JP6221309B2 - Metal compound composition and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池の正極活物質であるリチウム複合酸化物用の原料となる、金属化合物組成物に関する。 The present invention relates to a metal compound composition that is a raw material for a lithium composite oxide that is a positive electrode active material of a lithium secondary battery.
リチウムマンガン系複合酸化物や、リチウムニッケル複合酸化物などのリチウム複合酸化物は、リチウム二次電池の正極材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として、複合化したリチウム複合酸化物が報告されている。 Lithium complex oxides such as lithium manganese complex oxides and lithium nickel complex oxides are used as positive electrode materials for lithium secondary batteries. A composite lithium composite oxide has been reported as a positive electrode material for a lithium secondary battery with higher battery performance.
複合酸化物を用いた正極材料として、水酸化リチウム、γ−MnOOH、四三酸化コバルト及び水酸化ニッケルを混合し、これを焼成する方法が報告されている(特許文献1)。 As a positive electrode material using a composite oxide, a method of mixing lithium hydroxide, γ-MnOOH, cobalt trioxide and nickel hydroxide and firing the same has been reported (Patent Document 1).
また、マンガン、ニッケル及びコバルトを含有する溶液を、錯化剤の共存化で析出させ、これらの元素が均一に分散したコバルトマンガン共沈水酸化ニッケル粒子を得、これを正極材料の原料とすることが報告されている(特許文献2)。 Also, a solution containing manganese, nickel and cobalt is precipitated by coexistence of a complexing agent to obtain cobalt manganese coprecipitated nickel hydroxide particles in which these elements are uniformly dispersed, and this is used as a raw material for the positive electrode material. Has been reported (Patent Document 2).
特許文献1で開示されたリチウム、マンガン、ニッケル及びコバルトの各原料を混合する正極材料の製造方法では、均一に原料を混合することは困難であった。そのため、得られる正極材料は電池特性が十分ではないだけではなく、正極材料のロットごとのバラつきも多く、安定して同じ電池特性を有する正極材料を得ることができなかった。 In the method for producing a positive electrode material that mixes lithium, manganese, nickel, and cobalt raw materials disclosed in Patent Document 1, it is difficult to uniformly mix the raw materials. Therefore, the obtained positive electrode material not only has not enough battery characteristics, but also has a lot of variations in the lot of positive electrode materials, and a positive electrode material having the same battery characteristics cannot be obtained stably.
一方、特許文献2に開示されたコバルトマンガン共沈水酸化ニッケル粒子は、各種原料を混合して得られたものと比べて、元素が均一になる。しかしながら、均一なコバルトマンガン共沈水酸化ニッケル粒子を得るためには、還元剤としてアンモニアやヒドラジンを必要としており、工業的規模での生産は困難であった。
On the other hand, the cobalt manganese coprecipitated nickel hydroxide particles disclosed in
本発明は、電池特性、特に充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用の正極材料を与える金属化合物組成物、及び、簡便なその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the metal compound composition which provides the positive electrode material for lithium ion secondary batteries excellent in battery characteristics, especially charging / discharging cycling characteristics, and its simple manufacturing method.
本発明者は上記課題に鑑み鋭意検討した。その結果、充放電サイクル寿命の高いリチウムマンガン系複合酸化物を得るための原料として、金属化合物粒子上にマンガン酸化物が析出した構造の組成物が適していることを見出した。さらには、このような金属化学組成物は、特定の条件下で四三酸化マンガンを晶析させることで、簡便に製造できることを見出した。 The present inventor has intensively studied in view of the above problems. As a result, it has been found that a composition having a structure in which manganese oxide is deposited on metal compound particles is suitable as a raw material for obtaining a lithium manganese composite oxide having a high charge / discharge cycle life. Furthermore, it has been found that such a metal chemical composition can be easily produced by crystallizing trimanganese tetraoxide under specific conditions.
以下、本発明の金属化合物組成物について説明する。 Hereinafter, the metal compound composition of the present invention will be described.
本発明の金属化合物組成物は、金属化合物粒子上に四三酸化マンガンを有する組成物であり、表面に四三酸化マンガンを有する金属化合物組成物である。これにより、本発明の金属化合物組成物を原料として得られるリチウムマンガン系複合酸化物の電池特性、特に充放電サイクル特性が高くなる。 The metal compound composition of the present invention is a composition having trimanganese tetroxide on the metal compound particles, and is a metal compound composition having trimanganese tetroxide on the surface. Thereby, the battery characteristics of the lithium manganese composite oxide obtained using the metal compound composition of the present invention as a raw material, particularly the charge / discharge cycle characteristics, are enhanced.
本発明において「組成物」とは、粒子状で複合化された粒子を意味する。また、「粒子状で複合化される」とは、金属化合物と四三酸化マンガンとが、少なくともいずれかの一次粒子が他方の粒子と凝集して二次粒子を形成していることを意味する。したがって、本発明の金属化合物組成物は、これを溶媒中に分散しても、金属化合物粒子と四三酸化マンガン粒子とが分離することのない二次粒子、いわゆる複合化粒子である。そのため、例えば、四三酸化マンガン粒子と金属化合物粒子を混合するなどの物理混合によって得られた混合物と、本発明の金属化合物組成物、すわなち、本発明の金属化合物複合化粒子とは異なる。 In the present invention, the “composition” means particles that are combined in the form of particles. Further, “complexed in the form of particles” means that at least one of the primary particles aggregates with the other particles to form secondary particles of the metal compound and manganese trioxide. . Therefore, the metal compound composition of the present invention is a so-called composite particle, which is a secondary particle in which the metal compound particle and the trimanganese tetroxide particle are not separated even when dispersed in a solvent. Therefore, for example, a mixture obtained by physical mixing such as mixing trimanganese tetroxide particles and metal compound particles is different from the metal compound composition of the present invention, that is, the metal compound composite particles of the present invention. .
