−3)で得た炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の仮焼物とスクロースとの混合物のスラリー液を横型サンドミル〔株式会社シンマルエンタープライゼス製「ダイノーミル MULTI LAB型(商品名)」〕に入れ、ジルコニアビーズを充填して湿式粉砕を行って、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の仮焼物とスクロースとの混合物を分散させた。分散後のスラリー液を70℃にて減圧乾燥し、得られた粉砕粉を窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
(4-4) Firing A slurry of a mixture of the calcined carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained in (4-3) above and sucrose is mixed with a horizontal sand mill [manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd. DYNOMILL MULTI LAB type (trade name) "], filled with zirconia beads and wet pulverized to disperse a mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate co-precipitate and sucrose. The dispersed slurry was dried under reduced pressure at 70 ° C., and the obtained pulverized powder was fired in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours to obtain a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様の分析を行ったところ、各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分はオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.1質量%含まれていることが確認された。 The obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, the molar ratio of each component was Li: Fe: P = 1: 1: 1, and the crystalline component Was confirmed to be olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 and 5.1% by mass of carbon was contained in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite.

実施例5
(5−1)炭素−リン酸鉄複合体の製造
実施例1の(1−1)と同様の操作を行って、実施例1と同様の炭素−リン酸鉄複合体を得た。
Example 5
(5-1) Production of carbon-iron phosphate complex The same operation as (1-1) in Example 1 was performed to obtain the same carbon-iron phosphate complex as in Example 1.

(5−2)炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の製造
実施例1の(1−2)と同様の操作を行って、実施例1と同様の炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物のスラリー液を得た。
(5-2) Production of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate The same operation as (1-2) in Example 1 was carried out, and the same carbon-iron phosphate-phosphate as in Example 1 A slurry solution of lithium coprecipitate was obtained.

(5−3)炭素前駆体となる有機物の添加
上記のようにして得た炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物に、スクロース28.0gをイオン交換水に溶解させた40%水溶液を攪拌しながら添加後、さらに10分間攪拌して混合し、炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物とスクロースとの混合物のスラリー液を得た。
(5-3) Addition of organic substance as carbon precursor A 40% aqueous solution prepared by dissolving 28.0 g of sucrose in ion-exchanged water in the carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained above. After the addition with stirring, the mixture was further stirred for 10 minutes and mixed to obtain a slurry liquid of a mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and sucrose.

(5−4)焼成
上記のようにして得られた炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物とスクロースとの混合物のスラリー液を減圧下70℃にて乾燥し、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
(5-4) Firing The slurry liquid of the mixture of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate and sucrose obtained as described above was dried at 70 ° C. under reduced pressure, and in a nitrogen stream, 700 Firing was performed at 5 ° C. for 5 hours to obtain a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite.

上記のようにして得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様の分析をしたところ、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分はオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.1質量%含まれていることが確認された。 When the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained as described above was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was Li: Fe: P = 1: 1: 1, the crystalline component was confirmed to be olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon content in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite was 5%. It was confirmed that 1 mass% was contained.

比較例1
この比較例1では、オリビン型リン酸鉄リチウムの製造法として従来公知の固相法を利用して、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。
Comparative Example 1
In Comparative Example 1, a carbon-olivine type lithium iron phosphate complex was produced using a conventionally known solid phase method as a method for producing olivine type lithium iron phosphate.

リン酸第一鉄・8水和物「」Fe(PO・8HO]とリン酸リチウム(LiPO)とを、リチウムと鉄との元素比率が1:1となるように配合し、これに、アセチレンブラック[電気化学社製「デンカブラック(商品名)」]を焼成後の炭素分が5.0質量%となるように加え、乾式で遊星ボールミル(レッチェ社製「PM−100(商品名)」を用いて10時間混合した。得られた混合物を、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、得られた焼成物を簡易式カッターミルにて粉砕し複合体を得た。 Ferrous phosphate octahydrate “” Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O] and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) have an element ratio of lithium to iron of 1: 1. The acetylene black [“DENKA BLACK (trade name)” manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd.] was added to this so that the carbon content after firing would be 5.0% by mass, and the dry planetary ball mill (manufactured by Lecce) The mixture was mixed for 10 hours using “PM-100 (trade name).” The resulting mixture was fired in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours, and the resulting fired product was put into a simple cutter mill. To obtain a composite.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析したところ、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分の大部分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.1質量%含まれていることが確認された。 When the obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was Li: Fe: P = 1: 1: 1, and it was confirmed that most of the crystalline component was olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon content in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite was 5.1 mass. % Was confirmed.

比較例2
この比較例2でも、オリビン型リン酸鉄リチウムの製造法として従来公知の固相法を利用して、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。ただし、この比較例2では、炭素成分として、比較例1がアセチレンブラックを用いていたのに対し、炭素前駆体となるスクロースを用いて、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。
Comparative Example 2
Also in this comparative example 2, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was manufactured using the conventionally well-known solid-phase method as a manufacturing method of olivine type lithium iron phosphate. However, in Comparative Example 2, while acetylene black was used as the carbon component in Comparative Example 1, a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was produced using sucrose as a carbon precursor. It was.

