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JP7848740B2 - Method for producing sodium-containing oxides - Google Patents
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JP7848740B2 - Method for producing sodium-containing oxides - Google Patents

Method for producing sodium-containing oxides

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JP7848740B2 JP2023067299A JP2023067299A JP7848740B2 JP 7848740 B2 JP7848740 B2 JP 7848740B2 JP 2023067299 A JP2023067299 A JP 2023067299A JP 2023067299 A JP2023067299 A JP 2023067299A JP 7848740 B2 JP7848740 B2 JP 7848740B2
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Description

本願はNa含有酸化物の製造方法を開示する。 This application discloses a method for producing sodium-containing oxides.

特許文献1には、P2型構造を有し、かつ、NaFeMn1-y(xは1未満であり、yは1/3以上2/3未満である。)で示される化学組成を有するNa含有酸化物が開示されている。 Patent Document 1 discloses a Na-containing oxide having a P2-type structure and a chemical composition represented by Na x Fe y Mn 1-y O 2 (where x is less than 1 and y is 1/3 or more and less than 2/3).

特開2012-201588号公報Japanese Patent Publication No. 2012-201588

P2型構造を有するNa含有酸化物においては、P2相とともにO3相が生成し易い。P2型構造を有するNa含有酸化物において、O3相を低減することが可能な新たな技術が必要である。 In sodium-containing oxides with a P2-type structure, the O3 phase is easily formed along with the P2 phase. A new technology is needed to reduce the O3 phase in sodium-containing oxides with a P2-type structure.

本願は上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
<態様1>
P2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法であって、
Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む前駆体を得ること、
前記前駆体の表面をNa源で被覆して、複合体を得ること、及び、
前記複合体を焼成することで、P2型構造を有するNa含有酸化物を得ること、
を含み、
前記複合体の焼成の際、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、前記複合体の厚さB(mm)との比A/Bが、4.5以下である、
製造方法。
<態様2>
態様1の製造方法であって、
前記昇温速度Aが、13.5℃/min以下である、
製造方法。
<態様3>
態様1又は2の製造方法であって、
前記前駆体が、球状粒子であり、
前記複合体が、前記前駆体の表面の40面積%以上を前記Na源で被覆することによって得られるものであり、かつ
前記P2型構造を有するNa含有酸化物が、球状粒子である、
製造方法。
<態様4>
態様1~3のいずれかの製造方法であって、
遷移金属イオンと水溶液中で沈殿を形成し得るイオン源と、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む遷移金属化合物とを用い、共沈法によって、前記前駆体としての沈殿物を得ること、を含む、
製造方法。
<態様5>
態様1~4のいずれかの製造方法であって、
前記P2型構造を有するNa含有酸化物が、NaMnx-pNiy-qCoz-rp+q+r(ここで、0<a≦1.00、x+y+z=1、かつ、0≦p+q+r<0.17であり、元素Mは、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選ばれる少なくとも1種である。)で示される化学組成を有する、
製造方法。
This application discloses several embodiments as means for solving the above-mentioned problems.
<Appearance 1>
A method for producing a Na-containing oxide having a P2 type structure,
To obtain a precursor containing at least one element among Mn, Ni, and Co,
The surface of the precursor is coated with a Na source to obtain a composite, and
By calcining the aforementioned composite, a Na-containing oxide having a P2-type structure is obtained.
Includes,
During the firing of the composite, the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C to the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less.
Manufacturing method.
<Aspect 2>
A manufacturing method according to embodiment 1,
The heating rate A is 13.5°C/min or less.
Manufacturing method.
<Appearance 3>
A manufacturing method according to embodiment 1 or 2,
The precursor is a spherical particle,
The composite is obtained by coating 40% or more of the surface area of the precursor with the Na source, and the Na-containing oxide having the P2 type structure is spherical particles.
Manufacturing method.
<Appearance 4>
A manufacturing method according to any of embodiments 1 to 3,
The method includes obtaining a precipitate as a precursor by coprecipitation using an ion source capable of forming a precipitate with transition metal ions in aqueous solution and a transition metal compound containing at least one element from Mn, Ni, and Co.
Manufacturing method.
<Aspect 5>
A manufacturing method according to any of embodiments 1 to 4,
The Na-containing oxide having the P2-type structure has a chemical composition represented by Na a Mn x-p Ni y-q Co z-r M p+q+r O 2 (where 0 < a ≤ 1.00, x + y + z = 1, and 0 ≤ p + q + r < 0.17, and element M is at least one selected from B, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, and W).
Manufacturing method.

本開示の方法によれば、P2型構造を有するNa含有酸化物を製造する際、O3相を低減することができる。 According to the method disclosed herein, the O3 phase can be reduced when producing a Na-containing oxide having a P2-type structure.

P2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法の流れの一例を示している。This shows an example of a method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure. 実施例1、2、4及び比較例の各々のNa含有酸化物の外観SEM写真である。These are SEM images of the appearance of each of the Na-containing oxides in Examples 1, 2, and 4 and the Comparative Example. 実施例1~5及び比較例の各々のNa含有酸化物のX線回折パターンを示している。The X-ray diffraction patterns of each Na-containing oxide from Examples 1 to 5 and the Comparative Example are shown. A/Bとピーク強度比IP2/IO3との関係を示している。This shows the relationship between A/B and the peak intensity ratio I P2 / IO3 .

1.P2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法
図1に示されるように、一実施形態に係るP2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法は、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む前駆体を得ること(S1)、前記前駆体の表面をNa源で被覆して、複合体を得ること(S2)、及び、前記複合体を焼成することで、P2型構造を有するNa含有酸化物を得ること(S3)、を含む。ここで、前記複合体の焼成の際、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、前記複合体の厚さB(mm)との比A/Bは、4.5以下である。
1. Method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure As shown in Figure 1, a method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure according to one embodiment includes obtaining a precursor containing at least one element from among Mn, Ni, and Co (S1), coating the surface of the precursor with a Na source to obtain a composite (S2), and firing the composite to obtain a Na-containing oxide having a P2-type structure (S3). Here, when firing the composite, the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C and the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less.

1.1 S1
S1においては、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む前駆体を得る。前駆体は、少なくとも、Mnと、Ni及びCoのうちの一方又は両方と、を含むものであってもよいし、少なくともMnとNiとCoとを含むものであってもよい。前駆体は、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む塩であってもよい。例えば、前駆体は、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩及び酢酸塩のうちの少なくとも1種であってもよい。或いは、前駆体は、塩以外の化合物であってもよい。例えば、前駆体は、水酸化物であってもよい。前駆体は、水和物であってもよい。前駆体は、複数種類の化合物の組み合わせであってもよい。前駆体は、種々の形状であってよい。例えば、前駆体は粒子状であってもよく、後述するように球状粒子であってもよい。前駆体からなる粒子の粒子径は、特に限定されるものではない。
1.1 S1
In S1, a precursor containing at least one element from among Mn, Ni, and Co is obtained. The precursor may contain at least Mn and one or both of Ni and Co, or it may contain at least Mn, Ni, and Co. The precursor may be a salt containing at least one element from among Mn, Ni, and Co. For example, the precursor may be at least one of carbonates, sulfates, nitrates, and acetates. Alternatively, the precursor may be a compound other than a salt. For example, the precursor may be a hydroxide. The precursor may be a hydrate. The precursor may be a combination of multiple types of compounds. The precursor may be in various shapes. For example, the precursor may be particulate, or it may be spherical particles as described later. The particle size of the particles made up of the precursor is not particularly limited.

