JP2016149297A - Manufacturing method of positive electrode active material of lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム二次電池の正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
正極活物質を含むスラリーを正極板に塗布及び乾燥して正極を作製する際、乾燥時間を速める観点から、正極材料のタップ密度を高める試みがなされている(特許文献1)。 When producing a positive electrode by applying and drying a slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode plate, attempts have been made to increase the tap density of the positive electrode material from the viewpoint of increasing the drying time (Patent Document 1).
正極材料のタップ密度を大きくするには、例えば70℃〜250℃の大気中でスラリーを噴霧及び乾燥させる、所謂スプレードライ法が用いられることがある(特許文献1の段落0050)。しかし、スプレードライ法では、スラリーの粒子をシャワーのように落として乾燥させるため、装置が大型化しやすく、また、操作も煩雑である。さらには、スプレードライ法では、乾燥対象となる正極材料に含まれる、正極活物質の一次粒子間に形成される空隙の制御が困難である。そのため、正極活物質のタップ密度の向上には、改善の余地がある。 In order to increase the tap density of the positive electrode material, for example, a so-called spray drying method in which a slurry is sprayed and dried in an atmosphere of 70 ° C. to 250 ° C. may be used (paragraph 0050 of Patent Document 1). However, in the spray drying method, since the slurry particles are dropped and dried like a shower, the apparatus is easily increased in size and the operation is complicated. Furthermore, in the spray drying method, it is difficult to control the voids formed between the primary particles of the positive electrode active material contained in the positive electrode material to be dried. Therefore, there is room for improvement in improving the tap density of the positive electrode active material.
本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、タップ密度を従来よりも簡便に高めることができるリチウム二次電池の正極活物質の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and the problem to be solved by the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery that can increase the tap density more easily than in the past. Is to provide.
本発明者は前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、以下の知見を見出した。即ち、本発明の要旨は、リチウム原料と、鉄原料と、リン原料との混合物を焼成してリン酸鉄リチウムの一次粒子を調製する一次焼成工程と、前記一次焼成工程において得られたリン酸鉄リチウムの一次粒子と、クエン酸とを含む一次粒子混合物を焼成して、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムの二次粒子を調製する二次焼成工程と、を含むことを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質の製造方法に関する。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found the following findings. That is, the gist of the present invention is a primary firing step of preparing a primary particle of lithium iron phosphate by firing a mixture of a lithium raw material, an iron raw material, and a phosphorus raw material, and phosphoric acid obtained in the primary firing step. A secondary firing step of firing a primary particle mixture containing primary particles of lithium iron and citric acid to prepare secondary particles of carbon-coated lithium iron phosphate; The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery.
このとき、前記一次粒子混合物には、ポリビニルアルコールが含まれていることが好ましい。 At this time, it is preferable that polyvinyl alcohol is contained in the primary particle mixture.
また、前記一次粒子混合物における前記クエン酸の含有量は、前記一次粒子混合物に含まれるリン酸鉄リチウムの一次粒子の含有量に対して、5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that content of the said citric acid in the said primary particle mixture is 5 mass% or more and 15 mass% or less with respect to content of the primary particle of lithium iron phosphate contained in the said primary particle mixture.
本発明によれば、タップ密度を従来よりも簡便に高めることができるリチウム二次電池の正極活物質の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the positive electrode active material of a lithium secondary battery which can raise a tap density more easily than before can be provided.
以下、図面を適宜参照しながら、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。以下の説明では、正極活物質の一例としてリン酸鉄リチウムを挙げるが、正極活物質はリン酸鉄リチウムに限られるものではなく、例えばマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウム等の任意の正極活物質のほか、チタン酸リチウム等の負極活物質にも使用可能である。 Hereinafter, a form for carrying out the present invention (this embodiment) will be described with reference to the drawings as appropriate. In the following description, lithium iron phosphate is cited as an example of the positive electrode active material. However, the positive electrode active material is not limited to lithium iron phosphate, and any positive electrode active material such as lithium manganate or lithium cobaltate can be used. In addition, it can also be used for negative electrode active materials such as lithium titanate.