リン酸第一鉄・8水和物〔Fe(PO・8HO〕とリン酸リチウム(LiPO)とを、リチウムと鉄との元素比率が1:1となるように配合し、これに、スクロースを焼成後の炭素分が5.0質量%となるように加え、乾式で遊星ボールミル〔レッチェ社製「PM−100(商品名)」〕を用いて10時間混合した。得られた混合物を、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、得られた焼成物を簡易式カッターミルにて粉砕して複合体を得た。 Ferrous phosphate octahydrate [Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O] and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) so that the element ratio of lithium to iron is 1: 1 Sucrose is added to this so that the carbon content after firing is 5.0% by mass, and mixed for 10 hours using a dry planetary ball mill ["PM-100 (trade name)" manufactured by Lecce) did. The obtained mixture was baked in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours, and the obtained baked product was pulverized by a simple cutter mill to obtain a composite.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析したところ、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分の大部分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.1質量%含まれていることが確認された。 When the obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was Li: Fe: P = 1: 1: 1, and it was confirmed that most of the crystalline component was olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon content in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite was 5.1 mass. % Was confirmed.

比較例3
この比較例3でも、オリビン型リン酸鉄リチウムの製造法として従来公知の固相法を利用して、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。ただし、この比較例3では、炭素成分として、比較例1がアセチレンブラックを用い、比較例2がスクロースを用いていたのに対し、アセチレンブラックとスクロースとを併用して、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。
Comparative Example 3
Also in this comparative example 3, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was manufactured using the conventionally well-known solid-phase method as a manufacturing method of olivine type lithium iron phosphate. However, in Comparative Example 3, as the carbon component, Comparative Example 1 used acetylene black and Comparative Example 2 used sucrose, whereas acetylene black and sucrose were used in combination, and carbon-olivine type phosphoric acid was used. An iron-lithium composite was produced.

リン酸第一鉄・8水和物〔Fe(PO・8HO〕とリン酸リチウム(LiPO)とを、リチウムと鉄との元素比率が1:1となるように配合し、これに、スクロース:アセチレンブラック〔電気化学社製「デンカブラック(商品名)」〕=11:1(質量比)の配合量で、焼成後の炭素分が5.0質量%となるように加え、乾式で遊星ボールミル(レッチェ社製「PM−100(商品名)」を用いて10時間混合した。得られた混合物を、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、得られた焼成物を簡易式カッターミルにて粉砕し複合体を得た。 Ferrous phosphate octahydrate [Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O] and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) so that the element ratio of lithium to iron is 1: 1 And sucrose: acetylene black [Denka Black (trade name) manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd.] = 11: 1 (mass ratio), and the carbon content after firing is 5.0% by mass. In addition, the mixture was mixed for 10 hours using a planetary ball mill ("PM-100 (trade name)" manufactured by Lecce) in a dry manner. The resulting mixture was calcined in a nitrogen stream at 700 ° C for 5 hours. The obtained fired product was pulverized with a simple cutter mill to obtain a composite.

得られた炭素−リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析したところ、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分の大部分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.2質量%含まれていることが確認された。 When the obtained carbon-lithium iron phosphate composite was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite was Li: Fe: P = 1: 1: 1 and the majority of the crystalline component was confirmed to be olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite contained 5.2% by mass of carbon. It was confirmed that

比較例4
この比較例4では、(2)の炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程後、(4)の焼成工程の前に、炭素前駆体となる有機物の添加、混合をすることなく、炭素−リン酸鉄リチウム複合体〔アセチレンブラック:オリビン型リン酸鉄リチウム=20:80(質量比)の炭素−リン酸鉄リチウム複合体〕の製造を行った例を示す。
Comparative Example 4
In this comparative example 4, the organic substance which becomes the carbon precursor after the step of producing the coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate of (2) and before the firing step of (4). The carbon-lithium iron phosphate composite [acetylene black: olivine-type lithium iron phosphate = 20: 80 (mass ratio) carbon-lithium iron phosphate composite] was manufactured without adding and mixing An example is shown.

〔炭素−リン酸複合体の製造〕
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水650cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕4.0gを添加後、アセチレンブラック粉末〔電気化学社製「デンカブラック(商品名)」、粒径35nm〕28.1gを加え、15分間撹拌してカーボンブラック分散液とした。その後、予めイオン交換水430cmに85%リン酸53.1gと硫酸第一鉄・7水和物192.1gとを溶解させた水溶液を、上記カーボンブラック分散液に添加し、10分間撹拌した。さらに30%苛性ソーダ水溶液184.3gを上記カーボンブラック分散液に添加し、15分間撹拌後ろ過することにより、炭素−リン酸鉄複合体を得た。
[Production of carbon-phosphate complex]
Into a 2 L separable flask, 650 cm 3 of ion-exchanged water was added, and 4.0 g of a nonionic surfactant (“Emulgen MS-110 (trade name)” manufactured by Kao Corporation) was added, followed by acetylene black powder [manufactured by Denki Kagaku “ "Denka Black (trade name)", particle size 35 nm] 28.1 g was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon black dispersion. Thereafter, an aqueous solution in which 53.1 g of 85% phosphoric acid and 192.1 g of ferrous sulfate heptahydrate were previously dissolved in 430 cm 3 of ion-exchanged water was added to the carbon black dispersion and stirred for 10 minutes. . Further, 184.3 g of a 30% aqueous sodium hydroxide solution was added to the carbon black dispersion, and the mixture was stirred for 15 minutes and filtered to obtain a carbon-iron phosphate complex.