金属化合物としては、酸化物、水酸化物、炭酸塩を挙げることができ、水酸化物であることが好ましい。 Examples of the metal compound include oxides, hydroxides, and carbonates, and hydroxides are preferable.
金属化合物粒子の金属は、マンガン(Mn)以外の金属元素であり、マンガン及びリチウム(Li)以外であることがより好ましく、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種の化合物であることが好ましく、上記の群から選ばれる少なくとも2種の化合物であることが好ましい。これらの金属化合物を含有することで、本発明の四三酸化マンガン組成物を原料として得られるリチウム複合酸化物の電池特性が向上しやすい。 The metal of the metal compound particles is a metal element other than manganese (Mn), more preferably manganese 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 (Zr) ), Molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), and tin (Sn), preferably at least one compound selected from the group consisting of at least two compounds selected from the above group. It is preferable. By containing these metal compounds, the battery characteristics of the lithium composite oxide obtained using the trimanganese tetroxide composition of the present invention as a raw material are easily improved.
リチウム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、コバルト又はニッケルの少なくともいずれかであることがより好ましく、コバルト及びニッケルであることが好ましい。 From the viewpoint of improving charge / discharge cycle characteristics and battery characteristics at high temperatures when a lithium composite oxide is produced, it is more preferably at least one of cobalt and nickel, and more preferably cobalt and nickel.
金属化合物粒子が複数金属からなる複合金属化合物の粒子である場合、各金属の割合は任意である。例えば、金属酸化物粒子がニッケル−コバルト複合金属化合物粒子である場合、ニッケル/コバルトのモル比として1/5から5/1、更には4/5〜6/5を挙げることができる。 When the metal compound particles are particles of a composite metal compound composed of a plurality of metals, the ratio of each metal is arbitrary. For example, when the metal oxide particles are nickel-cobalt composite metal compound particles, the molar ratio of nickel / cobalt may be 1/5 to 5/1, and further 4/5 to 6/5.
本発明の金属化合物組成物は、その表面に四三酸化マンガンを有する。ここで、四三酸化マンガンは、Hausmannite型結晶構造であり、空間群I41/amdに帰属されるものである。 The metal compound composition of the present invention has trimanganese tetraoxide on its surface. Here, trimanganese tetraoxide has a Hausmannite type crystal structure, and is attributed to the space group I41 / amd.
本発明の金属化合物組成物において、四三酸化マンガンと金属化合物中の金属の比率は、モル比でMn/Meが4/1から、1/4であることが好ましい(Me:金属化合物中の金属)。 In the metal compound composition of the present invention, the ratio of manganese trioxide to the metal in the metal compound is preferably a molar ratio of Mn / Me from 4/1 to 1/4 (Me: in the metal compound) metal).
本発明の金属化合物組成物において、四三酸化マンガンの存在形態の1つとして、単一の金属化合物粒子表面に四三酸化マンガンが存在して構成される、いわゆるコアシェル構造が挙げられる。このような存在形態において、多孔性の金属化合物を用いることで、四三酸化マンガンが金属酸化物粒子の細孔内部まで分散することができる。そのため、本発明委の金属化合物組成物が含む金属酸化物粒子は多孔質であることが好ましい。 In the metal compound composition of the present invention, one of the existence forms of trimanganese tetroxide is a so-called core-shell structure constituted by the presence of trimanganese tetroxide on the surface of a single metal compound particle. In such a presence form, by using a porous metal compound, trimanganese tetraoxide can be dispersed into the pores of the metal oxide particles. Therefore, the metal oxide particles contained in the metal compound composition of the present invention are preferably porous.
本発明の金属化合物組成物は、その平均粒子径が5μmを超えることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。これにより、四三酸化マンガンが金属化合物粒子上に分散しやすくなる。平均粒子径の上限は、最終的に目的とするリチウム複合酸化物の粒子径により任意に設定することができる。平均粒子径の上限として、20μm以下を例示することができる。 The metal compound composition of the present invention preferably has an average particle diameter of more than 5 μm, more preferably 10 μm or more. Thereby, trimanganese tetraoxide is easily dispersed on the metal compound particles. The upper limit of the average particle diameter can be arbitrarily set depending on the particle diameter of the finally intended lithium composite oxide. Examples of the upper limit of the average particle diameter include 20 μm or less.
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.
本発明の金属化合物組成物は、そのBET比表面積が10m2/gを超えることが好ましく、15m2/g以上であることがより好ましい。BET比表面積が10m2/gを超えることでリチウム化合物との反応性が向上する傾向にある。 The metal compound composition of the present invention preferably has a BET specific surface area of more than 10 m 2 / g, more preferably 15 m 2 / g or more. When the BET specific surface area exceeds 10 m 2 / g, the reactivity with the lithium compound tends to be improved.
以下、本発明の金属化合物組成物の製造方法について説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the metal compound composition of this invention is demonstrated.
本発明の四三酸化マンガン組成物は、平均粒子径が5μmを超える金属化合物粒子とマンガンイオンを含有するマンガン塩水溶液(以下、「粒子含有マンガン塩水溶液」とする)からマンガン水酸化物を経由せずに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 trimanganese tetraoxide composition of the present invention passes through manganese hydroxide from a manganese salt aqueous solution (hereinafter referred to as “particle-containing manganese salt aqueous solution”) containing metal compound particles and manganese ions having an average particle diameter of more than 5 μm. Without being produced by a production method having a crystallization step of crystallizing trimanganese tetraoxide.
