JP6186814B2 - Metal-substituted manganese trioxide, method for producing the same, and method for producing lithium manganese composite oxide using the same - Google Patents

Metal-substituted manganese trioxide, method for producing the same, and method for producing lithium manganese composite oxide using the same Download PDF

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Description

本発明は、金属置換マンガン酸化物及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法に関する。   The present invention relates to a metal-substituted manganese oxide, a method for producing the metal-substituted manganese oxide, and a method for producing a lithium manganese composite oxide using the metal-substituted manganese oxide.

マンガン酸化物(MnO)は、リチウム二次電池の正極材料として使用されるリチウムマンガン系複合酸化物の原料として使用されている。より電池性能の高いリチウム二次電池の正極材料を得るため、マンガンの一部が他の金属に置換した、いわゆる金属置換リチウムマンガン系複合酸化物が報告されている。 Manganese oxide (MnO x ) is used as a raw material for a lithium manganese composite oxide used as a positive electrode material of a lithium secondary battery. In order to obtain a positive electrode material for a lithium secondary battery with higher battery performance, a so-called metal-substituted lithium manganese composite oxide in which a part of manganese is substituted with another metal has been reported.

この様な金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の製造方法として、リチウム原料及びマンガン原料以外に、他元素化合物を添加して混合、焼成する方法や(特許文献1)、各原料を微粉砕して、これをスラリーとしたものを乾燥して得られた凝集体を焼成する方法が報告されている(特許文献2)。   As a method for producing such a metal-substituted lithium manganese composite oxide, in addition to a lithium raw material and a manganese raw material, a method of adding and mixing and firing other elemental compounds (Patent Document 1), finely pulverizing each raw material A method for firing an aggregate obtained by drying a slurry of the slurry (Patent Document 2) has been reported.

また、マンガン酸化物の合成時にカルシウムやマグネシウムが添加された水溶液からこれらを含有したマンガン水酸化物を得、これを酸化することにより、カルシウムやマグネシウムを含有するマンガン酸化物を得る方法が報告されている(特許文献3)。   In addition, a method for obtaining manganese oxide containing calcium or magnesium by obtaining manganese hydroxide containing these from an aqueous solution to which calcium or magnesium has been added during the synthesis of manganese oxide and oxidizing it has been reported. (Patent Document 3).

特開2001−307724号JP 2001-307724 A 特開平11−171551号JP-A-11-171551 特開2000−128540号JP 2000-128540 A

特許文献1や特許文献2は、原料をそれぞれ混合するリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法であった。このような製造方法では、原料が均一に混合しにくかった。さらには、得られるリチウムマンガン系複合酸化物は原料の混合度合いに依存し、その電池特性はバラつきやすかった。   Patent document 1 and patent document 2 were the manufacturing methods of the lithium manganese complex oxide which each mixes a raw material. In such a manufacturing method, it was difficult to uniformly mix the raw materials. Furthermore, the obtained lithium manganese composite oxide depends on the mixing degree of the raw materials, and its battery characteristics are likely to vary.

特許文献3の製造方法では、粒度分布は均一となるが小さい粒子しか得られなかった。そのため、操作性が困難であった。さらには、この製造方法ではカルシウム等の添加量が2.50mol%を超えると不純物が混入し、均一なリチウムマンガン系複合酸化物用のマンガン原料は得られなかった。このような均一性の低いマンガン原料から得られるリチウムマンガン系複合酸化物は電池特性が低かった。   In the production method of Patent Document 3, the particle size distribution is uniform, but only small particles can be obtained. Therefore, the operability is difficult. Furthermore, in this production method, when the added amount of calcium or the like exceeds 2.50 mol%, impurities are mixed, and a uniform manganese raw material for lithium manganese composite oxide cannot be obtained. The lithium manganese composite oxide obtained from such a low uniformity manganese raw material has low battery characteristics.

本発明は、リチウム二次電池用の正極材料として優れた金属置換リチウムマンガン系複合酸化物を得ることができる、金属置換四三酸化マンガン及びその製造方法を提供することを目的とする。さらには、このような金属置換四三酸化マンガン用いた金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a metal-substituted lithium trimanganese tetraoxide and a method for producing the same, which can obtain a metal-substituted lithium manganese composite oxide excellent as a positive electrode material for a lithium secondary battery. It is another object of the present invention to provide a method for producing a metal-substituted lithium manganese composite oxide using such metal-substituted manganese trioxide.

本発明者等は、金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の原料に用いられるマンガン酸化物について鋭意検討を重ねた。その結果、粒子径が制御された金属置換四三酸化マンガンがリチウムマンガン系複合酸化物の原料に特に適していることを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies on manganese oxides used as raw materials for metal-substituted lithium manganese composite oxides. As a result, the present inventors have found that metal-substituted manganese trioxide having a controlled particle size is particularly suitable as a raw material for lithium manganese composite oxide.

さらには、このような金属置換四三酸化マンガンは、金属含有マンガン塩水溶液から金属置換マンガン水酸化物結晶を経由することなく、又は、金属置換マンガン水酸化物の結晶成長を十分に抑止した条件下において直接酸化することで得られることを見出した。   Furthermore, such a metal-substituted manganese trioxide does not pass through a metal-substituted manganese hydroxide crystal from a metal-containing manganese salt aqueous solution, or a condition that sufficiently suppresses the crystal growth of the metal-substituted manganese hydroxide. It was found that it can be obtained by direct oxidation below.

以下、本発明の金属置換四三酸化マンガンについて説明する。   Hereinafter, the metal-substituted manganese trioxide of the present invention will be described.

本発明は、金属置換四三酸化マンガンであり、以下の式(1)で表されるマンガン酸化物である。   The present invention is a metal-substituted manganese trioxide, which is a manganese oxide represented by the following formula (1).

Mn3−x ・・・(1) A x Mn 3-x O 4 (1)

本発明の金属置換四三酸化マンガンは、式(1)おけるxが1以下である。xが1を超えるとMnが減りすぎ、これを原料として得られる金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の電気容量が低くなりすぎる。式(1)におけるxは0.5以下であることが好ましく、0.35以下であることがより好ましい。一方、式(1)におけるxが0.01以上、更には0.2以上であることで置換元素の効果が得られやすくなる。   In the metal-substituted trimanganese tetraoxide of the present invention, x in formula (1) is 1 or less. When x exceeds 1, Mn is reduced too much, and the electric capacity of the metal-substituted lithium manganese composite oxide obtained using this as a raw material becomes too low. X in Formula (1) is preferably 0.5 or less, and more preferably 0.35 or less. On the other hand, when x in the formula (1) is 0.01 or more, and further 0.2 or more, the effect of the substitution element is easily obtained.

