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JP7717490B2 - Method for producing transition metal-containing lithium phosphate and method for producing transition metal-containing lithium phosphate carbon composite - Google Patents
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JP7717490B2 - Method for producing transition metal-containing lithium phosphate and method for producing transition metal-containing lithium phosphate carbon composite - Google Patents

Method for producing transition metal-containing lithium phosphate and method for producing transition metal-containing lithium phosphate carbon composite

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JP7717490B2 JP2021081712A JP2021081712A JP7717490B2 JP 7717490 B2 JP7717490 B2 JP 7717490B2 JP 2021081712 A JP2021081712 A JP 2021081712A JP 2021081712 A JP2021081712 A JP 2021081712A JP 7717490 B2 JP7717490 B2 JP 7717490B2
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Description

本発明は、リチウム二次電池、全固体電池等の正極材として有用な遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing transition metal-containing lithium phosphate, which is useful as a positive electrode material for lithium secondary batteries, all-solid-state batteries, etc.

携帯機器、ノート型パソコンの電池としてリチウムイオン電池が活用されている。リチウムイオン電池は一般に容量、エネルギー密度に優れているとされている。また、ハイブリット自動車や電気自動車としての利用も期待さている。 Lithium-ion batteries are used in portable devices and laptop computers. They are generally considered to have excellent capacity and energy density. They are also expected to be used in hybrid and electric vehicles.

リン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)等のオリビン型リン酸塩は、高温において
もその強固な構造から酸素を放出せず、安全性が高くなることから、自動車用途のリチウム二次電池、全固体電池等の正極活物質として注目されている。
Olivine-type phosphates such as lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ) are attracting attention as positive electrode active materials for lithium secondary batteries for automobiles, all-solid-state batteries, and other batteries because their robust structure prevents oxygen release even at high temperatures, making them highly safe.

リン酸コバルトリチウムの製造方法としては、例えば、特許文献1には、炭酸リチウム、三酸化コバルト及び五酸化リンを乾式で混合し、該混合物を大気中で780℃で焼成する方法が提案されている。また、特許文献2には、酢酸リチウム、酢酸コバルト及びリン酸水素アンモニウムを水に添加し、濃硝酸でpH 1.5以下になるように調整して溶解
液を得、次いで粒子成長を抑制させるキレート剤としてグリコール酸を添加した後に溶媒を除去し、更に乾燥して得られる前駆体を600℃でアルゴン雰囲気中で焼成する方法が提案されている。また、特許文献3には、水酸化リチウム、リン酸水素アンモニウムをNバブリングした水に溶解した後に、硫酸コバルトを溶解した水溶液を添加し混合溶液を得、溶媒を除去して得られる前駆体を窒素雰囲気で600℃で焼成する方法が提案されている。
As a method for producing lithium cobalt phosphate, for example, Patent Document 1 proposes a method in which lithium carbonate, cobalt trioxide, and phosphorus pentoxide are dry-mixed and the mixture is calcined in air at 780°C. Patent Document 2 proposes a method in which lithium acetate, cobalt acetate, and ammonium hydrogen phosphate are added to water and the pH is adjusted to 1.5 or less with concentrated nitric acid to obtain a solution, glycolic acid is then added as a chelating agent to suppress particle growth, the solvent is removed, and the resulting precursor is dried and calcined at 600°C in an argon atmosphere. Patent Document 3 proposes a method in which lithium hydroxide and ammonium hydrogen phosphate are dissolved in water bubbled with N2 , an aqueous solution containing cobalt sulfate is added to obtain a mixed solution, the solvent is removed, and the resulting precursor is calcined at 600°C in a nitrogen atmosphere.

また、本発明者らも、先に工業的に有利な方法で、リン酸コバルトリチウムを製造する方法を提案した(特許文献4)。 The present inventors have also previously proposed an industrially advantageous method for producing lithium cobalt phosphate (Patent Document 4).

また、特許文献5の実施例には、メタリン酸リチウムとFe化合物と還元剤を混合し、水素-アルゴン雰囲気中で焼成してオリビン構造を有するリン酸鉄リチウムを製造する方法が提案されている。 Furthermore, Patent Document 5 proposes an example method for producing lithium iron phosphate with an olivine structure by mixing lithium metaphosphate, an Fe compound, and a reducing agent and firing the mixture in a hydrogen-argon atmosphere.

特開平9-134724号公報、0008段落JP-A-9-134724, paragraph 0008 特開2015-88266号公報、0044段落JP 2015-88266 A, paragraph 0044 特開2015-170464号公報、0066段落JP 2015-170464 A, paragraph 0066 国際公開WO2020/012970号パンフレットInternational Publication No. WO2020/012970 Pamphlet 国際公開WO2011/043255号パンフレット、実施例International Publication WO2011/043255 Pamphlet, Examples

しかしながら、特許文献1のように各原料を乾式で混合する方法では、X線回折分析において、単相のリン酸コバルトリチウムが得られ難い。また、特許文献5の実施例で得られているのは、LiFePOであり、特許文献5の方法を単に用いても、X線回折的に単相のCo、Mn又はNiを含有するリン酸リチウムが得られ難い。 However, in the method of dry mixing of raw materials as in Patent Document 1, it is difficult to obtain single-phase lithium cobalt phosphate in X-ray diffraction analysis. Moreover, the example in Patent Document 5 obtains LiFePO4, and simply using the method of Patent Document 5 makes it difficult to obtain single-phase lithium phosphate containing Co, Mn, or Ni in X-ray diffraction analysis.

一方、特許文献4の方法では、工業的に有利な方法で、X線回折的に単相のリン酸コバルトリチウムが得られる。ところが、引用文献4の方法には、原料粉砕処理物を含むスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥する際に、原料粉砕処理物を含むスラリーが、スプレードライヤーに付着し、リン酸コバルトリチウムの収率が低くなってしまうという問題がある。 On the other hand, the method of Patent Document 4 is an industrially advantageous method for obtaining lithium cobalt phosphate that is single-phase as measured by X-ray diffraction. However, the method of Patent Document 4 has the problem that when a slurry containing the pulverized raw material is spray-dried using a spray dryer, the slurry containing the pulverized raw material adheres to the spray dryer, resulting in a low yield of lithium cobalt phosphate.

また、リン酸コバルトリチウム等の遷移金属含有リン酸リチウムは、安全な正極活物質として注目され、一層工業的な有利方法での開発が望まれている。 In addition, lithium phosphates containing transition metals, such as lithium cobalt phosphate, have attracted attention as safe positive electrode active materials, and there is a need for their development using more industrially advantageous methods.

メタリン酸リチウムは、LiPOで表される化合物で、LiとPを含み、更にLiとPを等モルで含むため、他のLiとPを含む化合物に比べて、少なくともLiとPを原子モル比で、1:1で含む化合物を製造する場合において、製造原料として用いた場合、組成調製することが容易である等の利点がある。しかしながら、工業的に入手可能なメタリン酸リチウムは、粗大な粒子で、反応性に問題があり、特許文献5以外には、X線回折的に異相の存在を嫌う分野では、LiとPを含む化合物の製造原料として、ほとんど用いられてこなかった。 Lithium metaphosphate is a compound represented by LiPO3 and contains Li and P, and further contains Li and P in equimolar amounts. Therefore, compared to other compounds containing Li and P, when used as a raw material for production of a compound containing at least Li and P in an atomic molar ratio of 1:1, it has advantages such as ease of composition adjustment. However, industrially available lithium metaphosphate is a coarse particle with problems in reactivity, and, except for Patent Document 5, has rarely been used as a raw material for production of compounds containing Li and P in fields where the presence of heterogeneous phases in X-ray diffraction is undesirable.

従って、本発明の目的は、工業的に有利な方法で、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを、高い収率で得ることができる方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for obtaining X-ray diffraction single-phase transition metal-containing lithium phosphate in high yield.

本発明者らは、上記実情に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1):
Li1-yPO (1)
(式中、0.8≦x≦1.2、0.0≦y≦0.5である。Mは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示す。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)
で表される遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法において、リン源及びリチウム源として、メタリン酸リチウムを用い、該メタリン酸リチウム及びM源を水溶媒に混合し、湿式粉砕して得られるスラリーは、スプレー乾燥装置への付着が少ないこと、及びそのことにより、湿式粉砕処理を行い得られる原料粉砕処理物を含むスラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥し、次いで、得られる噴霧乾燥粉体を焼成することにより、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムが高収率で得られることを見出し、本発明を完成するに至った。更に、本発明者らは、このようにして得られる遷移金属含有リン酸リチウムを粉砕処理することにより、粒度が揃ったものが得られることを見出した。
In view of the above circumstances, the present inventors have conducted extensive research and have found that a compound represented by the following general formula (1):
Li x M 1-y A y PO 4 (1)
(In the formula, 0.8≦x≦1.2, 0.0≦y≦0.5. M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.)
The inventors have discovered that in a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate represented by the formula (I), lithium metaphosphate is used as the phosphorus source and the lithium source, and the lithium metaphosphate and the M source are mixed in an aqueous solvent and wet-pulverized to produce a slurry that exhibits little adhesion to a spray-drying apparatus, and that therefore, by spray-drying a slurry containing a pulverized raw material obtained by wet-pulverization by a spray-drying method and then calcining the resulting spray-dried powder, a transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase as measured by X-ray diffraction can be obtained in high yield, leading to the completion of the present invention. Furthermore, the inventors have discovered that by pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate thus obtained, a product with a uniform particle size can be obtained.

