JP6221310B2 - Trimanganese tetraoxide composition, method for producing the same, and use thereof - Google Patents

Trimanganese tetraoxide composition, method for producing the same, and use thereof Download PDF

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Description

本発明は、リチウム複合酸化物の原料となるマンガン酸化物組成物及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウム複合酸化物の製造方法に関する。   The present invention relates to a manganese oxide composition as a raw material for a lithium composite oxide, a method for producing the same, and a method for producing a lithium composite oxide using the same.

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).

特開平08−37007号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-37007 特開2002−201028号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-201028

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 Patent Document 2 have uniform elements as compared with those obtained by mixing various raw materials. However, in order to obtain uniform cobalt manganese coprecipitated nickel hydroxide particles, ammonia or hydrazine is required as a reducing agent, and production on an industrial scale has been difficult.

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四三酸化マンガン組成物、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 trimanganese tetroxide 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、四三酸化マンガン粒子上に各種の金属化合物が析出した構造を持つ四三酸化マンガン組成物が、電池特性、特に充放電サイクル特性に優れたリチウム二次電池用のリチウム複合酸化物を与えることを見出した。   The present inventor has intensively studied in view of the above problems. As a result, a trimanganese tetroxide composition having a structure in which various metal compounds are deposited on trimanganese tetroxide particles is a lithium composite oxide for lithium secondary batteries having excellent battery characteristics, particularly charge / discharge cycle characteristics. Found to give.

さらに、このような四三酸化マンガン組成物は、特定の条件下で析出した四三酸化マンガン粒子上に金属酸化物を析出させることで得ることを見出した。   Furthermore, it has been found that such a trimanganese tetroxide composition is obtained by precipitating a metal oxide on trimanganese tetraoxide particles deposited under specific conditions.

以下、本発明の四三酸化マンガン組成物について説明する。   Hereinafter, the trimanganese tetraoxide composition of the present invention will be described.

本発明の四三酸化マンガン組成物は、表面に金属化合物を有する四三酸化マンガンである。これにより、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、特に充放電サイクル特性が高くなる。   The trimanganese tetroxide composition of the present invention is trimanganese tetroxide having a metal compound on the surface. Thereby, the battery characteristics of the lithium manganese composite oxide obtained using the trimanganese tetraoxide composition of the present invention as a raw material, particularly the charge / discharge cycle characteristics are enhanced.

金属化合物は四三酸化マンガン粒子の表面に存在する。具体的な存在形態としては、四三酸化マンガン粒子表面に金属化合物が存在する、いわゆるコアシェル構造を挙げることができる。   The metal compound is present on the surface of the trimanganese tetraoxide particles. A specific form of existence is a so-called core-shell structure in which a metal compound is present on the surface of the trimanganese tetroxide particles.

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、本発明の四三酸化マンガン組成物は、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、本発明の四三酸化マンガン組成物、すわなち、本発明の四三酸化マンガン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 trimanganese tetroxide composition of the present invention is secondary particles, so-called composite particles, in which the metal compound particles and the trimanganese tetroxide particles are not separated even if they are dispersed in a solvent. Therefore, for example, a mixture obtained by physical mixing such as mixing trimanganese tetroxide particles and metal compound particles, and the trimanganese tetraoxide composition of the present invention, that is, the trimanganese tetraoxide composite of the present invention. Different from particles.

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。   Manganese tetroxide has a Hausmannite type crystal structure and belongs to the space group I41 / amd.

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、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種であることがより好ましい。本発明の四三酸化マンガン組成物がこれらの金属の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 is preferably a metal element other than manganese (Mn), more preferably manganese or 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 It is preferably at least one selected from the group of (Zr), molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), and tin (Sn), and at least two selected from the above group. More preferred. When the trimanganese tetroxide composition of the present invention contains 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、更には4/5〜6/5を挙げることができる。   When the metal compound is a composite metal compound composed of a plurality of metals, the ratio of each metal is arbitrary. For example, when the metal oxide is 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.

本発明の四三酸化マンガン組成物において、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 trimanganese tetroxide composition of the present invention, the molar ratio of the trimanganese tetroxide to the metal in the metal compound is preferably a molar ratio of Mn / Me from 4/1 to 1/4 (Me: metal compound) Metal inside).

本発明の四三酸化マンガン組成物は、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。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 average particle diameter of the trimanganese tetraoxide composition of the present invention is preferably more than 5 μm, more preferably 10 μm or more. 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.

