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JP6568700B2 - Hydrogen manganate and lithium manganate and methods for producing them - Google Patents
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JP6568700B2 - Hydrogen manganate and lithium manganate and methods for producing them - Google Patents

Hydrogen manganate and lithium manganate and methods for producing them Download PDF

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Description

本発明は、マンガン酸水素およびマンガン酸リチウム、およびこれらの製造方法に関する。詳しくは、リチウムを選択的に回収することができるマンガン酸水素、および該マンガン酸水素の中間体として機能するマンガン酸リチウム、およびこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to hydrogen manganate and lithium manganate, and methods for producing them. Specifically, the present invention relates to hydrogen manganate that can selectively recover lithium, lithium manganate that functions as an intermediate of the hydrogen manganate, and a method for producing the same.

リチウムは携帯電話やパソコンの二次電池材料として必須であり、その利用は日常生活に広く浸透している。これまでリチウム製造法として、蒸発乾固法と鉱石溶解法がプロセス化されている。だが、両方法には、かん水質の低下によりコストが高くなる、あるいは重金属イオンが溶出する等の問題が残されている。一方、最近無機酸化物を吸着材として用いた海水・かん水からの選択的リチウム回収法が注目を集めている。先の二つのプロセスに比べて、どこにでも存在する水資源からリチウムを回収することが出来るため、経済性・環境調和性の観点で圧倒的に優れる。   Lithium is indispensable as a secondary battery material for mobile phones and personal computers, and its use has permeated daily life. Until now, evaporation and drying methods and ore dissolution methods have been processed as lithium production methods. However, both methods still have problems such as an increase in cost due to a decrease in water quality or elution of heavy metal ions. On the other hand, a selective lithium recovery method from seawater and brine using an inorganic oxide as an adsorbent has recently attracted attention. Compared to the previous two processes, lithium can be recovered from water resources that exist anywhere, so it is overwhelmingly superior in terms of economy and environmental harmony.

しかし、海水・かん水には、リチウムとよく似たナトリウムイオンなどの元素が高い濃度で溶けている。そこで吸着法では、リチウムイオンに対して著しく高い選択性を示しリチウムだけを捕獲できるリチウム吸着剤の存在が必須である。
リチウム吸着剤として、スピネル相あるいは擬スピネル相のマンガン酸化物系のイオンふるい吸着剤が用いられている。マンガン酸化物系リチウム吸着剤を海水あるいはかん水に浸漬するとプロトンとリチウムイオンのイオン交換反応が進み、リチウム吸着剤にリチウムが吸着される。その後、リチウム吸着剤を酸溶液に入れるとプロトンとリチウムイオンのイオン交換反応が進み、リチウムが酸溶液に脱着される。この吸着・脱着サイクルを繰り返すことで海水およびかん水に含まれるリチウムを濃縮回収することができる。
However, seawater and brine contain high concentrations of sodium ions and other elements similar to lithium. Therefore, in the adsorption method, it is essential to have a lithium adsorbent that exhibits extremely high selectivity for lithium ions and can capture only lithium.
As the lithium adsorbent, a spinel phase or pseudo spinel phase manganese oxide ion sieve adsorbent is used. When a manganese oxide-based lithium adsorbent is immersed in seawater or brine, an ion exchange reaction between protons and lithium ions proceeds, and lithium is adsorbed on the lithium adsorbent. Thereafter, when the lithium adsorbent is put into an acid solution, an ion exchange reaction between protons and lithium ions proceeds, and lithium is desorbed from the acid solution. By repeating this adsorption / desorption cycle, lithium contained in seawater and brine can be concentrated and recovered.

マンガン酸化物系において高い吸着性能を示すリチウム吸着剤としてマンガン酸水素H1.6Mn1.6が知られている。リチウム吸着剤のマンガン酸水素H1.6Mn1.6は、マンガン酸リチウムLiMnOを焼成し酸処理することによって得ることができる(特許文献1、非特許文献1、2)。
高性能なリチウム吸着剤マンガン酸水素H1.6Mn1.6を製造するためには、中間体であるマンガン酸リチウムLiMnOの結晶を高純度かつ高品質に生成することが必要であることがよく知られている。従来、マンガン酸リチウムLiMnOの合成法として、γ―MnOOHとLiOH・HOあるいはLiClによる固相合成法、γ―MnOOHとLiOH溶液の水熱反応による水熱法、およびγ―MnOOHを溶質に用いたフラックス法などが知られている(非特許文献1〜3)。
しかしながら、従来の方法で作製したLiMnOを中間体とするリチウム吸着剤のマンガン酸水素H1.6Mn1.6は、粒子サイズが小さく、化学的安定性に欠け、また工業生産性に乏しかった。
Hydrogen manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 is known as a lithium adsorbent exhibiting high adsorption performance in a manganese oxide system. The lithium adsorbent hydrogen manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 can be obtained by baking and acid-treating lithium manganate LiMnO 2 (Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).
In order to produce high performance lithium adsorbent hydrogen manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 , it is necessary to produce crystals of lithium manganate LiMnO 2 as an intermediate with high purity and high quality. It is well known that there is. Conventionally, as a synthesis method of lithium manganate LiMnO 2 , solid phase synthesis method using γ-MnOOH and LiOH.H 2 O or LiCl, hydrothermal method using hydrothermal reaction of γ-MnOOH and LiOH solution, and γ-MnOOH as a solute The flux method etc. which were used for this are known (nonpatent literatures 1-3).
However, lithium manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 which is a lithium adsorbent having LiMnO 2 as an intermediate produced by a conventional method has a small particle size, lacks chemical stability, and industrial productivity. It was scarce.

特開2001−157838JP 2001-157838 A

R. Chitrakar、 H. Kanoh、 Y. Miyai、 and K. Ooi、 Chem. Mater.、 12、 3151(2000).R. Chitrakar, H.C. Kanoh, Y.M. Miyai, and K. Ooi, Chem. Mater. 12, 3151 (2000). Shu−Ying Sun、 Jia−Li Xiao、 Jin Wang、 Xingfu Song、 and Jian−Guo Yu、 Ind. Eng. Chem. Res. 2014、 53、 15517−15521.Shu-Ying Sun, Jia-Li Xiao, Jin Wang, Xingfu Song, and Jian-Guo Yu, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 15517-15521. T. Tang、 H. Kanoh、 and K. Ooi、 J. Solid State Chem. 142、 19(1999).T.A. Tang, H.H. Kanoh, and K.K. Ooi, J.A. Solid State Chem. 142, 19 (1999).

