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JPH0130766B2 - - Google Patents
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JPH0130766B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0130766B2
JPH0130766B2 JP58173720A JP17372083A JPH0130766B2 JP H0130766 B2 JPH0130766 B2 JP H0130766B2 JP 58173720 A JP58173720 A JP 58173720A JP 17372083 A JP17372083 A JP 17372083A JP H0130766 B2 JPH0130766 B2 JP H0130766B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lialo
rod
temperature
chloride
particle shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP58173720A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6065719A (en
Inventor
Shinichi Ochiwa
Tomio Sugyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd filed Critical Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Priority to JP58173720A priority Critical patent/JPS6065719A/en
Publication of JPS6065719A publication Critical patent/JPS6065719A/en
Publication of JPH0130766B2 publication Critical patent/JPH0130766B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00Compounds of aluminium
    • C01F7/02Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/04Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom
    • C01F7/043Lithium aluminates

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の属する技術分野〕 本発明は、溶融炭酸塩燃料電池の主要な構成要
素のひとつである電解質タイルの電解質保持材
(以後これをマトリツクスと呼ぶ)として主に用
いられるリチウムアルミネート(LiAlO2)の製
造方法に関する。すなわち上記の電解質タイルは
電解質となる炭酸アルカリ(例えばLi2CO3
K2CO3)および溶融状態の電解質を保持するた
めのマトリツクスから成るが、本発明は特にこの
マトリツクスの原料であるLiAlO2粉末の製造方
法に関するものである。 〔従来技術とその欠点〕 LiAlO2にはα、β、γの3種類の結晶形態が
あるが、γ−LiAlO2が高温での安定相とされて
おり、αおよびβ−LiAlO2はいずれも高温で不
可逆的にγ−LiAlO2に転移することが知られて
いる。また、出発原料の種類、加熱条件等により
生成するLiAlO2の結晶形態や一次粒子のサイズ、
形状などが異なるものが得られる。LiAlO2の粒
子形状としては塊状、板状、棒状その他が知られ
ている。 一方溶融炭酸塩燃料電池に用いられるマトリツ
クスとしてのLiAlO2には次のような特性が要求
される。 (イ) 電解質を保持する性能に優れること(微細で
かつ高い比表面積を有すること)。 (ロ) 耐アルカリ性に優れること(溶融した炭酸塩
に対する溶解度が小さいこと)。 (ハ) 耐熱性に優れること(溶融した炭酸塩中でも
長期間結晶形態の変化、粒成長などが起こらな
いこと)。 (ニ) 熱サイクル性能に優れた電解質タイルが得ら
れること。 一般にマトリツクスの電解質保持性能や電解質
タイルの熱サイクル性能は、マトリツクス原料で
あるLiAlO2粉末の粒子形状が大きく影響すると
されており、特に棒状の粒子形状を有する
LiAlO2が好ましいとされている。これは特開昭
53−140300号公報にも述べられているように、棒
状の結晶粒子がランダムに絡み合つたフエルト状
の構造となるため、溶融した電解質に対する高い
保持性能および熱サイクルに対する優れた安定性
が得られるとされている。 従つて先に述べたような要求を満たすために
は、棒状の粒子形状を有し、しかも比表面積の高
いγ−LiAlO2を用いることが望ましいわけであ
るが、現在のところ棒状の粒子形状を有するβ−