本発明の四三酸化マンガン組成物は、そのBET比表面積が10m/gを超えることが好ましく、15m/g以上であることがより好ましい。BET比表面積が10m/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 trimanganese tetraoxide 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、本発明の四三酸化マンガン組成物の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the trimanganese tetraoxide composition of this invention is demonstrated.

本発明の四三酸化マンガン組成物は、マンガンイオンを含有する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晶析工程、該四三酸化マンガンに金属化合物を析出させる工程を有することを特徴とする四三酸化マンガン組成物の製造方法により得ることができる。   The trimanganese tetraoxide composition of the present invention comprises a crystallization step of crystallizing trimanganese tetraoxide from a manganese salt aqueous solution containing manganese ions without going through manganese hydroxide, and a metal compound is added to the trimanganese tetraoxide. It can be obtained by a method for producing a trimanganese tetroxide composition characterized by having a step of precipitation.

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、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製造する。   In the step of crystallizing manganese trioxide from an aqueous manganese salt solution without passing through the manganese hydroxide, manganese tetraoxide is produced from the aqueous manganese salt solution without precipitating manganese hydroxide crystals in the alkaline region. .

したがって、本発明の四三酸化マンガン組成物の製造方法は、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四三酸化マンガンを製造する工程を有する。   Therefore, the method for producing a trimanganese tetraoxide composition of the present invention comprises depositing manganese hydroxide in an alkaline region from an aqueous manganese salt solution and oxidizing the manganese hydroxide with an oxidizing agent without passing through the steps of oxidizing the manganese hydroxide. A process for producing manganese.

なお、本発明の四三酸化マンガン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、本発明の四三酸化マンガン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。マンガン水酸化物の結晶が生じないことで、密度が高い四三酸化マンガンを得ることができる。   The method for producing the trimanganese tetroxide composition of the present invention includes a mode in which no crystal phase of manganese hydroxide is formed at all in the crystallization step, and after microcrystals of the hydroxide are precipitated for a short time, Is converted to trimanganese tetroxide before growing into hexagonal plate-like crystals. That is, the method for producing a trimanganese tetraoxide composition of the present invention is characterized in that hexagonal plate-like manganese hydroxide crystals are not produced in the crystallization step. Since no manganese hydroxide crystals are formed, it is possible to obtain trimanganese tetraoxide having a high density.

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 resulting manganese trioxide.

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 aqueous manganese salt solution or the pH of the slurry when crystallizing the trimanganese tetraoxide is preferably set to a pH at which manganese hydroxide is difficult to be generated, from weakly acidic to weakly alkaline. More preferably, the pH is set.

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。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 manganese salt aqueous solution or slurry within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide.

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 aqueous manganese salt solution or slurry is preferably set to the above range during the crystallization step. It is preferable to reduce the variation in pH of the aqueous manganese salt 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、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。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、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 redox potential (hereinafter also simply referred to as “redox potential”) of the aqueous manganese salt solution with respect to the standard hydrogen electrode is preferably 0 mV or more and 300 mV or less, preferably 30 mV or more, More preferably, it is 150 mV or less. By making the oxidation-reduction potential of the manganese salt aqueous solution within this range, it becomes difficult to produce manganese hydroxide. Furthermore, when the oxidation-reduction potential of the manganese salt aqueous solution is set 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 manganese trioxide is likely to be higher.

晶析工程における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。   It is preferable that the oxidation-reduction potential of the manganese salt aqueous solution or slurry in the crystallization step is within the above range during the crystallization step. It is preferable to reduce the variation in redox potential of the aqueous manganese salt solution or slurry during the crystallization process. 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を得ることができる。このようにして得られる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 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 uniform particle size Manganese can be obtained. The thus obtained trimanganese tetraoxide has a high filling property, and easily reacts uniformly with the lithium compound.

マンガン塩溶液のマンガン源としては、マンガンの硫酸塩、塩化物、硝酸塩、及び酢酸塩の水溶液、及び、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を使用することができる。   Manganese sources of manganese salt solution include manganese sulfate, chloride, nitrate, and acetate aqueous solutions, and manganese metals and oxides dissolved in various acid aqueous solutions such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid. Can be used.

マンガン塩水溶液中のマンガン濃度は任意とすることができる。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。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、四三酸化マンガンを効率よく得ることができる。   The manganese concentration in the manganese salt aqueous solution can be set arbitrarily. It can be exemplified that the manganese ion concentration is 1 mol / L or more. By setting the manganese ion concentration of the aqueous manganese salt solution to 1 mol / L or more, trimanganese tetraoxide can be obtained efficiently.