すなわち、本発明(1)は、下記一般式(1):
Li1-yPO (1)
(式中、0.8≦x≦1.2、0.0≦y≦0.5である。Mは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示す。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)
で表される遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法であって、
少なくともメタリン酸リチウム及びM源を、水溶媒と混合して、原料混合物を得る第1工程と、
該原料混合物を湿式粉砕処理して、原料粉砕処理物を含むスラリーを得る第2工程と、
該原料粉砕処理物を含むスラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥して、噴霧乾燥粉体を得る第3工程と、
該噴霧乾燥粉体を焼成する第4工程と、
を有することを特徴とする遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。
That is, the present invention (1) relates to a compound represented by the following general formula (1):
Li x M 1-y A y PO 4 (1)
(In the formula, 0.8≦x≦1.2, 0.0≦y≦0.5. M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.)
A method for producing a transition metal-containing lithium phosphate represented by the formula:
A first step of mixing at least lithium metaphosphate and an M source with an aqueous solvent to obtain a raw material mixture;
a second step of wet-pulverizing the raw material mixture to obtain a slurry containing the pulverized raw material;
a third step of spray-drying the slurry containing the pulverized raw material by a spray-drying method to obtain a spray-dried powder;
a fourth step of calcining the spray-dried powder;
The present invention provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate, which comprises the steps of:

また、本発明(2)は、前記第1工程において、更に、A源(Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)を、前記水溶媒に添加することを特徴とする(1)の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (2) also provides the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to (1), characterized in that in the first step, an A source (A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho) is further added to the aqueous solvent.

また、本発明(3)は、前記第工程において、湿式粉砕処理をメディアミルにより行うことを特徴とする(1)又は(2)の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。
The present invention (3) also provides the method for producing a transition metal- containing lithium phosphate according to (1) or (2), characterized in that in the second step, the wet grinding treatment is carried out using a media mill.

また、本発明(4)は、前記第2工程において、湿式粉砕処理後の前記原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径が10.0μm以下であることを特徴とする(1)~(3)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (4) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (3), characterized in that in the second step, the average particle size of the solid content in the slurry containing the ground raw material after wet grinding is 10.0 μm or less.

また、本発明(5)は、前記一般式(1)中のMが、Coであることを特徴とする(1)~(4)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (5) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (4), characterized in that M in the general formula (1) is Co.

また、本発明(6)は、前記M源が、水酸化コバルトであることを特徴とする(1)~(5)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (6) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (5), wherein the M source is cobalt hydroxide.

また、本発明(7)は、前記第4工程における焼成温度が、600~900℃であることを特徴とする(1)~(6)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (7) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (6), characterized in that the firing temperature in the fourth step is 600 to 900°C.

また、本発明(8)は、更に、前記第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、粉砕処理する第5工程を有することを特徴とする(1)~(7)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (8) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (7), further comprising a fifth step of pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out the fourth step.

また、本発明(9)は、更に、前記第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、粉砕処理する第5工程と、該第5工程を行い得られる粉砕処理物を再焼成する第6工程と、を有することを特徴とする(1)~(7)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を提供するものである。 The present invention (9) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of (1) to (7), further comprising a fifth step of pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out the fourth step, and a sixth step of re-firing the pulverized material obtained by carrying out the fifth step.

また、本発明(10)は、(1)~(9)いずれかの遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を行い得られた遷移金属含有リン酸リチウムと、加熱分解により炭素が析出する導電性炭素材料源とを混合し、該遷移金属含有リン酸リチウムと該導電性炭素材料源との混合物を得、次いで、該混合物を加熱処理して、該導電性炭素材料源を加熱分解することにより、遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を得る第A工程を有することを特徴とする遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体の製造方法を提供するものである。 The present invention (10) also provides a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate carbon composite, comprising step A of mixing a transition metal-containing lithium phosphate obtained by any one of the methods (1) to (9) for producing a transition metal-containing lithium phosphate with a conductive carbon material source that precipitates carbon upon thermal decomposition to obtain a mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source, and then heat-treating the mixture to thermally decompose the conductive carbon material source, thereby obtaining a transition metal-containing lithium phosphate carbon composite.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法によれば、工業的に有利な方法で、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを、高い収率で得ることができる方法を提
供することができる。
The method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention can provide an industrially advantageous method by which a transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase as measured by X-ray diffraction can be obtained in high yield.

実施例1で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図。1 is an X-ray diffraction diagram of a transition metal-containing lithium phosphate sample obtained in Example 1. 実施例2で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図。1 is an X-ray diffraction diagram of a transition metal-containing lithium phosphate sample obtained in Example 2. 実施例3で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図。1 is an X-ray diffraction diagram of a transition metal-containing lithium phosphate sample obtained in Example 3. 比較例1で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図。1 is an X-ray diffraction diagram of a transition metal-containing lithium phosphate sample obtained in Comparative Example 1.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法は、下記一般式(1):
Li1-yPO (1)
(式中、0.8≦x≦1.2、0.0≦y≦0.5である。Mは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示す。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)
で表される遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法であって、
少なくともメタリン酸リチウム及びM源を、水溶媒と混合して、原料混合物を得る第1工程と、
該原料混合物を湿式粉砕処理して、原料粉砕処理物を含むスラリーを得る第2工程と、
該原料粉砕処理物を含むスラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥して、噴霧乾燥粉体を得る第3工程と、
該噴霧乾燥粉体を焼成する第4工程と、
を有することを特徴とする遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法である。
The method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is a method for producing a transition metal-containing lithium phosphate by reacting a compound represented by the following general formula (1):
Li x M 1-y A y PO 4 (1)
(In the formula, 0.8≦x≦1.2, 0.0≦y≦0.5. M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.)
A method for producing a transition metal-containing lithium phosphate represented by the formula:
A first step of mixing at least lithium metaphosphate and an M source with an aqueous solvent to obtain a raw material mixture;
a second step of wet-pulverizing the raw material mixture to obtain a slurry containing the pulverized raw material;
a third step of spray-drying the slurry containing the pulverized raw material by a spray-drying method to obtain a spray-dried powder;
a fourth step of calcining the spray-dried powder;
The present invention relates to a method for producing a lithium phosphate containing a transition metal, the method comprising the steps of:

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法により得られる遷移金属含有リン酸リチウムは、オリビン構造を有する遷移金属含有リン酸リチウムであり、下記一般式(1):
Li1-yPO (1)
(式中、0.8≦x≦1.2、0.0≦y≦0.5である。Mは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示す。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)
で表される遷移金属含有リン酸リチウムである。
The transition metal-containing lithium phosphate obtained by the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is a transition metal-containing lithium phosphate having an olivine structure, and is represented by the following general formula (1):
Li x M 1-y A y PO 4 (1)
(In the formula, 0.8≦x≦1.2, 0.0≦y≦0.5. M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.)
It is a transition metal-containing lithium phosphate represented by the formula:

一般式(1)の式中のxは、0.8以上1.2以下、好ましくは0.9以上1.1以下である。yは0.0以上0.5以下、好ましくは0.0以上0.4以下である。式中のMは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示し、Coであることが、高容量且つ高エネルギー密度のリチウム二次電池や全固体電池が得られる正極活物質となる点で好ましい。式中のAは、電池特性を向上させることを目的として必要により含有させる金属元素である。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。 In general formula (1), x is 0.8 or more and 1.2 or less, preferably 0.9 or more and 1.1 or less. y is 0.0 or more and 0.5 or less, preferably 0.0 or more and 0.4 or less. In the formula, M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni, and Co is preferred in that it results in a positive electrode active material that can be used to obtain high-capacity, high-energy-density lithium secondary batteries and all-solid-state batteries. In the formula, A is a metal element that is optionally included to improve battery characteristics. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法に係る第1工程は、少なくともメタリ
ン酸リチウム及びM源を、水溶媒と混合して、原料混合物を得る工程である。
The first step in the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is a step of mixing at least lithium metaphosphate and an M source with an aqueous solvent to obtain a raw material mixture.

第1工程に係るメタリン酸リチウム(LiPO)は、工業的に入手可能なものであれば、特に制限されない。通常、工業的に入手可能なメタリン酸リチウムは、レーザー散乱・回折法により求められる平均粒子径で200μm以上の硬い粗大粒子であるが、本発明では、このような硬い粗大粒子のメタリン酸リチウムであっても、問題なく用いることができる。 The lithium metaphosphate (LiPO 3 ) used in the first step is not particularly limited as long as it is industrially available. Usually, industrially available lithium metaphosphate is hard and coarse particles having an average particle diameter of 200 μm or more as determined by a laser scattering/diffraction method, but in the present invention, even such hard and coarse lithium metaphosphate particles can be used without any problems.

第1工程に係るM源としては、例えば、M元素を含む酸化物、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩、硝酸塩、リン酸塩が挙げられる。M源としては、M元素を含む酸化物、水酸化物、炭酸塩が、工業的な入手し易さやハンドリングの容易さの観点から、好ましい。 Examples of the M source used in the first step include oxides, hydroxides, carbonates, organic acid salts, nitrates, and phosphates containing the M element. From the standpoints of industrial availability and ease of handling, oxides, hydroxides, and carbonates containing the M element are preferred as the M source.

第1工程に係るM源としては、Coを含む化合物、例えば、Coを含む酸化物、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩、硝酸塩、リン酸塩が、高容量且つと高エネルギー密度のリチウム二次電池や全固体電池が得られる正極活物質が得られる点で好ましく、水酸化コバルトが、更に、反応性に優れる点で特に好ましい。 As the M source for the first step, Co-containing compounds, such as Co-containing oxides, hydroxides, carbonates, organic acid salts, nitrates, and phosphates, are preferred because they can produce positive electrode active materials that can be used to produce high-capacity and high-energy density lithium secondary batteries and all-solid-state batteries. Cobalt hydroxide is particularly preferred because of its excellent reactivity.

第1工程に係る水溶媒は、水単独であってもよいし、水と親水性溶媒との混合溶媒であってもよい。 The aqueous solvent used in the first step may be water alone or a mixed solvent of water and a hydrophilic solvent.

第1工程では、水溶媒に、少なくともメタリン酸リチウム及びM源を添加し、少なくともメタリン酸リチウム及びM源を水溶媒と混合することにより、原料混合物を得る。 In the first step, at least lithium metaphosphate and an M source are added to an aqueous solvent, and the raw material mixture is obtained by mixing at least lithium metaphosphate and an M source with the aqueous solvent.

