Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6270771B2 - Synthesis method of polyanionic compound - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6270771B2 - Synthesis method of polyanionic compound - Google Patents

Synthesis method of polyanionic compound Download PDF

Info

Publication number
JP6270771B2
JP6270771B2 JP2015070996A JP2015070996A JP6270771B2 JP 6270771 B2 JP6270771 B2 JP 6270771B2 JP 2015070996 A JP2015070996 A JP 2015070996A JP 2015070996 A JP2015070996 A JP 2015070996A JP 6270771 B2 JP6270771 B2 JP 6270771B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
msio
source
water
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015070996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016190750A (en
Inventor
松田 元秀
元秀 松田
賢二 志田
賢二 志田
由季子 藤田
由季子 藤田
誠司 杉村
誠司 杉村
福井 武久
武久 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurimoto Ltd
Kumamoto University NUC
Original Assignee
Kurimoto Ltd
Kumamoto University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kurimoto Ltd, Kumamoto University NUC filed Critical Kurimoto Ltd
Priority to JP2015070996A priority Critical patent/JP6270771B2/en
Publication of JP2016190750A publication Critical patent/JP2016190750A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6270771B2 publication Critical patent/JP6270771B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池の正極材料として利用可能なLiMSiOの合成方法に関する。 The present invention relates to a method for synthesizing Li 2 MSiO 4 that can be used as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池の正極材料の一つとして、オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系のLiMPOや、オリビン型でポリアニオン系のLiMSiO(非特許文献1)、オリビンに類似するポリアニオン系のLiMSiOが提案されている(非特許文献2,なお、MはMn、Feなどの遷移金属元素を示す)。特に、2電子反応が可能な組成式を持つポリアニオン系化合物のLiMSiOは、主な構成元素であるFe又はMnと、Siとが地殻内に豊富に存在することから、実用化した後の有用性が高いと考えられる。 As one of positive electrode materials for lithium ion secondary batteries, phosphate-based LiMPO 4 having an olivine-type crystal structure, olivine-type polyanion-type LiMSiO 4 (Non-patent Document 1), polyanion-type similar to olivine Li 2 MSiO 4 has been proposed (Non-Patent Document 2, where M represents a transition metal element such as Mn or Fe). In particular, Li 2 MSiO 4, which is a polyanionic compound having a composition formula capable of two-electron reaction, is abundant in the earth's crust because Fe or Mn, which is a main constituent element, and Si, are put into practical use. Is considered to be highly useful.

この化合物の製造方法例としては、例えば特許文献1や非特許文献2のような合成方法の提案がされている。ただし、LiMSiOは電子導電性及びリチウムイオンの拡散性がLiCoOに比べると低く、高い電池特性を得るにはカーボンブラックなどの炭素材料と混合して正極材に用いることが提案されている(特許文献2[0027])。 As an example of a method for producing this compound, for example, synthetic methods such as Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have been proposed. However, Li 2 MSiO 4 has lower electronic conductivity and lithium ion diffusivity than LiCoO 2 , and it has been proposed to use it as a positive electrode material by mixing with a carbon material such as carbon black in order to obtain high battery characteristics. (Patent Document 2 [0027]).

さらに特許文献3には、Li源と遷移金属源、Si源とともに、墨汁のようなカーボンコロイド溶液を混合して焼成するLiMSiOの製造方法が記載されている。それらの材料を混合した分散液を一旦乾燥した後に、仮焼処理を行った後で焼成することで、得られる粒子の均一性を高められる。また、得られるLiMSiOは水中分散されたカーボンコロイドに由来する炭素と複合化した状態であり、これにより、粒子全体に電子の経路を確保して、電池容量を理想値に近づけることができる。 Further, Patent Document 3 describes a method for producing Li 2 MSiO 4 in which a carbon colloid solution such as ink is mixed and fired together with a Li source, a transition metal source, and a Si source. Uniformity of the obtained particles can be improved by once drying the dispersion liquid in which these materials are mixed, followed by calcination and then baking. In addition, the obtained Li 2 MSiO 4 is in a state of being complexed with carbon derived from a carbon colloid dispersed in water, thereby ensuring an electron path in the entire particle and making the battery capacity close to the ideal value. it can.

特開2013−14499号公報JP 2013-14499 A 特開2011−216272号公報JP 2011-216272 A 特開2014−68490号公報JP 2014-68490 A

Is it possible to prepare olivine-type LiFeSiO4? A joint computational and experimental investigation (SOLID STATE IONICS 179(2008)1758-1762)Is it possible to prepare olivine-type LiFeSiO4? A joint computational and experimental investigation (SOLID STATE IONICS 179 (2008) 1758-1762) Microwave-Solvothermal Synthesis of Nanostructured Li2MSiO4/C (M=Mn and Fe) Cathodes for Lithium-Ion Batteries (Chem. Mater., 2010, 22 (20), pp 5754-5761)Microwave-Solvothermal Synthesis of Nanostructured Li2MSiO4 / C (M = Mn and Fe) Cathodes for Lithium-Ion Batteries (Chem. Mater., 2010, 22 (20), pp 5754-5761)

しかしながら、上記の手法を駆使したとしても、LiMSiOの理論容量に近づけることは難しかった。これは、上記のいずれの方法を駆使しても、電子伝導性の付与が不十分であり、LiMSiOの有する高い電池特性を引き出すには不十分であったためである。 However, even if the above method is used, it is difficult to bring it close to the theoretical capacity of Li 2 MSiO 4 . This is because, even if any one of the above methods is used, the provision of electron conductivity is insufficient, and it is insufficient to bring out the high battery characteristics possessed by Li 2 MSiO 4 .

そこでこの発明は、さらに効果的に炭素と複合したLiMSiOを得て、これを用いたリチウムイオン電池の電池容量の向上を図ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain Li 2 MSiO 4 composited with carbon more effectively and to improve the battery capacity of a lithium ion battery using the same.

この発明は、Li源、遷移金属源、Si源、及び炭素源を液中に分散混合し、単位炉内体積あたりの酸素流入量が0.052ml/(min・m3)以下の不活性ガスフロー中で焼成することで、上記の課題を解決したのである。 In this invention, a Li source, a transition metal source, a Si source, and a carbon source are dispersed and mixed in a liquid, and an oxygen inflow per unit furnace volume is 0.052 ml / (min · m 3 ) or less. The above-mentioned problem was solved by firing in the inside.

LiMSiOは大気中のような酸化雰囲気下では十分に生成できない。一方で、完全な還元雰囲気下では遷移金属が析出して純度の高いLiMSiOが生成できない。このため、緻密な雰囲気制御が必要であり、二酸化炭素に水素や一酸化炭素を混合した雰囲気などで焼成する例が試みられていた。この他に、一般的な不活性ガスである窒素やアルゴンガスを焼成時に導入する例も試みられていた。これは、市販されているアルゴンなどの不活性ガスに混入している微量の酸素による酸化力は無視でき、ある程度の混合は許容されるものと考えられていたからである。しかしながら、実際にはこの微量の酸素が還元を起こすことでLiMSiOの単相生成を阻害することがわかった。この発明ではこの発見に着目し、系内に供給される酸素量を従来の常識からかけ離れた精度まで低下させることで、微量酸素による単相生成の阻害を克服したものである。 Li 2 MSiO 4 cannot be produced sufficiently under an oxidizing atmosphere such as in the air. On the other hand, under a completely reducing atmosphere, the transition metal precipitates and high purity Li 2 MSiO 4 cannot be generated. For this reason, precise atmosphere control is required, and an example of firing in an atmosphere in which hydrogen or carbon monoxide is mixed with carbon dioxide has been attempted. In addition, an example in which nitrogen or argon gas, which is a general inert gas, is introduced during firing has been attempted. This is because the oxidizing power due to a small amount of oxygen mixed in a commercially available inert gas such as argon is negligible and it is considered that a certain amount of mixing is allowed. However, in practice, it was found that this small amount of oxygen causes reduction to inhibit single-phase formation of Li 2 MSiO 4 . In the present invention, focusing on this discovery, the amount of oxygen supplied into the system is reduced to an accuracy far from the conventional common sense, thereby overcoming the inhibition of single-phase generation due to trace amounts of oxygen.