図1は、本実施形態のリチウム二次電池の正極活物質の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態では、図1に示すフローチャートにより、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムの二次粒子が得られる。そして、得られたリン酸鉄リチウムの二次粒子は、リチウム二次電池の正極活物質として使用可能である。以下、炭素被覆された、リン酸鉄リチウムの製造方法を、各ステップに分けながら説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a positive electrode active material of a lithium secondary battery according to this embodiment. In the present embodiment, secondary particles of carbon-coated lithium iron phosphate are obtained by the flowchart shown in FIG. And the obtained secondary particle of lithium iron phosphate can be used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. Hereinafter, a method for producing carbon-coated lithium iron phosphate will be described while being divided into steps.
まず、リン原料と鉄原料とリチウム原料とを混合することで、原料混合物が得られる(ステップS101)。これらの原料のうち、リン原料は、以下で製造されるリン酸鉄リチウムを構成するリンとなるものである。また、同様に、鉄原料は鉄に、リチウム原料はリチウムになるものである。リン原料は、例えばリン酸二水素アンモニウム等である。また、鉄原料は、例えばシュウ酸鉄二水和物等である。さらに、リチウム原料は、水酸化リチウムや炭酸リチウムである。なお、一つの化合物が2以上の原料を兼ねるようにしてもよい。 First, a raw material mixture is obtained by mixing a phosphorus raw material, an iron raw material, and a lithium raw material (step S101). Among these raw materials, the phosphorus raw material becomes phosphorus constituting lithium iron phosphate manufactured below. Similarly, the iron raw material becomes iron and the lithium raw material becomes lithium. The phosphorus raw material is, for example, ammonium dihydrogen phosphate. The iron raw material is, for example, iron oxalate dihydrate. Further, the lithium raw material is lithium hydroxide or lithium carbonate. One compound may also serve as two or more raw materials.
各原料の混合比は特に制限されないが、リン、鉄及びリチウムのそれぞれがモル比で等量ずつ含まれるように、各原料を混合することが好ましい。リン酸鉄リチウムは、組成式LiFePO4で表され、リン、鉄及びリチウムのそれぞれが等モルずつ含まれることから、このような混合比にすることで、原料を過不足なく使用することができる。 The mixing ratio of the raw materials is not particularly limited, but it is preferable to mix the raw materials so that each of phosphorus, iron, and lithium is included in an equal amount by molar ratio. Lithium iron phosphate is represented by the composition formula LiFePO 4 and contains equimolar amounts of phosphorus, iron, and lithium, so by using such a mixing ratio, raw materials can be used without excess or deficiency. .
次いで、原料混合物が一次焼成され、これにより、リン酸鉄リチウムの結晶(一次粒子)が生成する(ステップS102、一次焼成工程)。一次焼成時の焼成条件は特に制限されないが、結晶が過度に増大してリン酸鉄リチウムのBET比表面積が過度に低下することを避ける観点からは、比較的結晶成長を抑制可能な条件(温和な条件)にすることが好ましい。具体的には、例えば300℃〜500℃で4時間〜5時間程度にすることが好ましい。 Next, the raw material mixture is subjected to primary firing, thereby producing crystals (primary particles) of lithium iron phosphate (step S102, primary firing step). The firing conditions at the time of primary firing are not particularly limited, but from the viewpoint of avoiding excessive increase of crystals and excessive reduction in the BET specific surface area of lithium iron phosphate (conditions that can relatively suppress crystal growth) It is preferable that Specifically, for example, it is preferable to set the temperature at 300 to 500 ° C. for about 4 to 5 hours.