〔炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の製造〕
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水650cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕4.0gを添加後、実施例1の(1−1)と同様の操作を行って得られた炭素−リン酸鉄複合体全量を入れ、15分間撹拌して、炭素−リン酸鉄複合体分散液とした。その後、上記炭素−リン酸鉄複合体分散液に、85%リン酸25.6gを添加し、更に予めイオン交換水165cmに水酸化リチウム・1水和物29.0gを溶解させた水溶液を添加して10分間撹拌し、その後ろ過することによって炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を得た。
[Production of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate]
Into a 2 L separable flask, 650 cm 3 of ion-exchanged water was added, and 4.0 g of a nonionic surfactant [“Emulgen MS-110 (trade name)” manufactured by Kao Corporation] was added, then (1-1) of Example 1 The total amount of the carbon-iron phosphate complex obtained by performing the same operation as above was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon-iron phosphate complex dispersion. Thereafter, an aqueous solution in which 25.6 g of 85% phosphoric acid was added to the carbon-iron phosphate complex dispersion, and 29.0 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 165 cm 3 of ion-exchanged water in advance. The mixture was added and stirred for 10 minutes, followed by filtration to obtain a carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate.

〔焼成〕
上記のようにして得られた共沈物を40℃真空乾燥機にて24時間乾燥した。上記乾燥後の共沈物を、窒素気流中で、600℃、5時間の条件で焼成し、その後、簡易式カッターミルにて粉砕して炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
[Baking]
The coprecipitate obtained as described above was dried in a vacuum dryer at 40 ° C. for 24 hours. The dried coprecipitate was fired in a nitrogen stream at 600 ° C. for 5 hours, and then pulverized with a simple cutter mill to obtain a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite.

上記のようにして得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析を行ったところ、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中の炭素分は20.2質量%であることが確認された。 When the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained as described above was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was as follows. Li: Fe: P = 1: 1: 1, and it was confirmed that the crystalline component was olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon content in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate complex was Was confirmed to be 20.2 mass%.

比較例5
この比較例5では、比較例3でアセチレンブラック:オリビン型リン酸鉄リチウム=20:80(質量比)の炭素−リン酸鉄リチウム複合体の製造を行っていたのに代えて、アセチレンブラック:オリビン型リン酸鉄リチウム=5:95(質量比)の炭素−リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。
Comparative Example 5
In this comparative example 5, instead of producing the carbon-lithium iron phosphate composite of acetylene black: olivine lithium iron phosphate = 20: 80 (mass ratio) in comparative example 3, acetylene black: The olivine type lithium iron phosphate = 5: 95 (mass ratio) carbon-lithium iron phosphate composite was manufactured.

〔炭素−リン酸複合体の製造〕
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水650cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕1.3gを添加後、アセチレンブラック粉末〔電気化学社製「デンカブラック(商品名)」、粒径35nm〕6.3gを加え、15分間撹拌してカーボンブラック分散液とした。その後、予めイオン交換水430cmに85%リン酸53.1gと硫酸第一鉄・7水和物192.1gとを溶解させた水溶液を、上記カーボンブラック分散液に添加し、10分間撹拌した。さらに15%アンモニア水溶液156.7gを上記カーボンブラック分散液に添加し、15分間撹拌後ろ過することにより、炭素−リン酸鉄複合体を得た。
[Production of carbon-phosphate complex]
Into a 2 L separable flask, 650 cm 3 of ion-exchanged water was added, 1.3 g of a nonionic surfactant (“Emulgen MS-110 (trade name)” manufactured by Kao Corporation) was added, and acetylene black powder [manufactured by Denki Kagaku “ Denka Black (trade name) ”, particle size 35 nm] 6.3 g was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon black dispersion. Thereafter, an aqueous solution in which 53.1 g of 85% phosphoric acid and 192.1 g of ferrous sulfate heptahydrate were previously dissolved in 430 cm 3 of ion-exchanged water was added to the carbon black dispersion and stirred for 10 minutes. . Furthermore, 156.7 g of a 15% aqueous ammonia solution was added to the carbon black dispersion, and the mixture was stirred for 15 minutes and filtered to obtain a carbon-iron phosphate complex.

〔炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物の製造〕
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水650cmを入れ、ノニオン界面活性剤〔花王株式会社製「エマルゲンMS−110(商品名)」〕1.3gを添加後、実施例1の(1−1)と同様の操作を行って得られた炭素−リン酸鉄複合体全量を入れ、15分間撹拌して、炭素−リン酸鉄複合体分散液とした。その後、上記炭素−リン酸鉄複合体分散液に、85%リン酸25.6gを添加し、更に予めイオン交換水165cmに水酸化リチウム・1水和物29.0gを溶解させた水溶液を添加して10分間撹拌し、その後ろ過することによって炭素−リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物を得た。
[Production of carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate]
650 cm 3 of ion-exchanged water was put into a 2 L separable flask, and after adding 1.3 g of nonionic surfactant [“Emulgen MS-110 (trade name)” manufactured by Kao Corporation], (1-1) of Example 1 The total amount of the carbon-iron phosphate complex obtained by performing the same operation as above was added and stirred for 15 minutes to obtain a carbon-iron phosphate complex dispersion. Thereafter, an aqueous solution in which 25.6 g of 85% phosphoric acid was added to the carbon-iron phosphate complex dispersion, and 29.0 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 165 cm 3 of ion-exchanged water in advance. The mixture was added and stirred for 10 minutes, followed by filtration to obtain a carbon-iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate.