第1工程において、水溶媒へのメタリン酸リチウムの混合量は、水溶媒100.0質量部に対し、好ましくは5.0~40.0質量部、特に好ましくは8.0~30.0質量部である。第1工程におけるメタリン酸リチウムの混合量が、上記範囲にあることにより、粉砕効率を高くすることができる又は粉砕後のスラリー粘度の上昇を抑えることができる。 In the first step, the amount of lithium metaphosphate mixed into the aqueous solvent is preferably 5.0 to 40.0 parts by mass, and particularly preferably 8.0 to 30.0 parts by mass, per 100.0 parts by mass of the aqueous solvent. By mixing the amount of lithium metaphosphate in the first step within this range, it is possible to increase the milling efficiency or suppress an increase in the viscosity of the slurry after milling.

第1工程において、水溶媒へのM源の混合量は、メタリン酸リチウム中のリン原子に対するM源中のM原子のモル比(M/P)が、好ましくは0.80~1.2、特に好ましくは0.90~1.1となる量である。メタリン酸リチウム中のリン原子に対するM源中のM原子のモル比(M/P)が、上記範囲にあることにより、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムが得られ易くなる。 In the first step, the amount of M source mixed into the aqueous solvent is such that the molar ratio of M atoms in the M source to phosphorus atoms in the lithium metaphosphate (M/P) is preferably 0.80 to 1.2, and particularly preferably 0.90 to 1.1. When the molar ratio of M atoms in the M source to phosphorus atoms in the lithium metaphosphate (M/P) is within the above range, it becomes easier to obtain a transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase in terms of X-ray diffraction.

このようにして、第1工程において原料混合物が得られるが、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、必要により、第1工程において、水溶媒に更に、A源(Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)を混合することができる。つまり、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、水溶媒に、メタリン酸リチウム及びM源に加え、必要に応じA源を添加し、メタリン酸リチウム、M源及びA源を水溶媒と混合することにより、第1工程に係る原料混合物に、メタリン酸リチウム及びM源に加え、A源を含有させることができる。 In this way, a raw material mixture is obtained in the first step. In the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, if necessary, source A (A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho) can be further mixed into the aqueous solvent in the first step. That is, in the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, in addition to lithium metaphosphate and an M source, an A source is added, if necessary, to an aqueous solvent, and the lithium metaphosphate, M source, and A source are mixed with the aqueous solvent, so that the raw material mixture in the first step can contain the A source in addition to lithium metaphosphate and an M source.

A源としては、例えば、A元素を含む酸化物、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩、硝酸塩、リン酸塩が挙げられる。 Examples of A sources include oxides, hydroxides, carbonates, organic acid salts, nitrates, and phosphates containing A elements.

A源の混合量は、M源中のM原子とA源中のA原子の合計のモル比に対するA源中のA
原子のモル比(A/(A+M))が、好ましくは0.10~0.20となる量である。
The amount of the A source mixed is the molar ratio of A atoms in the A source to the total molar ratio of M atoms in the M source and A atoms in the A source.
The amount is preferably such that the atomic molar ratio (A/(A+M)) is 0.10 to 0.20.

なお、第1工程に係るメタリン酸リチウム、M源及び必要に応じて混合するA源は、高純度の遷移金属含有リン酸リチウムが得られる点で、高純度品であることが好ましい。 It is preferable that the lithium metaphosphate, M source, and A source mixed as needed in the first step are high-purity products, as this allows for the production of high-purity transition metal-containing lithium phosphate.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法に係る第2工程は、第1工程を行い得られる原料混合物を湿式粉砕処理して、原料粉砕処理物を含むスラリーを得る工程である。 The second step in the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is to wet-grind the raw material mixture obtained by carrying out the first step to obtain a slurry containing the pulverized raw material.

第2工程において、湿式粉砕処理を行う際の原料混合物中の固形分濃度は、好ましくは5~40質量%、特に好ましくは10~30質量%である。湿式粉砕を行う際の原料混合物中の固形分濃度が上記範囲にあることにより、操作性が良好であり、また、効率的に粉砕処理を行うことができる。このため、第1工程を行った後、必要により、上記の固形分濃度になるように、原料混合物の固形分濃度を調節してから、第2工程を行ってもよい。 In the second step, the solids concentration in the raw material mixture when wet-pulverizing is preferably 5 to 40% by mass, and particularly preferably 10 to 30% by mass. Having a solids concentration in the raw material mixture when wet-pulverizing within this range ensures good operability and efficient pulverization. Therefore, after performing the first step, if necessary, the solids concentration of the raw material mixture may be adjusted to the above solids concentration before performing the second step.

そして、第2工程では、原料混合物を、湿式粉砕処理する。第2工程での湿式粉砕処理は、例えば、メディアミル、挽臼原理を利用した摩砕型粉砕機、湿式ジェットミル、超音波を用いて粉砕する超音波粉砕機、超音速液滴衝突分散法を用いる粉砕機等を用いて行うことができ、メディアミルにより湿式粉砕処理を行うことが好ましい。原料混合物を、メディアミルにより湿式粉砕処理することにより、工業的に有利に原料混合物に含有されている固形分を、より一層微細に粉砕することができるので、第3工程においてスプレードライ法で噴霧乾燥することにより、一層優れた反応性を有する噴霧乾燥粉体を得ることができる。 Then, in the second step, the raw material mixture is wet-pulverized. The wet-pulverization in the second step can be carried out using, for example, a media mill, a grinding-type pulverizer that utilizes the mill principle, a wet jet mill, an ultrasonic pulverizer that pulverizes using ultrasound, or a pulverizer that uses the supersonic droplet collision dispersion method, but it is preferable to carry out the wet-pulverization using a media mill. Wet-pulverizing the raw material mixture using a media mill allows the solids contained in the raw material mixture to be pulverized even finer, which is industrially advantageous. Therefore, spray-drying the mixture using a spray-drying method in the third step allows for the production of a spray-dried powder with even greater reactivity.

メディアミルとしては、ビーズミル、ボールミル、ペイントシェーカー、アトライタ、サンドミル等が挙げられ、ビーズミルが好ましい。ビーズミルを用いる場合、運転条件やビーズの種類及び大きさは、装置のサイズや処理量に応じて適切に選択される。 Examples of media mills include bead mills, ball mills, paint shakers, attritors, and sand mills, with bead mills being preferred. When using a bead mill, the operating conditions and the type and size of the beads should be appropriately selected depending on the size of the equipment and the processing volume.

湿式粉砕処理を一層効率的に行う観点から、原料混合物に分散剤を加えてもよい。分散剤は、スラリーの種類や特性に応じて、適宜選択される。分散剤としては、各種の界面活性剤、ポリカルボン酸アンモニウム塩等が挙げられる。スラリー中の分散剤の濃度は、十分な分散効果が得られる点で、好ましくは0.01~10質量%、特に好ましくは0.1~5質量%である。 To make the wet grinding process more efficient, a dispersant may be added to the raw material mixture. The dispersant is selected appropriately depending on the type and characteristics of the slurry. Examples of dispersants include various surfactants and ammonium polycarboxylate salts. The concentration of the dispersant in the slurry is preferably 0.01 to 10% by mass, and particularly preferably 0.1 to 5% by mass, in order to obtain a sufficient dispersion effect.

第2工程では、メディアミルを用いる湿式粉砕処理を、原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径が、レーザー散乱・回折法により求められるD50で、好ましくは10.0μm以下、特に好ましくは1.0~8.0μmとなるまで行う。原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径が、上記範囲にあることにより、優れた反応性を有する噴霧乾燥粉体が得られ易くなる。なお、レーザー散乱・回折法により求められるD50とは、例えば、マイクロトラックベル製のMT3300を用いるレーザー散乱・回折法により求められる粒度分布曲線における体積積算で50%の粒径を指す。 In the second step, wet milling using a media mill is carried out until the average particle size of the solids in the slurry containing the ground raw material, as determined by laser scattering and diffraction, is preferably 10.0 μm or less, and particularly preferably 1.0 to 8.0 μm, as measured by D50 . Having the average particle size of the solids in the slurry containing the ground raw material within this range facilitates the production of a spray-dried powder with excellent reactivity. Note that D50 measured by laser scattering and diffraction refers to the particle size at 50% of the volumetrically integrated particle size on a particle size distribution curve measured by laser scattering and diffraction using, for example, a Microtrackbell MT3300.

このようにして、第2工程を行うことにより、原料粉砕処理物を含むスラリーを得ることができる。 In this way, by performing the second step, a slurry containing the ground raw material can be obtained.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、メタリン酸リチウム、M源及び必要に応じてA源を、水溶媒と混合する第1工程を、第2工程を行う湿式粉砕処理装置とは、別の装置又は容器で行ってもよい。 In the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, the first step of mixing lithium metaphosphate, the M source, and optionally the A source with an aqueous solvent may be carried out in an apparatus or container separate from the wet grinding treatment device in which the second step is carried out.

