JP5776573B2 - Positive electrode active material for lithium secondary battery and method for producing the same, precursor of the positive electrode active material and method for producing the same, and lithium secondary battery using the positive electrode active material - Google Patents

Positive electrode active material for lithium secondary battery and method for producing the same, precursor of the positive electrode active material and method for producing the same, and lithium secondary battery using the positive electrode active material Download PDF

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Description

本発明は、リチウム二次電池用正極活物質とその製造方法および該正極活物質の前駆体とその製造方法、並びに該正極活物質を用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a production method thereof, a precursor of the positive electrode active material, a production method thereof, and a lithium secondary battery using the positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池は、軽量でエネルギー密度が高いことから、携帯電話、ノート型パソコン、その他IT機器などの小型電池に幅広く使用されており、これらの用途には、主としてLiCoO、LiCoNiMnO、LiNiAlOなどの層状岩塩化合物正極材が用いられている。その需要は、IT機器の発展、普及に伴い、現在も世界的な規模で伸びている。
さらに、これらの小型電池に加えて、産業用の大型電池においても、ハイブリッド自動車(HEV)用、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(EV)用、電力平準化用、電力貯蔵用など、さらに、多方面にその需要の拡大が期待され、研究開発も盛んに行われている。
Lithium-ion secondary batteries are lightweight and have high energy density, so they are widely used in small batteries such as mobile phones, laptop computers, and other IT devices. For these applications, LiCoO 2 , LiCoNiMnO 2 , A layered rock salt positive electrode material such as LiNiAlO 2 is used. The demand is growing on a global scale with the development and popularization of IT equipment.
In addition to these small batteries, industrial large batteries can also be used for hybrid vehicles (HEV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), electric vehicles (EV), power leveling, power storage, etc. In addition, the demand is expected to expand in various fields, and research and development are actively conducted.

このような状況下、産業用の大型電池が本格的に実用化されるための課題として、正極材料には、高い安全性、高寿命、高出力、低価格が要求されている。その中で高い安全性と優れたサイクル性能を示し、低価格で製造可能なリン酸鉄リチウム(LiFePO)が、LiCoOやLiMn等の代替正極材料として、注目されている。
上記LiFePOは、リン酸の強固な骨格を有するため、安全で放電容量が高く、サイクル寿命の良い材料である。また、Coなどに比べ、Feは安価であり、資源的な制約もはるかに少ない。しかし、現状は必ずしも、従来の正極材料に比べ、性能、コスト的に優位であるとは言えず、十分に市場に受け入れられていない。このような状況において、安価で高性能のLiFePOを提供することは、大型電池の実用化に向けてその意義は社会的に非常に大きい。
Under such circumstances, high safety, high life, high output, and low price are required for the positive electrode material as a problem for full-scale commercialization of large industrial batteries. Among them, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), which exhibits high safety and excellent cycle performance and can be manufactured at a low price, has attracted attention as an alternative positive electrode material such as LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 .
Since LiFePO 4 has a strong skeleton of phosphoric acid, it is a safe material with a high discharge capacity and a good cycle life. In addition, Fe is cheaper than Co and has much fewer resource constraints. However, the current situation is not necessarily superior to the conventional positive electrode material in terms of performance and cost, and is not sufficiently accepted by the market. In such a situation, providing low-cost and high-performance LiFePO 4 has a great social significance for the practical use of large batteries.

LiFePOの合成は、2価の鉄が酸化されやすく不安定であるため、様々な方法が検討されている。また、LiFePOは、電子伝導性が低いため、数ミクロン以上の粒子では、良好な電極特性を得られない。そのため、粒子を数十〜数百nmに微細化し、さらに、黒鉛などの導電性材料の被覆・複合化により、導電性を付与することが試みられ、良好な特性が得られることが知られている。
しかし、付加的な処理が加わることにより、LiFePOの製造コストを押し上げ、材料的な優位性が失われる。したがって、できる限り簡易な方法で微細なLiFePO粒子を得、また、導電材複合化が可能であることが重要である。
一般的なLiFePOの製造方法としては、2価の鉄原料である蓚酸鉄を、炭酸リチウム及び燐酸二水素アンモニウム等と混合し焼成することで、固相反応により高純度のリン酸鉄リチウムが得られることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、蓚酸鉄の価格が非常に高く、焼成時の収率も低いため、得られるLiFePOは、非常に高価なものとなるために、価格的に大型電池用に適さない。また、蓚酸鉄には、毒性があるために、人体や環境面でも好ましくなく、多量に合成する方法も、確立されていない。
さらに、一般的に固相法では、反応に必要な温度が高いために、1次粒子の粗大化や凝集成長しやすく、粒子径が大きくなる。また、上記のように、LiFePOは、導電率が低く、このようにして得たLiFePOは、強力な微細化処理が必要となる。
また、リン酸リチウムとリン酸鉄を原料として用いる製造方法も、提案されている(例えば、特許文献2参照。)。無害なリン酸塩を用い、焼成時に副生するものがHOだけなので、工業的に有利である。しかし、この提案も、固相反応であり、LiFePOの合成用原料のFe(PO・nHOは、リチウム原料との反応性が低く、さらに高温焼成が必要となり、粒子の粗大化が著しい。強力な微粒子化処理が必要となる。微粒子化処理には、湿式ミルでアルミナやジルコニア球等を媒体として処理することが一般的であるが、粉砕時に不純物が混入しやすく、処理後の乾燥処理も必要であり、最凝集により粗大化するおそれがある。
以上のように固相反応法に関しては、焼成工程での効率は、非常に良好であるが、高温処理による粒子の粗大化が避けられず、非常に時間とコストがかかるという問題がある。
Since the synthesis of LiFePO 4 is unstable because divalent iron is easily oxidized, various methods have been studied. Moreover, since LiFePO 4 has low electron conductivity, good electrode characteristics cannot be obtained with particles of several microns or more. For this reason, it is known that fine particles can be refined to several tens to several hundreds of nanometers, and further conductivity can be imparted by coating / compositing with a conductive material such as graphite to obtain good characteristics. Yes.
However, the additional processing increases the manufacturing cost of LiFePO 4 and loses the material superiority. Therefore, it is important to obtain fine LiFePO 4 particles by a method as simple as possible and to be able to combine conductive materials.
As a general method for producing LiFePO 4 , iron oxalate, which is a divalent iron raw material, is mixed with lithium carbonate and ammonium dihydrogen phosphate and baked, so that high purity lithium iron phosphate is obtained by solid-phase reaction. It is known to be obtained (for example, refer to Patent Document 1).
However, since the price of iron oxalate is very high and the yield upon firing is low, the resulting LiFePO 4 is very expensive and is not suitable for large batteries in terms of price. Moreover, since iron oxalate is toxic, it is not preferable in terms of human body and environment, and a method for synthesizing a large amount has not been established.
Furthermore, in general, in the solid phase method, since the temperature required for the reaction is high, the primary particles are easily coarsened and agglomerated, and the particle diameter becomes large. Further, as described above, LiFePO 4 has low electrical conductivity, and thus LiFePO 4 obtained in this way requires a powerful refinement process.
A manufacturing method using lithium phosphate and iron phosphate as raw materials has also been proposed (see, for example, Patent Document 2). Since harmless phosphate is used and only H 2 O is produced as a by-product during firing, it is industrially advantageous. However, this proposal is also a solid-phase reaction, and Fe 3 (PO 4 ) 2 · nH 2 O, which is a raw material for the synthesis of LiFePO 4 , has low reactivity with a lithium raw material, and further requires high-temperature firing. The coarsening is remarkable. A powerful micronization process is required. In the fine particle treatment, it is common to use alumina or zirconia spheres as a medium in a wet mill, but impurities are likely to be mixed during pulverization, and a drying treatment after treatment is also required. There is a risk.
As described above, the solid-phase reaction method has a very good efficiency in the firing step, but there is a problem that the coarsening of the particles due to the high-temperature treatment cannot be avoided, and it takes much time and cost.

また、反応前駆体として、燐酸鉄アンモニウム塩を用いる方法が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。アンモニウム塩を用いることから、ナトリウム(Na)の残留がなく、高特性のLiFePOが得られるとされるが、水酸化リチウム、炭酸リチウムなどのリチウム塩と混合して焼成するため、高温処理による粒成長は、避けられない。
また、導電性が低いLiFePOでは、黒鉛などの導電材による導電性の付与が必要であり、導電材は、LiFePO粒子の表面を均一に被覆することが望ましい。そのためには、LiFePOを微細化した後に、炭素源を添加して、再度熱処理を行うことが必要となり、工程が長くなりコストが増加する。固相反応法において、前駆体段階で炭素源を添加すると、LiFePOの合成反応を阻害してしまうので、一段の熱処理で導電性炭素複合化を行うのは、極めて困難である。
Moreover, the method of using an iron phosphate ammonium salt as a reaction precursor is disclosed (for example, refer patent document 3). Since ammonium salt is used, there is no residue of sodium (Na), and high-quality LiFePO 4 is obtained. However, since it is mixed and baked with lithium salts such as lithium hydroxide and lithium carbonate, Grain growth is inevitable.
In addition, LiFePO 4 having low conductivity needs to be provided with conductivity by a conductive material such as graphite, and it is desirable that the conductive material uniformly coats the surface of the LiFePO 4 particles. For this purpose, it is necessary to refine the LiFePO 4 , add a carbon source, and perform heat treatment again, which increases the process and costs. In the solid-phase reaction method, if a carbon source is added at the precursor stage, the synthesis reaction of LiFePO 4 is inhibited. Therefore, it is extremely difficult to perform conductive carbon complexation by one-step heat treatment.

