JP6996262B2 - A method for producing lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, a raw material for lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, and a method for producing a lithium nickel composite oxide. - Google Patents
A method for producing lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, a raw material for lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, and a method for producing a lithium nickel composite oxide. Download PDFInfo
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Description
本発明は、リチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法、リチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウム、リチウムニッケル複合酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, a method for producing lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, and a method for producing a lithium nickel composite oxide.
近年、携帯電話、ノートパソコンなどの小型電子機器の急速な拡大とともに、充放電可能な電源として、リチウム二次電池の需要が急激に伸びている。リチウム二次電池の正極に用いられる正極活物質として、リチウムコバルト複合酸化物とともに、リチウムニッケル複合酸化物が広く用いられている。 In recent years, with the rapid expansion of small electronic devices such as mobile phones and notebook computers, the demand for lithium secondary batteries as a chargeable and dischargeable power source has been rapidly increasing. As a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium secondary battery, a lithium nickel composite oxide is widely used together with a lithium cobalt composite oxide.
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物と比べると、低コストで、高容量の電池が得られるという利点がある。 The lithium nickel composite oxide has an advantage that a high capacity battery can be obtained at a lower cost than the lithium cobalt composite oxide.
しかし、リチウムニッケル複合酸化物は、通常、リチウム化合物とニッケル化合物とを混合し焼成して製造されているが、製造条件により充放電特性が異なってしまうため、この製造条件を適切に制御して十分な充放電特性を得ることが難しいという問題点がある。 However, the lithium-nickel composite oxide is usually produced by mixing a lithium compound and a nickel compound and firing them. However, since the charge / discharge characteristics differ depending on the production conditions, these production conditions should be appropriately controlled. There is a problem that it is difficult to obtain sufficient charge / discharge characteristics.
また、リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物に比べて、その分解温度が低いため、合成時の温度が上げられず、合成時の焼成時間がリチウムコバルト複合酸化物に比べて長くなり、生産性が悪いという問題点もある。 Further, since the decomposition temperature of the lithium nickel composite oxide is lower than that of the lithium cobalt composite oxide, the temperature at the time of synthesis cannot be raised, and the firing time at the time of synthesis is longer than that of the lithium cobalt composite oxide. There is also the problem of poor productivity.
リチウムニッケル複合酸化物を製造するための原材料となるリチウム化合物とニッケル化合物としては、典型的にはそれぞれ、水酸化リチウムと、各種元素を添加したニッケル複合水酸化物またはニッケル複合酸化物と、を挙げることができる。 As the lithium compound and the nickel compound which are the raw materials for producing the lithium-nickel composite oxide, typically, lithium hydroxide and a nickel composite hydroxide or a nickel composite oxide to which various elements are added are used, respectively. Can be mentioned.
この水酸化リチウムと、ニッケル複合水酸化物またはニッケル複合酸化物と、を混合焼成して、リチウムニッケル複合酸化物を合成する方法に関して、既に多数の提案がなされている。 Many proposals have already been made regarding a method for synthesizing a lithium-nickel composite oxide by mixing and firing this lithium hydroxide with a nickel composite hydroxide or a nickel composite oxide.
例えば、特許文献1には、コバルト塩とニッケル塩との混合水溶液にアルカリ溶液を加えて、コバルトとニッケルの水酸化物を共沈させることによってコバルトとニッケルの複合水酸化物を得た後、水酸化リチウムなどのリチウム化合物と混合し、この混合物を焼成することを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の製造方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1, an alkaline solution is added to a mixed aqueous solution of a cobalt salt and a nickel salt, and the hydroxide of cobalt and nickel is co-precipitated to obtain a composite hydroxide of cobalt and nickel. A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which comprises mixing with a lithium compound such as lithium hydroxide and firing the mixture, is disclosed.
また、特許文献2には、共沈法で作製したNi1-a-b-c-dCoaM1bM2cM3d(OH)2とLi化合物とを混合して大気あるいは酸素雰囲気下で、480-850℃で焼成するか、480-630℃で、15-40時間焼成した後解砕を行い、さらに同雰囲気下で700-850℃、3-10時間で焼成を行うことを特徴とするリチウム二次電池用正極材料の製造方法が開示されている。 Further, in Patent Document 2, Ni 1-ab-c-d Coa M 1b M 2c M 3d (OH) 2 produced by the coprecipitation method and a Li compound are mixed and mixed in an atmosphere or an oxygen atmosphere. It is characterized by firing at 480-850 ° C or at 480-630 ° C for 15-40 hours and then crushing, and then firing at 700-850 ° C for 3-10 hours in the same atmosphere. A method for manufacturing a positive electrode material for a lithium secondary battery is disclosed.
これらの特許文献には、原料組成、焼成温度範囲、焼成時間などが規定されているものの、量産を考慮した製造条件については開示がなされておらず、これらを参照するだけでは、工業的規模で生産された正極活物質において、安定した充放電特性が得られないという問題がある。 Although these patent documents specify the raw material composition, the firing temperature range, the firing time, etc., they do not disclose the manufacturing conditions in consideration of mass production. There is a problem that stable charge / discharge characteristics cannot be obtained in the produced positive electrode active material.
一方、特許文献3には、リチウム塩とニッケル塩とをLi/Niモル比が少なくとも1となるように混合し、焼成して正極材料用のLiNiO2を得る方法において、リチウム塩とニッケル塩との混合物を、オゾン1%以上を含む空気及び/または酸素中で500℃~1000℃で10時間以上焼成することを特徴とするリチウム二次電池用正極材料の製造方法が開示されている。 On the other hand, Patent Document 3 describes a method in which a lithium salt and a nickel salt are mixed so as to have a Li / Ni molar ratio of at least 1 and then fired to obtain LiNiO 2 for a positive electrode material. Disclosed is a method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises firing the mixture of 1 in air and / or oxygen containing 1% or more of ozone at 500 ° C. to 1000 ° C. for 10 hours or more.
さらに、特許文献3には、水酸化リチウムとして無水物を用いた例も開示されている。具体的には、水酸化ニッケルと無水水酸化リチウムとの混合物を、雰囲気調整炉内で加熱焼成して、リチウム二次電池用正極活物質を製造した例が開示されている。 Further, Patent Document 3 also discloses an example in which an anhydride is used as lithium hydroxide. Specifically, an example is disclosed in which a mixture of nickel hydroxide and anhydrous lithium hydroxide is heated and fired in an atmosphere adjusting furnace to produce a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
しかしながら、特許文献3においては、単に無水水酸化リチウムを原料に用いた例が開示されているのみであり、該無水水酸化リチウムについての具体的な特性や、製造方法等については何らの検討もなされていない。 However, Patent Document 3 merely discloses an example in which anhydrous lithium hydroxide is used as a raw material, and no studies have been made on the specific characteristics of the anhydrous lithium hydroxide, the production method, and the like. Not done.
また、水酸化リチウム一水塩の無水化方法として、特許文献4には水酸化リチウム一水塩を、ロータリーキルンを用いて、炉心管内温度150℃以上に加熱することにより無水化することを特徴とする水酸化リチウム一水塩の無水化方法が開示されている。特許文献4では、加熱の際の雰囲気に関して、水酸化リチウムが、炭酸リチウム化しなければ良く、例えば、大気中、窒素、アルゴン等の不活性ガス中などが挙げられている。 Further, as a method for anhydrousizing lithium hydroxide monohydrate, Patent Document 4 is characterized in that lithium hydroxide monohydrate is anhydrousized by heating it to a core tube temperature of 150 ° C. or higher using a rotary kiln. A method for anhydrousizing lithium hydroxide monohydrate is disclosed. In Patent Document 4, regarding the atmosphere at the time of heating, lithium hydroxide may not be converted to lithium carbonate, and examples thereof include the atmosphere and an inert gas such as nitrogen and argon.