〔焼成〕
上記のようにして得られた共沈物を40℃真空乾燥機にて24時間乾燥した。上記乾燥後の共沈物を、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、その後、簡易式カッターミルにて粉砕して炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
[Baking]
The coprecipitate obtained as described above was dried in a vacuum dryer at 40 ° C. for 24 hours. The dried coprecipitate was fired in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours, and then pulverized by a simple cutter mill to obtain a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite.

上記のようにして得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析を行ったところ、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中の炭素分は5.2質量%であることが確認された。 When the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained as described above was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was as follows. Li: Fe: P = 1: 1: 1, and it was confirmed that the crystalline component was olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and the carbon content in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate complex was Was confirmed to be 5.2% by mass.

比較例6
この比較例6では、本発明における(1)の工程のような炭素−リン酸鉄複合体を合成することなく、最初の工程でリン酸鉄を合成し、それ以後は本発明と同様に炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を行った。
Comparative Example 6
In Comparative Example 6, iron phosphate was synthesized in the first step without synthesizing the carbon-iron phosphate complex as in step (1) in the present invention, and thereafter, carbon was synthesized in the same manner as in the present invention. -The olivine type lithium iron phosphate composite was produced.

〔リン酸鉄の製造〕
2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水540cmを入れ、85%リン酸76.9gと硫酸第一鉄・7水和物278.0gを溶解させた。さらに15%アンモニア水溶液227.1gを添加し、15分間撹拌後ろ過することにより、リン酸鉄を得た。
[Production of iron phosphate]
540 cm 3 of ion-exchanged water was placed in a 2 L separable flask, and 76.9 g of 85% phosphoric acid and 278.0 g of ferrous sulfate heptahydrate were dissolved. Further, 227.1 g of a 15% aqueous ammonia solution was added, and the mixture was stirred for 15 minutes and then filtered to obtain iron phosphate.

〔リン酸鉄とリン酸リチウム共沈物の製造〕
2Lセパラブルフラスコにイオン交換水615cmを入れ、上記で得られたリン酸鉄全量を入れ、15分間撹拌して、リン酸鉄分散液とした。その後、85%リン酸38.4gを添加し、予めイオン交換水380cmに水酸化リチウム・1水和物41.9gを溶解させた水溶液を添加して10分間撹拌し、リン酸鉄−リン酸リチウム共沈物のスラリー液とした。
[Production of iron phosphate and lithium phosphate coprecipitate]
Into a 2 L separable flask, 615 cm 3 of ion-exchanged water was added, and the total amount of iron phosphate obtained above was added and stirred for 15 minutes to obtain an iron phosphate dispersion. Thereafter, 38.4 g of 85% phosphoric acid was added, an aqueous solution in which 41.9 g of lithium hydroxide monohydrate was previously dissolved in 380 cm 3 of ion-exchanged water was added and stirred for 10 minutes, and iron phosphate-phosphorus A slurry of lithium acid coprecipitate was obtained.

〔炭素前駆体となる有機物の添加〕
上記のようにして得られたリン酸鉄−リン酸リチウム共沈物のスラリー液にスクロース34.6gをイオン交換水に溶解させた40%水溶液を添加後、10分間撹拌して混合し、スラリー液とした。
[Addition of organic substance as carbon precursor]
After adding a 40% aqueous solution in which 34.6 g of sucrose was dissolved in ion-exchanged water to the slurry solution of iron phosphate-lithium phosphate coprecipitate obtained as described above, the mixture was stirred for 10 minutes and mixed to obtain a slurry. Liquid.

〔焼成〕
上記のようにして得られたリン酸とリン酸リチウム共沈物とスクロースとの混合物のスラリー液を、横型サンドミル〔株式会社シンマルエンタープライゼス製「ダイノーミル MULTI LAB型(商品名)」〕に入れ、0.5mm径ジルコニアビーズを充填し、湿式粉砕を行った。得られたスラリー液を減圧下70℃にて乾燥し、得られた乾燥物を、2cm径ジルコニアボールを入れた1Lナイロン性ポットを用い72時間回転させ粉砕を行った。粉砕後、窒素気流中で、700℃、5時間の条件で焼成し、オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を得た。
[Baking]
The slurry solution of the mixture of phosphoric acid, lithium phosphate coprecipitate and sucrose obtained as described above is put in a horizontal sand mill [Shinmaru Enterprises Co., Ltd. “Dynomill MULTI LAB type (trade name)”] Then, 0.5 mm diameter zirconia beads were filled and wet pulverized. The obtained slurry was dried at 70 ° C. under reduced pressure, and the obtained dried product was pulverized by rotating for 72 hours using a 1 L nylon pot containing 2 cm diameter zirconia balls. After pulverization, it was fired in a nitrogen stream at 700 ° C. for 5 hours to obtain an olivine-type lithium iron phosphate composite.