一方、原料を水熱法で合成し低温で焼成することにより、LiFePOを得ることが可能であり、水熱合成を基本とする方法によるLiFePO4の製造が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。この水熱法によれば、低温反応で、LiFePOを合成できるため、粒径が100nm以下の微細粒子を得ることができることが明らかになっている。しかし、水熱法は、溶媒に対するLi、Fe、P原料濃度が低く、また、反応には、高圧容器を用いるため、効率的な大量合成には向かないという欠点があり、価格的にも安価なことが要求される大型電池用に適さない。
以上のように、これまでの製造法では、上記のような問題があり、微細で高性能なLiFePOを、工業的で安価に製造する方法は、開発されていなかった。
On the other hand, LiFePO 4 can be obtained by synthesizing raw materials by a hydrothermal method and firing at a low temperature, and production of LiFePO 4 by a method based on hydrothermal synthesis has been proposed (for example, Patent Document 4). reference.). According to this hydrothermal method, LiFePO 4 can be synthesized by a low-temperature reaction, so that it is clear that fine particles having a particle size of 100 nm or less can be obtained. However, the hydrothermal method has low concentrations of Li, Fe, and P raw materials with respect to the solvent, and uses a high-pressure vessel for the reaction, so that it is not suitable for efficient mass synthesis, and is inexpensive in price. It is not suitable for large batteries that require this.
As described above, the conventional production methods have the above-mentioned problems, and a method for producing fine and high-performance LiFePO 4 at an industrial cost has not been developed.

特開2000−294238号公報JP 2000-294238 A 特開2003−292309号公報JP 2003-292309 A 特開2006−056754号公報JP 2006-056754 A 特開2005−276474号公報JP 2005-276474 A

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、リチウム二次電池用正極活物質(以下、単に正極活物質と記載することがある。)の製造原料として、好適な均一微細な前駆体とその製造方法を提供するとともに、均一微細なリチウムイオン二次電池用正極材料とその製造方法、およびその正極材料を用いて高容量、高出力の優れた特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a uniform fine precursor suitable as a raw material for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery (hereinafter sometimes simply referred to as a positive electrode active material) in view of the above-mentioned problems of the prior art. In addition to providing a positive electrode material for a uniform and fine lithium ion secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium ion secondary battery having high capacity and high output using the positive electrode material. There is to do.

本発明者らは、上記課題を解決するため、低温の熱処理により合成が可能なリン酸鉄リチウムの前駆体について、鋭意研究を重ねた結果、鉄とリン酸の共沈殿物と、微細なリチウム化合物とを、アルコール中で反応させることにより、上記リン酸鉄リチウムの前駆体が得られることを見出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above problems, the present inventors have conducted extensive research on a precursor of lithium iron phosphate that can be synthesized by low-temperature heat treatment. As a result, a coprecipitate of iron and phosphoric acid, It has been found that the above precursor of lithium iron phosphate can be obtained by reacting a compound with an alcohol, and the present invention has been completed based on this finding.

本発明の第の発明によれば、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、リチウム、鉄およびリン酸から構成され、リチウム:鉄:リン酸のモル比が1:0.8:0.8〜1:1.2:1.2である組成物を含み、炭素、窒素の含有量が鉄に対するモル比でそれぞれ0.4以下であるリン酸鉄リチウムからなる、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体を、不活性または還元雰囲気中において200〜500℃で熱処理する工程を含み、前記前駆体は、2価の鉄イオンとリン酸イオンの共存原料溶液を、pH7〜10の範囲に調整した反応水溶液中に、添加して共沈させることにより、鉄およびリン酸を含有する共沈殿物を得る第1工程と、リチウムに対するモル比で鉄が0.8〜1.2となるリチウム量を有するアルコール溶媒スラリー中でリチウムと前記共沈殿物を反応させる第2工程とを、備える製造方法により得られる、ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。
また、本発明の第の発明によれば、第の発明において、前記熱処理の前に、予め、前記前駆体に炭素源を添加する工程を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第の発明によれば、第の発明において、前記熱処理の前に、予め、前記前駆体を粉砕する工程を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising lithium, iron and phosphoric acid, wherein the molar ratio of lithium: iron: phosphoric acid is 1: 0. .8: 0.8 to 1: 1.2: 1.2 A composition comprising lithium iron phosphate having a carbon and nitrogen content of 0.4 or less in terms of molar ratio to iron Including a step of heat-treating a precursor of a positive electrode active material for an ion secondary battery at 200 to 500 ° C. in an inert or reducing atmosphere , the precursor comprising a coexisting raw material solution of divalent iron ions and phosphate ions The first step of obtaining a coprecipitate containing iron and phosphoric acid by adding and coprecipitating in a reaction aqueous solution adjusted to a pH of 7 to 10 and iron in a molar ratio to lithium of 0.8 A with lithium content of ~ 1.2 A second step of reacting the lithium and the co-precipitate with the call solvent slurry, obtained by the production method comprising, method for producing a cathode active material for a lithium ion secondary battery is provided, characterized in that.
According to a second invention of the present invention, the lithium ion secondary battery according to the first invention includes a step of adding a carbon source to the precursor in advance before the heat treatment. A method for producing a positive electrode active material is provided.
Furthermore, according to the third invention of the present invention, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the first invention, further comprising a step of pulverizing the precursor in advance before the heat treatment. A manufacturing method is provided.

また、本発明の第の発明によれば、第のいずれかの発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法によって得られ、リン酸鉄リチウムを含み、該リン酸鉄リチウムの走査電子顕微鏡観察により測定した一次粒子の平均粒径が50〜200nmであり、一次粒子の平均粒径に対するX線回折におけるリチウム鉄リン酸のピークからシェラーの式を用いて算出される結晶子径の比(結晶子径/平均粒径)が0.4以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質が提供される。さらに、本発明の第の発明によれば、第の発明において、BET法による比表面積が10〜50m/gであることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質が提供される。 Further, according to the fourth aspect of the present invention, obtained by the method for producing a cathode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of aspects 1-3, wherein the lithium iron phosphate, the phosphate The average particle diameter of primary particles measured by scanning electron microscope observation of iron lithium is 50 to 200 nm, and is calculated using the Scherrer equation from the peak of lithium iron phosphate in X-ray diffraction with respect to the average particle diameter of primary particles. A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is provided, wherein a ratio of crystallite diameter (crystallite diameter / average particle diameter) is 0.4 or more. Furthermore, according to the fifth aspect of the present invention, there is provided the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the fourth aspect , wherein the BET method has a specific surface area of 10 to 50 m 2 / g. The

また、本発明の第の発明によれば、第又はの発明に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む正極を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode comprising the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the fourth or fifth aspect of the invention. .

本発明は、上記の如く、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法などに係るものであるが、その好ましい態様として、次のものが包含される。
(1)第1の発明において、前記第1工程におけるリン酸イオンの供給源として、水溶性の正リン酸を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法。
(2)第1の発明において、前記第2工程におけるリチウムの供給源として、水酸化リチウム、炭酸リチウムなどの一般的なリチウム化合物の粒径が200μm以下の微粒子を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法。
(3)第1の発明において、前記第2工程におけるアルコールは、水分含有量が10質量%以下、好ましくは5質量%以下のエタノールまたはイソプロパノールであることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法。
As described above, the present invention relates to a method for producing a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and the preferred embodiments include the following.
(1) In the first invention, a method for producing a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein water-soluble normal phosphoric acid is used as a phosphate ion supply source in the first step. .
(2) The lithium ion according to the first invention, wherein the lithium ion source in the second step uses fine particles having a particle size of a general lithium compound such as lithium hydroxide and lithium carbonate of 200 μm or less. The manufacturing method of the precursor of the positive electrode active material for secondary batteries.
(3) In the first invention, the alcohol in the second step is ethanol or isopropanol having a water content of 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery A method for producing a precursor of an active material.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法によれば、リチウム二次電池用正極活物質の製造原料として、好適な均一微細な前駆体が得られ、また、該正極活物質の前駆体は、熱処理することにより、容易に正極活物質を得ることができる。
また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法によれば、前駆体段階でリチウム、鉄、リン酸を湿式反応させているので、正極活物質の合成において、高い合成温度を必要とせず、リン酸鉄リチウム粒子を工業的に容易に製造できる。
さらに、得られる正極活物質は、均一微細なリン酸鉄リチウム粒子からなり、その正極活物質を用いて、正極が形成されたリチウムイオン二次電池は、高容量、高出力の優れた物性を示し、工業的価値が極めて高い。
According to the method for producing a precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, a suitable uniform fine precursor can be obtained as a raw material for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery. The positive electrode active material can be easily obtained by heat-treating the precursor of the active material.
In addition, according to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, since lithium, iron, and phosphoric acid are wet-reacted at the precursor stage, a high synthesis temperature is obtained in the synthesis of the positive electrode active material. This is not necessary, and the lithium iron phosphate particles can be easily produced industrially.
Furthermore, the obtained positive electrode active material is composed of uniform and fine lithium iron phosphate particles. Using the positive electrode active material, a lithium ion secondary battery in which a positive electrode is formed has excellent physical properties such as high capacity and high output. Industrial value is extremely high.

本発明に係る実施例1で得られた前駆体のX線回折チャートである。1 is an X-ray diffraction chart of a precursor obtained in Example 1 according to the present invention. 本発明に係る実施例1における銀粉の体積積算の粒度分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the volume integration of the silver powder in Example 1 which concerns on this invention.

以下、本発明を項目毎に、詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail for each item.

1.リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法は、鉄およびリン酸を含有する共沈殿物を得る第1工程と、アルコール溶媒スラリー中でリチウムと前記共沈殿物を反応させる第2工程を備えるものである。
1. Method for Producing Precursor of Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery The method for producing a precursor of a positive electrode active material for lithium ion secondary battery according to the present invention is a first step of obtaining a coprecipitate containing iron and phosphoric acid. And a second step of reacting lithium and the coprecipitate in an alcohol solvent slurry.