本発明は、粒子サイズが大きく、化学的安定性に富み、リチウム吸着性に優れ、また生産性も高いマンガン酸水素、および該マンガン酸水素の前駆体としてのマンガン酸リチウム、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to hydrogen manganate having a large particle size, excellent chemical stability, excellent lithium adsorptivity, and high productivity, lithium manganate as a precursor of the hydrogen manganate, and methods for producing these The purpose is to provide.

本発明者らは、マンガン酸リチウム結晶の育成に関して、いろいろな研究を重ねた結果、フラックス法を用いることによって、数十ミクロンメートルサイズのマンガン酸リチウムLiMnOを生成することに成功した。そして、このマンガン酸リチウムを焼成すると、はじめて数十ミクロンメートルサイズのマンガン酸リチウムLiMn結晶(0<x<2、2≦x+y≦4)が生成することを見出した。さらに、このマンガン酸リチウムLiMn(0<x<2、2≦x+y≦4)を酸処理することによってマクロ多孔体構造のマンガン酸化物リチウム吸着体たるマンガン酸水素HMn(0<x<2、2≦x+y≦4)を得た。LiMn結晶(0<x<2、2≦x+y≦4)およびLiMn(0<x<2、2≦x+y≦4)はどちらもスピネル構造あるいは擬スピネル構造を示す。
本発明は、高結晶性のマンガン酸リチウムLiMnと、これを用いて製造できるリチウム吸着体たるマンガン酸水素HMn(0<x<2、2≦x+y≦4)に関するものである。
As a result of various studies on the growth of lithium manganate crystals, the present inventors succeeded in producing lithium manganate LiMnO 2 having a size of several tens of micrometers by using the flux method. When firing the lithium manganate, the first time found that dozens of micrometers sized lithium manganate Li x Mn y O 4 crystal (0 <x <2,2 ≦ x + y ≦ 4) is produced. Further, by treating this lithium manganate Li x Mn y O 4 (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) with an acid treatment, hydrogen manganate H x Mn y which is a macroporous structure lithium manganese oxide adsorbent O 4 (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) was obtained. Li x Mn y O 4 crystal (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) and Li x Mn y O 4 (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) both have a spinel structure or a pseudo spinel structure. Show.
The present invention includes a high crystallinity of the lithium manganate Li x Mn y O 4, lithium adsorbent serving manganate hydrogen H x Mn y O 4, which can be produced using this (0 <x <2,2 ≦ x + y ≦ 4 ).

すなわち、本発明に係るマンガン酸水素は、HxMny4の組成を有するマンガン酸水素であって、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が7倍以上20倍以下である、LixMny4の組成を有するマンガン酸リチウムがLi脱離していて、表面が屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなすことを特徴とする。ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。
前記{111}結晶面に対応する回折線は18〜19°の範囲に存在する回折線であり、前記{004}結晶面に対応する回折線は44〜45°の範囲に存在する回折線である。どちらの回折ピークもスピネル構造あるいは擬スピネル構造に帰因する。
本発明に係るマンガン酸水素は、上記のような結晶構造を有し、粒子径が大きく多孔質体をなすことから、表面積が大きく、プロトンとリチウムイオンの交換性に優れ、優れたリチウム吸着特性を有する。また、大きさが数十ミクロンメーターと大きいことから、Mnの溶出量も少なく、化学的に安定している。
That is, hydrogen manganate according to the present invention is hydrogen manganate having a composition of H x Mn y O 4 , and in the X-ray diffraction pattern, with respect to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane, {111} intensity of the diffraction line corresponding to the crystal plane is 20 times or less 7 times or more, the lithium manganate have desorbed Li having a composition of Li x Mn y O 4, a plurality of petaloid surface is bent A porous body having a plurality of voids partitioned by a partition wall is formed. However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4.
A diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is a diffraction line existing in the range of 18 to 19 °, and a diffraction line corresponding to the {004} crystal plane is a diffraction line existing in the range of 44 to 45 °. is there. Both diffraction peaks are attributed to the spinel structure or pseudo-spinel structure.
The hydrogen manganate according to the present invention has a crystal structure as described above, has a large particle size and forms a porous body, and therefore has a large surface area, excellent exchangeability between protons and lithium ions, and excellent lithium adsorption characteristics. Have Moreover, since the size is as large as several tens of micrometers, the elution amount of Mn is small and it is chemically stable.

前記Liの脱離は、酸処理することによって行える。
また、上記マンガン酸水素は、表面が屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなすことが多く、これにより、表面積がさらに大きく、また、各仕切り壁の厚さが薄いことから、プロトンとリチウムイオンの交換性に優れ、さらに優れたリチウム吸着特性を有する。
前記マンガン酸水素HMnにおいて、1≦x<2であると好ましく、優れた多孔質構造をとることができる。
前記マンガン酸水素HMnにおいて、x=1.6、y=1.6であると一層優れたリチウム吸着特性を有する。
The elimination of Li can be performed by acid treatment.
In addition, the hydrogen manganate often forms a porous body having a plurality of voids partitioned by a plurality of petal-like partition walls whose surfaces are bent, thereby further increasing the surface area. Since the wall is thin, it excels in exchange of protons and lithium ions, and has excellent lithium adsorption characteristics.
In the hydrogen manganate H x Mn y O 4 , 1 ≦ x <2 is preferable, and an excellent porous structure can be obtained.
In the hydrogen manganate H x Mn y O 4 , if x = 1.6 and y = 1.6, the lithium adsorption characteristics are further improved.

