JP7206808B2 - Cobalt-manganese composite oxide, production method thereof, and use thereof - Google Patents

Cobalt-manganese composite oxide, production method thereof, and use thereof Download PDF

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Description

本発明は、コバルト-マンガン系複合酸化物及びその製造方法、並びにその用途に関するものであり、詳しくは、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の前駆体として適したコバルト-マンガン系複合酸化物、そのコバルト-マンガン系複合酸化物を使用するリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法、及び、そのリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を正極として使用するリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a cobalt-manganese composite oxide, a method for producing the same, and applications thereof. The present invention relates to a method for producing a lithium-cobalt-manganese composite oxide using the cobalt-manganese composite oxide, and a lithium secondary battery using the lithium-cobalt-manganese composite oxide as a positive electrode.

リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は5V級リチウム二次電池用正極活物質として注目されている。当該リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物(所謂、活物質)の製造方法としては、例えば、リチウム源、コバルト源、及びマンガン源を混合し焼成する固相反応法や、コバルト-マンガン系複合化合物(所謂、前駆体)とリチウム源とを反応させる製造方法が挙げられる。 Lithium-cobalt-manganese composite oxides are attracting attention as positive electrode active materials for 5V class lithium secondary batteries. Examples of the method for producing the lithium-cobalt-manganese composite oxide (so-called active material) include a solid phase reaction method in which a lithium source, a cobalt source, and a manganese source are mixed and fired, and a cobalt-manganese composite compound. (so-called precursor) and a lithium source are reacted.

Fd-3mの空間群を有する、スピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物が知られている(特許文献1)。前記スピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物は、リチウム源、マンガン源、及びコバルト源を混合し、噴霧熱乾燥法により湿式造粒したものを原料としており、所謂固相反応法によって製造されている。 A spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide having a space group of Fd-3m is known (Patent Document 1). The spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide is prepared by mixing a lithium source, a manganese source, and a cobalt source, wet granulating the mixture by a spray heat drying method, and is produced by a so-called solid phase reaction method. .

特許第5813277号公報Japanese Patent No. 5813277

特許文献1の固相反応法で得られるスピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物については、コバルトとマンガンが原子レベルで十分に分散されているとは言い難く、均質性に劣るという課題があった。 Regarding the spinel-type lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide obtained by the solid-phase reaction method of Patent Document 1, it is difficult to say that cobalt and manganese are sufficiently dispersed at the atomic level, and there is a problem that the homogeneity is poor. .

本発明の目的は、均質性に優れるリチウムコバルトマンガン含有複合酸化物を提供することにあり、そのために、コバルトとマンガンが原子レベルで分散したスピネル型コバルト-マンガン系複合酸化物(前駆体)を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a lithium-cobalt-manganese-containing composite oxide with excellent homogeneity. To this end, a spinel-type cobalt-manganese composite oxide (precursor) in which cobalt and manganese are dispersed at the atomic level is prepared. to provide.

本発明者はコバルト-マンガン系複合酸化物について鋭意検討した結果、従来にない、Co:Mn組成(モル比)が1:1付近のスピネル型複合酸化物を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、化学組成式がCo(1.5+x)Mn(1.5-x)(但し、-0.15≦x≦0.15である)で表され、結晶構造が立方晶スピネル型構造であることを特徴とするコバルト-マンガン系複合酸化物、その製造方法、並びにその用途に関する。 As a result of intensive studies on cobalt-manganese-based composite oxides, the present inventors have found a spinel-type composite oxide having a Co:Mn composition (molar ratio) of about 1:1, which has never existed before, and have completed the present invention. rice field. That is , the present invention has a cubic The present invention relates to a cobalt-manganese composite oxide characterized by a crystal spinel structure, a method for producing the same, and uses thereof.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物(前駆体)は、単一結晶相に極めて近いため、リチウム源と反応させることによって、金属元素の均質性に優れるスピネル型リチウムコバルトマンガン含有複合酸化物(活物質)を提供することができる。 The cobalt-manganese-based composite oxide (precursor) of the present invention is extremely close to a single crystal phase. active material) can be provided.

また、本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、保存安定性に優れるという効果を奏する。 In addition, the cobalt-manganese composite oxide of the present invention has the effect of being excellent in storage stability.

また、本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物を前駆体としたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物は、従来公知の固相反応法リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物に比べて、リチウム二次電池を高性能化することができるという効果を奏する。 In addition, the lithium-cobalt-manganese composite oxide obtained by using the cobalt-manganese composite oxide of the present invention as a precursor has a higher lithium-dioxide content than the conventional solid-phase reaction method lithium-cobalt-manganese composite oxide. It is effective in improving the performance of the secondary battery.

以下、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、化学組成式がCo(1.5+x)Mn(1.5-x)(但し、-0.15≦x≦0.15である)で表される。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a chemical composition formula of Co (1.5+x) Mn (1.5−x) O 4 (where −0.15≦x≦0.15). be done.