そして、一次焼成して得られた結晶を冷却することで(ステップS103)、リン酸鉄リチウムの結晶が複数集合してなる一次粒子が得られる(ステップS104)。この一次粒子は、後記する二次焼成(本焼成)を施すものでものであるため、「焼成前駆体」ともいわれる。また、リン酸鉄リチウムの一次粒子の生成とともに、通常は、通常は、副生成物としてリン酸リチウム(Li3PO4)が生成する。この副生成物は除去することが好ましいが、本実施形態では、後記するステップS105において除去される。 Then, by cooling the crystals obtained by the primary firing (step S103), primary particles formed by aggregation of a plurality of lithium iron phosphate crystals are obtained (step S104). Since these primary particles are subjected to secondary firing (main firing) described later, they are also referred to as “firing precursors”. In addition, along with the generation of primary particles of lithium iron phosphate, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) is usually generated as a by-product. This by-product is preferably removed, but in this embodiment, it is removed in step S105 described later.
次いで、得られたリン酸鉄リチウムの一次粒子は、クエン酸と混合される(ステップS105)。このときの混合は、水を含んだ状態で行うことが好ましい。このようにすることで、混合物のpHが弱酸性に傾くことになる。これにより、前記のステップS104において生成した不純物のリン酸リチウムが溶解し、リン酸リチウムが容易に除去される。ただし、クエン酸はいくらかは吸湿するため、通常、クエン酸には水分が含まれていることになる。そのため、クエン酸は、水溶液の形態でリン酸鉄リチウムの一次粒子に添加されることが好ましいものの、クエン酸(固体)の形態でリン酸鉄リチウムの一次粒子に添加されてもよい。また、混合は、一次粒子を粉砕しながら行うことも好ましい。これにより、後記する二次焼成(ステップS106)時にリン酸鉄リチウムの粒子が過度に増大することが抑制され、より大きなBET比表面積を有するリン酸鉄リチウムの二次粒子が得られる。 Next, the obtained primary particles of lithium iron phosphate are mixed with citric acid (step S105). The mixing at this time is preferably performed in a state containing water. By doing so, the pH of the mixture tends to be weakly acidic. As a result, the impurity lithium phosphate generated in step S104 is dissolved, and the lithium phosphate is easily removed. However, since citric acid absorbs some moisture, citric acid usually contains water. Therefore, citric acid is preferably added to the primary particles of lithium iron phosphate in the form of an aqueous solution, but may be added to the primary particles of lithium iron phosphate in the form of citric acid (solid). The mixing is also preferably performed while pulverizing the primary particles. Thereby, it is suppressed that the particles of lithium iron phosphate are excessively increased during secondary firing (step S106) described later, and secondary particles of lithium iron phosphate having a larger BET specific surface area are obtained.
クエン酸の含有量(即ち、二次焼成の際のクエン酸の含有量)は、特に制限されないが、リン酸鉄リチウムの含有量に対するクエン酸の含有量として、5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。クエン酸の含有量をこの範囲にすることで、タップ密度及び嵩密度の双方に十分優れたリン酸鉄リチウムが得られる。 The content of citric acid (that is, the content of citric acid at the time of secondary firing) is not particularly limited, but the content of citric acid relative to the content of lithium iron phosphate is 5% by mass to 15% by mass. It is preferable that By making the content of citric acid within this range, lithium iron phosphate sufficiently excellent in both tap density and bulk density can be obtained.
また、この混合物(一次粒子混合物)には、ポリビニルアルコール(PVA)が含まれていることが好ましい。ポリビニルアルコールが含まれていることで、焼成時にリン酸鉄リチウムの一次粒子間を架橋する「架橋部」を形成することができる。そして、この架橋部が形成されることで、リン酸鉄リチウムの一次粒子同士の電気伝導性が向上し、通常は不足しがちなリン酸鉄リチウムの導電性を補うことができる。また、架橋部が形成されることでリン酸鉄リチウム同士が接近し、これにより、リン酸鉄リチウム等の一次粒子の集合体である二次粒子の密度を向上させることができる。 Moreover, it is preferable that polyvinyl alcohol (PVA) is contained in this mixture (primary particle mixture). By including polyvinyl alcohol, it is possible to form a “crosslinking portion” that crosslinks between primary particles of lithium iron phosphate during firing. And by forming this bridge | crosslinking part, the electrical conductivity of the primary particle | grains of lithium iron phosphate improves, and the electroconductivity of lithium iron phosphate which tends to be insufficient normally can be supplemented. Moreover, lithium iron phosphates approach by forming a bridge | crosslinking part, and, thereby, the density of the secondary particle which is an aggregate | assembly of primary particles, such as lithium iron phosphate, can be improved.