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 pH of manganese salt aqueous solution, it is preferable to use alkaline aqueous solution (henceforth, aqueous alkali 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、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。晶析をする際のマンガン塩水溶液の温度をこの範囲とすることで、四三酸化マンガン組成物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 manganese salt aqueous solution is 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 manganese salt aqueous solution at the time of crystallization within this range, the particle size of the trimanganese tetroxide composition is likely to be uniform.

本発明の製造方法において、晶析工程では反応時間が長いことが好ましい。これにより、四三酸化マンガンの充填性が高くなるだけでなく、不純物も低下する傾向にある。   In the production method of the present invention, the reaction time is preferably long in the crystallization step. Thereby, not only the filling property of trimanganese tetroxide is improved, but also impurities tend to be lowered.

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. Further, it is more preferable to perform crystallization by blowing a gaseous oxidant into an aqueous manganese salt 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、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 manganese salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution in the crystallization step.

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、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。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 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 manganese salt aqueous solution and mixing, a method in which a 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 manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution, the mixing method is preferably a method in which the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution are added to a solvent and mixed.

本発明の製造方法では、マンガン塩水溶液から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、マンガン塩水溶液から直接、かつ、連続的に四三酸化マンガンを製造することができる。さらには、四三酸化マンガンを直接晶析させるため、得られる四三酸化マンガンは密度が高くなりやすい。   In the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide is directly crystallized from an aqueous manganese salt solution. Therefore, there is no need to change the reaction atmosphere during the process. Therefore, trimanganese tetraoxide can be produced directly and continuously from the aqueous manganese salt solution. Furthermore, since trimanganese tetroxide is directly crystallized, the resulting trimanganese tetroxide tends to have a high density.

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四三酸化マンガンは、錯化剤を用いずに得た四三酸化マンガン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, manganese trioxide obtained in the presence of a complexing agent has powder properties such as packing property and particle size even if the manganese trioxide obtained without using a complexing agent has the same composition. Different.

本発明の製造方法では、上記の方法で得られた四三酸化マンガンに金属化合物を析出させる。   In the production method of the present invention, a metal compound is deposited on trimanganese tetraoxide obtained by the above method.

金属化合物の析出は、四三酸化マンガンを含むスラリーと、金属塩水溶液及びアルカリ水溶液とを混合させることが好ましい。   Precipitation of the metal compound is preferably performed by mixing a slurry containing trimanganese tetraoxide, a metal salt aqueous solution, and an alkali aqueous solution.

金属塩水溶液としては、各種金属の硫酸塩、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等の水溶液が例示される。また、各種金属又はその酸化物等を硫酸、塩酸、硝酸、酢酸などの各種の酸水溶液に溶解したものも好適に使用できる。   Examples of the aqueous metal salt solution include aqueous solutions of various metal sulfates, chlorides, nitrates, acetates, and the like. Moreover, what melt | dissolved various metals or its oxides in various acid aqueous solution, such as a sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and an acetic acid, can be used conveniently.

金属塩水溶液の金属は、マンガン(Mn)以外の金属元素であることが好ましく、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種であることが好ましい。これらの金属化合物を含有することで、得られる四三酸化マンガン組成物を原料としてす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 salt aqueous solution is preferably a metal element other than manganese (Mn), and Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Mo , Ag, In, and Sn are preferably at least one selected from the group of compounds. By containing these metal compounds, the battery characteristics of the lithium composite oxide using the obtained trimanganese tetroxide composition as a raw material can be 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、金属塩水溶液の金属は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, the metal of the metal salt aqueous solution is more preferably at least one of cobalt and nickel, and is cobalt and nickel. It is preferable.

金属塩水溶液の濃度は、生産性の観点から、金属イオン濃度として1mol/L以上であることが好ましい。   The concentration of the metal salt aqueous solution is preferably 1 mol / L or more as the metal ion concentration from the viewpoint of productivity.

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が例示することができる。簡便であるため、アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。また、アルカリ水溶液の濃度は、水酸化物濃度として1mol/L以上を例示することができる。   Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and the like. For simplicity, the aqueous alkali solution is preferably an aqueous sodium hydroxide solution. Moreover, the concentration of the aqueous alkali solution can be exemplified by 1 mol / L or more as the hydroxide concentration.