上記第1工程においては、2価の鉄イオンとリン酸イオンの共存原料溶液を、pH7〜10の範囲に調整した反応水溶液中に、添加して共沈殿させる。原料溶液は、酸性を示すので、反応水溶液中にアルカリを滴下して、pHを上記範囲に維持しながら原料溶液を滴下することにより、共沈澱物を得ることができる。
リン酸アニオンと鉄イオンを混合した原料溶液中では、完全に均一な組成となり、これをpH7〜10、好ましくは7〜9に制御された反応水溶液中に滴下することにより、鉄とリン酸の比が厳密に制御され、均一な組成の共沈殿物を得ることができる。共沈殿物の鉄とリン酸のモル比は、原料溶液のモル比と一致するため、原料溶液において調整すればよく、そのモル比は、化学量論比である1を中心に鉄に対するリン酸の比を0.6〜1.5までの範囲とすることができるが、0.9〜1.1とすることが好ましい。
In the said 1st process, the coexisting raw material solution of a bivalent iron ion and phosphate ion is added and coprecipitated in the reaction aqueous solution adjusted to the range of pH 7-10. Since the raw material solution is acidic, a coprecipitate can be obtained by dropping an alkali into the reaction aqueous solution and dropping the raw material solution while maintaining the pH in the above range.
In the raw material solution in which the phosphate anion and the iron ion are mixed, the composition becomes completely uniform, and this is dropped into the reaction aqueous solution controlled to pH 7 to 10, preferably 7 to 9, so that the iron and phosphoric acid are mixed. The ratio is strictly controlled, and a coprecipitate having a uniform composition can be obtained. Since the molar ratio of iron and phosphoric acid in the coprecipitate coincides with the molar ratio of the raw material solution, it may be adjusted in the raw material solution. The molar ratio is phosphoric acid with respect to iron with a stoichiometric ratio of 1 as the center. The ratio can be in the range of 0.6 to 1.5, preferably 0.9 to 1.1.

反応水溶液のpH調整には、アルカリ源として水酸化ナトリウム、水酸化リチウム又はアンモニアから選ばれた一種以上を用いることができる。
水酸化ナトリウムは、安価なアルカリ源であり、上記pHの制御範囲である9以下に保持した場合には、共沈殿物中の残留ナトリウム(Na)も少ない。上記アルカリ源は、水溶液として用いることにより、pH制御が容易であり好ましい。
また、水酸化リチウムを用いた場合には、基本的には、リチウムは沈澱しないが、共沈殿物に少量のリチウムが残留しても当然のことながら問題にならない。
さらに、pH9以下では、アンモニアでpH調整することも可能であるが、アンモニウム塩が残留すると、正極活物質製造時の熱処理における結晶化が遅くなるので、窒素の含有量が鉄に対するモル比で0.4以下とすることが好ましい。
In adjusting the pH of the reaction aqueous solution, one or more selected from sodium hydroxide, lithium hydroxide or ammonia can be used as an alkali source.
Sodium hydroxide is an inexpensive alkali source, and when it is maintained at 9 or less, which is the pH control range, there is little residual sodium (Na) in the coprecipitate. The alkali source is preferably used as an aqueous solution because pH control is easy.
When lithium hydroxide is used, basically, lithium does not precipitate, but it does not matter if a small amount of lithium remains in the coprecipitate.
Furthermore, at a pH of 9 or less, it is possible to adjust the pH with ammonia. However, if the ammonium salt remains, the crystallization in the heat treatment during the production of the positive electrode active material becomes slow, so the nitrogen content is 0 in terms of a molar ratio to iron. .4 or less is preferable.

第1工程における共沈殿反応の後、得られた共沈殿物のpH調整および不純物低減の観点から、必要に応じて、洗浄を行うことができる。共沈殿反応のpH調整に水酸化ナトリウムを用いた場合には、水洗により、Na不純物を低減することが好ましい。また、pH調整にアンモニアを用いた場合には、アンモニウム塩の残留を低減するために、洗浄することが好ましい。   After the coprecipitation reaction in the first step, washing can be performed as necessary from the viewpoint of pH adjustment and impurity reduction of the obtained coprecipitate. When sodium hydroxide is used for pH adjustment in the coprecipitation reaction, it is preferable to reduce Na impurities by washing with water. In addition, when ammonia is used for pH adjustment, washing is preferably performed in order to reduce the residual ammonium salt.

第1工程において用いる水は、反応水溶液、洗浄のいずれにも、不純物混入のおそれがないものが好ましく、純水、蒸留水、イオン交換水のいずれかを用いることが、より好ましい。   The water used in the first step is preferably water that does not cause impurities to be mixed in either the aqueous reaction solution or the washing, and more preferably pure water, distilled water, or ion-exchanged water is used.

上記2価の鉄イオンの供給源としては、硫酸第一鉄(FeSO)を用いることが好ましい。硫酸第一鉄は、入手が容易であるとともに、共沈殿物への不純物混入が少ない。また、リン酸イオンの供給源としては、水溶性のものであればあればよく、好ましくは正リン酸を用いることができるが、特に限定されるものではない。 As the divalent iron ion supply source, it is preferable to use ferrous sulfate (FeSO 4 ). Ferrous sulfate is easy to obtain and contains less impurities in the coprecipitate. The phosphate ion supply source may be any water-soluble source, and normal phosphoric acid can be preferably used, but is not particularly limited.

次に、第2工程において、第1工程において得られた共沈殿物とリチウム化合物をアルコール溶媒スラリー中でリチウムとを反応させることにより、リン酸鉄リチウム(LiFePO)の前駆体を得る。
ここで、上記スラリーの溶媒としてアルコールを用いることが重要である。リチウム源としては、水酸化リチウム、炭酸リチウムなどの一般的なリチウム化合物を用いることができるが、これらのリチウム化合物は水溶性であり、上記スラリーの溶媒として、水を用いると、スラリーが強いアルカリ性となり、鉄が酸化されて3価となる。3価の鉄が生じると、鉄が2価の状態であるLiFePOを得ることが困難になる。これに対して、アルコール中では、リチウム化合物の溶解度が非常に低いため、上記スラリー中でも、鉄の酸化が生じず、2価の鉄を保持できる。
Next, in the second step, a precursor of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is obtained by reacting the coprecipitate obtained in the first step with lithium in an alcohol solvent slurry.
Here, it is important to use alcohol as the solvent of the slurry. As the lithium source, common lithium compounds such as lithium hydroxide and lithium carbonate can be used. However, these lithium compounds are water-soluble, and when water is used as the solvent of the slurry, the slurry is strongly alkaline. Then, iron is oxidized and becomes trivalent. When trivalent iron is generated, it becomes difficult to obtain LiFePO 4 in which iron is in a divalent state. On the other hand, since the solubility of a lithium compound is very low in alcohol, iron oxidation does not occur even in the slurry, and divalent iron can be retained.

上記溶媒に用いるアルコールとしては、安価なエタノール、イソプロパノールなどを用いることができる。これらのアルコールは、水分の含有によりリチウムの溶解度が増加する可能性があるが、不可避的な水分含有量であれば問題はなく、水分含有量は10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下とすることがより好ましい。   As the alcohol used for the solvent, inexpensive ethanol, isopropanol, or the like can be used. These alcohols may increase the solubility of lithium due to the water content, but there is no problem as long as the water content is unavoidable, and the water content is preferably 10% by mass or less, preferably 5% by mass. % Or less is more preferable.

上記スラリー中では、微粒子のリチウム化合物と上記共沈殿物が反応することにより、リン酸鉄リチウム(LiFePO)の前駆体が生成される。
反応の詳細は、不明であるが、微粒子とすることで、リチウム化合物が活性化してリチウムと鉄およびリン酸との反応が促進されると。考えられる。反応をより促進させるためには、予め、溶媒中において粉砕して、リチウム化合物微粒子に、新生面を形成しておくことが好ましい。リチウム化合物は、好ましくは粒径が200μm以下、より好ましくは100μm以下とすることが好ましい。粉砕方法は、湿式粉砕が可能な方法であればよく、ボールミルのほか、遊星ミル、ビーズミルなどを用いることができる。
In the slurry, a precursor of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is generated by the reaction between the fine lithium compound and the coprecipitate.
The details of the reaction are unknown, but when the fine particles are used, the lithium compound is activated and the reaction between lithium, iron, and phosphoric acid is promoted. Conceivable. In order to further promote the reaction, it is preferable to pulverize in a solvent in advance to form a new surface on the lithium compound fine particles. The lithium compound preferably has a particle size of 200 μm or less, more preferably 100 μm or less. Any pulverization method may be used as long as wet pulverization is possible. In addition to a ball mill, a planetary mill, a bead mill, or the like can be used.

上記スラリーの調製は、アルコール溶媒に、上記共沈殿物とリチウム化合物を加えて混合し撹拌してもよく、上記共沈殿物とリチウム化合物を個々にアルコールと混合してスラリー化した後、それぞれのスラリーを混合し撹拌してもよい。リチウム化合物の粉砕は、共沈殿物とリチウム化合物との混合後、あるいは個々のリチウム化合物のスラリー化後のいずれで行ってもよい。   The slurry may be prepared by adding the coprecipitate and the lithium compound to an alcohol solvent, mixing and stirring the mixture, and individually mixing the coprecipitate and the lithium compound with an alcohol to form a slurry. The slurry may be mixed and stirred. The pulverization of the lithium compound may be performed either after mixing the coprecipitate and the lithium compound or after slurrying the individual lithium compounds.