S1においては、遷移金属イオンと水溶液中で沈殿を形成し得るイオン源と、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む遷移金属化合物とを用い、共沈法によって、上記前駆体としての沈殿物を得てもよい。これにより、前駆体としての球状粒子が得られ易い。「遷移金属イオンと水溶液中で沈殿物を形成し得るイオン源」は、例えば、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウム等のナトリウム塩、水酸化ナトリウム、及び、酸化ナトリウム等から選ばれる少なくとも1種であってもよい。遷移金属化合物は、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む上記の塩や水酸化物等であってよい。具体的には、S1においては、当該イオン源と当該遷移金属化合物とを各々溶液としたうえで、各々の溶液を滴下・混合することで前駆体としての沈殿物を得てもよい。この際、溶媒としては、例えば、水が用いられる。この際、塩基として各種ナトリウム化合物を用いてもよく、また、塩基性の調整のためにアンモニア水溶液等を加えてもよい。共沈法の場合、例えば、遷移金属化合物の水溶液と、炭酸ナトリウムの水溶液とを準備し、各々の水溶液を滴下して混合することで、前駆体としての沈殿物が得られる。或いは、ゾルゲル法によって前駆体を得ることも可能である。特に共沈法によれば、前駆体としての球状粒子が得られ易い。 In S1, a precipitate as a precursor may be obtained by coprecipitation using an ion source capable of forming a precipitate with transition metal ions in an aqueous solution and a transition metal compound containing at least one element from Mn, Ni, and Co. This makes it easier to obtain spherical particles as a precursor. The "ion source capable of forming a precipitate with transition metal ions in an aqueous solution" may be at least one selected from, for example, sodium salts such as sodium carbonate and sodium nitrate, sodium hydroxide, and sodium oxide. The transition metal compound may be the above-mentioned salts or hydroxides containing at least one element from Mn, Ni, and Co. Specifically, in S1, the precipitate as a precursor may be obtained by preparing solutions of the ion source and the transition metal compound separately and then adding and mixing each solution dropwise. In this case, water may be used as the solvent. Various sodium compounds may be used as the base, and aqueous ammonia may be added to adjust the basicity. In the case of coprecipitation, for example, an aqueous solution of the transition metal compound and an aqueous solution of sodium carbonate are prepared, and the precipitate as a precursor is obtained by adding and mixing each aqueous solution dropwise. Alternatively, the precursor can be obtained by the sol-gel method. In particular, the coprecipitation method readily yields spherical particles as the precursor.

上述の通り、前駆体は球状粒子であってもよい。尚、本願において「球状粒子」とは、円形度が0.80以上である粒子を意味する。粒子の円形度は、0.81以上、0.82以上、0.83以上、0.84以上、0.85以上、0.86以上、0.87以上、0.88以上、0.89以上又は0.90以上であってもよい。粒子の円形度は4πS/Lで定義される。ここで、Sは粒子の正投影面積であり、Lは粒子の正投影像の周囲長である。粒子の円形度は、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)や光学顕微鏡によって粒子の外観を観察することにより求めることができる。100個超の複数の粒子からなるものである場合、その円形度は、例えば、以下のようにして平均値として測定される。 As described above, the precursor may be spherical particles. In this application, "spherical particles" means particles with a circularity of 0.80 or higher. The circularity of the particles may be 0.81 or higher, 0.82 or higher, 0.83 or higher, 0.84 or higher, 0.85 or higher, 0.86 or higher, 0.87 or higher, 0.88 or higher, 0.89 or higher, or 0.90 or higher. The circularity of the particles is defined as 4πS/ , where S is the orthographic area of the particle and L is the perimeter of the orthographic image of the particle. The circularity of the particles can be determined by observing the appearance of the particles using a scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), or optical microscope. If there are more than 100 particles, their circularity can be measured as an average value, for example, as follows.

(1)まず、粒子の粒度分布を測定する。具体的には、レーザー回折・散乱法によって体積基準の粒度分布における積算値10%での粒子径(D10)と、積算値90%での粒子径(D90)とを求める。
(2)粒度分布を測定した粒子の外観について、SEMやTEMや光学顕微鏡により画像観察を行い、当該画像に含まれる粒子のうち、(1)で求めたD10以上、且つ、D90以下の円相当直径(粒子の正投影面積と同じ面積を有する円の直径)を有するものを、任意に100個抽出する。
(3)抽出された100個の粒子について、各々、画像処理によって円形度を求め、その平均値を「粒子の円形度」とみなす。
(1) First, measure the particle size distribution. Specifically, use laser diffraction and scattering to determine the particle diameter at 10% of the cumulative value in the volume-based particle size distribution (D10) and the particle diameter at 90% of the cumulative value (D90).
(2) The appearance of the particles whose particle size distribution has been measured is observed using SEM, TEM, or optical microscope, and 100 particles are randomly selected from the images that have a circle equivalent diameter (the diameter of a circle with the same area as the orthographic area of the particle) that is D10 or greater and D90 or less, as determined in (1).
(3) For each of the 100 extracted particles, the circularity is determined by image processing, and the average value is considered to be the "circularity of the particle".

S1においては、前駆体が元素Mを含んでいてもよい。元素Mは、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選ばれる少なくとも1種である。これら元素Mは、例えば、P2型構造を安定化する機能を有する。元素Mを含む前駆体を得る方法は、特に限定されるものではない。S1において共沈法によって前駆体を得る場合、例えば、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つを含む遷移金属化合物の水溶液と、炭酸ナトリウムの水溶液と、元素Mの化合物の水溶液とを準備し、各々の水溶液を滴下して混合することで、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素とともに元素Mを含む前駆体が得られる。或いは、本開示の製造方法においては、S1において元素Mを添加せず、後述のS2及びS3においてNaドープ焼成を施す際に、元素Mをドープしてもよい。 In S1, the precursor may contain element M. Element M is at least one selected from B, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, and W. These elements M have, for example, the function of stabilizing the P2-type structure. The method for obtaining the precursor containing element M is not particularly limited. When obtaining the precursor by coprecipitation in S1, for example, an aqueous solution of a transition metal compound containing at least one of Mn, Ni, and Co, an aqueous solution of sodium carbonate, and an aqueous solution of a compound containing element M are prepared, and the respective aqueous solutions are added dropwise and mixed to obtain a precursor containing element M along with at least one of Mn, Ni, and Co. Alternatively, in the manufacturing method of this disclosure, element M may not be added in S1, and element M may be doped during the Na-doping calcination in S2 and S3 described later.

1.2 S2
S2においては、S1によって得られた前駆体の表面をNa源で被覆して、複合体を得る。Na源は、炭酸塩や硝酸塩等のNaを含む塩であってもよいし、酸化ナトリウムや水酸化ナトリウム等の塩以外の化合物であってもよい。S2において、前駆体の表面に被覆されるNa源の量は、その後の焼成時のNa消失分を加味して決定されればよい。
1.2 S2
In step S2, the surface of the precursor obtained in step S1 is coated with a Na source to obtain a composite. The Na source may be a salt containing Na, such as a carbonate or nitrate, or a compound other than a salt, such as sodium oxide or sodium hydroxide. In step S2, the amount of Na source coated on the surface of the precursor should be determined taking into account the amount of Na lost during subsequent calcination.

