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JP2020105053A - Method for producing lithium metal phosphate, lithium metal phosphate, positive electrode material for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for producing lithium metal phosphate, lithium metal phosphate, positive electrode material for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery Download PDF

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JP2020105053A
JP2020105053A JP2018245324A JP2018245324A JP2020105053A JP 2020105053 A JP2020105053 A JP 2020105053A JP 2018245324 A JP2018245324 A JP 2018245324A JP 2018245324 A JP2018245324 A JP 2018245324A JP 2020105053 A JP2020105053 A JP 2020105053A
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Abstract

To provide a method for producing a lithium metal phosphate excellent in electric conductivity.SOLUTION: A method for producing a lithium metal phosphate comprises a mixing step of obtaining a mixture of a compound containing a Li element, a compound containing a metal element M (M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn), a compound containing a B element, and a phosphate ion, and a flux, a melting step of obtaining a melt of the mixture, and a cooling step of cooling the melt to obtain a precipitate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウム金属リン酸塩の製造方法、リチウム金属リン酸塩、リチウムイオン二次電池の正極材料、及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a lithium metal phosphate, a lithium metal phosphate, a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池の正極材料としてLiCoO(LCO)が知られている。このLCOに代わるより信頼性の高い材料として、一般式LiMPOで表されるオリビン型のリチウム金属リン酸塩の開発が進められている。なお、Mは化学量論組成において+2価をとり、Liの脱離に伴って電荷中性を保つために+3価に価数が変わりうる遷移金属元素であって、Fe、Co、Ni及びMnが知られている(例えば、特許文献1)。 LiCoO 2 (LCO) is known as a positive electrode material for lithium-ion secondary batteries. An olivine-type lithium metal phosphate represented by the general formula LiMPO 4 is being developed as a more reliable material to replace the LCO. Note that M is a transition metal element having a +2 valence in the stoichiometric composition and capable of changing its valence to a +3 valence in order to maintain charge neutrality with the elimination of Li, such as Fe, Co, Ni and Mn. Is known (for example, Patent Document 1).

特開2008−184346号公報JP, 2008-184346, A

ところで、特許文献1にて記載されているように、一般にオリビン型のリチウム金属リン酸塩の電気伝導率は低い。二次電池の正極材料として用いられるという事情から、リチウム金属リン酸塩には信頼性に加えてより高い電気伝導性が求められる。 By the way, as described in Patent Document 1, the electrical conductivity of olivine-type lithium metal phosphate is generally low. Because of being used as a positive electrode material for secondary batteries, lithium metal phosphate is required to have higher electric conductivity in addition to reliability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電気伝導性に優れるリチウム金属リン酸塩の製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、当該製造方法により得られるリチウム金属リン酸塩、リチウムイオン二次電池の正極材料、及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a lithium metal phosphate having excellent electrical conductivity. Another object of the present invention is to provide a lithium metal phosphate obtained by the manufacturing method, a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

上記課題を解決するべく発明者が鋭意検討した結果、高温融剤法(フラックス法)を採用すること、及びホウ素をドープすること、が優れた電気伝導性を有するリチウム金属リン酸塩の製造に重要であることを見出し、本発明の完成に至った。すなわち本発明は、Li元素を含む化合物、金属元素M(MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)を含む化合物、B元素を含む化合物、及びリン酸イオンを含む化合物と、フラックスとの混合物を得る混合工程と、混合物の溶融物を得る溶融工程と、溶融物を冷却して析出物を得る冷却工程と、を備える、リチウム金属リン酸塩の製造方法を提供する。 As a result of intensive studies by the inventor to solve the above problems, the use of the high temperature flux method (flux method) and the doping with boron are effective in producing a lithium metal phosphate having excellent electrical conductivity. It was found to be important, and the present invention was completed. That is, the present invention includes a compound containing a Li element, a compound containing a metal element M (M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn), a compound containing a B element, and a phosphate ion. Provided is a method for producing a lithium metal phosphate, comprising: a mixing step of obtaining a mixture of a compound and a flux; a melting step of obtaining a melt of the mixture; and a cooling step of cooling the melt to obtain a precipitate. To do.

本発明の製造方法において、溶融工程における溶融温度は600℃以上であってもよい。 In the manufacturing method of the present invention, the melting temperature in the melting step may be 600°C or higher.

本発明の製造方法において、混合物におけるP元素に対するB元素の元素比は1/99〜99/1であってもよい。 In the manufacturing method of the present invention, the element ratio of the B element to the P element in the mixture may be 1/99 to 99/1.

また、本発明は、一般式LiMPO(式中、MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)で表される化合物におけるPの一部がBで置換されてなる、リチウム金属リン酸塩を提供する。 The present invention also comprises a compound represented by the general formula LiMPO 4 (wherein M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn), and a part of P is substituted with B. Providing lithium metal phosphate.

本発明のリチウム金属リン酸塩は、一般式Li1+αM(B1−x)O(式中、xは0.01〜0.99であり、αは0超2x以下である)を有していてもよい。 The lithium metal phosphate of the present invention has a general formula Li 1+α M(B x P 1-x )O 4 (wherein x is 0.01 to 0.99 and α is more than 0 and 2x or less). May have.

本発明のリチウム金属リン酸塩は、リチウムイオン二次電池の正極材料として用いられてもよい。 The lithium metal phosphate of the present invention may be used as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery.

また、本発明は、上記のリチウム金属リン酸塩からなるリチウムイオン二次電池の正極材料を提供する。 The present invention also provides a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, which is composed of the above lithium metal phosphate.

さらに本発明は、上記の正極材料を含む正極を備える、リチウムイオン二次電池を提供する。 Further, the present invention provides a lithium ion secondary battery including a positive electrode containing the above positive electrode material.

本発明によれば、電気伝導性に優れるリチウム金属リン酸塩の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、当該製造方法により得られるリチウム金属リン酸塩、リチウムイオン二次電池の正極材料、及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a lithium metal phosphate having excellent electrical conductivity. Moreover, according to this invention, the lithium metal phosphate obtained by the said manufacturing method, the positive electrode material of a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery can be provided.

実施例に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the electric conductivity evaluation result of the lithium metal phosphate which concerns on an Example. 実施例に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the electric conductivity evaluation result of the lithium metal phosphate which concerns on an Example. 実施例に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the electric conductivity evaluation result of the lithium metal phosphate which concerns on an Example. 実施例に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the electric conductivity evaluation result of the lithium metal phosphate which concerns on an Example. 比較例に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the electric conductivity evaluation result of the lithium metal phosphate which concerns on a comparative example.