上記のxについては、-0.15≦x≦0.15であるが、xがこの範囲内であれば、酸化還元に関与するコバルトの含有量が担保でき、5V付近(Li金属負極基準)の電池容量をより多く利用できる。なお、当該xについては、-0.10≦x≦0.10であることが好ましく、-0.05≦x≦0.05であることがさらに好ましい。 Regarding the above x, −0.15≦x≦0.15, but if x is within this range, the content of cobalt involved in oxidation-reduction can be secured, and around 5 V (Li metal negative electrode standard) more battery capacity. The x is preferably −0.10≦x≦0.10, more preferably −0.05≦x≦0.05.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、結晶構造が立方晶スピネル型構造である。立方晶スピネル型であることにより、CoおよびMnの元素分布が均一化され、Co-Mn規則配列が実現しやすい利点がある。また、原料および最終生成物であるリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の両方がスピネル型構造であることで、原料とリチウム化合物との反応が円滑に進行しやすいという利点がある。ここに、立方晶スピネル型とは、結晶格子が立方晶に分類され、結晶構造はスピネル型であるものをいい、空間群がFd-3mであることが好ましい。また、立方晶スピネル型酸化物の含有率が高く主相となるため、格子定数aが8.15~8.35Åであることが好ましく、8.20~8.30Åがより好ましく、8.22~8.30Åがさらに好ましく、8.25~8.30Åが特に好ましい。格子定数aが8.25~8.30Åの場合、極めて単一結晶相に近い結晶相が得られる。結晶構造が立方晶スピネル型構造とは、立方晶スピネル型構造の単一結晶相だけではなく、立方晶スピネル型構造が主相となっており、オキシ水酸化物、ハイドロタルサイト型水酸化物のいずれかまたは両方が微量生成して副相になっていてもよい。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention has a cubic spinel crystal structure. The cubic spinel type has the advantage that the element distribution of Co and Mn is made uniform and a regular Co—Mn arrangement is easily realized. Further, since both the raw material and the lithium-cobalt-manganese-based composite oxide as the final product have a spinel structure, there is an advantage that the reaction between the raw material and the lithium compound tends to proceed smoothly. Here, the cubic spinel type means that the crystal lattice is classified as a cubic system, the crystal structure is a spinel type, and the space group is preferably Fd-3m. In addition, since the content of the cubic spinel-type oxide is high and becomes the main phase, the lattice constant a is preferably 8.15 to 8.35 Å, more preferably 8.20 to 8.30 Å, and 8.22. ~8.30 Å is more preferred, and 8.25-8.30 Å is particularly preferred. When the lattice constant a is 8.25-8.30 Å, a crystal phase very close to a single crystal phase is obtained. The cubic spinel type crystal structure is not only the single crystal phase of the cubic spinel type structure, but also the cubic spinel type structure as the main phase, oxyhydroxide, hydrotalcite type hydroxide Either or both of may be produced in a trace amount to form a subphase.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、Na含有量が3000ppm以下であることが好ましい。Na含有量が3000ppm以下の場合、当該コバルト-マンガン系複合酸化物を用いて得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物においてリチウムの移動が阻害されず、放電容量が増加する傾向にある。当該Na含有量については、放電容量に優れる点で、2000ppm以下がより好ましく、1700ppm以下がより一層好ましく、1500ppm以下がさらに好ましく、1200ppm以下が特に好ましく、1000ppm以下が最も好ましい。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention preferably has a Na content of 3000 ppm or less. When the Na content is 3000 ppm or less, the lithium-cobalt-manganese composite oxide obtained by using the cobalt-manganese composite oxide does not hinder the movement of lithium, and the discharge capacity tends to increase. The Na content is more preferably 2000 ppm or less, still more preferably 1700 ppm or less, even more preferably 1500 ppm or less, particularly preferably 1200 ppm or less, and most preferably 1000 ppm or less, in terms of excellent discharge capacity.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、SO含有量が1重量%以下であることが好ましい。SO含有量が1重量%以下の場合、当該コバルト-マンガン系複合酸化物を用いてリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を製造したときに、Li金属と化合物を形成してLiSOなどが局部的に生成されるのを抑え、電池容量が増加する傾向にある。そのため、当該SO含有量については、0.6重量%以下がより好ましく、0.3重量%以下がさらに好ましい。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention preferably has an SO 4 content of 1% by weight or less. When the SO 4 content is 1% by weight or less, when the lithium-cobalt-manganese composite oxide is produced using the cobalt-manganese composite oxide, a compound is formed with Li metal to form Li 2 SO 4 etc. is suppressed locally, and the battery capacity tends to increase. Therefore, the SO 4 content is more preferably 0.6% by weight or less, and even more preferably 0.3% by weight or less.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の平均粒子径は、特に限定するものではないが、例えば、電極を形成しやすいという点で、1~20μmが好ましく、2~20μmがより好ましく、2~15μmがさらに好ましい。なお、当該平均粒子径とは、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径のことを表し、いわゆる凝集粒子径を表す。 The average particle size of the cobalt-manganese composite oxide of the present invention is not particularly limited. 15 μm is more preferred. The average particle size means the average particle size of secondary particles obtained by aggregating primary particles, and represents a so-called agglomerated particle size.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒子径分布は、特に限定するものではなく、例えば、単分散の粒子径分布、二峰性の粒子径分布等が挙げられる。単分散、すなわち、モノモーダルな分布を有する粒子径分布である場合には、正極とした際にも粒子径が均一であるため、その充放電反応もより均一なものとなる。 The particle size distribution of the cobalt-manganese composite oxide of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include monodisperse particle size distribution and bimodal particle size distribution. When the particle size distribution is monodisperse, that is, monomodal, the particle size is uniform even when used as a positive electrode, so that the charging/discharging reaction becomes more uniform.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物のBET比表面積は、特に限定するものではないが、高い充填性が得られやすいという点で、100m/g以下であることが好ましく、75m/g以下であることがより好ましく、50m/g以下であることがさらに好ましく、25m/g以下であることが特に好ましく、15m/g以下であることが最も好ましい。一般的には、充填性とBET比表面積とは相関関係があるため、低比表面積の方が高い充填性の粉末が得られやすい。 The BET specific surface area of the cobalt-manganese composite oxide of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 100 m 2 /g or less, and 75 m 2 /g, in terms of easily obtaining high filling properties. It is more preferably 50 m 2 /g or less, particularly preferably 25 m 2 /g or less, and most preferably 15 m 2 /g or less. Generally, since there is a correlation between the fillability and the BET specific surface area, a powder with a low specific surface area can be easily obtained with a high fillability.

次に、本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法について説明する。 Next, the method for producing the cobalt-manganese composite oxide of the present invention will be described.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、pH8.0~12.0の条件下、コバルト塩化合物とマンガン塩化合物を含む水溶液と酸化剤を、酸化還元電位-0.2~0.3Vで混合することによって製造することができ、当該操作によって混合水溶液中に目的とするコバルト-マンガン系複合酸化物を析出させることができる。 The cobalt-manganese-based composite oxide of the present invention is obtained by adding an aqueous solution containing a cobalt salt compound and a manganese salt compound and an oxidizing agent at a redox potential of -0.2 to 0.3 V under pH 8.0 to 12.0 conditions. It can be produced by mixing, and the desired cobalt-manganese composite oxide can be precipitated in the mixed aqueous solution by this operation.

