JP6954111B2 - Method for producing nickel-containing hydroxide - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体に用いられる、ニッケル含有水酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a nickel-containing hydroxide used as a precursor of a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な二次電池の開発が要求されている。また、ハイブリット自動車を始めとする電気自動車用の電池として、高出力の二次電池の開発も要求されている。このような要求を満たす非水系電解質二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、負極および正極の活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が用いられている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, there is a demand for the development of small and lightweight secondary batteries having a high energy density. In addition, the development of high-output secondary batteries is also required as batteries for electric vehicles such as hybrid vehicles. As a non-aqueous electrolyte secondary battery satisfying such a requirement, there is a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as the active material of the negative electrode and the positive electrode.
リチウム複合酸化物としては、特に合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、コバルトよりも安価なマンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)やニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)が用いられている。このリチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物よりも低い電気化学ポテンシャルを示すため、電解液の酸化による分解が問題になりにくく、より高容量が期待でき、コバルト系と同様に高い電池電圧を示すことから、開発が盛んに行われている。しかし、純粋にニッケルのみで合成したリチウムニッケル複合酸化物を正極材料としてリチウムイオン二次電池を作製した場合、コバルト系に比ベサイクル特性が劣り、また、高温環境下での使用や保存により比較的電池性能を損ないやすいという欠点を有しているため、ニッケルの一部をコバルトやアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物が一般的に知られている。 Lithium composite oxides include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ), which uses manganese, which is cheaper than cobalt, and lithium, which uses nickel. A nickel composite oxide (LiNiO 2 ) is used. Since this lithium nickel composite oxide exhibits a lower electrochemical potential than the lithium cobalt composite oxide, decomposition due to oxidation of the electrolytic solution is less likely to be a problem, higher capacity can be expected, and the battery voltage is as high as that of the cobalt type. Therefore, development is being actively carried out. However, when a lithium ion secondary battery is manufactured using a lithium nickel composite oxide synthesized purely from nickel as a positive electrode material, the becycle characteristics are inferior to those of a cobalt type, and it is relatively used or stored in a high temperature environment. A lithium nickel composite oxide in which a part of nickel is replaced with cobalt or aluminum is generally known because it has a drawback that the battery performance is easily impaired.
リチウムニッケル複合酸化物の一般的な製造方法は、(1)まず、中和晶析法によりリチウムニッケル複合酸化物の前駆体であるニッケル複合水酸化物を作製し、(2)その前駆体をリチウム化合物と混合して焼成する方法が知られている。このうち、(1)の中和晶析法によって粒子を製造する方法として、代表的な実施の形態は、撹拌槽を用いたプロセスである。 The general method for producing a lithium nickel composite oxide is as follows: (1) First, a nickel composite hydroxide that is a precursor of the lithium nickel composite oxide is prepared by a neutralization crystallization method, and (2) the precursor is used. A method of mixing with a lithium compound and firing is known. Among these, as a method for producing particles by the neutralization crystallization method of (1), a typical embodiment is a process using a stirring tank.
特許文献1では、撹拌槽内に、ニッケル塩およびコバルト塩を含む混合水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、苛性アルカリ水溶液とを供給して反応させ、ニッケルコバルト複合水酸化物の粒子を析出させている。混合水溶液の供給口当たりの反応水溶液量に対する供給量の割合を0.04体積%/分以下とすることで、粒径が大きく、結晶性が高く、形状が略球状の粒子が得られると記載されている。 In Patent Document 1, a mixed aqueous solution containing a nickel salt and a cobalt salt, an aqueous solution containing an ammonium ion feeder, and a caustic alkaline aqueous solution are supplied and reacted in a stirring tank to obtain nickel-cobalt composite hydroxide particles. It is precipitated. It is described that by setting the ratio of the supply amount to the reaction aqueous solution amount per supply port of the mixed aqueous solution to 0.04% by volume / min or less, particles having a large particle size, high crystallinity, and a substantially spherical shape can be obtained. ing.
従来から、金属塩として少なくともニッケル塩を含む酸性の金属塩水溶液と、ニッケル塩などの金属塩と反応して金属水酸化物を生成する中和剤とを撹拌槽内で混合して反応させる、ニッケル含有水酸化物の製造方法が開発されている。この製造方法では、金属塩水溶液および中和剤の他に、錯化剤が用いられる。 Conventionally, an acidic metal salt aqueous solution containing at least a nickel salt as a metal salt and a neutralizing agent that reacts with a metal salt such as a nickel salt to form a metal hydroxide are mixed and reacted in a stirring tank. A method for producing a nickel-containing hydroxide has been developed. In this production method, a complexing agent is used in addition to the aqueous metal salt solution and the neutralizing agent.
錯化剤は、撹拌槽の内部に収容されるアルカリ性の反応水溶液中で、金属塩の金属イオンと結合して錯体を形成することで、ニッケル含有水酸化物の溶解度を上げて、ニッケル含有水酸化物の過飽和度を下げる役割を果たす。ここで、ニッケル含有水酸化物の過飽和度とは、上記反応水溶液中に実際に溶けているニッケル含有水酸化物の濃度から、上記反応水溶液中に溶けるニッケル含有水酸化物の溶解度(限界量)を差し引いた値である。 The complexing agent increases the solubility of the nickel-containing hydroxide by combining with the metal ions of the metal salt to form a complex in the alkaline reaction aqueous solution contained in the stirring tank, and the nickel-containing water. It plays a role in reducing the degree of supersaturation of oxides. Here, the degree of supersaturation of the nickel-containing hydroxide is the solubility (limit amount) of the nickel-containing hydroxide dissolved in the reaction aqueous solution from the concentration of the nickel-containing hydroxide actually dissolved in the reaction aqueous solution. It is the value obtained by subtracting.
錯化剤は、金属塩水溶液の供給口付近において、ニッケル含有水酸化物の過飽和度を下げることにより、ニッケル含有水酸化物の析出反応を緩やかに生じさせる。その結果、粒径が大きく品質が良い粒子が得られる。尚、錯体は、金属塩と同様に、中和剤と反応して、金属水酸化物を生成する。 The complexing agent slowly causes a precipitation reaction of the nickel-containing hydroxide by lowering the degree of supersaturation of the nickel-containing hydroxide in the vicinity of the supply port of the aqueous metal salt solution. As a result, particles having a large particle size and good quality can be obtained. The complex reacts with the neutralizing agent to form a metal hydroxide in the same manner as the metal salt.
従来、錯化剤は、金属塩水溶液とは別に、撹拌槽の内部に供給され、撹拌槽の内部に均一に分散していた。そのため、金属塩水溶液の供給口付近で錯化反応を促進するためには、金属塩水溶液の供給口付近だけではなく撹拌槽の内部全体において錯化剤の濃度を高める必要があり、錯化剤の使用量が多かった。一方、錯化剤の使用量が不足した場合には、金属塩水溶液の供給口付近でのニッケル含有水酸化物の過飽和度が大きく、ニッケル含有水酸化物の析出反応が急激に進み、3μm以下の微粒子の割合が増えるという問題があった。 Conventionally, the complexing agent has been supplied to the inside of the stirring tank separately from the aqueous metal salt solution and uniformly dispersed inside the stirring tank. Therefore, in order to promote the complexing reaction in the vicinity of the metal salt aqueous solution supply port, it is necessary to increase the concentration of the complexing agent not only in the vicinity of the metal salt aqueous solution supply port but also in the entire inside of the stirring tank. Was used a lot. On the other hand, when the amount of the complexing agent used is insufficient, the degree of supersaturation of the nickel-containing hydroxide near the supply port of the metal salt aqueous solution is large, and the precipitation reaction of the nickel-containing hydroxide rapidly proceeds to 3 μm or less. There was a problem that the proportion of fine particles in the water increased.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、錯化剤を効率的に使用して3μm以下の微粒子の割合を低減できる、ニッケル含有水酸化物の製造方法の提供を主な目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a method for producing a nickel-containing hydroxide, which can reduce the proportion of fine particles of 3 μm or less by efficiently using a complexing agent. And.