しかしながら、特許文献4は、ロータリーキルンを用いることで、投入された水酸化リチウム一水塩を一部ずつ順次昇温することで、一時的に大量の水分が発生することなく、粉状ないし顆粒状の水酸化リチウム無水塩を得る発明である。このため、水酸化リチウムの炭酸リチウム化の詳細については何ら検討されていなかった。 However, in Patent Document 4, by using a rotary kiln, the charged lithium hydroxide monohydrate is gradually heated in part, so that a large amount of water is not temporarily generated, and it is in the form of powder or granules. It is an invention to obtain the lithium hydroxide anhydrous salt of. Therefore, the details of the conversion of lithium hydroxide to lithium carbonate have not been studied at all.
特許文献5には、炭素含有量が1質量%以下であり、かつ、真空中200℃で8時間保持した場合の質量減少率が5質量%以下である水酸化リチウムと、ニッケル複合酸化物とを、混合して焼成するリチウムニッケル複合酸化物の製造方法が開示されている。 Patent Document 5 describes lithium hydroxide having a carbon content of 1% by mass or less and a mass reduction rate of 5% by mass or less when held in vacuum at 200 ° C. for 8 hours, and a nickel composite oxide. Discloses a method for producing a lithium-nickel composite oxide which is mixed and fired.
特許文献5によれば、工業的規模の量産においても、優れた充放電特性を有するリチウムニッケル複合酸化物を安定して得ることができるとしているが、生産性や安定性について改善の余地がある。 According to Patent Document 5, it is possible to stably obtain a lithium nickel composite oxide having excellent charge / discharge characteristics even in mass production on an industrial scale, but there is room for improvement in productivity and stability. ..
以上のように、実際の工業的規模の量産においては、十分な充放電特性を備えるリチウム二次電池用正極活物質を安定して製造できるまでには至っていないのが現状である。 As described above, in actual mass production on an industrial scale, it has not yet been possible to stably produce a positive electrode active material for a lithium secondary battery having sufficient charge / discharge characteristics.
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、リチウムニッケル複合酸化物製造の原料として用いられ、工業的規模の量産においてもリチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきを抑制することが可能なリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the above-mentioned prior art, in one aspect of the present invention, it is used as a raw material for producing a lithium nickel composite oxide, and it is possible to suppress variations in the quality of the lithium nickel composite oxide even in mass production on an industrial scale. It is an object of the present invention to provide a possible method for producing lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide.
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
水酸化リチウムとニッケル化合物とを混合し、焼成することでリチウムニッケル複合酸化物を製造する際に用いる水酸化リチウムの製造方法であって、
炭酸ガス分圧が10Pa以下の雰囲気中において、水酸化リチウム水和物を流動させながら加熱することで、炭素含有量が0.3質量%以下の無水水酸化リチウムを得る乾燥工程を有するリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法を提供する。
According to one aspect of the present invention in order to solve the above problems.
It is a method for producing lithium hydroxide used when producing a lithium-nickel composite oxide by mixing lithium hydroxide and a nickel compound and firing them.
Lithium nickel having a drying step of obtaining anhydrous lithium hydroxide having a carbon content of 0.3% by mass or less by heating while flowing lithium hydroxide hydrate in an atmosphere where the partial pressure of carbon dioxide gas is 10 Pa or less. Provided is a method for producing lithium hydroxide for producing a composite oxide.
本発明の一態様によれば、リチウムニッケル複合酸化物製造の原料として用いられ、工業的規模の量産においてもリチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきを抑制することが可能なリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is used as a raw material for producing a lithium nickel composite oxide, and it is possible to suppress variations in the quality of the lithium nickel composite oxide even in mass production on an industrial scale. A method for producing lithium hydroxide for use can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[リチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法]
まず、本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウム(以下、単に「水酸化リチウム」とも記載する)の製造方法の一構成例について説明する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments and does not deviate from the scope of the present invention. Can be modified and substituted in various ways.
[Manufacturing method of lithium hydroxide for manufacturing lithium nickel composite oxide]
First, a configuration example of a method for producing lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “lithium hydroxide”) will be described.
本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法は、水酸化リチウムとニッケル化合物とを混合し、焼成することでリチウムニッケル複合酸化物を製造する際に用いる水酸化リチウムの製造方法に関する。そして、本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法は、炭酸ガス分圧が10Pa以下の雰囲気中において、水酸化リチウム水和物を流動させながら加熱することで、炭素含有量が0.3質量%以下の無水水酸化リチウムを得る乾燥工程を有することができる。 The method for producing lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide of the present embodiment is a method for producing lithium hydroxide used when producing a lithium-nickel composite oxide by mixing lithium hydroxide and a nickel compound and firing them. Regarding. The method for producing lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide according to the present embodiment is to heat the lithium hydroxide hydrate while flowing it in an atmosphere where the partial pressure of carbon dioxide gas is 10 Pa or less to obtain a carbon content. Can have a drying step to obtain anhydrous lithium hydroxide in an amount of 0.3% by mass or less.
水酸化リチウムは、空気中の炭酸分と結合し(以下、「炭酸化」ということがある。)、炭酸リチウムとなる性質を有する。 Lithium hydroxide has the property of combining with carbonic acid in the air (hereinafter, may be referred to as "carbonation") to form lithium carbonate.
そして、本発明の発明者らの検討によれば、水酸化リチウム中に含まれる炭素は例えば炭酸リチウムとして存在するが、その含有量によっては、水酸化リチウムとニッケル複合酸化物等のニッケル化合物とを混合焼成してリチウムニッケル複合酸化物を製造する際の反応の妨げになる。例えば、ニッケル化合物としてニッケル酸化物を用いた際には、下記のような反応式(1)によりリチウムニッケル複合酸化物が生成される。 According to the studies by the inventors of the present invention, carbon contained in lithium hydroxide exists as, for example, lithium carbonate, but depending on its content, lithium hydroxide and a nickel compound such as a nickel composite oxide may be used. Interferes with the reaction when producing a lithium-nickel composite oxide by mixing and firing. For example, when a nickel oxide is used as the nickel compound, a lithium nickel composite oxide is produced by the following reaction formula (1).
2NiO+2LiOH+1/2O2 → 2LiNiO2+H2O ・・・(1)
リチウムニッケル複合酸化物の焼成温度は、一般的にリチウムコバルト複合酸化物の焼成温度と比べて低い。したがって、水酸化リチウムに、ニッケル化合物との反応温度が高くなる炭酸リチウムが含有されると、炭酸リチウムが上記反応式(1)による合成反応を阻害することになる。このため、得られたリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質をリチウム二次電池の正極材料に用いると、該リチウム二次電池における電池容量が低下してしまうことになる。
2NiO + 2LiOH + 1 / 2O 2 → 2LiNiO 2 + H 2 O ・ ・ ・ (1)
The firing temperature of the lithium nickel composite oxide is generally lower than the firing temperature of the lithium cobalt composite oxide. Therefore, when lithium hydroxide contains lithium carbonate, which has a high reaction temperature with the nickel compound, lithium carbonate inhibits the synthetic reaction according to the reaction formula (1). Therefore, if the obtained positive electrode active material made of the lithium nickel composite oxide is used as the positive electrode material of the lithium secondary battery, the battery capacity of the lithium secondary battery will decrease.