得られるリン酸鉄リチウムの前駆体の組成比は、上記共沈殿物の組成とスラリーに添加するリチウム量により制御できる。スラリーへのリチウムの添加量をリチウムに対するモル比で鉄が0.8〜1.2となるように調製することが好ましい。スラリー中のリチウム:鉄:リン酸のモル比は、1:0.8:0.8〜1:1.2:1.2の組成範囲となるように調製することが好ましい。この組成範囲を超えると、規則オリビン相以外の相が多くなり、電池特性が低下することがあり、好ましくない。   The composition ratio of the obtained lithium iron phosphate precursor can be controlled by the composition of the coprecipitate and the amount of lithium added to the slurry. The amount of lithium added to the slurry is preferably adjusted so that iron is 0.8 to 1.2 in a molar ratio to lithium. The molar ratio of lithium: iron: phosphoric acid in the slurry is preferably adjusted to be in the composition range of 1: 0.8: 0.8 to 1: 1.2: 1.2. When the composition range is exceeded, phases other than the ordered olivine phase increase, and battery characteristics may be deteriorated.

上記反応中のスラリー温度は、30℃以上で行うことが好ましい。30℃以上の温度とすることで反応が促進され、効率よく上記前駆体を得ることができる。30度未満では、反応を十分に進行させるために、長時間が必要となり、生産性が低下することがある。スラリー温度は、アルコール溶媒の沸点以下であればよいが、アルコールの揮発を抑制するために、80℃以下とすることが好ましく、60℃以下とすることがより好ましい。   The slurry temperature during the reaction is preferably 30 ° C. or higher. By setting the temperature to 30 ° C. or higher, the reaction is promoted, and the precursor can be obtained efficiently. If it is less than 30 degree | times, in order to fully advance reaction, a long time is required and productivity may fall. Although the slurry temperature should just be below the boiling point of an alcohol solvent, in order to suppress volatilization of alcohol, it is preferable to set it as 80 degrees C or less, and it is more preferable to set it as 60 degrees C or less.

上記反応による生成物は、必要に応じて、アルコールにより洗浄され、固液分離された後、非酸化性雰囲気中、具体的には不活性雰囲気、還元雰囲気、真空のいずれかの雰囲気中で乾燥されることが好ましい。前記非酸化性雰囲気は、反応性生物中の鉄が2価から3価に酸化されない雰囲気を意味するものであり、鉄の酸化が防止できる程度の減圧雰囲気でもよい。アルコールの揮発に必要な条件としては、80〜200℃で3〜10時間乾燥することが好ましい。揮発したアルコールは、コンデンサなどで回収でき、コスト低減のために再使用することが好ましい。   The product of the above reaction is washed with alcohol and separated into solid and liquid, if necessary, and then dried in a non-oxidizing atmosphere, specifically in an inert atmosphere, a reducing atmosphere or a vacuum atmosphere. It is preferred that The non-oxidizing atmosphere means an atmosphere in which iron in the reactive organism is not oxidized from divalent to trivalent, and may be a reduced-pressure atmosphere that can prevent oxidation of iron. As conditions necessary for volatilization of alcohol, it is preferable to dry at 80-200 degreeC for 3 to 10 hours. Volatile alcohol can be recovered by a condenser or the like, and is preferably reused for cost reduction.

上記第2工程における反応中または反応後に、スクロースなどの有機物を混合して含有させ、リン酸鉄リチウムに導電性を付与するための炭素源としてもよい。
上記共沈殿反応、およびスラリー中の反応のいずれにおいても、鉄の酸化を抑制するため、窒素、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましいが、不活性ガスを導入する程度で鉄の酸化を十分に抑制することができる。
また、用いる反応容器は、反応を均一化するため、撹拌羽根などの攪拌装置を備えることが好ましいが、容器に上蓋が取り付けられ、上記雰囲気制御が可能な構造のものが好ましい。
During or after the reaction in the second step, organic substances such as sucrose may be mixed and contained, and used as a carbon source for imparting conductivity to lithium iron phosphate.
In any of the coprecipitation reaction and the reaction in the slurry, it is preferable to carry out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon gas in order to suppress oxidation of iron. Can be sufficiently suppressed.
The reaction vessel to be used is preferably provided with a stirring device such as a stirring blade in order to make the reaction uniform, but preferably has a structure in which an upper lid is attached to the vessel and the above atmosphere control is possible.

2.リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体は、リン酸鉄リチウムからなるリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体であって、上記製造方法で得られ、リチウム、鉄、リン酸から構成され、リチウム:鉄:リン酸のモル比が1:0.8:0.8〜1:1.2:1.2である組成物を含み、炭素、窒素の含有量が鉄に対するモル比でそれぞれ0.4以下である。
2. Precursor of positive electrode active material for lithium ion secondary battery The precursor of the positive electrode active material for lithium ion secondary battery of the present invention is a precursor of a positive electrode active material for lithium ion secondary battery comprising lithium iron phosphate. A composition obtained by the above production method, composed of lithium, iron and phosphoric acid, wherein the molar ratio of lithium: iron: phosphoric acid is 1: 0.8: 0.8 to 1: 1.2: 1.2 The content of carbon and nitrogen is 0.4 or less in terms of molar ratio to iron.

上記前駆体は、ほぼ均一なリチウム、鉄、リン酸により構成されるリン酸鉄リチウムの上記組成になっており、アルコールその他に起因する残留炭素がLiFePO結晶相の生成を阻害する可能性は小さい。
しかしながら、炭素含有量が鉄に対するモル比で0.4を超えると、単位体積中の活物質量が減少して、体積エネルギー密度が低下する。また、窒素含有量が鉄に対するモル比で0.4を超えて、アンモニウム塩などの形態で残留すると、正極活物質製造時の熱処理における結晶化が遅くなる。
The above precursor has the above composition of lithium iron phosphate composed of substantially uniform lithium, iron, and phosphoric acid, and there is a possibility that residual carbon resulting from alcohol or the like may inhibit the formation of the LiFePO 4 crystal phase. small.
However, when the carbon content exceeds 0.4 in terms of a molar ratio with respect to iron, the amount of the active material in the unit volume decreases, and the volume energy density decreases. Further, if the nitrogen content exceeds 0.4 in terms of a molar ratio with respect to iron and remains in the form of an ammonium salt or the like, crystallization in the heat treatment during the production of the positive electrode active material becomes slow.

また、前記前駆体は、最終の活物質組成に近いリチウム−鉄−リン酸化合物であるが、一部未反応物を含有する可能性があるものの、X線回析において、明瞭な回折ピークが未検出の状態となっている。
すなわち、前記前駆体は、非晶質の状態にあると、推察され、反応性に優れ、低温での焼成により、容易に結晶化して、微細なリン酸鉄リチウム粒子が生成する。
ここで、上記回折ピークが未検出の状態とは、ピークがブロードな状態となり、回折角が特定されない状態、すなわち、X線回析装置で機械的に検出されない状態にあることを意味する。
Further, the precursor is a lithium-iron-phosphate compound close to the final active material composition, but although it may contain some unreacted substances, it has a clear diffraction peak in X-ray diffraction. The status is not detected.
That is, the precursor is presumed to be in an amorphous state, has excellent reactivity, and is easily crystallized by firing at a low temperature to produce fine lithium iron phosphate particles.
Here, the state where the diffraction peak is not detected means that the peak is in a broad state and the diffraction angle is not specified, that is, a state where it is not mechanically detected by the X-ray diffraction apparatus.

このような前駆体を、不活性または還元雰囲気中200〜500℃で熱処理することにより、良好な結晶性を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO)を得ことができる。これは、固相反応法において、LiFePOの合成に700℃程度以上の温度が必要であるのに対し、著しく低温で合成可能であり、粒子成長が抑制され、微細で電池特性に優れる正極活物質を得ることができる。
一方、上記回折ピークが検出されるような結晶性の高い前駆体は、リン酸鉄リチウム粒子を生成させるためには、反応性が低く、固相反応法の場合と同様に、高温での焼成が必要となり、該粒子も粗大化する。
上記前駆体は、オリビン構造が形成されておらず、非晶質的な構造を持っているが、一部にFe(POやLiPOの結晶性ピークが弱く見られる場合がある。しかし、この場合においても、極めて微細に各相が分散しているため、反応性は高い。
By heat-treating such a precursor at 200 to 500 ° C. in an inert or reducing atmosphere, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having good crystallinity can be obtained. This is because, in the solid phase reaction method, a temperature of about 700 ° C. or higher is required for the synthesis of LiFePO 4 , but it can be synthesized at a significantly low temperature, the particle growth is suppressed, and it is fine and has excellent battery characteristics. A substance can be obtained.
On the other hand, a precursor with high crystallinity that can detect the diffraction peak is low in reactivity to produce lithium iron phosphate particles, and is fired at a high temperature as in the case of the solid-phase reaction method. Is required and the particles are also coarsened.
The precursor does not have an olivine structure and has an amorphous structure, but the crystalline peak of Fe 3 (PO 4 ) 2 or Li 3 PO 4 is partially weak There is. However, even in this case, each phase is very finely dispersed, so that the reactivity is high.

3.リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、上記前駆体を、不活性または還元雰囲気中、200〜500℃で熱処理するものである。上述のように、上記前駆体は、反応性が極めて高いため、固相反応法における熱処理温度より、著しく低い200〜500℃で結晶化させ、LiFePOの合成可能である。
上記結晶化の熱処理前に、必要に応じて、粉砕を行ってもよい。これにより、より微細なLiFePO粒子を得ることができる。結晶化熱処理後に、強力な粉砕を行うと、LiFePO粒子に歪が導入され、電池特性に影響を与える可能性がある。
3. The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this invention heat-processes the said precursor at 200-500 degreeC in inert or reducing atmosphere. is there. As described above, since the precursor has extremely high reactivity, it can be crystallized at 200 to 500 ° C., which is significantly lower than the heat treatment temperature in the solid-phase reaction method, to synthesize LiFePO 4 .
You may grind | pulverize as needed before the heat processing of the said crystallization. Thereby, finer LiFePO 4 particles can be obtained. When strong pulverization is performed after the crystallization heat treatment, distortion may be introduced into the LiFePO 4 particles, which may affect the battery characteristics.