式(1)において、Aはマンガン(Mn)以外の金属元素であり、Mn及びリチウム(Li)以外の金属であることが好ましく、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、シリカ(Si)、カルシウム(Ca)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、インジウム(In)及びスズ(Sn)の群から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。これらの金属元素を含有することで、本発明の金属置換四三酸化マンガンを原料として得られる金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の電池特性が向上しやすい。金属置換リチウムマンガン系複合酸化物を製造した場合に充放電サイクル特性や高温での電池特性を向上させる観点から、AはMg又はAlのいずれか一種以上であることがより好ましい。   In the formula (1), A is a metal element other than manganese (Mn), preferably a metal other than Mn and lithium (Li), magnesium (Mg), aluminum (Al), silica (Si), calcium (Ca), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium More preferably, it is at least one selected from the group consisting of (Zr), molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), and tin (Sn). By containing these metal elements, the battery characteristics of the metal-substituted lithium manganese composite oxide obtained using the metal-substituted manganese trioxide of the present invention as a raw material are easily improved. From the viewpoint of improving charge / discharge cycle characteristics and battery characteristics at high temperatures when a metal-substituted lithium manganese composite oxide is produced, it is more preferable that A is at least one of Mg and Al.

本発明の金属置換四三酸化マンガンの結晶構造はスピネル構造であることが好ましい。この結晶構造は、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターン及びこれに類似のX線回折パターンを示すものである。   The crystal structure of the metal-substituted manganese trioxide of the present invention is preferably a spinel structure. This crystal structure is the same as that of the JCPDS pattern No. An X-ray diffraction pattern of 24-734 and a similar X-ray diffraction pattern are shown.

本発明の金属置換四三酸化マンガンの粒子径は1μm以上である。1μm未満の微細な粒子を実質的に含まないことで、リチウム化合物との混合性の向上や、使用時の操作性が高くなる。   The particle diameter of the metal-substituted manganese trioxide of the present invention is 1 μm or more. By substantially not including fine particles of less than 1 μm, the mixing with the lithium compound is improved and the operability during use is enhanced.

平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましい。平均粒子径が1μm以上であることで、これを原料として得られる金属置換チウムマンガン系複合酸化物の保存安定性が高くなりやすい。平均粒子径は30μm以下、さらには10μm以下であれば、金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の原料として使用しやすくなる。   The average particle diameter is preferably 1 μm or more, and more preferably 3 μm or more. When the average particle diameter is 1 μm or more, the storage stability of the metal-substituted titanium manganese composite oxide obtained using this as a raw material tends to be high. When the average particle size is 30 μm or less, and further 10 μm or less, it becomes easy to use as a raw material for metal-substituted lithium manganese composite oxide.

本発明において、平均粒子径とは、体積基準で50%になる粒子径(所謂D50)である。複合化粒子の粒子径分布が単分散で有る場合、その最頻粒子径と平均粒子径が一致する、この場合、最頻粒子径をもって平均粒子径とすることができる。   In the present invention, the average particle diameter is a particle diameter (so-called D50) that is 50% on a volume basis. When the particle size distribution of the composite particles is monodispersed, the mode particle size and the average particle size match. In this case, the mode particle size can be used as the average particle size.

本発明の金属置換四三酸化マンガンは粒子径の標準偏差変動係数(以下、「Cv」とする)が50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましく、30%以下であることが更に好ましい。Cvが50%以下であることで粒子径が均一となる。これにより、本発明の金属置換四三酸化マンガンとリチウム原料との反応がより均一に進行し易い。   The metal-substituted manganese trioxide of the present invention preferably has a standard deviation coefficient of variation (hereinafter referred to as “Cv”) of 50% or less, more preferably 45% or less, and more preferably 30% or less. More preferably it is. When Cv is 50% or less, the particle diameter becomes uniform. Thereby, reaction of the metal substituted manganese tetraoxide of this invention and a lithium raw material progresses more uniformly.

なお、Cvは以下の式(2)で求めることができる。   Cv can be obtained by the following equation (2).

Cv(%) =(粒子径の標準偏差÷平均粒子径)×100           Cv (%) = (standard deviation of particle diameter ÷ average particle diameter) × 100

本発明の金属置換四三酸化マンガンは、BET比表面積が6.5m/g以下であることが好ましく、5m/g以下であることが好ましい。BET比表面積が6.5m/g以下であることで、本発明の金属置換四三酸化マンガンが高い充填性を有し、なおかつ、リチウム化合物との反応性が均一になり易い。 The metal-substituted manganese trioxide of the present invention preferably has a BET specific surface area of 6.5 m 2 / g or less, and preferably 5 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 6.5 m 2 / g or less, the metal-substituted manganese trioxide of the present invention has a high filling property, and the reactivity with the lithium compound tends to be uniform.

本発明の金属置換四三酸化マンガンの充填性は高いことが好ましい。しかしながら、本発明の金属置換四三酸化マンガンの充填性は置換される金属種及びその量により変動する。本発明の金属置換四三酸化マンガンのタップ密度として1.0g/cm以上、さらには、1.1g/cm以上であることを例示することができる。 The filling property of the metal-substituted manganese trioxide of the present invention is preferably high. However, the filling properties of the metal-substituted manganese trioxide of the present invention vary depending on the metal species to be substituted and the amount thereof. It can be illustrated that the tap density of the metal-substituted manganese trioxide of the present invention is 1.0 g / cm 3 or more, and further 1.1 g / cm 3 or more.

次に、本発明の金属置換四三酸化マンガンの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the metal substituted manganese trioxide of this invention is demonstrated.

本発明の金属置換四三酸化マンガンは、マンガンイオンとマンガン以外の金属イオンとを含有するマンガン塩水溶液(以下、「金属含有マンガン塩水溶液」とする)から金属置換マンガン水酸化物を経由せずに金属置換四三酸化マンガンを晶析させる晶析工程を有する製造方法により得ることができる。   The metal-substituted manganese trioxide of the present invention does not pass through a metal-substituted manganese hydroxide from a manganese salt aqueous solution containing manganese ions and metal ions other than manganese (hereinafter referred to as “metal-containing manganese salt aqueous solution”). It can be obtained by a production method having a crystallization step of crystallizing metal-substituted manganese trioxide.

上記の工程、すなわち、金属含有マンガン塩水溶液から金属置換マンガン水酸化物を経由せずに金属置換四三酸化マンガンを晶析させる工程では、金属含有マンガン塩水溶液から、金属置換マンガン水酸化物の結晶をアルカリ性領域で析出させずに金属置換四三酸化マンガンを製造する。   In the above step, that is, the step of crystallizing metal-substituted manganese trioxide from the metal-containing manganese salt aqueous solution without going through the metal-substituted manganese hydroxide, the metal-substituted manganese hydroxide aqueous solution contains the metal-substituted manganese hydroxide aqueous solution. Metal-substituted manganese trioxide is produced without precipitating crystals in the alkaline region.