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

<リチウム金属リン酸塩の製造方法>
リチウム金属リン酸塩の製造方法は、Li元素を含む化合物、金属元素M(MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)を含む化合物、B元素を含む化合物、及びリン酸イオン(PO 3−)を含む化合物と、フラックスとの混合物を得る混合工程と、混合物の溶融物を得る溶融工程と、溶融物を冷却して析出物を得る冷却工程と、を備える。本実施形態の製造方法により、一般式LiMPO(式中、MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)で表される化合物におけるPの一部がBで置換されてなる、リチウム金属リン酸塩を得ることができる。
<Method for producing lithium metal phosphate>
A method for producing a lithium metal phosphate includes a compound containing a Li element, a compound containing a metal element M (M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn), a compound containing an B element, and The method includes a mixing step of obtaining a mixture of a compound containing phosphate ions (PO 4 3− ) and a flux, a melting step of obtaining a melt of the mixture, and a cooling step of cooling the melt to obtain a precipitate. .. According to the production method of the present embodiment, a part of P in the compound represented by the general formula LiMPO 4 (wherein M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn) is substituted with B. A lithium metal phosphate can be obtained.

(混合工程)
Li元素を含む化合物としては、特に制限されず、炭酸リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、ホウ酸リチウム、これらの無水物又は水和物等が挙げられる。
(Mixing process)
The compound containing the Li element is not particularly limited, and includes lithium carbonate, lithium acetate, lithium nitrate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, lithium borate, their anhydrides or hydrates. Things etc. are mentioned.

金属元素Mを含む化合物としては、特に制限されず、シュウ酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、酸化鉄、水酸化鉄、これらの無水物又は水和物等のFe元素を含む化合物(化合物中のFeの価数は2価又は3価であってよい);炭酸コバルト、シュウ酸コバルト、塩化コバルト、これらの無水物又は水和物等のCo元素を含む化合物;炭酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、塩化ニッケル、これらの無水物又は水和物等のNi元素を含む化合物;炭酸マンガン、シュウ酸マンガン、塩化マンガン、これらの無水物又は水和物等のMn元素を含む化合物、などが挙げられる。 The compound containing the metal element M is not particularly limited, and compounds containing the Fe element such as iron oxalate, iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, iron oxide, iron hydroxide, and their anhydrides or hydrates ( The valence of Fe in the compound may be divalent or trivalent); compounds containing Co element such as cobalt carbonate, cobalt oxalate, cobalt chloride, their anhydrides or hydrates; nickel carbonate, oxalic acid Compounds containing Ni element such as nickel, nickel chloride and their anhydrides or hydrates; manganese carbonate, manganese oxalate, manganese chloride, compounds containing Mn element such as their anhydrides or hydrates, and the like. To be

これらの化合物のうち、優れた電気伝導性を発現する観点からは、金属元素Mを含む化合物として2価の遷移金属元素を含む化合物を採用することができる。ホウ素をドープしたリチウム金属リン酸塩において、2価の遷移金属元素を含む化合物を用いることで特に電気伝導性が向上する理由は定かではないが、発明者は次のように推察する。すなわち、遷移金属は高温の融液状態で雰囲気中の酸素と平衡状態にあり、微量の酸素があると2価と3価の共存状態にある。結晶構造において4配位であるPの位置にBが置換固溶することにより、電荷補償のため6配位位置にさらにLiイオンが増えるか、あるいは3価の遷移金属が入ることになる。結晶中の3価の比率が増えて結晶は黒色化し、遷移金属の2価と3価との間に電子の移動が起こり、電気伝導性が発現すると考えられる。また、シリケートに比べ、電子が移動する際の遷移金属の価数の変化に対応するLiイオンが容易に動くと考えられ、そのため電子の移動度が上がると思われる。イオン伝導と電子伝導が相補的に電気伝導性の向上に寄与していると推察される。 Among these compounds, a compound containing a divalent transition metal element can be adopted as the compound containing the metal element M from the viewpoint of exhibiting excellent electrical conductivity. Although the reason why the electrical conductivity is particularly improved by using a compound containing a divalent transition metal element in the boron-doped lithium metal phosphate is not clear, the inventor speculates as follows. That is, the transition metal is in a state of equilibrium with oxygen in the atmosphere in a molten state at high temperature, and in the presence of a trace amount of oxygen, it is in a coexisting state of divalent and trivalent. The substitution and solid solution of B at the 4-coordinate P position in the crystal structure further increases Li ions or hexavalent transition metal at the 6-coordinate position for charge compensation. It is considered that the ratio of trivalent in the crystal is increased and the crystal is blackened, electrons are transferred between the divalent and trivalent transition metals, and electrical conductivity is exhibited. Further, it is considered that the Li ion corresponding to the change in valence of the transition metal when the electron moves is easily moved as compared with the silicate, and therefore the electron mobility is considered to be increased. It is speculated that ionic conduction and electronic conduction complementarily contribute to the improvement of electrical conductivity.

B元素を含む化合物としては、特に制限されず、酸化ホウ素、ホウ酸、無水ホウ酸、ホウ酸リチウム等が使用できる。 The compound containing the element B is not particularly limited, and boron oxide, boric acid, boric anhydride, lithium borate, or the like can be used.

リン酸イオンを含む化合物としては、特に制限されず、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、リン酸、五酸化二リン、これらの無水物又は水和物等が挙げられる。 The compound containing a phosphate ion is not particularly limited, and ammonium phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, phosphoric acid, diphosphorus pentoxide, these An anhydride, a hydrate, etc. are mentioned.

Li元素、M元素、B元素及びリン酸イオンのうち2種以上を含む化合物を用いると、混合工程が容易になる。例えばホウ酸リチウムは、Li元素とB元素を含む化合物として使用できる。また、リン酸リチウム及びリン酸二水素リチウムは、Li元素とリン酸イオンを含む化合物として使用できる。このように、Li元素を含む化合物、金属元素Mを含む化合物、B元素を含む化合物、及びリン酸イオンを含む化合物をそれぞれ準備して用いてもよく、例えばLi元素を含みかつリン酸イオンを含む化合物、金属元素Mを含む化合物、及びB元素を含む化合物を準備して用いてもよい。 The use of a compound containing two or more of Li element, M element, B element and phosphate ion facilitates the mixing step. For example, lithium borate can be used as a compound containing a Li element and a B element. Further, lithium phosphate and lithium dihydrogen phosphate can be used as a compound containing a Li element and a phosphate ion. As described above, a compound containing a Li element, a compound containing a metal element M, a compound containing a B element, and a compound containing a phosphate ion may be prepared and used, and for example, a lithium element is contained and a phosphate ion is contained. A compound containing, a compound containing the metal element M, and a compound containing the B element may be prepared and used.