また、LiFePO粒子は、導電性に乏しいため、導電性を付与することが好ましいが、固相反応法では、導電性付与のために焼成前に炭素源を添加すると、合成反応を阻害する可能性がある。そのため、LiFePO合成の熱処理後に、炭素源を添加し、再度熱処理する必要がある。
それに対して、本発明の製造方法によれば、すでに最終組成に近い均一な組成物で、かつ反応性が非常に高い前駆体であるので、炭素源を添加する工程を結晶化の熱処理前に、組み入れることができる。これにより、結晶化と導電性付与の熱処理を連続して行うことができるので、工業的に有利である。
その場合には、用いる炭素源にもよるが、600℃以上で黒鉛化が進行するので、例えば、上記合成の熱処理として400〜500℃で1〜10時間保持して結晶化させた後、黒鉛化処理として、600〜700℃で1〜10時間保持することにより、リチウムイオン二次電池用正極活物質として、好適な導電性黒鉛と複合化したLiFePO微粒子を得ることができるのである。
In addition, since LiFePO 4 particles have poor conductivity, it is preferable to impart conductivity. However, in the solid-phase reaction method, if a carbon source is added before firing for imparting conductivity, the synthesis reaction may be inhibited. There is sex. Therefore, it is necessary to add a carbon source and heat-treat again after the heat treatment of LiFePO 4 synthesis.
On the other hand, according to the production method of the present invention, since the precursor is a uniform composition close to the final composition and has a very high reactivity, the step of adding the carbon source is performed before the heat treatment for crystallization. Can be incorporated. Thereby, crystallization and conductivity imparting heat treatment can be performed continuously, which is industrially advantageous.
In that case, although depending on the carbon source to be used, graphitization proceeds at 600 ° C. or higher. For example, as a heat treatment for the synthesis, after crystallization by holding at 400 to 500 ° C. for 1 to 10 hours, By carrying out the heat treatment at 600 to 700 ° C. for 1 to 10 hours, LiFePO 4 fine particles combined with suitable conductive graphite can be obtained as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

導電性付与の熱処理は、600〜700℃と結晶化熱処理より高温であるが、LiFePOの結晶化が完了しているため、粒子の粗大化が抑制される。したがって、本発明においては、上記炭素源の添加を結晶化熱処理後に行い、さらに導電性付与の熱処理を行っても、特性的に良好なLiFePO微粒子を得ることができる。
上記炭素源としては、例えば、天然黒鉛、人工黒鉛等の黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、スクロース、アスコルビン酸その他、分解によって炭素質を生じる有機化合物等が挙げられ、これらは1種又は2種以上で用いることができる。この中で、アセチレンブラック、スクロースは、導電性炭素材料による被覆を容易に形成でき、工業的に入手も容易であるため、特に好ましい。
また、導電性炭素材料に含まれる炭素原子の量は、熱処理により、導電性炭素材料生成物より減少する傾向がある。このため、導電性炭素材料生成物の配合量は、前駆体に含まれる炭素量も考慮して熱処理後に含有させる炭素量に対して、含まれる炭素の質量比で40〜100%多くすることが好ましく、50〜100%多くすることがより好ましい。
上記混合は、上記前駆体と導電性炭素質材料生成物が均一に混合されるように、ブレンダー等を用いて、乾式で十分に行うことが好ましい。
The heat treatment for imparting conductivity is 600 to 700 ° C., which is higher than the crystallization heat treatment, but since the crystallization of LiFePO 4 is completed, the coarsening of the particles is suppressed. Therefore, in the present invention, LiFePO 4 fine particles having good characteristics can be obtained even when the carbon source is added after the crystallization heat treatment and further the heat treatment for imparting conductivity is performed.
Examples of the carbon source include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, carbon fiber, sucrose, ascorbic acid, and other organic compounds that generate carbonaceous matter by decomposition. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, acetylene black and sucrose are particularly preferable because they can be easily formed with a conductive carbon material and are easily available industrially.
Further, the amount of carbon atoms contained in the conductive carbon material tends to be smaller than that of the conductive carbon material product by heat treatment. For this reason, the compounding amount of the conductive carbon material product may be increased by 40 to 100% in terms of the mass ratio of carbon contained with respect to the amount of carbon contained after heat treatment in consideration of the amount of carbon contained in the precursor. Preferably, it is more preferably increased by 50 to 100%.
The mixing is preferably sufficiently performed dry using a blender or the like so that the precursor and the conductive carbonaceous material product are uniformly mixed.

また、上記前駆体の粉砕は、上記混合時、もしくは混合後において、乾式または湿式により行うことが、より好ましい。炭素源と共存状態で粉砕することによって、その後の熱処理で得られる正極活物質がより微細となるとともに、微細なLiFePOの粒子表面を、導電性炭素材料で均一に被覆することができるため、電池の正極材に用いられた場合における放電容量を向上させることができる。
上記粉砕は、上記共沈殿物の粉砕と同様に、容器中に上記前駆体または混合物とボール、ビーズ等の粉砕媒体を入れ、該媒体同士を衝突させることで、主として該媒体の剪断・摩擦作用によって行うことが好ましい。粉砕媒体を用いた混合により、炭素源の添加後においては、混合と粉砕を同時に行うことができる。
用いることができる粉砕機としては、転動ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体攪拌ミルなどせん断力を有する粉砕機が好ましい。このような装置としては、市販されているものを利用することができる。
上記粉砕媒体の粒径は、1〜15mmであると、粉砕が十分に行えるため、好ましい。また、該媒体の材質は、ジルコニア、アルミナのセラミックであることが、硬度が高く、耐摩耗性が高いこと及び被砕物の金属汚染を防止することができることから、好ましい。
また、前記粉砕媒体は、空間容積50〜90%で容器内に粉砕媒体を収納し、流動媒体による剪断力と摩擦力を適切に管理するため、粉砕機の運転条件を適宜調整して、粉砕処理することが好ましい。
上記前駆体は、すでに安定なリン酸塩になっているが、乾式ミルの場合には、酸化を十分に抑制するため、不活性ガスを導入することが好ましい。
The pulverization of the precursor is more preferably performed dry or wet during the mixing or after the mixing. By grinding in the coexistence state with the carbon source, the positive electrode active material obtained by the subsequent heat treatment becomes finer, and the fine LiFePO 4 particle surface can be uniformly coated with the conductive carbon material. When used as a positive electrode material of a battery, the discharge capacity can be improved.
As in the pulverization of the coprecipitate, the pulverization is carried out by placing the precursor or mixture and a pulverization medium such as balls and beads in a container and colliding the medium with each other. It is preferable to carry out by. By mixing using a pulverizing medium, mixing and pulverization can be performed simultaneously after the addition of the carbon source.
As the pulverizer that can be used, a pulverizer having a shearing force such as a rolling ball mill, a vibration mill, a planetary mill, or a medium stirring mill is preferable. As such an apparatus, a commercially available apparatus can be used.
It is preferable that the particle size of the pulverization medium is 1 to 15 mm because pulverization can be sufficiently performed. Moreover, it is preferable that the material of the medium is zirconia or alumina ceramic because it has high hardness, high wear resistance, and metal contamination of the material to be crushed can be prevented.
Further, the pulverization medium contains the pulverization medium in a container with a space volume of 50 to 90%, and appropriately manages the shearing force and frictional force due to the fluid medium. It is preferable to process.
The precursor is already a stable phosphate, but in the case of a dry mill, it is preferable to introduce an inert gas in order to sufficiently suppress oxidation.

本発明の方法によれば、水熱合成装置のような高圧容器を用いる必要がなく、工業的に容易な方法でリン酸鉄リチウムからなるリチウムイオン二次電池用正極活物質を製造可能である。
上記熱処理に用いる炉としては、例えば、バッチ炉、ローラーハースキルン、プッシャー炉、ロータリーキルン、流動床炉など一般的な熱処理炉を用いることができる。熱処理時の雰囲気は、熱処理中の鉄の酸化を抑制するため、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気、またはアルゴンと水素の混合ガスなどの還元雰囲気とする。
According to the method of the present invention, it is not necessary to use a high-pressure vessel such as a hydrothermal synthesizer, and a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries made of lithium iron phosphate can be produced by an industrially easy method. .
As the furnace used for the heat treatment, for example, a general heat treatment furnace such as a batch furnace, a roller hearth kiln, a pusher furnace, a rotary kiln, or a fluidized bed furnace can be used. The atmosphere during the heat treatment is an inert gas atmosphere such as argon or a reducing atmosphere such as a mixed gas of argon and hydrogen in order to suppress oxidation of iron during the heat treatment.