したがって、本発明の金属置換四三酸化マンガンの製造方法は、金属含有マンガン塩水溶液からアルカリ性領域でマンガン水酸化物や金属置換マンガン水酸化物(以下、これらをまとめて「マンガン水酸化物」とする)を析出させ、該マンガン水酸化物を酸化剤によって酸化する工程を経ることなく金属置換四三酸化マンガンを製造する。   Therefore, the method for producing a metal-substituted manganese tetroxide according to the present invention includes a manganese hydroxide or a metal-substituted manganese hydroxide (hereinafter referred to as “manganese hydroxide” collectively in an alkaline region from a metal-containing manganese salt aqueous solution. The metal-substituted manganese trioxide is produced without going through the step of oxidizing the manganese hydroxide with an oxidizing agent.

なお、本発明の金属置換四三酸化マンガンの製造方法は、晶析工程において、マンガン水酸化物の結晶相が全く生成しない態様、及び、水酸化物の微結晶が短時間析出した後、それが六角板状の結晶に成長する前に金属置換四三酸化マンガンに転化する態様を含む。すなわち、本発明の金属置換四三酸化マンガンの製造方法は、晶析工程において、六角板状のマンガン水酸化物の結晶が生じないことを特徴とする。マンガン水酸化物の結晶が生じないことで、表面積が適度に低く、なおかつ、充填性の高い金属置換四三酸化マンガンを得ることができる。   In the method for producing metal-substituted manganese trioxide of the present invention, the crystal phase of manganese hydroxide is not generated at all in the crystallization step, and after the hydroxide microcrystals are precipitated for a short time, Is converted to metal-substituted manganese trioxide before growing into hexagonal plate-like crystals. That is, the method for producing metal-substituted manganese trioxide of the present invention is characterized in that hexagonal plate-like manganese hydroxide crystals are not produced in the crystallization step. By not producing manganese hydroxide crystals, it is possible to obtain metal-substituted manganese trioxide with a reasonably low surface area and high filling properties.

六角板状のマンガン水酸化物の結晶が生じたか否かは、得られた金属置換四三酸化マンガンの粒子形状を観察することによって判断できる。   Whether or not a hexagonal plate-like manganese hydroxide crystal has occurred can be determined by observing the particle shape of the obtained metal-substituted manganese trioxide.

本発明の製造方法において、金属置換四三酸化マンガンを晶析させる際の金属含有マンガン塩水溶液のpH又は晶析した金属置換四三酸化マンガンを含有するスラリーのpHは、マンガン水酸化物が生成し難いpHとすることが好ましく、弱酸性から弱アルカリ性までのpHとすることがより好ましい。   In the production method of the present invention, the pH of the metal-containing manganese salt aqueous solution when crystallizing the metal-substituted manganese trioxide or the pH of the slurry containing the crystallized metal-substituted manganese tetraoxide is generated by manganese hydroxide. It is preferable that the pH is difficult to adjust, and it is more preferable to set the pH from weakly acidic to weakly alkaline.

具体的には、pHが6以上、9以下であることが好ましく、pH6.5以上、pH8.5以下であることがより好ましい。また、pHの中心値がこの範囲であることが更に好ましい。金属含有マンガン塩水溶液又はスラリーのpHをこの範囲とすることで、水酸化マンガンが生成しにくくなる。   Specifically, the pH is preferably 6 or more and 9 or less, and more preferably pH 6.5 or more and pH 8.5 or less. Further, it is more preferable that the central value of pH is within this range. By making the pH of the metal-containing manganese salt aqueous solution or slurry within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide.

金属含有マンガン塩水溶液又はスラリーのpHは、晶析工程中、上述の範囲にすることが好ましい。晶析工程中の金属含有マンガン塩水溶液又はスラリーのpHのばらつきは小さくすることが好ましい。具体的には、pHを中心値±0.5の範囲、より好ましくは中心値±0.3の範囲、更に好ましくは中心値±0.1の範囲に維持する。   The pH of the metal-containing manganese salt aqueous solution or slurry is preferably in the above range during the crystallization step. It is preferable to reduce the variation in pH of the metal-containing manganese salt aqueous solution or slurry during the crystallization process. Specifically, the pH is maintained in the range of the center value ± 0.5, more preferably in the range of the center value ± 0.3, and still more preferably in the range of the center value ± 0.1.

本発明の製造方法では、晶析工程において、金属含有マンガン塩水溶液の標準水素電極に対する酸化還元電位(以下、単に「酸化還元電位」ともいう)を0mV以上、300mV以下とすることが好ましく、30mV以上、150mV以下とすることがより好ましい。金属含有マンガン塩水溶液の酸化還元電位をこの範囲とすることで、マンガン水酸化物が生成しにくくなる。さらに、金属含有マンガン塩水溶液の酸化還元電位を300mV以下とすることで、針状の粒子形態を有するγ−MnOOHが副生しにくくなり、得られる金属置換四三酸化マンガンの充填性がより高くなりやすい。   In the production method of the present invention, in the crystallization step, the oxidation-reduction potential (hereinafter also simply referred to as “oxidation-reduction potential”) of the metal-containing manganese salt aqueous solution with respect to the standard hydrogen electrode is preferably 0 mV or more and 300 mV or less, and 30 mV As mentioned above, it is more preferable to set it as 150 mV or less. By making the oxidation-reduction potential of the metal-containing manganese salt aqueous solution within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide. Furthermore, by setting the oxidation-reduction potential of the metal-containing manganese salt aqueous solution to 300 mV or less, γ-MnOOH having a needle-like particle form is hardly generated as a by-product, and the filling property of the resulting metal-substituted manganese trioxide is higher. Prone.

晶析工程における金属含有マンガン塩水溶液又はスラリーの酸化還元電位は、晶析工程中、上述の範囲にすることが好ましい。さらには、晶析工程中の金属含有マンガン塩水溶液又はスラリーの酸化還元電位のばらつきを小さくすることが好ましい。具体的には、酸化還元電位を、好ましくは中心値±50mV、より好ましくは中心値±30mV、更に好ましくは中心値±20mVの範囲に維持する。   The oxidation-reduction potential of the metal-containing manganese salt aqueous solution or slurry in the crystallization step is preferably within the above-mentioned range during the crystallization step. Furthermore, it is preferable to reduce the variation in redox potential of the metal-containing manganese salt aqueous solution or slurry during the crystallization step. Specifically, the oxidation-reduction potential is preferably maintained in the range of the central value ± 50 mV, more preferably the central value ± 30 mV, and still more preferably the central value ± 20 mV.

晶析工程において、pH、酸化還元電位、又はその両者を上記の範囲として晶析するとともに、pH、酸化還元電位、又はその両者の変動幅を小さくすることで、粒子径が均一な金属置換四三酸化マンガンを得ることができる。このようにして得られる金属置換四三酸化マンガンは充填性が高く、なおかつ、リチウム化合物と均一に反応しやすくなる。   In the crystallization step, crystallization is performed with the pH, oxidation-reduction potential, or both in the above range, and the fluctuation range of the pH, oxidation-reduction potential, or both is reduced, so that the metal substitution with a uniform particle diameter can be achieved. Manganese trioxide can be obtained. The metal-substituted manganese trioxide obtained in this way has a high filling property, and easily reacts uniformly with the lithium compound.