上記のように、電気伝導性を高めるためにこの発明で用いる材料中には炭素源が含まれる。焼成中にわずかでも酸素があると、酸素がこの材料中の炭素と結びついて一酸化炭素を発生させてしまう。基本的には酸素不足の環境であるため、そのままでは二酸化炭素にはならない。この一酸化炭素が生じると、遷移金属源を還元してしまい、これが不純物の生成原因となることがわかった。すなわち、貧酸素環境下ならではの条件において、複合的に生じる還元反応を抑制するために、あえて、さらなる酸素混入率の抑制を図ることにより、この発明が達成される。   As described above, a carbon source is included in the material used in the present invention in order to increase electrical conductivity. If there is even a small amount of oxygen during firing, the oxygen will combine with the carbon in the material to generate carbon monoxide. Since it is basically an oxygen-deficient environment, it does not become carbon dioxide as it is. It was found that when this carbon monoxide is generated, the transition metal source is reduced, which causes the generation of impurities. That is, the present invention is achieved by deliberately reducing the oxygen mixing rate in order to suppress a reduction reaction that occurs in a complex manner under conditions unique to an oxygen-poor environment.

この発明では、炭素源に由来する一酸化炭素の発生を抑制するので、炭素源として利用可能な材料の幅が広がる。例えば、水溶性の炭素含有分子を、カーボンコロイド溶液の代わりに、又はカーボンコロイド溶液と併用した炭素源として用いることができる。材料を分散混合する際に用いる液体を水にすれば、水溶性の炭素含有分子は水中に溶質となって溶け出し、非水溶性の炭素含有分子や炭素よりも高い分散性を示すため、焼成されるLiMSiOの粒子表面に薄い炭素皮膜を形成することができる。この炭素皮膜は、個々のLiMSiOの粒子に対して網羅性の高い導電パスとして作用するため、正極材料として用いたときに、導電パスの無い領域を減らし、電池容量を向上させることができる。 In this invention, since generation | occurrence | production of the carbon monoxide derived from a carbon source is suppressed, the range of the material which can be utilized as a carbon source spreads. For example, water-soluble carbon-containing molecules can be used instead of the carbon colloid solution or as a carbon source used in combination with the carbon colloid solution. If the liquid used to disperse and mix the material is water, the water-soluble carbon-containing molecules will dissolve in the water, and will disperse more than the water-insoluble carbon-containing molecules and carbon. A thin carbon film can be formed on the surface of the Li 2 MSiO 4 particles. Since this carbon film acts as a conductive path with high coverage to individual Li 2 MSiO 4 particles, when used as a positive electrode material, the area without the conductive path can be reduced and the battery capacity can be improved. it can.

上記の水溶性の炭素含有分子としては、例えばグルコースやフルクトースなどの水溶性の糖類が好適に用いられる。ただし、少なくとも焼成の際に気化しないで一定量材料中に留まることができる分子である必要があるため、不揮発性であることが好ましい。例えばメタノールやエタノールなどの低分子量アルコールでは焼成時には蒸発してしまい、材料中に留まる量の制御が難しい。具体的には沸点が800℃未満であるか、またはそもそも気化しない分子であることが望ましい。   As the water-soluble carbon-containing molecule, for example, water-soluble saccharides such as glucose and fructose are preferably used. However, since it must be a molecule that can remain in a certain amount of material without being vaporized at least during firing, it is preferably non-volatile. For example, low molecular weight alcohols such as methanol and ethanol evaporate during firing, and it is difficult to control the amount remaining in the material. Specifically, it is desirable that the boiling point is less than 800 ° C. or a molecule that does not vaporize in the first place.

カーボンコロイドを含んでも良いこれらの炭素源の炭素原子の合計量は、合成されるLiMSiOの8質量%以上15質量%以下であると好ましい。少なすぎると導電性に寄与する炭素の効果が十分に発揮できず、多すぎると他の副反応を起こして単相の形成を阻害するおそれがある。また、単位質量あたりの電池容量の低下が無視できなくなるおそれがある。 The total amount of carbon atoms of these carbon sources that may contain carbon colloid is preferably 8% by mass or more and 15% by mass or less of Li 2 MSiO 4 to be synthesized. If the amount is too small, the effect of carbon that contributes to conductivity cannot be sufficiently exerted. If the amount is too large, other side reactions may occur and the formation of a single phase may be hindered. In addition, a decrease in battery capacity per unit mass may not be negligible.

この発明により、従来よりもさらに均一性が高く、電池容量を向上させた正極材料を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a positive electrode material with higher uniformity and improved battery capacity than before.

実施例における酸素通過量の違いによるXRD分析結果の比較グラフComparison graph of XRD analysis results due to difference in oxygen passage amount in Examples 実施例における炭素含有量の違いによるXRD分析結果の比較グラフComparison graph of XRD analysis results by difference in carbon content in Examples (a)実施例1の正極材料を用いた充放電曲線、(b)実施例2の正極材料を用いた充放電曲線(A) Charging / discharging curve using the positive electrode material of Example 1, (b) Charging / discharging curve using the positive electrode material of Example 2

以下、この発明にかかる実施形態を詳細に説明する。
この発明は、LiMSiOの製造にあたり、原料と炭素源とを液中に分散させて混合させた混合液を、乾燥した後に不活性ガスフロー中で焼成する、LiMSiOの製造方法である。ここで、Mは周期律表第四周期の遷移金属を表す。LiMSiOは、オリビンに類似した結晶構造を有するポリアニオン系シリケート化合物である。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail.
The present invention, in the production of Li 2 MSiO 4, the raw material and a carbon source and a liquid mixture obtained by mixing and dispersing in, calcined after drying in an inert gas flow, method of manufacturing the Li 2 MSiO 4 It is. Here, M represents a transition metal in the fourth period of the periodic table. Li 2 MSiO 4 is a polyanionic silicate compound having a crystal structure similar to olivine.

上記原料とは、Li源と遷移金属源とSi源とのそれぞれである化合物である。なお、Liと遷移金属とSiのうち複数を含む化合物が含まれていても実施可能であるが、反応の均一性及び配合のし易さのため、それぞれの元素は別の化合物を原料としている方がよい。   The said raw material is a compound which is each of Li source, a transition metal source, and Si source. In addition, although it can be implemented even if a compound containing a plurality of Li, transition metal, and Si is included, each element uses a different compound as a raw material for the uniformity of reaction and ease of blending. Better.

この発明で用いるLi源には、リチウム塩化合物を用いることができる。特に、カーボンコロイド溶液や後述するコロイダルシリカとの混合を進行させ易くするために、水溶液として使用できる水溶性であることが好ましく、易溶性であるとより好ましい。具体的には、常温における水への溶解度が、10g/100ml以上であると好ましい。このようなリチウム塩化合物としては、例えば酢酸リチウム2水和物、硝酸リチウム3水和物などが挙げられ、特に、混合のし易さと得られる物質の均一性から酢酸リチウム2水和物がもっとも好ましい。   As the Li source used in the present invention, a lithium salt compound can be used. In particular, in order to facilitate the mixing with the carbon colloid solution and colloidal silica described later, it is preferably water-soluble that can be used as an aqueous solution, and more preferably easily soluble. Specifically, the solubility in water at room temperature is preferably 10 g / 100 ml or more. Examples of such lithium salt compounds include lithium acetate dihydrate and lithium nitrate trihydrate. In particular, lithium acetate dihydrate is the most preferable because of the ease of mixing and the uniformity of the obtained substance. preferable.