また、本発明に係るマンガン酸水素の製造方法は、次の1)および2)の工程を有することを特徴とする。
1):次のa〜d工程により、LiMn(0<x<2、2≦x+y≦4)の組成を有し、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が7倍以上20倍以下であるマンガン酸リチウムを生成する工程。
a:Li源、MnOからなるMn源、および、Cl系のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の少なくとも一方からなるフラックス成分を混合する工程、
b:前記a工程での混合物を900〜1100℃で加熱してフラックス成分を溶融する工程、
c:前記フラックス成分が溶融した前記混合物を冷却して結晶を生成し、フラックス成分を洗浄、除去してLiMnO 結晶を得る工程、
d:前記c工程で得られた結晶をさらに350〜450℃で焼成する工程、
2):前記1)の工程で得られたLiMn(0<x<2、2≦x+y≦4)の組成を有するマンガン酸リチウムの結晶をさらに酸処理する工程。
The method for producing hydrogen manganate according to the present invention includes the following steps 1) and 2).
1): The following a~d step, have a composition of Li x Mn y O 4 (0 <x <2,2 ≦ x + y ≦ 4), the X-ray diffraction pattern, corresponding to the {004} crystal faces A step of generating lithium manganate in which the intensity of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is 7 to 20 times the intensity of the diffraction line .
a: mixing a Li source, a Mn source composed of MnO, and a flux component composed of at least one of a Cl-based alkali metal salt and an alkaline earth metal salt;
b: a step of heating the mixture in step a at 900 to 1100 ° C. to melt the flux component;
c: the flux component by cooling the molten mixture to form crystals, to obtain washed flux component, the removal to the LiMnO 2 crystals step,
d: a step of further firing the crystal obtained in the step c at 350 to 450 ° C. ,
2): a step of further acid-treating lithium manganate crystals having a composition of Li x Mn y O 4 (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) obtained in the step 1).

前記混合物中の前記Mn源を5mol%以下とすると好適である
記フラックス成分に、KCl、NaClおよびLiClのうちの1種以上を用いることができる。
前記マンガン酸リチウムがLi1.6Mn1.6の組成を有することができる。
The Mn source in the mixture is preferably 5 mol% or less .
Before SL flux component, it is possible to use one or more of KCl, NaCl and LiCl.
The lithium manganate may have a composition of Li 1.6 Mn 1.6 O 4 .

また、本発明に係るマンガン酸リチウムは、LiThe lithium manganate according to the present invention is Li xx MnMn yy O 4Four (0<x<2、2≦x+y≦4)の組成を有し、かつスピネル構造あるいは擬スピネル構造をもつマンガン酸リチウムであって、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が7倍以上20倍以下であることを特徴とする。A lithium manganate having a composition of (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) and having a spinel structure or a pseudo-spinel structure, and a diffraction corresponding to a {004} crystal plane in an X-ray diffraction pattern The intensity of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is 7 to 20 times the intensity of the line.
前記{111}結晶面に対応する回折線は18〜19°の範囲に存在する回折線であり、前記{004}結晶面に対応する回折線は44〜45°の範囲に存在する回折線である。A diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is a diffraction line existing in the range of 18 to 19 °, and a diffraction line corresponding to the {004} crystal plane is a diffraction line existing in the range of 44 to 45 °. is there.
上記マンガン酸リチウムが、LiThe lithium manganate is Li 1.61.6 MnMn 1.61.6 O 4Four の組成を有することができる。Can have the following composition:

本発明によれば、表面が屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有するマクロ多孔質体をなして極めて表面積が大きいこと、また、各仕切り壁の厚さが薄いことから、プロトンとリチウムイオンの交換性に優れ、その結果、海水・かん水が内部に浸透しやすくリチウムの高速吸着に適したマンガン酸水素を提供できる。また、マンガン酸水素を得る中間体として用いることのできるマンガン酸リチウムを提供できる。 According to the present invention, a macroporous body having a plurality of voids partitioned by a plurality of petal-shaped partition walls whose surfaces are bent has a very large surface area, and the thickness of each partition wall is thin. Therefore, it is possible to provide hydrogen manganate that excels in exchange of protons and lithium ions and, as a result, easily penetrates seawater and brine into the interior and is suitable for high-speed lithium adsorption. In addition, lithium manganate that can be used as an intermediate for obtaining hydrogen manganate can be provided.

実施例1、2および比較例1、2で得たマンガン酸リチウムおよびマンガン酸水素のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of lithium manganate and hydrogen manganate obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例2と比較例2で得たマンガン酸水素のSEM像(走査電子顕微鏡像)である。It is a SEM image (scanning electron microscope image) of hydrogen manganate obtained in Example 2 and Comparative Example 2. フラックス育成工程における反応時間(保持時間)と、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対する、{111}結晶面に対応する回折線の強度の強度比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reaction time (holding time) in a flux growth process, and the intensity ratio of the intensity of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane with respect to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane. 実施例2と比較例2で得たマンガン酸水素からのMn溶出量を示すグラフである。4 is a graph showing the elution amount of Mn from hydrogen manganate obtained in Example 2 and Comparative Example 2. 実施例2と比較例2で得たマンガン酸水素のリチウム吸着容量を示すグラフである。4 is a graph showing lithium adsorption capacities of hydrogen manganate obtained in Example 2 and Comparative Example 2.

以下、本実施の形態で得られる粒子サイズが数十ミクロンメートル級でかつ化学的安定性の高いマンガン酸リチウムLiMn(0<x<2、2≦x+y≦4)、およびマンガン酸水素HMnについて、その製造方法と共に説明する。
本実施の形態に係るマンガン酸リチウムLiMnは、上記のように、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が約3倍以上(好適には5倍以上、さらに好適には7倍以上)であることを特徴としている(図1の実施例1)。ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。
図1における18〜19°の範囲に存在する回折線が前記{111}結晶面に対応する回折線であり、44〜45°の範囲に存在する回折線が前記{004}結晶面に対応する回折線である。
本マンガン酸リチウムはスピネル構造もしくは擬スピネル構造をとる。スピネルとは鉱物の一種で、一般式AB2(A=Li,Na,Mg,Caなど;B=Mn,Al,Feなど)で表される。Aサイトは4配位するのに対して、Bサイトは6配位している。同じ元素でも、場合によりどちらのサイトも占有できる。また、場合により占有されず、欠陥サイトとして存在することもある。そのため、上記マンガン酸リチウムの組成式において擬スピネル構造としてx+yの値は2から4と広い値をとりうる。
Hereinafter, lithium manganate Li x Mn y O 4 (0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4) having a particle size of several tens of micrometers and high chemical stability obtained in the present embodiment, and manganese The oxyhydrogen H x Mn y O 4 will be described together with its production method.
As described above, the lithium manganate Li x Mn y O 4 according to the present embodiment has an {111} crystal plane corresponding to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane in the X-ray diffraction pattern. The intensity of the corresponding diffraction line is about 3 times or more (preferably 5 times or more, more preferably 7 times or more) (Example 1 in FIG. 1). However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4.
In FIG. 1, diffraction lines existing in the range of 18 to 19 ° correspond to the {111} crystal plane, and diffraction lines existing in the range of 44 to 45 ° correspond to the {004} crystal plane. It is a diffraction line.
The present lithium manganate has a spinel structure or a pseudo-spinel structure. Spinel is a kind of mineral and is represented by the general formula AB 2 O 4 (A = Li, Na, Mg, Ca, etc .; B = Mn, Al, Fe, etc.). The A site is 4-coordinated, while the B site is 6-coordinated. Even the same element can occupy both sites. In some cases, it is not occupied and may exist as a defective site. Therefore, in the composition formula of lithium manganate, the value of x + y can take a wide value from 2 to 4 as a pseudo spinel structure.