このような架橋部が形成される理由は、本発明者の検討によれば、ポリビニルアルコールは官能基を多く含むとともに、ポリビニルアルコールが分子鎖の長い直鎖の高分子であるためと考えられる。 The reason why such a crosslinked part is formed is considered that polyvinyl alcohol is a straight-chain polymer having a long molecular chain while polyvinyl alcohol contains many functional groups according to the study of the present inventors.
ここで、説明を容易にするため、形成される「架橋」を「橋」であると考えて、形成される架橋について説明する。「橋」は、「袂部分」(橋の渡り始めの部分と、渡り終わりの部分)と、それらを繋ぐ「長さ部分」とにより構成される。そして、ポリビニルアルコールに含まれる官能基同士は相互作用し易く、この作用がなされた状態で焼成(炭化)が進むと、前記の「袂部分」が形成されると考えられる。さらには、ポリビニルアルコールは、直鎖の高分子化合物であるため、「袂部分」を起点として、「長さ部分」が形成されると考えられる。 Here, in order to facilitate the explanation, the “crosslink” formed is considered as a “bridge”, and the formed crosslink will be described. The “bridge” is composed of a “ridge part” (a bridge crossing start part and a crossing end part) and a “length part” connecting them. The functional groups contained in the polyvinyl alcohol are likely to interact with each other, and it is considered that the above-mentioned “saddle portion” is formed when firing (carbonization) proceeds in a state in which this function is performed. Furthermore, since polyvinyl alcohol is a linear polymer compound, it is considered that a “length portion” is formed starting from the “ridge portion”.
これらのように、リン酸鉄リチウムの間の架橋部は、主に2段階の反応を経て形成されると考えられる。中でも、環状構造を有する化合物や、直鎖部分が短い化合物等、具体的には例えば糖類等では、このような反応は起きにくいと考えられ、ポリビニルアルコールに特有の反応であると考えられる。 Like these, it is thought that the bridge | crosslinking part between lithium iron phosphates is mainly formed through two steps of reaction. Among them, such a reaction is unlikely to occur in a compound having a cyclic structure, a compound having a short straight chain portion, or the like, specifically, for example, saccharides, and is considered to be a reaction peculiar to polyvinyl alcohol.
さらには、この混合物には、スクロースが含まれていてもよい。これは、スクロースは水溶性炭素であるため分散がし易いことに加え、スクロースが非芳香族の環状構造であるためである。即ち、スクロースが炭化したときに自身の環状構造がある程度残るため、リチウムイオンが出入りし易い炭素被覆層が得られる。そして、このような炭素被覆層が得られることで、大きな放電容量有するリチウム二次電池が得られる。 Furthermore, this mixture may contain sucrose. This is because sucrose has a non-aromatic cyclic structure in addition to being easily dispersed because it is water-soluble carbon. That is, when sucrose is carbonized, its own cyclic structure remains to some extent, so that a carbon coating layer in which lithium ions can easily enter and exit is obtained. And by obtaining such a carbon coating layer, a lithium secondary battery having a large discharge capacity can be obtained.
ステップS105においてリン酸鉄リチウムの一次粒子とクエン酸と、必要に応じてポリビニルアルコールとが混合された後、二次焼成が行われる(ステップS106、二次焼成工程)。二次焼成は、不活性雰囲気(例えば窒素中)で行われることが好ましい。ここで、二次焼成が行われる混合物には、前記のようにクエン酸が含まれている。そのため、不活性雰囲気で焼成することで、クエン酸を構成する炭素によってリン酸鉄リチウムの一次粒子が被覆されることになる。また、二次焼成により、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムの一次粒子が凝集してなる、リン酸鉄リチウムの二次粒子が得られる。 In step S105, primary particles of lithium iron phosphate, citric acid, and if necessary, polyvinyl alcohol are mixed, and then secondary firing is performed (step S106, secondary firing step). The secondary firing is preferably performed in an inert atmosphere (for example, in nitrogen). Here, the citric acid is contained in the mixture in which the secondary firing is performed as described above. Therefore, by firing in an inert atmosphere, primary particles of lithium iron phosphate are covered with carbon constituting citric acid. Moreover, secondary particles of lithium iron phosphate formed by aggregation of primary particles of carbon-coated lithium iron phosphate are obtained by secondary firing.