一方、遷移金属源も同様に、遷移金属の塩化合物を用いることができ、水溶性であると好ましく、易溶性であるとより好ましい。具体的には、常温における水への溶解度が、10g/100ml以上であると好ましい。この発明で好適にLiMSiO化合物を生成できる遷移金属元素Mとしては、第四周期の遷移金属元素の中でも特にFe、Mnが挙げられる。Fe源としては、例えば酢酸鉄(II)や、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)9水和物が挙げられる。Mn源としては、例えば硝酸マンガン(II)4水和物や酢酸マンガン(II)4水和物が挙げられる。ただし、リチウム源として用いるリチウム塩化合物と混合した際に、不溶性の塩を生じないものであることが必要であり、上記リチウム塩化合物と同じ酸の塩であると好ましい。 On the other hand, as the transition metal source, a salt compound of a transition metal can be used as well, which is preferably water-soluble and more preferably easily soluble. Specifically, the solubility in water at room temperature is preferably 10 g / 100 ml or more. Examples of the transition metal element M that can suitably generate a Li 2 MSiO 4 compound in the present invention include Fe and Mn among the transition metal elements in the fourth period. Examples of the Fe source include iron (II) acetate, iron (II) nitrate, and iron (III) nitrate nonahydrate. Examples of the Mn source include manganese (II) nitrate tetrahydrate and manganese acetate (II) tetrahydrate. However, it is necessary that it does not generate an insoluble salt when mixed with a lithium salt compound used as a lithium source, and is preferably the same acid salt as the above lithium salt compound.

これらのリチウム源及び遷移金属源は、一旦それぞれを水中に分散、溶解させてから混合させてもよいし、始めから炭素分子溶液又は分散液や、後述するコロイダルシリカに混合させても良い。ただし、薄すぎると混合後の乾燥に時間がかかりすぎるため、それぞれの濃度が0.1mol/l以上であると好ましい。   These lithium source and transition metal source may be dispersed and dissolved in water and then mixed, or may be mixed from the beginning with a carbon molecule solution or dispersion or colloidal silica described later. However, if it is too thin, it takes too much time for drying after mixing, so that each concentration is preferably 0.1 mol / l or more.

また、Si源としては、SiOの粒子を用いると好ましく、それがコロイダルシリカの形態であるものを用いるとより好ましい。このコロイダルシリカとは、液中にSiOの粒子がコロイド状に分散している分散液である。この発明で用いるコロイダルシリカの液中におけるSiOの重量平均粒子径は、1nm以上であると好ましく、4nm以上であるとより好ましい。重量平均粒子径が1nm未満となることは現実的ではなく、そのような材料を得ること自体が困難である。一方で10nm以下であると好ましく、6nm以下であるとより好ましい。10nmを超えるコロイダルシリカでは、含まれるSiO粒子が十分に他の成分の溶質と混合されず、均一な相が得られにくくなってしまう。 Further, as the Si source, it is preferable to use SiO 2 particles, and it is more preferable to use particles in the form of colloidal silica. The colloidal silica is a dispersion in which SiO 2 particles are dispersed in a colloidal form. The weight average particle diameter of SiO 2 in the colloidal silica liquid used in the present invention is preferably 1 nm or more, and more preferably 4 nm or more. It is not realistic for the weight average particle diameter to be less than 1 nm, and it is difficult to obtain such a material itself. On the other hand, it is preferably 10 nm or less, and more preferably 6 nm or less. In colloidal silica exceeding 10 nm, the contained SiO 2 particles are not sufficiently mixed with solutes of other components, and it becomes difficult to obtain a uniform phase.

上記コロイダルシリカに含まれるSiOの含有量は、2質量%以上が好ましく、5質量%以上であるとより好ましい。少なすぎると乾燥時に時間が掛かりすぎてしまう。一方で、30質量%以下が好ましく、20質量%以下であるとより好ましい。30質量%を超えるとコロイドが十分に分散せずに凝集してしまうおそれがあり、リチウム源及び遷移金属源との混合も進みにくく、混合が不充分になって相の均一性が低下するおそれがある。 The content of SiO 2 contained in the colloidal silica is preferably 2% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more. If it is too little, it takes too much time to dry. On the other hand, 30 mass% or less is preferable, and it is more preferable in it being 20 mass% or less. If it exceeds 30% by mass, the colloid may be agglomerated without being sufficiently dispersed, and the mixing with the lithium source and the transition metal source is difficult to proceed, and the uniformity of the phase may be lowered due to insufficient mixing. There is.

上記コロイダルシリカのpHは2.0以上4.0以下であることが好ましい。この範囲から外れると、コロイドが安定せず、凝集を起こしたり、他の成分が混入したりして混合が十分に進まなくなるおそれがある。なお、pHをこの範囲に調整するためにクエン酸などのpH調整剤を添加しておいてもよい。   The colloidal silica preferably has a pH of 2.0 or more and 4.0 or less. If it is out of this range, the colloid may not be stable, and aggregation may occur, or other components may be mixed, and mixing may not proceed sufficiently. In order to adjust the pH within this range, a pH adjuster such as citric acid may be added.

上記コロイダルシリカが含有するSiOは、高純度であるほど好ましい。コロイダルシリカは通常、珪酸ナトリウムを原料として製造されるため、Naが残存することが多い。また、それ以外の製造手法では、アルカリ金属やアルカリ土類金属が混入するおそれがある。これらの残存するアルカリ金属やアルカリ土類金属は、得られるLiMSiOの均一性を悪化させる原因となるため、含有量が低いほど望ましい。具体的には、上記コロイダルシリカに含まれるSiO中の含有量が質量比で200ppm以下であると好ましく、100ppm以下であるとより好ましい。 The higher the purity, the more preferable is the SiO 2 contained in the colloidal silica. Colloidal silica is usually produced from sodium silicate as a raw material, so Na often remains. Moreover, in other manufacturing methods, there is a possibility that alkali metal or alkaline earth metal is mixed. Since these remaining alkali metals and alkaline earth metals cause the uniformity of Li 2 MSiO 4 to be obtained to deteriorate, the lower the content, the better. Specifically, the content in SiO 2 contained in the colloidal silica is preferably 200 ppm or less and more preferably 100 ppm or less in terms of mass ratio.

上記炭素源は、焼結後に炭素として焼成物内に分散され、正極材料として用いる際に電気伝導性を高めることができるものである。この炭素源としては、水溶性炭素含有分子や、カーボンコロイド溶液を用いることができる。   The carbon source is dispersed in the fired product as carbon after sintering, and can increase electrical conductivity when used as a positive electrode material. As this carbon source, a water-soluble carbon-containing molecule or a carbon colloid solution can be used.