LiAlO2は知られているものの、棒状の粒子形状
を有するγ−LiAlO2が得られたという報告は見
当らない。しかも従来の棒状β−LiAlO2の製造
方法についても、後述のようにその性状あるいは
製造技術上の問題がある。 LiAlO2の製造方法は種々開発されているが、
その主な方法には以下のようなものがある。 (イ) 炭酸塩混合法:Li2CO3−K2CO3−Al2O3の3
成分を、合成後の最終的な組成が所定の
Li2CO3−K2CO3−LiAlO2比となるように混合
後加熱して合成する方法 (ロ) 水酸化リチウム(LiOH)を用いる方法:
LiOH−Al2O3(あるいはこれにKOHを加える)
系混合物より合成する方法 (ハ) クロライド(塩化物)法:溶融したアルカリ
塩化物中でLiOHとAl2O3(あるいは水酸化アル
ミニウム)とを反応させる方法 これらの方法の中で(イ)の方法は、電解質をあと
から混合する必要が無いため製造工数が少ないと
いう長所をもつているが、これまでのところリチ
ウム源として炭酸塩を出発原料とした製法では棒
状のLiAlO2が得られたという報告は無い。 また(ロ)の方法ではLiOH−KOH−Al2O3系混合
物に水を加えたスラリーを蒸発乾固し、次いでこ
れを大気中で450℃に加熱するかもしくはこの蒸
発乾固した試料を炭酸ガス雰囲気中で常温で6時
間保ち、その後600℃に加熱する方法などにより、
12m2/grの比表面積を有する棒状のβ−LiAlO2
が得られるとされている。しかしながらこの方法
で得られるLiAlO2の比表面積は上記のように10
m2/gr前後であり電解質保持性能の点で充分とは
言えず、さらに製造工程中でCO2雰囲気にする必
要があることは製造コスト・量産性等の点で問題
がある。 一方(ハ)の方法は米国ゼネラルエレクトリツク社
が開発した方法である。この方法では反応物:融
剤=45:55(重量比)、LiOH/Al2O3・3H2O=
1.02(当量比)、NaCl:KCl=1:1(モル比)の
条件で650〜700℃でβを主体としたLiAlO2が、
また800℃以上でγ−LiAlO2が生成するとしてい
るが、β−LiAlO2の粒子形状は凝集体であり、
またγ−LiAlO2については粒子形状の記載が無
い。 また、本発明者らは上記の塩化物を融剤に用い
る方法の改良法として、融剤にNaCl−KCl系よ
りも低温で溶融するLiCl−KCl系混合物を用いる
方法を開発し、これにより得られる微細な
LiAlO2の製造方法につき特許出願中(特開昭58
−45113号公報参照)であるが、この場合でも合
成温度が360〜900℃の範囲では棒状の粒子形状を
有するLiAlO2を得ることはできなかつた。 一方棒状のβ−LiAlO2を得る別な方法として、
特公昭53−140300号公報に次の様な方法が提案さ
れている。まずリチウムイオンとアルミニウムイ
オンとを含有する水溶液よりLi2O−Al2O3
nH2Oで表わされるリチウムヒドロキソアルミネ
ートを沈澱させ、洗浄乾燥後200〜800℃で熱処理
して板状もしくは微細結晶状のβ−LiAlO2を得、
次いでこれを炭酸アルカリ融液中で500〜800℃で
熱処理することにより棒状のβ−LiAlO2を得る
方法である。しかしながら上記特許の方法には沈
澱の生成工程があり、沈澱を生成させる際50〜
100℃の間の所定の温度に保つことが必要として
いるが、この方法では沈澱を生成させる際の撹拌
条件、温度等により得られるLiAlO2の性状、特
に多孔性、Li/Al比、粒子サイズ等が微妙に変
化するため、再現性の高い均質な性状を有する粉
末が得られにくいという欠点がある。さらに、前
記特許では板状もしくは微細結晶状のβ−
LiAlO2を溶融炭酸アルカリ中で500−800℃で熱
処理することにより棒状のβ−LiAlO2が得られ
るとしているが、板状もしくは微細結晶状のβ−
LiAlO2を溶融した炭酸アルカリ中で加熱すると、
0.2μ〜0.6μ程度の微細な粒子が数10時間のうちに
数μの塊状粒子に変化し、同時に比表面積の大幅
な減少が起こると言われており、上記の方法では
高い比表面積を有する微細な棒状LiAlO2を得る
ことはかなりの困難を伴う。 〔発明の目的〕 本発明の目的は上述のような従来法のもつ欠点
を除去して、製造が容易でしかも高い比表面積を
有する棒状の粒子形状をもつLiAlO2が得られる
新規な製造方法を提供することにある。 〔発明の要点〕 高い比表面積を有しかつ棒状の粒子形状をもつ
LiAlO2を有るため特開昭58−45113号公報に示し
たLiCl−KCl系融剤を用いる改良型塩化物法につ
き種々の検討を行なつた結果、本発明者らは以下
に述べる方法により、従来知られていたB型のみ
ならず、これまで報告がなされていなかつたγ型
についても棒状の粒子形状を有するLiAlO2が得
られることを見出した。 棒状のLiAlO2を得る方法は次の3つの工程か
らなる。第一工程では、LiOH−Al2O3系反応物
とアルカリ金属の塩化物から成る融剤とを、融剤
が溶融する温度以上に加熱することにより板状粒
子が凝集したβ−LiAlO2を生成させる。次の第
二工程では、融剤および過剰のLiOHを除去す