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金属塩として少なくともニッケル塩を含む酸性の金属塩水溶液と、前記金属塩の金属イオンと結合して錯体を形成する錯化剤と、前記金属塩および前記錯体と反応して金属水酸化物を生成する中和剤とを撹拌槽内で混合して反応させ、中和晶析によりニッケル含有水酸化物の粒子を得るニッケル含有水酸化物の製造方法であって、
前記錯化剤として用いられ且つ純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩および前記金属塩水溶液を前記撹拌槽の外部で混ぜて調製した原料液を、前記撹拌槽の内部に供給し、
前記原料液に用いられる前記アンモニウム塩は、前記原料液に用いられる前記金属塩とは異なる陰イオンを有する、ニッケル含有水酸化物の製造方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention,
An acidic metal salt aqueous solution containing at least a nickel salt as a metal salt, a complexing agent that combines with the metal ion of the metal salt to form a complex, and the metal salt and the complex to form a metal hydroxide. This is a method for producing a nickel-containing hydroxide, which obtains particles of a nickel-containing hydroxide by neutralization crystallization by mixing and reacting with a neutralizing agent.
A raw material solution prepared by mixing an ammonium salt which is used as the complexing agent and shows acidity when dissolved in pure water and the metal salt aqueous solution outside the stirring tank is supplied to the inside of the stirring tank.
The ammonium salt used in the raw material solution provides a method for producing a nickel-containing hydroxide having an anion different from that of the metal salt used in the raw material solution.
本発明の一態様によれば、錯化剤を効率的に使用して3μm以下の微粒子の割合を低減できる、ニッケル含有水酸化物の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a nickel-containing hydroxide, which can efficiently use a complexing agent to reduce the proportion of fine particles of 3 μm or less.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一のまたは対応する構成については同一のまたは対応する符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but in each drawing, the same or corresponding configurations will be referred to with the same or corresponding reference numerals and description thereof will be omitted.
図1は、一実施形態によるニッケル含有水酸化物の製造方法のフローチャートである。図1に示すように、ニッケル含有水酸化物の製造方法は、中和晶析によりニッケル含有水酸化物の粒子を得るものであって、ニッケル含有水酸化物の核を生成させる核生成工程S11と、核を成長させる粒子成長工程S12とを有する。以下、各工程について説明するが、その前に、得られるニッケル含有水酸化物について説明する。 FIG. 1 is a flowchart of a method for producing a nickel-containing hydroxide according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the method for producing a nickel-containing hydroxide is to obtain particles of the nickel-containing hydroxide by neutralization crystallization, and to generate a nucleus of the nickel-containing hydroxide in the nucleation step S11. And a particle growth step S12 for growing nuclei. Hereinafter, each step will be described, but before that, the nickel-containing hydroxide obtained will be described.
<ニッケル含有水酸化物>
ニッケル含有水酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質の前駆体として用いられるものである。ニッケル含有水酸化物は、例えば、(1)ニッケル(Ni)とコバルト(Co)とアルミニウム(Al)とを、物質量比(mol比)がNi:Co:Al=1−x−y:x:y(ただし、0≦x≦0.3、0.005≦y≦0.15)となるように含むニッケル複合水酸化物であるか、または(2)ニッケル(Ni)とコバルト(Co)とマンガン(Mn)とM(Mは、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、およびWから選択される1種以上の添加元素)とを、物質量比(mol比)がNi:Co:Mn:M=x:y:z:t(ただし、x+y+z+t=1、0.1≦x≦0.7、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.8、0≦t≦0.02)となるように含むニッケルコバルトマンガン複合水酸化物である。
<Nickel-containing hydroxide>
Nickel-containing hydroxide is used as a precursor of a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery. The nickel-containing hydroxide is, for example, (1) nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al), and the substance amount ratio (mol ratio) is Ni: Co: Al = 1-xy: x. : Y (where 0 ≦ x ≦ 0.3, 0.005 ≦ y ≦ 0.15) is a nickel composite hydroxide, or (2) nickel (Ni) and cobalt (Co). And manganese (Mn) and M (M is one or more additive elements selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W) in a substance amount ratio (mol ratio). Is Ni: Co: Mn: M = x: y: z: t (where x + y + z + t = 1, 0.1 ≦ x ≦ 0.7, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0 It is a nickel-cobalt-manganese composite hydroxide contained so as to be 0.8, 0 ≦ t ≦ 0.02).
一実施形態によるニッケル含有水酸化物に含まれる水酸化物イオンの量は、通常、化学量論比を持つが、本実施形態に影響のない程度で過剰であったり、欠損していてもよい。また、本実施形態に影響のない程度で水酸化物イオンの一部は、アニオン(例えば、炭酸イオンや硫酸イオンなど)に置き換わっていてもよい。 The amount of hydroxide ions contained in the nickel-containing hydroxide according to one embodiment usually has a stoichiometric ratio, but may be excessive or deficient to the extent that it does not affect the present embodiment. .. Further, a part of the hydroxide ion may be replaced with an anion (for example, carbonate ion or sulfate ion) to the extent that it does not affect the present embodiment.
なお、一実施形態によるニッケル含有水酸化物は、X線回折(XRD)測定によって、ニッケル含有水酸化物の単相(または、主成分がニッケル含有水酸化物)であればよい。 The nickel-containing hydroxide according to the embodiment may be a single phase (or a nickel-containing hydroxide whose main component is nickel-containing hydroxide) of the nickel-containing hydroxide as measured by X-ray diffraction (XRD).
ニッケル含有水酸化物は、ニッケルを含有し、好ましくはニッケル以外の金属をさらに含有する。ニッケル以外の金属をさらに含有する水酸化物を、ニッケル複合水酸化物と呼ぶ。ニッケル複合水酸化物の金属の組成比(例えば、Ni:Co:Mn:M)は、得られる正極活物質においても維持されるので、正極活物質に要求される金属の組成比と一致するように調整される。 The nickel-containing hydroxide contains nickel, preferably a metal other than nickel. A hydroxide further containing a metal other than nickel is called a nickel composite hydroxide. The metal composition ratio of the nickel composite hydroxide (for example, Ni: Co: Mn: M) is maintained in the obtained positive electrode active material, so that it matches the metal composition ratio required for the positive electrode active material. Is adjusted to.
<ニッケル含有水酸化物の製造方法>
ニッケル含有水酸化物の製造方法は、上述の如く、核生成工程S11と、粒子成長工程S12とを有する。本実施形態では、バッチ式の撹拌槽を用いて、撹拌槽内の水溶液のpH値などを制御することで、核生成工程S11と、粒子成長工程S12とを分けて実施する。
<Manufacturing method of nickel-containing hydroxide>
As described above, the method for producing a nickel-containing hydroxide includes a nucleation step S11 and a particle growth step S12. In the present embodiment, the nucleation step S11 and the particle growth step S12 are separately carried out by controlling the pH value of the aqueous solution in the stirring tank using a batch type stirring tank.