上記水溶性炭素含有分子は、焼成の際に蒸発しないことが好ましい。また、水溶性であっても金属塩を含有しないことが望ましい。金属元素が混入しているとLiMSiOの生成を阻害するおそれがある。このため、上記水溶性炭素含有分子は炭素、水素、酸素、窒素以外の元素を含有しないことが好ましく、炭水化物であるとより好ましい。その中でも水溶性の糖類がさらに好ましい。このような水溶性の糖類としては、例えばグルコース、フルクトース、トレハロースなどが挙げられる。ただし、マルトースやラクトースなど、常温における水への溶解度が5g/mL未満である糖は、炭素源として使用できなくはないが、溶質となることで発揮する高い分散性を十分に実現できない。このため、常温における水への溶解度が5g/mL以上であると好ましく、10g/mL以上であるとより好ましい。これらの糖類は単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 It is preferable that the water-soluble carbon-containing molecules do not evaporate during firing. Moreover, it is desirable not to contain a metal salt even if it is water-soluble. If a metal element is mixed, the production of Li 2 MSiO 4 may be hindered. For this reason, it is preferable that the said water-soluble carbon containing molecule | numerator does not contain elements other than carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen, and it is more preferable in it being a carbohydrate. Among these, water-soluble saccharides are more preferable. Examples of such water-soluble saccharides include glucose, fructose, trehalose and the like. However, sugars having a solubility in water at room temperature of less than 5 g / mL, such as maltose and lactose, cannot be used as a carbon source, but cannot sufficiently realize the high dispersibility exhibited by becoming a solute. For this reason, the solubility in water at room temperature is preferably 5 g / mL or more, and more preferably 10 g / mL or more. These saccharides may be used alone or in combination of two or more.

上記水溶性炭素含有分子を用いて焼成すると、焼成されたLiMSiOの粒子表面を覆う薄い炭素の膜が形成される。この膜の厚さはカーボンコロイドの粒径よりも小さいため、カーボンコロイド由来の炭素だけでは導電性を確保できなかった部分にまで、炭素膜による導電性を確保することができ、電池容量の向上に大きく貢献する。また、膜が薄いことにより、導電性を確保するために必要な占有体積もカーボン粒子を用いる場合よりも小さくできる。 When fired using the water-soluble carbon-containing molecules, a thin carbon film covering the surface of the fired Li 2 MSiO 4 particles is formed. Since the thickness of this film is smaller than the particle size of the carbon colloid, it is possible to ensure the conductivity by the carbon film even to the part where the carbon colloid-derived carbon alone could not ensure the conductivity, and to improve the battery capacity Greatly contribute to In addition, since the film is thin, the occupied volume necessary to ensure conductivity can be made smaller than when carbon particles are used.

上記カーボンコロイド溶液は、カーボンの粒子が水中にコロイドとして分散しているものである。このカーボンとしては、具体的にはケッチェンブラック(登録商標)などのカーボンブラックや、アセチレンブラック等が挙げられる。   The carbon colloid solution is a solution in which carbon particles are dispersed in water as a colloid. Specific examples of the carbon include carbon black such as Ketjen Black (registered trademark), acetylene black, and the like.

上記のカーボンは炭素の粒子であり、単独ではコロイドとして分散しにくいため、上記カーボンコロイド溶液は、分散を補助するための水溶性ポリマーを含有すると好ましい。水溶性ポリマーがカーボンの粒子面に吸着し、カーボン粒子を親水性にするため、より均一に溶液中に分散する。この水溶性ポリマーとしては、澱粉、寒天、ゼラチン、膠、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸、その他アクリル酸系共重合体などを用いることが出来る。このような水溶性ポリマーを有するカーボンコロイド溶液としては、例えば墨汁が挙げられる。   Since the carbon is a carbon particle and is difficult to disperse as a colloid by itself, the carbon colloid solution preferably contains a water-soluble polymer for assisting dispersion. The water-soluble polymer is adsorbed on the surface of the carbon particles to make the carbon particles hydrophilic, so that they are more uniformly dispersed in the solution. As the water-soluble polymer, starch, agar, gelatin, glue, sodium polyacrylate, polyacrylic acid, and other acrylic acid copolymers can be used. Examples of the carbon colloid solution having such a water-soluble polymer include ink.

上記カーボンコロイド溶液を用いて焼成すると、焼成されたLiMSiOの粒子と併存する形でカーボンの領域が確保できる。これは粒子内で上記の炭素膜に比べて太い導電路となる。 When the carbon colloid solution is used for firing, a carbon region can be secured in the form of coexisting with the fired Li 2 MSiO 4 particles. This becomes a thick conductive path in the particle as compared with the carbon film.

上記炭素源を含む炭素源分散液として、上記水溶性炭素含有分子の溶液を用いてもよいし、上記カーボンコロイド溶液を用いてもよいし、上記炭素含有分子の溶液にカーボンコロイドが分散する複合溶液を用いてもよい。特に、両方を併用することで、上記の炭素膜を通じて個々の粒子から集めた電流をカーボンコロイド由来の炭素による太い導電路で束ねることができ、大電流での充放電にも対応することができる。   As the carbon source dispersion containing the carbon source, the water-soluble carbon-containing molecule solution may be used, the carbon colloid solution may be used, or the carbon colloid is dispersed in the carbon-containing molecule solution. A solution may be used. In particular, by using both together, the current collected from the individual particles through the carbon film can be bundled with a thick conductive path made of carbon derived from carbon colloid, and can be charged and discharged with a large current. .

上記の焼成時に生成物内に残存する、上記カーボンコロイド、上記水溶性炭素含有分子又はそれらの両方に由来する炭素原子の量は、合成するLiMSiOに対して8質量%以上であると好ましく、9質量%以上であるとより好ましい。8質量%未満では導電経路が不十分になるおそれがあり、電池容量が十分に確保できなくなるおそれがある。一方で炭素原子の量は、合成するLiMSiOに対して15質量%以下であると好ましく、13質量%以下であるとより好ましい。多すぎると生成物全体として見た電池容量がやや低下気味になる場合があるだけでなく、炭素由来の還元力が強くなりすぎて、焼成時に単相を得る際の邪魔になるおそれがある。 The amount of carbon atoms derived from the carbon colloid, the water-soluble carbon-containing molecule, or both of them remaining in the product during the firing is 8% by mass or more based on Li 2 MSiO 4 to be synthesized. Preferably, it is more preferable that it is 9 mass% or more. If the amount is less than 8% by mass, the conductive path may be insufficient, and the battery capacity may not be sufficiently secured. On the other hand, the amount of carbon atoms is preferably 15% by mass or less and more preferably 13% by mass or less with respect to Li 2 MSiO 4 to be synthesized. If the amount is too large, not only the battery capacity as a whole product may be slightly lowered, but also the reducing power derived from carbon becomes too strong, which may interfere with obtaining a single phase during firing.

上記のリチウム源、遷移金属源、及びSi源を、基本的には化学量論比に従って上記炭素源分散液と混合する。すなわち、リチウム源を2当量、遷移金属源を1当量、コロイダルシリカを1当量となるように混合することが好ましい。ただし、得られる化合物に含まれるリチウム量は1当量以上2当量以下であれば以下の手順によって実用的な量のLi2−xMSiOを生成することができる。また、遷移金属源とSi源との当量比は1:1からある程度ずれていても同様の結晶点群に属する化合物Li2−x1−ySi1+yを製造可能である。ここで、0≦x≦1であり、−0.5≦y≦+0.5である。 The lithium source, transition metal source, and Si source are mixed with the carbon source dispersion basically according to the stoichiometric ratio. That is, it is preferable to mix so that the lithium source is 2 equivalents, the transition metal source is 1 equivalent, and the colloidal silica is 1 equivalent. However, if the amount of lithium contained in the obtained compound is 1 equivalent or more and 2 equivalents or less, a practical amount of Li 2-x MSiO 4 can be produced by the following procedure. Moreover, even if the equivalent ratio of the transition metal source and the Si source is somewhat deviated from 1: 1, the compound Li 2-x M 1-y Si 1 + y O 4 belonging to the same crystal point group can be produced. Here, 0 ≦ x ≦ 1, and −0.5 ≦ y ≦ + 0.5.