本発明の製造方法で使用する金属含有マンガン塩水溶液は、マンガンイオンとマンガン以外の金属イオンとを含有する。   The metal-containing manganese salt aqueous solution used in the production method of the present invention contains manganese ions and metal ions other than manganese.

マンガンイオン以外の金属イオン(以下、「Aイオン」とする)としては、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、In及びSnの群から選ばれる少なくとも1種のイオンであることが好ましい。これらの金属イオンを含有することで、本発明の製造方法により得られる金属置換四三酸化マンガンを原料としてとする金属置換リチウムマンガン系複合酸化物の電池特性が向上しやすい。金属置換リチウムマンガン系複合酸化物を製造した場合に充放電サイクル特性や高温での電池特性を向上させる観点から、AイオンはMg又はAlのいずれか一種以上のイオンであることがより好ましい。   Metal ions other than manganese ions (hereinafter referred to as “A ions”) include Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, and Nb. , Mo, Ag, In and Sn are preferably at least one ion selected from the group. By containing these metal ions, the battery characteristics of the metal-substituted lithium manganese composite oxide using the metal-substituted manganese trioxide obtained by the production method of the present invention as a raw material can be easily improved. From the viewpoint of improving charge / discharge cycle characteristics and battery characteristics at high temperatures when a metal-substituted lithium manganese composite oxide is produced, it is more preferable that the A ion is one or more ions of Mg or Al.

金属含有マンガン塩溶液は、マンガンやAの硫酸塩、塩化物、硝酸塩、及び酢酸塩の水溶液、及び、これらの金属や酸化物等を硫酸、塩酸、硝酸、及び酢酸などの各種の酸水溶液に溶解したものを使用することができる。   Metal-containing manganese salt solutions include manganese and A sulfate, chloride, nitrate, and acetate aqueous solutions, and these metals and oxides into various acid aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid. A dissolved one can be used.

金属含有マンガン塩水溶液は任意な濃度とすることができるが、マンガンイオンを含んだ金属イオンの合計濃度として1mol/L以上であることが例示できる。金属含有マンガン塩水溶液の金属イオンの合計濃度を1mol/L以上とすることで、金属置換四三酸化マンガンを効率よく得ることができる。   The metal-containing manganese salt aqueous solution can have an arbitrary concentration, but the total concentration of metal ions including manganese ions can be exemplified as 1 mol / L or more. By setting the total concentration of metal ions in the aqueous metal-containing manganese salt solution to 1 mol / L or more, metal-substituted manganese trioxide can be efficiently obtained.

金属含有マンガン塩溶液において、マンガンイオンとAイオンの割合は任意とすることができる。例えば、マンガンイオンのモル濃度に対するAイオンのモル濃度の比(A/Mn(mol/mol)として、0<A/Mn≦0.5を例示することができる。   In the metal-containing manganese salt solution, the ratio of manganese ions to A ions can be set arbitrarily. For example, 0 <A / Mn ≦ 0.5 can be exemplified as the ratio of the molar concentration of A ions to the molar concentration of manganese ions (A / Mn (mol / mol)).

金属含有マンガン塩水溶液のpHを調整する場合、アルカリ性の水溶液(以下、アルカリ水溶液)を使用することが好ましい。アルカリ水溶液の種類に制限はないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液が例示できる。   When adjusting the pH of the metal-containing manganese salt aqueous solution, it is preferable to use an alkaline aqueous solution (hereinafter referred to as an alkaline aqueous solution). Although there is no restriction | limiting in the kind of alkaline aqueous solution, Aqueous solutions, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, can be illustrated.

アルカリ水溶液のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度は1mol/L以上を例示することができる。   The concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the alkaline aqueous solution may be 1 mol / L or more.

本発明の製造方法において、晶析工程では、金属含有マンガン塩水溶液の温度は60℃以上、95℃以下、好ましくは70℃以上、80℃以下を例示することができる。晶析をする際の金属含有マンガン塩水溶液の温度をこの範囲とすることで、金属置換四三酸化マンガンの粒度が均一になりやすくなる。   In the production method of the present invention, in the crystallization step, the temperature of the metal-containing manganese salt aqueous solution may be 60 ° C. or higher and 95 ° C. or lower, preferably 70 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. By setting the temperature of the metal-containing manganese salt aqueous solution at the time of crystallization within this range, the particle size of the metal-substituted manganese trioxide is likely to be uniform.

本発明の製造方法では、晶析工程において、酸化剤を使用して晶析を行なうことが好ましい。酸化剤として、酸素含有ガス等の気体酸化剤や、過酸化水素等の液体酸化剤を例示することができる。操作性を簡便にする観点から、酸化剤は気体酸化剤であることが好ましく、酸素含有ガスであることがより好ましく、空気であることが更に好ましい。さらには、気体酸化剤を金属含有マンガン塩水溶液に吹き込んで晶析することがより好ましい。これにより、金属置換四三酸化マンガンの晶析がより均一に起こりやすくなる。   In the production method of the present invention, it is preferable to perform crystallization using an oxidizing agent in the crystallization step. Examples of the oxidizing agent include gas oxidizing agents such as oxygen-containing gas, and liquid oxidizing agents such as hydrogen peroxide. From the viewpoint of simplifying operability, the oxidizing agent is preferably a gaseous oxidizing agent, more preferably an oxygen-containing gas, and even more preferably air. Furthermore, it is more preferable to crystallize by blowing a gaseous oxidant into the metal-containing manganese salt aqueous solution. Thereby, the crystallization of the metal-substituted manganese trioxide is likely to occur more uniformly.

本発明の製造方法では、晶析工程において、金属含有マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を混合することが好ましい。   In the production method of the present invention, it is preferable to mix a metal-containing manganese salt aqueous solution and an alkali aqueous solution in the crystallization step.

金属含有マンガン塩水溶液とアルカリ性の水溶液の混合方法は、両者を均一に混合できれば特に限定されない。混合方法としては、金属含有マンガン塩水溶液にアルカリ水溶液を添加して混合する方法、及び金属含有マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を、純水などの溶媒中に添加して混合する方法等が例示できる。金属含有マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を十分かつ均一に反応させる観点から、混合方法は金属含有マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を溶媒に添加して混合する方法が好ましい。   The mixing method of the metal-containing manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as both can be uniformly mixed. Examples of the mixing method include a method in which an alkaline aqueous solution is added to a metal-containing manganese salt aqueous solution and mixing, a method in which a metal-containing manganese salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution are added to a solvent such as pure water, and the like. From the viewpoint of sufficiently and uniformly reacting the metal-containing manganese salt aqueous solution and the alkali aqueous solution, the mixing method is preferably a method in which the metal-containing manganese salt aqueous solution and the alkali aqueous solution are added to a solvent and mixed.