上記の各化合物の原料秤量におけるM元素と、P元素及びB元素と、の元素比は、0.8〜1.2:1とすることができる。リチウム金属リン酸塩の化学量論比の観点から1:1であってもよい。一方、P元素に対するB元素の元素比は、1/99〜99/1とすることができる。ただし、所望の結晶構造を得てより優れた電気伝導性を発現する観点から、元素比は5/95〜50/50とすることができ、10/90〜30/70であってもよい。Li元素と、P元素及びB元素と、の元素比は、Li元素が大となるように調整しなければならない。リチウム金属リン酸塩の化学量論比からは、元素比1:1であるが、溶融工程と冷却工程の過程において、Liの蒸発減損があるためである。 The elemental ratio of the M element to the P element and the B element in the raw material weighing of each of the above compounds can be 0.8 to 1.2:1. It may be 1:1 from the viewpoint of the stoichiometric ratio of the lithium metal phosphate. On the other hand, the element ratio of the B element to the P element can be 1/99 to 99/1. However, the element ratio may be 5/95 to 50/50, and may be 10/90 to 30/70, from the viewpoint of obtaining a desired crystal structure and exhibiting superior electrical conductivity. The element ratio of the Li element to the P element and the B element must be adjusted so that the Li element becomes large. From the stoichiometric ratio of the lithium metal phosphate, the element ratio is 1:1 because the evaporation loss of Li occurs during the melting process and the cooling process.

フラックスは、結晶作製法の一種である高温融剤法(フラックス法)において用いられる化合物であって、目的とする結晶を溶かし込むための溶媒として作用する無機化合物である。高温融剤法は、溶質である結晶の溶媒に対する溶解度が、温度によって変わる性質を利用する。高温では溶解度が大きく、温度が下がると溶解度が小さくなるフラックスを用いると、冷却に伴ってフラックスへの溶解度を上回り、過飽和状態となった目的物が、結晶として析出する。フラックスとしては、目的結晶よりも低い温度で溶融する化合物を選択すれば良い。フラックスとしては、塩化リチウム、フッ化リチウム、バナジン酸リチウム、リン酸二水素ナトリウム、フッ化鉛、酸化鉛、酸化ビスマス、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等が挙げられ、これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、複数の溶質成分がある場合には、特定の溶質成分を増やしてその成分比を所望とする成分比(化学量論比)から故意にずらし、当該溶質成分にフラックスとしての働きを兼ねさせるセルフフラックス法を用いることもできる。 Flux is a compound used in a high-temperature fluxing method (flux method), which is a type of crystal production method, and is an inorganic compound that acts as a solvent for dissolving a target crystal. The high temperature flux method utilizes the property that the solubility of crystals, which are solutes, in a solvent changes depending on the temperature. When a flux having a high solubility at a high temperature and a low solubility at a low temperature is used, the solubility in the flux is increased with cooling, and the target substance in a supersaturated state is precipitated as crystals. A compound that melts at a temperature lower than that of the target crystal may be selected as the flux. Examples of the flux include lithium chloride, lithium fluoride, lithium vanadate, sodium dihydrogen phosphate, lead fluoride, lead oxide, bismuth oxide, molybdate, tungstate, and the like. Alternatively, two or more kinds can be used in combination. When there are multiple solute components, the specific solute component is increased and the component ratio is intentionally deviated from the desired component ratio (stoichiometric ratio), and the solute component also functions as a flux. The self-flux method can also be used.

混合工程では、溶質となる各化合物秤量原料と、フラックスとを混合して混合物を得る。混合方法は乾式混合法及び湿式混合法のいずれであってもよい。具体的には、各原料を乳鉢、ボールミル等を用いて機械的に混合する方法、各原料を水に溶解させた後に沈殿させて混合する共沈法、各原料を溶解したゾルをゲル化させて混合するゾル−ゲル法、等を利用できる。 In the mixing step, a flux is mixed with each compound weighing raw material to be a solute to obtain a mixture. The mixing method may be either a dry mixing method or a wet mixing method. Specifically, a method in which each raw material is mechanically mixed using a mortar, a ball mill, or the like, a coprecipitation method in which each raw material is dissolved in water and then precipitated and mixed, and a sol in which each raw material is dissolved is gelled. A sol-gel method of mixing by mixing can be used.

(溶融工程)
溶融工程では混合工程にて得られた混合物を溶融する。混合物は必要に応じ所定の容器に入れられて焼成炉内に投入され、不活性雰囲気又は少量の酸素を含む不活性雰囲気中で溶融される。不活性雰囲気としてはアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス等で置換された雰囲気が挙げられる。これらの不活性ガス中には1000ppm未満の酸素が含まれていてもよい。なお、溶融工程における溶融物とは、溶媒として加えたフラックスが完全に溶融し、大部分の溶質(Li元素を含む化合物、金属元素Mを含む化合物、B元素を含む化合物、及びリン酸イオンを含む化合物)がフラックス中に溶解した状態のものを言う。溶融物中には融け残りの溶質が含まれていてもよい。
(Melting process)
In the melting step, the mixture obtained in the mixing step is melted. The mixture is put in a predetermined container as needed, put into a firing furnace, and melted in an inert atmosphere or an inert atmosphere containing a small amount of oxygen. Examples of the inert atmosphere include an atmosphere substituted with argon gas, nitrogen gas, helium gas or the like. Oxygen of less than 1000 ppm may be contained in these inert gases. The melt in the melting step means that the flux added as a solvent is completely melted and most of the solutes (compounds containing Li element, compounds containing metal element M, compounds containing B element, and phosphate ion) (Including compounds) refers to the state of being dissolved in the flux. The solute may contain unmelted solute.