また、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、第2工程を行う湿式粉砕
処理装置内で、メタリン酸リチウム、M源及び必要に応じてA源を、水溶媒と混合する第1工程と、湿式粉砕処理装置により湿式粉砕処理する第2工程と、を行ってもよい。例えば、湿式粉砕処理装置としてメディアミルを用いる場合、第2工程を行うメディアミルに、メディアと、メタリン酸リチウム、M源及び必要に応じてA源と、水溶媒とを、添加し、次いで、メタリン酸リチウム、M源、水溶媒、及び必要に応じてA源を、メディアミル内で混合して、原料混合物を得、続いて、得られる原料混合物を、湿式粉砕処理することにより、あるいは、第2工程を行うメディアミルに、メディアと、メタリン酸リチウム、M源及び必要に応じてA源と、水溶媒とを、添加し、次いで、メディアミルの運転を開始し、メタリン酸リチウム、M源、必要に応じてA源、及び水溶媒の混合と、得られる原料混合物の湿式粉砕処理を行うことができる。
Furthermore, the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention may include a first step of mixing lithium metaphosphate, the M source, and optionally the A source with an aqueous solvent in a wet-milling apparatus that performs the second step, and a second step of wet-milling using the wet-milling apparatus. For example, when a media mill is used as the wet-milling apparatus, media, lithium metaphosphate, the M source, and optionally the A source, and an aqueous solvent may be added to the media mill that performs the second step, and then the lithium metaphosphate, the M source, the aqueous solvent, and optionally the A source may be mixed in the media mill to obtain a raw material mixture, and then the resulting raw material mixture may be wet-milled. Alternatively, media, lithium metaphosphate, the M source, and optionally the A source, and an aqueous solvent may be added to the media mill that performs the second step, and then operation of the media mill may be started to mix lithium metaphosphate, the M source, and optionally the A source, and an aqueous solvent, and then the resulting raw material mixture may be wet-milled.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法に係る第3工程は、第2工程を行い得られる原料粉砕処理物を含むスラリーを噴霧乾燥して、噴霧乾燥粉体を得る工程である。 The third step in the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is to spray-dry the slurry containing the ground raw material obtained in the second step to obtain a spray-dried powder.

スラリーの乾燥方法にはスプレードライ法以外の方法も知られているが、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法においては、スプレードライ法を選択することが有利であるとの知見に基づき、この乾燥方法を採用している。詳細には、スプレードライ法を用いることにより、粒子が詰まった状態の乾燥粉体を得ることができるので、得られる乾燥粉体を第4工程で焼成することにより、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを得ることができる。 While methods other than spray drying are known for drying the slurry, the spray drying method is found to be advantageous for the production method of the transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, and this drying method is therefore adopted. Specifically, the spray drying method makes it possible to obtain a dry powder in which the particles are packed tightly together. By calcining the resulting dry powder in the fourth step, it is possible to obtain a transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase in terms of X-ray diffraction.

第3工程における噴霧乾燥では、所定手段によって原料粉砕処理物を含むスラリーを霧化し、それによって生じた微細な液滴を乾燥させることにより、噴霧乾燥粉体を得る。スラリーの霧化には、例えば回転円盤を用いる方法と、圧力ノズルを用いる方法がある。第3工程においてはいずれの方法も用いることもできる。 In the third step, spray drying, a slurry containing the pulverized raw material is atomized by a specified means, and the resulting fine droplets are dried to obtain a spray-dried powder. Slurry atomization can be achieved, for example, by using a rotating disk or a pressure nozzle. Either method can be used in the third step.

第3工程におけるスプレードライ法では、霧化されたスラリーの液滴の大きさと、それに含まれる原料粉砕処理物の粒子の大きさとの関係が、安定した乾燥や、得られる乾燥粉体の性状に影響を与える。詳細には、液滴の大きさに対して原料粉砕処理物の粒子の大きさが小さすぎると、液滴が不安定になり、乾燥を首尾よく行いづらくなる。この観点から、霧化された液滴の大きさは、5~50μmが好ましく、10~40μmが特に好ましい。噴霧乾燥装置へのスラリーの供給量は、この観点を考慮して決定することが好ましい。 In the spray drying method used in the third step, the relationship between the size of the atomized slurry droplets and the particle size of the ground raw material contained therein affects stable drying and the properties of the resulting dried powder. Specifically, if the particle size of the ground raw material is too small compared to the droplet size, the droplets become unstable, making successful drying difficult. From this perspective, the size of the atomized droplets is preferably 5 to 50 μm, with 10 to 40 μm being particularly preferred. It is preferable to determine the amount of slurry supplied to the spray drying apparatus taking this into consideration.

第3工程における噴霧乾燥により得られる噴霧乾燥粉体は、第4工程で焼成に付されるが、得られる遷移金属含有リン酸リチウムの平均粒子径等の粉体特性は、噴霧乾燥粉体の特性を概ね引き継ぐようになる。このため、第3工程での噴霧乾燥においては、目的とする遷移金属含有リン酸リチウムの粒子径の制御の点から、噴霧乾燥粉体の二次粒子の大きさが、走査型電子顕微鏡(SEM)観察により求められる粒子径で、5~50μmとなるように噴霧乾燥を行うことが好ましく、10~40μmとなるように噴霧乾燥を行うことが特に好ましい。 The spray-dried powder obtained by spray drying in the third step is calcined in the fourth step, but the powder properties of the resulting transition metal-containing lithium phosphate, such as the average particle size, largely inherit those of the spray-dried powder. Therefore, in order to control the particle size of the desired transition metal-containing lithium phosphate, spray drying in the third step is preferably performed so that the secondary particle size of the spray-dried powder is 5 to 50 μm, and particularly preferably 10 to 40 μm, as determined by observation with a scanning electron microscope (SEM).

第3工程のスプレードライ法において、乾燥温度は、スプレードライヤーの熱風入口温度を170~320℃、好ましくは190~300℃に調整し、熱風出口温度が80~140℃となるように調整することが、粉体の吸湿を防ぎ粉体の回収が容易になることから好ましい。 In the spray drying method of the third step, the drying temperature is preferably adjusted so that the hot air inlet temperature of the spray dryer is 170 to 320°C, preferably 190 to 300°C, and the hot air outlet temperature is 80 to 140°C, as this prevents the powder from absorbing moisture and makes it easier to recover the powder.

このようにして、第3工程を行うことにより、第4工程において焼成に付する噴霧乾燥粉体を得る。 In this way, by carrying out the third step, spray-dried powder is obtained, which is then subjected to calcination in the fourth step.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法に係るに係る第4工程は、第3工程を
行い得られる噴霧乾燥粉体を焼成して、X線的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを得る工程である。
The fourth step in the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention is a step of calcining the spray-dried powder obtained by carrying out the third step to obtain an X-ray single-phase transition metal-containing lithium phosphate.

第4工程での焼成温度は、600~900℃、好ましくは650~850℃である。焼成温度が上記範囲未満だと、X線回折的に単相になるまでの焼成時間が長くなり工業的に不利となり、一方、焼成温度が上記範囲を超えると、遷移金属含有リン酸リチウムが硬い焼結体となるため好ましくない。 The firing temperature in the fourth step is 600 to 900°C, preferably 650 to 850°C. If the firing temperature is below this range, the firing time required to reach a single phase as determined by X-ray diffraction will be long, which is industrially disadvantageous. On the other hand, if the firing temperature exceeds this range, the transition metal-containing lithium phosphate will become a hard sintered body, which is undesirable.

第4工程での焼成雰囲気は、大気雰囲気、酸素ガス雰囲気等の酸化性雰囲気、又は不活性ガス雰囲気である。第4工程では、酸化性雰囲気で焼成を行うことが、結晶成長を促進し、低温で短時間で目的とする粒径のものを得ることができる観点から好ましい。また、第4工程における焼成の際に、酸化を防止する必要があるM源又はA源を含む場合には、焼成雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。 The firing atmosphere in the fourth step is air, an oxidizing atmosphere such as an oxygen gas atmosphere, or an inert gas atmosphere. In the fourth step, firing in an oxidizing atmosphere is preferred from the viewpoint of promoting crystal growth and achieving the desired particle size at a low temperature in a short time. Furthermore, if the firing in the fourth step contains an M source or A source that must be prevented from oxidation, it is preferable to use an inert gas atmosphere for the firing atmosphere.

第4工程における焼成時間は、特に制限されず、2時間以上、好ましくは4~10時間である。第4工程では、2時間以上、好ましくは4~10時間焼成を行えば、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを得ることができる。 The firing time in the fourth step is not particularly limited, but is at least 2 hours, preferably 4 to 10 hours. In the fourth step, firing for at least 2 hours, preferably 4 to 10 hours, will result in the production of a transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase in terms of X-ray diffraction.

第4工程では、一旦焼成を行い得られた遷移金属含有リン酸リチウムを、必要に応じて、複数回焼成してもよい。 In the fourth step, the transition metal-containing lithium phosphate obtained after the first calcination may be calcined multiple times, if necessary.

第4工程を行った後、第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、必要に応じて、更に分級してもよい。 After performing the fourth step, the transition metal-containing lithium phosphate obtained from the fourth step may be further classified, if necessary.

本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、第1工程において、リン源及びリチウム源として、メタリン酸リチウムを用いて、M源と共に水溶媒に混合し、第2工程において、メタリン酸リチウム及びM源を含む原料混合スラリーを、湿式粉砕処理することにより得られる原料粉砕処理物を含むスラリーは、第3工程の噴霧乾燥の際に、スプレー乾燥装置に付着し難く、且つ、第3工程のスプレードライ法による噴霧乾燥及び第4工程の焼成を経て、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムへと変換されるので、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムを高収率で得ることができる。 In the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, in the first step, lithium metaphosphate is used as the phosphorus source and lithium source and mixed with an M source in an aqueous solvent. In the second step, the raw material mixture slurry containing lithium metaphosphate and the M source is wet-pulverized to obtain a slurry containing a pulverized raw material. This slurry is less likely to adhere to the spray drying apparatus during the spray drying step in the third step, and is converted into transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase in terms of X-ray diffraction after spray drying by the spray drying method in the third step and firing in the fourth step. As a result, transition metal-containing lithium phosphate that is single-phase in terms of X-ray diffraction can be obtained in high yield.

また、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、必要に応じて、第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを粉砕処理する第5工程を行うことができる。本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムに対して、粉砕処理を行うことが、微粒且つ粒度分布がシャープな遷移金属含有リン酸リチウムが得られる点で、好ましい。 In addition, in the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, a fifth step can be carried out, if necessary, in which the transition metal-containing lithium phosphate obtained in step four is pulverized. In the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, pulverization of the transition metal-containing lithium phosphate obtained in step four is preferred, as this allows for the production of transition metal-containing lithium phosphate that is fine and has a sharp particle size distribution.