コバルト塩化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト硫酸塩、コバルト塩化物、コバルト硝酸塩、コバルト酢酸塩などを例示することができる。コバルト塩化合物を含む水溶液としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト硫酸塩、コバルト塩化物、コバルト硝酸塩、コバルト酢酸塩などを溶解させた水溶液や、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの酸にコバルトを溶解した水溶液等を挙げることができる。当該コバルト塩化合物としては、硫酸コバルトが好ましい。 Examples of the cobalt salt compound include, but are not limited to, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt nitrate, and cobalt acetate. The aqueous solution containing a cobalt salt compound is not particularly limited, but examples include aqueous solutions in which cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt nitrate, cobalt acetate, etc. are dissolved, and inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid. , an aqueous solution in which cobalt is dissolved in an acid such as acetic acid, and the like. Cobalt sulfate is preferable as the cobalt salt compound.

マンガン塩化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、マンガン硫酸塩、マンガン塩化物、マンガン硝酸塩、マンガン酢酸塩などを例示することができる。マンガン塩化合物を含む水溶液としては、特に限定するものではないが、例えば、マンガン硫酸塩、マンガン塩化物、マンガン硝酸塩、マンガン酢酸塩などを溶解させた水溶液や、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの酸にマンガンを溶解した水溶液等を挙げることができる。当該マンガン塩化合物としては、硫酸マンガンが好ましい。 Examples of the manganese salt compound include, but are not limited to, manganese sulfate, manganese chloride, manganese nitrate, and manganese acetate. The aqueous solution containing a manganese salt compound is not particularly limited. , an aqueous solution in which manganese is dissolved in an acid such as acetic acid, and the like. Manganese sulfate is preferable as the manganese salt compound.

また、本発明の製造方法において、コバルトとマンガンの割合は、目的とするコバルト-マンガン系複合酸化物のコバルト:マンガンの割合となるようにすることが好ましい。したがって、コバルト、マンガンの割合は、モル比でCo:Mn=1.50+x:1.50-x(但し、-0.15≦x≦0.15である)であることが好ましい。 Further, in the production method of the present invention, the ratio of cobalt and manganese is preferably adjusted to the ratio of cobalt:manganese of the target cobalt-manganese composite oxide. Therefore, the molar ratio of cobalt and manganese is preferably Co:Mn=1.50+x:1.50−x (where −0.15≦x≦0.15).

金属塩水溶液中のコバルト、マンガンの合計濃度(金属濃度)は任意であるが、生産性に優れるという点で、1.0mol/L以上が好ましく、2.0mol/L以上がより好ましい。 The total concentration of cobalt and manganese (metal concentration) in the aqueous metal salt solution is arbitrary, but is preferably 1.0 mol/L or more, more preferably 2.0 mol/L or more, in terms of excellent productivity.

pH8.0~12.0の反応条件を維持するためには、酸や塩基を適宜添加混合することが好ましい。当該酸については、特に限定するものではないが、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、又は酢酸などを挙げることができる。当該塩基については、特に限定するものではないが、例えば、苛性ソーダ、苛性カリ、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸ソーダ、重炭酸ソーダ等を挙げることができる。 In order to maintain the reaction conditions of pH 8.0 to 12.0, it is preferable to appropriately add and mix an acid or a base. Examples of the acid include, but are not limited to, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid. The base is not particularly limited, but examples include caustic soda, caustic potash, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, sodium carbonate, sodium bicarbonate and the like.

当該酸や塩基を添加する際、酸や塩基については、直接添加してもよいし、水溶液として添加してもよい。水溶液として添加する場合、その濃度については、特に限定するものではないが、例えば、1mol/L以上を例示することができる。 When adding the acid or base, the acid or base may be added directly or may be added as an aqueous solution. When added as an aqueous solution, the concentration is not particularly limited, but for example, 1 mol/L or more can be exemplified.

本発明において、pH8.0~12.0の反応条件を維持するためには、苛性ソーダ水溶液を添加することが好ましく、苛性ソーダ水溶液としては、例えば、固形状水酸化ナトリウムを水溶させたものや食塩電解から生成した水酸化ナトリウム水溶液を濃度調製したもの等を用いることができる。 In the present invention, in order to maintain the reaction conditions of pH 8.0 to 12.0, it is preferable to add an aqueous solution of caustic soda. It is possible to use an aqueous solution of sodium hydroxide produced from the above with adjusted concentration.

本発明の製造方法において、pHを制御するために酸や塩基を添加混合する方法としては、特に限定するものではなく、例えば、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。 In the production method of the present invention, the method of adding and mixing an acid or a base to control the pH is not particularly limited. For example, it may be carried out continuously or intermittently.

酸化剤は、特に限定するものではないが、例えば、有酸素ガス又は過酸化水素水を挙げることができる。有酸素ガスとしては、特に限定するものではないが、例えば、空気、酸素等を例示することができる。経済上、空気が最も好ましい。空気や酸素などのガスはバブラーなどを用いてバブリングさせることで添加する。一方、過酸化水素水は金属塩水溶液や苛性ソーダ水溶液と同様に混合することができる。過酸化水素水の濃度としては、3~30重量%を例示することができる。 Examples of the oxidizing agent include, but are not limited to, aerobic gas and hydrogen peroxide water. Examples of the aerobic gas include, but are not limited to, air, oxygen, and the like. Air is most preferred economically. A gas such as air or oxygen is added by bubbling using a bubbler or the like. On the other hand, the hydrogen peroxide solution can be mixed in the same manner as the metal salt solution and the caustic soda solution. As the concentration of the hydrogen peroxide solution, 3 to 30% by weight can be exemplified.

本発明の製造方法については、pH8.0~12.0の条件で行うものである。pH8.0未満であると、コバルトとマンガンの溶解度の差が顕著になることで、目的のコバルトとマンガンの組成比ずれが起き、pH12.0を超えると、結晶性が低下し、非晶質化する。立方晶スピネル型酸化物の生産比率を高められるという点で、pH8.0~11.0であることが好ましく、pH8.0~9.5であることがより好ましい。さらに、高い製造効率での製造が可能になるという点で、pH8.25~9.25であることが特に好ましい。 The production method of the present invention is carried out under conditions of pH 8.0 to 12.0. If the pH is less than 8.0, the difference in solubility between cobalt and manganese becomes significant, causing a shift in the desired composition ratio between cobalt and manganese. become The pH is preferably 8.0 to 11.0, more preferably 8.0 to 9.5, in that the production ratio of the cubic spinel-type oxide can be increased. Furthermore, pH 8.25 to 9.25 is particularly preferable in terms of enabling production with high production efficiency.