また、本実施の形態におけるマンガン酸水素HMnは、図2(a)に示すように、表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなすことを特徴としている。また、その大きさは、図2(a)に示すように、数十ミクロンメーターの大きさをなす。また、仕切り壁の厚さは、薄い。 In addition, as shown in FIG. 2A, the hydrogen manganate H x Mn y O 4 in the present embodiment has a plurality of voids whose surface is partitioned by a plurality of bent petal-shaped partition walls. It is characterized by forming a porous body. Further, as shown in FIG. 2 (a), the size is several tens of micrometers. Further, the partition wall is thin.

本実施の形態における、LiMnの組成を有するマンガン酸リチウムの製造方法は、Li源、MnOからなるMn源、および、Cl系のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の少なくとも一方からなるフラックス成分を混合する工程と、該混合物を加熱してフラックス成分を溶融する工程と、前記フラックス成分が溶融した前記混合物を冷却して結晶を生成し、フラックス成分を洗浄、除去して結晶を得る工程と、前記工程で得られた結晶をさらに焼成する工程を含むことを特徴とする。 In the present embodiment, a method for producing lithium manganate having a composition of Li x Mn y O 4 includes at least one of a Li source, a Mn source composed of MnO, and a Cl-based alkali metal salt and alkaline earth metal salt. A step of mixing a flux component comprising: heating the mixture to melt the flux component; cooling the mixture in which the flux component is melted to produce crystals; washing and removing the flux component to produce crystals; And a step of further firing the crystal obtained in the above step.

また、本実施の形態における、HMnの組成を有するマンガン酸水素は、上記工程で得られた、LiMnの組成を有するマンガン酸リチウムの結晶をさらに酸処理することによって得られる。 In the present embodiment, the hydrogen manganate having the composition of H x Mn y O 4 is further subjected to an acid treatment on the crystal of lithium manganate having the composition of Li x Mn y O 4 obtained in the above step. Can be obtained.

次に、製造方法について、さらに詳述する。
<使用原料>
Mn原料には、市販の酸化マンガン(MnO)を好適に使用できる。表面や固体が水酸化物に変化したとしても、使用できる。酸化マンガン以外は好ましくない。
Li原料には、LiOH、LiCl等のリチウム塩が利用できる。
また、フラックスとして、NaCl、KCl、LiCl等の、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の塩化物塩が好適に利用できる。これらは単独もしくは併用できる。
Next, the manufacturing method will be described in detail.
<Raw materials>
Commercially available manganese oxide (MnO) can be suitably used as the Mn raw material. Even if the surface or solid changes to hydroxide, it can be used. Other than manganese oxide is not preferable.
Li salt such as LiOH or LiCl can be used as the Li raw material.
In addition, alkali metal and alkaline earth metal chloride salts such as NaCl, KCl, and LiCl can be suitably used as the flux. These can be used alone or in combination.

<フラックス育成工程>
まず、Li源、MnOからなるMn源、および、Cl系のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の少なくとも一方からなるフラックス成分を混合する。MnOの濃度は、5mol%以下、特には、2mol%以下、さらには、1〜0.1mol%程度が好適である。
次いで、上記混合物を加熱してフラックス成分を溶融する。この混合物の加熱温度は、900〜1100℃の温度範囲で結晶育成を行えばよい。好ましくは、900〜1000℃の範囲が、より好ましくは950〜1000℃の温度範囲が好ましい。反応時間(保持時間)は、保持温度に影響を受けるため、特に限定するものではないが、処理温度において5分以上、好ましくは5時間以上であればよい。
<Flux training process>
First, a flux source composed of at least one of a Li source, a Mn source composed of MnO, and a Cl-based alkali metal salt and alkaline earth metal salt is mixed. The concentration of MnO is preferably 5 mol% or less, particularly 2 mol% or less, and more preferably about 1 to 0.1 mol%.
Subsequently, the said mixture is heated and a flux component is fuse | melted. The heating temperature of this mixture should just carry out crystal growth in the temperature range of 900-1100 degreeC. Preferably, the range of 900-1000 degreeC is more preferable, The temperature range of 950-1000 degreeC is more preferable. The reaction time (holding time) is not particularly limited because it is affected by the holding temperature, but it may be 5 minutes or more, preferably 5 hours or more at the treatment temperature.

次いで、所定時間冷却することで、成分の結晶化を行う。結晶化後、温水で洗浄して、フラックス成分を除去することで、LiMnOの結晶を得ることができる。
Mn源に、5mol%以下のMnOを用いること、および加熱温度を900〜1100℃の温度範囲で結晶育成を行うことで、純度の高いLiMnOの結晶を得ることができる。
Next, the components are crystallized by cooling for a predetermined time. After crystallization, the LiMnO 2 crystal can be obtained by washing with warm water to remove the flux component.
By using 5 mol% or less of MnO as the Mn source and performing crystal growth at a heating temperature in the temperature range of 900 to 1100 ° C., a highly pure LiMnO 2 crystal can be obtained.