第5工程における粉砕処理は、乾式の粉砕処理であっても、湿式の粉砕処理であってもよい。湿式粉砕装置としては、例えば、ボールミル、ビーズミル等が挙げられる。乾式粉砕装置としては、例えば、ジェットミル、ピンミル、ロールミル、ボールミル、ビーズミル等の公知の粉砕装置が挙げられる。 The grinding process in the fifth step may be a dry grinding process or a wet grinding process. Examples of wet grinding devices include a ball mill and a bead mill. Examples of dry grinding devices include known grinding devices such as a jet mill, a pin mill, a roll mill, a ball mill, and a bead mill.

第5工程を行った後、第5工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、必要に応じて、更に分級してもよい。 After performing step 5, the transition metal-containing lithium phosphate obtained from step 5 may be further classified, if necessary.

また、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、第4工程で、700℃を超える温度、好ましくは750~850℃、特に好ましくは800~850℃で焼成を行い、得られる遷移金属含有リン酸リチウムの平均粒子径が2μm以上となるように粒成長させると、遷移金属含有リン酸リチウムの焼結が進み、次いで、第5工程で粉砕処理を行
うと、チッピングにより微粒子分が多く含まれる場合がある。このため、第5工程を行った後に、微粒子分を低減するため、該第5工程を行い得られる粉砕処理物を、再焼成する第6工程を行うことが好ましい。例えば、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、第3工程を行い得られる噴霧乾燥粉体を、700℃を超える温度、好ましくは750~850℃、特に好ましくは800~850℃で焼成する第4工程を行い、次いで、第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを粉砕処理する第5工程を行い、次いで、第5工程を行い得られる粉砕処理物を再焼成する第6工程を行うことができる。
Furthermore, in the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, if the fourth step involves calcining at a temperature exceeding 700°C, preferably 750 to 850°C, and particularly preferably 800 to 850°C, and grain growth is performed so that the average particle size of the resulting transition metal-containing lithium phosphate is 2 μm or greater, sintering of the transition metal-containing lithium phosphate proceeds. Then, if the fifth step involves pulverization, chipping may result in the inclusion of a large amount of fine particles. Therefore, after the fifth step, it is preferable to perform a sixth step in which the pulverized product obtained by the fifth step is re-fired to reduce the fine particle content. For example, in the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, the spray-dried powder obtained by the third step is calcined at a temperature exceeding 700°C, preferably 750 to 850°C, and particularly preferably 800 to 850°C, in the fourth step. The fifth step involves pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by the fourth step, and then the sixth step involves re-firing the pulverized product obtained by the fifth step.

この第6工程での再焼成により、遷移金属含有リン酸リチウムの微粒子分が、遷移金属含有リン酸リチウムの大きい粒子に取り込まれ、微粒子分を低減させることができる。 By re-firing in this sixth step, the fine particles of the transition metal-containing lithium phosphate are incorporated into larger particles of the transition metal-containing lithium phosphate, thereby reducing the fine particle content.

第6工程での再焼成温度は、400~800℃、好ましくは500~700℃である。焼成温度が上記範囲未満だと、微粒子の低減効果が低くなり、一方、再焼成温度が上記範囲を超えると、過度に焼結が進行し、粗大粒子が増加する傾向がある。 The re-firing temperature in the sixth step is 400 to 800°C, preferably 500 to 700°C. If the firing temperature is below this range, the effect of reducing fine particles will be reduced. On the other hand, if the re-firing temperature exceeds this range, excessive sintering will tend to occur, increasing the number of coarse particles.

第6工程での再焼成雰囲気は、大気雰囲気、酸素ガス雰囲気等の酸化性雰囲気、又は不活性ガス雰囲気である。第6工程では、酸化性雰囲気で焼成を行うことが、遷移金属含有リン酸リチウムの微粒子分が、遷移金属含有リン酸リチウムの大きい粒子に取り込まれやすくなる点で好ましい。また、第6工程における焼成の際に、酸化を防止する必要があるM源又はA源を含む場合には、焼成雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。 The re-firing atmosphere in the sixth step is an air atmosphere, an oxidizing atmosphere such as an oxygen gas atmosphere, or an inert gas atmosphere. In the sixth step, firing in an oxidizing atmosphere is preferred because it makes it easier for the fine particles of the transition metal-containing lithium phosphate to be incorporated into larger particles of the transition metal-containing lithium phosphate. Furthermore, if the firing in the sixth step contains an M source or an A source that must be prevented from oxidation, it is preferable to use an inert gas atmosphere for the firing atmosphere.

第6工程における再焼成時間は、特に制限されず、2時間以上、好ましくは4~10時間である。第6工程では、2時間以上、好ましくは4~10時間焼成を行えば、満足の行く諸物性を有するリン酸コバルトリチウムを得ることができる。 The re-calcination time in Step 6 is not particularly limited, but is at least 2 hours, preferably 4 to 10 hours. In Step 6, lithium cobalt phosphate with satisfactory physical properties can be obtained by performing the calcination for at least 2 hours, preferably 4 to 10 hours.

第6工程終了後は、第6工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムに、必要により、解砕、分級等を行うことができる。 After Step 6 is completed, the transition metal-containing lithium phosphate obtained from Step 6 can be crushed, classified, etc., if necessary.

このようにして本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を得られる遷移金属含有リン酸リチウムは、X線回折的に単相の遷移金属含有リン酸リチウムであることに加えて、SEM観察により求められる平均粒子径が好ましくは0.1~10μm、特に好ましくは0.5~5.0μmであり、BET比表面積が、好ましくは0.5~10.0m/g、特に好ましくは1.0~8.0m/gである。 The transition metal-containing lithium phosphate obtained by the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate of the present invention in this manner is a single-phase transition metal-containing lithium phosphate in terms of X-ray diffraction, and in addition, has an average particle size determined by SEM observation of preferably 0.1 to 10 μm, particularly preferably 0.5 to 5.0 μm, and a BET specific surface area of preferably 0.5 to 10.0 m 2 /g, particularly preferably 1.0 to 8.0 m 2 /g.

また、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法では、必要に応じて、第4工程、第5工程及び第6工程の何れかを行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムに対して、後述する第A工程を行うことができる。 Furthermore, in the method for producing transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, if necessary, the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out any of steps 4, 5, and 6 can be subjected to step A, which will be described later.

第A工程は、第4工程、第5工程及び第6工程の何れかを行い得られた遷移金属含有リン酸リチウムと、加熱分解により炭素が析出する導電性炭素材料源(以下、単に「導電性炭素材料源」とも記載する。)とを混合し、遷移金属含有リン酸リチウムと導電性炭素材料源との混合物を得、次いで、該混合物を加熱処理して、導電性炭素材料源を加熱分解して遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を得る工程である。 Step A is a process in which the transition metal-containing lithium phosphate obtained by performing any of Steps 4, 5, and 6 is mixed with a conductive carbon material source that precipitates carbon upon thermal decomposition (hereinafter also referred to simply as the "conductive carbon material source") to obtain a mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source, and then the mixture is heat-treated to thermally decompose the conductive carbon material source and obtain a transition metal-containing lithium phosphate carbon composite.

導電性炭素材料源としては、少なくとも第A工程で加熱処理することにより加熱分解して炭素が析出するものが用いられる。導電性炭素材料源は、遷移金属含有リン酸リチウムに導電性を付与する成分であり、導電性の炭素と遷移金属含有リン酸リチウムとの複合体とすることで、遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を正極活物質とするリチウム二次電池は、放電容量やサイクル特性の向上が期待できる。 The conductive carbon material source used is one that undergoes heat treatment in at least step A, whereby it is thermally decomposed to precipitate carbon. The conductive carbon material source is a component that imparts conductivity to the transition metal-containing lithium phosphate. By forming a composite of conductive carbon and transition metal-containing lithium phosphate, lithium secondary batteries that use the transition metal-containing lithium phosphate carbon composite as the positive electrode active material are expected to have improved discharge capacity and cycle characteristics.

導電性炭素材料源としては、例えば、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ;乾留液化油等の石炭系重質油、常圧残油、減圧残油の直流重質油、原油、ナフサ等の熱分解時に副生するエチレンタール等の分解系重質油の石油系重質油;アセナフチレン、デカシクレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素;フェナジン、ビフェニル、テルフェニル等のポリフェニレン;ポリ塩化ビニル;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール等の水溶性ポリマー、及びこれらの不溶化処理品;含窒素性のポリアクリロニトリル;ポリピロール等の有機高分子;含硫黄性のポリチオフェン、ポリスチレン等の有機高分子;グルコース、フルクトース、ラクトース、マルトース、スクロース等の糖類などの天然高分子;ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド等の熱可塑性樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、これらのうち、糖類が工業的に安価に入手でき、また、最終的に得られる遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を正極活物質とするリチウム二次電池の放電容量やサイクル特性を向上させる観点から好ましい。 Sources of conductive carbon materials include, for example, coal tar pitch ranging from soft pitch to hard pitch; petroleum heavy oils such as coal-based heavy oils such as carbonized liquefied oil, atmospheric residual oil, DC heavy oils such as vacuum residual oil, and cracked heavy oils such as ethylene tar produced as a by-product during the thermal cracking of crude oil and naphtha; aromatic hydrocarbons such as acenaphthylene, decacyclene, anthracene, and phenanthrene; polyphenylenes such as phenazine, biphenyl, and terphenyl; polyvinyl chloride; water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and polyethylene glycol, and insolubilized products thereof; and nitrogen-containing polyacrylonitrile Examples of suitable materials include organic polymers such as polypyrrole; sulfur-containing organic polymers such as polythiophene and polystyrene; natural polymers such as sugars such as glucose, fructose, lactose, maltose, and sucrose; thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide and polyphenylene oxide, and thermosetting resins such as phenol-formaldehyde resins and imide resins. Of these, sugars are preferred because they are commercially available at low cost and improve the discharge capacity and cycle characteristics of lithium secondary batteries that use the final transition metal-containing lithium phosphate carbon composite as a positive electrode active material.