混合の順番としては、特に制限されない。固体粒子からなる原料を上記炭素源分散液に直接投下して溶解混合させてもよいし、一旦溶解して水溶液にしてから混合してもよい。水溶性でない原料を用いる場合でも、水中に分散させた分散液を用いてもよい。また、Si源としてコロイダルシリカを用いる場合はそのまま混合できる。   The order of mixing is not particularly limited. The raw material consisting of solid particles may be dropped directly into the carbon source dispersion and dissolved or mixed, or once dissolved to form an aqueous solution. Even when a non-water-soluble raw material is used, a dispersion liquid dispersed in water may be used. Further, when colloidal silica is used as the Si source, they can be mixed as they are.

混合後は乾燥して水を除去する必要がある。乾燥方法は単純に静置による乾燥でも可能だが、時間を短縮するために、100℃前後での加熱を行ったり、凍結乾燥法などにより瞬間的な乾燥を行ったりするとよい。特に噴霧凍結乾燥法によると、乾燥後の混合原料の粉体が凝集しにくく、本焼成時に均一な粉末を得やすいので望ましい。   After mixing, it is necessary to dry to remove water. The drying method can be simply drying by standing, but in order to shorten the time, heating at around 100 ° C. or instantaneous drying by freeze-drying method or the like is preferable. In particular, the spray freeze-drying method is desirable because the powder of the mixed raw material after drying is less likely to agglomerate and a uniform powder is easily obtained during the main firing.

いずれの方法であっても、乾燥後に得られた混合原料に対して、本焼成の前に、予め酢酸塩や硝酸塩を分解しかつ水溶性ポリマーを燃焼させておく仮焼処理を行っておくと好ましい。この仮焼処理により、本焼成の際に一酸化炭素や窒素酸化物やその他のガスが発生しなくなるので、原料の一部が還元されて生成率が低下することを抑制でき、単相を形成させやすくなる。また、水溶性ポリマーの燃焼に伴うガスの発生による本焼成への悪影響を回避できるために、焼成により得られる電極材料の再現性がよくなる。   Regardless of the method, if the mixed raw material obtained after drying is subjected to a calcining treatment in which acetate or nitrate is decomposed and a water-soluble polymer is burned in advance before the main firing. preferable. By this calcining process, carbon monoxide, nitrogen oxides and other gases are not generated during the main firing, so it is possible to suppress a reduction in the production rate due to reduction of part of the raw material, forming a single phase It becomes easy to let you. In addition, since the adverse effect on the main firing due to the generation of gas accompanying the combustion of the water-soluble polymer can be avoided, the reproducibility of the electrode material obtained by firing is improved.

上記仮焼処理の温度は、原料のうちリチウム源及び遷移金属源として用いる化合物が熱分解してガスを発生する温度以上であり、かつ上記水溶性ポリマーの燃焼温度以上であると、上記の効果を得ることが出来る。使用するリチウム源、遷移金属源の種類にもよるが、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩のいずれかである場合、300℃以上であると好ましく、350℃以上であるとより好ましい。一方で、550℃以下が好ましく、520℃以下であるとより好ましい。この範囲で仮焼処理すれば、上記の効果を得ることが出来る。また、同様の温度範囲で生物由来の水溶性ポリマーは燃焼させることができ、400℃以上であればアクリル系重合体も燃焼させることができる。一方で、焼成温度に近すぎるとガス発生とともに焼成も進んでしまうため、焼成温度より50℃以上低いことが好ましく、100℃以上低いことがより好ましい。   The above-mentioned effect is obtained when the temperature of the calcining treatment is equal to or higher than a temperature at which a compound used as a lithium source and a transition metal source among the raw materials is thermally decomposed to generate gas and is equal to or higher than a combustion temperature of the water-soluble polymer Can be obtained. Although it depends on the type of lithium source and transition metal source to be used, when it is any of acetate, nitrate and sulfate, it is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher. On the other hand, it is preferably 550 ° C. or lower, and more preferably 520 ° C. or lower. If the calcination treatment is performed within this range, the above effect can be obtained. In addition, the water-soluble polymer derived from a living organism can be combusted in the same temperature range, and the acrylic polymer can be combusted at 400 ° C. or higher. On the other hand, if the temperature is too close to the firing temperature, the firing proceeds with gas generation, and thus it is preferably 50 ° C. or more lower than the firing temperature, and more preferably 100 ° C. or more lower.

上記仮焼処理は、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気、又はそれらの混合雰囲気などの不活性ガスの供給(フロー)中にて行い、なおかつ、その供給する不活性ガスに含まれる酸素の流入量を単位炉内体積あたり、0.052ml/(min・m3)以下にする必要があり、0.017ml/(min・m3)以下とすると好ましい。0.052ml/(min・m3)を超えると、上記炭素源と酸素とが結びついて発生する一酸化炭素による還元力が強くなりすぎてしまい、純度の高いLiMSiOが得られなくなり、電池容量が低下してしまう。 The calcination treatment is performed during the supply (flow) of an inert gas such as an argon atmosphere, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere thereof, and the inflow amount of oxygen contained in the supplied inert gas is determined as a unit furnace. per inner volume, must be 0.052ml / (min · m 3) or less, preferably to 0.017ml / (min · m 3) or less. If it exceeds 0.052 ml / (min · m 3 ), the reducing power due to carbon monoxide generated by the combination of the carbon source and oxygen becomes too strong, and high purity Li 2 MSiO 4 cannot be obtained. Capacity will drop.

また、上記仮焼処理の温度を維持する時間は、3分以上であるとよく5分以上であると好ましい。3分未満ではガスが十分に抜けきらないおそれがある。一方で、1時間を超えて仮焼処理の温度を維持していると、焼成反応が一部で開始されてしまうおそれがあるため、1時間以下であることが好ましい。   The time for maintaining the temperature of the calcining treatment is preferably 3 minutes or more, and preferably 5 minutes or more. If it is less than 3 minutes, the gas may not be sufficiently removed. On the other hand, if the temperature of the calcination treatment is maintained for more than 1 hour, the firing reaction may be partially started, and therefore it is preferably 1 hour or less.

その後、アルゴン雰囲気下、又はアルゴン/水素雰囲気下で本焼成する。この本焼成も不活性ガスの供給(フロー)中にて行い、なおかつ、その供給する不活性ガスに含まれる酸素の流入量を単位炉内体積あたり0.052ml/(min・m3)以下にする必要があり、0.017ml/(min・m3)以下とすると好ましい。0.052ml/(min・m3)を超えると、上記炭素源と酸素とが結びついて発生する一酸化炭素による還元力が強くなりすぎてしまい、純度の高いLiMSiOが得られなくなり、電池容量が低下してしまう。 Thereafter, the main calcination is performed in an argon atmosphere or an argon / hydrogen atmosphere. This firing is also performed during the supply (flow) of the inert gas, and the inflow of oxygen contained in the supplied inert gas is set to 0.052 ml / (min · m 3 ) or less per unit furnace volume. Therefore, it is preferable that the amount be 0.017 ml / (min · m 3 ) or less. If it exceeds 0.052 ml / (min · m 3 ), the reducing power due to carbon monoxide generated by the combination of the carbon source and oxygen becomes too strong, and high purity Li 2 MSiO 4 cannot be obtained. Capacity will drop.

上記の本焼成の温度は600℃以上が好ましく、700℃以上であるとより好ましい。600℃未満では不均一な遷移金属が残存しやすい。一方で、900℃以下が好ましく、800℃以下であるとより好ましい。高温すぎると粒子が粗大化して好ましくない。   The temperature for the main firing is preferably 600 ° C. or higher, and more preferably 700 ° C. or higher. Below 600 ° C., non-uniform transition metals tend to remain. On the other hand, 900 ° C. or lower is preferable, and 800 ° C. or lower is more preferable. If the temperature is too high, the particles become coarse, which is not preferable.