二次焼成の条件は特に制限されないが、例えば600℃〜800℃程度で3時間〜6時間程度にすることができる。 The conditions for the secondary firing are not particularly limited, but can be, for example, about 600 ° C. to 800 ° C. for about 3 hours to 6 hours.
二次焼成後、焼成されたリン酸鉄リチウムは冷却され(ステップS107)、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムの二次粒子が得られる(ステップS108)。このリン酸鉄リチウムの二次粒子は、例えば任意の溶媒と混合されてスラリーにした後で金属板に塗布されることができる。これにより、リチウム二次電池の正極が得られる。 After the secondary firing, the fired lithium iron phosphate is cooled (step S107), and carbon-coated lithium iron phosphate secondary particles are obtained (step S108). The secondary particles of lithium iron phosphate can be applied to a metal plate after being mixed with an arbitrary solvent to form a slurry, for example. Thereby, the positive electrode of a lithium secondary battery is obtained.
また、本実施形態のように、クエン酸を含む混合物を二次焼成することで、従来行われていたスプレードライ法に依らずとも、大きなタップ密度を有するリン酸鉄リチウムを得ることができる。その理由は、二次粒子中に生じる空隙率の低下であるためと考えられる。 Further, as in this embodiment, by subjecting the mixture containing citric acid to secondary firing, lithium iron phosphate having a large tap density can be obtained without depending on the conventionally performed spray drying method. The reason is considered to be a decrease in porosity generated in the secondary particles.
即ち、従来のスプレードライ法では、粒子が水滴として凝集された後、当該粒子の凝集物が乾燥される。これに対して、本実施形態では、リン酸鉄リチウム同士を架橋しているリン酸リチウムが弱酸性のクエン酸によって溶解されながら、リン酸鉄リチウムが例えば転動造粒される。そのため、架橋が切れて均一にばらばらになったリン酸鉄リチウムが凝集することになり、一次粒子の形成の際、リン酸鉄リチウムの凝集性が高められる。そして、凝集性が高められたリン酸鉄リチウムの一次粒子から、二次粒子が形成される。このようにして形成された二次粒子では、空隙が少なくなるため、タップ密度を向上させることができる。さらには、リン酸鉄リチウムのタップ密度を大きくすることで、電極密度を向上させることができる。なお、タップ密度は、JIS 2512:2012(金属粉 タップ密度測定方法)に基づいた測定装置を用いて測定することができる。 That is, in the conventional spray drying method, after the particles are aggregated as water droplets, the aggregate of the particles is dried. On the other hand, in this embodiment, lithium iron phosphate is tumbled and granulated, for example, while lithium phosphate cross-linking lithium iron phosphate is dissolved by weakly acidic citric acid. For this reason, the lithium iron phosphate that is broken evenly after the cross-linking is agglomerated, and when the primary particles are formed, the aggregability of the lithium iron phosphate is enhanced. Then, secondary particles are formed from the primary particles of lithium iron phosphate with improved cohesiveness. In the secondary particles formed in this way, the void density is reduced, so that the tap density can be improved. Furthermore, the electrode density can be improved by increasing the tap density of lithium iron phosphate. The tap density can be measured using a measuring apparatus based on JIS 2512: 2012 (metal powder tap density measuring method).