次いで、LiMnO結晶を、酸化雰囲気中、350〜450℃で、数時間、焼成処理を行うことで、本実施の形態におけるマンガン酸リチウムLiMnの結晶を得ることができる。このようにして得られたマンガン酸リチウムLiMnは、大きさが、数十ミクロンメートルの大きさを有し、また前記のように、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が3倍以上(好適には5倍以上、さらに好適には7倍以上)を有している。 Next, the LiMnO 2 crystal is subjected to baking treatment at 350 to 450 ° C. for several hours in an oxidizing atmosphere, whereby the lithium manganate Li x Mn y O 4 crystal in the present embodiment can be obtained. The lithium manganate Li x Mn y O 4 obtained in this way has a size of several tens of micrometers, and as described above, in the X-ray diffraction pattern, the {004} crystal plane Is 3 times or more (preferably 5 times or more, more preferably 7 times or more).

なお、上記マンガン酸リチウムLiMnの、X線回折パターンにおける、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対する{111}結晶面に対応する回折線の強度比は、前記フラックス育成工程における反応時間(保持時間)に依存する。反応時間(保持時間)が長くなるほど、上記回折線の強度比は大きくなる。図3は、反応時間(保持時間)と上記回折線の強度比の一例を示すグラフである(反応温度:保持温度は1000℃)。
図3に示されるように、上記回折線の強度比は、反応時間が長くなるにつれて直線的に増加している。当該回折線の強度比は、反応時間を数十時間とすることで、数十にまで大きくすることができる。上記のように、上記回折線の強度比は、3倍以上(好適には5倍以上、さらに好適には7倍以上)が好ましい。この回折線の強度比の上限は特にないが、反応時間(保持時間)との関係から、15〜20倍程度までが適当である。
The intensity ratio of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane in the X-ray diffraction pattern of the lithium manganate Li x Mn y O 4 is the flux described above. It depends on the reaction time (holding time) in the growth process. The longer the reaction time (retention time), the greater the intensity ratio of the diffraction lines. FIG. 3 is a graph showing an example of the reaction time (retention time) and the intensity ratio of the diffraction lines (reaction temperature: retention temperature is 1000 ° C.).
As shown in FIG. 3, the intensity ratio of the diffraction lines increases linearly as the reaction time increases. The intensity ratio of the diffraction lines can be increased to several tens by setting the reaction time to several tens of hours. As described above, the intensity ratio of the diffraction lines is preferably 3 times or more (preferably 5 times or more, more preferably 7 times or more). The upper limit of the intensity ratio of the diffraction lines is not particularly limited, but about 15 to 20 times is appropriate from the relationship with the reaction time (retention time).

そして、このような、特定の結晶面{111}が他の結晶面{004}よりも発達した結晶構造をなすマンガン酸リチウムLiMnを酸処理することによって、前記のように、数十ミクロンメートルの大きさを有し、表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなす、HMnの組成を有するマンガン酸水素が得られる。本実施の形態に係るマンガン酸水素は、表面が多孔質体をなして極めて表面積が大きいこと、また、各仕切り壁の厚さが薄いことから、プロトンとリチウムイオンの交換性に優れ、優れたリチウム吸着特性を有する。また、大きさが数十ミクロンメーターと大きいことから、Mnの溶出量も少なく、化学的に安定している。 Then, by treating the lithium manganate Li x Mn y O 4 having a crystal structure in which the specific crystal plane {111} is developed more than the other crystal plane {004}, as described above, Manganese having a composition of H x Mn y O 4 having a size of several tens of micrometers and a surface having a porous body having a plurality of voids defined by a plurality of bent petal-like partition walls Oxyhydrogen is obtained. The hydrogen manganate according to the present embodiment has an extremely large surface area with a porous surface, and because the partition walls are thin, the proton and lithium ion exchangeability is excellent and excellent. Has lithium adsorption properties. Moreover, since the size is as large as several tens of micrometers, the elution amount of Mn is small and it is chemically stable.

以下、実施例にもとづき本発明を詳細に説明する。
[実施例1]
1.18gのMnO粉末(和光純薬工業製)、2.75gのLiCl(和光純薬工業製)、および7.08gのKCl(和光純薬工業製)をアルミナ乳鉢中で15分間乾式混合した。試料は20cmのアルミナ坩堝に封入して、1000℃で10時間保持した。加熱速度および冷却速度はそれぞれ900℃/時間および200℃/時間である。次いで熱水で洗浄しフラックス成分を除去し、乾燥させることによってLiMnOの結晶を得た。この結晶を、さらに400℃空気中で20時間焼成することによって、マンガン酸リチウムLi1.6Mn1.6の擬スピネル型の結晶を得た。この実施例1のマンガン酸リチウム結晶のX線回折パターンを図1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
[Example 1]
1.18 g of MnO powder (Wako Pure Chemical Industries), 2.75 g of LiCl (Wako Pure Chemical Industries), and 7.08 g of KCl (Wako Pure Chemical Industries) were dry mixed in an alumina mortar for 15 minutes. . The sample was sealed in a 20 cm 3 alumina crucible and held at 1000 ° C. for 10 hours. The heating rate and cooling rate are 900 ° C./hour and 200 ° C./hour, respectively. Then washed with hot water to remove the flux component, to obtain crystals of LiMnO 2 by drying. This crystal was further fired in air at 400 ° C. for 20 hours to obtain a pseudo-spinel type crystal of lithium manganate Li 1.6 Mn 1.6 O 4 . The X-ray diffraction pattern of the lithium manganate crystal of Example 1 is shown in FIG.