本発明の製造方法については、コバルト塩化合物とマンガン塩化合物を含む水溶液と酸化剤を、酸化還元電位-0.2~0.3Vで混合するものである。酸化還元電位も生成される結晶構造に影響し、酸化還元電位が0.3Vを超えると、マンガンの析出電位から外れ、コバルトとマンガンの組成比ずれが引き起こされる。一方、酸化還元電位が-0.2V未満であると、結晶性が低下し非晶質化する。単一結晶相により近づけるためには-0.1~0.2Vの範囲が好ましい。酸化還元電位は酸化剤の供給量により制御可能である。 In the production method of the present invention, an aqueous solution containing a cobalt salt compound and a manganese salt compound and an oxidizing agent are mixed at an oxidation-reduction potential of -0.2 to 0.3V. The oxidation-reduction potential also affects the crystal structure to be produced. If the oxidation-reduction potential exceeds 0.3 V, it deviates from the deposition potential of manganese, causing a deviation in the composition ratio of cobalt and manganese. On the other hand, if the oxidation-reduction potential is less than -0.2 V, the crystallinity is lowered and the film becomes amorphous. A range of -0.1 to 0.2 V is preferred to approximate a single crystal phase. The redox potential can be controlled by the amount of oxidizing agent supplied.

コバルト塩化合物とマンガン塩化合物を含む水溶液に酸化剤を添加するときの温度は、特に限定するものではないが、通常、40℃以上であることが好ましい。なお、金属塩水溶液の酸化反応が進みやすくなり、コバルト-マンガン系複合酸化物がより析出しやすいという点で、50℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましく、60~80℃が特に好ましい。 Although the temperature at which the oxidizing agent is added to the aqueous solution containing the cobalt salt compound and the manganese salt compound is not particularly limited, it is usually preferably 40° C. or higher. The temperature is more preferably 50° C. or higher, still more preferably 60° C. or higher, and particularly preferably 60 to 80° C., in that the oxidation reaction of the aqueous metal salt solution proceeds easily and the cobalt-manganese composite oxide is more likely to precipitate. .

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法については、特に雰囲気制御は必要なく、通常の大気雰囲気下で行うことが可能である。 The method for producing a cobalt-manganese composite oxide according to the present invention does not require any special atmosphere control, and can be carried out in a normal atmospheric atmosphere.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法については、バッチ式、連続式のどちらでも可能である。バッチ式の場合、混合時間は任意である。例えば、3~48時間が挙げられ、さらには6~24時間を挙げることができる。一方、連続式の場合、コバルト-マンガン系複合酸化物粒子が反応容器内に滞在する平均滞在時間を1~30時間にするのが好ましく、3~20時間がより好ましい。 The method for producing the cobalt-manganese composite oxide of the present invention can be either a batch system or a continuous system. Mixing time is arbitrary in the case of batch type. Examples include 3 to 48 hours, and further 6 to 24 hours. On the other hand, in the case of the continuous type, the average residence time of the cobalt-manganese composite oxide particles in the reaction vessel is preferably 1 to 30 hours, more preferably 3 to 20 hours.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法によって析出したコバルト-マンガン系複合酸化物については、濾過などの操作によって単離することができ、さらに、取り扱い上、さらに洗浄を行って、乾燥することが好ましい。 The cobalt-manganese composite oxide precipitated by the method for producing a cobalt-manganese composite oxide of the present invention can be isolated by an operation such as filtration, and further washed and dried for handling. preferably.

洗浄によって、コバルト-マンガン系複合酸化物に付着、吸着した不純物を除去することができる。洗浄方法としては、特に限定するものではないが、例えば、水(例えば、純水、水道水、河川水等)にコバルト-マンガン系複合酸化物を添加し、不純物を水に溶解させる方法が例示できる。 Impurities adhering to and adsorbed on the cobalt-manganese composite oxide can be removed by washing. The washing method is not particularly limited, but for example, a method of adding a cobalt-manganese composite oxide to water (for example, pure water, tap water, river water, etc.) and dissolving impurities in the water is exemplified. can.

乾燥によって、コバルト-マンガン系複合酸化物の水分を除去することができる。乾燥方法としては、特に限定するものではないが、例えば、コバルト-マンガン系複合酸化物を110~150℃で2~15時間で加熱乾燥する等が挙げられる。 Moisture in the cobalt-manganese composite oxide can be removed by drying. Although the drying method is not particularly limited, for example, the cobalt-manganese composite oxide is dried by heating at 110 to 150° C. for 2 to 15 hours.

本発明の製造方法では、洗浄し、乾燥した後に、粉砕を行ってもよい。 In the production method of the present invention, pulverization may be performed after washing and drying.

粉砕では、用途に適した平均粒子径の粉末とする。所望の平均粒子径となれば粉砕条件は任意であり、例えば、湿式粉砕、乾式粉砕等の方法で粉砕することが例示できる。 In pulverization, a powder having an average particle size suitable for the application is obtained. Pulverization conditions are arbitrary as long as the desired average particle size is obtained. For example, wet pulverization, dry pulverization, or the like can be used.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造に使用することができる。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention can be used for producing a lithium-cobalt-manganese composite oxide.

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物を原料として、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を製造する場合、その製造方法は、コバルト-マンガン系複合酸化物とリチウム化合物とを混合する混合工程と、焼成工程と、アニール工程を有するものである。 When producing a lithium-cobalt-manganese composite oxide using the cobalt-manganese composite oxide of the present invention as a raw material, the production method includes a mixing step of mixing the cobalt-manganese composite oxide and the lithium compound. , a firing process and an annealing process.

混合工程において、リチウム化合物は任意のものを用いることができる。リチウム化合物として、例えば、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の群から選ばれる1種以上が例示できる。好ましいリチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム及び炭酸リチウムの群から選ばれるいずれか1種以上が例示できる。 Any lithium compound can be used in the mixing step. Examples of lithium compounds include one or more selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, and alkyllithium. As a preferable lithium compound, any one or more selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium oxide and lithium carbonate can be exemplified.

焼成工程では、混合工程で得られた混合物を焼成することによってリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を製造することができる。焼成は、特に限定するものではないが、通常、500~1000℃の温度範囲で行うことができる。当該焼成については、空気中、酸素中など各種の雰囲気で行うことができる。 In the firing step, a lithium-cobalt-manganese composite oxide can be produced by firing the mixture obtained in the mixing step. Firing is not particularly limited, but can usually be carried out in the temperature range of 500 to 1000°C. The firing can be performed in various atmospheres such as air and oxygen.