導電性炭素材料源の配合割合は、遷移金属含有リン酸リチウムに対して導電性炭素材料源中の炭素原子が、0.1~20.0質量%、好ましくは0.5~15.0質量%となるように、導電性炭素材料源を添加することが遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を正極活物質とするリチウム二次電池の放電容量やサイクル特性を向上させる観点から好ましい。 The conductive carbon material source is preferably added in such a proportion that the carbon atoms in the conductive carbon material source account for 0.1 to 20.0 mass%, and preferably 0.5 to 15.0 mass%, of the transition metal-containing lithium phosphate, from the viewpoint of improving the discharge capacity and cycle characteristics of a lithium secondary battery using the transition metal-containing lithium phosphate carbon composite as the positive electrode active material.

第A工程において、遷移金属含有リン酸リチウムと、導電性炭素材料源との混合を、乾式又は湿式で行うことができる。 In step A, the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source can be mixed using a dry or wet method.

第A工程において、乾式で混合処理を行う方法としては、機械的手段にて行うことが均一な混合物が得られる点で好ましい。乾式混合に用いられる装置としては、均一な混合物が得られるものであれば特に制限はないが、例えば、ハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、アイリッヒミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、リボンブレンダー、V型混合機、コニカルブレンダー、ジェットミル、コスモマイザー、ペイントシェイカー、ビーズミル、ボールミル等が挙げられる。なお、実験室レベルでは、家庭用ミキサーで十分である。 In Step A, the dry mixing method is preferably carried out by mechanical means, as this results in a uniform mixture. There are no particular restrictions on the equipment used for dry mixing, as long as it can produce a uniform mixture. Examples include high-speed mixers, super mixers, turbosphere mixers, Eirich mixers, Henschel mixers, Nauta mixers, ribbon blenders, V-type mixers, conical blenders, jet mills, cosmomizers, paint shakers, bead mills, and ball mills. At the laboratory level, a household mixer is sufficient.

また、第A工程において、湿式で混合処理を行う方法としては、水溶媒に遷移金属含有リン酸リチウムと導電性炭素材料源を、固形分含有量が10~80質量%、好ましくは20~70質量%となるように添加し、これを機械的手段で混合してスラリーを調製し、次いで、該スラリーを静置させた状態で乾燥させるか、あるいは、該スラリーを噴霧乾燥処理して乾燥させる等により、遷移金属含有リン酸リチウムと導電性炭素材料源との混合物を得る方法が挙げられる。 In addition, as a method for performing a wet mixing process in Step A, a mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source can be obtained by adding the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source to an aqueous solvent so that the solids content is 10 to 80% by mass, preferably 20 to 70% by mass, and mixing this by mechanical means to prepare a slurry. The slurry is then either left to dry or spray-dried to dry, thereby obtaining a mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source.

湿式混合に用いられる装置としては、均一なスラリーが得られるものであれば特に制限はないが、例えば、スターラー、撹拌羽による攪拌機、3本ロール、ボールミル、ディスパーミル、ホモジナイザー、振動ミル、サンドグラインドミル、アトライター及び強力撹拌機等の装置が挙げられる。湿式混合処理は、上記で例示した機械的手段による混合処理に限定されるものではない。なお、湿式混合の際に、界面活性剤をスラリーに添加して混合処理を行ってもよい。 There are no particular limitations on the equipment used for wet mixing, as long as it can produce a uniform slurry. Examples include stirrers, blade mixers, three-roll mills, ball mills, disper mills, homogenizers, vibration mills, sand grind mills, attritors, and powerful mixers. Wet mixing is not limited to the mechanical mixing methods exemplified above. During wet mixing, a surfactant may be added to the slurry before mixing.

次いで、前記のようにして調製した遷移金属含有リン酸リチウムと導電性炭素材料源との混合物を加熱処理する。加熱処理を、導電性炭素材料源が加熱分解して炭素を析出させる温度で行う必要があり、加熱温度は、180~900℃、好ましくは210~800℃である。加熱処理の加熱温度が上記範囲にあることにより、炭素を粒子表面に均一被覆しながら凝集を抑えることができる。加熱処理の加熱時間は、0.2時間以上、好ましくは
0.5~5時間である。加熱処理の雰囲気は不活性ガス雰囲気とすることが、炭素の酸化を抑制することができる点で好ましい。また、本発明の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法における加熱処理では、用いた導電性炭素材料源の融点以上に一度加熱して導電性炭素材料源を溶融し、次いで、上記範囲で加熱処理して導電性炭素材料源から炭素を析出させることが、粒子表面に均一に炭素を被覆させることができる点で好ましい。
Next, the mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source prepared as described above is heat-treated. The heat treatment must be carried out at a temperature at which the conductive carbon material source is thermally decomposed to precipitate carbon, and the heating temperature is 180 to 900°C, preferably 210 to 800°C. By using a heating temperature within the above range, it is possible to uniformly coat the particle surfaces with carbon while suppressing aggregation. The heating time for the heat treatment is 0.2 hours or more, preferably 0.5 to 5 hours. An inert gas atmosphere is preferred for the heat treatment, as it can suppress carbon oxidation. Furthermore, in the heat treatment in the production method of the transition metal-containing lithium phosphate of the present invention, the mixture is first heated to a temperature above the melting point of the conductive carbon material source used to melt the conductive carbon material source, and then heat-treated within the above range to precipitate carbon from the conductive carbon material source, which is preferred for the purpose of uniformly coating the particle surfaces with carbon.

本発明の製造方法を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウム及び遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体は、リチウム二次電池、全固体電池等の正極材として好適に利用される。 The transition metal-containing lithium phosphate and transition metal-containing lithium phosphate carbon composite obtained by the manufacturing method of the present invention are suitable for use as positive electrode materials in lithium secondary batteries, all-solid-state batteries, and the like.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
<第1工程・第2工程>
2.4Lのポリプロピレン製ポットに、φ5mmジルコニアボールを2.3kg、高純度メタリン酸リチウム(平均粒子径300μm、日本化学工業製)81.1g、水酸化コバルト(平均粒子径0.24μm)90g、純水855g 、分散剤(ポリカルボン酸ア
ンモニウム)11gを入れ、200rpmの回転数でミルの運転を開始し、20時間粉砕処理を行った。粉砕後、ジルコニアボールを1mm篩で分離し、原料粉砕処理物を含むスラリーを得た。
レーザー散乱・回析法により求められる原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径(D50)は、5.5μmであった。
<第3工程>
熱風入口の温度を220℃に設定したスプレードライヤーに、2.4L/hの供給速度で原料粉砕処理物を含むスラリーを供給し、噴霧乾燥粉体170gを得た。また、噴霧乾燥後のスプレードライヤーの内部を目視で観察したところ、内部付着物は少なく、回収率は固形分基準で95.5%であった。
<第4工程・第5工程>
次いで、得られた噴霧乾燥粉体を650℃で4時間、大気雰囲気中で焼成し、焼成品を得た。
次いで、焼成物をラボジェットミルで粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物は単相のLiCoPOであった。これを遷移金属含有リン酸リチウム試料とした。また、得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図を図1に示す。
Example 1
<1st process/2nd process>
2.3 kg of φ5 mm zirconia balls, 81.1 g of high-purity lithium metaphosphate (average particle size 300 μm, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 90 g of cobalt hydroxide (average particle size 0.24 μm), 855 g of pure water, and 11 g of dispersant (ammonium polycarboxylate) were placed in a 2.4 L polypropylene pot, and the mill was started at a rotation speed of 200 rpm, and pulverization was carried out for 20 hours. After pulverization, the zirconia balls were separated using a 1 mm sieve to obtain a slurry containing the pulverized raw material.
The average particle size (D 50 ) of the solid content in the slurry containing the pulverized raw material, determined by laser scattering and diffraction, was 5.5 μm.
<3rd process>
The slurry containing the pulverized raw material was supplied to a spray dryer with a hot air inlet temperature set to 220° C. at a supply rate of 2.4 L/h to obtain 170 g of spray-dried powder. Visual inspection of the inside of the spray dryer after spray drying revealed that there was little internal deposit, and the recovery rate was 95.5% based on the solid content.
<4th process/5th process>
The resulting spray-dried powder was then calcined in an air atmosphere at 650° C. for 4 hours to obtain a calcined product.
Next, the fired product was pulverized in a laboratory jet mill to obtain a pulverized product.
X-ray diffraction analysis of the obtained pulverized material revealed that the pulverized material was single-phase LiCoPO4 . This was used as a transition metal-containing lithium phosphate sample. The X-ray diffraction pattern of the obtained transition metal-containing lithium phosphate sample is shown in Figure 1.