[実施例2]
リチウム吸着材を作成するために、実施例1で得たマンガン酸リチウムLi1.6Mn1.6の結晶を0.5mol/Lの塩酸に15時間浸漬した後、蒸留水で洗浄し乾燥することによって、マンガン酸水素H1.6Mn1.6の擬スピネル型の結晶を得た。図2(a)に、上記得られたマンガン酸水素のSEM像を示す。特徴的な粒子形態、すなわち、表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する形態を示した。
化学的安定性を調べるために、0.1mol/Lの塩酸に15時間浸漬して、溶出するMn量をICP発光分析法(高周波誘導結合プラズマ発光分析法)で分析した。分析結果を図3に示す。また、この実施例2のマンガン酸水素結晶のX線回折パターンを図1に示す。
リチウムイオンの吸着試験は、かん水を模倣した条件、すなわち、Liイオン濃度1000ppm、Naイオン濃度5000ppmの水溶液を用いて行った。水溶液のpHはおよそ9である。吸着材100mgを上記水溶液10mlに20時間浸漬した。反応前後の吸着液はICP発光分析法で分析した。また、Liイオン吸着量は吸着前後の水溶液のLiイオン濃度の差から算出した。
[Example 2]
In order to prepare a lithium adsorbent, the lithium manganate Li 1.6 Mn 1.6 O 4 crystal obtained in Example 1 was immersed in 0.5 mol / L hydrochloric acid for 15 hours, and then washed with distilled water. By drying, pseudo spinel crystals of hydrogen manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 were obtained. FIG. 2A shows an SEM image of the obtained hydrogen manganate. A characteristic particle form, that is, a form in which the surface has a plurality of voids partitioned by a plurality of bent petal-like partition walls is shown.
In order to examine the chemical stability, it was immersed in 0.1 mol / L hydrochloric acid for 15 hours, and the amount of Mn eluted was analyzed by ICP emission analysis (high frequency inductively coupled plasma emission analysis). The analysis results are shown in FIG. The X-ray diffraction pattern of the hydrogen manganate crystal of Example 2 is shown in FIG.
The lithium ion adsorption test was conducted using conditions that imitate brine, that is, using an aqueous solution having a Li ion concentration of 1000 ppm and a Na ion concentration of 5000 ppm. The pH of the aqueous solution is approximately 9. 100 mg of the adsorbent was immersed in 10 ml of the aqueous solution for 20 hours. The adsorbed solution before and after the reaction was analyzed by ICP emission spectrometry. The Li ion adsorption amount was calculated from the difference in Li ion concentration of the aqueous solution before and after adsorption.

[実施例3]
保持時間を0時間(昇温後すぐに冷却)としたほかは実施例1と同じ。
[実施例4]
保持時間を2時間としたほかは実施例1と同じ。
実施例1、実施例3、実施例4における、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対する{111}結晶面に対応する回折線の強度比を図3のグラフに示す。
実施例1における強度比は、7.2、実施例3における強度比は3.8、実施例4における強度比は4.5であった。これらは、図3に示すように、保持時間が長くなるにつれて直線的に増加している。
[Example 3]
Same as Example 1 except that the holding time was 0 hour (cooled immediately after the temperature was raised).
[Example 4]
Same as Example 1 except that the holding time was 2 hours.
The intensity ratio of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane in Example 1, Example 3, and Example 4 is shown in the graph of FIG.
The intensity ratio in Example 1 was 7.2, the intensity ratio in Example 3 was 3.8, and the intensity ratio in Example 4 was 4.5. As shown in FIG. 3, these increase linearly as the holding time increases.

[比較例1]
上記フラックス法の効果を明らかにするために、比較例として、従来法の水熱法を用いてマンガン酸リチウムを合成した。
すなわち、Mn源にMnOOHを用い、20倍の化学等量のLiClを添加して140℃で24時間処理し、沈殿物を洗浄・乾燥してLiMnOの結晶を合成し、さらに350℃で20時間焼成して、比較例1のマンガン酸リチウムLi1.6Mn1.64の結晶に変換した。この比較例1のマンガン酸リチウム結晶のX線回折パターンを図1に示す。
[Comparative Example 1]
In order to clarify the effect of the flux method, lithium manganate was synthesized as a comparative example using a conventional hydrothermal method.
That is, using MnOOH as a Mn source, adding 20 times the chemical equivalent amount of LiCl, treating at 140 ° C. for 24 hours, washing and drying the precipitate to synthesize LiMnO 2 crystals, It was calcined for a period of time and converted into lithium manganate Li 1.6 Mn 1.6 O 4 crystals of Comparative Example 1. The X-ray diffraction pattern of the lithium manganate crystal of Comparative Example 1 is shown in FIG.

[比較例2]
比較例1で得たマンガン酸リチウムLi1.6Mn1.64の結晶を0.5mol/Lの塩酸に15時間浸漬した後、蒸留水で洗浄し乾燥することによって、マンガン酸水素H1.6Mn1.64の結晶を得た。図2(b)に、上記得られたマンガン酸水素のSEM像を示す。水熱合成法を用いた場合には、得られた粒子の形態は、100ナノメートル程度の微粒子の凝集体であり、実施例2で見られたような表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有した構造は得られなかった。
化学的安定性を調べるために、0.1mol/Lの塩酸に15時間浸漬して、溶出するMn量をICP発光分析法で分析した。分析結果を図3に示す。また、この実施例2のマンガン酸水素結晶のX線回折パターンを図1に示す。
実施例2と同様に、Liイオンの吸着試験を行った。実施例2と同様に、かん水を模倣した、Liイオン濃度1000ppm、Naイオン濃度5000ppmの水溶液を用いて試験した。水溶液のpHはおよそ9である。水溶液の分析は実施例2と同様にICP発光分析法を使用した。
[Comparative Example 2]
The lithium manganate Li 1.6 Mn 1.6 O 4 crystal obtained in Comparative Example 1 was immersed in 0.5 mol / L hydrochloric acid for 15 hours, then washed with distilled water and dried to give hydrogen manganate H 1.6 Mn 1.6 O 4 crystals were obtained. FIG. 2B shows an SEM image of the obtained hydrogen manganate. When the hydrothermal synthesis method is used, the obtained particle form is an aggregate of fine particles of about 100 nanometers, and the surface as seen in Example 2 has a plurality of bent petal shapes. A structure having a plurality of gaps partitioned by a partition wall was not obtained.
In order to examine the chemical stability, it was immersed in 0.1 mol / L hydrochloric acid for 15 hours, and the amount of Mn eluted was analyzed by ICP emission spectrometry. The analysis results are shown in FIG. The X-ray diffraction pattern of the hydrogen manganate crystal of Example 2 is shown in FIG.
In the same manner as in Example 2, an adsorption test for Li ions was performed. In the same manner as in Example 2, the test was performed using an aqueous solution imitating brine and having an Li ion concentration of 1000 ppm and an Na ion concentration of 5000 ppm. The pH of the aqueous solution is approximately 9. The analysis of the aqueous solution used ICP emission analysis in the same manner as in Example 2.