S2において、前駆体の表面に対するNa源の被覆率は、特に限定されるものではない。例えば、S2においては、上記の複合体が、上記の前駆体の表面の40面積%以上、50面積%以上、60面積%以上又は70面積%以上をNa源で被覆することによって得られるものであってもよい。ここで、S1によって得られる前駆体が、球状粒子であり、S2によって得られる複合体が、前記前駆体の表面の40面積%以上を前記Na源で被覆することによって得られるものである場合、後述のS3において、P2型構造を有するNa含有酸化物が球状粒子となり易い。Na源の被覆率が小さいと、複合体を焼成した場合に、複合体の表面においてP2型結晶が成長し易く、Na含有酸化物が板状となり易い。Na源の被覆率が大きい場合、複合体を焼成した場合に、P2型結晶の結晶子が小さくなり易く、かつ、Na含有酸化物が前駆体の形状と対応する球状粒子となり易い。 In S2, the coverage rate of the Na source on the surface of the precursor is not particularly limited. For example, in S2, the composite may be obtained by covering 40% or more, 50% or more, 60% or more, or 70% or more of the surface of the precursor with the Na source. Here, if the precursor obtained in S1 is spherical particles, and the composite obtained in S2 is obtained by covering 40% or more of the surface of the precursor with the Na source, then in S3 described later, the Na-containing oxide having a P2-type structure tends to become spherical particles. If the coverage rate of the Na source is low, when the composite is calcined, P2-type crystals tend to grow on the surface of the composite, and the Na-containing oxide tends to become plate-like. If the coverage rate of the Na source is high, when the composite is calcined, the crystallites of the P2-type crystals tend to be small, and the Na-containing oxide tends to become spherical particles corresponding to the shape of the precursor.

S2において、上記の前駆体の表面をNa源で被覆する方法は、特に限定されるものではない。上述の通り、前駆体の表面の40面積%以上をNa源で被覆する場合、その方法としては、様々な方法が挙げられる。例えば、転動流動コーティング法やスプレードライ法が挙げられる。すなわち、Na源を溶解したコーティング溶液を準備し、前駆体の表面にコーティング溶液を接触させると同時に、或いは、接触させた後に、乾燥する。コーティングの条件(温度、時間、回数等)を調整することで、前駆体の表面の40面積%以上をNa源で被覆することができる。 In S2, the method for coating the surface of the precursor with the Na source is not particularly limited. As mentioned above, when coating 40% or more of the surface area of the precursor with the Na source, various methods can be used. For example, the rolling flow coating method and the spray drying method can be used. That is, a coating solution in which the Na source is dissolved is prepared, and the coating solution is brought into contact with the surface of the precursor, or dried simultaneously or after contact. By adjusting the coating conditions (temperature, time, number of passes, etc.), 40% or more of the surface area of the precursor can be coated with the Na source.

S2においては、前駆体に対してNa源とともにM源が被覆されてもよい。例えば、S2においては、S1によって得られた前駆体と、Na源と、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選ばれる少なくとも1種の元素Mを含むM源とを混合して、複合体を得てもよい。M源は、例えば、炭酸塩や硫酸塩等の元素Mを含む塩であってもよいし、酸化物や水酸化物等の塩以外の化合物であってもよい。前駆体に対するM源の量は、焼成後のNa含有酸化物の化学組成に応じて決定されればよい。 In step S2, the precursor may be coated with both the Na source and the M source. For example, in step S2, the precursor obtained in step S1 may be mixed with the Na source and an M source containing at least one element M selected from B, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, and W to obtain a composite. The M source may be a salt containing element M, such as a carbonate or sulfate, or a compound other than a salt, such as an oxide or hydroxide. The amount of the M source relative to the precursor should be determined according to the chemical composition of the Na-containing oxide after calcination.

1.3 S3
S3においては、S2によって得られた前記複合体を焼成することで、P2型構造を有するNa含有酸化物を得る。S3において、複合体の焼成の際、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、複合体の厚さB(mm)との比A/Bは、4.5以下である。本発明者の知見によると、複合体の焼成の際、複合体の厚さBに応じて、300℃から500℃に至るまでの間の昇温速度Aを所定以下の低速に制御することで、スケールによらず、O3相が低減され易く、P2相主体のNa含有酸化物が得られ易い。
1.3 S3
In S3, the composite obtained in S2 is calcined to obtain a Na-containing oxide having a P2-type structure. In S3, when calcining the composite, the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C and the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less. According to the inventor's findings, when calcining the composite, by controlling the heating rate A from 300°C to 500°C to a predetermined low speed or less, depending on the thickness B of the composite, the O3 phase is easily reduced regardless of the scale, and a Na-containing oxide mainly composed of the P2 phase is easily obtained.

S3において、昇温速度Aは、上記の比A/Bを満たすものであればよい。本発明者の知見によれば、昇温速度Aが13.5℃/min以下である場合に、O3相がより低減され易い。昇温速度Aの下限は特に限定されるものではない。昇温速度Aは、例えば、0.05℃/min以上、又は、0.10℃/min以上であってもよい。また、昇温速度Aは、12.0℃/min以下、11.0℃/min以下、10.0℃/min以下、9.0℃/min以下、8.0℃/min以下、又は、7.0℃/min以下であってもよい。尚、昇温速度Aとは、加熱装置において設定された狙いの昇温速度をいう。加熱炉の場合、加熱炉の表示温度に基づく昇温速度である。 In S3, the heating rate A only needs to satisfy the above ratio A/B. According to the inventor's findings, the O3 phase is more easily reduced when the heating rate A is 13.5°C/min or less. The lower limit of the heating rate A is not particularly limited. For example, the heating rate A may be 0.05°C/min or more, or 0.10°C/min or more. Furthermore, the heating rate A may be 12.0°C/min or less, 11.0°C/min or less, 10.0°C/min or less, 9.0°C/min or less, 8.0°C/min or less, or 7.0°C/min or less. Note that the heating rate A refers to the target heating rate set in the heating device. In the case of a heating furnace, it is the heating rate based on the indicated temperature of the heating furnace.

S3において、複合体の厚さBは、複合体を入れた容器を加熱炉等の加熱装置の内部に設置された際の当該容器内の複合体の厚さであって、容器内に均一な高さとなるように複合体を軽量したときの当該複合体の厚さをいう。例えば、容器を加熱炉の炉内底面においたときの容器内の複合体の高さが「厚さB」である。複合体の厚さBは、例えば、1mm以上100mm以下、又は、1mm以上50mm以下であってもよい。 In S3, the thickness B of the composite refers to the thickness of the composite inside a container when the container containing the composite is placed inside a heating device such as a heating furnace, and is the thickness of the composite when the composite is weighed to be uniform in height within the container. For example, the height of the composite inside the container when the container is placed on the bottom surface of the heating furnace is "thickness B". The thickness B of the composite may be, for example, 1 mm or more and 100 mm or less, or 1 mm or more and 50 mm or less.

S3において、比A/Bは、4.5以下である。比A/Bは、4.0以下、3.5以下、3.0以下、2.5以下、2.0以下、1.5以下、1.0以下、又は、0.5以下であってもよい。比A/Bの下限は特に限定されず、0超であり、0.01以上、0.02以上、又は、0.03以上であってもよい。 In S3, the ratio A/B is 4.5 or less. The ratio A/B may also be 4.0 or less, 3.5 or less, 3.0 or less, 2.5 or less, 2.0 or less, 1.5 or less, 1.0 or less, or 0.5 or less. The lower limit of the ratio A/B is not particularly limited; it is greater than 0 and may be 0.01 or greater, 0.02 or greater, or 0.03 or greater.

S3において、300℃に至るまでの昇温速度は特に限定されるものではない。また、500℃から焼成温度に至るまでの昇温速度も特に限定されるものではない。本実施形態においては、300℃に至るまでの昇温速度や500℃から焼成温度に至るまでの昇温速度によらず、上記の通り、300℃から500℃に至るまでの昇温速度を制御することでO3相を低減することができる。 In step S3, the heating rate to reach 300°C is not particularly limited. Similarly, the heating rate from 500°C to the firing temperature is also not particularly limited. In this embodiment, regardless of the heating rate to reach 300°C or the heating rate from 500°C to the firing temperature, the O3 phase can be reduced by controlling the heating rate from 300°C to 500°C, as described above.