上記の本焼成の時間は3時間以上であると好ましい。3時間未満では相変化が不充分になるおそれが高くなる。一方で、20時間以下であると好ましく、15時間以下であるとより好ましい。長すぎるとその分負荷が大きいだけでなく、粒子が粗大化して好ましくない。   The firing time is preferably 3 hours or longer. If it is less than 3 hours, the risk of insufficient phase change increases. On the other hand, it is preferably 20 hours or shorter, and more preferably 15 hours or shorter. If the length is too long, not only the load is increased, but also the particles become coarse, which is not preferable.

上記のように酸素濃度を十分に低減させた環境で本焼成を行うことにより、LiMSiOが一酸化炭素により還元されず、副生成物が少なく高い電池容量となる正極材料を得ることが出来る。 By performing the main firing in an environment in which the oxygen concentration is sufficiently reduced as described above, it is possible to obtain a positive electrode material in which Li 2 MSiO 4 is not reduced by carbon monoxide and has a small amount of byproducts and a high battery capacity. I can do it.

また、上記水溶性炭素含有分子を上記炭素源に用いた場合には、高純度で得られた正極材料の個々の粒子に到達する膜状の導電路を確保することで、上記正極材料の高い電池容量をこれまでよりも無駄にすることなく利用することができる。   In addition, when the water-soluble carbon-containing molecule is used as the carbon source, by securing a film-like conductive path reaching individual particles of the positive electrode material obtained with high purity, The battery capacity can be used without wasting it more than ever.

さらに、カーボンコロイド溶液を分散時に併用した場合には、その膜状の導電路から集めた大電流をカーボンコロイドによる主導電路により収集することができる。このような構成にすることで、正極活物質として電池を製造する際に、追加的な導電助剤を添加する必要なく、十分な電池容量を確保できる。また、個々の粒子を覆う形で形成される炭素膜と、膜上の導電路から電流を収集する主導電路の存在により、後から添加される導電助剤よりも効率のよい集電が実現できる。   Further, when the carbon colloid solution is used in combination, a large current collected from the film-like conductive path can be collected by the main conductive path by the carbon colloid. With such a configuration, when a battery is manufactured as the positive electrode active material, a sufficient battery capacity can be secured without the need to add an additional conductive additive. In addition, the presence of a carbon film formed so as to cover individual particles and a main conductive path that collects current from the conductive path on the film makes it possible to achieve current collection more efficiently than a conductive additive added later. .

具体的な電極及び電池の製造にあたっては、追加的な導電助剤を添加することなく好適な電極及び電池が製造できる。例えば次のような手順により電極及び電池が製造できる。この発明にかかる製造方法で焼成されたLiMSiOの粒子を用いる。塊である場合には一旦粉砕して粒子とする。この粒子に追加の導電助剤を添加せず、電極を形成させるための樹脂バインダーと混合し、有機溶媒中で分散した合成スラリーとする。樹脂バインダーとしてはポリテトラフルオロエチレンなどの非イオン性の高分子を用いるとよい。また、有機溶媒としてはヘキサンなどの非極性の有機溶媒を用いるとよい。この合成スラリーを成形し、圧力を掛けて固める。固めた材料から有機溶媒を蒸発させるために乾燥させて電極を製造する。このとき、既に生成したLiMSiOが変質しないように、乾燥は300℃未満で行うとよい。こうして得られた電極は、内部に好適に集電できるように張り巡らされた導電路を有しており、電池として用いたときに高い電池容量を発揮できる。 In the production of specific electrodes and batteries, suitable electrodes and batteries can be produced without adding additional conductive aids. For example, an electrode and a battery can be manufactured by the following procedure. Li 2 MSiO 4 particles fired by the production method according to the present invention are used. When it is a lump, it is once pulverized into particles. An additional conductive auxiliary agent is not added to the particles, but mixed with a resin binder for forming an electrode to obtain a synthetic slurry dispersed in an organic solvent. As the resin binder, a nonionic polymer such as polytetrafluoroethylene may be used. Moreover, it is good to use nonpolar organic solvents, such as hexane, as an organic solvent. This synthetic slurry is formed and hardened by applying pressure. In order to evaporate the organic solvent from the solidified material, the electrode is manufactured by drying. At this time, drying is preferably performed at less than 300 ° C. so that the Li 2 MSiO 4 that has already been generated does not deteriorate. The electrode obtained in this way has a conductive path stretched so that current can be suitably collected inside, and can exhibit high battery capacity when used as a battery.

次に、実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明する。
まず、用いた材料について説明する。
・酢酸リチウム2水和物(ナカライテスク(株)製:20604−35、純度>98%、分子量102.02)
・酢酸鉄(II)((株)ワコーケミカル製:351−10952、分子量173.93)
・硝酸鉄(III)9水和物(ナカライテスク(株)製:19514−55、純度>99%、式量404.0)
・コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製:スノーテックスOXS(20質量%:重量平均粒子径4〜6nm、pH3.0、Na含有量:83μg/g)
・グルコース(ナカライテスク株式会社製:D−(+)−グルコース)
・カーボンコロイド溶液((株)呉竹製:BA4(墨汁)、炭素濃度約6質量%、水溶性ポリマー(膠)を微量含有)
・ポリテトラフルオロエチレン(ダイキン工業(株)製:ポリフロンF104)
・ヘキサン(キシダ化学株式会社製:特級)
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
First, the materials used will be described.
Lithium acetate dihydrate (Nacalai Tesque, Inc .: 20604-35, purity> 98%, molecular weight 102.02)
Iron (II) acetate (manufactured by Wako Chemical Co., Ltd .: 351-10952, molecular weight 173.93)
Iron nitrate (III) 9 hydrate (Nacalai Tesque, Inc .: 19514-55, purity> 99%, formula weight 404.0)
Colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd .: Snowtex OXS (20 mass%: weight average particle size 4-6 nm, pH 3.0, Na content: 83 μg / g)
・ Glucose (Nacalai Tesque, Inc .: D-(+)-glucose)
・ Carbon colloid solution (manufactured by Kuretake Co., Ltd .: BA4 (black ink), carbon concentration of about 6% by mass, containing a small amount of water-soluble polymer (glue))
・ Polytetrafluoroethylene (Daikin Industries, Ltd .: Polyflon F104)
・ Hexane (Kishida Chemical Co., Ltd .: special grade)

<酸素フロー量についての検討>
(実施例1)
リチウム源として酢酸リチウム2水和物、遷移金属源であるFe源として酢酸鉄及び硝酸鉄(III)9水和物、シリカ源としてコロイダルシリカを用いて、酢酸鉄:硝酸鉄のモル比が26:74であり、Li:Fe:Siのモル比が2:1:1となるように秤量した。これらの原料と、グルコースとカーボンコロイド溶液とを(原料中の原料元素Li,Fe,Siの合計):(グルコース中の炭素):(カーボンコロイド溶液中の炭素)の質量比が100:15:10となるように秤量し、蒸留水に投入してグルコースを溶解するまで攪拌分散させた。
<Examination of oxygen flow>
Example 1
Lithium acetate dihydrate as a lithium source, iron acetate and iron (III) nitrate nonahydrate as an Fe source as a transition metal source, colloidal silica as a silica source, and a molar ratio of iron acetate: iron nitrate is 26 : 74, and the molar ratio of Li: Fe: Si was 2: 1: 1. The mass ratio of these raw materials, glucose and carbon colloid solution (total of raw material elements Li, Fe, Si in the raw materials) :( carbon in glucose) :( carbon in carbon colloid solution) is 100: 15: It was weighed to 10 and poured into distilled water and stirred and dispersed until glucose was dissolved.

得られた混合溶液を、東京理化器械(株)製:FD−50を用いた噴霧凍結乾燥法(Spray-Freeze-Drying method:SFD法)により凍結乾燥して、乾燥された混合粉末を得た。   The obtained mixed solution was freeze-dried by a spray-freeze-drying method (SFD method) using FD-50 manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd. to obtain a dried mixed powder. .