核生成工程S11では、核の生成が核の成長(粒子成長)よりも優先して起こり、生成した核はほとんど成長しない。一方、粒子成長工程S12では、粒子成長が核生成よりも優先して起こり新しい核はほとんど生成されない。核生成工程S11と粒子成長工程S12とを分けて実施することで、粒度分布の範囲が狭く均質な核が形成でき、その後に、核を均質に成長させることができる。 In the nucleation step S11, the formation of nuclei takes precedence over the growth of nuclei (particle growth), and the generated nuclei hardly grow. On the other hand, in the particle growth step S12, particle growth takes precedence over nucleation and almost no new nuclei are generated. By separately performing the nucleation step S11 and the particle growth step S12, a homogeneous nucleus having a narrow particle size distribution range can be formed, and then the nucleus can be uniformly grown.
以下、核生成工程S11および粒子成長工程S12について説明する。核生成工程S11における撹拌槽内の水溶液と、粒子成長工程S12における撹拌槽内の水溶液とでは、pH値の範囲が異なるが、温度などの範囲は実質的に同じであってよい。 Hereinafter, the nucleation step S11 and the particle growth step S12 will be described. The pH value range is different between the aqueous solution in the stirring tank in the nucleation step S11 and the aqueous solution in the stirring tank in the particle growth step S12, but the range such as temperature may be substantially the same.
なお、本実施形態では、バッチ式の撹拌槽を用いるが、連続式の撹拌槽を用いてもよい。後者の場合、核生成工程S11と粒子成長工程S12とは、同時に実施される。この場合、撹拌槽内の水溶液のpH値の範囲は当然に同じになり、例えば、12.0の近傍に設定されてよい。 In this embodiment, a batch type stirring tank is used, but a continuous type stirring tank may be used. In the latter case, the nucleation step S11 and the particle growth step S12 are carried out at the same time. In this case, the range of the pH value of the aqueous solution in the stirring tank is naturally the same, and may be set to, for example, in the vicinity of 12.0.
(核生成工程)
まず、撹拌槽の外部で、酸性の金属塩水溶液を調製する。金属塩水溶液は、少なくともニッケル塩を含み、好ましくはニッケル塩以外の金属塩をさらに含有する。金属塩としては、硝酸塩、硫酸塩、塩酸塩などが用いられる。より具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルト、硫酸アルミニウム、硫酸チタン、ペルオキソチタン酸アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、硫酸バナジウム、バナジン酸アンモニウム、硫酸クロム、クロム酸カリウム、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ニオブ、モリブデン酸アンモニウム、硫酸ハフニウム、タンタル酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、またはタングステン酸アンモニウムなどが用いられる。
(Nucleation process)
First, an acidic metal salt aqueous solution is prepared outside the stirring tank. The aqueous metal salt solution contains at least a nickel salt, and preferably further contains a metal salt other than the nickel salt. As the metal salt, nitrate, sulfate, hydrochloride and the like are used. More specifically, for example, nickel sulfate, manganese sulfate, cobalt sulfate, aluminum sulfate, titanium sulfate, ammonium peroxotitanate, potassium titanium oxalate, vanadium sulfate, ammonium vanadate, chromium sulfate, potassium chromate, zirconium sulfate, etc. Zirconium nitrate, niobium oxalate, ammonium molybdate, hafnium sulfate, sodium tantalate, sodium tungstate, ammonium tungstate and the like are used.
金属塩水溶液の金属の組成比(例えば、Ni:Co:Mn:M)は、得られるニッケル複合水酸化物においても維持されるので、ニッケル複合水酸化物に要求される組成比と一致するように調整される。 The metal composition ratio of the metal salt aqueous solution (for example, Ni: Co: Mn: M) is maintained in the obtained nickel composite hydroxide, so that it matches the composition ratio required for the nickel composite hydroxide. Is adjusted to.
次に、撹拌槽の外部で、上記金属塩水溶液と錯化剤を混ぜ、原料液を調製する。錯化剤は、撹拌槽の内部に収容される後述のアルカリ性の反応水溶液中で、ニッケル塩などの金属塩の金属イオンと結合して錯体を形成する。詳しくは後述するが、原料液に用いる錯化剤としては、純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩が用いられる。原料液は、純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩と、酸性の金属塩水溶液とを混ぜて調製されるため、酸性を示す。 Next, outside the stirring tank, the metal salt aqueous solution and the complexing agent are mixed to prepare a raw material liquid. The complexing agent forms a complex by combining with metal ions of a metal salt such as a nickel salt in an alkaline reaction aqueous solution described later contained in a stirring tank. As will be described in detail later, as the complexing agent used in the raw material liquid, an ammonium salt that shows acidity when dissolved in pure water is used. The raw material liquid is acidic because it is prepared by mixing an ammonium salt that shows acidity when dissolved in pure water and an aqueous solution of an acidic metal salt.
一方、撹拌槽の内部には、中和剤および水を供給して混合した水溶液を溜める。混合した水溶液を、以下、「反応前水溶液」と呼ぶ。中和剤は、金属塩および金属塩から生成される錯体と反応して金属水酸化物を生成するものであればよい。また、中和剤は、水溶液のpHを調整するpH調整剤としても用いられる。中和剤としては、アルカリ水溶液を含むものが用いられる。アルカリ水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物を含むものが用いられる。アルカリ金属水酸化物は、固体として供給してもよいが、水溶液として供給することが好ましい。 On the other hand, inside the stirring tank, a neutralizing agent and water are supplied to store the mixed aqueous solution. The mixed aqueous solution is hereinafter referred to as "pre-reaction aqueous solution". The neutralizing agent may be any one that reacts with a metal salt and a complex formed from the metal salt to form a metal hydroxide. The neutralizer is also used as a pH adjuster for adjusting the pH of the aqueous solution. As the neutralizing agent, one containing an alkaline aqueous solution is used. As the alkaline aqueous solution, for example, one containing an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide and potassium hydroxide is used. The alkali metal hydroxide may be supplied as a solid, but is preferably supplied as an aqueous solution.
反応前水溶液は、本実施形態では錯化剤を含まないが、錯化剤を含んでもよい。反応前水溶液に用いられる錯化剤は、純水に溶解したときに酸性を示すもの、純水に溶解したときにアルカリ性を示すもののいずれでもよい。純水に溶解したときに酸性を示す錯化剤としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウムなどが挙げられる。一方、純水に溶解したときにアルカリ性を示す錯化剤としては、アンモニア、炭酸アンモニウムなどが挙げられる。反応前水溶液がアルカリ性であればよい。 The aqueous solution before the reaction does not contain a complexing agent in this embodiment, but may contain a complexing agent. The complexing agent used in the pre-reaction aqueous solution may be either one that exhibits acidity when dissolved in pure water or one that exhibits alkalinity when dissolved in pure water. Examples of the complexing agent that exhibits acidity when dissolved in pure water include ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium perchlorate. On the other hand, examples of the complexing agent showing alkalinity when dissolved in pure water include ammonia and ammonium carbonate. The aqueous solution before the reaction may be alkaline.