さらに、本実施形態の製造方法によれば、タップ密度に加えて、リン酸鉄リチウムの嵩密度を大きくすることもできる。これは、嵩密度についても、前記のタップ密度と同様の作用が生じるからであると考えられる。そして、リン酸鉄リチウムの嵩密度を大きくすることで、リン酸鉄リチウムを輸送する際等の取り扱い性を向上させ、リチウム二次電池の製造コストの削減を図ることができる。なお、嵩密度は、JIS 2504:2012(金属粉 見掛密度測定方法)に基づいた測定装置を用いて測定することができる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the bulk density of lithium iron phosphate can be increased in addition to the tap density. This is presumably because the same effect as the above tap density occurs with respect to the bulk density. And the handling property at the time of transporting lithium iron phosphate etc. can be improved by enlarging the bulk density of lithium iron phosphate, and the reduction of the manufacturing cost of a lithium secondary battery can be aimed at. The bulk density can be measured using a measuring device based on JIS 2504: 2012 (metal powder apparent density measuring method).
以下、具体的な実施例を参照しながら、本実施形態をさらに詳細に説明する。本実施形態の製造方法に沿ってリン酸鉄リチウムを作製し、得られたリン酸鉄リチウムのタップ密度及び嵩密度を測定した。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to specific examples. Lithium iron phosphate was produced according to the manufacturing method of this embodiment, and the tap density and bulk density of the obtained lithium iron phosphate were measured.
<実施例1>
炭酸リチウム(Li2CO3)と、シュウ酸鉄二水和物(FeC2O4・2H2O)と、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)とを混合した。次いで、その混合物について405℃で一次焼成を行い、炭素被覆されていないリン酸鉄リチウムを得た。焼成時間は4時間とした。
<Example 1>
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), iron oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) were mixed. Next, the mixture was subjected to primary firing at 405 ° C. to obtain lithium iron phosphate not coated with carbon. The firing time was 4 hours.
得られたリン酸鉄リチウム(リン酸鉄リチウムの一次粒子)200gと、クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として15質量%)とを混合し、その混合物について720℃で6時間加熱することで二次焼成を行った。二次焼成後、冷却し、解砕及び分級(ふるいにより直径45μm以上のものを除外)することにより、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。 200 g of the obtained lithium iron phosphate (primary particles of lithium iron phosphate) and 60 g of citric acid (manufactured by Kishida Chemical Co.) 50% by mass solution (15% by mass as the content of citric acid with respect to 200 g of lithium iron phosphate) And the mixture was heated at 720 ° C. for 6 hours to perform secondary firing. After secondary firing, cooling, crushing and classification (excluding those having a diameter of 45 μm or more by sieving) yielded carbon-coated lithium iron phosphate.
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、MULTI TESTER(セイシン企業社製、MT−1001)を用いてタップ密度を測定したところ、タップ密度は1.59g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured using MULTI TESTER (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., MT-1001), the tap density was 1.59 g / cm 3 .
さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、MULTI TESTER(セイシン企業社製、MT−1001)を用いて嵩密度を測定したところ、嵩密度は1.14g/cm3であった。 Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured using MULTI TESTER (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., MT-1001), the bulk density was 1.14 g / cm 3 .
<実施例2>
「クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g」に代えて「ポリビニルアルコール10質量%溶液の46g(クラレ社製、PVA−205)と、クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の13.2g(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として3.3質量%)」を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。
<Example 2>
Instead of “60 g of 50% by mass of citric acid (made by Kishida Chemical Co., Ltd.)”, “46 g of
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にしてタップ密度を測定したところ、タップ密度は1.13g/cm3であった。さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にして嵩密度を測定したところ、嵩密度は0.82g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the tap density was 1.13 g / cm 3 . Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the bulk density was 0.82 g / cm 3 .
<実施例3>
「クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g」に代えて「ポリビニルアルコール10質量%溶液の34g(クラレ社製、PVA−205)と、クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の26.8g(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として9.7質量%)」を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。
<Example 3>
Instead of “60 g of 50% by mass of citric acid (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)”, “34 g of
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にしてタップ密度を測定したところ、タップ密度は1.53g/cm3であった。さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にして嵩密度を測定したところ、嵩密度は1.28g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the tap density was 1.53 g / cm 3 . Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the bulk density was 1.28 g / cm 3 .