溶融工程における溶融温度は、溶融したフラックス中に大部分の溶質が溶融する、あるいは全量の溶質が溶融する温度に設定することができる。混合物の構成に依存するため必ずしも限定されないが、溶融温度は少なくとも600℃以上とすることができ、650℃以上であってもよく、700℃以上であってもよい。溶融温度の上限は、原料及びリチウム化合物の分解と蒸発を抑制する観点から1000℃以下とすることができ、900℃以下であってもよい。なお、溶融温度での保持時間は、一定量の溶質が溶融する時間に設定することができ、例えば少なくとも3時間以上とすることができ、4.5時間以上であってもよく、6時間以上であってもよい。保持時間の上限は、原料及びリチウム化合物の分解と蒸発を抑制する観点から24時間以下とすることができ、12時間以下であってもよい。 The melting temperature in the melting step can be set to a temperature at which most of the solute is melted in the melted flux or all the solutes are melted. The melting temperature may be at least 600° C. or higher, may be 650° C. or higher, and may be 700° C. or higher, though it depends on the composition of the mixture. The upper limit of the melting temperature can be 1000° C. or lower, and may be 900° C. or lower, from the viewpoint of suppressing decomposition and evaporation of the raw material and the lithium compound. The holding time at the melting temperature can be set to a time for melting a certain amount of solute, for example, at least 3 hours or more, and may be 4.5 hours or more, and 6 hours or more. May be The upper limit of the holding time can be 24 hours or less, and may be 12 hours or less, from the viewpoint of suppressing decomposition and evaporation of the raw material and the lithium compound.

溶融工程時にフラックスが完全に溶融していなかったり、大部分の溶質がフラックスに溶解していなかったりすると、冷却後に得られるリチウム金属リン酸塩中に未反応のフラックス成分等の不純物が混入し、複合化される虞がある。これらの不純物は混合物に対し単なる焼成を実施した際に生じる化合物であり、リチウム金属リン酸塩の電気伝導性を低下させる要因となる。なお、ここで言う焼成とはフラックスを用いない方法であって、原料を完全に溶融させない程度の高温にて加熱して原料同士を反応させ、原料に応じた組成を有する焼成物を得るものである。焼成においては、元素の固相拡散によって反応が進行するために、未反応な部分が残ることがあり、また、生成物中の元素分布が不均一になり易くなる。また、焼成は固相反応によるため分別することができるほどの大きさの結晶を製造することは実質的に不可能である。そのため、複雑な構造や多種の元素からなる均質な物質を作るためには何度も焼成と解砕再混合を繰り返す必要がある。 If the flux is not completely melted during the melting process, or if most of the solutes are not dissolved in the flux, impurities such as unreacted flux components are mixed in the lithium metal phosphate obtained after cooling, There is a risk of being compounded. These impurities are compounds that are generated when the mixture is simply fired, and become a factor that reduces the electrical conductivity of the lithium metal phosphate. It should be noted that the term "firing" as used herein refers to a method that does not use a flux, and is a method of obtaining a fired product having a composition according to the raw materials by heating the raw materials at a high temperature that does not completely melt the raw materials. is there. During firing, the reaction proceeds due to solid-phase diffusion of elements, so unreacted portions may remain, and the element distribution in the product tends to be non-uniform. Further, since firing is based on a solid-phase reaction, it is practically impossible to produce crystals having a size that can be separated. Therefore, it is necessary to repeat firing and disintegration/remixing many times in order to produce a homogeneous substance having a complicated structure and various elements.

不純物の生成を抑制する観点から、溶融工程に先立ち仮焼成工程を実施してもよい。仮焼成工程では、混合物を400〜600℃程度で焼成して仮焼成物を得ることができる。当該仮焼成物を溶融工程に供することができる。 From the viewpoint of suppressing the generation of impurities, the calcination step may be performed before the melting step. In the calcination step, the mixture can be calcinated at about 400 to 600° C. to obtain a calcination product. The calcinated product can be subjected to a melting step.

(冷却工程)
得られた溶融物は本工程により室温まで冷却される。冷却は速くとも5℃/時間以下の速度で実施することが好ましい。冷却速度が速すぎると結晶内に欠陥が生じる虞がある。
(Cooling process)
The obtained melt is cooled to room temperature by this step. Cooling is preferably performed at a rate of 5° C./hour or less at the fastest. If the cooling rate is too fast, defects may occur in the crystal.

冷却工程後に得られる回収物(冷却物)は、所望とするリチウム金属リン酸塩の析出物の他、フラックス成分、未反応物、副反応物等の他の成分を含み得る。例えば回収物を温水(60℃の純水等)で洗浄するなどし、難溶性の結晶のみを濾取等することにより、回収物から所望とするリチウム金属リン酸塩のみを得ることができる。この観点から、本実施形態の製造方法は、冷却工程にて得られた回収物を洗浄する洗浄工程を備えていてもよい。なお、得られた結晶がリチウム金属リン酸塩であることは、X線回折法等により確認することができる。 The recovered product (cooled product) obtained after the cooling step may contain other components such as a flux component, an unreacted product, and a side reaction product, in addition to a desired lithium metal phosphate precipitate. For example, only the desired lithium metal phosphate can be obtained from the recovered product by, for example, washing the recovered product with warm water (60° C. pure water or the like) and filtering out only the hardly soluble crystals. From this point of view, the manufacturing method of the present embodiment may include a washing step of washing the recovered material obtained in the cooling step. In addition, it can be confirmed by an X-ray diffraction method that the obtained crystal is a lithium metal phosphate.

<リチウム金属リン酸塩>
本実施形態のリチウム金属リン酸塩は、一般式LiMPO(式中、MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)で表される化合物におけるPの一部がBで置換されてなるものである。リチウム金属リン酸塩はオリビン構造を有する。一般にオリビン構造は六方密充填酸素骨格を有しており、四配位四面体サイトにはPイオンが、六配位八面体サイトにはLiイオン及び遷移金属イオンMが存在する。本実施形態のリチウム金属リン酸塩においては、5価のPイオンの一部が3価のBイオンで置換されている。なお、Mの価数は化学量論組成において+2価をとり、Liの脱離に伴って電荷中性を保つために+3価に価数が変わりうる。このようなリチウム金属リン酸塩はホウ素ドープリチウム金属リン酸塩(LiM(B,P)O)と言うことができ、例えば下記一般式(X)で表すことができる。
<Lithium metal phosphate>
In the lithium metal phosphate of the present embodiment, a part of P in the compound represented by the general formula LiMPO 4 (wherein M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn) is B. It is replaced with. Lithium metal phosphate has an olivine structure. Generally, the olivine structure has a hexagonal close-packed oxygen skeleton, and P ions are present at the tetracoordinate tetrahedral site, and Li ions and transition metal ions M are present at the hexacoordinate octahedral site. In the lithium metal phosphate of the present embodiment, part of pentavalent P ions is replaced with trivalent B ions. The valence of M is +2 in the stoichiometric composition, and the valence may change to +3 in order to maintain the charge neutrality with the elimination of Li. Such a lithium metal phosphate can be referred to as boron-doped lithium metal phosphate (LiM(B,P)O 4 ), and can be represented by, for example, the following general formula (X).