反応前水溶液のpH値は、液温25℃基準で、12.0〜14.0、好ましくは12.3〜13.5の範囲内に調節しておく。また、反応前水溶液の温度は、好ましくは20〜60℃、より好ましくは35〜60℃の範囲内に調節しておく。反応前水溶液のpH値および温度は、それぞれ、公知のpH計および温度計などで測定できる。尚、反応前水溶液が錯化剤を含む場合、反応前水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、好ましくは3〜25g/L、より好ましくは5〜20g/L、さらに好ましくは5〜15g/Lの範囲内に調節しておく。反応前水溶液のアンモニウムイオン濃度は、公知のイオンメータなどにより測定できる。 The pH value of the aqueous solution before the reaction is adjusted within the range of 12.0 to 14.0, preferably 12.3 to 13.5, based on the liquid temperature of 25 ° C. The temperature of the aqueous solution before the reaction is preferably adjusted within the range of 20 to 60 ° C, more preferably 35 to 60 ° C. The pH value and temperature of the pre-reaction aqueous solution can be measured with a known pH meter, thermometer or the like, respectively. When the pre-reaction aqueous solution contains a complexing agent, the ammonium ion concentration in the pre-reaction aqueous solution is preferably in the range of 3 to 25 g / L, more preferably 5 to 20 g / L, and even more preferably 5 to 15 g / L. Adjust it inside. The ammonium ion concentration of the pre-reaction aqueous solution can be measured with a known ion meter or the like.
反応前水溶液のpH値および温度などの調節後、反応前水溶液を撹拌しながら原料液を撹拌槽内に供給する。これにより、撹拌槽内には、反応前水溶液と原料液とが混合した反応水溶液が形成される。反応水溶液では、中和晶析によってニッケル含有水酸化物が析出し、ニッケル含有水酸化物からなる微細な核が生成され、核生成工程S11が開始される。 After adjusting the pH value and temperature of the pre-reaction aqueous solution, the raw material liquid is supplied into the stirring tank while stirring the pre-reaction aqueous solution. As a result, a reaction aqueous solution in which the pre-reaction aqueous solution and the raw material solution are mixed is formed in the stirring tank. In the reaction aqueous solution, nickel-containing hydroxide is precipitated by neutralization crystallization, fine nuclei made of nickel-containing hydroxide are generated, and the nucleation step S11 is started.
核生成工程S11において、以下の2通りの経路で、ニッケル含有水酸化物が生成される。1つ目の経路では、金属塩水溶液に含まれるニッケル塩などの金属塩が中和剤であるアルカリ水溶液と反応して、ニッケル含有水酸化物が生成される。例えば、金属塩水溶液に含まれるニッケルイオンが水酸化ナトリウムの水酸基と下記式(1)のように反応して、ニッケル水酸化物が生成される。2つ目の経路では、まず、金属塩水溶液に含まれるニッケル塩などの金属塩が錯化剤のアンモニアなどと結合して、錯体を形成する。その後、錯体が中和剤であるアルカリ水溶液と反応して、ニッケル含有水酸化物が生成される。例えば、金属塩水溶液に含まれるニッケルイオンが反応水溶液中のアンモニアと下記式(2−1)のように反応して、ニッケルアンミン錯体([Ni(NH3)6]2+)が形成される。その後、ニッケルアンミン錯体が水酸化ナトリウムの水酸基と下記式(2−2)のように反応して、ニッケル水酸化物が生成される。尚、粒子成長工程S12において同様に、ニッケル含有水酸化物が生成される。
Ni2++2OH−→Ni(OH)2 ・・・(1)
Ni2++6NH3→[Ni(NH3)6]2+ ・・・(2−1)
[Ni(NH3)6]2++2OH−→Ni(OH)2+6NH3 ・・・(2−2)
反応水溶液のpH値および温度は、反応前水溶液のpH値および温度と同じ範囲内に維持されるように調整する。尚、反応前水溶液が錯化剤を含む場合、反応水溶液のアンモニウムイオン濃度は、反応前水溶液のアンモニウムイオン濃度と同じ範囲内に維持されるように調整してもよい。
In the nucleation step S11, nickel-containing hydroxide is produced by the following two routes. In the first route, a metal salt such as a nickel salt contained in the aqueous metal salt solution reacts with an aqueous alkaline solution as a neutralizing agent to produce a nickel-containing hydroxide. For example, nickel ions contained in an aqueous metal salt solution react with a hydroxyl group of sodium hydroxide as shown in the following formula (1) to produce nickel hydroxide. In the second route, first, a metal salt such as nickel salt contained in the metal salt aqueous solution is combined with ammonia or the like as a complexing agent to form a complex. After that, the complex reacts with an alkaline aqueous solution as a neutralizing agent to produce a nickel-containing hydroxide. For example, nickel ions contained in a metal salt aqueous solution react with ammonia in the reaction aqueous solution as shown in the following formula (2-1) to form a nickel ammine complex ([Ni (NH 3 ) 6 ] 2+ ). Then, the nickel ammine complex reacts with the hydroxyl group of sodium hydroxide as shown in the following formula (2-2) to produce a nickel hydroxide. Similarly, in the particle growth step S12, a nickel-containing hydroxide is produced.
Ni 2+ + 2OH - → Ni ( OH) 2 ··· (1)
Ni 2+ + 6NH 3 → [Ni (NH 3 ) 6 ] 2+ ... (2-1)
[Ni (NH 3) 6] 2+ + 2OH - → Ni (OH) 2 + 6NH 3 ··· (2-2)
The pH value and temperature of the reaction aqueous solution are adjusted so as to be maintained within the same range as the pH value and temperature of the pre-reaction aqueous solution. When the pre-reaction aqueous solution contains a complexing agent, the ammonium ion concentration of the reaction aqueous solution may be adjusted so as to be maintained within the same range as the ammonium ion concentration of the pre-reaction aqueous solution.
核生成工程S11において、反応水溶液のpH値が12.0以上であれば、核生成が粒子成長よりも支配的になる。核生成工程S11において、反応水溶液のpH値が14.0以下であれば、核が微細化し過ぎることを防止でき、反応水溶液のゲル化を防止できる。核生成工程S11において、反応水溶液のpH値の変動幅(最大値と最小値の幅)は、好ましくは0.4以下である。 In the nucleation step S11, when the pH value of the reaction aqueous solution is 12.0 or more, nucleation becomes dominant over particle growth. When the pH value of the reaction aqueous solution is 14.0 or less in the nucleation step S11, it is possible to prevent the nuclei from becoming too fine and to prevent the reaction aqueous solution from gelling. In the nucleation step S11, the fluctuation range (the range between the maximum value and the minimum value) of the pH value of the reaction aqueous solution is preferably 0.4 or less.
核生成工程S11において、反応水溶液の温度が20℃以上であれば、ニッケル含有水酸化物の溶解度が大きいため、核発生が緩やかに生じ、核発生の制御が容易である。反応水溶液の温度が60℃以下であれば、錯化剤に含まれるアンモニアの揮発が抑制できるため、錯化剤の使用量が削減でき、製造コストが低減できる。 In the nucleation step S11, when the temperature of the reaction aqueous solution is 20 ° C. or higher, the solubility of the nickel-containing hydroxide is high, so that nucleation occurs slowly and nucleation can be easily controlled. When the temperature of the reaction aqueous solution is 60 ° C. or lower, the volatilization of ammonia contained in the complexing agent can be suppressed, so that the amount of the complexing agent used can be reduced and the production cost can be reduced.
核生成工程S11では、反応水溶液のpH値および温度が上記範囲内に維持されるように、撹拌槽内に、原料液の他に、中和剤を供給する。これにより、反応水溶液中で、核の生成が継続される。そして、所定の量の核が生成されると、核生成工程S11を終了する。所定量の核が生成したか否かは、金属塩の供給量によって推定できる。尚、核生成工程S11において、原料液に含まれる錯化剤の量が不足している場合、原料液とは別に錯化剤を撹拌槽の内部に供給してもよい。 In the nucleation step S11, a neutralizing agent is supplied into the stirring tank in addition to the raw material liquid so that the pH value and temperature of the reaction aqueous solution are maintained within the above ranges. As a result, the formation of nuclei continues in the reaction aqueous solution. Then, when a predetermined amount of nuclei are generated, the nucleation step S11 is completed. Whether or not a predetermined amount of nuclei are produced can be estimated from the amount of metal salt supplied. If the amount of the complexing agent contained in the raw material liquid is insufficient in the nucleation step S11, the complexing agent may be supplied to the inside of the stirring tank separately from the raw material liquid.