得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体について、実施例1と同様に分析を行ったところ、各成分のモル比はLi:Fe:P=1:1:1であり、結晶性成分がオリビン型リン酸鉄リチウムLiFePOであることが確認され、また、この炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中に炭素分が5.1質量%含まれていることが確認された。 When the obtained carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was analyzed in the same manner as in Example 1, the molar ratio of each component was Li: Fe: P = 1: 1: 1, and the crystalline component Was confirmed to be olivine-type lithium iron phosphate LiFePO 4 , and 5.1% by mass of carbon was confirmed to be contained in the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite.

比較例7
この比較例7では、特許文献2に開示されているオリビン型リン酸鉄リチウム合成法(共沈法)によって、炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造を試みた。
Comparative Example 7
In Comparative Example 7, an attempt was made to produce a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite by the olivine type lithium iron phosphate synthesis method (coprecipitation method) disclosed in Patent Document 2.

2Lのセパラブルフラスコにイオン交換水472.4cmと85%リン酸95.6gを入れ、10体積%希釈リン酸水溶液を調製した。このリン酸水溶液に、LiとFeのモル比が1:1となるように、硫酸第一鉄・7水和物192.1gと水酸化リチウム・1水和物29.0gとを添加し、溶解させて混合液を調製した。この混合液に、アスコルビン酸7.9g(混合液の1質量%分)を添加し、10分間撹拌した。次に、混合液に、アセトン4.0ml(混合液の0.5体積%分)を添加し、さらにアセチレンブラック粉末[電気化学社製「デンカブラック(商品名)」]10gを添加して1分間撹拌し、次いで濃度が1mol/lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して10分間撹拌後、ろ過することにより共沈物を得た。 A 2 L separable flask was charged with 472.4 cm 3 of ion-exchanged water and 95.6 g of 85% phosphoric acid to prepare a 10% by volume diluted phosphoric acid aqueous solution. To the phosphoric acid aqueous solution, 192.1 g of ferrous sulfate heptahydrate and 29.0 g of lithium hydroxide monohydrate were added so that the molar ratio of Li to Fe was 1: 1. Dissolved to prepare a mixed solution. To this mixed solution, 7.9 g of ascorbic acid (1% by mass of the mixed solution) was added and stirred for 10 minutes. Next, 4.0 ml of acetone (0.5% by volume of the mixed solution) is added to the mixed solution, and 10 g of acetylene black powder [“DENKA BLACK (trade name)” manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd.] is added. The mixture was stirred for 1 minute, and then an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 1 mol / l was added dropwise, stirred for 10 minutes, and filtered to obtain a coprecipitate.

上記の共沈物を40℃真空乾燥機にて1晩乾燥した。これを1%塩酸中に入れて加熱溶解させ、ろ過により不溶分を除去した後に、実施例1と同様にICP発光分析を行って、ろ液中の共沈物の各成分の比(モル比)を算出したところ、Li:Fe:P=0.01:1:0.8であり、共沈物中にLiがほとんど含まれていないことが判明した。この共沈物を焼成しても、オリビン型リン酸鉄リチウムは生成しないことが明らかであるため、その後の操作を中止した。   The coprecipitate was dried overnight in a 40 ° C. vacuum dryer. This was dissolved in 1% hydrochloric acid by heating and dissolved, and the insoluble matter was removed by filtration. Then, ICP emission analysis was performed in the same manner as in Example 1, and the ratio of each component of the coprecipitate in the filtrate (molar ratio). ) Was calculated, Li: Fe: P = 0.01: 1: 0.8, and it was found that Li was hardly contained in the coprecipitate. Since it was clear that the olivine-type lithium iron phosphate was not generated even when the coprecipitate was fired, the subsequent operation was stopped.

〔リチウムイオン電池の正極材料としての評価〕
上記実施例1〜5および比較例1〜6で得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を正極材料として使用した正極を有するリチウムイオン電池を作製し、放電容量を測定し、上記炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の正極材料としての評価をした。その詳細は次の通りである。
[Evaluation as a cathode material for lithium ion batteries]
A lithium ion battery having a positive electrode using the carbon-olivine type lithium iron phosphate composites obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 as a positive electrode material was prepared, the discharge capacity was measured, and the carbon -The olivine type lithium iron phosphate composite was evaluated as a positive electrode material. The details are as follows.

なお、比較例7では、目的とする炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体が得られなかったので、このリチウムイオン電池の正極材料としての評価はしていない。   In Comparative Example 7, since the intended carbon-olivine type lithium iron phosphate composite was not obtained, evaluation as a positive electrode material of this lithium ion battery was not performed.

実施例1〜5および比較例1〜6で得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体のそれぞれ20mgと、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン〔デュポン社製「テフロン(登録商標)6―J」〕2mgとを乳鉢上で混練し、約1cm角のフィルム状にしてニッケル線メッシュにのせ、1トンの圧力で5分間加圧して、ワーキング電極(正極)を作製した。   20 mg each of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composites obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 and polytetrafluoroethylene as a binder ["Teflon (registered trademark) 6" manufactured by DuPont -J "] 2 mg was kneaded in a mortar, formed into a film of about 1 cm square, placed on a nickel wire mesh, and pressurized for 5 minutes at a pressure of 1 ton to produce a working electrode (positive electrode).