また、本発明の発明者らは、水酸化リチウム中の炭素は、得られるリチウムニッケル複合酸化物の物性を変化させる要因の一つであり、水酸化リチウムの炭素含有量のばらつきは、最終製品であるリチウムニッケル複合酸化物の品質ばらつきを引き起こすことを見出した。 Further, the inventors of the present invention have stated that carbon in lithium hydroxide is one of the factors that change the physical properties of the obtained lithium-nickel composite oxide, and the variation in the carbon content of lithium hydroxide is the final product. It has been found that it causes quality variation of the lithium-nickel composite oxide.
そこで、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法では、得られる水酸化リチウム中の炭素含有量を0.3質量%以下、好ましくは0.27質量%以下と、従来のリチウムニッケル複合酸化物の原料として用いられる水酸化リチウム以上に低減している。このため、リチウムニッケル複合酸化物を製造する際の反応が阻害されることを防止することができ、該水酸化リチウムを用いて製造したリチウムニッケル複合酸化物を正極材料として用いたリチウム二次電池は、高い電池容量を安定して得ることができる。
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法では、得られる水酸化リチウム中の炭素含有量の下限値は特に限定されず、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムの炭素含有量は、例えば0以上とすることができる。
Therefore, in the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the carbon content in the obtained lithium hydroxide is 0.3% by mass or less, preferably 0.27% by mass or less, which is that of the conventional lithium nickel composite oxide. It is reduced to more than lithium hydroxide used as a raw material. Therefore, it is possible to prevent the reaction during the production of the lithium nickel composite oxide from being hindered, and the lithium secondary battery using the lithium nickel composite oxide produced using the lithium hydroxide as the positive electrode material. Can stably obtain a high battery capacity.
In the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the lower limit of the carbon content in the obtained lithium hydroxide is not particularly limited, and the carbon content of lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment is not particularly limited. The amount can be, for example, 0 or more.
なお、水酸化リチウムの炭素含有量を評価する場合、1箇所のみでサンプリングを行った場合には、該サンプリングした試料の炭素含有量が上記範囲を充足することが好ましい。また、2箇所以上の複数箇所、例えば3箇所以上10箇所以下でサンプリングを行った場合には、サンプリングした試料それぞれについて炭素含有量の評価を行い、サンプリングした複数の試料の平均値が上記範囲を充足することが好ましい。 When evaluating the carbon content of lithium hydroxide, when sampling is performed at only one location, it is preferable that the carbon content of the sampled sample satisfies the above range. When sampling is performed at two or more locations, for example, three or more locations and 10 or less locations, the carbon content of each sampled sample is evaluated, and the average value of the sampled samples falls within the above range. It is preferable to satisfy.
また、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムは炭素含有量が低い範囲に抑制されているため、必然的に炭素含有量のばらつきも小さくなっている。このため、該水酸化リチウムを用いて製造したリチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきを抑制することができる。 Further, since the lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment is suppressed to a low carbon content range, the variation in carbon content is inevitably small. Therefore, it is possible to suppress variations in the quality of the lithium-nickel composite oxide produced using the lithium hydroxide.
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムを用いて製造するリチウムニッケル複合酸化物を正極材料に用いたリチウム二次電池の電池容量のばらつきをより低減するためには、さらに炭素含有量を一定の範囲内に制御することが好ましい。ここでいう炭素含有量が一定の範囲内とは、例えば製造した水酸化リチウムの同一ロット内の複数のサンプリング箇所間での炭素含有量の変動や、複数のロット間の炭素含有量の変動、すなわちばらつきがほとんどなく一定の範囲内にあることを意味している。 In order to further reduce the variation in the battery capacity of the lithium secondary battery using the lithium nickel composite oxide produced by using the lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment as the positive electrode material, further. It is preferable to control the carbon content within a certain range. The term “carbon content within a certain range” as used herein means, for example, variation in carbon content between multiple sampling points in the same lot of manufactured lithium hydroxide, variation in carbon content among multiple lots, and the like. That is, it means that there is almost no variation and it is within a certain range.
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムは、炭素含有量のばらつきが0.10質量%以内であることが好ましく、0.05質量%以内であることがより好ましい。
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムの、炭素含有量のばらつきは0もしくはその近傍であることが好ましいことから、該水酸化リチウムの炭素含有量のばらつきは、例えば0以上とすることができる。
The lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment preferably has a carbon content variation of 0.10% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less.
Since it is preferable that the variation in the carbon content of the lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment is 0 or its vicinity, the variation in the carbon content of the lithium hydroxide is, for example, 0. The above can be done.
具体的には例えば2t/ロットで製造した水酸化リチウム1ロットについて、異なる任意の複数箇所、例えば3箇所以上10箇所以下でサンプリングを行い、評価を行った場合に、炭素含有量のばらつきが上記範囲内にあることが好ましい。加えて、2ロット以上5ロット以下で各ロットの炭素含有量の平均値を比較した場合に、炭素含有量のばらつきが上記範囲内にあることがより好ましい。 Specifically, for example, when one lot of lithium hydroxide produced at 2t / lot is sampled at any different arbitrary locations, for example, 3 or more and 10 or less, and evaluation is performed, the variation in carbon content is described above. It is preferably within the range. In addition, when the average value of the carbon content of each lot is compared between 2 lots or more and 5 lots or less, it is more preferable that the variation in carbon content is within the above range.
製造した水酸化リチウムの炭素含有量を、例えば0.10質量%以上0.20質量%以下の範囲内に制御することで、すなわちばらつきの幅を0.10質量%以内とすることで、該水酸化リチウムを用いて製造したリチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきを、より低減することができる。 By controlling the carbon content of the produced lithium hydroxide within the range of, for example, 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less, that is, by setting the range of variation to within 0.10% by mass. It is possible to further reduce the variation in quality of the lithium nickel composite oxide produced by using lithium hydroxide.
上述のように、製造した水酸化リチウムの炭素含有量を例えば0.10質量%以上0.20質量%以下の範囲に制御する場合において、製造している水酸化リチウム中の炭素含有量が例えば0.01質量%程度の場合には、炭酸化を促進して炭素含有量を調整することが好ましい。炭素含有量は、例えば乾燥工程の雰囲気により制御することができる。 As described above, when the carbon content of the produced lithium hydroxide is controlled to be in the range of, for example, 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less, the carbon content in the produced lithium hydroxide is, for example, In the case of about 0.01% by mass, it is preferable to promote carbonization to adjust the carbon content. The carbon content can be controlled, for example, by the atmosphere of the drying process.
原料となる水酸化リチウム水和物、例えば水酸化リチウム一水和物には、一般的に0.01質量%~0.15質量%程度の炭素が含まれている。水酸化リチウム一水和物から無水水酸化リチウムにするため、42質量%程度含まれる水分を除去すると、無水水酸化リチウムの炭素含有量は0.02質量%~0.26質量%程度となる。リチウムニッケル複合酸化物の品質を安定化させるためには、無水水酸化リチウムについて炭素含有量を0.3質量%以下とすることが必要であり、水酸化リチウム水和物を脱水して乾燥する乾燥工程において、炭酸化を抑制することが重要である。
なお、原料となる水酸化リチウム水和物の炭素含有量は特に限定されないが、上述のように水分を除去することで必然的に炭素含有割合が大きくなるため、例えば0.2質量%以下の水酸化リチウム水和物を用いることが好ましい。特に、原料として、0.15質量%以下の水酸化リチウム水和物を用いることがより好ましい。
原料に用いる水酸化リチウム水和物は炭素を含んでいないことが好ましいことから、原料として、炭素含有量が例えば0以上の水酸化リチウム水和物を用いることができる。
Lithium hydroxide hydrate as a raw material, for example, lithium hydroxide monohydrate, generally contains about 0.01% by mass to 0.15% by mass of carbon. In order to convert anhydrous lithium hydroxide from lithium hydroxide monohydrate, if water contained in about 42% by mass is removed, the carbon content of anhydrous lithium hydroxide will be about 0.02% by mass to 0.26% by mass. .. In order to stabilize the quality of the lithium-nickel composite oxide, it is necessary to have a carbon content of 0.3% by mass or less for anhydrous lithium hydroxide, and the lithium hydroxide hydrate is dehydrated and dried. In the drying process, it is important to suppress carbonation.