(粒子成長工程)
核生成工程S11の終了後、粒子成長工程S12の開始前に、撹拌槽内の反応水溶液のpH値を、液温25℃基準で、10.5〜12.0、好ましくは11.0〜12.0、かつ、核生成工程S11におけるpH値よりも低く調整する。このpH値の調整は、撹拌槽内への中和剤の供給を停止すること、金属塩の金属を水素と置換した無機酸(例えば、硫酸塩の場合、硫酸)を撹拌槽内へ供給することなどで調整できる。
(Particle growth process)
After the completion of the nucleation step S11 and before the start of the particle growth step S12, the pH value of the reaction aqueous solution in the stirring tank was adjusted to 10.5-12.0, preferably 11.0-12, based on a liquid temperature of 25 ° C. The pH value is adjusted to 0.0 and lower than the pH value in the nucleation step S11. To adjust the pH value, stop the supply of the neutralizing agent into the stirring tank, and supply an inorganic acid (for example, sulfuric acid in the case of sulfate) in which the metal of the metal salt is replaced with hydrogen into the stirring tank. It can be adjusted by things.
反応水溶液のpH値および温度などの調節後、反応水溶液を撹拌しながら原料液を撹拌槽内に供給する。これにより、中和晶析によって核の成長(粒子成長)が始まり、粒子成長工程S12が開始される。なお、本実施形態では、核生成工程S11と粒子成長工程S12とを、同一の撹拌槽で行うが、異なる撹拌槽で行ってもよい。 After adjusting the pH value and temperature of the reaction aqueous solution, the raw material liquid is supplied into the stirring tank while stirring the reaction aqueous solution. As a result, nuclear growth (particle growth) is started by neutralization crystallization, and the particle growth step S12 is started. In the present embodiment, the nucleation step S11 and the particle growth step S12 are performed in the same stirring tank, but may be performed in different stirring tanks.
粒子成長工程S12において、反応水溶液のpH値が12.0以下であってかつ核生成工程S11におけるpH値よりも低ければ、新たな核はほとんど生成せず、核生成よりも粒子成長の方が優先して生じる。 In the particle growth step S12, if the pH value of the reaction aqueous solution is 12.0 or less and lower than the pH value in the nucleation step S11, almost no new nuclei are generated, and the particle growth is more than the nucleation. It occurs with priority.
なお、pH値が12.0の場合は、核生成と粒子成長の境界条件であるため、反応水溶液中に存在する核の有無により、優先順位が変わる。例えば、核生成工程S11のpH値を12.0より高くして多量に核生成させた後、粒子成長工程S12でpH値を12.0とすると、反応水溶液中に多量の核が存在するため、粒子成長が優先する。一方、反応水溶液中に核が存在しない状態、すなわち、核生成工程S11においてpH値を12.0とした場合、成長する核が存在しないため、核生成が優先する。その後、粒子成長工程S12においてpH値を12.0より小さくすれば、生成した核が成長する。核生成と粒子成長を明確に分離するためには、粒子成長工程のpH値を核生成工程のpH値より0.5以上低くすることが好ましく、1.0以上低くすることがより好ましい。 When the pH value is 12.0, it is a boundary condition between nucleation and particle growth, so the priority order changes depending on the presence or absence of nuclei present in the reaction aqueous solution. For example, if the pH value of the nucleation step S11 is set higher than 12.0 to generate a large amount of nuclei and then the pH value is set to 12.0 in the particle growth step S12, a large amount of nuclei are present in the reaction aqueous solution. , Particle growth takes precedence. On the other hand, when there are no nuclei in the reaction aqueous solution, that is, when the pH value is set to 12.0 in the nucleation step S11, nucleation is prioritized because there are no nuclei to grow. After that, if the pH value is made smaller than 12.0 in the particle growth step S12, the generated nuclei grow. In order to clearly separate nucleation and particle growth, the pH value of the particle growth step is preferably 0.5 or more lower than the pH value of the nucleation step, and more preferably 1.0 or more.
また、粒子成長工程S12において、反応水溶液のpH値が10.5以上であれば、アンモ二アによる溶解度が低いため、析出せずに液中に残る金属イオンが減り、生産効率が向上する。 Further, in the particle growth step S12, when the pH value of the reaction aqueous solution is 10.5 or more, the solubility due to ammonia is low, so that the metal ions remaining in the liquid without precipitation are reduced, and the production efficiency is improved.
粒子成長工程S12では、反応水溶液のpH値および温度が上記範囲内に維持されるように、撹拌槽内に、原料液の他に、中和剤を供給する。これにより、反応水溶液中で、粒子成長が継続される。尚、粒子成長工程S12において、原料液に含まれる錯化剤の量が不足している場合、原料液とは別に錯化剤を撹拌槽の内部に供給してもよい。 In the particle growth step S12, a neutralizing agent is supplied into the stirring tank in addition to the raw material liquid so that the pH value and temperature of the reaction aqueous solution are maintained within the above ranges. As a result, particle growth is continued in the reaction aqueous solution. If the amount of the complexing agent contained in the raw material liquid is insufficient in the particle growth step S12, the complexing agent may be supplied to the inside of the stirring tank separately from the raw material liquid.
粒子成長工程S12は、撹拌槽内の雰囲気を切り換えることで前半と後半とに分けることができる。粒子成長工程S12の前半の雰囲気は、核生成工程S11と同様に、酸化性雰囲気とされる。酸化性雰囲気の酸素濃度は、1容量%以上、好ましくは2容量%以上、より好ましくは10容量%以上である。酸化性雰囲気は、制御が容易な大気雰囲気(酸素濃度:21容量%)であってよい。酸化性雰囲気の酸素濃度の上限は、特に限定されるものではないが、30容量%以下である。一方、粒子成長工程S12の後半の雰囲気は、非酸化性雰囲気とされる。非酸化性雰囲気の酸素濃度は、1容量%未満、好ましくは0.5容量%以下、より好ましくは0.3容量%以下である。非酸化性雰囲気の酸素濃度は、酸素ガスまたは大気と、不活性ガスとを混合することにより制御する。 The particle growth step S12 can be divided into the first half and the second half by switching the atmosphere in the stirring tank. The atmosphere in the first half of the particle growth step S12 is an oxidizing atmosphere as in the nucleation step S11. The oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is 1% by volume or more, preferably 2% by volume or more, and more preferably 10% by volume or more. The oxidizing atmosphere may be an air atmosphere (oxygen concentration: 21% by volume) that is easy to control. The upper limit of the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is not particularly limited, but is 30% by volume or less. On the other hand, the atmosphere in the latter half of the particle growth step S12 is a non-oxidizing atmosphere. The oxygen concentration in the non-oxidizing atmosphere is less than 1% by volume, preferably 0.5% by volume or less, and more preferably 0.3% by volume or less. The oxygen concentration in the non-oxidizing atmosphere is controlled by mixing the oxygen gas or the atmosphere with an inert gas.