上記の工程、すなわち、粒子含有マンガン塩水溶液からマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを晶析させる工程では、粒子含有マンガン塩水溶液から、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四三酸化マンガンを金属化合物粒子上に晶析させることで金属化合物組成物を製造する。 In the above-described step, that is, the step of crystallizing manganese tetroxide from the aqueous manganese salt solution without passing through the manganese hydroxide, manganese hydroxide crystals are precipitated in the alkaline region from the aqueous manganese salt solution. Without making it, a metal compound composition is produced by crystallizing trimanganese tetraoxide on the metal compound particles.
したがって、本発明の金属化合物組成物の製造方法は、粒子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化合物組成物を製造する。 Therefore, the method for producing a metal compound composition of the present invention comprises depositing a manganese hydroxide in an alkaline region from a particle-containing manganese salt aqueous solution and oxidizing the manganese hydroxide with an oxidizing agent without passing through the steps of oxidizing the manganese hydroxide. Manufacturing things.
なお、本発明の金属化合物組成物の製造方法は、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、本発明の金属化合物組成物の製造方法は、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。 In addition, in the method for producing the metal compound composition of the present invention, the crystal phase of manganese hydroxide is not generated at all in the crystallization step, and after the microcrystals of the hydroxide are precipitated for a short time, The embodiment includes conversion to trimanganese tetraoxide before growing into a plate-like crystal. That is, the method for producing a metal compound composition of the present invention is characterized in that hexagonal plate-like manganese hydroxide crystals are not produced in the crystallization step.
六角板状のマンガン水酸化物の結晶が生じたか否かは、得られた金属化合物粒子の粒子形状と金属化合物組成物との粒子形状の違い、即ち、金属化合物粒子上の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 hexagonal plate-like manganese hydroxide crystals have occurred depends on the difference in the particle shape of the obtained metal compound particles and the particle shape of the metal compound composition, that is, the amount of manganese trioxide on the metal compound particles. This can be determined by observing the particle shape.
本発明の製造方法において、四三酸化マンガンを晶析させる際の粒子含有マンガン塩水溶液のpH又はスラリーの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 particle-containing manganese salt aqueous solution or the pH of the slurry when crystallizing trimanganese tetraoxide is preferably set to a pH at which manganese hydroxide is difficult to be generated. It is more preferable to set it to pH up to.
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。粒子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 particle-containing manganese salt aqueous solution or slurry within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide.
粒子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。晶析工程中の粒子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 particle-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 particle-containing manganese salt aqueous solution or slurry during the crystallization step. 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、四三酸化マンガンを晶析させる際の粒子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。粒子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、粒子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、得られる四三酸化マンガン組成物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”) with respect to the standard hydrogen electrode of the aqueous manganese salt solution containing particles when crystallizing trimanganese tetraoxide is 0 mV or more. 300 mV or less, more preferably 30 mV or more and 150 mV or less. By making the oxidation-reduction potential of the particle-containing manganese salt aqueous solution within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide. Furthermore, by setting the oxidation-reduction potential of the aqueous manganese salt solution containing particles 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 trimanganese tetraoxide composition is higher. Prone.
晶析工程における粒子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。晶析工程中の粒子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 particle-containing manganese salt aqueous solution or slurry in the crystallization step is preferably in the above range during the crystallization step. It is preferable to reduce the variation in oxidation-reduction potential of the particle-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、粒子径が均一な四三酸化マンガン組成物を得ることができる。このようにして得られる金属化合物組成物は充填性が高く、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 carried out with the pH, oxidation-reduction potential, or both in the above-mentioned range, and the variation range of pH, oxidation-reduction potential, or both is reduced, so that the quaternary oxidation with a uniform particle size is achieved. A manganese composition can be obtained. The metal compound composition obtained in this way has a high filling property and easily reacts uniformly with the lithium compound.
粒子含有マンガン塩水溶液はマンガンイオンを含有する。粒子含有マンガン塩水溶液は、マンガンの硫酸塩、塩化物、硝酸塩、及び酢酸塩の水溶液、又は、マンガン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等を使用することができる。 The particle-containing manganese salt aqueous solution contains manganese ions. Particle-containing manganese salt aqueous solution is an aqueous solution of manganese sulfate, chloride, nitrate and acetate, or manganese metal or oxide dissolved in various acid aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid Etc. can be used.
粒子含有マンガン塩水溶液中の濃度は任意とすることができるが、マンガンイオン濃度として1mol/L以上であることが例示できる。粒子含有マンガン塩水溶液のマンガンイオン濃度を1mol/L以上とすることで、金属化合物粒子上に均一に四三酸化マンガンが分散した金属化合物組成物を効率よく得ることができる。 The concentration in the particle-containing manganese salt aqueous solution can be set arbitrarily, but the manganese ion concentration can be exemplified as 1 mol / L or more. By setting the manganese ion concentration of the particle-containing manganese salt aqueous solution to 1 mol / L or more, a metal compound composition in which trimanganese tetraoxide is uniformly dispersed on the metal compound particles can be efficiently obtained.
粒子含有マンガン塩水溶液は、マンガンイオンの他に金属化合物粒子を含有する。 The particle-containing manganese salt aqueous solution contains metal compound particles in addition to manganese ions.