S3においては、上記の複合体を任意に成形し、任意に予備焼成したうえで、本焼成を行ってもよい。複合体の予備焼成は、本焼成以下の温度で行われればよい。例えば、500℃超700℃未満の温度にて予備焼成を行うことができる。予備焼成時間は、特に限定されるものではない。また、予備焼成雰囲気も、特に限定されるものではない。予備焼成雰囲気は、本焼成雰囲気と同様であってもよいし、異なっていてもよい。 In step S3, the composite material may be optionally molded, pre-fired, and then fired. The pre-fired composite material may be fired at a temperature lower than or equal to the firing temperature. For example, pre-fired firing can be performed at a temperature between 500°C and 700°C. The pre-fired firing time is not particularly limited. Furthermore, the pre-fired atmosphere is not particularly limited. The pre-fired atmosphere may be the same as or different from the firing atmosphere.

S3において、複合体の本焼成は、例えば、700℃以上1100℃以下の温度で行われてもよい。好ましくは800℃以上1000℃以下である。本焼成温度が低過ぎると、Naドープが行われず、本焼成温度が高過ぎるとP2相ではなくO3相等が生成し易い。予備焼成温度から本焼成温度に至るまでの昇温条件は、特に限定されるものではない。 In step S3, the main firing of the composite may be carried out at a temperature of, for example, 700°C to 1100°C. Preferably, it is 800°C to 1000°C. If the main firing temperature is too low, Na doping will not occur, and if the main firing temperature is too high, the O3 phase or the like is likely to be formed instead of the P2 phase. The heating conditions from the pre-firing temperature to the main firing temperature are not particularly limited.

本焼成時間は、特に限定されず、例えば、30分以上48時間以下であってもよい。ただし、本焼成時間によって、Na含有酸化物の形状が制御され得る。上述したように、本開示の方法において、複合体におけるNa源の被覆率が40面積%以上である場合、当該複合体を焼成した場合に、その表面に結晶子の小さなP2型結晶が形成され易い。本実施形態においては、一のP2型結晶子と他のP2型結晶子とを互いに連結させるようにして、粒子の表面に沿ってP2型結晶を成長させることで、Na含有酸化物の形状が、前駆体の形状と対応するものとなる。例えば、前駆体が球状粒子である場合、Na含有酸化物も球状粒子となり得る。本焼成時間が短過ぎると、Naドープが行われず、目的とするP2型構造が得られ難い。一方、本焼成時間が長過ぎると、P2型構造が成長し、球状ではなく板状の粒子となる。本発明者が確認した限りでは、本焼成時間が30分以上3時間以下である場合に、Na含有酸化物の球状粒子が得られ易い。本焼成後に得られるNa含有酸化物は、表面に複数の結晶子が存在し、かつ、結晶子同士が連結した構造を有していてもよい。 The main firing time is not particularly limited and may be, for example, 30 minutes or more and 48 hours or less. However, the shape of the Na-containing oxide can be controlled by the main firing time. As described above, in the method of this disclosure, when the coverage rate of the Na source in the composite is 40 area % or more, when the composite is fired, small P2-type crystals are easily formed on its surface. In this embodiment, by linking one P2-type crystallite with another P2-type crystallite and growing P2-type crystals along the surface of the particles, the shape of the Na-containing oxide corresponds to the shape of the precursor. For example, if the precursor is a spherical particle, the Na-containing oxide may also become a spherical particle. If the main firing time is too short, Na doping will not occur, and it will be difficult to obtain the desired P2-type structure. On the other hand, if the main firing time is too long, the P2-type structure will grow, resulting in plate-like particles instead of spherical ones. As far as the inventors have confirmed, spherical particles of Na-containing oxide are easily obtained when the main firing time is 30 minutes or more and 3 hours or less. The Na-containing oxide obtained after the final calcination may have multiple crystallites on its surface, and the crystallites may be linked together to form a structure.

S3における焼成雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気雰囲気等の酸素含有雰囲気や不活性ガス雰囲気であってよい。 The firing atmosphere in S3 is not particularly limited and may be, for example, an oxygen-containing atmosphere such as air or an inert gas atmosphere.

2.P2型構造を有するNa含有酸化物
以上の方法により、P2型構造を有し、かつ、O3相が低減されたNa含有酸化物を製造することができる。以下、一実施形態に係るNa含有酸化物について説明する。
2. Na-containing oxide having a P2-type structure By the above method, a Na-containing oxide having a P2-type structure and a reduced O3 phase can be produced. A Na-containing oxide according to one embodiment will be described below.

2.1 化学組成
一実施形態に係るNa含有酸化物は、構成元素として、少なくとも、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素と、Naと、Oとを含む。特に、構成元素として、少なくとも、Naと、Mnと、Ni及びCoのうちの一方又は両方と、Oとを含む場合、中でも、構成元素として、少なくとも、Naと、Mnと、Niと、Coと、Oとを含む場合に、より高い性能が得られ易い。一実施形態において、P2型構造を有するNa含有酸化物は、NaMnx-pNiy-qCoz-rp+q+r(ここで、0<a≦1.00、x+y+z=1、かつ、0≦p+q+r<0.17であり、元素Mは、B、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo及びWから選ばれる少なくとも1種である。)で示される化学組成を有するものであってもよい。Na含有酸化物がこのような化学組成を有する場合、P2型構造が維持され易い。上記化学組成において、aは、0超であり、0.10以上、0.20以上、0.30以上、0.40以上、0.50以上又は0.60以上であってもよく、かつ、1.00以下であり、0.90以下、0.80以下又は0.70以下であってもよい。また、xは、0以上であり、0.10以上、0.20以上、0.30以上、0.40以上又は0.50以上であってもよく、かつ、1.00以下であり、0.90以下、0.80以下、0.70以下、0.60以下又は0.50以下であってもよい。また、yは、0以上であり、0.10以上又は0.20以上であってもよく、かつ、1.00以下であり、0.90以下、0.80以下、0.70以下、0.60以下、0.50以下、0.40以下、0.30以下又は0.20以下であってもよい。また、zは、0以上であり、0.10以上、0.20以上又は0.30以上であってもよく、かつ、1.00以下であり、0.90以下、0.80以下、0.70以下、0.60以下、0.50以下、0.40以下又は0.30以下であってもよい。元素Mは充放電への寄与が小さい。この点、上記の化学組成において、p+q+rが0.17未満であることで、高い充放電容量が確保され易い。p+q+rは、0.16以下、0.15以下、0.14以下、0.13以下、0.12以下、0.11以下又は0.10以下であってもよい。一方で、元素Mが含まれることで、P2型構造が安定化し易い。上記の化学組成において、p+q+rは0以上であり、0.01以上、0.02以上、0.03以上、0.04以上、0.05以上、0.06以上、0.07以上、0.08以上、0.09以上又は0.10以上であってもよい。Oの組成は、ほぼ2であるが、2.0ピッタリとは限らず、不定である。
2.1 Chemical Composition The Na-containing oxide according to one embodiment contains, as constituent elements, at least one element from among Mn, Ni, and Co, Na, and O. In particular, when the constituent elements include at least Na, Mn, one or both of Ni and Co, and O, higher performance is more easily obtained when the constituent elements include at least Na, Mn, Ni, Co, and O. In one embodiment, a Na-containing oxide having a P2-type structure may have a chemical composition represented by Na a Mn x-p Ni y-q Co z-r M p+q+r O 2 (where 0 < a ≤ 1.00, x + y + z = 1, and 0 ≤ p + q + r < 0.17, and element M is at least one selected from B, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, and W). When a Na-containing oxide has such a chemical composition, the P2-type structure is easily maintained. In the above chemical composition, a is greater than 0 and may be 0.10 or more, 0.20 or more, 0.30 or more, 0.40 or more, 0.50 or more, or 0.60 or more, and may be 1.00 or less and may be 0.90 or less, 0.80 or less, or 0.70 or less. Also, x is greater than or equal to 0 and may be 0.10 or more, 0.20 or more, 0.30 or more, 0.40 or more, or 0.50 or more, and may be 1.00 or less and may be 0.90 or less, 0.80 or less, 0.70 or less, 0.60 or less, or 0.50 or less. Also, y is greater than or equal to 0 and may be 0.10 or more or 0.20 or more, and may be 1.00 or less and may be 0.90 or less, 0.80 or less, 0.70 or less, 0.60 or less, 0.50 or less, 0.40 or less, 0.30 or less, or 0.20 or less. Furthermore, z is 0 or greater, and may be 0.10 or greater, 0.20 or greater, or 0.30 or greater, and may be 1.00 or less, and may be 0.90 or less, 0.80 or less, 0.70 or less, 0.60 or less, 0.50 or less, 0.40 or less, or 0.30 or less. Element M has a small contribution to charging and discharging. In this respect, in the above chemical composition, a high charge-discharge capacity is easily secured when p+q+r is less than 0.17. p+q+r may be 0.16 or less, 0.15 or less, 0.14 or less, 0.13 or less, 0.12 or less, 0.11 or less, or 0.10 or less. On the other hand, the inclusion of element M makes it easier to stabilize the P2 type structure. In the above chemical composition, p + q + r is 0 or greater, and may be 0.01 or greater, 0.02 or greater, 0.03 or greater, 0.04 or greater, 0.05 or greater, 0.06 or greater, 0.07 or greater, 0.08 or greater, 0.09 or greater, or 0.10 or greater. The O composition is approximately 2, but is not necessarily exactly 2.0 and is indeterminate.