アニール工程では、500~800℃の温度範囲が好ましく、600~750℃の温度範囲がより好ましく、例えば、大気や酸素の雰囲気下に0.5~300時間置くことで、酸素を取り込みやすくすることが好ましい。アニール工程を行わない場合、酸素の欠損量が大きくなり、充放電容量が低下する。 In the annealing step, a temperature range of 500 to 800° C. is preferable, and a temperature range of 600 to 750° C. is more preferable. is preferred. If the annealing step is not performed, the amount of oxygen deficiency increases and the charge/discharge capacity decreases.

このように得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物については、リチウム二次電池の正極活物質として用いられる。 The lithium-cobalt-manganese composite oxide thus obtained is used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries.

本発明のリチウム二次電池に用いる負極活物質としては、金属リチウムおよびリチウムまたはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることができる。例えば、金属リチウム、リチウム/アルミニウム合金、リチウム/スズ合金、リチウム/鉛合金および電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料が例示され、電気化学的にリチウムイオンを挿入・脱離することができる炭素材料が安全性および電池の特性の面から特に好適である。 As the negative electrode active material used in the lithium secondary battery of the present invention, metallic lithium and materials capable of intercalating and deintercalating lithium or lithium ions can be used. Examples include metallic lithium, lithium/aluminum alloy, lithium/tin alloy, lithium/lead alloy, and carbon materials capable of electrochemically intercalating/deintercalating lithium ions. A carbon material that can be desorbed is particularly preferred from the standpoint of safety and battery characteristics.

本発明のリチウム二次電池で用いる電解質としても特に制限はなく、例えば、カーボネート類、スルホラン類、ラクトン類、エーテル顆等の有機溶媒中にリチウム塩を溶解したものや、リチウムイオン導電性の固体電解質を用いることができる。 The electrolyte used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. Electrolytes can be used.

本発明のリチウム二次電池で用いるセパレーターとしては、特に制限はないが、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製の微細多孔膜等を用いることができる。 The separator used in the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but for example, a microporous film made of polyethylene or polypropylene can be used.

以上のようなリチウム二次電池の構成の一例として、例えば、導電剤との混合物をペレット状に成型した後、100~200℃で減圧乾燥して得られる成形物を電池用正極とし、金属リチウム箔からなる負極、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溶解した電解液を用いたもの等が挙げられる。 As an example of the configuration of the lithium secondary battery as described above, for example, after molding a mixture with a conductive agent into a pellet shape, the molded product obtained by drying under reduced pressure at 100 to 200 ° C. is used as a battery positive electrode, and metallic lithium Examples include those using a negative electrode made of foil, and an electrolytic solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate.

実施例1のコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。1 is an XRD pattern of the cobalt-manganese composite oxide of Example 1. FIG. 実施例1のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線である。2 is a particle size distribution curve of the cobalt-manganese composite oxide of Example 1. FIG. 実施例1のコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。1 is a scanning electron micrograph of a cobalt-manganese composite oxide of Example 1. FIG. 実施例2のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線である。4 is a particle size distribution curve of the cobalt-manganese composite oxide of Example 2. FIG. 実施例3のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線である。4 is a particle size distribution curve of the cobalt-manganese composite oxide of Example 3. FIG. 実施例4のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線である。4 is a particle size distribution curve of the cobalt-manganese composite oxide of Example 4. FIG. 実施例4のコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the cobalt-manganese composite oxide of Example 4. FIG. 実施例5のコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。10 is an XRD pattern of the cobalt-manganese composite oxide of Example 5. FIG. 実施例5のコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線である。4 is a particle size distribution curve of the cobalt-manganese composite oxide of Example 5. FIG. 実施例5のコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the cobalt-manganese composite oxide of Example 5. FIG. 実施例5のコバルト-マンガン系複合酸化物の元素マッピングである。4 is an elemental mapping of the cobalt-manganese composite oxide of Example 5. FIG. 実施例6のコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。10 is an XRD pattern of the cobalt-manganese composite oxide of Example 6. FIG. 実施例9のコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。10 is an XRD pattern of the cobalt-manganese composite oxide of Example 9. FIG. 実施例9のコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真である。10 is a scanning electron micrograph of the cobalt-manganese composite oxide of Example 9. FIG. 実施例10のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンである。10 is an XRD pattern of the lithium-cobalt-manganese composite oxide of Example 10. FIG.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<粉末X線回折測定>
X線回折装置(商品名:Ultima4、リガク製)を使用し、得られた試料の粉末X線回折測定を行った。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、スキャン条件はサンプリング幅2θ=0.04°、計測時間は4秒、測定範囲は2θとして10°から90°の範囲で測定した。
<Powder X-ray diffraction measurement>
Using an X-ray diffractometer (trade name: Ultima4, manufactured by Rigaku), the obtained sample was subjected to powder X-ray diffraction measurement. CuKα rays (λ = 1.5405 Å) are used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan conditions are sampling width 2θ = 0.04°, measurement time is 4 seconds, and the measurement range is 10° to 90° as 2θ. measured in the range of

<結晶構造の解析と格子定数の測定>
上記の条件のXRD測定で得られたXRDパターンにおいて、立方晶スピネル型結晶相の構造精密化をRietveld法で行った。X線回折装置に付属の解析ソフトウェアPDXL-2を用いてパターンフィッティングすることにより、格子定数aを求めた。副生相であるオキシ水酸化物型構造は2θ=19.2°±0.5°及び2θ=66.0°±0.5°、ハイドロタルサイト型酸化物構造については、2θ=11.7°±1.0°の立方晶スピネル型構造では帰属不可能な回折ピークを確認することにより、それらの生成を確認した。また、オキシ水酸化物型構造は2θ=19.2°±0.5°にもっとも強く回折ピークが現れるが、立方晶スピネル型構造の結晶相がもつ2θ=18.5°±0.5°の回折ピークと重複した場合、一本の合成ピークとして現れることがある。この場合、他の回折ピークとの強度比を比較することにより、オキシ水酸化物型構造の有無を確認した。
<Analysis of crystal structure and measurement of lattice constant>
In the XRD pattern obtained by the XRD measurement under the above conditions, structural refinement of the cubic spinel crystal phase was performed by the Rietveld method. The lattice constant a was obtained by pattern fitting using the analysis software PDXL-2 attached to the X-ray diffractometer. 2θ=19.2°±0.5° and 2θ=66.0°±0.5° for the oxyhydroxide type structure, which is a byproduct phase, and 2θ=11.0° for the hydrotalcite type oxide structure. Their formation was confirmed by observing diffraction peaks that could not be attributed to the cubic spinel structure at 7°±1.0°. In addition, the oxyhydroxide structure has the strongest diffraction peak at 2θ = 19.2° ± 0.5°, but the crystal phase of the cubic spinel structure has a 2θ = 18.5° ± 0.5°. When overlapped with the diffraction peak of , it may appear as a single synthetic peak. In this case, the presence or absence of the oxyhydroxide structure was confirmed by comparing the intensity ratio with other diffraction peaks.