本発明の製造方法では、四三酸化マンガンを含むスラリーと、金属塩水溶液及びアルカリ水溶液を混合することで、四三酸化マンガン上に金属化合物を析出させる。   In the production method of the present invention, a metal compound is deposited on trimanganese tetraoxide by mixing a slurry containing trimanganese tetraoxide, a metal salt aqueous solution, and an alkali aqueous solution.

金属化合物組成物の充填性を高くするため、混合温度は40℃以上とすることが好ましく、60℃以上とすることがより好ましい。また、反応時間は1時間以上であることが好ましい。   In order to increase the filling property of the metal compound composition, the mixing temperature is preferably 40 ° C. or higher, and more preferably 60 ° C. or higher. The reaction time is preferably 1 hour or longer.

四三酸化マンガンに金属化合物を析出させるためのpHは、任意であるが、pHが7.5以上、10以下を例示できる。   The pH for precipitating the metal compound on trimanganese tetraoxide is arbitrary, and examples include pH of 7.5 or more and 10 or less.

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。このリチウム複合酸化物を製造する際に錯化剤、還元剤、雰囲気制御等が必要としないため簡易な方法でリチウム複合酸化物を製造できる。   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. Since no complexing agent, reducing agent, atmosphere control or the like is required when producing this lithium composite oxide, the lithium composite oxide can be produced by a simple method.

実施例1のニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物のXRD図XRD diagram of the nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetraoxide composition of Example 1 実施例1のニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物の粒子径分布Particle size distribution of nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetroxide composition of Example 1 実施例1の四三酸化マンガンのXRD図XRD diagram of the trimanganese tetraoxide of Example 1 実施例1のリチウム複合酸化物のXRD図XRD diagram of the lithium composite oxide of Example 1 比較例2のリチウム複合酸化物のXRD図XRD diagram of lithium composite oxide of Comparative Example 2

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)
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 was measured using ICP emission analysis.

(結晶相の同定)
結晶相は、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 phase was 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四三酸化マンガンおよび四三酸化マンガン組成物の粒度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 trimanganese tetroxide and the trimanganese tetroxide 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.

(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/cm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/dm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
[複合酸化物の製造]
硫酸マンガン(和光純薬製,試薬特級)を純水に溶解し、2mol/Lの硫酸マンガンを含有する原料溶液を得た。
Example 1
[Production of complex oxides]
Manganese sulfate (manufactured by Wako Pure Chemicals, reagent special grade) was dissolved in pure water to obtain a raw material solution containing 2 mol / L manganese sulfate.

得られた原料溶液を80℃の純水に添加し、これによりマンガン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、反応スラリーの酸化還元電位が100mVとなるように空気を吹き込み、また、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。   The obtained raw material solution was added to 80 ° C. pure water, thereby obtaining a reaction slurry in which manganese oxide was crystallized. In addition, the raw material solution was added by blowing air so that the oxidation-reduction potential of the reaction slurry was 100 mV, and adding a 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution so that the pH of the reaction slurry was constant at 8.0. I went there. After the addition of the raw material solution, the reaction slurry was stirred for 1 hour.

攪拌後、反応スラリーの一部を採取し、これをろ過、洗浄、乾燥することでマンガン酸化物を得た。得られたマンガン酸化物は、結晶相がスピネル構造に相当するJCPDSパターンのNo.24−734のX線回折パターンと同等のパターンであり、組成がMnOxで表した場合のx=1.33であった。これにより、当該マンガン酸化物は四三酸化マンガンであることが分かった。   After stirring, a part of the reaction slurry was collected and filtered, washed and dried to obtain manganese oxide. The obtained manganese oxide has a JCPDS pattern No. of the crystal phase corresponding to the spinel structure. It was a pattern equivalent to the X-ray diffraction pattern of 24-734, and x = 1.33 when the composition was expressed by MnOx. Thereby, it was found that the manganese oxide was trimanganese tetraoxide.

次いで、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複合原料溶液を調製した。なお、複合原料溶液中のNi/Coモル比は1であった。   Next, nickel sulfate (manufactured by Wako Pure Chemicals, reagent grade) and cobalt sulfate (manufactured by Wako Pure Chemicals, reagent special grade) are dissolved in pure water, and a composite raw material solution containing 2 mol / L nickel sulfate and 2 mol / L cobalt sulfate Was prepared. The Ni / Co molar ratio in the composite raw material solution was 1.