<マンガン酸リチウムの結晶構造>
図1に示すように、実施例1のマンガン酸リチウムは、そのX線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度(44〜45°の範囲に存在するピーク値)に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度(18〜19°の範囲に存在するピーク値)が約7倍となっている。すなわち、{004}結晶面に比較して、 {111}結晶面がよく発達しているという配向特性を有している。
このような結晶構造を有していることから、実施例2のマンガン酸水素に変換した際、図2(a)に示す、特徴のある形態を有するマンガン酸水素に変換されると考えられる。すなわち、このマンガン酸水素は、数十ミクロンメートルの大きさを有し、表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなしている。
<Crystal structure of lithium manganate>
As shown in FIG. 1, the lithium manganate of Example 1 has an X-ray diffraction pattern with respect to the intensity of a diffraction line corresponding to the {004} crystal plane (peak value existing in a range of 44 to 45 °). Thus, the intensity of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane (peak value existing in the range of 18 to 19 °) is about 7 times. That is, it has an orientation characteristic that the {111} crystal plane is well developed compared to the {004} crystal plane.
Since it has such a crystal structure, it is considered that when converted to hydrogen manganate of Example 2, it is converted to hydrogen manganate having a characteristic form shown in FIG. That is, the hydrogen manganate has a size of several tens of micrometers, and the surface forms a porous body having a plurality of voids partitioned by a plurality of bent petal-like partition walls.

一方、比較例1のマンガン酸リチウムは、そのX線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度(44〜45°の範囲に存在するピーク値)に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度(18〜19°の範囲に存在するピーク値)は3倍弱となっている。この比較例1のマンガン酸リチウムをマンガン酸水素に変換しても、図2(b)に示されるように、実施例1のマンガン酸水素のような特異な形態のマンガン酸水素とはならない。   On the other hand, the lithium manganate of Comparative Example 1 has {111} against the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane (peak value existing in the range of 44 to 45 °) in the X-ray diffraction pattern. The intensity of the diffraction line corresponding to the crystal plane (peak value existing in the range of 18 to 19 °) is slightly less than three times. Even if this lithium manganate of Comparative Example 1 is converted to hydrogen manganate, as shown in FIG. 2 (b), it does not become a specific form of hydrogen manganate like the hydrogen manganate of Example 1.

<マンガン酸水素におけるMnの溶出性:化学的安定性>
図4に示されるように、従来の水熱法を用いて作製した比較例2のマンガン酸水素のMn溶出量は、4.3wt%であり、化学的安定性に欠ける。
これに対して、フラックス法を用いて作製した実施例2のマンガン酸水素のMn溶出量は、1.3wt%であり、溶出量が抑制され、比較例2に比して、3倍以上の化学的安定性を有していることが分かった。
<Elution of Mn in hydrogen manganate: Chemical stability>
As FIG. 4 shows, the Mn elution amount of the hydrogen manganate of the comparative example 2 produced using the conventional hydrothermal method is 4.3 wt%, and lacks chemical stability.
On the other hand, the Mn elution amount of hydrogen manganate of Example 2 produced using the flux method is 1.3 wt%, and the elution amount is suppressed, which is 3 times or more that of Comparative Example 2. It was found to have chemical stability.

<リチウム吸着性能>
図5に、実施例2のマンガン酸水素と比較例2のマンガン酸水素のリチウム吸着特性を示す。比較例2の水熱法で得たマンガン酸水素のリチウム吸着量は41.0mgLi・g−1であった。この結果は、従来のマンガン酸水素の結果とよく一致している。一方、実施例2のマンガン酸水素のリチウム吸着量は55.4mgであった。フラックス法を用いて得られるマンガン酸水素のリチウム吸着性能は、水熱法で得られる吸着材よりもやや高い活性を示すことが明らかとなった。
<Lithium adsorption performance>
FIG. 5 shows lithium adsorption characteristics of hydrogen manganate of Example 2 and hydrogen manganate of Comparative Example 2. The lithium adsorption amount of hydrogen manganate obtained by the hydrothermal method of Comparative Example 2 was 41.0 mg Li · g −1 . This result is in good agreement with the conventional hydrogen manganate result. On the other hand, the lithium adsorption amount of hydrogen manganate in Example 2 was 55.4 mg. It became clear that the lithium adsorption performance of hydrogen manganate obtained by using the flux method shows slightly higher activity than the adsorbent obtained by the hydrothermal method.

なお、請求項予備群を以下のように付記する。
(付記1)
Mnの組成を有するマンガン酸水素であって、表面が、屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなすことを特徴とするマンガン酸水素。
ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。
(付記2)
LiMnの組成を有するマンガン酸リチウムを酸処理して得られたことを特徴とする付記1記載のマンガン酸水素。
(付記3)
前記LiMnの組成を有するマンガン酸リチウムが、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が3倍以上であるマンガン酸リチウムであることを特徴とする付記2記載のマンガン酸水素。
(付記4)
前記LiMnの組成を有するマンガン酸リチウムが、X線回折パターンにおいて、18〜19°の範囲に存在する回折線のピーク値が44〜45°の範囲に存在する回折線のピーク値の3倍以上であることを特徴とする付記2記載のマンガン酸水素。
(付記5)
1.6Mn1.6の組成を有することを特徴とする付記1〜4いずれか1項記載のマンガン酸水素。
In addition, a claim preliminary group is added as follows.
(Appendix 1)
Manganese hydrogenate having a composition of H x Mn y O 4 , wherein the surface forms a porous body having a plurality of voids partitioned by a plurality of bent petal-like partition walls Oxyhydrogen.
However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4.
(Appendix 2)
The hydrogen manganate according to appendix 1, obtained by acid treatment of lithium manganate having a composition of Li x Mn y O 4 .
(Appendix 3)
In the X-ray diffraction pattern, the lithium manganate having the composition of Li x Mn y O 4 has a diffraction line intensity corresponding to the {111} crystal plane relative to a diffraction line intensity corresponding to the {004} crystal plane. The hydrogen manganate according to appendix 2, characterized in that the lithium manganate is 3 times or more.
(Appendix 4)
The peak of the diffraction line in which the peak value of the diffraction line that exists in the range of 18 to 19 ° in the lithium manganate having the composition of Li x Mn y O 4 exists in the range of 44 to 45 ° in the X-ray diffraction pattern. The hydrogen manganate according to supplement 2, wherein the hydrogen manganate is 3 times or more the value.
(Appendix 5)
The hydrogen manganate according to any one of supplementary notes 1 to 4, having a composition of H 1.6 Mn 1.6 O 4 .