Li1+αM(B1−x)O ・・・(X)
式中、xは0.01〜0.99であり、αは0超2x以下である。なお、xが小さ過ぎると電気導電性が不充分となる傾向があり、xが大き過ぎると異相が生じて歩留まりが下がる傾向がある。所望の結晶構造を効率よく得て、より優れた電気伝導性を発現する観点から、xは0.05〜0.5とすることができ、0.1〜0.3であってもよい。
Li 1+α M(B x P 1-x )O 4 (X)
In the formula, x is 0.01 to 0.99, and α is more than 0 and 2x or less. Note that if x is too small, electric conductivity tends to be insufficient, and if x is too large, a different phase occurs and the yield tends to decrease. From the viewpoint of efficiently obtaining a desired crystal structure and exhibiting more excellent electrical conductivity, x can be 0.05 to 0.5, and may be 0.1 to 0.3.

本実施形態のリチウム金属リン酸塩が優れた電気伝導性を有する理由は必ずしも定かではないが、発明者らは次のように推察する。一般に、オリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩において、Liの充放電過程は、Li1−y(M2+ 1−y,M3+ )POで示される。放電によってLiが結晶にyだけ入ると同時に、3+だった遷移金属Mへy等量の電子が流れ込んで2+のMにyだけ価数変化する。一方、Bがドープされたリチウム金属リン酸塩では、α=2xのとき、電荷中性の要請から、Liの充放電過程は、Li1+2x−y(M2+ 1−y,M3+ )(B1−x)Oと推測される(xの範囲は0.01以上0.99以下、yの範囲は0.01以上1以下)。まず、放電によってLiが結晶にyだけ入ると同時に、3+だった遷移金属Mへy等量の電子が流れ込んで2+のMにyだけ価数変化する。次に充電によってα=2xのとき、一個のLiイオンが抜けて3+のMとなりさらに充電するともう2x個のLiイオンが抜けて4+または5+のMになる可能性がある。遷移金属の価数混合による電子のホッピング伝導により、電気伝導性が向上すると考えられる。これは、PとBの固溶により酸素格子がルーズになりLiイオンが動き易くなっており、電荷補償が速やかに行われるためであると考える。このように、Bがドープされたリチウム金属リン酸塩は優れた電気伝導性を有すると考えられる。層状岩塩型のLiCoOに比してより堅牢な構造であるオリビン型のリチウム金属リン酸塩において、信頼性のみならずこのような優れた電気伝導性が得られることは驚くべきことであり、本実施形態におけるホウ素ドープリチウム金属リン酸塩はリチウムイオン二次電池の正極材料(正極活物質)として極めて好適である。 The reason why the lithium metal phosphate of the present embodiment has excellent electric conductivity is not always clear, but the inventors speculate as follows. Generally, in a lithium metal phosphate having an olivine structure, the charge/discharge process of Li is represented by Li 1-y (M 2+ 1-y , M 3+ y )PO 4 . At the same time as Li enters the crystal by y by the discharge, an equivalent amount of electrons flows into the transition metal M, which was 3+, and the valence of y changes to 2+M. On the other hand, in the case of lithium metal phosphate doped with B, when α=2x, the charge/discharge process of Li is Li 1+2x−y (M 2 + 1 −y , M 3+ y )( presumably B x P 1-x) O 4 ( range x 0.01 to 0.99, the range of y is 0.01 or more and 1 or less). First, at the same time as Li enters the crystal by y by the discharge, an equivalent amount of electrons flows into the transition metal M which was 3+, and the valence changes to 2+M by y. Next, when α=2x due to charging, one Li ion may escape to become 3+M and further charging may cause another 2x Li ions to escape to become 4+ or 5+M. It is considered that electric conductivity is improved by hopping conduction of electrons due to valence mixture of transition metals. This is considered to be because the solid solution of P and B loosens the oxygen lattice and facilitates the movement of Li ions, so that charge compensation is performed quickly. Thus, the B-doped lithium metal phosphate is considered to have excellent electrical conductivity. It is surprising that the olivine type lithium metal phosphate, which has a more robust structure than the layered rock salt type LiCoO 2 , can obtain such excellent electrical conductivity as well as reliability, The boron-doped lithium metal phosphate according to the present embodiment is extremely suitable as a positive electrode material (positive electrode active material) of a lithium ion secondary battery.

本実施形態のリチウム金属リン酸塩の結晶は、正確には従来のオリビン構造の定義からは逸脱すると考えている。オリビン構造は、天然のシリケート鉱物であるオリビンXSiOと同じ結晶構造を持つ結晶である(同式中、Xは2価金属のMgとFeが約9:1の比で含まれる)。XSiOにおいて酸素はほぼ六方最密に充填されており、酸素4個に囲まれた隙間が酸素4個につき8カ所あって、その1/8をSiが占める。酸素6個に囲まれた隙間も酸素4個につき4ヶ所あって、その1/2をXが占める。一方、Bが添加されないLiMPO(M=Fe,Co,Ni,Mn)では、Siの代わりにPが、XにはLiとMが入ることになる。Liが過剰に入る究極はMを全く含まないLiPOとなるが、この結晶はオリビンとは異なるγ−LiPO型という構造をとる。γ−LiPOにおいても、酸素はほぼ六方最密に充填された骨格をなし、Liは酸素6個に囲まれた隙間の1/2を占めるのに加え、酸素4個に囲まれた隙間にも入りその1/8を占める。LiMPOにBを添加すると、BはPの一部を置換し、5価のPを3価のBが置換することによる正電荷の不足をLiが過剰に入ることによって電荷補償されると推察される。このことから、本実施形態のリチウム金属リン酸塩の結晶は、オリビン型とγ−LiPO型の中間的な新規な結晶構造を有する可能性があると推察される。 It is believed that the lithium metal phosphate crystal of the present embodiment deviates from the conventional definition of the olivine structure to be precise. The olivine structure is a crystal having the same crystal structure as olivine X 2 SiO 4 which is a natural silicate mineral (in the formula, X contains divalent metals Mg and Fe in a ratio of about 9:1). In X 2 SiO 4 , oxygen is packed in a hexagonal closest packing, and there are 8 gaps surrounded by 4 oxygens per 4 oxygens, and 1/8 of that is occupied by Si. There are four spaces for four oxygens surrounded by six oxygens, and X occupies one half of them. On the other hand, in LiMPO 4 (M=Fe, Co, Ni, Mn) to which B is not added, P replaces Si and Li and M enter X. The ultimate content of excess Li is Li 3 PO 4 that does not contain M at all, but this crystal has a structure of γ-Li 3 PO 4 type, which is different from olivine. In γ-Li 3 PO 4 as well, oxygen forms a skeleton that is nearly hexagonally close-packed, and Li occupies 1/2 of the gap surrounded by 6 oxygens and is surrounded by 4 oxygens. It enters the gap and occupies 1/8 of it. It is speculated that when B is added to LiMPO 4 , B partially replaces P, and the shortage of positive charge due to the replacement of pentavalent P with trivalent B is compensated by the excess of Li. To be done. From this, it is presumed that the lithium metal phosphate crystal of the present embodiment may have a novel crystal structure intermediate between the olivine type and the γ-Li 3 PO 4 type.