上記の四三酸化マンガンを含む攪拌後の反応スラリーに、複合原料溶液67.2gを添加することで、組成物を得た。なお、複合原料溶液の添加は、反応スラリーのpHが7.5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。   A composition was obtained by adding 67.2 g of the composite raw material solution to the stirred reaction slurry containing the above-described trimanganese tetraoxide. The composite raw material solution was added while adding a 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution to the reaction slurry so that the pH of the reaction slurry was constant at 7.5.

複合原料溶液の添加後、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、得られた組成物を110℃で乾燥することで実施例1の四三酸化マンガン組成物とした。   After the addition of the composite raw material solution, the reaction slurry was stirred for 1 hour, then the reaction slurry was filtered and washed, and the resulting composition was dried at 110 ° C. to obtain the trimanganese tetraoxide composition of Example 1. .

実施例1の四三酸化マンガン組成物は、金属元素としてNiを21.1重量%、Coを21.6重量%、Mnを20.4重量%含有し、Ni/Co/Mnモル比=1.0/1.0/1.0であった。   The trimanganese tetroxide composition of Example 1 contains 21.1% by weight of Ni, 21.6% by weight of Co, and 20.4% by weight of Mn as metal elements, and the Ni / Co / Mn molar ratio = 1. 0.0 / 1.0 / 1.0.

さらに、当該四三酸化マンガン組成物は、結晶相が四三酸化マンガン(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)を含んでいた。   Further, in the trimanganese tetroxide composition, the crystal phase contained trimanganese tetroxide (Hausmannite, space group I41 / amd) and nickel cobalt composite hydroxide (layered structure, space group P -3 m 1). .

これらの結果より、実施例1の四三酸化マンガン組成物は、Ni0.5Co0.5(OH)及び、Mnからなるニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物であることがわかった。さらに、当該ニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物では、四三酸化マンガン粒子上にニッケル−コバルト水酸化物の一次粒子が凝集した、凝集化粒子であることが分かった。 From these results, the trimanganese tetroxide composition of Example 1 is a nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetroxide composition comprising Ni 0.5 Co 0.5 (OH) 2 and Mn 3 O 4 . I found out that Furthermore, the nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetroxide composition was found to be agglomerated particles in which primary particles of nickel-cobalt hydroxide were agglomerated on the trimanganese tetroxide particles.

実施例1のニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物の評価結果を表1に、XRD図を図1に、粒子径分布を図2示す。また、実施例1で得られた四三酸化マンガンのXRD図を図3に示す。   The evaluation results of the nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetraoxide composition of Example 1 are shown in Table 1, the XRD diagram is shown in FIG. 1, and the particle size distribution is shown in FIG. Moreover, the XRD figure of the trimanganese tetraoxide obtained in Example 1 is shown in FIG.

[リチウム複合酸化物の製造]
得られたニッケル−コバルト水酸化物含有四三酸化マンガン組成物と、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]
After mixing the obtained nickel-cobalt hydroxide-containing trimanganese tetraoxide composition and lithium carbonate having an average particle size of 0.3 μm so that the Li / (Ni + Co + Mn) molar ratio = 1.05, The lithium composite oxide was obtained by firing at 900 ° C. for 24 hours.

得られたリチウム複合酸化物は、組成がLi1.04Ni0.33Co0.33Mn0.342.0、結晶相が層状岩塩型構造(空間群R−3m)の単一相であった。 The obtained lithium composite oxide has a composition of Li 1.04 Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.34 O 2.0 and a single phase having a crystal phase of a layered rock salt structure (space group R-3m). Met.

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150.0mAh/g、10回目の放電容量は148.5mAh/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 150.0 mAh / g, and the 10th discharge capacity was 148.5 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4に示した。   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
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。
Comparative Example 1
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。   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.

攪拌後、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)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、当該ニッケルコバルト複合酸化物は板状の形態をしていることが分かった。 After stirring, filtration, washing, and drying were performed 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. As a result of SEM observation, it was found that the nickel-cobalt composite oxide has a plate-like form.

得られたニッケルコバルト複合水酸化物、Mn粉末(商品名:ブラウノックス、東ソー株式会社製)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。 The obtained nickel cobalt composite hydroxide, Mn 3 O 4 powder (trade name: Brownox, manufactured by Tosoh Corporation) and lithium carbonate were mixed with Li / (Ni + Co) / Mn molar ratio = 1.05 / (0.33 + 0). .33) /0.34 and mixed in air at 900 ° C. 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Li1.03Ni0.33Co0.33Mn0.34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)を主相とし、なおかつ、LiMnO(空間群C2/m)及びNiOを含有する混合物であることがわかった。 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 has a layered rock salt structure (space group R-3m) as a main phase and a mixture containing Li 2 MnO 3 (space group C2 / m) and NiO. I understood.