2.2 結晶構造
一実施形態に係るNa含有酸化物は、結晶構造として、少なくともP2型構造(空間群P63/mmcに属する)を有する。当該Na含有酸化物は、P2型構造を有するとともに、P2型構造以外の結晶構造を有していてもよい。P2型構造以外の結晶構造としては、例えば、P2型構造からNaを脱挿入した際に形成される各種結晶構造が挙げられる。ここで、本実施形態に係るNa含有酸化物は、P2型構造を有する一方で、O3型構造が少ない。本実施形態に係るNa含有酸化物は、主相としてP2型構造を有し得る。例えば、本実施形態に係るNa含有酸化物のX線回折パターンは、0.5≦IP2/IO3≦20.0を満たしていてもよい。ここで、IP2は、P2型構造の(102)面に由来するX線回折ピーク強度である。また、IO3は、O3型構造の(015)面に由来するX線回折ピーク強度である。IP2/IO3は、1.0以上、2.0以上、3.0以上、又は、4.0以上であってもよく、18.0以下、16.0以下、14.0以下、12.0以下、10.0以下、9.0以下、8.0以下、又は、7.0以下であってもよい。
2.2 Crystal Structure The Na-containing oxide according to one embodiment has at least a P2-type structure (belonging to space group P63 /m mc) as its crystal structure. The Na-containing oxide may have a P2-type structure as well as other crystal structures. Examples of crystal structures other than the P2-type structure include various crystal structures formed when Na is removed or inserted from a P2-type structure. In this embodiment, the Na-containing oxide has a P2-type structure, while having few O3-type structures. The Na-containing oxide according to this embodiment may have a P2-type structure as its main phase. For example, the X-ray diffraction pattern of the Na-containing oxide according to this embodiment may satisfy 0.5 ≤ I P2 / I O3 ≤ 20.0. Here, I P2 is the X-ray diffraction peak intensity originating from the (102) plane of the P2-type structure. I O3 is the X-ray diffraction peak intensity originating from the (015) plane of the O3-type structure. IP2 / IO3 may be 1.0 or greater, 2.0 or greater, 3.0 or greater, or 4.0 or greater, and may be 18.0 or less, 16.0 or less, 14.0 or less, 12.0 or less, 10.0 or less, 9.0 or less, 8.0 or less, or 7.0 or less.

P2型構造の(102)面に由来するX線回折ピーク強度IP2は、以下のようにして特定する。
(1)CuKαを線源とするX線回折パターンにおいて、バックグラウンドとして、35.0°±0.2°における回折ピーク強度の平均値I35を求める。
(2)前記X線回折パターンにおいて、39.23°から40.05°までの間における回折ピーク強度の最大値I39を求める。
(3)I39からI35をひいた値をIP2とする(IP2=I39-I35)。
The X-ray diffraction peak intensity I P2 originating from the (102) plane of the P2-type structure is identified as follows.
(1) In the X-ray diffraction pattern using CuKα as the source, the average value I35 of the diffraction peak intensity at 35.0° ± 0.2° is determined as the background.
(2) Determine the maximum value I39 of the diffraction peak intensity between 39.23° and 40.05° in the X-ray diffraction pattern.
(3) Let I P2 be the value obtained by subtracting I 35 from I 39 (I P2 = I 39 - I 35 ).

O3型構造の(015)面に由来するX線回折ピーク強度IO3は、以下のようにして特定する。
(1)CuKαを線源とするX線回折パターンにおいて、バックグラウンドとして、35.0°±0.2°における回折ピーク強度の平均値I35を求める。
(2)前記X線回折パターンにおいて、45.35°から45.65°までの間における回折ピーク強度の最大値I45を求める。
(3)I45からI35をひいた値をIO3とする(IO3=I45-I35)。
The X-ray diffraction peak intensity I₀O₃ originating from the (015) plane of the O₃ type structure is identified as follows.
(1) In the X-ray diffraction pattern using CuKα as the source, the average value I35 of the diffraction peak intensity at 35.0° ± 0.2° is determined as the background.
(2) Determine the maximum value I 45 of the diffraction peak intensity between 45.35° and 45.65° in the X-ray diffraction pattern.
(3) Let I O3 be the value obtained by subtracting I 35 from I 45 (I O3 = I 45 - I 35 ).