The carbon content of the lithium hydroxide hydrate as a raw material is not particularly limited, but the carbon content is inevitably increased by removing water as described above, so that the carbon content is, for example, 0.2% by mass or less. It is preferable to use lithium hydroxide hydrate. In particular, it is more preferable to use 0.15% by mass or less of lithium hydroxide hydrate as a raw material.
Since the lithium hydroxide hydrate used as a raw material preferably does not contain carbon, lithium hydroxide hydrate having a carbon content of, for example, 0 or more can be used as the raw material.
そこで、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法の乾燥工程においては、水酸化リチウム水和物を流動させながら加熱する。流動させることにより、水酸化リチウム水和物を短時間で均一に加熱し、炭酸化を抑制して短時間で脱水することが可能である。 Therefore, in the drying step of the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the lithium hydroxide hydrate is heated while flowing. By flowing, it is possible to uniformly heat the lithium hydroxide hydrate in a short time, suppress carbonation, and dehydrate in a short time.
このように本実施形態の水酸化リチウムの製造方法の乾燥工程では、水酸化リチウム水和物を流動させているため、加熱中に水酸化リチウムの粒子が凝集して粗大な水酸化リチウムの凝集粉を形成することを抑制できる。 As described above, in the drying step of the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, since the lithium hydroxide hydrate is fluidized, the lithium hydroxide particles aggregate during heating and the coarse lithium hydroxide aggregates. The formation of powder can be suppressed.
また、水酸化リチウム水和物を加熱する過程においては、水酸化リチウム水和物から生じた水により、水酸化リチウムは水分の多い環境下に置かれることになるが、水分の多い環境下では、水酸化リチウムが炭酸化し易い。このため、試料である水酸化リチウム水和物の一部を順次昇温させて加熱する、水酸化リチウム水和物内に大きな温度勾配を生じさせるような加熱方式では、水酸化リチウムが水分が多く温度が高い状態に置かれる時間が長くなるため、炭酸化の抑制が不十分となる。 Further, in the process of heating the lithium hydroxide hydrate, the water generated from the lithium hydroxide hydrate causes the lithium hydroxide to be placed in a water-rich environment, but in a water-rich environment. , Lithium hydroxide is easily carbonated. For this reason, in a heating method in which a part of the sample lithium hydroxide hydrate is sequentially heated and heated to generate a large temperature gradient in the lithium hydroxide hydrate, the lithium hydroxide has water content. Since it is left in a high temperature state for a long time, the suppression of carbonation becomes insufficient.
これに対して、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法によれば、乾燥工程において水酸化リチウム水和物を短時間で脱水処理することができるため、炭酸化の進行を特に抑制することができる。 On the other hand, according to the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the lithium hydroxide hydrate can be dehydrated in a short time in the drying step, so that the progress of carbonation can be particularly suppressed. can.
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法の乾燥工程において、加熱を開始し、設定温度に到達後の定常状態において、水酸化リチウム水和物内の最高温度と、最低温度との差、すなわち温度勾配は、例えば120℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましく、さらには80℃以下であることがより好ましい。乾燥工程における定常状態での、水酸化リチウム水和物内の温度勾配の下限値は特に限定されるものではないが、温度勾配は小さい方が好ましいことから0℃以上とすることができる。 In the drying step of the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the lithium hydroxide hydrate, that is, the temperature, in a steady state after heating is started and the set temperature is reached. The gradient is, for example, preferably 120 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, and even more preferably 80 ° C. or lower. The lower limit of the temperature gradient in the lithium hydroxide hydrate in the steady state in the drying step is not particularly limited, but it can be set to 0 ° C. or higher because a smaller temperature gradient is preferable.
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法の乾燥工程で、水酸化リチウム水和物を流動させる手段は特に限定されないが、例えば各種撹拌機を用いることができる。特に、転動撹拌機を好ましく用いることができる。なお、転動撹拌機とは、1または2以上の撹拌手段を備えており、該撹拌手段がモーター等の回転手段により加えられた動力により回転することで撹拌機内の試料を撹拌することができる装置を意味する。そして、該転動撹拌機に加熱手段を設けておくことにより試料を流動させながら加熱することができる。 In the drying step of the method for producing lithium hydroxide of the present embodiment, the means for flowing the lithium hydroxide hydrate is not particularly limited, but various stirrers can be used, for example. In particular, a rolling stirrer can be preferably used. The rolling stirrer is provided with one or more stirring means, and the sample in the stirrer can be stirred by rotating the stirring means by the power applied by the rotating means such as a motor. Means a device. Then, by providing the rolling stirrer with a heating means, the sample can be heated while flowing.
加熱手段は、流動している水酸化リチウム水和物を加熱できる手段であればよく、特に限定されないが、例えばジャケット構造を有し、該ジャケット内に水蒸気等の熱媒体を供給することで加熱する手段等を挙げることができる。なお、上述のジャケット構造を有する加熱手段を用いる場合、該加熱手段により流動している水酸化リチウム水和物を加熱できるように該加熱手段を配置することが好ましい。例えば撹拌機の被撹拌物を撹拌する領域を画する壁部等の一部、または全部を該加熱手段により構成することができる。 The heating means may be any means that can heat the flowing lithium hydroxide hydrate, and is not particularly limited. For example, it has a jacket structure and is heated by supplying a heat medium such as steam into the jacket. The means to do so can be mentioned. When the heating means having the above-mentioned jacket structure is used, it is preferable to arrange the heating means so that the lithium hydroxide hydrate flowing by the heating means can be heated. For example, a part or all of a wall portion or the like that defines a region for stirring an object to be agitated in the stirrer can be formed by the heating means.
水酸化リチウム水和物を流動させる手段としては、上述のような撹拌機を用いる方法だけではなく、例えば気流により、水酸化リチウム水和物を流動させながら乾燥する手段等も挙げられる。この場合、供給する気流を加熱しておくことで、水酸化リチウム水和物の流動と、加熱とを併せて行うことができる。 Examples of the means for flowing the lithium hydroxide hydrate include not only the method using a stirrer as described above, but also a means for drying the lithium hydroxide hydrate while flowing it by an air flow. In this case, by heating the air flow to be supplied, the flow of lithium hydroxide hydrate and the heating can be performed at the same time.
乾燥工程において、水酸化リチウムを流動、加熱する際の雰囲気は、炭酸ガス分圧が10Pa以下の雰囲気であり、好ましくは炭酸ガス分圧が5Pa以下の雰囲気とする。水酸化リチウムは、炭酸ガスと反応して容易に炭酸リチウムを生成する。このため、乾燥工程において、雰囲気中の炭酸ガス濃度を炭酸ガス分圧が10Pa以下となるように制御して、炭酸化を抑制することで、過剰な炭酸リチウムの生成を抑制できる。 In the drying step, the atmosphere for flowing and heating lithium hydroxide is an atmosphere having a partial pressure of carbon dioxide gas of 10 Pa or less, preferably an atmosphere having a partial pressure of carbon dioxide gas of 5 Pa or less. Lithium hydroxide easily produces lithium carbonate by reacting with carbon dioxide gas. Therefore, in the drying step, the carbon dioxide concentration in the atmosphere is controlled so that the partial pressure of the carbon dioxide gas is 10 Pa or less, and carbonation is suppressed, so that the production of excess lithium carbonate can be suppressed.