(実施例2)
<第1工程・第2工程>
2.4Lのポリプロピレン製ポットに、φ5mmジルコニアボールを2.3kg、高純度メタリン酸リチウム(平均粒子径300μm、日本化学工業製)110.8g、炭酸マンガン(平均粒子径17.8μm)155g、純水949g、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム)15gを入れ、200rpmの回転数でミルの運転を開始し、20時間粉砕処理を行った。粉砕後、ジルコニアボールを1mm篩で分離し、原料粉砕処理物を含むスラリーを得た。
レーザー散乱・回析法により求められる原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径(D50)は、3.3μmであった。
<第3工程>
熱風入口の温度を220℃に設定したスプレードライヤーに、2.4L/hの供給速度で原料粉砕処理物を含むスラリーを供給し、噴霧乾燥粉体254gを得た。また、噴霧乾
燥後のスプレードライヤーの内部を目視で観察したところ、内部付着物は少なく、回収率は固形分基準で95.6%であった。
<第4工程・第5工程>
次いで、得られた噴霧乾燥粉体を650℃で4時間、大気雰囲気中で焼成し、焼成品を得た。次いで、焼成物をラボジェットミルで粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物は単相のLiMnPOであった。これを遷移金属含有リン酸リチウム試料とした。また、得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図を図2に示す。
Example 2
<1st process/2nd process>
In a 2.4 L polypropylene pot, 2.3 kg of φ5 mm zirconia balls, 110.8 g of high-purity lithium metaphosphate (average particle size 300 μm, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 155 g of manganese carbonate (average particle size 17.8 μm), 949 g of pure water, and 15 g of dispersant (ammonium polycarboxylate) were placed, and the mill was started at a rotation speed of 200 rpm, and the mill was pulverized for 20 hours. After pulverization, the zirconia balls were separated using a 1 mm sieve to obtain a slurry containing the pulverized raw material.
The average particle size (D 50 ) of the solid content in the slurry containing the pulverized raw material, determined by laser scattering and diffraction, was 3.3 μm.
<3rd process>
The slurry containing the pulverized raw material was supplied to a spray dryer with a hot air inlet temperature set to 220° C. at a supply rate of 2.4 L/h to obtain 254 g of spray-dried powder. Visual inspection of the inside of the spray dryer after spray drying revealed that there was little internal deposit, and the recovery rate was 95.6% based on the solid content.
<4th process/5th process>
The spray-dried powder was then calcined in an air atmosphere at 650° C. for 4 hours to obtain a calcined product, which was then pulverized in a lab jet mill to obtain a pulverized product.
X-ray diffraction analysis of the obtained pulverized material revealed that the pulverized material was single-phase LiMnPO4 . This was used as a transition metal-containing lithium phosphate sample. The X-ray diffraction pattern of the obtained transition metal-containing lithium phosphate sample is shown in Figure 2.

(実施例3)
<第1工程・第2工程>
2.4Lのポリプロピレン製ポットに、φ5mmジルコニアボールを2.3kg、高純度メタリン酸リチウム(平均粒子径300μm、日本化学工業製)131.7g、水酸化ニッケル(平均粒子径22.7μm)145g、純水922g、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム)18gを入れ、200rpmの回転数でミルの運転を開始し、20時間粉砕処理を行った。粉砕後、ジルコニアボールを1mm篩で分離し、原料粉砕処理物を含むスラリーを得た。
レーザー散乱・回析法により求められる原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径(D50)は、5.1μmであった。
<第3工程>
熱風入口の温度を220℃に設定したスプレードライヤーに、2.4L/hの供給速度で原料粉砕処理物を含むスラリーを供給し、噴霧乾燥粉体279gを得た。また、噴霧乾燥後のスプレードライヤーの内部を目視で観察したところ、内部付着物は少なく、回収率は固形分基準で96.1%であった。
<第4工程・第5工程>
次いで、得られた噴霧乾燥粉体を700℃で4時間、大気雰囲気中で焼成し、焼成品を得た。次いで、焼成物をラボジェットミルで粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物は単相のLiNiPOであった。これを遷移金属含有リン酸リチウム試料とした。また、得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図を図3に示す。
Example 3
<1st process/2nd process>
In a 2.4 L polypropylene pot, 2.3 kg of φ5 mm zirconia balls, 131.7 g of high-purity lithium metaphosphate (average particle size 300 μm, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 145 g of nickel hydroxide (average particle size 22.7 μm), 922 g of pure water, and 18 g of dispersant (ammonium polycarboxylate) were placed, and the mill was started at a rotation speed of 200 rpm, and the mill was pulverized for 20 hours. After pulverization, the zirconia balls were separated using a 1 mm sieve to obtain a slurry containing the pulverized raw material.
The average particle size (D 50 ) of the solid content in the slurry containing the pulverized raw material, determined by laser scattering and diffraction, was 5.1 μm.
<3rd process>
The slurry containing the pulverized raw material was supplied to a spray dryer with a hot air inlet temperature set to 220°C at a supply rate of 2.4 L/h to obtain 279 g of spray-dried powder. Visual inspection of the inside of the spray dryer after spray drying revealed that there was little internal deposit, and the recovery rate was 96.1% based on the solid content.
<4th process/5th process>
The spray-dried powder was then calcined at 700°C for 4 hours in an air atmosphere to obtain a calcined product, which was then pulverized in a lab jet mill to obtain a pulverized product.
X-ray diffraction analysis of the obtained pulverized material revealed that the pulverized material was single-phase LiNiPO4 . This was used as a transition metal-containing lithium phosphate sample. The X-ray diffraction pattern of the obtained transition metal-containing lithium phosphate sample is shown in Figure 3.

(参考例1)
純水11Lに、室温(25℃)で、シュウ酸・2水塩1597.7gを加えてスリーワ
ンモーター攪拌機を用いて30分攪拌し、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム)227gを加えた。次に、水酸化コバルト1200gを加えて30分攪拌した。次に、85質量%リン酸1455.6gを加えて30分攪拌した。次に、水酸化リチウム・1水塩532.5gを加えて1時間攪拌し水性原料スラリーを得た。
次いで、この水性原料スラリーを攪拌しながら、直径0.5mmのジルコニアビーズを
仕込んだメディア攪拌型ビーズミルに供給し、3時間混合して湿式粉砕を行った。
次いで、熱風入口の温度を220℃に設定したスプレードライヤーに、2.4L/hの供給速度でスラリーを供給し、反応前駆体2960gを得た。また、噴霧乾燥後のスプレードライヤーの内部を目視で観察したところ、内部付着物が多く、回収率は固形分基準で79.7%であった。
次いで、得られた反応前駆体を550℃で4時間、大気雰囲気中で焼成し、焼成品を得た。
次いで、焼成物を気流粉砕機で粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物は単相のLiCoPOであった。これを遷移金属含有リン酸リチウム試料とした。
(Reference example 1)
1597.7 g of oxalic acid dihydrate was added to 11 L of pure water at room temperature (25°C) and stirred for 30 minutes using a three-one motor stirrer. 227 g of dispersant (ammonium polycarboxylate) was then added. 1200 g of cobalt hydroxide was then added and stirred for 30 minutes. 1455.6 g of 85% by weight phosphoric acid was then added and stirred for 30 minutes. 532.5 g of lithium hydroxide monohydrate was then added and stirred for 1 hour to obtain an aqueous raw material slurry.
Next, this aqueous raw material slurry was fed, while being stirred, into a media stirring type bead mill charged with zirconia beads having a diameter of 0.5 mm, and mixed for 3 hours to carry out wet pulverization.
The slurry was then supplied to a spray dryer with a hot air inlet temperature set to 220° C. at a supply rate of 2.4 L/h to obtain 2,960 g of a reaction precursor. Visual inspection of the inside of the spray dryer after spray drying revealed a large amount of internal deposits, and the recovery rate was 79.7% based on the solid content.
The resulting reaction precursor was then fired at 550° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain a fired product.
Next, the fired product was pulverized in an airflow pulverizer to obtain a pulverized product.
The obtained pulverized product was subjected to X-ray diffraction analysis, and was found to be single-phase LiCoPO 4. This was used as a transition metal-containing lithium phosphate sample.

(比較例1)
第2工程後に得られる粉砕処理物を含むスラリーを、スプレードライ法にて乾燥を行わず、そのまま120℃で5時間乾燥を行った以外は、実施例1と同様にして焼成品を調製した。次いで、焼成物をラボジェットミルで粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物はLiCoPOの他に異相があった。これを遷移金属含有リン酸リチウム試料とした。また、得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料のX線回折図を図4に示す。
(Comparative Example 1)
A fired product was prepared in the same manner as in Example 1, except that the slurry containing the pulverized product obtained after the second step was not dried by a spray drying method but was instead dried at 120° C. for 5 hours. Next, the fired product was pulverized using a lab jet mill to obtain a pulverized product.
X-ray diffraction analysis of the obtained pulverized material revealed that the pulverized material contained a different phase in addition to LiCoPO4 . This was designated as a transition metal-containing lithium phosphate sample. The X-ray diffraction pattern of the obtained transition metal-containing lithium phosphate sample is shown in Figure 4.

<諸物性の評価>
実施例、参考例及び比較例で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料について、平均粒子径、BET比表面積、及び粒度分布を測定した。なお、平均粒子径の測定については、走査型電子顕微鏡において倍率1万倍で観察し、任意に抽出した粒子50個以上の粒子の径の平均値を、平均粒子径として求めた。また、粒度分布は下記のようにして評価した。
(粒度分布)
実施例、参考例及び比較例で得られた遷移金属含有リン酸リチウム試料について、レーザー回折・散乱法(社名:日機装製、品名:マイクロトラックMT3300EXII粒度分析計、型式:MTEX-SDU)によりD50、D90を測定した。
なお、D50とD90の差が小さい方が、より粒径が揃っていることを示す。
<Evaluation of various physical properties>
The average particle size, BET specific surface area, and particle size distribution of the transition metal-containing lithium phosphate samples obtained in the Examples, Reference Examples, and Comparative Examples were measured. The average particle size was measured by observing the samples under a scanning electron microscope at a magnification of 10,000 times, and the average value of the diameters of 50 or more randomly selected particles was calculated as the average particle size. The particle size distribution was evaluated as follows.
(particle size distribution)
The D 50 and D 90 of the transition metal-containing lithium phosphate samples obtained in the Examples, Reference Examples, and Comparative Examples were measured by a laser diffraction/ scattering method (manufactured by Nikkiso, product name: Microtrac MT3300EXII particle size analyzer, model: MTEX-SDU).
The smaller the difference between D50 and D90 , the more uniform the particle size.

表2の結果より、実施例1と比較例1を比べると、実施例1では、比較例1のものと比べて、D50とD90の差が小さく、粒度が揃ったものが得られていることが分かる。 From the results in Table 2, when Example 1 and Comparative Example 1 are compared, it can be seen that in Example 1, the difference between D50 and D90 is smaller than that in Comparative Example 1, and particles with a uniform particle size are obtained.