<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池は、上記のリチウム金属リン酸塩からなる正極材料を含む正極を備えている。より具体的には、リチウムイオン二次電池は、当該正極、負極、電解質等を備えている。
<Lithium-ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery includes a positive electrode including the positive electrode material made of the above lithium metal phosphate. More specifically, the lithium ion secondary battery includes the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the like.

(正極)
正極は、上記正極材料に加え、導電助剤、結着剤等を含むことができる。
(Positive electrode)
The positive electrode may contain a conductive auxiliary agent, a binder and the like in addition to the above positive electrode material.

導電助剤としては特に制限されず、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、金属繊維、アルミニウム粉、フッ化炭素、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、酸化チタン、ポリフェニレン誘導体等が挙げられる。これらは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 The conductive aid is not particularly limited, and examples thereof include acetylene black, carbon black, graphite, carbon fiber, metal fiber, aluminum powder, fluorocarbon, zinc oxide, potassium titanate, titanium oxide, and polyphenylene derivative. These may be used alone or in combination of two or more.

結着剤としては特に制限されず、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー等が挙げられる。これらは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 The binder is not particularly limited, and examples thereof include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

(負極)
負極は、負極活物質自体からなるものであってもよく、負極活物質及び結着剤を含むものであってもよい。すなわち、負極は、金属リチウム、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−スズ合金等からなるものであってもよく、黒鉛、炭素繊維、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等及び結着剤を含むものであってもよい。
(Negative electrode)
The negative electrode may consist of the negative electrode active material itself, or may contain the negative electrode active material and a binder. That is, the negative electrode may be made of metallic lithium, a lithium-aluminum alloy, a lithium-tin alloy, or the like, and contains graphite, carbon fiber, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), and a binder. It may be.

(電解質)
電解質は液状であってもよく、固体状であってもよい。
(Electrolytes)
The electrolyte may be liquid or solid.

電解質が液状である(すなわち電解液を用いる)場合は、有機溶媒に支持電解質を溶解させたものを用いることができる。有機溶媒としては特に制限されず、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等が挙げられる。これらは、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 When the electrolyte is liquid (that is, the electrolytic solution is used), a solution obtained by dissolving a supporting electrolyte in an organic solvent can be used. The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolane compounds and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

支持電解質としては特に制限されず、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF等の無機塩、LiSOCF、LiC(SOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)等の有機塩、これらの塩の誘導体などが挙げられる。 The supporting electrolyte is not particularly limited, and inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , and LiAsF 6 , LiSO 3 CF 3 , LiC(SO 3 CF 3 ) 2 , LiN(SO 3 CF 3 ) 2 , LiN( Examples thereof include organic salts such as SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 4 F 9 ), and derivatives of these salts.

電解液を用いる場合は、セパレータとして多孔性合成樹脂膜(特にポリオレフィン系高分子の多孔膜)を用いればよい。 When an electrolytic solution is used, a porous synthetic resin film (particularly a polyolefin polymer porous film) may be used as the separator.

電解質が固体状である(すなわち固体電解質を用いる)場合は、例えば酸化物系、硫化物系等の化合物を用いることができる。酸化物系の化合物としては、La0.51Li0.34TiO2.94、NASICON型のLi1.3Al0.3Ti1.7(PO、ガーネット型のLiLaZr12等の材料が挙げられ、硫化物系の化合物としては、LiS−SiS系等の二成分系や、そこにLiI、LiPO等を加えた三成分系の材料が挙げられる。 When the electrolyte is in a solid state (that is, a solid electrolyte is used), an oxide-based compound, a sulfide-based compound, or the like can be used. Examples of the oxide-based compound include La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , NASICON-type Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , and garnet-type Li 7 La 3 Zr. include materials such as 2 O 12 is, compounds of the sulfide, Li 2 S-SiS two-component 2 system or the like and, there LiI, the material of the ternary plus Li 3 PO 4 etc. Can be mentioned.

リチウムイオン二次電池は、例えば次のようにして製造される。 The lithium ion secondary battery is manufactured, for example, as follows.

負極活物質及び結着剤を溶媒中に分散させて塗液を調製する。得られた塗液を負極集電体上に均一に塗布し、乾燥することで、負極集電体及び負極活物質層からなる積層体を得る。この積層体を負極部材内に負極集電体と負極部材内面が接するように収容し、負極が得られる。なお、金属リチウム箔等を用いる場合はそれ自体を負極とすればよい。 A negative electrode active material and a binder are dispersed in a solvent to prepare a coating liquid. The obtained coating liquid is uniformly applied onto the negative electrode current collector and dried to obtain a laminate including the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer. The laminated body is housed in the negative electrode member so that the negative electrode current collector and the inner surface of the negative electrode member are in contact with each other to obtain the negative electrode. When a metallic lithium foil or the like is used, it may be used as the negative electrode itself.

次に、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒中に分散させて塗液を調製する。得られた塗液を正極集電体上に均一に塗布し、乾燥することで、正極集電体及び正極活物質層からなる積層体を得る。この積層体を正極部材内に正極集電体と正極部材内面が接するように収容して、正極が得られる。 Next, the positive electrode active material, the conductive additive and the binder are dispersed in a solvent to prepare a coating liquid. The obtained coating liquid is uniformly applied onto the positive electrode current collector and dried to obtain a laminate including the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer. The laminated body is housed in the positive electrode member so that the positive electrode current collector and the inner surface of the positive electrode member are in contact with each other to obtain the positive electrode.

電解液を用いる場合は、上述のようにして製造された負極及び正極を、負極活物質層と正極活物質層との間にセパレータが介在するように重ね合わせ、電解液を充填し、封止材により電池内部を密封することにより、リチウムイオン二次電池が完成する。 When using the electrolytic solution, the negative electrode and the positive electrode manufactured as described above are stacked so that the separator is interposed between the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer, and the electrolytic solution is filled and sealed. The lithium ion secondary battery is completed by sealing the inside of the battery with the material.