金属化合物粒子は、平均粒子径が5μmを超え、10μm以上であることが好ましい。平均粒子径が5μm以下であると、四三酸化マンガンが晶析する際に、四三酸化マンガンが複数の金属化合物粒子を取り込んだ状態で単一粒子となる。そのため、得られる金属化合物組成物の組成が不均一になるだけでなく、金属化合物組成物の密度が低くなる。金属化合物粒子の平均粒子径の上限は、目的とする金属化合物組成物の粒子径により任意に選択することができる。例えば、平均粒子径の上限として20μm以下を挙げることができる。 The metal compound particles preferably have an average particle diameter of more than 5 μm and 10 μm or more. When the average particle size is 5 μm or less, the manganese trioxide becomes a single particle in a state in which a plurality of metal compound particles are taken in when the manganese trioxide crystallizes. Therefore, not only the composition of the obtained metal compound composition is not uniform, but also the density of the metal compound composition is lowered. The upper limit of the average particle diameter of the metal compound particles can be arbitrarily selected depending on the particle diameter of the target metal compound composition. For example, the upper limit of the average particle diameter can be 20 μm or less.
金属化合物粒子は、BET比表面積が10m2/g以上であることが好ましく、15m2/g以上であることがより好ましい。BET比表面積が10m2/g以上であることで、金属化合物粒子上に四三酸化マンガンが均一析出しやすくなる。 The metal compound particles preferably have a BET specific surface area of 10 m 2 / g or more, and more preferably 15 m 2 / g or more. When the BET specific surface area is 10 m 2 / g or more, trimanganese tetraoxide is easily deposited on the metal compound particles.
金属化合物粒子上に四三酸化マンガンが分散して析出しやすくする観点より、金属化合物粒子は多孔質であることが好ましい。例えば、多孔質な金属化合物粒子として、板状結晶が凝集した二次粒子を挙げることができる。 From the viewpoint of facilitating the precipitation and precipitation of trimanganese tetraoxide on the metal compound particles, the metal compound particles are preferably porous. For example, examples of the porous metal compound particles include secondary particles in which plate crystals are aggregated.
金属化合物粒子は酸化物、水酸化物、炭酸塩を挙げることができ、水酸化物であることが好ましい。 Examples of the metal compound particles include oxides, hydroxides and carbonates, and hydroxides are preferred.
金属化合物粒子の金属は、マンガン(Mn)以外の金属元素であることが好ましく、Mn及びLi以外であることがより好ましく、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Mo、Ag、In、Snの化合物の群から選ばれる少なくとも1種であることが更に好ましい。これらの金属化合物を含有することで、本発明の四三酸化マンガン組成物を原料として得られる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。 The metal of the metal compound particles is preferably a metal element other than manganese (Mn), more preferably other than Mn and Li, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, More preferably, it is at least one selected from the group of compounds of Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Mo, Ag, In, and Sn. By containing these metal compounds, the battery characteristics of the lithium manganese composite oxide obtained using the trimanganese tetraoxide composition of the present invention as a raw material are easily improved.
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、コバルト又はニッケルの少なくともいずれかであることがより好ましく、コバルト及びニッケルであることが好ましい。 From the viewpoint of improving charge / discharge cycle characteristics and battery characteristics at high temperatures when a lithium manganese composite oxide is produced, it is more preferably at least one of cobalt and nickel, and more preferably cobalt and nickel.
金属化合物粒子が複数金属からなる複合金属化合物である場合、各金属の割合は任意である。例えば、金属酸化物粒子がニッケル−コバルト複合金属化合物である場合、ニッケル/コバルトのモル比として1/5から5/1を、更には4/5〜6/5を挙げることができる。 When the metal compound particles are a composite metal compound composed of a plurality of metals, the ratio of each metal is arbitrary. For example, when the metal oxide particles are a nickel-cobalt composite metal compound, the molar ratio of nickel / cobalt can be 1/5 to 5/1, and further 4/5 to 6/5.
本発明の製造方法で使用される金属化合物粒子は、上記の物性を有していれば任意のものを使用することができる。 As the metal compound particles used in the production method of the present invention, any particles can be used as long as they have the above physical properties.
特に好ましい金属化合物粒子として、各種の金属イオンを含有する金属塩水溶液から析出させて得られた金属水酸化物の粒子を挙げることができる。 Particularly preferred metal compound particles include metal hydroxide particles obtained by precipitation from metal salt aqueous solutions containing various metal ions.
金属水酸化物の粒子の析出は、金属塩水溶液にアルカリ水溶液を添加することで行える。 Precipitation of the metal hydroxide particles can be performed by adding an aqueous alkali solution to the aqueous metal salt solution.
金属塩水溶液としては、硫酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等の水溶液や、金属、金属酸化物等を硫酸、塩酸、硝酸、酢酸などの各種の酸水溶液に溶解したものを挙げることができる。また、アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液を例示することができる。 Examples of the aqueous metal salt solution include aqueous solutions such as sulfates, chlorides, nitrates and acetates, and metals and metal oxides dissolved in various acid aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid. . Moreover, as aqueous alkali solution, aqueous solution, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, can be illustrated.
金属水酸化物の析出の際の条件は、大気雰囲気下、窒素雰囲気下等の任意の雰囲気において、温度40℃以上、pH7.5〜10を例示できる。さらに、金属水酸化物粒子の充填性を上げる観点から、反応時間を1時間以上とすることが好ましい。 The conditions for the precipitation of the metal hydroxide include a temperature of 40 ° C. or higher and a pH of 7.5 to 10 in an arbitrary atmosphere such as an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. Furthermore, from the viewpoint of increasing the filling properties of the metal hydroxide particles, the reaction time is preferably 1 hour or longer.