図2は、一実施形態による粒子成長工程S12の前半で形成される凝集体を模式化した断面図である。図3は、一実施形態による粒子成長工程S12の後半で形成される外殻を模式化した断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the agglomerates formed in the first half of the particle growth step S12 according to the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the outer shell formed in the latter half of the particle growth step S12 according to the embodiment.
粒子成長工程S12の前半では、核が成長することで種晶粒子2が形成され、種晶粒子2がある程度大きくなると、種晶粒子2同士が衝突するようになり、複数の種晶粒子2からなる凝集体4が形成される。一方、粒子成長工程S12の後半では、凝集体4の周りに緻密な外殻6が形成される。その結果、凝集体4と外殻6とで構成される、ニッケル含有水酸化物の粒子が得られる。
In the first half of the particle growth step S12, the
なお、ニッケル含有水酸化物の粒子の構造は、図3に示す構造に限定されない。例えば、核生成工程S11と粒子成長工程S12とが同時に実施される場合、中和晶析の完了時に得られる粒子の構造は、図3に示す構造とは別の構造である。その構造は、例えば、種晶粒子2に相当するものと外殻6に相当するものとが混じり合い、容易にその境界が分からない一様な構造となる。
The structure of the nickel-containing hydroxide particles is not limited to the structure shown in FIG. For example, when the nucleation step S11 and the particle growth step S12 are carried out at the same time, the structure of the particles obtained at the completion of the neutralization crystallization is different from the structure shown in FIG. The structure is, for example, a uniform structure in which the one corresponding to the
ニッケル含有水酸化物の粒子が所定の粒径まで成長した時点で、粒子成長工程S12を終了させる。その粒径は、核生成工程S11と粒子成長工程S12のそれぞれにおける金属塩の供給量から推測できる。 When the nickel-containing hydroxide particles have grown to a predetermined particle size, the particle growth step S12 is terminated. The particle size can be estimated from the amount of metal salt supplied in each of the nucleation step S11 and the particle growth step S12.
なお、核生成工程S11の終了後、粒子成長工程S12の途中で、原料液などの供給を停止すると共に反応水溶液の撹拌を停止して、ニッケル含有水酸化物の粒子を沈降させた後、上澄み液を排出してもよい。これにより、中和晶析によって減少した反応水溶液中の金属イオン濃度を高めることができる。 After the nucleation step S11 is completed, in the middle of the particle growth step S12, the supply of the raw material liquid and the like is stopped, the stirring of the reaction aqueous solution is stopped, the nickel-containing hydroxide particles are precipitated, and then the supernatant is obtained. The liquid may be drained. As a result, the metal ion concentration in the reaction aqueous solution reduced by neutralization crystallization can be increased.
図4は、一実施形態によるニッケル含有水酸化物の製造方法に用いられる化学反応装置を示す上面図である。図5は、図4のV−V線に沿った化学反応装置の断面図である。図4および図5に示すように、化学反応装置10は、撹拌槽20と、撹拌翼30と、撹拌軸40と、バッフル50とを有する。撹拌槽20は、円柱状の内部空間に反応水溶液を収容する。撹拌翼30は、撹拌槽20内の反応水溶液を撹拌させる。撹拌翼30は、撹拌軸40の下端に取付けられる。モータなどが撹拌軸40を回転させることで、撹拌翼30が回転される。撹拌槽20の中心線、撹拌翼30の中心線、および撹拌軸40の中心線は、一致してよく、鉛直とされてよい。バッフル50は、邪魔板とも呼ばれる。バッフル50は、撹拌槽20の内周面から突き出しており、回転流を邪魔することで上昇流や下降流を生じさせ、反応水溶液の撹拌効率を向上させる。
FIG. 4 is a top view showing a chemical reaction apparatus used in the method for producing a nickel-containing hydroxide according to one embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of the chemical reaction apparatus along the VV line of FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、化学反応装置10は、原料液供給管60と、中和剤供給管62とを有する。原料液供給管60は、供給口61から撹拌槽20内に原料液を供給する。中和剤供給管62は、供給口63から撹拌槽20内に中和剤を供給する。尚、化学反応装置10は、原料液供給管60や中和剤供給管62とは別に、錯化剤供給管を有してもよい。錯化剤供給管は、撹拌槽20の内部に錯化剤を供給する。錯化剤供給管によって撹拌槽20の内部に供給される錯化剤は、純水に溶解したときに酸性を示すもの、純水に溶解したときにアルカリ性を示すもののいずれでもよい。本実施形態の原料液は錯化剤を含むため、化学反応装置10は錯化剤供給管を有しなくてよい。
Further, the
ところで、本実施形態では、錯化剤として用いられ且つ純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩および金属塩水溶液を撹拌槽20の外部で混ぜて調製した原料液を、撹拌槽20の内部に供給する。
By the way, in the present embodiment, a raw material solution prepared by mixing an ammonium salt and a metal salt aqueous solution, which are used as a complexing agent and show acidity when dissolved in pure water, outside the stirring
金属塩水溶液と混ぜるアンモニウム塩として、仮に純水に溶解させるとアルカリ性を示すものが用いられる場合、少なくとも混合時に水酸基が生成されてしまう。その結果、水酸基と金属イオンとの反応(例えば上記式(1)の反応)が生じ、ニッケル含有水酸化物が生成されてしまい、ニッケル含有水酸化物が析出してしまう。 If an ammonium salt to be mixed with an aqueous metal salt solution that is alkaline when dissolved in pure water is used, a hydroxyl group is generated at least during mixing. As a result, a reaction between the hydroxyl group and the metal ion (for example, the reaction of the above formula (1)) occurs, nickel-containing hydroxide is generated, and nickel-containing hydroxide is precipitated.
本実施形態によれば、純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩と、酸性の金属塩水溶液とを混ぜて原料液を調製するため、原料液中での水酸基の生成を防止できる。そのため、原料液中での水酸基と金属イオンとの反応を抑制でき、原料液中でのニッケル含有水酸化物の生成反応を抑制でき、原料液中でのニッケル含有水酸化物の析出反応を抑制できる。 According to the present embodiment, since the raw material liquid is prepared by mixing an ammonium salt that shows acidity when dissolved in pure water and an acidic metal salt aqueous solution, it is possible to prevent the formation of hydroxyl groups in the raw material liquid. Therefore, the reaction between the hydroxyl group and the metal ion in the raw material liquid can be suppressed, the formation reaction of the nickel-containing hydroxide in the raw material liquid can be suppressed, and the precipitation reaction of the nickel-containing hydroxide in the raw material liquid can be suppressed. can.