ただし、上述のように例えば水酸化リチウムの炭素含有量を一定の範囲内に制御する場合には、すなわち製造した水酸化リチウムの複数のロット間の炭素含有量のばらつきを一定の範囲内に制御する場合には、上述の範囲内で炭酸ガス分圧を調整して微量の炭酸リチウムを生成させることが好ましい。例えば、水酸化リチウム水和物の炭素含有量が少なく、無水水酸化リチウムが目標とする炭素含有量の範囲の下限未満となる場合には、空気などの炭酸ガス含有ガスを乾燥工程における雰囲気に少量導入することが好ましい。 However, as described above, for example, when the carbon content of lithium hydroxide is controlled within a certain range, that is, the variation in the carbon content between a plurality of lots of manufactured lithium hydroxide is controlled within a certain range. In this case, it is preferable to adjust the partial pressure of carbon dioxide gas within the above range to generate a small amount of lithium carbonate. For example, when the carbon content of lithium hydroxide hydrate is low and anhydrous lithium hydroxide is below the lower limit of the target carbon content range, a carbon dioxide gas-containing gas such as air is used as an atmosphere in the drying process. It is preferable to introduce a small amount.
乾燥工程における雰囲気は、炭酸ガス分圧が10Pa以下であれば特に限定されるものではないが、例えば炭酸ガス分圧が10Pa以下である、空気雰囲気、窒素雰囲気、真空雰囲気から選択された雰囲気を好ましく用いることができる。特に炭酸ガス分圧が10Pa以下である真空雰囲気を用いることがより好ましい。 The atmosphere in the drying step is not particularly limited as long as the partial pressure of carbon dioxide gas is 10 Pa or less, but for example, an atmosphere selected from an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, and a vacuum atmosphere having a partial pressure of carbon dioxide gas of 10 Pa or less can be used. It can be preferably used. In particular, it is more preferable to use a vacuum atmosphere in which the partial pressure of carbon dioxide gas is 10 Pa or less.
なお、炭酸ガス分圧が10Pa以下である空気あるいは窒素雰囲気は、空気あるいは窒素を酸化カルシウムなどの炭酸ガス吸着剤に通すことで、容易に得ることができる。 An air or nitrogen atmosphere having a partial pressure of carbon dioxide gas of 10 Pa or less can be easily obtained by passing air or nitrogen through a carbon dioxide gas adsorbent such as calcium oxide.
乾燥工程における雰囲気を真空雰囲気とする場合、流動している水酸化リチウム水和物を加熱する加熱手段としては、既述のようにジャケット構造を有し、該ジャケット内に水蒸気(加熱蒸気)等の熱媒体を供給することで加熱する手段を用いることが好ましい。 When the atmosphere in the drying step is a vacuum atmosphere, the heating means for heating the flowing lithium hydroxide hydrate has a jacket structure as described above, and steam (heated steam) or the like is contained in the jacket. It is preferable to use a means for heating by supplying the heat medium of.
これは、例えば加熱されたジャケットで囲まれた領域内で、水酸化リチウム水和物を流動させることで、水酸化リチウム水和物と加熱手段を構成するジャケットとの接触が増え、真空雰囲気中においても効率よく加熱され、短時間で脱水することが可能だからである。 This is because, for example, by flowing the lithium hydroxide hydrate in the region surrounded by the heated jacket, the contact between the lithium hydroxide hydrate and the jacket constituting the heating means is increased, and the vacuum atmosphere is reached. This is because it is efficiently heated and can be dehydrated in a short time.
上記ジャケットの加熱は、ジャケット内に加熱した熱媒体を供給、循環させることにより加熱することが好ましい。ジャケット内に熱媒体を循環させることで、ジャケット内をより均一に加熱することが可能となる。また、上記熱媒体は水蒸気であることが好ましい。水蒸気は、他の熱媒体と比べて取扱いが容易であり、かつ乾燥させるために十分な温度まで加熱することができるからである。 The jacket is preferably heated by supplying and circulating a heated heat medium in the jacket. By circulating the heat medium inside the jacket, the inside of the jacket can be heated more uniformly. Further, the heat medium is preferably water vapor. This is because steam is easier to handle than other heat media and can be heated to a temperature sufficient for drying.
また、上述のように乾燥工程における雰囲気を真空雰囲気とする場合、水酸化リチウム水和物を流動させる方法としては、既述のように例えば転動撹拌機を用いることができる。すなわち乾燥工程において、真空中、水酸化リチウム水和物を転動撹拌機を用いて流動させることが好ましい。特に、転動撹拌機は、上述のジャケット構造を備えた加熱手段を有しており、該ジャケット内に加熱した蒸気等の熱媒体を供給、循環させることで、乾燥工程における加熱を行うことが好ましい。このため、乾燥工程における雰囲気を真空雰囲気とする場合、水酸化リチウム水和物を流動し、加熱する手段、すなわち加熱乾燥装置としては、例えば、ジャケット構造を備えた加熱手段を有する転動撹拌機を好ましく用いることができる。 Further, when the atmosphere in the drying step is a vacuum atmosphere as described above, for example, a rolling stirrer can be used as a method for flowing the lithium hydroxide hydrate as described above. That is, in the drying step, it is preferable to flow the lithium hydroxide hydrate in vacuum using a rolling stirrer. In particular, the rolling stirrer has a heating means provided with the above-mentioned jacket structure, and heating in the drying step can be performed by supplying and circulating a heat medium such as heated steam in the jacket. preferable. Therefore, when the atmosphere in the drying step is a vacuum atmosphere, the means for flowing and heating the lithium hydroxide hydrate, that is, the heating / drying device, is, for example, a rolling stirrer having a heating means having a jacket structure. Can be preferably used.
乾燥工程では、水酸化リチウム水和物を脱水し乾燥させる、すなわち結晶水および吸着水を除去するものであり、乾燥工程における加熱の温度は、好ましくは80℃以上250℃以下の範囲、より好ましくは100℃以上200℃以下の範囲とする。 In the drying step, the lithium hydroxide hydrate is dehydrated and dried, that is, water of crystallization and adsorbed water are removed, and the heating temperature in the drying step is preferably in the range of 80 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably. Is in the range of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
上述のように、熱媒体として水蒸気を用いる場合は、操業の容易性や設備の簡略化の観点から、乾燥工程における加熱を100℃以上150℃以下の温度で行うことが好ましい。 As described above, when steam is used as a heat medium, it is preferable to heat the drying step at a temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower from the viewpoint of ease of operation and simplification of equipment.
乾燥工程において、上記温度範囲で加熱して脱水することにより、水酸化リチウム水和物の結晶水を十分に脱水するとともに、脱水に必要な時間を短縮して、得られる無水水酸化リチウムの炭素含有量をより低減することができる。また、加熱後の冷却時間も短縮できるため、冷却中の炭酸化の抑制ができ、生産性も向上させることができる。
加熱時間は、特に限定されるものではない。例えば、乾燥工程に供する水酸化リチウム水和物の量や、水酸化リチウム水和物の状態、加熱温度等を考慮して、水酸化リチウム水和物が十分に無水水酸化リチウムに転換される、例えば無水水酸化リチウムの水分含有量が好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下となる時間を選択できる。水酸化リチウム水和物の状態が安定していれば、水酸化リチウム水和物の量や加熱温度などの操業条件を一定とし、予備試験により乾燥時間を決定することができる。
In the drying step, the water of crystallization of lithium hydroxide hydrate is sufficiently dehydrated by heating and dehydrating in the above temperature range, and the time required for dehydration is shortened, so that the carbon of anhydrous lithium hydroxide obtained can be obtained. The content can be further reduced. In addition, since the cooling time after heating can be shortened, carbonation during cooling can be suppressed and productivity can be improved.