上記混合溶液の噴霧凍結乾燥後の粉末0.5〜1.0gを、酸素分圧を低減させた単位炉内体積あたりのアルゴンフロー(8.67L/(min・m):うち酸素流入量0.052ml/(min・m))、450度で30分間処理して、仮焼処理を行った。 Argon flow (8.67 L / (min · m 3 ) per unit furnace volume in which oxygen partial pressure was reduced, and 0.5 to 1.0 g of the powder after spray freeze-drying of the above mixed solution: oxygen inflow 0.052 ml / (min · m 3 )) at 450 ° C. for 30 minutes to perform a calcination treatment.

仮焼処理後の粉末を、酸素分圧を低減させた単位炉内体積あたりのアルゴンガスフロー(8.67L/(min・m):うち酸素流入量0.052ml/(min・m))中で700℃、5時間に亘って熱処理を行って焼成して混合粉末を得た。この混合粉末について、XRD分析機((株)リガク製: 試料水平型多目的X線回折装置UltimaIV)を用いて、得られた資料のXRD分析を行った。その結果を図1に示す。 Argon gas flow per unit furnace volume in which oxygen partial pressure is reduced (8.67 L / (min · m 3 ): of oxygen inflow amount 0.052 ml / (min · m 3 ) ) Was heated at 700 ° C. for 5 hours and fired to obtain a mixed powder. About this mixed powder, the XRD analysis of the obtained data was performed using the XRD analyzer (Rigaku Co., Ltd. product: Sample horizontal type multipurpose X-ray-diffraction apparatus UltimaIV). The result is shown in FIG.

(比較例1〜3)
実施例1において、単位炉内体積あたりのアルゴンフロー量を2倍の17.34L/(min・m)(酸素流入量0.104ml/(min・m))とした比較例1、アルゴンフロー量を3倍の26.01L/(min・m)(酸素流入量0.156ml/(min・m))とした比較例2、アルゴンフロー量を5倍の43.35L/(min・m)(酸素流入量0.260ml/(min・m))とした比較例3にかかる資料をそれぞれ得た。それらの得られた試料のXRD分析結果を併せて図1に示す。
(Comparative Examples 1-3)
In Example 1, the argon flow per unit furnace volume was doubled to 17.34 L / (min · m 3 ) (oxygen inflow 0.104 ml / (min · m 3 )), Comparative Example 1, argon Comparative Example 2 in which the flow rate was tripled to 26.01 L / (min · m 3 ) (oxygen inflow rate 0.156 ml / (min · m 3 )), and the argon flow rate was tripled to 43.35 L / (min · m 3) (oxygen inflow 0.260ml / (min · m 3) ) and the the article according to Comparative example 3 were respectively obtained. The XRD analysis results of those obtained samples are also shown in FIG.

図1の最下段はLiFeSiOの理論XRDである。アルゴンガスフロー量が多く、酸素供給量が十分に低減されていない比較例1〜3ではいずれも十分なLiFeSiOが得られていないが、実施例1でははっきりと純度の高いLiFeSiOが得られていることが確かめられた。 The bottom row in FIG. 1 is a theoretical XRD of Li 2 FeSiO 4 . In Comparative Examples 1 to 3 in which the amount of argon gas flow is large and the oxygen supply amount is not sufficiently reduced, sufficient Li 2 FeSiO 4 is not obtained, but in Example 1, Li 2 FeSiO with a clearly high purity is obtained. It was confirmed that 4 was obtained.

<炭素含有量についての検討>
(実施例2)
実施例1において、炭素源としてカーボンコロイド溶液を用いず、グルコースのみを用い、(原料中の原料元素Li,Fe,Siの合計):(グルコース中の炭素)の質量比が100:15となるように秤量して、同様に仮焼処理、及び本焼成を行い、混合粉末を得た。この得られた試料のXRD分析結果を図2に示す。
<Examination of carbon content>
(Example 2)
In Example 1, a carbon colloid solution is not used as a carbon source, but only glucose is used, and the mass ratio of (total of raw material elements Li, Fe, Si in the raw material) :( carbon in glucose) is 100: 15. The mixture was weighed and calcined and fired in the same manner to obtain a mixed powder. The XRD analysis result of this obtained sample is shown in FIG.

(実施例3、参考例1〜3)
実施例2において、原料元素の合計100質量部に対する(グルコース中の炭素)の質量比を8質量部(実施例3)、20質量部(参考例1)、35質量部(参考例2)、50質量部(参考例3)となるように秤量して、それぞれ同様に仮焼処理及び本焼成を行い、混合粉末を得た。この得られた試料のXRD分析結果を併せて図2に示す。
LiMSiOの原料元素に対する炭素量が8〜15質量%の範囲では副生成物が確認されなかったが、20質量%の参考例1では不純物が混じるようになり、35質量%以上の参考例2及び3ではLiMSiOがほとんど検出されなくなってしまった。このことから、添加する炭素が多すぎると単相のLiMSiOが得られず、15質量%以下であることが必要になることがわかった。
(Example 3, Reference Examples 1-3)
In Example 2, the mass ratio of (carbon in glucose) to the total of 100 parts by mass of the raw material elements is 8 parts by mass (Example 3), 20 parts by mass (Reference Example 1), 35 parts by mass (Reference Example 2), It weighed so that it might become 50 mass parts (reference example 3), and the calcination process and the main calcination were performed similarly, respectively, and mixed powder was obtained. The XRD analysis results of the obtained sample are also shown in FIG.
By-products were not confirmed when the carbon content relative to the raw material element of Li 2 MSiO 4 was in the range of 8 to 15% by mass, but in Reference Example 1 of 20% by mass, impurities became mixed, and a reference of 35% by mass or more In Examples 2 and 3, almost no Li 2 MSiO 4 was detected. From this, it was found that when too much carbon was added, single-phase Li 2 MSiO 4 could not be obtained, and it was necessary to be 15% by mass or less.

<充放電容量の検討>
(実施例1)
上記の本焼成で得られた実施例1の電池材料と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを、(Li+Fe+Si):炭素:PTFE=73:20:7の質量混合比となるように秤量し、ヘキサンを加えながら混合してシート状に成形し、φ12mmのアルミメッシュにプレスして40MPaで圧着した後、オーブンに入れて220℃で10h保持して乾燥して正極材を得た。この正極材と、ガラスセパレータ(アドバンテック製、φ16mm)と、陰極のLi箔(0.5mm、φ12mm)とを、電解液(1M LiPF EC−DEC)とともにコインセル(CR2032)に封入して試験用電池を作製した。充放電は、1.5〜4.8Vの範囲でCCCV充電とCC放電を繰り返し、11サイクル後の電池容量を確認した。その結果を図3(a)に示す。導電助剤を添加することなく、200mAh/gの電池容量を確保できた。
<Examination of charge / discharge capacity>
Example 1
The battery material of Example 1 obtained by the main firing described above and polytetrafluoroethylene (PTFE) were weighed so as to have a mass mixing ratio of (Li + Fe + Si): carbon: PTFE = 73: 20: 7, After adding hexane, the mixture was formed into a sheet, pressed onto a 12 mm aluminum mesh and pressed at 40 MPa, then placed in an oven, held at 220 ° C. for 10 hours and dried to obtain a positive electrode material. This positive electrode material, a glass separator (manufactured by Advantech, φ16 mm), and a cathode Li foil (0.5 mm, φ12 mm) are enclosed in a coin cell (CR2032) together with an electrolytic solution (1M LiPF 6 EC-DEC) for a test battery. Was made. Charging / discharging repeated CCCV charge and CC discharge in the range of 1.5 to 4.8V, and confirmed the battery capacity after 11 cycles. The result is shown in FIG. A battery capacity of 200 mAh / g could be secured without adding a conductive aid.