る。第三工程では、得られたβ−LiAlO2を550℃
以上の温度で加熱処理し、棒状のLiAlO2を得る。 ここで第一工程における合成温度は、後述の実
施例にも示すように、β−LiAlO2が生成する温
度範囲とする必要がある。第一工程での主生成物
がγ−LiAlO2では、第三工程での加熱処理を550
〜1000℃の温度範囲で行なつても棒状の粒子形状
を有するLiAlO2は得られない。 本発明者らがアルカリ金属塩化物から成る融剤
を用いて種々の検討を重ねた結果、融剤の存在下
でγ−LiAlO2が実質上認められる反応温度の下
限は650℃であつた。従つて第一工程での合成温
度は650℃以下とする必要がある。また、上述の
ことより、第一工程で用いられる融剤としては
650℃以下の融点をもつアルカリ金属塩化物の混
合物であれば良く、350℃の融点をもつLiCl−
KCl系や、650℃の融点をもつNaCl−KCl系等の
融剤を用いることができるが、高い比表面積をも
つLiAlO2を得るためにはできるだけ低温で溶融
する融剤を用いて低温で反応を行なわせる方が良
く、この点からLiCl−KCl系の方が好ましい。 一方第三工程の加熱処理の温度は550〜1000℃
が好ましい。500℃以下では棒状の粒子形状に変
化する速度が極めて遅く、また1000℃以上では比
表面積の低下が顕著になり好ましくない。ここ
で、第三工程における加熱処理の温度が550〜700
℃の範囲では、LiAlO2の結晶形態はB型のまま
で粒子形状だけが棒状に変化する。また、加熱処
理の温度が750℃以上では、γ型でしかも棒状の
粒子形状を有するLiAlO2を得ることができる。 このように本発明の方法によれば、板状粒子の
凝集体から成るβ−LiAlO2を加熱処理するだけ
で棒状のβ−LiAlO2が得られるばかりでなく、
これまで得ることができなかつた棒状のγ−
LiAlO2をも新たに製造することが可能となつた。 本発明者らは、上述のような融剤を用いる方法
とは別の方法で得たβ−LiAlO2を加熱処理する
ことによつても、棒状の粒子形状を有する
LiAlO2が得られるか否かを調査した。その結果
を後述の比較例に示す。比較例ではLiOH−
Al2O3系混合物よりβ−LiAlO2を得る方法につい
て検討したものである。この方法では前記混合物
を450℃に加熱することにより微粒子状のβ−
LiAlO2が得られるが、これを500〜1000℃の範囲
で加熱処理しても棒状の粒子形状を有する
LiAlO2を得ることはできなかつた。 このように、融剤なしでLiOH−Al2O3系混合
物から合成したβ−LiAlO2ではこれを加熱処理
しても棒状のLiAlO2が得られないのに対し、塩
化物系の融剤を用いて合成したβ−LiAlO2の場
合は加熱処理により棒状のLiAlO2が得られるこ
との理由については未だ明らかではないが、本発
明者らが推定するに、加熱処理による棒状粒子へ
の変化には加熱処理前のLiAlO2の結晶形態、粒
子形状、粒子サイズ等の要因と、洗浄後において
も微量に残存する塩化物、水酸化リチウム等が粒
子界面で融剤として働くことによる要因とが複雑
に影響しているものと考えられる。 〔発明の実施例〕 以下に本発明の内容を実施例にもとづいてさら
に具体的に説明する。 実施例 1 LiAlO2の原料として水酸化リチウム1水和物
(LiOH・H2O)と酸化アルミニウム(γ−
Al2O3)を、また融剤として塩化リチウム
(LiCl)および塩化カリウム(KCl)を用意した。
これらの原料を以下の配合比となるように秤取し
た。 反応物:融剤=45:55(重量比) LiOH・H2O/γ−Al2O3=1.02(当量比) LiCl:KCl=58:42(モル比) これらの混合物にエチルアルコールを加えてス
ラリー状とし、ボールミルにて17時間混合した。
次に真空乾燥器を用いてスラリー中のエチルアル
コールを除去した後、高純度アルミナ製るつぼに
入れ、電気炉中で昇温速度100℃/Hで360〜800
℃に昇温し、1時間加熱保持した後室温まで放冷
した。 以上の操作により得られた試料は、生成した
LiAlO2、アルカリ塩化物および僅かに過剰に加
えたLiOH−H2Oの残渣であるLi2O等の混合物で
ある。そこで、次にLiAlO2のみを分離採取する
ため試料の洗浄を行なつた。すなわち、過剰のイ
オン交換水中に上記混合物を分散させ、水溶性成
分(アルカリ塩化物、Li2O)を溶解させた。一
定時間撹拌後静置し、上澄みを除去するいわゆる
傾斜法により十分洗浄をくり返したあと過を行
なつた。なおLi+、K+、Cl-などの残存イオンを
除去するためにさらに紙上で十分水洗し、次い
でLiAlO2を分離したあと乾燥器中で150℃で10時
間乾燥した。この乾燥物の比表面積、結晶形態お
よび粒子形状を調査した結果を第1表に示す。 第1図からわかるように、合成温度が360〜600
℃の範囲では0.5μ以下の微細な板状粒子の凝集体
から成るβ−LiAlO2が得られ、40〜80m2/grの
比表面積を有していた。また700℃以上では、
0.5μ以下の微細粒子の凝集体から成るγ−
LiAlO2であつた。 次にこうして得られたLiAlO2のうち合成温度
が400℃、550℃、700℃の3種類のものにつき昇