4.リチウムイオン二次電池用正極活物質
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、微細な一次粒子から二次粒子が構成されたリン酸鉄リチウムを含み、一次粒子の平均粒径が50〜200nmであり、二次粒子の平均粒径が1〜20μmであり、BET法による比表面積が10〜50m/gである。一次粒子の平均粒径は、走査電子顕微鏡(SEM)観察により測定した100個以上の粒子の粒子径を個数平均することで求めることができる。
上記正極活物質においては、一次粒子が微細で、かつ結晶性に優れていることから、X線回折におけるリチウム鉄リン酸のピークからシェラーの式を用いて算出される結晶子径が50〜200nm、より好ましくは50〜150nmである。結晶子径は大きいほど、結晶性が高く、良好な電池特性が得られ、上記一次粒子の平均粒径に対する比(結晶子径/平均粒径)が大きいほど結晶性が良好である。したがって、上記一次粒子径に対する結晶子径の比は、0.4以上とすることにより、用いられた電池を高容量とすることができる。結晶子径は、一次粒子内の結晶の大きさを示す尺度であるため、通常は一次粒子の大きさを超えることはない。したがって、測定の誤差を考慮しても、上記結晶子径の比の上限は1.1程度である。
BET比表面積が10m/g未満の場合は、電池に用いた場合に電解液との反応面積が十分に得られず、高容量とならない。また、BET比表面積が50m/gを超えると、かさ密度が低くなりすぎ、容積が制限される電池材料としては、不利である。
4). Positive electrode active material for lithium ion secondary battery The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention contains lithium iron phosphate in which secondary particles are composed of fine primary particles, and the average particle size of the primary particles is 50. The average particle size of secondary particles is 1 to 20 μm, and the specific surface area according to the BET method is 10 to 50 m 2 / g. The average particle size of the primary particles can be determined by averaging the particle sizes of 100 or more particles measured by scanning electron microscope (SEM) observation.
In the positive electrode active material, since the primary particles are fine and excellent in crystallinity, the crystallite diameter calculated from the peak of lithium iron phosphate in X-ray diffraction using the Scherrer equation is 50 to 200 nm. More preferably, it is 50-150 nm. The larger the crystallite size, the higher the crystallinity and the better battery characteristics. The larger the ratio of the primary particles to the average particle size (crystallite size / average particle size), the better the crystallinity. Therefore, when the ratio of the crystallite diameter to the primary particle diameter is 0.4 or more, the used battery can have a high capacity. Since the crystallite diameter is a scale indicating the size of crystals in the primary particles, it usually does not exceed the size of the primary particles. Therefore, the upper limit of the crystallite diameter ratio is about 1.1 even when measurement errors are taken into account.
When the BET specific surface area is less than 10 m 2 / g, when used in a battery, a sufficient reaction area with the electrolytic solution cannot be obtained and the capacity is not increased. Moreover, when the BET specific surface area exceeds 50 m 2 / g, the bulk density becomes too low, which is disadvantageous as a battery material whose volume is limited.

また、前記一次粒子表面は、リチウム二次電池用正極活物質全量に対して、含有される炭素量で3〜10質量%、好ましくは3〜8質量%の導電性炭素質材料で被覆されていることが好ましい。
本発明の正極活物質を構成するリン酸鉄リチウム粒子は、導電性が低いため、上記範囲の導電性炭素質材料で被覆されることにより、該粒子間で十分な導電性が確保され、正極活物質として、優れた特性が得られる。
導電性炭素質材料の被覆量が3質量%未満では、十分な導電性が確保されず、一方、導電性炭素質材料の被覆量が10質量%、好ましくは8質量%を超えると、正極活物質の体積当たりのリン酸鉄リチウム粒子量が減少するため、電池の体積当たりの電池容量が減少して、不利である。
Further, the surface of the primary particles is coated with a conductive carbonaceous material of 3 to 10% by mass, preferably 3 to 8% by mass with respect to the total amount of the positive electrode active material for a lithium secondary battery. Preferably it is.
Since the lithium iron phosphate particles constituting the positive electrode active material of the present invention have low conductivity, coating with a conductive carbonaceous material in the above range ensures sufficient conductivity between the particles, Excellent properties can be obtained as an active material.
When the coating amount of the conductive carbonaceous material is less than 3% by mass, sufficient conductivity is not ensured. On the other hand, when the coating amount of the conductive carbonaceous material exceeds 10% by mass, preferably over 8% by mass, the positive electrode active Since the amount of lithium iron phosphate particles per volume of material decreases, the battery capacity per volume of battery decreases, which is disadvantageous.

本発明の正極活物質は、正極、負極、セパレータ及びリチウム塩を含有する非水電解質からなるリチウム二次電池の正極活物質として、好適に用いることができ、得られるリチウムイオン二次電池は、高容量でレート特性に優れ、安全性の高いものとなる。
また、上記正極活物質は、公知の他のリチウムコバルト系複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン系複合酸化物などのリチウム金属複合酸化物と併用して用いることにより、従来のリチウム二次電池の安全性を、更に向上させることができる。この場合、併用する上記他のリチウム金属複合酸化物は、特に制限されるものではなく、一般的なものを用いることができる。
The positive electrode active material of the present invention can be suitably used as the positive electrode active material of a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the resulting lithium ion secondary battery is High capacity, excellent rate characteristics, and high safety.
The positive electrode active material is used in combination with other known lithium cobalt composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium metal composite oxide such as lithium manganese composite oxide, and so on. The safety of the secondary battery can be further improved. In this case, the other lithium metal composite oxide used in combination is not particularly limited, and a general one can be used.

以下に、本発明の実施例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例で用いた試料の分析および評価は、以下の方法により行った。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. The analysis and evaluation of the samples used in the examples were performed by the following methods.

(1)金属元素の分析:
ICP発光分析装置(VARIAN社、725ES)を用いて、ICP発光分析法により分析した。
(2)X線回折:
粉末X線回折装置(PANALYTICAL社製、X‘Pert PRO MRD)を用いて、Cu−Kα線による粉末X線回折で測定した。
(3)平均粒径:
走査型電子顕微鏡観察により、50個の一次粒子の粒径を測定して個数で平均することにより求めた。
(4)比表面積:
窒素ガス吸着によるBET法により測定した。
(5)炭素(C)含有量:
炭素分析計(LECO社製)を用いて測定した。
(1) Analysis of metal elements:
Analysis was performed by ICP emission analysis using an ICP emission analyzer (Varian, 725ES).
(2) X-ray diffraction:
Using a powder X-ray diffractometer (manufactured by PANALYTICAL, X'Pert PRO MRD), measurement was performed by powder X-ray diffraction using Cu-Kα rays.
(3) Average particle size:
It was determined by measuring the particle size of 50 primary particles by scanning electron microscope observation and averaging the number.
(4) Specific surface area:
It was measured by the BET method by nitrogen gas adsorption.
(5) Carbon (C) content:
It measured using the carbon analyzer (made by LECO).

[実施例1]
1.第1工程
硫酸第一鉄7水和物(和光社製試薬特級:純度99.5質量%)1モル(278g)とリン酸(和光社製:純度85.0質量%以上)1モル(115g)を蒸留水1Lに入れ、攪拌機で1時間よく攪拌し、原料溶液とした。また、25質量%水酸化ナトリウム水溶液をpH調整溶液とした。
次に、撹拌機付5Lのセパラブルフラスコに1Lの純水をいれ、内部を窒素で置換しながら、30分間攪拌した。pH調整溶液の供給量を、反応水溶液のpHが8.0〜8.2となるようにpHコントローラで制御しながら、原料溶液を毎分10mlの速度で添加した。滴下終了後、セパラブルフラスコを窒素で置換しながら30分間撹拌を継続して反応を完全に進行させた。
この反応液を吸引濾過で濾過し、蒸留水で洗浄して生成した共沈殿物を回収した。回収した共沈殿物を真空乾燥機中50℃で乾燥して、共沈殿物粉を得た。
[Example 1]
1. Step 1 Ferrous sulfate heptahydrate (special grade manufactured by Wako Co., Ltd .: purity 99.5% by mass) 1 mol (278 g) and phosphoric acid (manufactured by Wako Co., Ltd .: purity 85.0% by mass or more) 1 mol (115 g) ) Was added to 1 L of distilled water and stirred well for 1 hour with a stirrer to obtain a raw material solution. Moreover, 25 mass% sodium hydroxide aqueous solution was used as pH adjustment solution.
Next, 1 L of pure water was put into a 5 L separable flask equipped with a stirrer, and the mixture was stirred for 30 minutes while the inside was replaced with nitrogen. The raw material solution was added at a rate of 10 ml per minute while controlling the supply amount of the pH adjusting solution with a pH controller so that the pH of the reaction aqueous solution was 8.0 to 8.2. After completion of the dropping, stirring was continued for 30 minutes while replacing the separable flask with nitrogen to allow the reaction to proceed completely.
The reaction solution was filtered by suction filtration, and washed with distilled water to recover the generated coprecipitate. The recovered coprecipitate was dried at 50 ° C. in a vacuum dryer to obtain a coprecipitate powder.

2.第2工程
温度40℃の温水浴に設置した撹拌機付2Lのセパラブルフラスコに250mlのエタノールを入れ、窒素置換した後、得られた共沈殿物粉100gをエタノール中に分散して共沈殿物スラリーを得た。
この共沈殿物スラリーに、エタノール50ml中に炭酸リチウム約20g(関東化学社製鹿特級:99.0%)を分散させたスラリーを毎分5mlの速度で添加しながら攪拌を続けた。添加終了後、セパラブルフラスコを窒素で置換しながら撹拌を3時間継続して反応を進行させた。反応後のスラリーを吸引濾過で濾過し、反応生成物を回収した。これを真空乾燥機に入れ、100℃で4時間乾燥して前駆体を得た。
得られた前駆体の化学分析を行ったところ、リチウム、鉄、リン、炭素、窒素は、それぞれ3.8、30.2、16.8、1.6、0質量%であり、リチウム:鉄:リンのモル比は、1.0:0.99:0.99となった。この前駆体のX線回折を行ったが、ブロードな非晶質のピークのみが見られ、結晶構造を示す明確なピークは、確認されなかった。図1に、この前駆体のX線回折チャートを示す。
2. Second Step 250 ml of ethanol was placed in a 2 L separable flask equipped with a stirrer and placed in a warm water bath at a temperature of 40 ° C. and purged with nitrogen. Then, 100 g of the obtained coprecipitate powder was dispersed in ethanol and coprecipitated. A slurry was obtained.
To this coprecipitate slurry, stirring was continued while adding a slurry in which about 20 g of lithium carbonate (deer grade: 99.0%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dispersed in 50 ml of ethanol at a rate of 5 ml per minute. After completion of the addition, stirring was continued for 3 hours while replacing the separable flask with nitrogen to allow the reaction to proceed. The slurry after the reaction was filtered by suction filtration, and the reaction product was recovered. This was put into a vacuum dryer and dried at 100 ° C. for 4 hours to obtain a precursor.
When chemical analysis of the obtained precursor was performed, lithium, iron, phosphorus, carbon, and nitrogen were 3.8, 30.2, 16.8, 1.6, and 0% by mass, respectively, lithium: iron : Phosphorus molar ratio was 1.0: 0.99: 0.99. When this precursor was subjected to X-ray diffraction, only a broad amorphous peak was observed, and a clear peak indicating a crystal structure was not confirmed. FIG. 1 shows an X-ray diffraction chart of this precursor.