The heating time is not particularly limited. For example, considering the amount of lithium hydroxide hydrate to be used in the drying step, the state of lithium hydroxide hydrate, the heating temperature, etc., the lithium hydroxide hydrate is sufficiently converted to anhydrous lithium hydroxide. For example, a time can be selected in which the water content of anhydrous lithium hydroxide is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less. If the state of lithium hydroxide hydrate is stable, the operating conditions such as the amount of lithium hydroxide hydrate and the heating temperature can be kept constant, and the drying time can be determined by a preliminary test.
乾燥後に無水水酸化リチウムに水分が吸着すると、上記のように炭酸リチウムの生成が促進されるため、乾燥後の無水水酸化リチウムは乾燥状態を保持することが好ましい。工業的規模の量産工程では、管理された水分および炭酸ガス分圧下で保管することにより水酸化リチウムの乾燥状態を維持することが好ましい。
[リチウムニッケル複合酸化物製造用の水酸化リチウム]
次に、本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウム(以下、単に「水酸化リチウム」とも記載する)の一構成例について説明する。
When water is adsorbed on the anhydrous lithium hydroxide after drying, the production of lithium carbonate is promoted as described above. Therefore, it is preferable that the anhydrous lithium hydroxide after drying keeps a dry state. In an industrial scale mass production process, it is preferable to keep the lithium hydroxide dry by storing it under controlled moisture and carbon dioxide partial pressure.
[Lithium hydroxide for manufacturing lithium nickel composite oxide]
Next, a configuration example of lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “lithium hydroxide”) will be described.
本実施形態の水酸化リチウムは、水酸化リチウムとニッケル化合物とを混合し、焼成することでリチウムニッケル複合酸化物を製造する際に用いる水酸化リチウムであって、炭素含有量が0.3質量%以下の無水水酸化リチウムである。 The lithium hydroxide of the present embodiment is lithium hydroxide used for producing a lithium-nickel composite oxide by mixing lithium hydroxide and a nickel compound and firing them, and has a carbon content of 0.3 mass. % Or less anhydrous lithium hydroxide.
なお、本実施形態の水酸化リチウムは、例えば既述の水酸化リチウムの製造方法により製造することができるため、重複する説明は一部省略する。 Since the lithium hydroxide of the present embodiment can be produced by, for example, the above-mentioned method for producing lithium hydroxide, some overlapping description will be omitted.
本実施形態の水酸化リチウムは、上述のように炭素含有量を0.3質量%以下、好ましくは0.27質量%以下とすることができる。水酸化リチウムの製造方法で既述のように、本実施形態の水酸化リチウムは、水酸化リチウム中の炭素含有量を0.3質量%以下と、従来のリチウムニッケル複合酸化物の原料として用いられる水酸化リチウム以上に炭素含有量を低減している。このため、リチウムニッケル複合酸化物を製造する際の反応が阻害されることを防止することができ、該水酸化リチウムを用いて製造したリチウムニッケル複合酸化物を正極材料として用いたリチウム二次電池は、高い電池容量を安定して得ることができる。
本実施形態の水酸化リチウム中の炭素含有量の下限値は特に限定されず、本実施形態の水酸化リチウムの炭素含有量は、例えば0以上とすることができる。
As described above, the lithium hydroxide of the present embodiment can have a carbon content of 0.3% by mass or less, preferably 0.27% by mass or less. As described above in the method for producing lithium hydroxide, the lithium hydroxide of the present embodiment has a carbon content of 0.3% by mass or less in lithium hydroxide and is used as a raw material for a conventional lithium nickel composite oxide. The carbon content is reduced more than that of lithium hydroxide. Therefore, it is possible to prevent the reaction during the production of the lithium nickel composite oxide from being hindered, and the lithium secondary battery using the lithium nickel composite oxide produced using the lithium hydroxide as the positive electrode material. Can stably obtain a high battery capacity.
The lower limit of the carbon content in the lithium hydroxide of the present embodiment is not particularly limited, and the carbon content of the lithium hydroxide of the present embodiment can be, for example, 0 or more.
なお、水酸化リチウムの炭素含有量を評価する場合、1箇所のみでサンプリングを行った場合には、該サンプリングした試料の炭素含有量が上記範囲を充足することが好ましい。また、2箇所以上の複数箇所、例えば3箇所以上10箇所以下でサンプリングを行った場合には、サンプリングした試料それぞれについて炭素含有量の評価を行い、サンプリングした複数の試料の平均値が上記範囲を充足することが好ましい。 When evaluating the carbon content of lithium hydroxide, when sampling is performed at only one location, it is preferable that the carbon content of the sampled sample satisfies the above range. When sampling is performed at two or more locations, for example, three or more locations and 10 or less locations, the carbon content of each sampled sample is evaluated, and the average value of the sampled samples falls within the above range. It is preferable to satisfy.
また、本実施形態の水酸化リチウムは炭素含有量が低い範囲に抑制されているため、必然的に炭素含有量のばらつきも小さくなっている。このため、該水酸化リチウムを用いて製造したリチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきも抑制することができる。 Further, since the lithium hydroxide of the present embodiment is suppressed to a range where the carbon content is low, the variation in the carbon content is inevitably small. Therefore, it is possible to suppress variations in the quality of the lithium-nickel composite oxide produced using the lithium hydroxide.
さらに、本実施形態の水酸化リチウムを用いて製造するリチウムニッケル複合酸化物を正極に用いたリチウム二次電池の電池容量のばらつきをより低減するためには、炭素含有量を一定の範囲内に制御することが好ましい。ここでいう炭素含有量が一定の範囲内とは、例えば製造した水酸化リチウムの複数のロット間の炭素含有量の変動、すなわちばらつきがほとんどなく一定の範囲内にあることを意味している。 Further, in order to further reduce the variation in the battery capacity of the lithium secondary battery using the lithium nickel composite oxide produced by using the lithium hydroxide of the present embodiment as the positive electrode, the carbon content should be kept within a certain range. It is preferable to control it. The term "carbon content within a certain range" as used herein means that, for example, the carbon content varies between a plurality of lots of produced lithium hydroxide, that is, there is almost no variation and the carbon content is within a certain range.
本実施形態の水酸化リチウムは、炭素含有量のばらつきが0.10質量%以内であることが好ましく、0.05質量%以内であることがより好ましい。
本実施形態の水酸化リチウムの、炭素含有量のばらつきは0もしくはその近傍であることが好ましいことから、該水酸化リチウムの炭素含有量のばらつきは、例えば0以上とすることができる。
The lithium hydroxide of the present embodiment preferably has a variation in carbon content of 0.10% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less.
Since the variation in the carbon content of the lithium hydroxide of the present embodiment is preferably 0 or its vicinity, the variation in the carbon content of the lithium hydroxide can be, for example, 0 or more.
具体的には例えば製造した水酸化リチウム2t/ロットで製造した水酸化リチウム1ロットについて、異なる任意の複数箇所、例えば3箇所以上10箇所以下でサンプリングを行い、評価を行った場合に、炭素含有量のばらつきが上記範囲内にあることが好ましい。加えて、2ロット以上5ロット以下で各ロットの炭素含有量の平均値を比較した場合に、炭素含有量のばらつきが上記範囲内にあることがより好ましい。
本実施形態の水酸化リチウムの炭素含有量を、例えば0.10質量%以上0.20質量%以下の範囲内に制御することで、リチウムニッケル複合酸化物の品質のばらつきを、より低減することができる。
Specifically, for example, when one lot of lithium hydroxide manufactured with 2 t / lot of manufactured lithium hydroxide is sampled at arbitrary multiple different locations, for example, 3 or more and 10 or less locations, and evaluated, the carbon content is contained. It is preferable that the amount of variation is within the above range. In addition, when the average value of the carbon content of each lot is compared between 2 lots or more and 5 lots or less, it is more preferable that the variation in carbon content is within the above range.