温速度100℃/Hにて500〜1000℃に昇温し、所定
温度で24時間保持したのち室温まで放冷した。こ
の操作により得られたLiAlO2の比表面積、結晶
形態および粒子形状を調査した結果を第2図に示
す。 第2図に示すように、合成温度が600℃以下で
得られた板状粒子の凝集体から成るβ−LiAlO2
を550〜1000℃の温度範囲で加熱処理すると、直
径が約0.2〜0.4μで長さが約1〜3μの棒状の粒子
形状を有するLiAlO2に変化することがわかる。
また得られる棒状LiAlO2の結晶形態は、加熱処
理の温度が700℃以下ではB型であつたが750℃以
上ではγ型であつた。 第3図に合成温度550℃で得られた板状粒子の
凝集体から成るβ−LiAlO2の電子顕微鏡写真を、
また第4図には第3図のβ−LiAlO2を700℃24時
間加熱処理して得られた棒状β−LiAlO2の電子
顕微鏡写真を、さらに第5図には第3図のβ−
LiAlO2を800℃24時間加熱処理して得られた棒状
γ−LiAlO2の電子顕微鏡写真を示す。 実施例 2 以下に示す配合比から成るLiOH・H2O−
Al2O3・3H2O(ギプサイト)−NaCl−KCl系混合
物を用意し、実施例1と類似の方法により合成温
度の異なる2種類のLiAlO2を調製した。 反応物:融剤=45:55(重量比) LiOH・H2O/Al2O3・3H2O=1.02(当量比) NaCL:KCl=1:1(モル比) 合成条件:650℃×1H、800℃×1H 実施例1と同様にして融剤を除去した後の
LiAlO2の性状を第1表に示す。
[Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to lithium aluminate (LiAlO 2 ). In other words, the above electrolyte tile contains alkali carbonate (e.g. Li 2 CO 3
The present invention particularly relates to a method for producing LiAlO 2 powder, which is the raw material for this matrix. [Prior art and its disadvantages] LiAlO 2 has three types of crystal forms: α, β, and γ, but γ-LiAlO 2 is considered to be the stable phase at high temperatures, and both α and β-LiAlO 2 are It is known that it irreversibly transforms to γ-LiAlO 2 at high temperatures. In addition, the crystal form and primary particle size of LiAlO 2 generated depending on the type of starting materials, heating conditions, etc.
Products with different shapes etc. can be obtained. Particle shapes of LiAlO 2 are known to be lump-like, plate-like, rod-like, and others. On the other hand, LiAlO 2 as a matrix used in molten carbonate fuel cells is required to have the following properties. (b) Excellent ability to retain electrolyte (fine and high specific surface area). (b) Excellent alkali resistance (low solubility in molten carbonate). (c) Excellent heat resistance (no change in crystal morphology or grain growth for long periods even in molten carbonate). (d) An electrolyte tile with excellent thermal cycle performance can be obtained. Generally, the electrolyte retention performance of the matrix and the thermal cycle performance of the electrolyte tile are said to be greatly influenced by the particle shape of the LiAlO 2 powder, which is the raw material for the matrix.