3.活物質製造工程
この前駆体を、電気炉を用いて、アルゴン−2容量%水素混合ガスを1L/分の流量で炉内をパージしながら、昇温速度10℃/分で昇温して、500℃で5時間の熱処理を行い、リン酸鉄リチウム粒子からなる正極活物質を得た。
得られた正極活物質は、X線回折によりオリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO)と同定された。図2に、正極活物質のX線解析チャートを示す。X線回折におけるLiFePOの(131)面のピークからシェラーの式を用いて結晶子径を算出したところ、82nmであった。また、この正極活物質の一次粒子径は、130nmであり、比表面積は17.3m/gであった。
3. Active material production process This precursor was heated at a heating rate of 10 ° C./min while purging the inside of the furnace with an argon-2 volume% hydrogen mixed gas at a flow rate of 1 L / min using an electric furnace, A heat treatment was performed at 500 ° C. for 5 hours to obtain a positive electrode active material composed of lithium iron phosphate particles.
The obtained positive electrode active material was identified as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine structure by X-ray diffraction. FIG. 2 shows an X-ray analysis chart of the positive electrode active material. The crystallite diameter was calculated from the peak of the (131) plane of LiFePO 4 in X-ray diffraction using the Scherrer equation, and found to be 82 nm. Moreover, the primary particle diameter of this positive electrode active material was 130 nm, and the specific surface area was 17.3 m 2 / g.

[実施例2]
1.第1および2工程
pH調整溶液に25質量%アンモニア水を用いる以外は、実施例1と同様にして、前駆体を得た。
得られた前駆体は、リチウム、鉄、リン、炭素、窒素がそれぞれ3.7、30.2、16.6、1.2、2.4質量%であり、リチウム:鉄:リン:炭素:窒素のモル比は、1.0:1.01:1.01:0.19:0.32となった。この前駆体のX線回折を行ったが、ブロードな非晶質のピークのみが見られ、結晶構造を示す明確なピークは、確認されなかった。
[Example 2]
1. First and Second Steps A precursor was obtained in the same manner as in Example 1 except that 25% by mass ammonia water was used for the pH adjustment solution.
The obtained precursor is 3.7, 30.2, 16.6, 1.2, 2.4 mass% of lithium, iron, phosphorus, carbon, and nitrogen, respectively: lithium: iron: phosphorus: carbon: The molar ratio of nitrogen was 1.0: 1.01: 1.01: 0.19: 0.32. When this precursor was subjected to X-ray diffraction, only a broad amorphous peak was observed, and a clear peak indicating a crystal structure was not confirmed.

2.活物質製造工程
次に、この前駆体を、電気炉を用いて、アルゴン−2容量%水素混合ガスを1L/分の流量で炉内をパージしながら、昇温速度10℃/分で昇温して500℃で5時間の熱処理を行い、正極活物質を得た。
得られた正極活物質は、X線回折によりオリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO)と同定された。実施例1と同様に、正極活物質を評価したところ、結晶子径は、71nmであり、一次粒子径は、100nmであり、比表面積は、17.9m/gであった。
この正極活物質に、炭素源としてスクロースを、リン酸鉄リチウムに対して等モル(正極活物質に対する炭素量で5質量%)になるように添加し、ミキサーで10分間混合した。得られた混合物を電気炉で、アルゴン−4容量%水素混合ガスを2L/分野流量で炉内をパージしながら、昇温速度10℃/分で昇温して700℃で5時間の熱処理による導電性付与処理を行った。導電性付与後の正極活物質の炭素(C)量は、正極活物質全体に対して5.1質量%であった。
2. Next, the precursor is heated at a heating rate of 10 ° C./min using an electric furnace while purging the inside of the furnace with an argon-2 volume% hydrogen mixed gas at a flow rate of 1 L / min. Then, heat treatment was performed at 500 ° C. for 5 hours to obtain a positive electrode active material.
The obtained positive electrode active material was identified as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine structure by X-ray diffraction. When the positive electrode active material was evaluated in the same manner as in Example 1, the crystallite diameter was 71 nm, the primary particle diameter was 100 nm, and the specific surface area was 17.9 m 2 / g.
To this positive electrode active material, sucrose as a carbon source was added in an equimolar amount (5% by mass with respect to the positive electrode active material) with respect to lithium iron phosphate, and mixed with a mixer for 10 minutes. The obtained mixture was heated at 700 ° C. for 5 hours by heating at 700 ° C. while purging the inside of the furnace with an argon-4 vol% hydrogen mixed gas at a flow rate of 2 L / field in an electric furnace. Conductivity imparting treatment was performed. The amount of carbon (C) in the positive electrode active material after imparting conductivity was 5.1% by mass with respect to the entire positive electrode active material.

4.電池特性の評価
導電性付与した正極活物質の電池特性は、C2032コイン型電池で評価した。コイン型電池は、以下の手順で作製した。
正極活物質に、導電材としてアセチレンブラック15質量%、結着材としてポリビニリデンフルオライド(PVDF)10質量%、N−メチルピロリドン(NMP)溶液を添加混合し、正極活物質75質量%−導電材15質量%−PVDF15質量%の混合物を得た。この混合物をアルミ箔上に塗布し、80℃で乾燥後、電極寸法の直径11mmφに打ち抜き、プレス圧98MPa(1.0tonf/cm)でプレスし、正極板を作製した。
この正極板を用いて、グローブボックス内でコイン型セル2032を作製した。
この際、負極は、金属リチウム箔を用い、また、電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの容積比1:1の等量混合液1リットルにLiClO1モルを溶解したものを使用した。
作製したリチウム二次電池を室温において、充電0.2mA/cm、休止60分、4.1V、放電0.2mA/cm、2.0Vで作動させ、初期放電容量を測定した。初期充電容量は166mAh/g、初期放電容量は156mAh/g、初期効率は96%であった。
4). Evaluation of battery characteristics The battery characteristics of the positive electrode active material imparted with conductivity were evaluated using a C2032 coin-type battery. The coin-type battery was produced by the following procedure.
A positive electrode active material is mixed with 15% by mass of acetylene black as a conductive material, 10% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and an N-methylpyrrolidone (NMP) solution. A mixture of 15% by mass of the material-15% by mass of PVDF was obtained. This mixture was applied onto an aluminum foil, dried at 80 ° C., punched out to an electrode size of 11 mmφ, and pressed at a press pressure of 98 MPa (1.0 tonf / cm 2 ) to produce a positive electrode plate.
Using this positive electrode plate, a coin-type cell 2032 was produced in a glove box.
At this time, a metal lithium foil was used for the negative electrode, and an electrolytic solution in which 1 mol of LiClO 4 was dissolved in 1 liter of an equal volume mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1 was used.
The produced lithium secondary battery was operated at room temperature at a charge of 0.2 mA / cm 2 , a rest of 60 minutes, 4.1 V, a discharge of 0.2 mA / cm 2 and 2.0 V, and the initial discharge capacity was measured. The initial charge capacity was 166 mAh / g, the initial discharge capacity was 156 mAh / g, and the initial efficiency was 96%.

[実施例3]
1.第1工程
硫酸第一鉄7水和物(和光社製試薬特級:純度99.5質量%)1モル(278g)とリン酸(和光社製:純度85.0質量%以上)1モル(115g)を蒸留水1Lに入れ、攪拌機で1時間よく攪拌し、原料溶液とした。また、25質量%アンモニア水溶液をpH調整溶液とした。
次に、撹拌機付5Lのセパラブルフラスコに1Lの純水をいれ、内部を窒素で置換しながら、30分間攪拌した。pH調整溶液の供給量を、反応水溶液のpHが8.0〜8.2となるように、pHコントローラで制御しながら、原料溶液を毎分10mlの速度で添加した。滴下終了後、セパラブルフラスコを窒素で置換しながら30分間撹拌を継続して反応を完全に進行させた。
この反応液を吸引濾過で濾過し、蒸留水で洗浄して生成した共沈殿物を回収した。回収した共沈殿物を真空乾燥機中50℃で乾燥して、共沈殿物粉を得た。
[Example 3]
1. Step 1 Ferrous sulfate heptahydrate (special grade manufactured by Wako Co., Ltd .: purity 99.5% by mass) 1 mol (278 g) and phosphoric acid (manufactured by Wako Co., Ltd .: purity 85.0% by mass or more) 1 mol (115 g) ) Was added to 1 L of distilled water and stirred well for 1 hour with a stirrer to obtain a raw material solution. Moreover, 25 mass% ammonia aqueous solution was used as pH adjustment solution.
Next, 1 L of pure water was put into a 5 L separable flask equipped with a stirrer, and the mixture was stirred for 30 minutes while the inside was replaced with nitrogen. The raw material solution was added at a rate of 10 ml per minute while controlling the supply amount of the pH adjusting solution with a pH controller so that the pH of the aqueous reaction solution was 8.0 to 8.2. After completion of the dropping, stirring was continued for 30 minutes while replacing the separable flask with nitrogen to allow the reaction to proceed completely.
The reaction solution was filtered by suction filtration, and washed with distilled water to recover the generated coprecipitate. The recovered coprecipitate was dried at 50 ° C. in a vacuum dryer to obtain a coprecipitate powder.