本発明の製造方法では、晶析工程において、粒子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。 In the production method of the present invention, it is preferable to use an alkaline aqueous solution (hereinafter referred to as an alkaline aqueous solution) when adjusting the pH of the particle-containing manganese salt aqueous solution in the crystallization step. 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、粒子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。晶析をする際の粒子含有マンガン塩水溶液の温度をこの範囲とすることで、金属化合部粒子が凝集することなく、金属化合物組成物が得られる。そのため、金属化合物組成物の粒子径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 particle-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 particle-containing manganese salt aqueous solution at the time of crystallization within this range, a metal compound composition can be obtained without agglomeration of metal compound part particles. Therefore, the particle diameter of the metal compound composition tends 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、気体酸化剤を粒子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、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 the gaseous oxidant by blowing it into the particle-containing manganese salt aqueous solution. Thereby, crystallization of trimanganese tetraoxide is likely to occur more uniformly.
本発明の製造方法では、晶析工程において、粒子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 the aqueous manganese salt solution and the aqueous alkali solution in the crystallization step.
粒子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、粒子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、及び粒子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。粒子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、混合方法は粒子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 particle-containing manganese salt aqueous solution and alkaline aqueous solution will not be specifically limited if both can be mixed uniformly. Examples of the mixing method include a method in which an alkaline aqueous solution is added to a particle-containing manganese salt aqueous solution and mixed, and a method in which the particle-containing manganese salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution are added to a solvent such as pure water and mixed. From the viewpoint of sufficiently and uniformly reacting the particle-containing manganese salt aqueous solution and the alkali aqueous solution, the mixing method is preferably a method in which the particle-containing manganese salt aqueous solution and the alkali aqueous solution are added to a solvent and mixed.
本発明の製造方法では、粒子含有マンガン塩水溶液から、個々の金属化合物粒子上に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、粒子含有マンガン塩水溶液から直接、かつ、連続的に金属化合物組成物を製造することができる。 In the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide is directly crystallized on individual metal compound particles from a particle-containing manganese salt aqueous solution. Therefore, there is no need to change the reaction atmosphere during the process. Therefore, the metal compound composition can be produced directly and continuously from the particle-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、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化合物組成物は、錯化剤を用いずに得た金属化合物組成物が同様の組成を有していても充填性や粒子径などの粉末物性が異なる。 These complexing agents affect the crystallization behavior of trimanganese tetraoxide. Therefore, the metal compound composition obtained in the presence of the complexing agent has powder physical properties such as filling property and particle size even if the metal compound composition obtained without using the complexing agent has the same composition. Different.
本発明の金属化合物組成物の製造方法は、得られた金属化合物組成物を焼成して、四三酸化マンガンを三二酸化マンガンとする焼成工程を有していてもよい。 The method for producing a metal compound composition of the present invention may include a firing step in which the obtained metal compound composition is fired to convert manganese trioxide to manganese trioxide.
本発明のリチウム複合酸化物の製造方法は、上述の金属化合物組成物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。 The method for producing a lithium composite oxide of the present invention includes a mixing step of mixing the above-described metal compound composition and at least one of lithium and a lithium compound, and a heating step of heat treatment.
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.
本発明の金属化合物組成物は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質であるリチウム複合酸化物の原料として使用できる。 The metal compound composition of the present invention can be used as a raw material for a lithium composite oxide that is a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
さらに、本発明の製造方法では、錯化剤、還元剤、雰囲気制御等を必要とせず、従来のリチウム複合酸化物用の原料と比べ、簡便な方法で金属化合物組成物を製造することができる。 Furthermore, the production method of the present invention does not require a complexing agent, a reducing agent, an atmosphere control, and the like, and can produce a metal compound composition by a simpler method compared to conventional raw materials for lithium composite oxides. .
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.
(化学組成の測定)
試料の化学組成はICP発光分析を用いて測定した。
(Measurement of chemical composition)
The chemical composition of the sample was measured using ICP emission analysis.
(結晶相の同定)
遷移金属複合水酸化物、金属化合物およびリチウムマンガン異種金属複合酸化物の結晶相を、一般的なX線回折装置(マックサイエンス社製MXP−3)を使用して評価した。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100°の範囲で測定した。
(Identification of crystal phase)
The crystal phases of the transition metal composite hydroxide, the metal compound, and the lithium manganese dissimilar metal composite oxide were evaluated using a general X-ray diffractometer (MXP-3 manufactured by Mac Science). 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 100 ° Measured with
(粒子径分布測定)
原料として使用した金属化合物および金属化合物組成物の粒子径分布は以下の様に測定した。試料0.5gをアンモニア水50mL中に投入し、10秒間超音波照射して分散スラリーとした。分散スラリーをマイクロトラックHRA(HONEWELL製)に所定量投入し、レーザー回折法で体積分布の測定を行なった。得られた体積分布から、体積粒子径を求めて粒度分布を評価し最頻粒子径を求め、これを平均粒子径とした。
(Particle size distribution measurement)
The particle size distribution of the metal compound and metal compound composition used as raw materials was measured as follows. 0.5 g of the sample was put into 50 mL of aqueous ammonia and ultrasonically irradiated for 10 seconds to obtain a dispersion slurry. A predetermined amount of the dispersed slurry was put into Microtrac HRA (manufactured by HONEWELL), and volume distribution was measured by a laser diffraction method. From the obtained volume distribution, the volume particle size was determined, the particle size distribution was evaluated, the mode particle size was determined, and this was taken as the average particle size.
(タップ密度測定)
遷移金属複合水酸化物またはリチウムマンガン異種金属複合酸化物2gを10mlのガラス製メスシリンダーに充填し、手動で200回タッピングした。重量およびタッピング後の体積から、タップ密度を算出した。
(Tap density measurement)
A transition metal composite hydroxide or 2 g of lithium manganese dissimilar metal composite oxide was filled in a 10 ml glass graduated cylinder and manually tapped 200 times. The tap density was calculated from the weight and the volume after tapping.