<実施例4>
「クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g」に代えて「ポリビニルアルコール10質量%溶液の20g(クラレ社製、PVA−205)と、クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の40g(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として10質量%)」を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。
<Example 4>
Instead of “60 g of 50% by weight citric acid (made by Kishida Chemical Co., Ltd.)”, “20 g of
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にしてタップ密度を測定したところ、タップ密度は1.61g/cm3であった。さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にして嵩密度を測定したところ、嵩密度は1.25g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the tap density was 1.61 g / cm 3 . Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the bulk density was 1.25 g / cm 3 .
<比較例1>
「クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g」に代えて「石炭ピッチ(JFEケミカル社製、MCP110C)の7g(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として0質量%;クエン酸を含まず)」を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。
<Comparative Example 1>
Instead of “60 g of a 50% by mass solution of citric acid (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)”, 7 g of “coal pitch (manufactured by JFE Chemical Co., Ltd., MCP110C)” (0% by mass as the content of citric acid with respect to 200 g of lithium iron phosphate; A carbon-coated lithium iron phosphate was obtained in the same manner as in Example 1 except that no acid was used.
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にしてタップ密度を測定したところ、タップ密度は0.77g/cm3であった。さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にして嵩密度を測定したところ、嵩密度は0.38g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the tap density was 0.77 g / cm 3 . Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the bulk density was 0.38 g / cm 3 .
<比較例2>
「クエン酸(キシダ化学社製)50質量%溶液の60g」に代えて「ポリビニルアルコール10質量%溶液の60g(クラレ社製、PVA−205)(リン酸鉄リチウム200gに対するクエン酸の含有割合として0質量%;クエン酸を含まず)」を用いたこと以外は実施例1と同様にして、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムが得られた。
<Comparative example 2>
Instead of “60 g of 50% by weight citric acid (made by Kishida Chemical Co., Ltd.)”, “60 g of
得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にしてタップ密度を測定したところ、タップ密度は0.8g/cm3であった。さらに、得られた炭素被覆されたリン酸鉄リチウムについて、実施例1と同様にして嵩密度を測定したところ、嵩密度は0.51g/cm3であった。 When the tap density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the tap density was 0.8 g / cm 3 . Furthermore, when the bulk density of the obtained carbon-coated lithium iron phosphate was measured in the same manner as in Example 1, the bulk density was 0.51 g / cm 3 .
<検討>
以上の結果を以下の表1及び表2にまとめた。併せて、タップ密度及び嵩密度を、クエン酸の含有量を横軸とするグラフにプロットした(図2及び図3)。
The above results are summarized in Table 1 and Table 2 below. In addition, the tap density and the bulk density were plotted on a graph with the content of citric acid as the horizontal axis (FIGS. 2 and 3).
図2は、焼成した混合物におけるクエン酸含有量と、得られたリン酸鉄リチウムのタップ密度との関係をプロットしたグラフである。図2に示すように、クエン酸を含む混合物を焼成した実施例1〜4では、クエン酸を含まない混合物を焼成した比較例1及び2と比べて、タップ密度が大きくなっていた。 FIG. 2 is a graph plotting the relationship between the citric acid content in the fired mixture and the tap density of the obtained lithium iron phosphate. As shown in FIG. 2, in Examples 1 to 4 in which the mixture containing citric acid was fired, the tap density was higher than in Comparative Examples 1 and 2 in which the mixture containing no citric acid was fired.
特に、リン酸鉄リチウムに対するクエン酸含有量が5質量%以上15質量以下となるようにクエン酸を含有させることで、タップ密度がより十分に大きくなることがわかった。具体的には、クエン酸含有量が6.7%(実施例3)、10%(実施例4)及び15%(実施例1)の場合のタップ密度は、クエン酸を含まない比較例1や比較例2のタップ密度と比べて、1.5倍〜2倍程度も増加していた。 In particular, it has been found that the tap density is sufficiently increased by adding citric acid so that the citric acid content with respect to lithium iron phosphate is 5 mass% or more and 15 mass or less. Specifically, the tap density when the citric acid content is 6.7% (Example 3), 10% (Example 4) and 15% (Example 1) is Comparative Example 1 containing no citric acid. Compared with the tap density of Comparative Example 2, the density increased by 1.5 to 2 times.