<化学組成の測定>
得られた試料の組成分析は誘導結合プラズマ発光分析法(ICP法)により行った。すなわち、試料粉末と過酸化水素水と塩酸水溶液とを加熱酸溶解することで、測定溶液を調製した。一般的な誘導結合プラズマ発光分析装置(商品名:OPTIMA3000DV、PERKIN ELMER製)を用い、得られた測定溶液を測定することで、得られた試料の化学組成を分析した。
<Measurement of chemical composition>
Composition analysis of the obtained sample was performed by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP method). That is, the measurement solution was prepared by heating and acid-dissolving the sample powder, the hydrogen peroxide solution, and the hydrochloric acid aqueous solution. The chemical composition of the obtained sample was analyzed by measuring the obtained measurement solution using a general inductively coupled plasma emission spectrometer (trade name: OPTIMA3000DV, manufactured by PERKIN ELMER).

<平均粒子径の測定>
得られた試料の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(商品名:マイクロトラックMT3300EXII、マイクロトラックベル製)を使用してHRAモードで測定した。
<Measurement of average particle size>
The average particle size of the obtained sample was measured in HRA mode using a laser diffraction particle size distribution analyzer (trade name: Microtrac MT3300EXII, manufactured by Microtrac Bell).

<比表面積の測定>
流動式比表面積自動測定装置(商品名:フローソーブ3-2305、Micrometrics社製)を用い、得られた複合酸化物1.0gを窒素気流中150℃、1時間前処理した後、BET1点法にて吸脱着面積を測定した後、重量で除することで比表面積(m/g)を求めた。
<Measurement of specific surface area>
1.0 g of the obtained composite oxide was pretreated in a nitrogen stream at 150° C. for 1 hour using an automatic flow-type specific surface area measuring device (trade name: Flowsorb 3-2305, manufactured by Micrometrics), and then subjected to the BET 1-point method. The specific surface area (m 2 /g) was obtained by dividing the adsorption/desorption area by the weight.

<元素マッピングの測定>
電界放射型電子顕微鏡(FE-SEM、商品名:JSM-7600F、日本電子製)/エネルギー分散型スペクトロメータ(EDS、商品名:NSS312E+UltraDry30mm、サーモフィッシャサイエンティフィック製)を用い、イオンミリング加工した試料断面のCo元素とMn元素の分布を、加速電圧10kVで測定した。
<Measurement of elemental mapping>
Using a field emission electron microscope (FE-SEM, trade name: JSM-7600F, manufactured by JEOL Ltd.)/energy dispersive spectrometer (EDS, trade name: NSS312E+UltraDry 30 mm 2 , manufactured by Thermo Fisher Scientific), ion milling was performed. The distribution of Co element and Mn element in the cross section of the sample was measured at an acceleration voltage of 10 kV.

<電池性能評価>
リチウム-コバルト-マンガン系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>
A battery characteristic test was performed on the positive electrode of the lithium-cobalt-manganese composite oxide.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の粉末(正極活物質)と、導電助剤としてアセチレンブラック、結着剤としてPVDFを質量比で88:6:6で混合し、NMPを加えてペースト状に調整した。このペーストを厚さ10.7μmのAl箔集電体に塗布し、150℃で減圧乾燥させた。その後、φ13mmの大きさに切りだし、2t/mでプレスして正極とした。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5.4Vから3.0Vの間、室温下で充放電させた。電流密度10mA/gで充放電し、それぞれの比容量(mAh/g)を測定した。 The resulting lithium-cobalt-manganese composite oxide powder (positive electrode active material), acetylene black as a conductive aid, and PVDF as a binder were mixed at a mass ratio of 88:6:6, and NMP was added. Adjusted to a paste. This paste was applied to an Al foil current collector having a thickness of 10.7 μm and dried at 150° C. under reduced pressure. After that, it was cut into a size of φ13 mm and pressed at 2 t/m 2 to obtain a positive electrode. The positive electrode for battery thus obtained, the negative electrode made of metallic lithium foil (thickness: 0.2 mm), and the electrolytic solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a concentration of 1 mol/dm3. A battery was constructed using the liquid. The battery was charged and discharged at a constant current at a battery voltage between 5.4 V and 3.0 V at room temperature. It was charged and discharged at a current density of 10 mA/g, and each specific capacity (mAh/g) was measured.

実施例1
硫酸コバルト及び硫酸マンガンを純水に溶解し、1.0mol/L(リットル)の硫酸コバルト及び1.0mol/Lの硫酸マンガンを含む水溶液(金属塩水溶液)を得た。金属塩水溶液中の全金属の合計濃度は2.0mol/Lであった。
Example 1
Cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in pure water to obtain an aqueous solution (metal salt aqueous solution) containing 1.0 mol/L (liter) of cobalt sulfate and 1.0 mol/L of manganese sulfate. The total concentration of all metals in the metal salt aqueous solution was 2.0 mol/L.

また、内容積1Lの反応容器に純水300gを入れた後、これを60℃まで昇温し、維持した。 Further, after putting 300 g of pure water into a reaction vessel having an inner volume of 1 L, the temperature was raised to 60° C. and maintained.