(実施例4)
<第1工程・第2工程>
2.4Lのポリプロピレン製ポットに、φ5mmジルコニアボールを2.3kg、高純
度メタリン酸リチウム(平均粒子径300μm、日本化学工業製)81.1g、水酸化コ
バルト(平均粒子径0.24μm)90g、純水855g、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム)11gを入れ、200rpmの回転数でミルの運転を開始し、20時間粉砕処理を行った。粉砕後、ジルコニアボールを1mm篩で分離し、原料粉砕処理物を含むスラリーを得た。
レーザー散乱・回析法により求められる原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径(D50)は、5.5μmであった。
<第3工程>
熱風入口の温度を220℃に設定したスプレードライヤーに、2.4L/hの供給速度で原料粉砕処理物を含むスラリーを供給し、乾燥粉体170gを得た。また、噴霧乾燥後のスプレードライヤーの内部を目視で観察したところ、内部付着物は少なく、回収率は固形分基準で95.6%であった。
<第4工程・第5工程>
次いで、得られた乾燥粉体を820℃で4時間、大気雰囲気中で焼成し、焼成品を得た。
次いで、焼成物をラボジェットミルで粉砕を行い、粉砕物を得た。
得られた粉砕物をX線回折分析したところ、粉砕物は単相のLiCoPOであった。また、得られた遷移金属含有リン酸リチウムについて、レーザー散乱・回析法により最大粒子径と1.0μm以下の微粒子分の累積頻度を測定した。
<第6工程>
第5工程で得られた粉砕後の遷移金属含有リン酸リチウムを600℃で4時間、大気雰囲気中で再焼成した。得られた再焼成後の遷移金属含有リン酸リチウムを、レーザー散乱・回析法により最大粒子径と、1.0μm以下の粒子の累積頻度を求めた。また、実施例1と同様にして、平均粒子径、BET比表面積及び粒度分布を測定した。
Example 4
<1st process/2nd process>
2.3 kg of φ5 mm zirconia balls, 81.1 g of high-purity lithium metaphosphate (average particle size 300 μm, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 90 g of cobalt hydroxide (average particle size 0.24 μm), 855 g of pure water, and 11 g of dispersant (ammonium polycarboxylate) were placed in a 2.4 L polypropylene pot, and the mill was started at a rotation speed of 200 rpm, followed by pulverization for 20 hours. After pulverization, the zirconia balls were separated using a 1 mm sieve to obtain a slurry containing the pulverized raw material.
The average particle size (D50) of the solid content in the slurry containing the pulverized raw material, determined by laser scattering and diffraction, was 5.5 μm.
<3rd process>
The slurry containing the pulverized raw material was supplied to a spray dryer with a hot air inlet temperature set to 220°C at a supply rate of 2.4 L/h to obtain 170 g of dry powder. Visual inspection of the inside of the spray dryer after spray drying revealed that there was little internal deposit, and the recovery rate was 95.6% based on the solid content.
<4th process/5th process>
The resulting dried powder was then fired at 820° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain a fired product.
Next, the fired product was pulverized in a laboratory jet mill to obtain a pulverized product.
The obtained pulverized product was subjected to X-ray diffraction analysis, and was found to be single-phase LiCoPO 4. Furthermore, the maximum particle size and cumulative frequency of fine particles of 1.0 μm or less were measured for the obtained transition metal-containing lithium phosphate by a laser scattering/diffraction method.
<6th step>
The pulverized transition metal-containing lithium phosphate obtained in the fifth step was re-fired in an air atmosphere at 600° C. for 4 hours. The maximum particle size and the cumulative frequency of particles of 1.0 μm or less were determined for the re-fired transition metal-containing lithium phosphate by a laser scattering/diffraction method. Furthermore, the average particle size, BET specific surface area, and particle size distribution were measured in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
第4工程において、焼成温度を850℃で4時間とした以外は、実施例5と同様にして遷移金属含有リン酸リチウムを得た。
Example 6
A transition metal-containing lithium phosphate was obtained in the same manner as in Example 5, except that in the fourth step, the firing temperature was 850° C. for 4 hours.

表3の結果より、第6工程の再焼を行うことにより、1.0μm以下の微粒子分が低減されていることが分かる。 The results in Table 3 show that re-firing in step 6 reduces the amount of fine particles of 1.0 μm or less.

(実施例7)
<第A工程>
実施例1で得られたLiCoPOを10gとラクトース2gを自転・公転ミキサーにて100rpmで1分間混合した。該混合物を窒素雰囲気下、220℃で2時間加熱処理した後、700℃ まで昇温し4時間保持してLiCoPO炭素複合体を得た。また、
LiCoPO炭素複合体を(SEM-EDX) で観察した結果、LiCoPOの粒
子表面が炭素で均一にコートされていることが確認できた。また、TOCでカーボン量を測定したところ、カーボン含有量は3質量%であった。
Example 7
<Step A>
10 g of the LiCoPO4 obtained in Example 1 and 2 g of lactose were mixed in a planetary centrifugal mixer at 100 rpm for 1 minute. The mixture was heated at 220°C for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and then heated to 700°C and maintained at that temperature for 4 hours to obtain a LiCoPO4 carbon composite.
Observation of the LiCoPO4 carbon composite with SEM-EDX confirmed that the surface of the LiCoPO4 particles was uniformly coated with carbon. Furthermore, measurement of the carbon content by TOC revealed that the carbon content was 3% by mass.

Claims (10)

下記一般式(1):
Lix1-yyPO4(1)
(式中、0.8≦x≦1.2、0.0≦y≦0.5である。Mは、Co、Mn及びNiから選ばれる1種又は2種以上の遷移金属元素を示す。Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)
で表される遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法であって、
少なくともメタリン酸リチウム及びM源を、水溶媒と混合して、原料混合物を得る第1工程と、
該原料混合物を湿式粉砕処理して、原料粉砕処理物を含むスラリーを得る第2工程と、
該原料粉砕処理物を含むスラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥して、噴霧乾燥粉体を得る第3工程と、
該噴霧乾燥粉体を焼成する第4工程と、
を有することを特徴とする遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。
The following general formula (1):
Li x M 1-y A y PO 4 (1)
(In the formula, 0.8≦x≦1.2, 0.0≦y≦0.5. M represents one or more transition metal elements selected from Co, Mn, and Ni. A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho.)
A method for producing a transition metal-containing lithium phosphate represented by the formula:
A first step of mixing at least lithium metaphosphate and an M source with an aqueous solvent to obtain a raw material mixture;
a second step of wet-pulverizing the raw material mixture to obtain a slurry containing the pulverized raw material;
a third step of spray-drying the slurry containing the pulverized raw material by a spray-drying method to obtain a spray-dried powder;
a fourth step of calcining the spray-dried powder;
1. A method for producing a transition metal-containing lithium phosphate, comprising:
前記第1工程において、更に、A源(Aは、Mg、Zn、Cu、Fe、Cr、Al、B、Na、K、F、Cl、Br、I、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Yb、Si、S、Mo、W、V、Bi、Te、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ga、Ge、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy及びHoから選ばれる1種又は2種以上の金属元素を示す。)を、前記水溶媒に添加することを特徴とする請求項1記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to claim 1, characterized in that in the first step, an A source (A represents one or more metal elements selected from Mg, Zn, Cu, Fe, Cr, Al, B, Na, K, F, Cl, Br, I, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Y, Yb, Si, S, Mo, W, V, Bi, Te, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ga, Ge, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, and Ho) is further added to the aqueous solvent. 前記第工程において、湿式粉砕処理をメディアミルにより行うことを特徴とする請求項1又は2記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 3. The method for producing a transition metal- containing lithium phosphate according to claim 1, wherein the wet grinding treatment in the second step is carried out using a media mill. 前記第2工程において、湿式粉砕処理後の前記原料粉砕処理物を含むスラリー中の固形分の平均粒子径が10.0μm以下であることを特徴とする請求項1~3いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the second step, the average particle size of the solid content in the slurry containing the ground raw material after wet grinding is 10.0 μm or less. 前記一般式(1)中のMが、Coであることを特徴とする請求項1~4いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 4, characterized in that M in general formula (1) is Co. 前記M源が、水酸化コバルトであることを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the M source is cobalt hydroxide. 前記第4工程における焼成温度が、600~900℃であることを特徴とする請求項1~6いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the firing temperature in the fourth step is 600 to 900°C. 更に、前記第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、粉砕処理する第5工程を有することを特徴とする請求項1~7いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 7, further comprising a fifth step of pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out the fourth step. 更に、前記第4工程を行い得られる遷移金属含有リン酸リチウムを、粉砕処理する第5工程と、該第5工程を行い得られる粉砕処理物を再焼成する第6工程と、を有することを特徴とする請求項1~7いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法。 The method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 7, further comprising a fifth step of pulverizing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out the fourth step, and a sixth step of re-firing the pulverized material obtained by carrying out the fifth step. 請求項1~9いずれか1項記載の遷移金属含有リン酸リチウムの製造方法を行い得られた遷移金属含有リン酸リチウムと、加熱分解により炭素が析出する導電性炭素材料源とを混合し、該遷移金属含有リン酸リチウムと該導電性炭素材料源との混合物を得、次いで、該混合物を加熱処理して、該導電性炭素材料源を加熱分解することにより、遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体を得る第A工程を有することを特徴とする遷移金属含有リン酸リチウム炭素複合体の製造方法。 A method for producing a transition metal-containing lithium phosphate-carbon composite, comprising: step A: mixing the transition metal-containing lithium phosphate obtained by carrying out the method for producing a transition metal-containing lithium phosphate according to any one of claims 1 to 9 with a conductive carbon material source that precipitates carbon upon thermal decomposition to obtain a mixture of the transition metal-containing lithium phosphate and the conductive carbon material source; and then heat-treating the mixture to thermally decompose the conductive carbon material source, thereby obtaining a transition metal-containing lithium phosphate-carbon composite.
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