一方、固体電解質を用いる場合は、例えば、負極用の原料粉末を均一な厚みに堆積して負極用粉末層を成形し、その負極用粉末層の上に、固体電解質粉末を含む固体電解質層用の原料粉末を均一な厚みに堆積して固体電解質層用粉末層を成形し、その固体電解質層用粉末層の上に、正極用の原料粉末を均一な厚みに堆積して正極用粉末層を成形した後、これら3層を圧縮成形し、粉末積層体を得る。得られた粉末積層体を用いて、リチウムイオン二次電池を得ることができる。なお、固体電解質層、負極、及び、正極を別々に成形し、これらを積層してリチウムイオン二次電池を得ることもできる。 On the other hand, in the case of using a solid electrolyte, for example, a raw material powder for a negative electrode is deposited to a uniform thickness to form a powder layer for a negative electrode, and a solid electrolyte layer containing the solid electrolyte powder is formed on the powder layer for a negative electrode. The raw material powder of is deposited to a uniform thickness to form a solid electrolyte layer powder layer, and the positive electrode raw material powder is deposited to a uniform thickness on the solid electrolyte layer powder layer to form a positive electrode powder layer. After molding, these three layers are compression molded to obtain a powder laminate. A lithium ion secondary battery can be obtained using the obtained powder laminate. The solid electrolyte layer, the negative electrode, and the positive electrode may be separately molded, and these may be laminated to obtain a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池の形状としては特に制限されず、円筒型、角型、コイン型、ボタン型等が挙げられる。 The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical type, a square type, a coin type, a button type and the like.

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
溶質粉末としては、Li元素とリン酸イオンを含む化合物としてリン酸リチウムLiPO、Co元素(金属元素M)を含む化合物として塩化コバルトCoCl、及びB元素を含む化合物として酸化ホウ素Bを準備した。これらを、Li:Co:B:P=24:10:2:8の元素比となるように秤量した。また、フラックスとしては炭酸リチウムLiCOと塩化リチウムLiClを準備した。溶質粉末とフラックスとの混合割合は、5:1の重量比となるように調整した。秤量した溶質粉末及びフラックスを乳鉢及び乳棒を用いて良く混合し、混合粉末を得た。
(Example 1)
As the solute powder, lithium phosphate Li 3 PO 4 as a compound containing Li element and phosphate ion, cobalt chloride CoCl 2 as a compound containing Co element (metal element M), and boron oxide B 2 as a compound containing B element. O 3 was prepared. These were weighed so that the element ratio was Li:Co:B:P=24:10:2:8. As the flux, lithium carbonate Li 2 CO 3 and lithium chloride LiCl were prepared. The mixing ratio of the solute powder and the flux was adjusted so that the weight ratio was 5:1. The weighed solute powder and flux were thoroughly mixed using a mortar and pestle to obtain a mixed powder.

混合粉末を白金坩堝に入れ、雰囲気制御電気炉に静置した。そして電気炉内に一般窒素を流通させながら890℃まで昇温し、その温度で3時間保持した。これにより混合粉末を溶融させて溶融物を得た。炉の出口の酸素濃度は数十ppmだった。その後、溶融物を1℃/hrで徐冷した。 The mixed powder was put in a platinum crucible and left standing in an atmosphere-controlled electric furnace. Then, the temperature was raised to 890° C. while circulating general nitrogen in the electric furnace, and the temperature was maintained for 3 hours. Thereby, the mixed powder was melted to obtain a melt. The oxygen concentration at the furnace outlet was several tens of ppm. Then, the melt was gradually cooled at 1° C./hr.

溶融物を室温まで冷却した後、白金るつぼを取り出した。白金るつぼ内容物を温水を用いて洗浄してフラックス等を除去し、難溶性の析出物のみを濾取して回収した。 After cooling the melt to room temperature, the platinum crucible was removed. The platinum crucible contents were washed with warm water to remove flux and the like, and only the hardly soluble precipitate was collected by filtration.

回収した析出物についてX線回折法により結晶構造を確認したところ、当該析出物は単結晶のLi1+αCo(B1−x)Oであると同定された。 When the crystal structure of the recovered precipitate was confirmed by X-ray diffractometry, the precipitate was identified as single crystal Li 1+ α Co(B x P 1-x )O 4 .

(実施例2)
塩化コバルトに代えて、Mn元素を含む化合物として塩化マンガンMnClを用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験を行い難溶性の析出物を回収した。
(Example 2)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that manganese chloride MnCl 2 was used as a compound containing an Mn element instead of cobalt chloride, and a hardly soluble precipitate was recovered.

回収した析出物についてX線回折法により結晶構造を確認したところ、当該析出物は単結晶のLi1+αMn(B1−x)Oであると同定された。 When the crystal structure of the recovered precipitate was confirmed by X-ray diffractometry, the precipitate was identified as single crystal Li 1+α Mn(B x P 1-x )O 4 .

(実施例3)
塩化コバルトに代えて、Fe元素を含む化合物として塩化鉄FeClを用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験を行い難溶性の析出物を回収した。
(Example 3)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that iron chloride FeCl 2 was used as the compound containing Fe element instead of cobalt chloride, and a hardly soluble precipitate was recovered.

回収した析出物についてX線回折法により結晶構造を確認したところ、当該析出物は単結晶のLi1+αFe(B1−x)Oであると同定された。 When the crystal structure of the recovered precipitate was confirmed by X-ray diffractometry, the precipitate was identified as single crystal Li 1+α Fe(B x P 1-x )O 4 .

(実施例4)
塩化コバルトに代えて、Ni元素を含む化合物として塩化ニッケルNiClを用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験を行い難溶性の析出物を回収した。
(Example 4)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that nickel chloride NiCl 2 was used as a compound containing Ni element instead of cobalt chloride, and a hardly soluble precipitate was recovered.

回収した析出物についてX線回折法により結晶構造を確認したところ、当該析出物は単結晶のLi1+αNi(B1−x)Oであると同定された。 When the crystal structure of the recovered precipitate was confirmed by X-ray diffractometry, the precipitate was identified to be single crystal Li 1+α Ni(B x P 1-x )O 4 .