得られた金属塩水溶液を供給速度0.35g/minで反応容器に連続供給した。また、酸化剤として、空気を供給速度1L/minで反応容器中にバブリングした。さらに、金属塩水溶液及び空気供給の際、pHが8.25となるように、2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(苛性ソーダ水溶液)を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた(反応時の酸化還元電位は0.13Vであった)。前記反応により、かかる反応容器中で、コバルト-マンガン系複合化合物が析出し、スラリーが得られた。反応容器内のスラリーをろ過し、純水で洗浄することによって、ウェットケーキを得た。当該ウェットケーキを110℃で15時間乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。 The obtained metal salt aqueous solution was continuously supplied to the reactor at a supply rate of 0.35 g/min. As an oxidant, air was bubbled into the reactor at a supply rate of 1 L/min. Furthermore, when supplying the metal salt aqueous solution and air, the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L sodium hydroxide aqueous solution (caustic soda aqueous solution) so that the pH was 8.25. (The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.13 V). Due to the above reaction, a cobalt-manganese composite compound was precipitated in the reaction vessel to obtain a slurry. A wet cake was obtained by filtering the slurry in the reaction vessel and washing with pure water. By drying the wet cake at 110° C. for 15 hours, a cobalt-manganese composite oxide was obtained.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図1に示す。図1からは、2θ=12°付近に微弱な回折ピークがみられるものの、ほぼ立方晶スピネル型構造の単一結晶相といえた。 FIG. 1 shows the XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 1, although a faint diffraction peak is seen near 2θ=12°, it can be said to be a single crystal phase with a substantially cubic spinel structure.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線を図2に示す。図2からは、幅広い粒子径が正規分布しているといえた。 FIG. 2 shows the particle size distribution curve of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 2, it can be said that a wide range of particle sizes is normally distributed.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。 A scanning electron micrograph of the obtained cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.493Mn1.507)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.493 Mn 1.507 O 4 ).

Figure 0007206808000001
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実施例2
pHが8.75となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.09Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 2
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 8.75 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.09 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンは図1とほぼ同じであり、2θ=12°付近に微弱な回折ピークがみられるものの、ほぼ立方晶スピネル型構造の単一結晶相といえた。 The XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide is almost the same as that shown in FIG. rice field.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線を図4に示す。図4からは、均一な粒子径が単分散しているといえた。 FIG. 4 shows the particle size distribution curve of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 4, it can be said that uniform particle diameters are monodisperse.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.514Mn1.486)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.514 Mn 1.486 O 4 ).

実施例3
pHが9.00となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.10Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 3
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 9.00 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.10 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンは図1とほぼ同じであり、2θ=12°付近に微弱な回折ピークがみられるものの、ほぼ立方晶スピネル型構造の単一結晶相といえた。 The XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide is almost the same as that shown in FIG. rice field.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線を図5に示す。図5からは、均一な粒子径が単分散しているといえた。 FIG. 5 shows the particle size distribution curve of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 5, it can be said that uniform particle diameters are monodisperse.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.510Mn1.490)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.510 Mn 1.490 O 4 ).

実施例4
pHが9.25となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 4
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 9.25 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.08 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンは図1とほぼ同じであり、立方晶スピネル型構造の単一結晶相といえた。 The XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide was almost the same as that shown in FIG.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線を図6に示す。図6からは、均一な粒子径が単分散しているといえた。 FIG. 6 shows the particle size distribution curve of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 6, it can be said that the uniform particle size is monodispersed.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図7に示す。 A scanning electron micrograph of the obtained cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.490Mn1.510)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.490 Mn 1.510 O 4 ).

実施例5
pHが8.5となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させて(反応時の酸化還元電位は0.09Vであった)、反応容器出口から連続的に押し出すことによってスラリーを得た以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 5
The reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 8.5 (the oxidation-reduction potential during the reaction was 0.09 V), A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the slurry was obtained by continuously extruding from the reactor outlet. The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図8に示す。図8からは、立方晶スピネル型構造の単一結晶相といえた。 FIG. 8 shows the XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 8, it could be said that it was a single crystal phase with a cubic spinel structure.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の粒度分布曲線を図9に示す。図9からは、均一な粒子径が単分散しているといえた。 FIG. 9 shows the particle size distribution curve of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 9, it can be said that the uniform particle size is monodispersed.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図10に示す。 A scanning electron micrograph of the obtained cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の元素マッピングを図11に示す。図11からはCo元素とMn元素の偏析は認められず、高い均質性が示された。 Element mapping of the obtained cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG. From FIG. 11, no segregation of Co element and Mn element was observed, indicating high homogeneity.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.515Mn1.485)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.515 Mn 1.485 O 4 ).

実施例6
pHが9.5となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.08Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 6
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 9.5 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.08 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図12に示す。図12からは、2θ=34°付近および2θ=66°付近にオキシ水酸化物に対応する弱い回折ピークがみられたため、立方晶スピネル型構造が主相で、オキシ水酸化物型構造が副相であるといえた。また、2θ=18.5°±1.0°の回折ピークの強度が実施例1~5に比べて明らかに強いことからも、オキシ水酸化物相の存在が確認できた。 FIG. 12 shows the XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 12, weak diffraction peaks corresponding to oxyhydroxide were observed near 2θ = 34° and 2θ = 66°. It can be said that it is a phase. In addition, the existence of the oxyhydroxide phase could be confirmed from the fact that the intensity of the diffraction peak at 2θ=18.5°±1.0° was clearly stronger than those of Examples 1 to 5.

立方晶スピネル型構造の結晶相比率は他の副相に比べ高いことは明らかであった。 It was clear that the crystalline phase fraction of the cubic spinel-type structure was higher than other subphases.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.508Mn1.492)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.508 Mn 1.492 O 4 ).

実施例7
pHが9.75となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.09Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 7
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 9.75 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.09 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンは図12とほぼ同じであり、2θ=34°付近および2θ=66°付近にオキシ水酸化物に対応する弱い回折ピークがみられたため、立方晶スピネル型構造が主相で、オキシ水酸化物型構造が副相であるといえた。立方晶スピネル型構造の結晶相比率は他の副相に比べ高いことは明らかであった。 The XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide was almost the same as that shown in FIG. It can be said that the crystalline spinel type structure is the main phase and the oxyhydroxide type structure is the secondary phase. It was clear that the crystalline phase fraction of the cubic spinel-type structure was higher than other subphases.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.518Mn1.482)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.518 Mn 1.482 O 4 ).