LiAlO 2 is said to be preferred. This is Tokukai Akira
As stated in Publication No. 53-140300, it has a felt-like structure in which rod-shaped crystal particles are randomly intertwined, resulting in high retention performance for molten electrolyte and excellent stability against thermal cycles. It is said that Therefore, in order to meet the above-mentioned requirements, it is desirable to use γ-LiAlO 2 that has a rod-like particle shape and has a high specific surface area. β-
Although LiAlO 2 is known, there has been no report that γ-LiAlO 2 having a rod-like particle shape was obtained. Moreover, the conventional method for producing rod-shaped β-LiAlO 2 also has problems in terms of its properties or production technology, as will be described later. Various methods for producing LiAlO 2 have been developed, but
The main methods include the following. (a) Carbonate mixing method: Li 2 CO 3 −K 2 CO 3 −Al 2 O 3-3
The final composition of the components after synthesis is
A method of synthesis by heating after mixing to achieve a Li 2 CO 3 −K 2 CO 3 −LiAlO 2 ratio (b) Method using lithium hydroxide (LiOH):
LiOH−Al 2 O 3 (or add KOH to this)
Method of synthesis from a system mixture (c) Chloride method: A method in which LiOH and Al 2 O 3 (or aluminum hydroxide) are reacted in a molten alkali chloride Among these methods, (a) This method has the advantage of requiring fewer manufacturing steps because there is no need to mix an electrolyte afterwards, but so far, rod-shaped LiAlO 2 has been obtained using carbonate as the lithium source. There are no reports. In the method (b), a slurry of LiOH-KOH-Al 2 O 3 mixture with water is evaporated to dryness, and then this is heated to 450°C in the air or the sample that has been evaporated to dryness is carbonated. By keeping it at room temperature for 6 hours in a gas atmosphere and then heating it to 600℃,
Rod-shaped β-LiAlO 2 with a specific surface area of 12 m 2 /gr
is said to be obtained. However, the specific surface area of LiAlO 2 obtained by this method is 10
m 2 /gr, which is not sufficient in terms of electrolyte retention performance, and furthermore, the need to create a CO 2 atmosphere during the manufacturing process poses problems in terms of manufacturing costs, mass productivity, etc. On the other hand, method (c) is a method developed by General Electric Company of the United States. In this method, reactant: flux = 45:55 (weight ratio), LiOH/Al 2 O 3 3H 2 O =
1.02 (equivalent ratio) and NaCl:KCl=1:1 (molar ratio) at 650 to 700℃, LiAlO 2 mainly consisting of β,
It is also said that γ-LiAlO 2 is generated at temperatures above 800°C, but the particle shape of β-LiAlO 2 is an aggregate.
Furthermore, there is no description of the particle shape of γ-LiAlO 2 . In addition, the present inventors have developed a method of using a LiCl-KCl mixture, which melts at a lower temperature than the NaCl-KCl system, as a flux as an improved method of using chloride as a fluxing agent. minute details
Patent pending for manufacturing method of LiAlO 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 1983
-45113), but even in this case, it was not possible to obtain LiAlO 2 having a rod-like particle shape when the synthesis temperature was in the range of 360 to 900°C. On the other hand, as another method to obtain rod-shaped β-LiAlO 2 ,
The following method is proposed in Japanese Patent Publication No. 53-140300. First, from an aqueous solution containing lithium ions and aluminum ions, Li 2 O−Al 2 O 3
Lithium hydroxoaluminate represented by nH 2 O is precipitated, washed and dried, and then heat treated at 200 to 800°C to obtain plate-like or microcrystalline β-LiAlO 2 .
This is then heat-treated in an alkali carbonate melt at 500 to 800°C to obtain rod-shaped β-LiAlO 2 . However, the method of the above patent includes a step of forming a precipitate, and when forming a precipitate, 50~
Although it is necessary to maintain a predetermined temperature between 100℃, this method depends on the properties of LiAlO 2 obtained depending on the stirring conditions and temperature when forming the precipitate, especially the porosity, Li/Al ratio, and particle size. There is a drawback that it is difficult to obtain a powder with highly reproducible and homogeneous properties because of slight changes in the properties. Furthermore, in the patent, plate-like or microcrystalline β-
It is said that rod-shaped β-LiAlO 2 can be obtained by heat-treating LiAlO 2 in molten alkali carbonate at 500-800°C, but plate-shaped or microcrystalline β-
When LiAlO 2 is heated in molten alkali carbonate,
It is said that fine particles of about 0.2μ to 0.6μ change into lumpy particles of several μ in a few tens of hours, and at the same time a significant decrease in specific surface area occurs, and the above method has a high specific surface area. Obtaining fine rod-like LiAlO 2 is quite difficult. [Object of the Invention] The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional methods as described above, and to provide a new manufacturing method that is easy to manufacture and can obtain LiAlO 2 having a rod-like particle shape and a high specific surface area. It is about providing. [Key Points of the Invention] High specific surface area and rod-like particle shape
As a result of various studies on the improved chloride method using the LiCl-KCl-based flux shown in JP-A No. 58-45113 due to the presence of LiAlO 2 , the present inventors found that by the method described below, It has been found that LiAlO 2 having a rod-like particle shape can be obtained not only of the conventionally known B type but also of the γ type, which has not been reported so far. The method for obtaining rod-shaped LiAlO 2 consists of the following three steps. In the first step, β-LiAlO 2 in which plate-shaped particles are aggregated is heated by heating a flux consisting of a LiOH-Al 2 O 3- based reactant and an alkali metal chloride above the melting temperature of the flux. Generate. In the next second step, the fluxing agent and excess LiOH are removed. In the third step, the obtained β-LiAlO 2 is heated at 550℃
Heat treatment is performed at the above temperature to obtain rod-shaped LiAlO 2 . Here, the synthesis temperature in the first step needs to be within a temperature range in which β-LiAlO 2 is produced, as shown in the examples below. When the main product in the first step is γ- LiAlO2 , the heat treatment in the third step is
LiAlO 2 having a rod-like particle shape cannot be obtained even if carried out in the temperature range of ~1000°C. As a result of various studies conducted by the present inventors using a flux made of an alkali metal chloride, the lower limit of the reaction temperature at which γ-LiAlO 2 is substantially observed in the presence of a flux was 650°C. Therefore, the synthesis temperature in the first step needs to be 650°C or lower. Also, from the above, the flux used in the first step is
Any mixture of alkali metal chlorides with a melting point of 650℃ or less is sufficient, and LiCl− with a melting point of 350℃ is sufficient.