2.第2工程
この共沈殿物粉30gを遊星ボールミル用ジルコニアポットに入れ、さらに、炭酸リチウム(関東化学社製鹿特級:99.0%)を6.0gとエタノールを70mlおよび、ジルコニア製ボール(1mmφ)を550g入れて、遊星ボールミル(フリッチュジャパン製)を用いて350rpmで30分間粉砕するとともに反応させた。粉砕後、篩を用いてジルコニア製ボールを取り除き、得られたスラリーを真空乾燥機に入れ、100℃で4h時間乾燥して反応生成物を回収し、前駆体とした。
得られた前駆体の化学分析を行ったところ、リチウム、鉄、リン、炭素、窒素は、それぞれ3.7、30.2、16.4、1.3、2.6質量%となり、リチウム:鉄:リンのモル比は、1.0:1.01:1.02となった。前駆体のX線回折を行ったが、ブロードな非晶質のピークのみが見られ、明確な結晶構造は見られなかった。
2. Second Step 30 g of this coprecipitate powder is put into a zirconia pot for a planetary ball mill, and further, 6.0 g of lithium carbonate (Kanto Chemical Co., Ltd. deer special grade: 99.0%), 70 ml of ethanol and zirconia balls (1 mmφ) ) And pulverized at 350 rpm for 30 minutes using a planetary ball mill (manufactured by Fritsch Japan) and reacted. After pulverization, the zirconia balls were removed using a sieve, and the resulting slurry was placed in a vacuum dryer and dried at 100 ° C. for 4 hours to collect the reaction product, which was used as a precursor.
When chemical analysis of the obtained precursor was performed, lithium, iron, phosphorus, carbon, and nitrogen were 3.7, 30.2, 16.4, 1.3, 2.6 mass%, respectively, and lithium: The molar ratio of iron: phosphorus was 1.0: 1.01: 1.02. X-ray diffraction of the precursor was performed, but only a broad amorphous peak was observed, and a clear crystal structure was not observed.

3.活物質製造工程
この前駆体を電気炉で、アルゴン−2容量%水素混合ガスを1L/分で炉内をパージしながら、昇温速度10℃/分で500℃、熱処理を行い、リン酸鉄リチウム粒子からなる正極活物質を得た。
得られた正極活物質は、X線回折によりオリビン構造のリン酸鉄リチウムと同定された。実施例1と同様に、正極活物質を評価したところ、結晶子径は、46nmであった。また、この正極活物質の一次粒子径は、100nmであり、比表面積は、36.9m/gであった。
3. Active material manufacturing process This precursor was heat treated at 500 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min while purging the inside of the furnace with an argon-2 vol% hydrogen mixed gas at 1 L / min in an electric furnace, and iron phosphate A positive electrode active material composed of lithium particles was obtained.
The obtained positive electrode active material was identified as lithium iron phosphate having an olivine structure by X-ray diffraction. When the positive electrode active material was evaluated in the same manner as in Example 1, the crystallite diameter was 46 nm. Moreover, the primary particle diameter of this positive electrode active material was 100 nm, and the specific surface area was 36.9 m 2 / g.

4.電池特性の評価
また、正極活物質の電池特性を実施例2と同様に評価したところ、初期充電容量は、166mAh/g、初期放電容量は、159mAh/g、初期効率は96%であった。
4). Evaluation of Battery Characteristics The battery characteristics of the positive electrode active material were evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the initial charge capacity was 166 mAh / g, the initial discharge capacity was 159 mAh / g, and the initial efficiency was 96%.

[比較例1]
第1工程において、反応水溶液のpHを6.5〜6.7に制御した以外は、実施例1と同様に、共沈殿物を得た。
共沈殿物を固液分離した際の濾液が黄色く着色しており、分析を行ったところ、濾液に鉄とリンが50%以上ロスしていたため、共沈殿物の組成制御ができず、実験を中止した。
[Comparative Example 1]
In the first step, a coprecipitate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the aqueous reaction solution was controlled to 6.5 to 6.7.
When the coprecipitate was solid-liquid separated, the filtrate was colored yellow, and when analyzed, iron and phosphorus were lost to the filtrate by 50% or more, so the composition of the coprecipitate could not be controlled. Canceled.

[比較例2]
第1工程において、反応水溶液のpHを10.5〜10.7に制御した以外は、実施例1と同様に、正極活物質を得た。
第1工程における共沈殿物の固液分離の際、共沈殿物が茶褐色に変色しており、鉄が3価に酸化されていることが確認された。また、得られた正極活物質のX線回折を行ったところ、オリビン構造のリン酸鉄リチウムとリン酸鉄のピークが検出された。酸化された鉄は、焼成時に十分に還元されず、異相が生成されたと、考察できる。
[Comparative Example 2]
In the first step, a positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pH of the aqueous reaction solution was controlled to 10.5 to 10.7.
During the solid-liquid separation of the coprecipitate in the first step, it was confirmed that the coprecipitate had turned brown and iron was oxidized to trivalent. Further, when the obtained positive electrode active material was subjected to X-ray diffraction, peaks of lithium iron phosphate and iron phosphate having an olivine structure were detected. It can be considered that the oxidized iron was not sufficiently reduced during firing and a heterogeneous phase was generated.

[比較例3]
第2工程において、溶媒をエタノールに替えて水を用いた以外は、実施例1と同様に、正極活物質を得た。
炭酸リチウムが水に溶解してpHが上昇したため、第2工程の反応時にスラリー中の粒子が茶褐色に変色し、鉄が酸化されたことが確認された。また、得られた正極活物質のX線回折を行ったところ、オリビン構造のリン酸鉄リチウムとリン酸鉄のピークが検出された。酸化された鉄は、焼成時に十分に還元されず、異相が生成されたと、考察できる。
[Comparative Example 3]
In the second step, a positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that water was used instead of ethanol.
Since lithium carbonate dissolved in water and the pH rose, it was confirmed that the particles in the slurry turned brown and oxidized iron during the reaction in the second step. Further, when the obtained positive electrode active material was subjected to X-ray diffraction, peaks of lithium iron phosphate and iron phosphate having an olivine structure were detected. It can be considered that the oxidized iron was not sufficiently reduced during firing and a heterogeneous phase was generated.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体の製造方法によれば、リチウム二次電池用正極活物質の製造原料として、好適な均一微細な前駆体を得ることができ、また、該正極活物質の前駆体は、熱処理することにより、容易にリチウム二次電池用正極活物質を得ることができるので、産業上の利用可能性は、高い。
さらに、得られた本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、均一微細なリン酸鉄リチウム粒子からなり、その正極活物質を用いて、正極が形成されたリチウムイオン二次電池は、高容量、高出力の優れた物性を示し、工業的価値が極めて高い。
According to the method for producing a precursor for a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, a suitable uniform fine precursor can be obtained as a raw material for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, Since the positive electrode active material precursor can easily obtain a positive electrode active material for a lithium secondary battery by heat treatment, the industrial applicability is high.
Further, the obtained positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is composed of uniform fine lithium iron phosphate particles, and the positive electrode active material is used to form a lithium ion secondary battery with a high Excellent physical properties with high capacity and high output, and extremely high industrial value.

Claims (6)

リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
リチウム、鉄およびリン酸から構成され、リチウム:鉄:リン酸のモル比が1:0.8:0.8〜1:1.2:1.2である組成物を含み、炭素、窒素の含有量が鉄に対するモル比でそれぞれ0.4以下であるリン酸鉄リチウム(LiFePO )からなる、リチウムイオン二次電池用正極活物質の前駆体を、不活性または還元雰囲気中において200〜500℃で熱処理する工程を含み、
前記前駆体は、2価の鉄イオンとリン酸イオンの共存原料溶液を、pH7〜10の範囲に調整した反応水溶液中に、添加して共沈させることにより、鉄およびリン酸を含有する共沈殿物を得る第1工程と、リチウムに対するモル比で鉄が0.8〜1.2となるリチウム量を有するアルコール溶媒スラリー中でリチウムと前記共沈殿物を反応させる第2工程とを、備える製造方法により得られる、
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising:
A composition composed of lithium, iron and phosphoric acid, wherein the molar ratio of lithium: iron: phosphoric acid is 1: 0.8: 0.8 to 1: 1.2: 1.2, A precursor of a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery , which is made of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having a molar ratio with respect to iron of 0.4 or less, is 200 to 500 in an inert or reducing atmosphere. Including a step of heat treatment at ℃ ,
The precursor is prepared by adding and coprecipitating a coexisting raw material solution of divalent iron ions and phosphate ions into a reaction aqueous solution adjusted to a pH range of 7 to 10, thereby containing iron and phosphoric acid. A first step of obtaining a precipitate, and a second step of reacting lithium and the coprecipitate in an alcohol solvent slurry having a lithium amount such that iron is 0.8 to 1.2 in a molar ratio to lithium. Obtained by the manufacturing method,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned.
前記熱処理の前に、予め、前記前駆体に炭素源を添加する工程を含むことを特徴とする請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , further comprising a step of adding a carbon source to the precursor in advance before the heat treatment. 前記熱処理の前に、予め、前記前駆体を粉砕する工程を含むことを特徴とする請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , further comprising a step of pulverizing the precursor in advance before the heat treatment. 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法によって得られ、
リン酸鉄リチウムを含み、該リン酸鉄リチウムの走査電子顕微鏡観察により測定した一次粒子の平均粒径が50〜200nmであり、一次粒子の平均粒径に対するX線回折におけるリチウム鉄リン酸のピークからシェラーの式を用いて算出される結晶子径の比(結晶子径/平均粒径)が0.4以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
Obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 ,
A lithium iron phosphate peak in an X-ray diffraction with respect to the average particle diameter of the primary particles, which contains lithium iron phosphate, the average particle diameter of the primary particles measured by scanning electron microscope observation of the lithium iron phosphate is 50 to 200 nm A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the ratio of crystallite diameter (crystallite diameter / average particle diameter) calculated by using Scherrer's formula is 0.4 or more.
BET法による比表面積が10〜50m/gであることを特徴とする請求項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 5. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4 , wherein the specific surface area according to the BET method is 10 to 50 m 2 / g. 請求項4又は5に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む正極を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode comprising the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4 or 5 .
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