By controlling the carbon content of lithium hydroxide of the present embodiment within the range of, for example, 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less, the variation in the quality of the lithium nickel composite oxide can be further reduced. Can be done.
上述のように、水酸化リチウムの炭素含有量を例えば0.10質量%以上0.20質量%以下の範囲に制御する場合において、製造している水酸化リチウム中の炭素含有量が例えば0.01質量%程度の場合には、炭酸化を促進して炭素含有量を調整することが好ましい。炭素含有量は、例えば既述の水酸化リチウムの製造方法の乾燥工程の雰囲気により制御することができる。 As described above, when the carbon content of lithium hydroxide is controlled in the range of, for example, 0.10% by mass or more and 0.20% by mass or less, the carbon content in the lithium hydroxide produced is, for example, 0. In the case of about 01% by mass, it is preferable to promote carbonization to adjust the carbon content. The carbon content can be controlled, for example, by the atmosphere of the drying step of the above-mentioned method for producing lithium hydroxide.
ところで、一般的な無水水酸化リチウムは、水酸化リチウム水和物を不純物として含み、結晶水や吸着水としての水分を含んでいる。 By the way, general anhydrous lithium hydroxide contains lithium hydroxide hydrate as an impurity, and contains water as water of crystallization or adsorbed water.
しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物の製造工程において、混合された原料の水酸化リチウム中に結晶水や吸着水として存在する水分は、焼成時に水蒸気として放出される。そして、混合物内が正圧状態となり、混合物中の酸素を追い出し、さらに混合物中への酸素拡散をさらに阻害し、リチウム水酸化物の製造方法で挙げた反応式(1)の進行が阻害される。このため、水酸化リチウムの上記結晶水等の水分の含有量によっては、得られたリチウムニッケル複合酸化物をリチウム二次電池に用いた際に電池容量の低下など、電池性能の劣化をさらに引き起こす。 However, in the process of producing the lithium nickel composite oxide, the water present as water of crystallization or adsorbed water in the mixed raw material lithium hydroxide is released as water vapor at the time of firing. Then, the inside of the mixture becomes a positive pressure state, oxygen in the mixture is expelled, oxygen diffusion into the mixture is further inhibited, and the progress of the reaction formula (1) mentioned in the method for producing a lithium hydroxide is inhibited. .. Therefore, depending on the content of water such as the above-mentioned crystalline water of lithium hydroxide, when the obtained lithium nickel composite oxide is used in a lithium secondary battery, the battery capacity is further lowered and the battery performance is further deteriorated. ..
そこで本実施形態の水酸化リチウムは、水分含有量が10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましい。水分含有量を低減することで、ニッケル化合物とのより高い反応性を得ることができる。 Therefore, the lithium hydroxide of the present embodiment preferably has a water content of 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and further preferably 3% by mass or less. By reducing the water content, higher reactivity with the nickel compound can be obtained.
なお、水分含有量の下限値は特に限定されないが、水分含有量は少ないことが好ましいことから、例えば0質量%以上とすることができる。 The lower limit of the water content is not particularly limited, but it is preferable that the water content is low, so that it can be, for example, 0% by mass or more.
水分含有量が多い水酸化リチウムは、雰囲気中に含まれる炭酸ガスが水酸化リチウムに吸着され、炭酸リチウムが生成されやすくなる。この観点からも、水酸化リチウムの水分含有量を十分に低減することが好ましい。 In lithium hydroxide having a high water content, the carbon dioxide gas contained in the atmosphere is adsorbed on the lithium hydroxide, and lithium carbonate is easily generated. From this viewpoint as well, it is preferable to sufficiently reduce the water content of lithium hydroxide.
以上に説明した本実施形態の水酸化リチウムは、無水水酸化リチウムであり、炭素含有量が抑制されているため、リチウムニッケル複合酸化物を製造する際にニッケル化合物と高い反応性を有している。このため、本実施形態の水酸化リチウムを用いて得られたリチウムニッケル複合酸化物を正極材料として用いたリチウム二次電池は、高い電池容量を有することができる。
[リチウムニッケル複合酸化物の製造方法]
次に、本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物の製造方法の一構成例について説明する。
The lithium hydroxide of the present embodiment described above is anhydrous lithium hydroxide, and since the carbon content is suppressed, it has high reactivity with a nickel compound when producing a lithium nickel composite oxide. There is. Therefore, the lithium secondary battery using the lithium nickel composite oxide obtained by using the lithium hydroxide of the present embodiment as the positive electrode material can have a high battery capacity.
[Manufacturing method of lithium nickel composite oxide]
Next, a configuration example of the method for producing the lithium nickel composite oxide of the present embodiment will be described.
本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物の製造方法により、最終的に得られるリチウムニッケル複合酸化物の組成は特に限定されるものではなく任意の組成とすることができる。 The composition of the lithium-nickel composite oxide finally obtained by the method for producing a lithium-nickel composite oxide of the present embodiment is not particularly limited and may be any composition.
ただし、一般式:LixNi(1-y-z)MyNzO2+α(式中、Mは、CoおよびMnから選択される少なくとも1種、Nは、AlおよびTiから選択される少なくとも1種であり、0.95≦x≦1.15、0.05≦y≦0.35、0.005≦z≦0.8、-0.2≦α≦0.2である。)で表されるリチウムニッケル複合酸化物であることが好ましい。 However, the general formula: Li x Ni (1-y-z) My N z O 2 + α (in the formula, M is at least one selected from Co and Mn, and N is at least selected from Al and Ti. 1 type, 0.95 ≦ x ≦ 1.15, 0.05 ≦ y ≦ 0.35, 0.005 ≦ z ≦ 0.8, −0.2 ≦ α ≦ 0.2). It is preferably a lithium nickel composite oxide represented.
リチウムニッケル複合酸化物としては、各種組成の複合酸化物が提案されているが、上記一般式で表されるリチウムニッケル複合酸化物は、電池特性に優れている点で好ましく、さらに、本実施形態に係るリチウムニッケル複合酸化物の製造方法を適用することにより、工業的規模での量産工程においても、優れた充放電特性を安定して備える正極活物質を得ることが可能となる。 As the lithium nickel composite oxide, composite oxides having various compositions have been proposed, but the lithium nickel composite oxide represented by the above general formula is preferable in that it has excellent battery characteristics, and further, the present embodiment. By applying the method for producing a lithium-nickel composite oxide according to the above, it is possible to obtain a positive electrode active material having excellent charge / discharge characteristics stably even in a mass production process on an industrial scale.
ここで、一般式のM元素は、Coおよび/またはMnであり、yを上記範囲とすることで、リチウム二次電池の正極材料に用いられた際の電池容量の低下を抑制しながらサイクル特性を向上させることができる。yは、0.1以上0.2以下の範囲にあることが特に好ましい。 Here, the M element of the general formula is Co and / or Mn, and by setting y in the above range, cycle characteristics are suppressed while suppressing a decrease in battery capacity when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery. Can be improved. It is particularly preferable that y is in the range of 0.1 or more and 0.2 or less.
また、一般式のN元素は、Alおよび/またはTiであり、zを上記範囲とすることで、リチウム二次電池の正極材料に用いられた際の電池容量の低下を抑制しながら熱安定性を向上させることができる。zは、0.02以上0.05以下の範囲にあることが特に好ましい。 Further, the N elements of the general formula are Al and / or Ti, and by setting z in the above range, thermal stability is suppressed while suppressing a decrease in battery capacity when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery. Can be improved. It is particularly preferable that z is in the range of 0.02 or more and 0.05 or less.