(比較例1)
溶質粉末としては、Li元素とリン酸イオンを含む化合物としてリン酸リチウムLiPO、及びCo元素を含む化合物として塩化コバルトCoClを準備した。これらを、Li:Co:P=3:1:1の元素比となるように秤量した。また、フラックスとしては炭酸リチウムLiCOと塩化リチウムLiClを準備した。溶質粉末とフラックスとの混合割合は、5:1の重量比となるように調整した。秤量した溶質粉末及びフラックスを乳鉢及び乳棒を用いて良く混合し、混合粉末を得た。
(Comparative Example 1)
As the solute powder, lithium phosphate Li 3 PO 4 was prepared as a compound containing Li element and phosphate ions, and cobalt chloride CoCl 2 was prepared as a compound containing Co element. These were weighed so that the element ratio was Li:Co:P=3:1:1. As the flux, lithium carbonate Li 2 CO 3 and lithium chloride LiCl were prepared. The mixing ratio of the solute powder and the flux was adjusted so that the weight ratio was 5:1. The weighed solute powder and flux were thoroughly mixed using a mortar and pestle to obtain a mixed powder.

このように調製した混合粉末を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験を行い難溶性の析出物を回収した。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that the mixed powder thus prepared was used, and a hardly soluble precipitate was recovered.

回収した析出物についてX線回折法により結晶構造を確認したところ、当該析出物は単結晶のLiCoPOであると同定された。 When the crystal structure of the recovered precipitate was confirmed by X-ray diffractometry, the precipitate was identified as single crystal LiCoPO 4 .

(電気伝導性評価)
各例で得られた単結晶(厚さ0.5〜2mm)の対向する二面における電気伝導性を、直流電圧発生器(1V〜2.5kV)、電流測定器(1〜110μA)及び制御用PCを備えるシステムを用いて室温にて評価した。測定用の端子として、陽極には白金線を、陰極にはアルミニウム箔をそれぞれ用いた。結果を図に示す。図1〜4は、それぞれ実施例1〜4に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフであり、図5は、比較例1に係るリチウム金属リン酸塩の電気伝導性評価結果を示すグラフである。図中、破線が印加電圧(V)を示し、実線が検出電流(μA)を示す。
(Electrical conductivity evaluation)
The electric conductivity on the two opposite surfaces of the single crystal (thickness 0.5 to 2 mm) obtained in each example was controlled by a direct current voltage generator (1 V to 2.5 kV), a current measuring device (1-110 μA) and control. Evaluation was performed at room temperature using a system equipped with a personal computer. As a terminal for measurement, a platinum wire was used for the anode and an aluminum foil was used for the cathode. The results are shown in the figure. 1 to 4 are graphs showing the electric conductivity evaluation results of the lithium metal phosphates according to Examples 1 to 4, respectively, and FIG. 5 is an electric conductivity evaluation of the lithium metal phosphate according to Comparative Example 1. It is a graph which shows a result. In the figure, the broken line shows the applied voltage (V) and the solid line shows the detection current (μA).

図に示すように、実施例では一定の電流が観察されたのに対し、比較例では電流が観察されなかった。比較例に比して実施例の電気伝導性は圧倒的に優れていた。 As shown in the figure, a constant current was observed in the examples, whereas no current was observed in the comparative examples. The electrical conductivity of the example was overwhelmingly superior to that of the comparative example.

なお、図から考察するに、イオン伝導による電流は昇圧時に現れ急速に減衰するようである(図2)。一方、電子伝導による場合はオームの法則に則り電圧に対応して変化する(図3)。印加直後はイオン伝導と電子伝導とが混在しているが、通電して3分程度で一定になり、電子伝導のみの電流が測定されていると考える。電子伝導性がイオン伝導性よりも高い場合、イオン伝導は起こらず初めからオームの法則に従うと考える。なお、電子伝導によって熱が発生して結晶の温度が上がると、金属とは逆に電気抵抗が下がり電流値が上がっていくと考える(図1)。 Incidentally, considering from the figure, the current due to ionic conduction seems to appear at the time of boosting and rapidly decay (FIG. 2). On the other hand, in the case of electron conduction, it changes according to the voltage according to Ohm's law (Fig. 3). Immediately after the application, ionic conduction and electronic conduction coexist, but it is considered that the current becomes constant only in about 3 minutes after the application of electricity, and only the electric conduction is measured. When the electronic conductivity is higher than the ionic conductivity, ionic conduction does not occur and it is considered that Ohm's law is obeyed from the beginning. It is considered that when heat is generated by electron conduction and the temperature of the crystal rises, the electric resistance decreases and the current value rises contrary to metal (FIG. 1).

Claims (8)

Li元素を含む化合物、金属元素M(MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)を含む化合物、B元素を含む化合物、及びリン酸イオンを含む化合物と、フラックスとの混合物を得る混合工程と、
前記混合物の溶融物を得る溶融工程と、
前記溶融物を冷却して析出物を得る冷却工程と、
を備える、リチウム金属リン酸塩の製造方法。
A compound containing a Li element, a compound containing a metal element M (M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn), a compound containing a B element, and a compound containing a phosphate ion, and a flux. A mixing step to obtain a mixture of
A melting step to obtain a melt of the mixture,
A cooling step of cooling the melt to obtain a precipitate,
A method for producing a lithium metal phosphate, comprising:
前記溶融工程における溶融温度が600℃以上である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the melting temperature in the melting step is 600° C. or higher. 前記混合物におけるP元素に対するB元素の元素比が1/99〜99/1である、請求項1又は2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the element ratio of the B element to the P element in the mixture is 1/99 to 99/1. 一般式LiMPO(式中、MはFe、Co、Ni及びMnからなる群より選択される少なくとも一種)で表される化合物におけるPの一部がBで置換されてなる、リチウム金属リン酸塩。 A lithium metal phosphate in which a part of P in the compound represented by the general formula LiMPO 4 (wherein M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn) is substituted with B. .. 一般式Li1+αM(B1−x)O(式中、xは0.01〜0.99であり、αは0超2x以下である)を有する、請求項4に記載のリチウム金属リン酸塩。 The lithium according to claim 4, having the general formula Li 1+α M(B x P 1-x )O 4 (wherein x is 0.01 to 0.99 and α is more than 0 and 2x or less). Metal phosphate. リチウムイオン二次電池の正極材料である、請求項4又は5に記載のリチウム金属リン酸塩。 The lithium metal phosphate according to claim 4 or 5, which is a positive electrode material for a lithium ion secondary battery. 請求項6に記載のリチウム金属リン酸塩からなるリチウムイオン二次電池の正極材料。 A positive electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising the lithium metal phosphate according to claim 6. 請求項7に記載の正極材料を含む正極を備える、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode including the positive electrode material according to claim 7.
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