従来の製造方法では、窒素雰囲気下で水酸化マンガンを生成させた後、酸化雰囲気下で金属置換四三酸化マンガンを生成させていた。そのため、従来の製造方法では反応雰囲気の変更が必須であり、金属置換四三酸化マンガンを連続的に製造することができなかった。これに対し、本発明の製造方法では、金属含有マンガン塩水溶液から金属置換四三酸化マンガンを直接晶析する。そのため、反応雰囲気を工程の途中で変更する必要がない。したがって、金属含有マンガン塩水溶液から直接、連続的に金属置換四三酸化マンガンを製造することができる。   In the conventional manufacturing method, after producing manganese hydroxide under a nitrogen atmosphere, metal-substituted manganese trioxide is produced under an oxidizing atmosphere. Therefore, in the conventional production method, it is essential to change the reaction atmosphere, and metal-substituted manganese trioxide can not be produced continuously. In contrast, in the production method of the present invention, metal-substituted manganese trioxide is directly crystallized from a metal-containing manganese salt aqueous solution. Therefore, there is no need to change the reaction atmosphere during the process. Therefore, metal-substituted manganese trioxide can be continuously produced directly from the metal-containing manganese salt aqueous solution.

本発明の製造方法では、晶析工程において、錯化剤を共存させずに晶析することが好ましい。本明細書における錯化剤とは、アンモニア、アンモニウム塩、ヒドラジン、及びEDTAの他、これらと同様の錯化能を有するものである。   In the production method of the present invention, it is preferable to perform crystallization without coexisting a complexing agent in the crystallization step. The complexing agent in this specification has the complexing ability similar to these besides ammonia, ammonium salt, hydrazine, and EDTA.

これらの錯化剤は、金属置換四三酸化マンガンの晶析挙動に影響を及ぼす。そのため、錯化剤の存在下で得た金属置換四三酸化マンガンは、錯化剤を用いずに得た金属置換四三酸化マンガンが同様の組成を有していても粒子径などの粉末物性が異なる。   These complexing agents affect the crystallization behavior of metal substituted manganese tetroxide. Therefore, the metal-substituted manganese trioxide obtained in the presence of a complexing agent has powder properties such as particle size even if the metal-substituted manganese trioxide obtained without using a complexing agent has the same composition. Is different.

本発明の金属置換四三酸化マンガンの製造方法は、得られた金属置換四三酸化マンガンを焼成して、金属置換三二酸化マンガンを得る焼成工程を有していてもよい。   The method for producing metal-substituted manganese trioxide of the present invention may include a firing step of firing the obtained metal-substituted manganese trioxide and obtaining metal-substituted manganese trioxide.

(リチウムマンガン系複合酸化物の製造方法)
本発明のリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法は、上述の金属置換四三酸化マンガンとリチウム及びリチウム化合物の少なくとも一方とを混合する混合工程と、熱処理する加熱工程と、を有する。
(Method for producing lithium manganese composite oxide)
The method for producing a lithium manganese composite oxide of the present invention includes a mixing step of mixing the metal-substituted manganese trioxide described above and at least one of lithium and a lithium compound, and a heating step of heat treatment.

金属置換リチウムマンガン系複合酸化物は結晶構造がスピネル型であることが好ましく、以下の式で表されることがより好ましい。   The metal-substituted lithium manganese composite oxide preferably has a spinel crystal structure, and more preferably is represented by the following formula.

Li1+yMn2−y−z Li 1 + y A z Mn 2-yz O 4

上記式中、AはMn以外の金属元素であり、y,zはそれぞれ以下の式を満たす。   In the above formula, A is a metal element other than Mn, and y and z each satisfy the following formula.

0≦y≦0.33
0≦z≦0.67
0 ≦ y ≦ 0.33
0 ≦ z ≦ 0.67

リチウム化合物は、如何なるものを用いてもよい。リチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、及びアルキルリチウム等が例示される。好ましいリチウム化合物としては、水酸化リチウム、酸化リチウム、及び炭酸リチウムなどが例示できる。   Any lithium compound may be used. Examples of the lithium compound include lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, and alkyl lithium. Examples of preferable lithium compounds include lithium hydroxide, lithium oxide, and lithium carbonate.

本発明の金属置換四三酸化マンガンは金属を均一に含有し、なおかつ、操作性に優れた粒子径を有している。さらには、置換金属が数mol%と多くなっても均一な組成を有する。そのため、リチウム二次電池の正極材料であり、高い電池特性を有するリチウムマンガン系複合酸化物を製造するための原料、より具体的には金属置換リチウムマンガン系複合酸化物を製造するための原料として用いることができる。   The metal-substituted manganese trioxide of the present invention contains a metal uniformly and has a particle size excellent in operability. Furthermore, it has a uniform composition even when the amount of the substituted metal is increased to several mol%. Therefore, it is a positive electrode material for lithium secondary batteries, and as a raw material for producing lithium manganese composite oxide having high battery characteristics, more specifically as a raw material for producing metal-substituted lithium manganese composite oxide Can be used.

実施例1〜4、比較例1のXRDパターン( a)実施例1、b)実施例2、c)実施例3、d)実施例4、e)実施例5)XRD patterns of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 (a) Example 1, b) Example 2, c) Example 3, d) Example 4, e) Example 5) 実施例2のMg置換四三酸化マンガンの粒子径分布Particle size distribution of Mg-substituted manganese trioxide of Example 2 実施例5〜8、比較例1の粉末X線回折パターン( h)実施例5、i)実施例6、j)実施例7、k)実施例8、e)比較例1)Powder X-ray diffraction patterns of Examples 5 to 8 and Comparative Example 1 (h) Example 5, i) Example 6, j) Example 7, k) Example 8, e) Comparative Example 1) 実施例8のMg置換四三酸化マンガンの粒子径分布Particle size distribution of Mg substituted manganese trioxide of Example 8 比較例1のMg含有四三酸化マンガンの粒子径分布Particle size distribution of Mg-containing trimanganese tetraoxide of Comparative Example 1 実施例9、10のMg置換リチウムマンガン複合酸化物のXRDパターン( a)実施例9、b)実施例10)XRD patterns of Mg-substituted lithium manganese composite oxides of Examples 9 and 10 (a) Example 9 and b) Example 10)

次に、本発明を具体的な実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例及び比較例の評価は以下の通り行った。   Next, although this invention is demonstrated with a specific Example, this invention is not limited to these Examples. Evaluation of each example and comparative example was performed as follows.

(化学組成分析)
試料を塩酸と過酸化水素の混合水溶液で溶解し、ICP法によりNa、Mg、Ca、Li、SO 2−及びMn含有量を求めた。
(Chemical composition analysis)
The sample was dissolved in a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, and the contents of Na, Mg, Ca, Li, SO 4 2− and Mn were determined by ICP method.