Fluxing agents such as KCl-based or NaCl-KCl-based with a melting point of 650°C can be used, but in order to obtain LiAlO 2 with a high specific surface area, it is necessary to use a flux that melts at the lowest possible temperature and react at a low temperature. It is better to perform this, and from this point of view, LiCl-KCl system is more preferable. On the other hand, the temperature of the heat treatment in the third step is 550 to 1000℃.
is preferred. At temperatures below 500°C, the rate at which the particle shape changes to rod-like particles is extremely slow, and at temperatures above 1000°C, the specific surface area decreases significantly, which is undesirable. Here, the temperature of the heat treatment in the third step is 550 to 700.
In the temperature range of 0.degree. C., the crystal morphology of LiAlO 2 remains B-type, and only the particle shape changes to a rod-like shape. Moreover, when the temperature of the heat treatment is 750° C. or higher, LiAlO 2 having a γ-type and rod-like particle shape can be obtained. As described above, according to the method of the present invention, not only rod-shaped β-LiAlO 2 can be obtained by simply heat-treating β-LiAlO 2 consisting of aggregates of plate-shaped particles, but also
Rod-shaped γ-
It has also become possible to newly manufacture LiAlO 2 . The present inventors have also found that β-LiAlO 2 obtained by a method other than the method using a flux as described above has a rod-like particle shape by heat treatment.
We investigated whether LiAlO 2 could be obtained. The results are shown in the comparative example below. In the comparative example, LiOH−
This study investigated a method for obtaining β-LiAlO 2 from an Al 2 O 3 mixture. In this method, fine particles of β-
LiAlO 2 is obtained, but even if it is heat-treated in the range of 500 to 1000℃, it has a rod-like particle shape.
LiAlO 2 could not be obtained. In this way, β-LiAlO 2 synthesized from a LiOH-Al 2 O 3 mixture without a flux does not yield rod-shaped LiAlO 2 even if it is heat-treated; Although the reason why rod-shaped LiAlO 2 is obtained by heat treatment in the case of β-LiAlO 2 synthesized using 3-LiAlO 2 is not yet clear, the present inventors estimate that the change to rod-shaped particles due to heat treatment is due to This is complicated due to factors such as the crystal morphology, particle shape, and particle size of LiAlO 2 before heat treatment, and the fact that trace amounts of chloride, lithium hydroxide, etc. that remain even after cleaning act as flux at the particle interface. It is thought that this is affecting the [Examples of the Invention] The contents of the present invention will be explained in more detail below based on Examples. Example 1 Lithium hydroxide monohydrate (LiOH・H 2 O) and aluminum oxide (γ-
Al 2 O 3 ), and lithium chloride (LiCl) and potassium chloride (KCl) were prepared as fluxing agents.
These raw materials were weighed so as to have the following blending ratio. Reactant: Fluxing agent = 45:55 (weight ratio) LiOH・H 2 O/γ-Al 2 O 3 = 1.02 (equivalent ratio) LiCl: KCl = 58:42 (molar ratio) Ethyl alcohol was added to the mixture. The mixture was made into a slurry and mixed in a ball mill for 17 hours.
Next, after removing the ethyl alcohol in the slurry using a vacuum dryer, the slurry was placed in a high-purity alumina crucible and heated to 360-800°C at a heating rate of 100°C/H in an electric furnace.