原料液は、純粋に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩と、酸性の金属塩水溶液とを混ぜて調製されるため、酸性を示す。そのため、原料液中での錯化反応(例えば上記式(2−1)の反応)は生じない。錯化反応の前に、上述のように水酸基と金属イオンとの反応を抑制してニッケル含有水酸化物の析出反応を抑制することは、錯化剤の効果を得る観点から、重要である。錯化反応は、撹拌槽20の内部に収容されたアルカリ性の反応水溶液中で生じる。
The raw material solution is acidic because it is prepared by mixing an ammonium salt that is acidic when dissolved purely and an aqueous solution of an acidic metal salt. Therefore, the complexing reaction in the raw material liquid (for example, the reaction of the above formula (2-1)) does not occur. Prior to the complexing reaction, it is important to suppress the reaction between the hydroxyl group and the metal ion to suppress the precipitation reaction of the nickel-containing hydroxide as described above from the viewpoint of obtaining the effect of the complexing agent. The complexing reaction occurs in an alkaline reaction aqueous solution contained inside the stirring
撹拌槽20の内部に収容された反応水溶液はアルカリ性を示すため、原料液供給管60の供給口61付近で、金属イオンと水酸基との反応(例えば上記式(1)の反応)と、金属イオンとアンモニアとの反応(例えば上記式(2−1)の反応)とが両方生じる。これらの反応は、基本的に、原料液供給管60の供給口61付近で生じる。
Since the reaction aqueous solution contained in the stirring
原料液は、金属塩水溶液と錯化剤とを混ぜて調製されるため、原料液供給管60の供給口61付近に錯化剤を効率的に供給できる。錯化剤は、供給口61付近において、ニッケル含有水酸化物の溶解度を上げて、ニッケル含有水酸化物の過飽和度を下げる。これにより、ニッケル含有水酸化物の析出反応が緩やかに生じ、粒径が大きく品質が良い粒子が得られる。従って、錯化剤を効率的に使用して、3μm以下の微粒子の割合を低減できる。
Since the raw material liquid is prepared by mixing the metal salt aqueous solution and the complexing agent, the complexing agent can be efficiently supplied to the vicinity of the
原料液に用いられるアンモニウム塩としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムおよび過塩素酸アンモニウムから選ばれる少なくとも1つが用いられる。これらのアンモニウム塩は、純水に溶解させると酸性を示すため、金属塩水溶液を混ぜたときに水酸基を生成しない。 As the ammonium salt used in the raw material liquid, at least one selected from ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate and ammonium perchlorate is used. Since these ammonium salts are acidic when dissolved in pure water, they do not generate hydroxyl groups when mixed with an aqueous metal salt solution.
原料液に用いられるアンモニウム塩は、原料液に用いられる金属塩とは異なる陰イオンを有することが好ましい。例えば、原料液に用いられる金属塩の陰イオンが硫酸イオンである場合(つまり、金属塩が硫酸ニッケルを含む場合)、原料液に用いられるアンモニウム塩の陰イオンは硫酸イオン以外(例えば塩素イオンなど)であることが好ましい。これにより、共通イオン効果を抑制し、アンモニウム塩を水に容易に溶解できる。 The ammonium salt used in the raw material solution preferably has an anion different from that of the metal salt used in the raw material solution. For example, when the anion of the metal salt used in the raw material solution is sulfate ion (that is, when the metal salt contains nickel sulfate), the anion of the ammonium salt used in the raw material solution is other than sulfate ion (for example, chlorine ion). ) Is preferable. As a result, the common-ion effect can be suppressed and the ammonium salt can be easily dissolved in water.
原料液に用いられるアンモニウム塩は、固体として金属塩水溶液と混ぜてもよいし、水に溶かした水溶液として金属塩水溶液と混ぜてもよい。固体のアンモニウム塩と、金属塩水溶液とを混ぜる場合、原料液に占める金属塩の濃度低下を抑制できる。また、予め水に溶かしたアンモニウム塩と、金属塩水溶液とを混ぜる場合、アンモニウム塩の溶け残りを低減できる。 The ammonium salt used in the raw material liquid may be mixed with the metal salt aqueous solution as a solid, or may be mixed with the metal salt aqueous solution as an aqueous solution dissolved in water. When a solid ammonium salt and an aqueous metal salt solution are mixed, a decrease in the concentration of the metal salt in the raw material liquid can be suppressed. Further, when the ammonium salt previously dissolved in water and the aqueous metal salt solution are mixed, the undissolved residue of the ammonium salt can be reduced.
原料液中の全ての金属塩と錯化剤とのモル比は、錯体の形成反応が十分に進むように設定されてよい。全ての金属塩のモル数の総和(A)に対する錯化剤のモル数(B)の比(B/A)は、例えば0.05以上1以下である。比(B/A)が0.05以上であると、原料液の供給口61付近において錯体の形成反応を十分に促進できる。比(B/A)が1以下であると、過剰な錯化剤の使用を防止できる。
The molar ratio of all the metal salts in the raw material liquid to the complexing agent may be set so that the complex formation reaction proceeds sufficiently. The ratio (B / A) of the number of moles (B) of the complexing agent to the total number of moles (A) of all the metal salts is, for example, 0.05 or more and 1 or less. When the ratio (B / A) is 0.05 or more, the complex formation reaction can be sufficiently promoted in the vicinity of the raw material
[実施例1]
実施例1では、オーバーフロー型の連続式の撹拌槽を用い、中和晶析によって、ニッケル複合水酸化物の粒子の核を生成させる核生成工程と、粒子を成長させる粒子成長工程とを同時に行った。撹拌槽の容積は200L、撹拌翼のタイプはディスクタービン翼、撹拌翼の羽根の枚数は6枚、撹拌翼の翼径は250mm、撹拌翼と撹拌槽の内底面との間の上下方向距離は140mm、撹拌翼の回転数は280rpmとした。撹拌槽内の反応水溶液の液量は200L、反応水溶液のpH値は11.3、反応水溶液の温度は50℃に維持した。反応水溶液の周辺雰囲気は大気雰囲気とした。
[Example 1]
In Example 1, an overflow-type continuous stirring tank is used, and a nucleation step of forming nuclei of nickel composite hydroxide particles and a particle growth step of growing particles are simultaneously performed by neutralization crystallization. rice field. The volume of the stirring tank is 200L, the type of stirring blade is a disc turbine blade, the number of blades of the stirring blade is 6, the blade diameter of the stirring blade is 250 mm, and the vertical distance between the stirring blade and the inner bottom surface of the stirring tank is The rotation speed of the stirring blade was 140 mm and 280 rpm. The amount of the reaction aqueous solution in the stirring tank was maintained at 200 L, the pH value of the reaction aqueous solution was maintained at 11.3, and the temperature of the reaction aqueous solution was maintained at 50 ° C. The surrounding atmosphere of the reaction aqueous solution was an atmospheric atmosphere.
金属塩水溶液は、ニッケル複合水酸化物としてNi0.82Co0.15Al0.03(OH)2が得られるように調製した。また、調整した金属塩水溶液と固体の塩化アンモニウムとを混ぜて原料液を調製した。原料液中の全ての金属塩(ニッケル塩、コバルト塩およびアルミニウム塩)のモル数の総和(A)に対する塩化アンモニウムのモル数(B)の比(B/A)は、0.2とした。原料液供給管の本数は1本、1本の原料液供給管からの供給量は400ml/分であった。 The metal salt aqueous solution was prepared so that Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 (OH) 2 could be obtained as a nickel composite hydroxide. Moreover, the raw material liquid was prepared by mixing the prepared metal salt aqueous solution and solid ammonium chloride. The ratio (B / A) of the number of moles of ammonium chloride (B) to the total number of moles (A) of all the metal salts (nickel salt, cobalt salt and aluminum salt) in the raw material liquid was 0.2. The number of raw material liquid supply pipes was one, and the amount supplied from each raw material liquid supply pipe was 400 ml / min.
核生成工程や粒子成長工程の間、撹拌槽内に、原料液の他に、中和剤として水酸化ナトリウム水溶液を供給して、反応水溶液のpH値を維持した。尚、定常状態における撹拌槽の内部に収容される反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、5g/Lで一定とした。
得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布をレーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いて測定したところ、実施例1で得られたニッケル複合水酸化物の粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、0%であった。
During the nucleation step and the particle growth step, an aqueous sodium hydroxide solution was supplied as a neutralizing agent in the stirring tank in addition to the raw material solution to maintain the pH value of the reaction aqueous solution. The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution contained in the stirring tank in the steady state was kept constant at 5 g / L.