(X線回折測定)
試料の結晶相をX線回折によって測定した。測定は一般的なX線回折装置で測定した。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件は毎秒0.04°、計測時間は3秒、および測定範囲は2θとして5°から80°の範囲で測定した。
(X-ray diffraction measurement)
The crystal phase of the sample was measured by X-ray diffraction. The measurement was performed with a general X-ray diffractometer. A CuKα ray (λ = 1.5405 mm) is used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan condition is 0.04 ° per second, the measurement time is 3 seconds, and the measurement range is 2 ° to 5 ° to 80 °. Measured with

(平均粒子径)
試料の平均粒子径として、最頻粒子径を測定した。最頻粒子径の測定にはMICROTRAC HRA 9320−X100(商品名、日機装株式会社)を用いた。なお、測定前に試料を純水に分散させて測定溶液とし、そこにアンモニア水を添加してpH8.5にした。その後、測定溶液を3分間の超音波分散をした後、最頻粒子径を測定した。
(Average particle size)
The mode particle diameter was measured as the average particle diameter of the sample. MICROTRAC HRA 9320-X100 (trade name, Nikkiso Co., Ltd.) was used for the measurement of the mode particle size. Before the measurement, the sample was dispersed in pure water to obtain a measurement solution, and ammonia water was added to adjust the pH to 8.5. Thereafter, the measurement solution was subjected to ultrasonic dispersion for 3 minutes, and the mode particle size was measured.

実施例1
硫酸マンガン(和光純薬製,試薬特級)及び硫酸マグネシウム(和光純薬製,試薬特級)を純水に溶解し、1.98mol/Lの硫酸マンガン及び0.02mol/Lの硫酸マグネシウムを含む原料溶液を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.01であった。
Example 1
Manganese sulfate (manufactured by Wako Pure Chemicals, reagent grade) and magnesium sulfate (manufactured by Wako Pure Chemicals, reagent special grade) are dissolved in pure water, and a raw material containing 1.98 mol / L manganese sulfate and 0.02 mol / L magnesium sulfate. A solution was obtained. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.01.

得られた原料溶液を80℃の純水に添加し、これにより酸化物を晶析させた反応スラリーを得た。なお、原料溶液の添加は、純水(反応スラリー)中の酸化還元電位が100±20mVになる様に酸素ガスを純水(反応スラリー)に吹き込み、また、純水(反応スラリー)のpHが8.0で一定となるように2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を純水(反応スラリー)に添加しながら行った。   The obtained raw material solution was added to 80 ° C. pure water, thereby obtaining a reaction slurry in which an oxide was crystallized. The addition of the raw material solution is performed by blowing oxygen gas into the pure water (reaction slurry) so that the oxidation-reduction potential in the pure water (reaction slurry) is 100 ± 20 mV, and the pH of the pure water (reaction slurry) is This was carried out while adding a 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution to pure water (reaction slurry) so as to be constant at 8.0.

得られた反応スラリーをろ過し、純水で洗浄後、大気中、120℃で乾燥して実施例1の酸化物を得た。   The obtained reaction slurry was filtered, washed with pure water, and then dried at 120 ° C. in the air to obtain the oxide of Example 1.

実施例1の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.008であった。また、実施例1の酸化物のXRD回折パターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターンと同等のX線回折パターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のX線回折パターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of Example 1 was Mg / Mn molar ratio = 0.008. Further, the XRD diffraction pattern of the oxide of Example 1 is the JCPDS pattern No. The spinel structure has an X-ray diffraction pattern equivalent to the X-ray diffraction pattern of No. 24-734, but the peak shifts to the high angle side and the peak intensity ratio also changes. It turned out that it shifted to the X-ray diffraction pattern of 23-392.

これらの結果より、実施例1の酸化物は式Mg0.02Mn2.98で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of Example 1 was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.02 Mn 2.98 O 4 .

実施例1のMg置換四三酸化マンガンの評価結果を表1に、XRD回折パターンを図1に示す。   The evaluation results of the Mg-substituted manganese trioxide of Example 1 are shown in Table 1, and the XRD diffraction pattern is shown in FIG.

実施例2
原料溶液として1.9mol/Lの硫酸マンガン及び0.1mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様な方法により、実施例2の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.05であった。
Example 2
The oxide of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution containing 1.9 mol / L manganese sulfate and 0.1 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.05.

実施例2の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.045であった。また、実施例1の酸化物のXRD回折パターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターンと同等のX線回折パターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のX線回折パターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of Example 2 was Mg / Mn molar ratio = 0.045. Further, the XRD diffraction pattern of the oxide of Example 1 is the JCPDS pattern No. The spinel structure has an X-ray diffraction pattern equivalent to the X-ray diffraction pattern of No. 24-734, but the peak shifts to the high angle side and the peak intensity ratio also changes. It turned out that it shifted to the X-ray diffraction pattern of 23-392.

これらの結果より、実施例2の酸化物は式Mg0.13Mn2.87で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of Example 2 was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.13 Mn 2.87 O 4 .

実施例2のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRD回折パターンを図1に、粒子径分布を図2に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of Example 2 are shown in Table 1, the XRD diffraction pattern is shown in FIG. 1, and the particle size distribution is shown in FIG.

実施例3
原料溶液として1.8mol/Lの硫酸マンガン及び0.2mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様な方法により、実施例3の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.11であった。
Example 3
The oxide of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution containing 1.8 mol / L manganese sulfate and 0.2 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.11.

実施例3の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.08であった。また、実施例1の酸化物のXRD回折パターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターンと同等のX線回折パターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のX線回折パターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of Example 3 was Mg / Mn molar ratio = 0.08. Further, the XRD diffraction pattern of the oxide of Example 1 is the JCPDS pattern No. The spinel structure has an X-ray diffraction pattern equivalent to the X-ray diffraction pattern of No. 24-734, but the peak shifts to the high angle side and the peak intensity ratio also changes. It turned out that it shifted to the X-ray diffraction pattern of 23-392.

これらの結果より、実施例3の酸化物は式Mg0.22Mn2.78で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of Example 3 was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.22 Mn 2.78 O 4 .

実施例3のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRD回折パターンを図1に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of Example 3 are shown in Table 1, and the XRD diffraction pattern is shown in FIG.

実施例4
原料溶液として1.75mol/Lの硫酸マンガン及び0.25mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様な方法により、実施例3の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.14であった。
Example 4
The oxide of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution containing 1.75 mol / L manganese sulfate and 0.25 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.14.

実施例4の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.45であった。また、実施例1の酸化物のXRD回折パターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターンと同等のX線回折パターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のX線回折パターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of Example 4 was Mg / Mn molar ratio = 0.45. Further, the XRD diffraction pattern of the oxide of Example 1 is the JCPDS pattern No. The spinel structure has an X-ray diffraction pattern equivalent to the X-ray diffraction pattern of No. 24-734, but the peak shifts to the high angle side and the peak intensity ratio also changes. It turned out that it shifted to the X-ray diffraction pattern of 23-392.