図3は、焼成した混合物におけるクエン酸含有量と、得られたリン酸鉄リチウムの嵩密度との関係をプロットしたグラフである。図3に示すように、クエン酸を含む混合物を焼成した実施例1〜4では、クエン酸を含まない混合物を焼成した比較例1及び2と比べて、嵩密度も大きくなっていた。 FIG. 3 is a graph plotting the relationship between the citric acid content in the fired mixture and the bulk density of the obtained lithium iron phosphate. As shown in FIG. 3, in Examples 1 to 4 in which the mixture containing citric acid was fired, the bulk density was higher than in Comparative Examples 1 and 2 in which the mixture containing no citric acid was fired.
特に、リン酸鉄リチウムに対するクエン酸濃度が5質量%以上15質量以下となるようにクエン酸を含有させることで、嵩密度もより十分に大きくなることがわかった。具体的には、クエン酸含有量が6.7%(実施例3)、10%(実施例4)及び15%(実施例1)の場合の嵩密度は、クエン酸を含まない比較例1や比較例2の嵩密度と比べて、2倍〜3.5倍程度も増加していた。 In particular, it was found that by adding citric acid so that the citric acid concentration with respect to lithium iron phosphate is 5% by mass or more and 15% by mass or less, the bulk density is also sufficiently increased. Specifically, when the citric acid content is 6.7% (Example 3), 10% (Example 4), and 15% (Example 1), the bulk density is Comparative Example 1 containing no citric acid. Compared with the bulk density of Comparative Example 2, it increased by about 2 to 3.5 times.
これらの図2や図3に示すように、本実施形態の製造方法によれば、スプレードライ法に依らずとも、得られるリン酸鉄リチウムのタップ密度を大きくすることができる。そのため、本実施形態の製造方法によれば、スプレードライ法に依らずとも電極密度を制御したり、従来よりも電極密度を向上させたりすることができる。リチウム二次電池に使用できる正極材料の量(体積や空間等)は限られており、電極密度が高くなることで、その体積に充填できる正極材料の質量を増やすことでき、これにより、リチウム二次電池の高エネルギ密度化を達成することができる。 As shown in FIGS. 2 and 3, according to the manufacturing method of the present embodiment, the tap density of the obtained lithium iron phosphate can be increased without depending on the spray drying method. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the electrode density can be controlled and the electrode density can be improved as compared with the conventional case without depending on the spray drying method. The amount (volume, space, etc.) of the positive electrode material that can be used for the lithium secondary battery is limited, and the electrode density increases, so that the mass of the positive electrode material that can be filled in the volume can be increased. High energy density of the secondary battery can be achieved.
また、本実施形態の製造方法によれば、リン酸鉄リチウムの嵩密度を大きくすることもできる。これにより、取り扱い性を向上させて、リチウム二次電池の生産コスト低減を図ることができる。 Moreover, according to the manufacturing method of this embodiment, the bulk density of lithium iron phosphate can also be increased. Thereby, handleability can be improved and the production cost of a lithium secondary battery can be reduced.
Claims (3)
前記一次焼成工程において得られたリン酸鉄リチウムの一次粒子と、クエン酸とを含む一次粒子混合物を焼成して、炭素被覆されたリン酸鉄リチウムの二次粒子を調製する二次焼成工程と、を含むことを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質の製造方法。 A primary firing step of preparing primary particles of lithium iron phosphate by firing a mixture of a lithium raw material, an iron raw material, and a phosphorus raw material;
A secondary firing step of preparing secondary particles of lithium iron phosphate coated with carbon by firing a primary particle mixture containing primary particles of lithium iron phosphate obtained in the primary firing step and citric acid; A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
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