The temperature was raised to .degree. C., kept heated for 1 hour, and then allowed to cool to room temperature. The sample obtained by the above operation was
It is a mixture of LiAlO 2 , alkali chloride and Li 2 O which is the residue of LiOH-H 2 O added in slight excess. Therefore, next, the sample was washed in order to separate and collect only LiAlO 2 . That is, the above mixture was dispersed in excess ion-exchanged water to dissolve water-soluble components (alkali chloride, Li 2 O). After stirring for a certain period of time, the mixture was allowed to stand, and the supernatant was thoroughly washed by the so-called decanting method, followed by filtration. In order to remove residual ions such as Li + , K + , and Cl -, the product was further thoroughly washed with water on paper, and then, after separating LiAlO 2 , it was dried in a dryer at 150° C. for 10 hours. Table 1 shows the results of investigating the specific surface area, crystal morphology, and particle shape of this dried product. As you can see from Figure 1, the synthesis temperature is between 360 and 600.
In the temperature range, β-LiAlO 2 consisting of aggregates of fine plate-like particles of 0.5 μm or less was obtained and had a specific surface area of 40 to 80 m 2 /gr. Also, at temperatures above 700℃,
γ- consists of aggregates of fine particles of 0.5μ or less
It was LiAlO2 . Next, among the LiAlO 2 obtained in this way, three types of synthesis temperatures of 400°C, 550°C, and 700°C were heated to 500 to 1000°C at a heating rate of 100°C/H, and kept at the specified temperature for 24 hours. After being maintained, it was allowed to cool to room temperature. FIG. 2 shows the results of investigating the specific surface area, crystal morphology, and particle shape of LiAlO 2 obtained by this operation. As shown in Figure 2, β-LiAlO 2 is composed of aggregates of plate-like particles obtained at a synthesis temperature of 600°C or lower.
It can be seen that when heat-treated at a temperature range of 550 to 1000°C, it changes to LiAlO 2 having a rod-like particle shape with a diameter of about 0.2 to 0.4 μ and a length of about 1 to 3 μ.
Moreover, the crystal morphology of the obtained rod-shaped LiAlO 2 was B type when the heat treatment temperature was 700°C or lower, but it was γ type when the heat treatment temperature was 750°C or higher. Figure 3 shows an electron micrograph of β-LiAlO 2 composed of aggregates of plate-like particles obtained at a synthesis temperature of 550°C.
In addition, Fig. 4 shows an electron micrograph of rod-shaped β-LiAlO 2 obtained by heating the β-LiAlO 2 shown in Fig. 3 at 700°C for 24 hours, and Fig. 5 shows an electron micrograph of the β-LiAlO 2 shown in Fig. 3.
An electron micrograph of rod-shaped γ-LiAlO 2 obtained by heat-treating LiAlO 2 at 800° C. for 24 hours is shown. Example 2 LiOH・H 2 O− consisting of the blending ratio shown below
An Al 2 O 3 .3H 2 O (gypsite)-NaCl-KCl mixture was prepared, and two types of LiAlO 2 having different synthesis temperatures were prepared by a method similar to Example 1. Reactant: Fluxing agent = 45:55 (weight ratio) LiOH・H 2 O / Al 2 O 3・3H 2 O = 1.02 (equivalent ratio) NaCL:KCl = 1:1 (molar ratio) Synthesis conditions: 650℃× 1 H , 800°C x 1 H After removing the fluxing agent in the same manner as in Example 1.
The properties of LiAlO 2 are shown in Table 1.