(電池性能評価)
リチウム複合酸化物の正極としての電池特性試験を行った。
(Battery performance evaluation)
The battery characteristic test as a positive electrode of lithium composite oxide was conducted.
リチウム複合酸化物と導電剤のポリテトラフルオロエチレンとアセチレンブラックとの混合物(商品名:TAB−2)とを重量比で4:1の割合で混合し、1ton/cm2の圧力でメッシュ(SUS316製)上にペレット状に成型した後、150℃で減圧乾燥し電池用正極を作製した。得られた電池用正極と、金属リチウム箔(厚さ0.2mm)からなる負極、およびエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1mol/dm3の濃度で溶解した電解液を用いて電池を構成した。当該電池を用いて定電流で電池電圧が4.3Vから2.5Vの間室温下で充放電させた。初回および10回充放電時の放電容量を評価した。 A mixture of lithium composite oxide, polytetrafluoroethylene as a conductive agent, and acetylene black (trade name: TAB-2) is mixed at a weight ratio of 4: 1 and meshed at a pressure of 1 ton / cm 2 (SUS316). Made into a pellet and dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a positive electrode for a battery. Electrolysis in which lithium hexafluorophosphate was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol / dm 3 in the obtained positive electrode for a battery, a negative electrode comprising a metal lithium foil (thickness 0.2 mm), and A battery was constructed using the liquid. Using the battery, the battery voltage was charged and discharged at a constant current between 4.3 V and 2.5 V at room temperature. The discharge capacity at the first charge and discharge 10 times was evaluated.
実施例1
[複合金属化合物の製造]
硫酸ニッケル(和光純薬製,試薬特級)及び硫酸コバルト(和光純薬製,試薬特級)を純水に溶解し、2mol/Lの硫酸ニッケル及び2mol/Lの硫酸コバルトを含む原料溶液を調製した。原料溶液中のNi/Coモル比は1であった。
Example 1
[Production of composite metal compounds]
Nickel sulfate (Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) and cobalt sulfate (Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) were dissolved in pure water to prepare a raw material solution containing 2 mol / L nickel sulfate and 2 mol / L cobalt sulfate. . The Ni / Co molar ratio in the raw material solution was 1.
得られた原料溶液67.3gを80℃の純水に添加して共沈化合物を析出させ、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)のpHが8.0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。原料溶液の添加後、反応スラリーの攪拌を1時間行った。これにより、原料溶液中のニッケル及びコバルトの99.9%が共沈化合物として析出した。 67.3 g of the obtained raw material solution was added to 80 ° C. pure water to precipitate a coprecipitation compound, thereby obtaining a reaction slurry. The raw material solution was added while adding a 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution to the pure water (reaction slurry) so that the pH of the pure water (reaction slurry) was 8.0. After the addition of the raw material solution, the reaction slurry was stirred for 1 hour. Thereby, 99.9% of nickel and cobalt in the raw material solution were precipitated as a coprecipitation compound.
当該反応スラリーの一部を採取し、ろ過、洗浄、乾燥することで、共沈化合物の乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末は、組成がNi/Coモル比=1:1、結晶相が層状構造(空間群P−31m)であり、Ni0.5Co0.5(OH)2で表されるニッケルコバルト複合水酸化物であることがわかった。また、SEM観察の結果、当該複合酸化物は板状粒子が凝集して粒子を形成していることが分かった。 A part of the reaction slurry was collected, filtered, washed and dried to obtain a dry powder of the coprecipitated compound. The obtained dry powder has a composition of Ni / Co molar ratio = 1: 1, a crystal phase of a layered structure (space group P-31m), and represented by Ni 0.5 Co 0.5 (OH) 2. It was found to be a nickel cobalt composite hydroxide. Further, as a result of SEM observation, it was found that the composite oxide formed particles by aggregation of plate-like particles.
一方、攪拌後のニッケルコバルト複合水酸化物を含有する反応スラリーに、2mol/Lの硫酸マンガン水溶液32.8gを添加することで、複合共沈物を得た。なお、硫酸マンガン水溶液の添加は、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反応スラリーに吹き込み、また、反応スラリーのpHが7.0で一定となるように2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を反応スラリーに添加しながら行った。 On the other hand, a composite coprecipitate was obtained by adding 32.8 g of a 2 mol / L aqueous manganese sulfate solution to the reaction slurry containing nickel cobalt composite hydroxide after stirring. The addition of the manganese sulfate aqueous solution is performed by blowing oxygen gas into the reaction slurry so that the oxidation-reduction potential in the reaction slurry is 100 ± 20 mV, and 2 mol / wt so that the pH of the reaction slurry is constant at 7.0. L was added while adding an aqueous sodium hydroxide solution to the reaction slurry.
硫酸マンガン溶液の添加後、反応スラリーを1時間攪拌した後、当該反応スラリーをろ過、洗浄し、得られた複合共沈物を110℃で乾燥することで実施例1の複合金属化合物組成物を得た。 After the addition of the manganese sulfate solution, the reaction slurry is stirred for 1 hour, and then the reaction slurry is filtered and washed, and the resulting composite coprecipitate is dried at 110 ° C. to obtain the composite metal compound composition of Example 1. Obtained.
実施例1の複合金属化合物組成物は、金属元素としてNiを21.1重量%、Coを21.2重量%、Mnを20.3重量%含有し、Ni/Co/Mnモル比=1.0/1.0/1.0であった。 The composite metal compound composition of Example 1 contains 21.1% by weight of Ni, 21.2% by weight of Co, and 20.3% by weight of Mn as metal elements, and the Ni / Co / Mn molar ratio = 1. It was 0 / 1.0 / 1.0.