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、XRD図を図4に示した。   The evaluation results of the lithium composite oxide of Comparative Example 1 are shown in Table 2, and the XRD diagram is shown in FIG.

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)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、最頻粒子径は13μmであった。また、タップ密度は1.5g/cc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 mode particle size was 13 μm. The tap density was 1.5 g / cc.

[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]Oであり、その結晶構造は層状岩塩構造(空間群R−3m)の単相であった。 The obtained lithium composite oxide has a composition of Li 1.04 [Ni 0.33 Mn 0.34 Co 0.33 ] O 2 , and its crystal structure is a single layered rock salt structure (space group R-3m). It was a phase.

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150mAh/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 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、XRD図を図5に示した。   The evaluation results of the lithium composite oxide of Comparative Example 2 are shown in Table 2, and the XRD diagram is shown in FIG.

Figure 0006221310
Figure 0006221310

Figure 0006221310
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実施例及び比較例の結果より、本発明の四三酸化マンガン組成物を使用して得られたリチウム系複合酸化物は、固相混合や、共沈法により得られたリチウム複合酸化物と比較しても初期放電容量が大きいだけでなく、充放電サイクル寿命が高かった。   From the results of Examples and Comparative Examples, the lithium-based composite oxide obtained using the trimanganese tetraoxide composition of the present invention was compared with the lithium composite oxide obtained by solid-phase mixing or coprecipitation method. However, not only the initial discharge capacity was large, but also the charge / discharge cycle life was high.

Claims (6)

表面に金属化合物を有し、四三酸化マンガンと金属化合物中の金属の比率(Mn/Me)がモル比で4/1〜1/4(Me:金属化合物中の金属)であり、平均粒子径が5μmを超える四三酸化マンガン組成物。 The metal compounds possess a surface, trimanganese tetraoxide and ratio of the metal in the metal compound (Mn / Me) in a molar ratio of 4/1 to 1/4: (Me metal in the metal compound), an average particle A trimanganese tetraoxide composition having a diameter exceeding 5 μm . 金属化合物がMg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Mo、Ag、In、Snの群から選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項1に記載の四三酸化マンガン組成物。 The metal compound is at least one compound selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Mo, Ag, In, and Sn. The trimanganese tetraoxide composition according to claim 1. 金属化合物がニッケル水酸化物、コバルト水酸化物及びニッケル−コバルト複合水酸化物の群からなる少なくとも1種である請求項1又は2記載の四三酸化マンガン組成物。 The trimanganese tetroxide composition according to claim 1 or 2, wherein the metal compound is at least one selected from the group consisting of nickel hydroxide, cobalt hydroxide and nickel-cobalt composite hydroxide. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の四三酸化マンガン組成物の製造方法であって、マンガンイオンを含有する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晶析工程、該四三酸化マンガンに金属化合物を析出させる工程を有し、マンガン塩水溶液のpHをpH6〜pH9及び標準水素電極電位に対する酸化還元電位を0〜300mVとし、マンガン塩水溶液中のマンガンイオン濃度を1mol/L以上として四三酸化マンガンを晶析させることを特徴とする四三酸化マンガン組成物の製造方法。 It is a manufacturing method of the trimanganese tetroxide composition as described in any one of Claims 1 thru | or 3 , Comprising: Manganese tetroxide is crystallized from the manganese salt aqueous solution containing a manganese ion without going through a manganese hydroxide. crystallization step of analysis, have a step of depositing a metal compound on the trimanganese tetraoxide, the pH of the water-soluble manganese salt solution and 0~300mV the redox potential for pH6~pH9 and standard hydrogen electrode potential, in a manganese salt solution A method for producing a trimanganese tetroxide composition characterized by crystallizing trimanganese tetroxide with a manganese ion concentration of 1 mol / L or more . マンガン塩水溶液に酸素含有ガスを吹き込むことを特徴とする請求項4に記載の四三酸化マンガン組成物の製造方法。 The method for producing a trimanganese tetroxide composition according to claim 4, wherein an oxygen-containing gas is blown into the manganese salt aqueous solution. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の四三酸化マンガン組成物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、を有するリチウム複合酸化物の製造方法。 A method for producing a lithium composite oxide, comprising: a mixing step of mixing the trimanganese tetroxide composition according to any one of claims 1 to 3 and a lithium compound; and a heating step of heat treatment.
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