現在、吸着材を用いた海水・かん水からのリチウムイオン回収では化学的安定性の低く100ナノメートル程度の小さなマンガン酸結晶を用いるのに対して、本発明の方法により、化学的安定性が3倍以上向上した数十ミクロンメートルサイズのマンガン酸系結晶を用いることが可能となる。
本発明によって、フラックス法を用いることで、マンガン酸リチウムLiMnが単一相で得られることが初めて分かり、またこれを酸処理することによって、粒子サイズの大きく、リチウム吸収能に優れるマンガン酸水素HMnを提供することが可能となった。従来の結晶育成法に比べて、粒子サイズは約二桁大きくすることができる。
現在、工業的に大量合成することが容易であり、製造過程の簡便化、エネルギー消費の削減からも好ましい方法といえる。
At present, lithium ion recovery from seawater and brine using adsorbents uses low manganic acid crystals with a low chemical stability of about 100 nanometers, whereas the method of the present invention provides a chemical stability of 3 It becomes possible to use a manganic acid crystal having a size of several tens of micrometers improved by a factor of two or more.
According to the present invention, it is found for the first time that lithium manganate Li x Mn y O 4 can be obtained in a single phase by using the flux method, and by treating this with an acid, the particle size is increased and the lithium absorption capacity is increased. It has become possible to provide excellent hydrogen manganate H x Mn y O 4 . Compared to conventional crystal growth methods, the particle size can be increased by about two orders of magnitude.
Currently, it is easy to synthesize industrially in large quantities, and it can be said to be a preferable method from the viewpoint of simplification of the production process and reduction of energy consumption.

Claims (9)

X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が7倍以上20倍以下である、LiIn the X-ray diffraction pattern, the intensity of the diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is 7 to 20 times the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane. xx MnMn yy O 4Four の組成を有するマンガン酸リチウム。ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。Lithium manganate having the composition: However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4. 前記{111}結晶面に対応する回折線が18〜19°の範囲に存在する回折線であり、前記{004}結晶面に対応する回折線が44〜45°の範囲に存在する回折線であることを特徴とする請求項1記載のマンガン酸リチウムA diffraction line corresponding to the {111} crystal plane is present in a range of 18 to 19 °, and a diffraction line corresponding to the {004} crystal plane is present in a range of 44 to 45 °. The lithium manganate according to claim 1, wherein H xx MnMn yy O 4Four の組成を有するマンガン酸水素であって、請求項1または請求項2記載のマンガン酸リチウムがLi脱離していて、表面が屈曲した複数の花弁状の仕切り壁によって区画された複数の空隙部を有する多孔質体をなすことを特徴とするマンガン酸水素。ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。The lithium manganate according to claim 1 or 2, wherein the lithium manganate has a Li composition, and a plurality of voids partitioned by a plurality of petal-shaped partition walls having a bent surface. A hydrogen manganate characterized by forming a porous body. However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4. 前記マンガン酸水素HxMny4において、1≦x<2であることを特徴とする請求項項記載のマンガン酸水素。 4. The hydrogen manganate according to claim 3 , wherein 1 ≦ x <2 in the hydrogen manganate H x Mn y O 4 . 前記マンガン酸水素HxMny4において、x=1.6、y=1.6であることを特徴とする請求項記載のマンガン酸水素。 In the manganate hydrogen H x Mn y O 4, x = 1.6, manganese hydrogen according to claim 4, characterized in that the y = 1.6. 請求項〜5いずれか1項記載のマンガン酸水素の製造方法であって、次の1)および2)の工程を有することを特徴とするマンガン酸水素の製造方法。
1):次のa〜dの工程により、LixMny4の組成を有し、X線回折パターンにおいて、{004}結晶面に対応する回折線の強度に対して、{111}結晶面に対応する回折線の強度が7倍以上20倍以下であるマンガン酸リチウムを生成する工程。
ただし、0<x<2、2≦x+y≦4。
a:Li源、MnOからなるMn源、および、Cl系のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の少なくとも一方からなるフラックス成分を混合する工程、
b:前記a工程での混合物を900〜1100℃で加熱してフラックス成分を溶融する工程、
c:前記フラックス成分が溶融した前記混合物を冷却して結晶を生成し、フラックス成分を洗浄、除去してLiMnO2の結晶を得る工程、
d:前記c工程で得られた結晶をさらに350〜450℃で焼成する工程、
2):前記1)の工程で得られたLixMny4の組成を有するマンガン酸リチウムの結晶をさらに酸処理する工程。
A method for producing hydrogen manganate according to any one of claims 3 to 5, comprising the following steps 1) and 2).
1): The following steps a to d have a composition of Li x Mny O 4 , and in the X-ray diffraction pattern, {111} crystals with respect to the intensity of the diffraction line corresponding to the {004} crystal plane A step of generating lithium manganate having a diffraction line intensity corresponding to the surface of 7 to 20 times.
However, 0 <x <2, 2 ≦ x + y ≦ 4.
a: mixing a Li source, a Mn source composed of MnO, and a flux component composed of at least one of a Cl-based alkali metal salt and an alkaline earth metal salt;
b: a step of heating the mixture in step a at 900 to 1100 ° C. to melt the flux component;
c: a step of cooling the mixture in which the flux component is melted to form crystals, and washing and removing the flux components to obtain LiMnO 2 crystals;
d: a step of further firing the crystal obtained in the step c at 350 to 450 ° C.,
2): A step of further acid-treating lithium manganate crystals having the composition of Li x Mn y O 4 obtained in the step 1).
前記混合物中の前記Mn源が5mol%以下であることを特徴とする請求項6記載のマンガン酸水素の製造方法。   The method for producing hydrogen manganate according to claim 6, wherein the Mn source in the mixture is 5 mol% or less. 前記フラックス成分が、KCl、NaClおよびLiClのうちの1種以上であることを特徴とする請求項6または請求項7記載のマンガン酸水素の製造方法。   The method for producing hydrogen manganate according to claim 6 or 7, wherein the flux component is at least one of KCl, NaCl, and LiCl. 前記マンガン酸リチウムがLi1.6Mn1.64の組成を有するマンガン酸リチウムであることを特徴とする請求項6〜8いずれか1項記載のマンガン酸水素の製造方法。 The method for producing hydrogen manganate according to any one of claims 6 to 8, wherein the lithium manganate is lithium manganate having a composition of Li 1.6 Mn 1.6 O 4 .
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