アルゴン置換したグローブボックス内で、ニッケル線メッシュに金属リチウム箔を押しつけて固定させたものを2本作り、これらを対極および参照極とした。電解液(LiClOを1mol/lの濃度で溶解させた炭酸プロピレン溶液)30mlをビーカー式三極セルに入れ、上記のワーキング電極、対極および参照電極を取り付けて、試験用セル(リチウムイオン電池)を構成した。 In a glove box substituted with argon, two metal lithium foils pressed against a nickel wire mesh were fixed, and these were used as a counter electrode and a reference electrode. 30 ml of electrolytic solution (propylene carbonate solution in which LiClO 4 was dissolved at a concentration of 1 mol / l) was placed in a beaker type triode cell, and the above working electrode, counter electrode and reference electrode were attached, and a test cell (lithium ion battery) Configured.

上記の試験用セルについて、電池充放電装置〔北斗電工社製「HJ−1001SM8(商品名)」〕を用いて充放電試験を行った。試験は、LiFePOに対して17mA/gの電流密度で、電圧の上限を4.3V、下限を2.5Vに設定して行い、正極活物質であるオリビン型リン酸鉄リチウム1g当たりの放電容量(mAh/g)を算出した。その結果を表1に示す。 About said test cell, the charging / discharging test was done using the battery charging / discharging apparatus ["HJ-1001SM8 (brand name)" by Hokuto Denko Co., Ltd.]. The test was performed at a current density of 17 mA / g with respect to LiFePO 4 , setting the upper limit of the voltage to 4.3 V and the lower limit to 2.5 V, and discharging per gram of olivine lithium iron phosphate as the positive electrode active material. The capacity (mAh / g) was calculated. The results are shown in Table 1.

Figure 0005164260
Figure 0005164260

表1に示すように、実施例1〜5の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を正極材料として用いた場合は、比較例1〜6の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体を正極材料として用いた場合に比べて、放電容量が大きく、実施例1〜5のリチウムイオン電池の正極材料として高容量で優れたものであることが明らかであった。   As shown in Table 1, when the carbon-olivine type lithium iron phosphate composites of Examples 1 to 5 were used as the positive electrode material, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composites of Comparative Examples 1 to 6 were used as the positive electrode. Compared with the case where it used as material, it was clear that the discharge capacity was large and it was excellent as a positive electrode material of the lithium ion batteries of Examples 1 to 5 with high capacity.

これに対して、比較例1の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体が放電容量が小さかったのは、比較例1が固相法を採用しているため、各成分の均一な混合ができず、そのため、焼成時におけるリン酸鉄とリン酸リチウムとの反応や炭素との複合化が充分に行われなかったことによるものと考えられる。   On the other hand, the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite of Comparative Example 1 has a small discharge capacity because Comparative Example 1 employs a solid phase method, so that each component can be uniformly mixed. Therefore, it is considered that the reaction between iron phosphate and lithium phosphate and the composite with carbon were not sufficiently performed during firing.

また、炭素成分として、炭素前駆体となるスクロースを用いた比較例2の炭素−オリビン型リン酸鉄複合体や、炭素成分として、アセチレンブラックとスクロースを併用した比較例3の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体も、放電容量が小さかったのは、これら比較例2〜3においても、比較例1と同様に固相法を採用しているため、各成分の均一な混合ができず、そのため、焼成時におけるリン酸鉄とリン酸リチウムとの反応や炭素との複合化が充分に行われなかったことによるものと考えられる。   Moreover, the carbon-olivine type | mold iron phosphate complex of the comparative example 2 using the sucrose used as a carbon precursor as a carbon component, and the carbon-olivine type phosphorus of the comparative example 3 which used acetylene black and sucrose together as a carbon component. Since the lithium iron oxide composite also had a small discharge capacity, even in these Comparative Examples 2 to 3, since the solid phase method was adopted as in Comparative Example 1, each component could not be uniformly mixed. For this reason, it is considered that the reaction between iron phosphate and lithium phosphate at the time of firing and the combination with carbon were not sufficiently performed.

そして、(2)の炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程後、(4)の焼成工程の前に、炭素前駆体となる有機物の添加、混合をすることなく、製造した比較例4の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体や比較例5の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の放電容量が小さかったのは、炭素前駆体となる有機物が存在しないため、アセチレンブラックとの炭素ネットワークが形成できず、そのため、充分な電子伝導性が得られなかったことによるものと考えられる。   Then, after the step of producing the coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate in (2), and before the firing step in (4), addition and mixing of an organic substance serving as a carbon precursor It was a carbon precursor that the discharge capacity of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite of Comparative Example 4 and the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite of Comparative Example 5 that were produced was small. This is probably because a carbon network with acetylene black could not be formed because there was no organic substance, and therefore sufficient electronic conductivity could not be obtained.