一実施形態に係るNa含有酸化物は、1つの結晶子からなる単結晶であってもよいし、複数の結晶子を有する多結晶であってもよい。例えば、一実施形態に係るNa含有酸化物は、その表面が複数の結晶子によって構成されていてもよい。言い換えれば、Na含有酸化物は、その表面において、複数の結晶子同士が連結した構造を有していてもよい。Na含有酸化物の表面が複数の結晶子によって構成される場合、表面に結晶粒界が存在することとなる。ここで、結晶粒界は、インターカレーションの入口及び出口となる場合がある。すなわち、Na含有酸化物が、複数の結晶子を有する多結晶である場合、インターカレーションの出入り口が多くなって反応抵抗が低下する効果、ナトリウムイオンの移動距離が短くなって拡散抵抗が減少する効果、充放電時の膨張収縮量の絶対量が少なくなり、割れが発生し難くなる効果、などが期待できる。結晶子のサイズは、大きくても小さくてもよいが、結晶子のサイズが小さいほうが、結晶粒界が多くなり、上述の有利な効果が発揮され易いものと考えられる。例えば、Na含有酸化物を構成する結晶子の直径が、1μm未満であると、より高い性能が得られ易い。尚、「結晶子」や「結晶子の直径」は、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)によってNa含有酸化物の表面を観察することにより求めることができる。すなわち、Na含有酸化物の表面を観察し、結晶粒界によって囲まれる1つの閉じられた領域が観察された場合、当該領域を「結晶子」とみなす。当該結晶子について最大のフェレ径を求め、これを「結晶子の直径」とみなす。尚、仮にNa含有酸化物が単結晶からなる場合、当該粒子そのものが一つの結晶子といえ、当該粒子の最大のフェレ径が「結晶子の直径」である。或いは、結晶子の直径は、EBSDやXRDによって求めることもできる。例えば、結晶子の直径は、XRDパターンの回折線の半値幅からシェラーの式に基づいて求めることができる。Na含有酸化物は、いずれかの方法により特定された結晶子の直径が1μm未満であると、より高い性能が発揮され易い。 The Na-containing oxide according to one embodiment may be a single crystal consisting of one crystallite, or a polycrystalline material having multiple crystallites. For example, the surface of the Na-containing oxide according to one embodiment may be composed of multiple crystallites. In other words, the Na-containing oxide may have a structure on its surface in which multiple crystallites are linked to each other. When the surface of the Na-containing oxide is composed of multiple crystallites, grain boundaries will exist on the surface. Here, grain boundaries may serve as entry and exit points for intercalation. That is, if the Na-containing oxide is a polycrystalline material having multiple crystallites, effects such as a decrease in reaction resistance due to an increase in the number of entry and exit points for intercalation, a decrease in diffusion resistance due to a shorter movement distance of sodium ions, and a reduction in the absolute amount of expansion and contraction during charging and discharging, making it less likely for cracking to occur can be expected. The size of the crystallites may be large or small, but it is thought that a smaller crystallite size results in more grain boundaries, making it easier to exhibit the above-mentioned advantageous effects. For example, if the diameter of the crystallites constituting the Na-containing oxide is less than 1 μm, higher performance is more likely to be obtained. Furthermore, "crystallites" and "crystallite diameters" can be determined by observing the surface of a Na-containing oxide using a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM). Specifically, when observing the surface of a Na-containing oxide, if a closed region surrounded by grain boundaries is observed, this region is considered a "crystallite." The maximum Ferret diameter of this crystallite is determined and considered the "crystallite diameter." If the Na-containing oxide consists of a single crystal, the particle itself can be considered a single crystallite, and the maximum Ferret diameter of that particle is the "crystallite diameter." Alternatively, the crystallite diameter can also be determined by EBSD or XRD. For example, the crystallite diameter can be determined from the full width at half maximum of the diffraction lines in the XRD pattern based on Scherrer's formula. Na-containing oxides tend to exhibit higher performance when the crystallite diameter, as determined by either method, is less than 1 μm.

2.3 形状
P2型構造は、六方晶系であり、Naイオンの拡散係数が大きく、特定の方向に結晶成長し易い。特に、P2型構造を構成する遷移金属元素として、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つが含まれる場合に、特定の方向へと板状に結晶成長し易い。そのため、P2型構造を有するNa含有遷移金属酸化物は、結晶の成長方向が特定の方向に偏った、アスペクト比の大きな板状粒子となるのが通常である。これに対し、一実施形態に係るNa含有酸化物は、上述の通り、球状粒子であってもよい。Na含有酸化物が球状粒子である場合、上述の通り、結晶子サイズの低減によって反応抵抗が低下し、粒子内部の拡散抵抗が低下し易い。さらに、二次電池等に適用した場合、球状化によって屈曲度が低減され、ナトリウムイオン伝導抵抗が低下するものと考えられる。これにより、例えば、レート特性が向上し、可逆容量が大きくなり易い。
2.3 Shape The P2 type structure is hexagonal, has a large diffusion coefficient for Na ions, and is prone to crystal growth in a specific direction. In particular, when at least one of Mn, Ni, and Co is included as a transition metal element constituting the P2 type structure, it is prone to plate-like crystal growth in a specific direction. Therefore, Na-containing transition metal oxides having a P2 type structure usually become plate-like particles with a large aspect ratio, where the crystal growth direction is biased in a specific direction. In contrast, the Na-containing oxide according to one embodiment may be spherical particles, as described above. When the Na-containing oxide is spherical, as described above, the reaction resistance decreases due to the reduction in crystallite size, and the diffusion resistance inside the particles tends to decrease. Furthermore, when applied to secondary batteries, etc., it is thought that the curvature is reduced by spheroidization, and the sodium ion conduction resistance decreases. As a result, for example, the rate characteristics are improved and the reversible capacity tends to increase.

一実施形態に係るNa含有酸化物は、中実の粒子であってよいし、中空の粒子であってもよいし、空隙を有する粒子であってもよい。Na含有酸化物粒子のサイズは特に限定されないが、サイズが小さいほうが有利と考えられる。例えば、Na含有酸化物粒子の平均粒子径(D50)は、0.1μm以上10μm以下、1.0μm以上8.0μm以下、又は、2.0μm以上6.0μm以下であってもよい。尚、平均粒子径(D50)とは、レーザー回折・散乱法によって体積基準の粒度分布における積算値50%での粒子径(D50、メジアン径)である。 The Na-containing oxide according to one embodiment may be solid particles, hollow particles, or particles with voids. The size of the Na-containing oxide particles is not particularly limited, but smaller sizes are considered advantageous. For example, the average particle diameter (D50) of the Na-containing oxide particles may be 0.1 μm to 10 μm, 1.0 μm to 8.0 μm, or 2.0 μm to 6.0 μm. Note that the average particle diameter (D50) is the particle diameter (D50, median diameter) at 50% of the cumulative value in the volume-based particle size distribution obtained by laser diffraction/scattering.

2.4 補足
以上をまとめると、一実施形態に係るNa含有酸化物は、例えば、以下の構成(1)~(4)を備えるものであってもよい。
(1)前記Na含有酸化物は、構成元素として、少なくとも、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素と、Naと、Oとを含む。
(2)前記Na含有酸化物は、P2型構造を有する。
(3)前記Na含有酸化物のX線回折パターンは、0.5≦IP2/IO3≦20.0を満たす。
(4)前記Na含有酸化物は、球状粒子である、
2.4 Supplementary Information In summary, the Na-containing oxide according to one embodiment may, for example, have the following configurations (1) to (4).
(1) The Na-containing oxide comprises, as constituent elements, at least one element from among Mn, Ni, and Co, as well as Na and O.
(2) The Na-containing oxide has a P2-type structure.
(3) The X-ray diffraction pattern of the Na-containing oxide satisfies 0.5 ≤ I P2 / I O3 ≤ 20.0.
(4) The Na-containing oxide is a spherical particle.

3.用途
上記の方法によって製造されたP2型構造を有するNa含有酸化物は、例えば、ナトリウムイオン電池の正極活物質として利用可能である。一実施形態に係るナトリウムイオン電池は、正極活物質層、電解質層及び負極活物質層を備え、前記正極活物質層が、正極活物質として、上記本開示のP2型構造を有するNa含有酸化物を含むことを特徴とする。ナトリウムイオン電池は、上記の特定の正極活物質を含むこと以外は、従来と同様の構成を採り得る。
3. Applications The Na-containing oxide having a P2-type structure produced by the above method can be used, for example, as a positive electrode active material in a sodium-ion battery. A sodium-ion battery according to one embodiment comprises a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the positive electrode active material layer contains the Na-containing oxide having a P2-type structure described above as the positive electrode active material. A sodium-ion battery can have the same configuration as conventional batteries, except that it contains the above-described specific positive electrode active material.

以上の通り、P2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法等の一実施形態について説明したが、本開示の製造方法等は、その要旨を逸脱しない範囲で上記の実施形態以外に種々変更が可能である。以下、実施例を示しつつ、本開示の技術についてさらに詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。 As described above, one embodiment of a method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure has been explained. However, the manufacturing method of this disclosure can be modified in various ways other than the above embodiment without departing from its essence. The technology of this disclosure will be described in more detail below with reference to examples, but the technology of this disclosure is not limited to the following examples.