これらの結果より、実施例3の酸化物は式Mg0.35Mn2.65で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of Example 3 was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.35 Mn 2.65 O 4 .

実施例4のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRD回折パターンを図1に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of Example 4 are shown in Table 1, and the XRD diffraction pattern is shown in FIG.

実施例1〜4のXRD回折パターンから、マンガン酸化物中のMg含有量の増加に伴い、XRD回折ピークが高角度側にシフトすることがわかった。これにより、これらのMg置換四三酸化マンガンは、四三酸化マンガンのスピネル結晶構造内にMgが置換されていることがわかった。   From the XRD diffraction patterns of Examples 1 to 4, it was found that the XRD diffraction peak shifts to the high angle side as the Mg content in the manganese oxide increases. Thus, it was found that these Mg-substituted manganese trioxides had Mg substituted in the spinel crystal structure of trimanganese tetraoxide.

実施例5
原料溶液として1.94mol/Lの硫酸マンガン及び0.06mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと、及び、原料溶液の添加速度と同じ速度で反応スラリーを抜液しながら連続的に100時間反応させたこと以外は実施例1と同様な方法で、本実施例の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.03であった。
Example 5
An aqueous solution containing 1.94 mol / L manganese sulfate and 0.06 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution, and the reaction slurry was drained at the same rate as the addition rate of the raw material solution and continuously 100 The oxide of this example was obtained in the same manner as in Example 1 except that the reaction was performed for a period of time. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.03.

本実施例の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.02であった。また、本実施例の酸化物のXRDパターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のXRDパターンと同等のXRDパターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のXRDパターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of this example was Mg / Mn molar ratio = 0.02. Further, the XRD pattern of the oxide of this example is the JCPDS pattern No. The spinel structure of the XRD pattern is equivalent to the XRD pattern of 24-734, but the peak shifts to the high angle side, the peak intensity ratio also changes, and the JCPDS pattern No. It turned out that it shifted to the XRD pattern of 23-392.

これらの結果より、本実施例の酸化物は式Mg0.07Mn2.93で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of this example was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.07 Mn 2.93 O 4 .

本実施例のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRDパターンを図3に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of this example are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

実施例6
原料溶液として1.68mol/Lの硫酸マンガン及び0.32mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例5と同様な方法により、本実施例の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.16であった。
Example 6
The oxide of this example was obtained in the same manner as in Example 5 except that an aqueous solution containing 1.68 mol / L manganese sulfate and 0.32 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.16.

本実施例の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.03であった。また、本実施例の酸化物のXRDパターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のXRDパターンと同等のXRDパターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のXRDパターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of this example was Mg / Mn molar ratio = 0.03. Further, the XRD pattern of the oxide of this example is the JCPDS pattern No. The spinel structure of the XRD pattern is equivalent to the XRD pattern of 24-734, but the peak shifts to the high angle side, the peak intensity ratio also changes, and the JCPDS pattern No. It turned out that it shifted to the XRD pattern of 23-392.

これらの結果より、追加例2の酸化物は式Mg0.08Mn2.92で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of the additional example 2 was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.08 Mn 2.92 O 4 .

本実施例のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRDパターンを図3に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of this example are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

実施例7
原料溶液として1.86mol/Lの硫酸マンガン及び0.14mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例5と同様な方法により、本実施例の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.07であった。
Example 7
The oxide of this example was obtained in the same manner as in Example 5 except that an aqueous solution containing 1.86 mol / L manganese sulfate and 0.14 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.07.

本実施例の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.03であった。また、本実施例の酸化物のXRDパターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のXRDパターンと同等のXRDパターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のXRDパターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of this example was Mg / Mn molar ratio = 0.03. Further, the XRD pattern of the oxide of this example is the JCPDS pattern No. The spinel structure of the XRD pattern is equivalent to the XRD pattern of 24-734, but the peak shifts to the high angle side, the peak intensity ratio also changes, and the JCPDS pattern No. It turned out that it shifted to the XRD pattern of 23-392.

これらの結果より、本実施例の酸化物は式Mg0.1Mn2.9で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of this example was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.1 Mn 2.9 O 4 .

本実施例のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRDパターンを図3に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of this example are shown in Table 1, and the XRD pattern is shown in FIG.

実施例8
原料溶液として1.68mol/Lの硫酸マンガン及び0.32mol/Lの硫酸マグネシウムを含む水溶液を使用したこと以外は実施例5と同様な方法により、本実施例の酸化物を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.16であった。
Example 8
The oxide of this example was obtained in the same manner as in Example 5 except that an aqueous solution containing 1.68 mol / L manganese sulfate and 0.32 mol / L magnesium sulfate was used as the raw material solution. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.16.

本実施例の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.07であった。また、本実施例の酸化物のXRDパターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のXRDパターンと同等のXRDパターンのスピネル構造であるが、ピークが高角側にシフトし、ピーク強度比も変化し、JCPDSパターンのNo.23−392のXRDパターンにシフトしていることが分った。   The composition of the oxide of this example was Mg / Mn molar ratio = 0.07. Further, the XRD pattern of the oxide of this example is the JCPDS pattern No. The spinel structure of the XRD pattern is equivalent to the XRD pattern of 24-734, but the peak shifts to the high angle side, the peak intensity ratio also changes, and the JCPDS pattern No. It turned out that it shifted to the XRD pattern of 23-392.

これらの結果より、本実施例の酸化物は式Mg0.2Mn2.8で表されるMg置換四三酸化マンガンであることが分かった。 From these results, it was found that the oxide of this example was Mg-substituted manganese trioxide represented by the formula Mg 0.2 Mn 2.8 O 4 .

本実施例のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRDパターンを図3に、粒子径分布を図4に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of this example are shown in Table 1, the XRD pattern is shown in FIG. 3, and the particle size distribution is shown in FIG.

これらの実施例の結果より、本発明の製造方法により100時間以上の長時間にわたり、連続的に金属置換四三酸化マンガンが製造できることが確認できた。   From the results of these Examples, it was confirmed that the metal-substituted manganese trioxide can be continuously produced over a long time of 100 hours or more by the production method of the present invention.

比較例1
実施例2と同様な方法で原料溶液を得た。原料溶液中のMg/Mnモル比は0.05であった。
Comparative Example 1
A raw material solution was obtained in the same manner as in Example 2. The Mg / Mn molar ratio in the raw material solution was 0.05.

得られた原料溶液を80℃の純水に添加し、これにより水酸化物を生成させ、反応スラリーを得た。なお、原料溶液の添加は、窒素ガスを純水(反応スラリー)に吹き込み、また、純水(反応スラリー)のpHが10で一定となるように2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を純水(反応スラリー)に添加しながら行った。   The obtained raw material solution was added to pure water at 80 ° C., thereby generating a hydroxide to obtain a reaction slurry. The addition of the raw material solution was performed by blowing nitrogen gas into pure water (reaction slurry), and adding 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution to pure water (reaction slurry) so that the pH of the pure water (reaction slurry) was constant at 10. To the reaction slurry).