さらに、当該複合金属化合物組成物の結晶相は、四三酸化マンガン(Hausmannite、空間群I41/amd)とニッケルコバルト複合水酸化物(層状構造、空間群P −3 m 1)との混合相であることがわかった。 Furthermore, the crystal phase of the composite metal compound composition is a mixed phase of manganese trioxide (Hausmannite, space group I41 / amd) and nickel cobalt composite hydroxide (layered structure, space group P -3 m 1). I found out.
さらに、SEM観察の結果により、板状のニッケルコバルト複合水酸化物上に不定形の粒子が確認された。これらの結果より、実施例1の複合金属化合物は、Ni0.5Co0.5(OH)2上にMn3O4が析出した、四三酸化マンガン含有ニッケルコバルト複合水酸化物であることが確認できた。さらに、当該四三酸化マンガン含有ニッケルコバルト複合水酸化物では、板状のニッケルコバルト複合水酸化物の二次粒子の表面上に、一次粒子径1μm以下の四三酸化マンガンが凝集した、凝集化粒子であることが分かった。 Furthermore, as a result of SEM observation, amorphous particles were confirmed on the plate-like nickel-cobalt composite hydroxide. From these results, the composite metal compound of Example 1 is a trimanganese tetraoxide-containing nickel-cobalt composite hydroxide in which Mn 3 O 4 is deposited on Ni 0.5 Co 0.5 (OH) 2. Was confirmed. Further, in the nickel-cobalt composite hydroxide containing trimanganese tetraoxide, agglomeration of trimanganese tetraoxide with a primary particle diameter of 1 μm or less aggregated on the surface of the secondary particles of the plate-like nickel-cobalt composite hydroxide. It turned out to be a particle.
実施例1の四三酸化マンガン含有ニッケルコバルト複合水酸化物の評価結果を表1に示し、粒子径分布を図1に、XRD図を図2に、SEM観察結果を図3に示した。 The evaluation results of the trimanganese tetraoxide-containing nickel cobalt composite hydroxide of Example 1 are shown in Table 1, the particle size distribution is shown in FIG. 1, the XRD diagram is shown in FIG. 2, and the SEM observation result is shown in FIG.
また、実施例1で得られたニッケルコバルト複合水酸化物のSEM観察結果を図4に示した。 Moreover, the SEM observation result of the nickel cobalt composite hydroxide obtained in Example 1 is shown in FIG.
[リチウム複合酸化物の製造]
得られた四三酸化マンガン含有ニッケルコバルト複合水酸化物と、平均粒子径0.3μmの炭酸リチウムとをLi/(Ni+Co+Mn)モル比=1.05となるように混合した後、大気中900℃で24時間焼成してリチウム複合酸化物を得た。
[Production of lithium composite oxide]
The obtained tribasic manganese tetraoxide-containing nickel cobalt composite hydroxide and lithium carbonate having an average particle size of 0.3 μm were mixed so that the Li / (Ni + Co + Mn) molar ratio = 1.05, and then 900 ° C. in the atmosphere. And calcined for 24 hours to obtain a lithium composite oxide.
得られたリチウム複合酸化物は、組成がLi1.03Ni0.33Co0.33Mn0.34O2.0、結晶相が層状岩塩型構造(空間群R−3m)の単一相、タップ密度が2.0g/cm3であった。 The obtained lithium composite oxide has a composition of Li 1.03 Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2.0 and a single phase having a layered rock-salt structure (space group R-3m). The tap density was 2.0 g / cm 3 .
得られたリチウム複合酸化物の電池特性評価の結果、初回放電容量は158.5mAh/g、10回目の放電容量は156.9mAh/gであった。初回および10回目の容量比率は99.0%であった。 As a result of evaluating the battery characteristics of the obtained lithium composite oxide, the initial discharge capacity was 158.5 mAh / g, and the 10th discharge capacity was 156.9 mAh / g. The volume ratio of the first time and the 10th time was 99.0%.
実施例1のリチウム複合酸化物の評価結果を表2に、XRD図を図5示した。 The evaluation results of the lithium composite oxide of Example 1 are shown in Table 2, and the XRD diagram is shown in FIG.
比較例1
Mn3O4粉末(商品名:ブラウノックス、東ソー株式会社製)、実施例1で得られたニッケルコバルト複合水酸化物、及び、炭酸リチウムを、Li/(Ni+Co)/Mnモル比=1.05/(0.33+0.33)/0.34となるように混合し、大気中900℃で24時間焼成してリチウム複合酸化物を得た。
Comparative Example 1
Mn 3 O 4 powder (trade name: Brownox, manufactured by Tosoh Corporation), nickel-cobalt composite hydroxide obtained in Example 1, and lithium carbonate, Li / (Ni + Co) / Mn molar ratio = 1. It mixed so that it might become 05 / (0.33 + 0.33) /0.34, and it baked at 900 degreeC in air | atmosphere for 24 hours, and obtained lithium complex oxide.
得られたリチウム複合酸化物は、組成がLi1.03Ni0.33Co0.33Mn0.34OXであった。また、当該リチウム複合酸化物は、結晶相が層状岩塩型構造(空間群R−3m)であったが、Li2MnO3(空間群C2/m)及びNiOを含有する混合物であった。 The obtained lithium composite oxide had a composition of Li 1.03 Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O X. In addition, the lithium composite oxide had a layered rock salt structure (space group R-3m), but was a mixture containing Li 2 MnO 3 (space group C2 / m) and NiO.