また、比較例6の炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の放電容量が小さかったのは、最初の工程で炭素−リン酸鉄複合体を合成することなく、リン酸鉄を合成しているため、スクロースを添加して焼成しているにもかかわらず、炭素のネットワークが形成されず、そのため、充分な電子伝導性が得られなかったためであると考えられる。   Moreover, the discharge capacity of the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite of Comparative Example 6 was small because iron phosphate was synthesized without synthesizing the carbon-iron phosphate composite in the first step. Therefore, it is considered that despite the addition of sucrose and baking, a carbon network was not formed, and therefore sufficient electronic conductivity could not be obtained.

Claims (14)

炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法であって、
(1)炭素−リン酸鉄複合体を沈殿により製造する工程、
(2)上記炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造する工程、
(3)上記共沈物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程、
(4)上記共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成する工程、
を有することを特徴とする炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法。
A method for producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite,
(1) a step of producing a carbon-iron phosphate complex by precipitation;
(2) a step of producing a coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate;
(3) A step of adding and mixing an organic substance to be a carbon precursor to the coprecipitate,
(4) A step of firing a mixture of the coprecipitate and an organic substance that becomes a carbon precursor,
A method for producing a carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite characterized by comprising:
上記(3)の工程と(4)の工程との間に、上記共沈物と炭素前駆体となる有機物との混合物を湿式メディア粉砕機で粉砕して分散させる請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the mixture of the coprecipitate and the organic substance to be the carbon precursor is pulverized and dispersed by a wet media pulverizer between the step (3) and the step (4). . 炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法であって、
(1)炭素−リン酸鉄複合体を沈殿により製造する工程、
(2)上記炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を製造し、その共沈物を乾燥し、仮焼する工程、
(3)上記共沈物の仮焼物に炭素前駆体となる有機物を添加し、混合する工程、
(4)上記共沈物の仮焼物と炭素前駆体となる有機物との混合物を焼成する工程、
を有することを特徴とする炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体の製造方法。
A method for producing a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite,
(1) a step of producing a carbon-iron phosphate complex by precipitation;
(2) A step of producing a coprecipitate containing the carbon-iron phosphate complex and lithium phosphate, drying the coprecipitate, and calcining.
(3) A step of adding and mixing an organic substance that becomes a carbon precursor to the co-precipitate calcined product,
(4) A step of firing a mixture of the co-precipitate calcined product and an organic material to be a carbon precursor,
A method for producing a carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite characterized by comprising:
上記(3)の工程と(4)の工程との間に、上記共沈物の仮焼物と炭素前駆体となる有機物との混合物を湿式メディア粉砕機で粉砕して分散させる請求項3に記載の製造方法。   The mixture of the calcined product of the coprecipitate and the organic material to be a carbon precursor is pulverized and dispersed by a wet media pulverizer between the step (3) and the step (4). Manufacturing method. 上記(2)の工程において、上記(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を水中に分散させ、その後、該水中に、リン酸を添加し、さらにリチウム化合物含有水溶液を添加することによって炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を得る請求項1または3に記載の製造方法。   In the step (2), the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) is dispersed in water, then phosphoric acid is added to the water, and a lithium compound-containing aqueous solution is further added. The manufacturing method of Claim 1 or 3 which obtains the coprecipitate containing a carbon-iron-phosphate complex and lithium phosphate by doing. 上記(2)の工程において、リン酸とリチウム化合物含有水溶液を混合してリン酸リチウム沈殿物を生成させた水中に、上記(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を添加して分散させることにより炭素−リン酸鉄複合体とリン酸リチウムとを含有する共沈物を得る請求項1または3に記載の製造方法。   In the step (2), the carbon-iron phosphate complex obtained in the step (1) is added to water in which phosphoric acid and a lithium compound-containing aqueous solution are mixed to form a lithium phosphate precipitate. The manufacturing method of Claim 1 or 3 which obtains the coprecipitate containing a carbon-iron-phosphate complex and lithium phosphate by disperse | distributing. 炭素材料を分散させた水中に、リン酸とリチウム化合物含有水溶液を混合し、さらに上記(1)の工程で得られた炭素−リン酸鉄複合体を添加する請求項6に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 6 which mixes phosphoric acid and lithium compound containing aqueous solution in the water which disperse | distributed the carbon material, and also adds the carbon-iron-phosphate complex obtained at the process of said (1). 上記(1)の工程において、炭素材料を分散させた水中に、リン酸および2価の鉄を含有する化合物を有する水溶液を添加し、その後、水溶性塩基で中和することにより、炭素−リン酸鉄複合体沈殿物を得る請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。   In the step (1), an aqueous solution containing a compound containing phosphoric acid and divalent iron is added to the water in which the carbon material is dispersed, and then neutralized with a water-soluble base, whereby carbon-phosphorus The production method according to any one of claims 1 to 7, wherein an iron oxide complex precipitate is obtained. 上記(3)の工程において、共沈物に添加する炭素前駆体となる有機物が、糖類である請求項1または3に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 3, wherein in the step (3), the organic substance serving as the carbon precursor added to the coprecipitate is a saccharide. 糖類が、単糖類または2糖類である請求項9に記載の製造方法。   The production method according to claim 9, wherein the saccharide is a monosaccharide or a disaccharide. 