1.P2型構造を有するNa含有酸化物の作製
1.1 前駆体の作製
(1)MnSO・5HO、NiSO・6HO、CoSO・7HOを目的の組成比となるように秤量し、1.6mol/Lの濃度となるように蒸留水に溶解させて、第1溶液を得た。また、別の容器にNaCOを1.6mol/Lの濃度となるように蒸留水に溶解させて、第2溶液を得た。
(2)反応容器(邪魔板あり)に850mLの純水を入れ、ここに、500mLの第1溶液と、500mLの第2溶液とを、各々、約4mL/minの速度で滴下した。
(3)滴下終了後、室温にて撹拌速度160rpmで1時間撹拌して、生成物を得た。
(4)生成物を純水で洗浄し、遠心分離機で固液分離して、沈殿物を回収した。
(5)得られた沈殿物を150℃で一晩乾燥させ、乳鉢粉砕後に気流分級にて微粒子を取り除き、前駆体粒子を得た。前駆体粒子は、Mn、Ni及びCoを含む複合塩であり、0.80以上の円形度を有する球状粒子であった。
1. Preparation of Na-containing oxides having a P2-type structure 1.1 Preparation of precursors (1) MnSO₄ · 5H₂O , NiSO₄ · 6H₂O , and CoSO₄ · 7H₂O were weighed to the desired composition ratio and dissolved in distilled water to a concentration of 1.6 mol/L to obtain the first solution. In addition, Na₂CO₃ was dissolved in distilled water to a concentration of 1.6 mol /L in a separate container to obtain the second solution.
(2) 850 mL of pure water was placed in a reaction vessel (with baffles), and 500 mL of the first solution and 500 mL of the second solution were added dropwise to it at a rate of approximately 4 mL/min each.
(3) After the dropwise addition was complete, the mixture was stirred at room temperature at a stirring speed of 160 rpm for 1 hour to obtain the product.
(4) The product was washed with pure water, and solid-liquid separation was performed using a centrifuge to recover the precipitate.
(5) The obtained precipitate was dried overnight at 150°C, ground in a mortar, and then fine particles were removed by air classification to obtain precursor particles. The precursor particles were a complex salt containing Mn, Ni, and Co, and were spherical particles with a circularity of 0.80 or more.

1.2 複合体の作製
(1)Na源としてのNaCOと、上記の前駆体粒子とを、後述の焼成後における組成がNa0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3となるように秤量した。
(2)秤量したNa源と前駆体粒子とを、スプレードライによって混合した。具体的には、秤量したNa源と前駆体粒子とを溶媒に添加し、Na源が溶解し、かつ、前駆体粒子が分散した分散溶液についてスプレードライを行った。スプレードライの温度は200℃とし、噴霧圧力は0.3MPaとした。スプレードライにより、前駆体粒子の表面の75面積%がNa源で被覆された複合体を得た。
1.2 Preparation of the composite (1) Na₂CO₃ as the Na source and the above-mentioned precursor particles were weighed so that the composition after calcination, as described later, would be Na₀.7 Mn₀.5 Ni₀.2 Co₀.3 O₂ .
(2) The weighed Na source and precursor particles were mixed by spray drying. Specifically, the weighed Na source and precursor particles were added to a solvent, and the dispersion solution in which the Na source was dissolved and the precursor particles were dispersed was spray dried. The spray drying temperature was 200°C and the spray pressure was 0.3 MPa. By spray drying, a composite was obtained in which 75% of the surface area of the precursor particles was coated with the Na source.

1.3 複合体の焼成
複合体1gをアルミナ坩堝に入れ、大気雰囲気で焼成を行った。焼成工程における条件については以下の(1)~(5)の通りである。
(1)加熱炉に上記の複合体を含むアルミナ坩堝を設置する。ここで、複合体の厚さBは、3mmである。
(2)加熱炉内を室温から900℃まで所定の昇温速度Aで昇温させる。昇温速度Aと厚さBとの関係は、下記表1に示される通りである。
(3)加熱炉内を900℃で1時間保持し、本焼成を行う。
(4)本焼成後、加熱炉内を900℃から250℃まで4時間で降温させる。
(5)250℃で加熱炉からアルミナ坩堝を取り出し、大気放冷する。
1.3 Firing of the composite 1 g of the composite was placed in an alumina crucible and fired in an air atmosphere. The conditions for the firing process were as follows (1) to (5).
(1) Place the alumina crucible containing the above composite material in the heating furnace. Here, the thickness B of the composite material is 3 mm.
(2) The temperature inside the heating furnace is raised from room temperature to 900°C at a predetermined heating rate A. The relationship between the heating rate A and the thickness B is as shown in Table 1 below.
(3) Maintain the temperature inside the heating furnace at 900°C for 1 hour to perform the final firing.
(4) After the main firing, the temperature inside the heating furnace is lowered from 900°C to 250°C over 4 hours.
(5) Remove the alumina crucible from the heating furnace at 250°C and allow it to cool in the air.

大気放冷後の焼成物をドライ雰囲気下で乳鉢を用いて粉砕することで、P2型構造を有するNa含有酸化物粒子を得た。当該Na含有酸化物粒子は、Na0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3で示される化学組成を有するものであった。 Na-containing oxide particles having a P2-type structure were obtained by crushing the calcined material, which had been cooled to air, using a mortar and pestle in a dry atmosphere. These Na-containing oxide particles had a chemical composition represented by Na 0.7 , Mn 0.5 , Ni 0.2 , Co 0.3, and O 2 .

2.Na含有酸化物粒子の評価
2.1 SEMによる外観観察
図2に実施例1、2、4及び比較例の各々に係るNa含有酸化物の外観SEM写真を示す。図2から明らかなように、実施例1、2、4及び比較例の各々に係るNa含有酸化物は、0.80以上の円形度を有する球状粒子である。また、当該球状粒子は、その表面が複数の結晶子によって構成されており、その結晶子径は、1μm未満であることがわかる。実施例3及び5に係るNa含有酸化物ついても、同様の形態であった。
2. Evaluation of Na-containing oxide particles 2.1 Visual observation by SEM Figure 2 shows SEM images of the appearance of the Na-containing oxides for each of Examples 1, 2, 4 and the Comparative Example. As is clear from Figure 2, the Na-containing oxides for each of Examples 1, 2, 4 and the Comparative Example are spherical particles with a circularity of 0.80 or more. Furthermore, it can be seen that the surface of these spherical particles is composed of multiple crystallites, and the crystallite diameter is less than 1 μm. The Na-containing oxides for Examples 3 and 5 had a similar morphology.