【表】 第1表に示すようにNaCl−KCl系融剤を用い
た場合でも、合成温度が650℃では実施例1と同
様の板状粒子の凝集体から成るβ−LiAlO2が得
られるが、その比表面積はLiCl−KCl系融剤を用
いた場合に比べ小さいことがわかる。 次にこれら2つの試料を実施例1と同様に加熱
処理して得られたLiAlO2の性状を第2表に示す。
[Table] As shown in Table 1, even when a NaCl-KCl-based flux is used, β-LiAlO 2 consisting of aggregates of plate-like particles similar to Example 1 can be obtained at a synthesis temperature of 650°C. It can be seen that the specific surface area is smaller than that when LiCl-KCl-based flux is used. Next, these two samples were heat-treated in the same manner as in Example 1, and the properties of LiAlO 2 obtained are shown in Table 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明の方法によれば、操作
条件の複雑な沈澱法などによらなくても高い比表
面積を有する棒状の粒子形状を有するLiAlO2
得ることができる。 さらに従来知られている棒状のβ−LiAlO2
加えて、これまで知られていなかつた棒状のγ−
LiAlO2をも得ることができ、これにより従来よ
りも熱サイクル性能および電解質保持性能に優れ
た溶融炭酸塩燃料電池用電解質タイルの製造が可
能になつた。 なお本発明のLiAlO2粉末の製造方法は、溶融
炭酸塩燃料電池用電解質マトリツクス以外にも、
熱サイクル性能や機械的強度等に優れた性能を要
求される部分に使用されるLiAlO2焼結体、例え
ば溶融塩などを加熱処理するためのルツボ、耐食
性レンガ等のセラミツクスの分野にも適用が可能
である。
As described above, according to the method of the present invention, LiAlO 2 having a rod-like particle shape and a high specific surface area can be obtained without using a precipitation method with complicated operating conditions. Furthermore, in addition to the conventionally known rod-shaped β-LiAlO 2 , the previously unknown rod-shaped γ-
LiAlO 2 could also be obtained, making it possible to produce electrolyte tiles for molten carbonate fuel cells that have better thermal cycle performance and electrolyte retention performance than conventional ones. In addition to the electrolyte matrix for molten carbonate fuel cells, the method for producing LiAlO 2 powder of the present invention can also be applied to
LiAlO 2 sintered bodies are used in parts that require excellent performance such as thermal cycle performance and mechanical strength, and can also be applied to the ceramic field, such as crucibles for heat treating molten salt, and corrosion-resistant bricks. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はLiCl−KCl系融剤の存在下でLiAlO2
を合成する際の合成温度と生成するLiAlO2の性
状との関係を示す線図、第2図はβ−LiAlO2
加熱処理する際の温度と生成するLiAlO2の性状
との関係を示す線図、第3図は微細な板状粒子か
ら成る凝集体状のβ−LiAlO2の電子顕微鏡写真、
第4図は棒状の粒子形状を有するβ−LiAlO2
電子顕微鏡写真、第5図は棒状の粒子形状を有す
るγ−LiAlO2の電子顕微鏡写真である。
Figure 1 shows LiAlO 2 in the presence of LiCl-KCl flux.
Figure 2 is a diagram showing the relationship between the synthesis temperature when synthesizing β-LiAlO 2 and the properties of the LiAlO 2 produced. Figure 3 is an electron micrograph of β-LiAlO 2 in the form of an aggregate consisting of fine plate-like particles.
FIG. 4 is an electron micrograph of β-LiAlO 2 having a rod-like particle shape, and FIG. 5 is an electron micrograph of γ-LiAlO 2 having a rod-like particle shape.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 次の各工程から成る棒状の粒子形状を有する
リチウムアルミネート(LiAlO2)粉末の製造方
法。 (イ) LiAlO2の合成原料として酸化アルミニウム
(Al2O3)あるいは酸化アルミニウムの水和物
(Al2O3−nH2O)と水酸化リチウム(LiOH)
を、また反応の融剤として650℃以下の融点を
有する少なくとも二種以上のアルカリ金属塩化
物の混合物を用い、これらを融剤の融点以上
650℃以下の温度に加熱してβ−LiAlO2を生成
させる第一工程。 (ロ) 融剤である塩化物を洗浄除去する第二工程。 (ハ) β−LiAlO2粉末を550〜1000℃の温度で加熱
処理する第三工程。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
第一工程の融剤として塩化リチウム(LiCl)−塩
化カリウム(KCl)系の混合塩化物を用いること
を特徴とするリチウムアルミネート粉末の製造方
法。
[Claims] 1. A method for producing lithium aluminate (LiAlO 2 ) powder having a rod-like particle shape, which comprises the following steps. (b) Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or aluminum oxide hydrate (Al 2 O 3 −nH 2 O) and lithium hydroxide (LiOH) as raw materials for the synthesis of LiAlO 2
In addition, a mixture of at least two or more alkali metal chlorides having a melting point of 650°C or lower is used as a fluxing agent for the reaction, and these are mixed at a temperature higher than the melting point of the fluxing agent.
The first step is to generate β-LiAlO 2 by heating to a temperature of 650°C or lower. (b) A second step of washing and removing chloride, which is a fluxing agent. (c) A third step of heat treating β-LiAlO 2 powder at a temperature of 550 to 1000°C. 2. In the method described in claim 1,
A method for producing lithium aluminate powder, characterized in that a lithium chloride (LiCl)-potassium chloride (KCl) mixed chloride is used as a flux in the first step.
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