When the particle size distribution of the obtained nickel composite hydroxide was measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, it was 3 μm or less in the particles of the nickel composite hydroxide obtained in Example 1. The proportion of fine particles was 0%.
[実施例2]
実施例2では、金属塩水溶液を、ニッケル複合水酸化物としてNi0.34Co0.33Mn0.33(OH)2が得られるように調製した以外は実施例1と同様にしてニッケル複合水酸化物の粒子を製造した。
[Example 2]
In Example 2, the nickel composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the aqueous metal salt solution was prepared so as to obtain Ni 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 (OH) 2 as the nickel composite hydroxide. Hydroxide particles were produced.
実施例2で得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布を実施例1と同様に測定したところ、粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、0%であった。 When the particle size distribution of the nickel composite hydroxide obtained in Example 2 was measured in the same manner as in Example 1, the proportion of fine particles of 3 μm or less in the particles was 0%.
[比較例1]
比較例1では、金属塩水溶液と錯化剤とを別々の供給管を用いて撹拌槽の内部に供給した以外、実施例1と同様にニッケル複合水酸化物の粒子を製造した。錯化剤としての塩化アンモニウムは、水溶液(塩化アンモニウムの濃度1mol/L)にして、撹拌槽の内部に供給した。定常状態における撹拌槽の内部に収容される反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、実施例1と同様に、5g/Lとした。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, nickel composite hydroxide particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the metal salt aqueous solution and the complexing agent were supplied to the inside of the stirring tank using separate supply pipes. Ammonium chloride as a complexing agent was made into an aqueous solution (ammonium chloride concentration 1 mol / L) and supplied to the inside of the stirring tank. The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution contained in the stirring tank in the steady state was set to 5 g / L as in Example 1.
比較例1で得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布を実施例1と同様に測定したところ、粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、6%であった。 When the particle size distribution of the nickel composite hydroxide obtained in Comparative Example 1 was measured in the same manner as in Example 1, the proportion of fine particles of 3 μm or less in the particles was 6%.
[比較例2]
比較例2では、純水に溶解するとアルカリ性を示す錯化剤と金属塩水溶液とを混ぜて原料液を調製した以外、実施例1と同様にニッケル複合水酸化物の粒子を製造した。錯化剤としてのアンモニアは、アンモニア水とした後で、金属塩水溶液と混ぜた。定常状態における撹拌槽の内部に収容される反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、実施例1と同様に、5g/Lとした。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, nickel composite hydroxide particles were produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material liquid was prepared by mixing a complexing agent showing alkalinity when dissolved in pure water and an aqueous metal salt solution. Ammonia as a complexing agent was made into aqueous ammonia and then mixed with an aqueous metal salt solution. The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution contained in the stirring tank in the steady state was set to 5 g / L as in Example 1.
比較例2で得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布を実施例1と同様に測定したところ、粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、20%であった。 When the particle size distribution of the nickel composite hydroxide obtained in Comparative Example 2 was measured in the same manner as in Example 1, the proportion of fine particles of 3 μm or less in the particles was 20%.
[比較例3]
比較例3では、金属塩水溶液と錯化剤とを別々の供給管を用いて撹拌槽の内部に供給した以外、実施例2と同様にニッケル複合水酸化物の粒子を製造した。錯化剤としての塩化アンモニウムは、水溶液(塩化アンモニウムの濃度1mol/L)にして、撹拌槽の内部に供給した。定常状態における撹拌槽の内部に収容される反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、実施例2と同様に、5g/Lとした。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, nickel composite hydroxide particles were produced in the same manner as in Example 2 except that the metal salt aqueous solution and the complexing agent were supplied to the inside of the stirring tank using separate supply pipes. Ammonium chloride as a complexing agent was made into an aqueous solution (ammonium chloride concentration 1 mol / L) and supplied to the inside of the stirring tank. The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution contained in the stirring tank in the steady state was set to 5 g / L as in Example 2.
比較例3で得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布を実施例1と同様に測定したところ、粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、5%であった。 When the particle size distribution of the nickel composite hydroxide obtained in Comparative Example 3 was measured in the same manner as in Example 1, the proportion of fine particles of 3 μm or less in the particles was 5%.
[比較例4]
比較例4では、純水に溶解するとアルカリ性を示す錯化剤と金属塩水溶液とを混ぜて原料液を調製した以外、実施例2と同様にニッケル複合水酸化物の粒子を製造した。錯化剤としてのアンモニアは、アンモニア水とした後で、金属塩水溶液と混ぜた。定常状態における撹拌槽の内部に収容される反応水溶液中のアンモニウムイオン濃度は、実施例2と同様に、5g/Lとした。
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, nickel composite hydroxide particles were produced in the same manner as in Example 2 except that a raw material liquid was prepared by mixing a complexing agent showing alkalinity when dissolved in pure water and an aqueous metal salt solution. Ammonia as a complexing agent was made into aqueous ammonia and then mixed with an aqueous metal salt solution. The ammonium ion concentration in the reaction aqueous solution contained in the stirring tank in the steady state was set to 5 g / L as in Example 2.
比較例4で得られたニッケル複合水酸化物の粒子径分布を実施例1と同様に測定したところ、粒子に占める、3μm以下の微粒子の割合は、18%であった。 When the particle size distribution of the nickel composite hydroxide obtained in Comparative Example 4 was measured in the same manner as in Example 1, the proportion of fine particles of 3 μm or less in the particles was 18%.
[まとめ]
実施例1、2および比較例1〜4から、純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩と、酸性の金属塩水溶液とを撹拌槽の外部で混ぜて調製した原料液を、撹拌槽の内部に供給すると、錯化剤を効率的に使用して3μm以下の微粒子の割合を低減できることがわかる。
[summary]
From Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, a raw material solution prepared by mixing an ammonium salt showing acidity when dissolved in pure water and an acidic metal salt aqueous solution outside the stirring tank is placed inside the stirring tank. It can be seen that the complexing agent can be efficiently used to reduce the proportion of fine particles of 3 μm or less.
以上、ニッケル含有水酸化物の製造方法の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。 Although the embodiment of the method for producing a nickel-containing hydroxide has been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and the like, and is within the scope of the gist of the present invention described in the claims. , Various modifications and improvements are possible.
2 種晶粒子
4 凝集体
6 外殻
10 化学反応装置
20 撹拌槽
30 撹拌翼
40 撹拌軸
50 バッフル
60 原料液供給管
61 供給口
62 中和剤供給管
2
Claims (4)
前記錯化剤として用いられ且つ純水に溶解させると酸性を示すアンモニウム塩および前記金属塩水溶液を前記撹拌槽の外部で混ぜて調製した原料液を、前記撹拌槽の内部に供給し、
前記原料液に用いられる前記アンモニウム塩は、前記原料液に用いられる前記金属塩とは異なる陰イオンを有する、ニッケル含有水酸化物の製造方法。 An acidic metal salt aqueous solution containing at least a nickel salt as a metal salt, a complexing agent that combines with the metal ion of the metal salt to form a complex, and the metal salt and the complex to form a metal hydroxide. This is a method for producing a nickel-containing hydroxide, which obtains particles of a nickel-containing hydroxide by neutralization crystallization by mixing and reacting with a neutralizing agent.
A raw material solution prepared by mixing an ammonium salt which is used as the complexing agent and shows acidity when dissolved in pure water and the metal salt aqueous solution outside the stirring tank is supplied to the inside of the stirring tank.
A method for producing a nickel-containing hydroxide, wherein the ammonium salt used in the raw material solution has an anion different from that of the metal salt used in the raw material solution.
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