2.2 X線回折測定による結晶構造の特定
実施例1~5及び比較例の各々のNa含有酸化物について、CuKαを線源とするX線回折測定を行い、X線回折パターンを取得し、当該X線回折パターンから、P2型構造の(102)面に由来する回折ピーク強度IP2とO3型構造の(015)面に由来する回折ピーク強度IO3との比IP2/IO3を求めた。図3に実施例1~5及び比較例の各々のNa含有酸化物のX線回折パターンを示す。図3に示されるように、比較例に係るNa含有酸化物は、P2型構造に由来する回折ピーク強度IP2とO3型構造に由来する回折ピーク強度IO3との比IP2/IO3が小さく、すなわち、O3相を多く含むものであった。これに対し、実施例1~5に係るNa含有酸化物は、比IP2/IO3が大きく、比較例と比べて、O3相の量が大きく低減されていた。実施例1~5においては、本焼成時の昇温速度が低速であったことで、O3相が低減されたものと考えられる。本発明者がより詳しく確認したところによれば、O3相の量は、複合体を焼成する際の300℃から500℃に至るまでの昇温速度によって制御できる。具体的には、下記表1及び図4に示されるように、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、複合体の厚さB(mm)との比A/Bが4.5以下である場合に、IP2/IO3が顕著に大きな値となり、すなわち、O3相が顕著に低減され易い。
2.2 Determination of Crystal Structure by X-ray Diffraction Measurement For each of the Na-containing oxides in Examples 1 to 5 and the Comparative Example, X-ray diffraction measurements were performed using CuKα as the radiation source to obtain X-ray diffraction patterns. From these X-ray diffraction patterns, the ratio I₁P₂ / I₂O₃ , between the diffraction peak intensity I₁P₂ originating from the (102) plane of the P2-type structure and the diffraction peak intensity I₁O₃ originating from the (015) plane of the O3-type structure, was determined. Figure 3 shows the X-ray diffraction patterns of each of the Na-containing oxides in Examples 1 to 5 and the Comparative Example. As shown in Figure 3, the Na-containing oxide in the Comparative Example had a small ratio I₁P₂ / I₂O₃ between the diffraction peak intensity I₁P₂ originating from the P2 -type structure and the diffraction peak intensity I₁O₃ originating from the O3-type structure, meaning it contained a large amount of the O3 phase. In contrast, the Na-containing oxides in Examples 1 to 5 had a large ratio I₁P₂ / I₂O₃ , indicating a significantly reduced amount of the O3 phase compared to the Comparative Example. In Examples 1 to 5, it is believed that the O3 phase was reduced because the heating rate during the main firing was slow. The inventors have investigated further and found that the amount of the O3 phase can be controlled by the heating rate from 300°C to 500°C when firing the composite. Specifically, as shown in Table 1 and Figure 4 below, when the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C to the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less, I P2 /I O3 becomes a significantly large value, meaning that the O3 phase is significantly reduced.

3.補足
尚、上記の実施例では、共沈法によって前駆体を得る場合を例示したが、前駆体はこれ以外の方法によって得ることもできる。また、上記の実施例では、スプレードライによって前駆体の表面をNa源でコートして複合体を得る場合を例示したが、複合体はこれ以外の方法によって得ることもできる。また、上記の実施例では、P2型構造を有するNa含有酸化物として、所定の化学組成を有するものを例示したが、Na含有酸化物の化学組成はこれに限定されるものではない。P2型構造を採る種々の化学組成が採用され得る。また、Na含有酸化物は、Mn、Ni及びCo以外の元素Mがドープされていてもよい。元素Mについては、実施形態において説明した通りである。また、上記の実施例では、球状の前駆体を用いることで、最終的に球状のNa含有酸化物粒子を得る場合を例示したが、前駆体やNa含有酸化物は球状粒子に限定されるものではない。ただし、球状粒子である場合、例えば、電池用正極活物質として高い効果が期待できる。
3. Supplementary Information In the above examples, the case in which the precursor is obtained by coprecipitation is illustrated, but the precursor can also be obtained by other methods. Also, in the above examples, the case in which the composite is obtained by coating the surface of the precursor with a Na source by spray drying is illustrated, but the composite can also be obtained by other methods. Also, in the above examples, a Na-containing oxide having a P2-type structure with a predetermined chemical composition is illustrated, but the chemical composition of the Na-containing oxide is not limited to this. Various chemical compositions that adopt a P2-type structure can be used. Also, the Na-containing oxide may be doped with an element M other than Mn, Ni, and Co. The element M is as described in the examples. Also, in the above examples, the case in which spherical precursors are used to obtain spherical Na-containing oxide particles is illustrated, but the precursor and Na-containing oxide are not limited to spherical particles. However, when spherical particles are used, for example, a high effect can be expected as a positive electrode active material for batteries.

4.まとめ
以上の通り、P2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法であって、以下の工程S1~S3を有するものによれば、Na含有酸化物におけるO3相を低減することができる。すなわち、P2型構造を有するとともにO3相が低減されたNa含有酸化物を製造することができる。
S1:Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素を含む前駆体を得る。
S2:前記前駆体の表面をNa源で被覆して、複合体を得る。
S3:前記複合体を焼成することで、P2型構造を有するNa含有酸化物を得る。ここで、前記複合体の焼成の際、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、前記複合体の厚さB(mm)との比A/Bが、4.5以下である。
4. Summary As described above, a method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure, comprising the following steps S1 to S3, can reduce the O3 phase in the Na-containing oxide. That is, it is possible to produce a Na-containing oxide having a P2-type structure and a reduced O3 phase.
S1: Obtain a precursor containing at least one element from among Mn, Ni, and Co.
S2: The surface of the precursor is coated with a Na source to obtain a composite.
S3: By calcining the composite, a Na-containing oxide having a P2-type structure is obtained. Here, during the calcination of the composite, the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C and the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less.

また、上記の製造方法によれば、例えば、以下の構成(1)~(4)を満たすNa含有酸化物が得られる。すなわち、当該Na含有酸化物は、
(1)構成元素として、少なくとも、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つの元素と、Naと、Oとを含む。
(2)P2型構造を有する。
(3)0.5≦IP2/IO3≦20.0を満たすX線回折パターンを有する。
(4)球状粒子である。
Furthermore, according to the above manufacturing method, for example, a Na-containing oxide satisfying the following configurations (1) to (4) can be obtained. That is, the Na-containing oxide is
(1) The constituent elements include at least one element from among Mn, Ni, and Co, as well as Na and O.
(2) It has a P2 type structure.
(3) It has an X-ray diffraction pattern that satisfies 0.5 ≤ I P2 / I O3 ≤ 20.0.
(4) It is a spherical particle.

Claims (1)

空間群P63/mmcに属するP2型構造を有するNa含有酸化物の製造方法であって、
遷移金属イオンと水溶液中で沈殿を形成し得るイオン源と、Mnを含む遷移金属化合物と、Niを含む遷移金属化合物と、Coを含む遷移金属化合物とを用い、共沈法によって、Mn、Ni及びCoを含む前駆体を得ること、
転動流動コーティング法又はスプレードライ法によって、前記前駆体の表面をNa源で被覆して、複合体を得ること、及び、
前記複合体を焼成することで、P2型構造を有するNa含有酸化物を得ること、
を含み、
前記複合体の焼成の際、300℃から500℃に至るまでの昇温速度A(℃/min)と、前記複合体の厚さB(mm)との比A/Bが、4.5以下であ
前記昇温速度Aが、13.5℃/min以下であり、
前記複合体の本焼成温度が、700℃以上1100℃以下であり、
前記複合体の本焼成時間が、30分以上48時間以下であり、
前記P2型構造を有するNa含有酸化物が、Na Mn Ni Co (ここで、0<a≦1.00、0.30≦x≦0.70、0.10≦y≦0.30、0.20≦z≦0.60、かつ、x+y+z=1である。)で示される化学組成を有する、
製造方法。
A method for producing a Na-containing oxide having a P2-type structure belonging to the space group P63/mmc ,
Using an ion source capable of forming precipitates with transition metal ions in aqueous solution, a transition metal compound containing Mn, a transition metal compound containing Ni, and a transition metal compound containing Co, a precursor containing Mn, Ni, and Co can be obtained by coprecipitation .
The composite is obtained by coating the surface of the precursor with a Na source using a rolling flow coating method or a spray drying method , and
By calcining the aforementioned composite, a Na-containing oxide having a P2-type structure is obtained.
Includes,
During the firing of the composite, the ratio A/B of the heating rate A (°C/min) from 300°C to 500°C to the thickness B (mm) of the composite is 4.5 or less.
The heating rate A is 13.5°C/min or less.
The firing temperature of the composite is between 700°C and 1100°C.
The main firing time of the composite is 30 minutes or more and 48 hours or less.
The Na-containing oxide having the P2-type structure has a chemical composition represented by Na a Mn x Ni y Co z O 2 (where 0 < a ≤ 1.00, 0.30 ≤ x ≤ 0.70, 0.10 ≤ y ≤ 0.30, 0.20 ≤ z ≤ 0.60, and x + y + z = 1).
Manufacturing method.
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