(実施例2)
上記の本焼成で得られた実施例2の電池材料と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを、(Li+Fe+Si):炭素:PTFE=79:14:7の質量混合比となるように秤量して混合した以外は、実施例1と同様の手順により試験用電池を作製し、同様のサイクルにより電池容量を確認した。その結果を図3(b)に示す。導電助剤を添加することなく、180mAh/gの電池容量を確保できた。
(Example 2)
The battery material of Example 2 obtained by the above main firing and polytetrafluoroethylene (PTFE) were weighed so as to have a mass mixing ratio of (Li + Fe + Si): carbon: PTFE = 79: 14: 7. Except for mixing, a test battery was prepared by the same procedure as in Example 1, and the battery capacity was confirmed by the same cycle. The result is shown in FIG. A battery capacity of 180 mAh / g could be secured without adding a conductive aid.

Claims (6)

リチウム源、遷移金属源、Si源、及び炭素源を液に分散して混合した混合液を、乾燥した後に不活性ガスフロー中で焼成してLiMSiOを得る製造方法において、
前記焼成時の酸素供給量が単位炉内体積あたり、0.052ml/(min・m3)以下であるLiMSiOの製造方法。
(ただし、MはFe又はMnを示す。)
In a production method of obtaining a Li 2 MSiO 4 by drying a mixed liquid in which a lithium source, a transition metal source, a Si source, and a carbon source are dispersed and mixed in a liquid and then firing in an inert gas flow.
A method for producing Li 2 MSiO 4 , wherein an oxygen supply amount during firing is 0.052 ml / (min · m 3 ) or less per unit furnace volume.
(However, M represents Fe or Mn.)
上記炭素源が不揮発性である水溶性炭素含有分子を含み、上記混合液中に溶解させて分散させた請求項1に記載のLiMSiOの製造方法。 The method for producing Li 2 MSiO 4 according to claim 1, wherein the carbon source contains a water-soluble carbon-containing molecule that is nonvolatile, and is dissolved and dispersed in the mixed solution. 上記水溶性炭素含有分子が、水に対する溶解度が5g/mL以上の糖類である請求項2に記載のLiMSiOの製造方法。 The method for producing Li 2 MSiO 4 according to claim 2, wherein the water-soluble carbon-containing molecule is a saccharide having a water solubility of 5 g / mL or more. 上記炭素源としてさらにカーボンコロイド溶液を用い、上記水溶性炭素含有分子が溶解しカーボンコロイドを分散させた上記混合液にて分散混合させる、請求項2又は3に記載のLiMSiOの製造方法。 The method for producing Li 2 MSiO 4 according to claim 2 or 3, wherein a carbon colloid solution is further used as the carbon source, and the mixture is dispersed and mixed in the mixed solution in which the water-soluble carbon-containing molecules are dissolved and the carbon colloid is dispersed. . 混合される上記炭素源の炭素量が、合成されるLiMSiOの8質量%以上15質量%以下である請求項1乃至4のいずれかに記載のLiMSiOの製造方法。 The method for producing Li 2 MSiO 4 according to any one of claims 1 to 4, wherein a carbon amount of the carbon source to be mixed is 8% by mass or more and 15% by mass or less of Li 2 MSiO 4 to be synthesized. 請求項1乃至5のいずれかに記載の製造方法にて製造したLiMSiOを用い、追加の導電助剤を添加せずに有機溶媒に分散させた合成スラリーとし、この合成スラリーを用いて電極を成形し、乾燥させるリチウムイオン二次電池正極の製造方法。
Using Li 2 MSiO 4 produced by the production method according to claim 1, a synthetic slurry dispersed in an organic solvent without adding an additional conductive auxiliary agent, and using this synthetic slurry The manufacturing method of the lithium ion secondary battery positive electrode which shape | molds an electrode and dries.
JP2015070996A 2015-03-31 2015-03-31 Synthesis method of polyanionic compound Active JP6270771B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015070996A JP6270771B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Synthesis method of polyanionic compound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015070996A JP6270771B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Synthesis method of polyanionic compound

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016190750A JP2016190750A (en) 2016-11-10
JP6270771B2 true JP6270771B2 (en) 2018-01-31

Family

ID=57245512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015070996A Active JP6270771B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Synthesis method of polyanionic compound

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6270771B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5695842B2 (en) * 2010-06-02 2015-04-08 シャープ株式会社 Method for producing lithium-containing composite oxide
US9490474B2 (en) * 2010-10-08 2016-11-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing positive electrode active material for energy storage device and energy storage device
JP5888762B2 (en) * 2012-09-10 2016-03-22 株式会社豊田自動織機 COMPOSITE MATERIAL AND ITS MANUFACTURING METHOD, POSITIVE ACTIVE MATERIAL, POSITIVE ELECTRODE AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY
JP5901492B2 (en) * 2012-10-16 2016-04-13 住友金属鉱山株式会社 Method for producing lithium silicate compound, method for producing lithium silicate compound aggregate, and method for producing lithium ion battery
JP6205895B2 (en) * 2013-06-26 2017-10-04 日亜化学工業株式会社 Olivine-type transition metal lithium silicate compound and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016190750A (en) 2016-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5657582B2 (en) Carbon-coated spinel type lithium titanate and method for producing the same
JP6090085B2 (en) Positive electrode active material, method for producing positive electrode active material, and lithium battery
Plewa et al. Facile aqueous synthesis of high performance Na 2 FeM (SO 4) 3 (M= Fe, Mn, Ni) alluaudites for low cost Na-ion batteries
JP4522683B2 (en) Method for producing electrode material powder, electrode material powder and electrode, and lithium battery
JP5722866B2 (en) Synthesis of lithium-ion-phosphate
JP5347603B2 (en) Active material manufacturing method, active material, electrode, and lithium ion secondary battery
WO2011115211A1 (en) Method for producing lithium manganese iron phosphate particulate powder, lithium manganese iron phosphate particulate powder and non-aqueous electrolyte secondary battery using that particulate powder
JP2010521797A (en) Room temperature single phase Li insertion / extraction material for use in Li-based batteries
JP5820521B1 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery and method for producing the same
US10581066B2 (en) Lithium sulfide electrode and method
KR20100031729A (en) Method for producing lithium vanadium polyanion powders for batteries
JP4252331B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium ion battery
JP5515343B2 (en) Active material manufacturing method, active material, electrode, and lithium ion secondary battery
JP6243932B2 (en) Method for producing titanium niobium oxide, and method for producing titanium niobium oxide negative electrode active material using titanium niobium oxide obtained therefrom
TW201803803A (en) Method for manufacturing vanadium lithium phosphate
JP2013206746A (en) Active material for lithium secondary battery, lithium secondary battery electrode including the same, and lithium secondary battery
Wu et al. Structural, morphological and electrochemical characteristics of spinel LiMn2O4 prepared by spray-drying method
JP5871211B2 (en) Method for producing Li2MSiO4
CN101679072B (en) Process for preparing lithium-rich metal oxides
US20180248177A1 (en) Chemical synthesis route for lithium ion battery applications
JP6270771B2 (en) Synthesis method of polyanionic compound
Bornamehr et al. Surfactant stabilization of vanadium iron oxide derived from Prussian blue analog for lithium-ion battery electrodes
JP5759968B2 (en) Method for producing olivine-type silicate compound and method for producing positive electrode active material for secondary battery
Minakshi et al. Synthetic strategies for better battery performance through advances in materials and chemistry: Olivine LiMn1/3Co1/3Ni1/3PO4
RU2654492C1 (en) Chemical way of synthesis of materials for lithium-ion battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170113

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170831

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170912

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6270771

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250