上記(4)の工程において、焼成温度を500〜900℃とする請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein in the step (4), the firing temperature is 500 to 900 ° C. 上記(1)、(2)、(3)および(4)の工程を経て得られる炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体中の炭素含有量が、0.1〜50質量%である請求項1〜11のいずれかに記載の製造方法。   The carbon content in the carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained through the steps (1), (2), (3) and (4) is 0.1 to 50% by mass. The manufacturing method in any one of 1-11. 請求項1〜12のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体からなることを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料。   It consists of a carbon-olivine type lithium iron phosphate composite obtained by the manufacturing method in any one of Claims 1-12, The positive electrode material for lithium ion batteries characterized by the above-mentioned. 請求項1〜12のいずれかに記載の製造方法によって得られた炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体と、該炭素−オリビン型リン酸鉄リチウム複合体由来の炭素以外の炭素材料を0.1〜30質量%含有することを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料。   A carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite obtained by the production method according to claim 1 and a carbon material other than carbon derived from the carbon-olivine-type lithium iron phosphate composite is set to 0.000. 1-30 mass% containing, The positive electrode material for lithium ion batteries characterized by the above-mentioned.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2448045A1 (en) * 2009-06-26 2012-05-02 Asahi Glass Company, Limited Process for production of positive electrode material for secondary batteries, and positive electrode material for secondary batteries
JP5628503B2 (en) * 2009-09-25 2014-11-19 御国色素株式会社 Conductive material dispersion, electrode paste and conductive material-coated active material
CN102859762B (en) * 2010-04-21 2016-02-17 株式会社Lg化学 Contain the lithium iron phosphate based on the sulphur compound of sulfide linkage and the lithium secondary battery using described lithium iron phosphate
US9318741B2 (en) 2010-04-28 2016-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Positive electrode active material of power storage device, power storage device, electrically propelled vehicle, and method for manufacturing power storage device
KR101395846B1 (en) 2010-09-08 2014-05-19 에스케이이노베이션 주식회사 Cathode Active Materials for Li Secondary Cell and the Fabrication Method Thereof
KR101232836B1 (en) * 2010-09-14 2013-02-13 한양대학교 산학협력단 Method of preparing positive active material for rechargeable lithium battery, positive active material for rechargeable lithium battery prepared by using the method, and rechargeable lithium battery including the same
JP5678685B2 (en) * 2011-01-25 2015-03-04 住友金属鉱山株式会社 Precursor of positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, and method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
US8945498B2 (en) 2011-03-18 2015-02-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing lithium-containing composite oxide
CN102249210B (en) * 2011-05-22 2012-09-05 西北有色金属研究院 Method for preparing nanocrystal lithium iron phosphate anode material through co-precipitation
CN103765641B (en) * 2011-08-29 2016-12-14 株式会社半导体能源研究所 The manufacture method of positive electrode active material for lithium ion battery
WO2013099409A1 (en) * 2011-12-26 2013-07-04 株式会社村田製作所 Method for producing iron phosphate, lithium iron phosphate, electrode active material, and secondary battery
EP2665114A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-20 Basf Se Method for manufacturing electrode materials
CA2794290A1 (en) * 2012-10-22 2014-04-22 Hydro-Quebec Method of producing electrode material for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery using such electrode material
CN103367717B (en) * 2013-07-01 2016-08-31 华中科技大学 A kind of anode material for lithium-ion batteries LiFePO4the preparation method of/C composite and product
JP6389773B2 (en) * 2015-02-09 2018-09-12 株式会社三井E&Sホールディングス Method for producing positive electrode material for lithium secondary battery
US10680242B2 (en) 2016-05-18 2020-06-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing positive electrode active material, and lithium ion battery
CN109179358B (en) * 2018-11-08 2020-06-09 广东省稀有金属研究所 Method for preparing battery-grade iron phosphate from waste lithium iron phosphate batteries
CN113555557B (en) * 2021-07-06 2023-10-20 欣旺达电动汽车电池有限公司 Lithium iron phosphate positive electrode material, preparation method and application thereof
CN115432689A (en) * 2022-09-30 2022-12-06 福建紫金锂元材料科技有限公司 Preparation method of high-performance long-life lithium iron phosphate cathode material
CN115744858A (en) * 2022-10-25 2023-03-07 广西华友新材料有限公司 Lithium iron phosphate positive electrode material, preparation method thereof, electrode and battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4180363B2 (en) * 2002-01-31 2008-11-12 日本化学工業株式会社 Ferrous phosphate hydrate salt crystal, method for producing the same, and method for producing lithium iron phosphorus composite oxide
JP4475882B2 (en) * 2003-03-31 2010-06-09 国立大学法人九州大学 Method for producing positive electrode material for secondary battery, and secondary battery
JP4804045B2 (en) * 2005-06-15 2011-10-26 Agcセイミケミカル株式会社 Method for producing lithium iron composite oxide
JP4737607B2 (en) * 2005-07-22 2011-08-03 テイカ株式会社 Method for producing carbon-olivine type lithium iron phosphate composite particles, and positive electrode material for lithium ion battery
JP5127179B2 (en) * 2006-07-31 2013-01-23 古河電池株式会社 Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery

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