実施例8
pHが10.25となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は0.05Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 8
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 10.25 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was 0.05 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンは図12とほぼ同じであり、2θ=34°付近および2θ=66°付近にオキシ水酸化物に対応する弱い回折ピークがみられたため、立方晶スピネル型構造が主相で、オキシ水酸化物型構造が副相であるといえた。立方晶スピネル型構造の結晶相比率は他の副相に比べ高いことは明らかであった。 The XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide was almost the same as that shown in FIG. It can be said that the crystalline spinel type structure is the main phase and the oxyhydroxide type structure is the secondary phase. It was clear that the crystalline phase fraction of the cubic spinel-type structure was higher than other subphases.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.496Mn1.504)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.496 Mn 1.504 O 4 ).

実施例9
pHが11.25となるように2.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を断続的に添加しながら連続的に反応を進行させた以外は、実施例1と同様な方法でスラリーを得た(反応時の酸化還元電位は-0.01Vであった)。得られたスラリーを、実施例1と同様にして、ろ過し、洗浄した後、乾燥することで、コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。
Example 9
A slurry was obtained in the same manner as in Example 1, except that the reaction was allowed to proceed continuously while intermittently adding a 2.5 mol/L aqueous sodium hydroxide solution so that the pH was 11.25 ( The oxidation-reduction potential during the reaction was -0.01 V). The resulting slurry was filtered, washed and dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cobalt-manganese composite oxide.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図13に示す。図13からは、立方晶スピネル型構造が主相で、オキシ水酸化物型構造およびハイドロタルサイト型酸化物構造が副相であるといえた。 FIG. 13 shows the XRD pattern of the obtained cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 13, it can be said that the cubic spinel type structure is the main phase, and the oxyhydroxide type structure and hydrotalcite type oxide structure are the secondary phases.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の走査型電子顕微鏡写真を図14に示す。 A scanning electron micrograph of the obtained cobalt-manganese composite oxide is shown in FIG.

得られたコバルト-マンガン系複合酸化物の測定結果を表1に示す(化学組成式:Co1.479Mn1.521)。 Table 1 shows the measurement results of the obtained cobalt-manganese composite oxide (chemical composition formula: Co 1.479 Mn 1.521 O 4 ).

実施例10
実施例5で得られたコバルト-マンガン系複合酸化物と炭酸リチウムを混合し、空気流中、900℃で12時間焼成した後、700℃で24時間、650℃で24時間、600℃で24時間アニールすることにより、リチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を得た。化学組成分析の結果から、組成式:LiCoMnOと表すことができた。
Example 10
The cobalt-manganese-based composite oxide obtained in Example 5 and lithium carbonate were mixed and fired in an air stream at 900°C for 12 hours. A lithium-cobalt-manganese composite oxide was obtained by annealing for a period of time. From the results of the chemical composition analysis, it was possible to represent the composition formula: LiCoMnO 4 .

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物のXRDパターンを図15に示す。図15からは、空間群Fd-3mに帰属される立方晶スピネル型構造であるといえた。 FIG. 15 shows the XRD pattern of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. From FIG. 15, it can be said that the crystal has a cubic spinel structure belonging to the space group Fd-3m.

得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の電池性能評価の結果を表2に示す。表2から、4.7V以上の放電容量が大きく、高エネルギー密度を有していることが示された。 Table 2 shows the battery performance evaluation results of the obtained lithium-cobalt-manganese composite oxide. Table 2 shows that the battery has a large discharge capacity at 4.7 V or higher and a high energy density.

Figure 0007206808000002
Figure 0007206808000002

本発明のコバルト-マンガン系複合酸化物は、リチウム二次電池の正極活物質などに用いられるリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の前駆体として使用することができ、そのリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を電池用正極として使用した高性能なリチウム二次電池を構成することが可能となる。 The cobalt-manganese composite oxide of the present invention can be used as a precursor of a lithium-cobalt-manganese composite oxide used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries. It is possible to construct a high-performance lithium secondary battery using the composite oxide as a battery positive electrode.

Claims (9)

化学組成式がCo(1.5+x)Mn(1.5-x)(但し、-0.15≦x≦0.15である)で表され、結晶構造が立方晶スピネル型構造の単一結晶相であり、平均粒子径が2~15μmであることを特徴とするコバルト-マンガン系複合酸化物。 The chemical composition formula is represented by Co (1.5+x) Mn (1.5−x) O 4 (where −0.15≦x≦0.15), and the crystal structure is a cubic spinel structure . A cobalt-manganese composite oxide characterized by having a single crystal phase and having an average particle size of 2 to 15 μm . 空間群がFd-3mであり、格子定数aが8.15~8.35Åであることを特徴とする請求項1に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物。 2. The cobalt-manganese composite oxide according to claim 1, wherein the space group is Fd-3m and the lattice constant a is 8.15 to 8.35 Å. Na含有量が3000ppm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物。 3. The cobalt-manganese composite oxide according to claim 1, wherein the Na content is 3000 ppm or less. SO含有量が1重量%以下であることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかの項に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物。 4. The cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the SO 4 content is 1% by weight or less. モノモーダルな分布を有する粒子径分布である、請求項1~4のいずれかの項に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物。5. The cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 4, which has a monomodal particle size distribution. BET比表面積が100m/g以下であることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかの項に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物。 6. The cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 5, which has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or less. pH8.0~12.0の条件下、コバルト硫酸塩とマンガン硫酸塩を含む水溶液と酸化剤を、酸化還元電位-0.2~0.3Vで混合することを特徴とする請求項1~請求項6のいずれかの項に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法。 Claims 1 to 1, characterized in that the aqueous solution containing cobalt sulfate and manganese sulfate and the oxidizing agent are mixed at a redox potential of -0.2 to 0.3 V under pH conditions of 8.0 to 12.0. 7. A method for producing a cobalt-manganese composite oxide according to any one of items 6. 請求項1~請求項6のいずれかの項に記載のコバルト-マンガン系複合酸化物とリチウム化合物を混合し、焼成し、アニールすることを特徴とするリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法。 Production of a lithium-cobalt-manganese composite oxide characterized by mixing the cobalt-manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 6 and a lithium compound, firing and annealing. Method. 請求項8に記載のリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物の製造方法で得られたリチウム-コバルト-マンガン系複合酸化物を正極活物質として使用することを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery, wherein the lithium-cobalt-manganese composite oxide obtained by the method for producing a lithium-cobalt-manganese composite oxide according to claim 8 is used as a positive electrode active material.
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