水酸化物が生成した後、窒素ガスの吹き込みを中止し、空気を反応スラリー中へ吹き込み酸化物を含有する反応スラリーを得た。   After the hydroxide was generated, nitrogen gas blowing was stopped and air was blown into the reaction slurry to obtain a reaction slurry containing the oxide.

得られた反応スラリーをろ過し、純水で洗浄後、大気中、120℃で乾燥して実施例1の酸化物を得た。   The obtained reaction slurry was filtered, washed with pure water, and then dried at 120 ° C. in the air to obtain the oxide of Example 1.

比較例1の酸化物の組成は、Mg/Mnモル比=0.001であり、Mgを含有するMg含有マンガン酸化物であった。   The composition of the oxide of Comparative Example 1 was Mg / Mn molar ratio = 0.001, and was an Mg-containing manganese oxide containing Mg.

比較例1のMg含有マンガン酸化物のXRD回折パターンは、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターン以外に層状のマンガン酸化物などのX線回折パターンが確認され、混合物からなることが分かった。   The XRD diffraction pattern of the Mg-containing manganese oxide of Comparative Example 1 is the JCPDS pattern No. In addition to the X-ray diffraction pattern of 24-734, an X-ray diffraction pattern of layered manganese oxide and the like was confirmed, and it was found to be composed of a mixture.

比較例1のMg含有マンガン酸化物の評価結果を表1に、XRD回折パターンを図1に、粒子径分布を図3に示す。   The evaluation results of the Mg-containing manganese oxide of Comparative Example 1 are shown in Table 1, the XRD diffraction pattern is shown in FIG. 1, and the particle size distribution is shown in FIG.

Figure 0006186814
Figure 0006186814

[リチウムマンガン系複合酸化物]
実施例9
実施例1のMg置換四三酸化マンガンと炭酸リチウムとを乳鉢で混合し、空気流中850℃で12時間焼成した。これにより、Li,Mg及びMnを有する、Mg置換リチウムマンガン複合酸化物を得た。
[Lithium manganese complex oxide]
Example 9
The Mg-substituted manganese trioxide of Example 1 and lithium carbonate were mixed in a mortar and baked at 850 ° C. for 12 hours in an air stream. As a result, an Mg-substituted lithium manganese composite oxide having Li, Mg and Mn was obtained.

得られたMg置換リチウムマンガン系複合酸化物は、その結晶相はスピネル構造の単相であり、その組成はLi1.10Mg0.09Mn1.81であった。 The obtained Mg-substituted lithium manganese composite oxide had a single phase with a spinel structure and a composition of Li 1.10 Mg 0.09 Mn 1.81 O 4 .

実施例9のMg置換リチウムマンガン系複合酸化物の評価結果を表2に、XRD図を図6に示す。   The evaluation results of the Mg-substituted lithium manganese composite oxide of Example 9 are shown in Table 2, and the XRD diagram is shown in FIG.

実施例10
実施例2のMg置換四三酸化マンガンを使用したこと以外は実施例9と同様な方法で、Li,Mg及びMnを有する、Mg置換リチウムマンガン複合酸化物を得た。
Example 10
A Mg-substituted lithium manganese composite oxide having Li, Mg, and Mn was obtained in the same manner as in Example 9 except that the Mg-substituted manganese trioxide of Example 2 was used.

得られたMg置換リチウムマンガン系複合酸化物は、その結晶相はスピネル構造の単相であり、その組成はLi1.10Mg0.09Mn1.81であった。 The obtained Mg-substituted lithium manganese composite oxide had a single phase with a spinel structure and a composition of Li 1.10 Mg 0.09 Mn 1.81 O 4 .

実施例10のMg置換リチウムマンガン系複合酸化物の評価結果を表2に、XRD図を図6に示す。   The evaluation results of the Mg-substituted lithium manganese composite oxide of Example 10 are shown in Table 2, and the XRD diagram is shown in FIG.

Figure 0006186814
Figure 0006186814

Claims (9)

一般式AMn3−x(AはMn以外の金属元素、x<1)で表され、粒子径が1μm以上で、粒子径の標準偏差変動係数が50%以下である金属置換四三酸化マンガン。 A metal-substituted four compound represented by the general formula A x Mn 3−x O 4 (A is a metal element other than Mn, x <1), the particle diameter is 1 μm or more , and the standard deviation variation coefficient of the particle diameter is 50% or less. Manganese trioxide. AがMg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、In及びSnの群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の金属置換四三酸化マンガン。 A is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, In, and Sn. The metal-substituted manganese trioxide according to claim 1, wherein AがAl又はMgのいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属置換四三酸化マンガン。 The metal-substituted manganese trioxide according to claim 1 or 2, wherein A is at least one of Al and Mg. 結晶構造がスピネル構造であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の金属置換四三酸化マンガン The metal-substituted manganese trioxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystal structure is a spinel structure. 平均粒子径が1μm以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の金属置換四三酸化マンガン。 The metal-substituted manganese trioxide according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size is 1 µm or more. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の金属置換四三酸化マンガンの製造方法であって、マンガンイオンとマンガン以外の金属イオンとを含有するマンガン塩水溶液から金属置換マンガン水酸化物を経由せずに金属置換四三酸化マンガンを晶析させる晶析工程を有する金属置換四三酸化マンガンの製造方法。 It is a manufacturing method of the metal substituted manganese trioxide as described in any one of Claims 1 thru | or 5 , Comprising: A metal substituted manganese hydroxide is passed from the manganese salt aqueous solution containing manganese ions and metal ions other than manganese. A method for producing metal-substituted manganese trioxide having a crystallization step of crystallizing metal-substituted manganese trioxide without crystallization. 前記晶析工程において、pHが6以上9以下、及び酸化還元電位が0mV以上300mV以下の少なくとも一方を満たす条件で金属置換四三酸化マンガンを晶析させる、請求項に記載の金属置換四三酸化マンガンの製造方法。 7. The metal-substituted tetrasodium oxide according to claim 6 , wherein in the crystallization step, metal-substituted trimanganese tetraoxide is crystallized under conditions satisfying at least one of a pH of 6 to 9 and a redox potential of 0 mV to 300 mV. Manufacturing method of manganese oxide. 前記晶析工程において、前記マンガン塩水溶液に酸素含有ガスを吹き込む請求項又はに記載の金属置換四三酸化マンガンの製造方法。 The method for producing metal-substituted manganese trioxide according to claim 6 or 7 , wherein an oxygen-containing gas is blown into the manganese salt aqueous solution in the crystallization step. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の金属置換四三酸化マンガンとリチウム化合物とを混合する混合工程、熱処理する加熱工程と、を有するリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法。 A method for producing a lithium manganese composite oxide, comprising: a mixing step of mixing the metal-substituted manganese trioxide according to any one of claims 1 to 5 and a lithium compound; and a heating step of heat treatment.
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