得られたリチウム複合酸化物の電池特性評価の結果、初回放電容量は126.0mAh/g、10回目の放電容量は70.7mAh/gであった。初回および10回目の容量比率は56.1%であった。 As a result of evaluating the battery characteristics of the obtained lithium composite oxide, the initial discharge capacity was 126.0 mAh / g, and the 10th discharge capacity was 70.7 mAh / g. The volume ratio of the first time and the 10th time was 56.1%.
比較例1のリチウム複合酸化物の評価結果を表2に示した。 The evaluation results of the lithium composite oxide of Comparative Example 1 are shown in Table 2.
比較例2
塩化ニッケル(和光純薬製、試薬特級)、塩化コバルト(和光純薬製、試薬特級)、及び塩化マンガン(和光純薬製、試薬特級)を純水に溶解し、0.5mol/Lの塩化ニッケル、0.5mol/Lの塩化コバルト、及び0.5mol/Lの塩化マンガンを含有する原料溶液を得た。
Comparative Example 2
Nickel chloride (Wako Pure Chemicals, reagent special grade), cobalt chloride (Wako Pure Chemicals, reagent special grade), and manganese chloride (Wako Pure Chemicals, reagent special grade) are dissolved in pure water and 0.5 mol / L of chloride is dissolved. A raw material solution containing nickel, 0.5 mol / L cobalt chloride, and 0.5 mol / L manganese chloride was obtained.
得られた原料溶液を60℃の純水に添加し、これにより共沈水酸化物を析出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)のpHが9.0で一定となるように3mol/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 60 ° C., thereby obtaining a reaction slurry in which a coprecipitated hydroxide was precipitated. The raw material solution was added while adding a 3 mol / L sodium hydroxide aqueous solution to the pure water (reaction slurry) so that the pH of the pure water (reaction slurry) was constant at 9.0.
得られた共沈化合物スラリーをろ過した後、純水で洗浄し、乾燥し、比較例2の共沈化合物を得た。 The obtained coprecipitate compound slurry was filtered, washed with pure water, and dried to obtain a coprecipitate compound of Comparative Example 2.
得られた共沈化合物は、組成がNi:Co:Mnモル比=1:1:1であり、結晶相が層状構造であった。これらの結果より、当該共沈化合物は、Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2で表される、ニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物であることがわかった。粒度分布曲線はシャープな単一ピークを示し、平均粒子径は8.5μmであった。 The obtained coprecipitated compound had a composition of Ni: Co: Mn molar ratio = 1: 1: 1, and the crystal phase had a layered structure. From these results, it was found that the coprecipitated compound was a nickel-cobalt-manganese composite hydroxide represented by Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 (OH) 2 . The particle size distribution curve showed a sharp single peak, and the average particle size was 8.5 μm.
比較例2のニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物の評価結果を表1に示した。 The evaluation results of the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide of Comparative Example 2 are shown in Table 1.
[リチウム複合酸化物の製造]
得られたニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物と炭酸リチウムとを、Li/(Ni+Co+Mn)モル比=1.05/1となるように混合し、大気中900℃で12時間焼成してリチウム複合酸化物を得た。
[Production of lithium composite oxide]
The obtained nickel-cobalt-manganese composite hydroxide and lithium carbonate were mixed so that the Li / (Ni + Co + Mn) molar ratio = 1.05 / 1, and calcined in the atmosphere at 900 ° C. for 12 hours to form a lithium composite. An oxide was obtained.
得られたリチウム複合酸化物は、組成がLi1.04[Ni0.33Mn0.34Co0.33]O2であった。また、当該リチウム複合酸化物は、結晶相が層状岩塩構造(空間群R−3m)であることがわかった。また、粒子径分布は広範であり、タップ密度は2.84g/cm3であった。 The obtained lithium composite oxide had a composition of Li 1.04 [Ni 0.33 Mn 0.34 Co 0.33 ] O 2 . The lithium composite oxide was found to have a layered rock salt structure (space group R-3m) in the crystal phase. The particle size distribution was wide and the tap density was 2.84 g / cm 3 .
得られたリチウム複合酸化物の電池性能評価の結果、初回放電容量は150.0mAh/g、10回目の放電容量は148.0mAh/gであった。初回および10回目の容量比率は98.7%であった。 As a result of battery performance evaluation of the obtained lithium composite oxide, the initial discharge capacity was 150.0 mAh / g, and the 10th discharge capacity was 148.0 mAh / g. The volume ratio of the first time and the 10th time was 98.7%.
比較例2のリチウム複合酸化物の評価結果を表2に示した。 The evaluation results of the lithium composite oxide of Comparative Example 2 are shown in Table 2.
実施例及び比較例の結果より、本発明の金属化合物組成物を使用して得られたリチウム系複合酸化物は、乾式混合や、共沈法により得られたリチウム系複合酸化物と比較しても充放電サイクル寿命が高かった。さらに、実施例のリチウム複合酸化物は、初回放電容量が比較例2のリチウム複合酸化物よりも大かった。これにより、本発明の金属化化合物組成物を使用して得られたリチウム複合酸化物は、充放電サイクル寿命のみならず、放電容量も大きくなることが分かった。 From the results of Examples and Comparative Examples, the lithium-based composite oxide obtained using the metal compound composition of the present invention was compared with the lithium-based composite oxide obtained by dry mixing or coprecipitation method. The charge / discharge cycle life was also high. Furthermore, the lithium composite oxide of the example had a larger initial discharge capacity than the lithium composite oxide of comparative example 2. Thereby, it turned out that the lithium composite oxide obtained by using the metallized compound composition of the present invention increases not only the charge / discharge cycle life but also the discharge capacity.
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