そして、本実施形態のリチウムニッケル複合酸化物の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The method for producing a lithium nickel composite oxide of the present embodiment can have the following steps.
既述のリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムと、ニッケル化合物との混合物を形成する混合工程。 A mixing step of forming a mixture of the above-mentioned lithium hydroxide for producing a lithium-nickel composite oxide and a nickel compound.
混合物を、酸素含有量が60容量%以上であり、炭酸ガス濃度が5容量ppm以下の雰囲気中において、700℃以上780℃以下の温度で焼成する焼成工程。 A firing step of firing a mixture at a temperature of 700 ° C. or higher and 780 ° C. or lower in an atmosphere having an oxygen content of 60% by volume or more and a carbon dioxide gas concentration of 5% by volume ppm or less.
以下に各工程について説明する。
(混合工程)
混合工程では、既述の水酸化リチウムと、ニッケル化合物との混合物を形成することができる。
Each process will be described below.
(Mixing process)
In the mixing step, a mixture of the above-mentioned lithium hydroxide and a nickel compound can be formed.
この際に用いるニッケル化合物は特に限定されるものではなく、一般的にリチウムニッケル複合酸化物の原料となるニッケル化合物を用いることができる。 The nickel compound used in this case is not particularly limited, and a nickel compound which is a raw material of the lithium nickel composite oxide can be generally used.
ニッケル化合物としては特に、不純物混入の低減や粒径制御の観点から、ニッケル複合水酸化物、およびニッケル複合酸化物から選択された1種以上を用いることが好ましい。 As the nickel compound, it is particularly preferable to use one or more selected from the nickel composite hydroxide and the nickel composite oxide from the viewpoint of reducing contamination with impurities and controlling the particle size.
ニッケル複合水酸化物は通常の方法で得られるものでよく、特に限定されないが、組成が均一であり、適度な粒径である粒子が得られるため、共沈法で得られたニッケル複合水酸化物を好ましく用いることができる。また、ニッケル複合酸化物は、ニッケルおよび添加元素を含有する化合物を酸化焙焼することで得られるものが好ましく、例えば上記ニッケル複合水酸化物を酸化焙焼して得られるものがより好ましい。 The nickel composite hydroxide may be obtained by an ordinary method and is not particularly limited, but since particles having a uniform composition and an appropriate particle size can be obtained, the nickel composite hydroxide obtained by the coprecipitation method can be obtained. A thing can be preferably used. Further, the nickel composite oxide is preferably obtained by oxidatively roasting a compound containing nickel and an additive element, and more preferably, for example, the one obtained by oxidatively roasting the nickel composite hydroxide.
原料として、ニッケル複合水酸化物、および/またはニッケル複合酸化物を用いた場合、これらの原料の二次粒子の平均粒径は特に限定されないが、5μm以上20μm以下の範囲とすることが好ましく、8μm以上15μm以下の範囲とすることがより好ましい。原料の平均粒径は、得られるリチウムニッケル複合酸化物に継承されるため、上記平均粒径の範囲とすることで、良好な充填性とともに、電池に用いた際の電解質との反応性を高くすることができ、電池特性を良好なものとすることができる。 When a nickel composite hydroxide and / or a nickel composite oxide is used as a raw material, the average particle size of the secondary particles of these raw materials is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 μm or more and 20 μm or less. It is more preferably in the range of 8 μm or more and 15 μm or less. Since the average particle size of the raw material is inherited by the obtained lithium-nickel composite oxide, by setting the average particle size within the above range, the filling property is good and the reactivity with the electrolyte when used in a battery is high. It is possible to improve the battery characteristics.
なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積積算値50%での粒径を意味する。本明細書では平均粒径は同様の意味を有する。 The average particle size means the particle size at a volumetric integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method. As used herein, the average particle size has the same meaning.
ニッケル化合物と混合する水酸化リチウムの量は特に限定されず、目的とするリチウムニッケル複合酸化物の組成に応じて選択することができる。例えば既述のリチウムニッケル複合酸化物の組成に応じた混合比とすることができる。焼成前後で組成はほとんど変化しないため、得ようとするリチウムニッケル複合酸化物の組成から、ニッケル複合酸化物と混合する水酸化リチウムの量を容易に決定することができる。 The amount of lithium hydroxide to be mixed with the nickel compound is not particularly limited and can be selected according to the composition of the target lithium nickel composite oxide. For example, the mixing ratio can be set according to the composition of the above-mentioned lithium nickel composite oxide. Since the composition hardly changes before and after firing, the amount of lithium hydroxide to be mixed with the nickel composite oxide can be easily determined from the composition of the lithium nickel composite oxide to be obtained.
混合方法としては、通常用いられる方法でよく、一般的な混合機を使用することができ、シェーカーミキサー、レーディゲミキサ、ジュリアミキサ、Vブレンダなどを用いることができ、ニッケル化合物の形骸が破壊されない程度に、十分に混合されればよい。
[焼成工程]
焼成工程では、混合工程で得られた混合物を焼成することで、リチウムニッケル複合酸化物を生成することができる。
As the mixing method, a commonly used method may be used, a general mixer can be used, a shaker mixer, a Lady Gemixer, a Julia mixer, a V blender, etc. can be used, to the extent that the skeleton of the nickel compound is not destroyed. , Should be well mixed.
[Baking process]
In the firing step, a lithium nickel composite oxide can be produced by firing the mixture obtained in the mixing step.
焼成時の雰囲気としては、酸素を十分に供給するため、酸素濃度を60容量%以上、好ましくは80容量%以上とする。
なお、焼成時の雰囲気としては酸素雰囲気とすることもできるため、酸素濃度は100容量%以下とすることができる。
As for the atmosphere at the time of firing, the oxygen concentration is set to 60% by volume or more, preferably 80% by volume or more in order to sufficiently supply oxygen.
Since the atmosphere at the time of firing can be an oxygen atmosphere, the oxygen concentration can be 100% by volume or less.
これは、水酸化リチウムの製造方法で挙げた反応式(1)にあるようにリチウムニッケル複合酸化物の合成反応では、水が生成される。水が多量に生成されると、外部から十分な酸素が供給されない場合は、反応場への酸素の拡散が不足して反応式(1)の反応が進行せず、リチウムニッケル複合酸化物の合成不足が発生し、電池容量の低下など、電池性能が劣化した正極活物質となる恐れがあるからである。 This is because water is produced in the synthetic reaction of the lithium nickel composite oxide as shown in the reaction formula (1) mentioned in the method for producing lithium hydroxide. When a large amount of water is generated, if sufficient oxygen is not supplied from the outside, the diffusion of oxygen to the reaction field is insufficient and the reaction of reaction formula (1) does not proceed, and the synthesis of lithium nickel composite oxide is performed. This is because there is a possibility that the positive electrode active material has deteriorated battery performance due to a shortage and a decrease in battery capacity.
この際、酸素は、窒素あるいは不活性ガスと混合することが好ましい。60容量%未満では、酸素分圧が不足し、前述のような酸素不足の状態となり、リチウムニッケル複合酸化物の生成が不十分となる。 At this time, oxygen is preferably mixed with nitrogen or an inert gas. If it is less than 60% by volume, the oxygen partial pressure is insufficient, and the above-mentioned oxygen deficiency state occurs, resulting in insufficient production of the lithium nickel composite oxide.
また、焼成温度としては、700℃以上780℃以下の範囲、好ましくは700℃以上750℃以下の範囲とする。700℃未満では、得られるリチウムニッケル複合酸化物の結晶成長が十分でなく、良好な電池性能が得られない恐れがあるからである。また、780℃を超えると、得られるリチウムニッケル複合酸化物が分解を開始し、正極活物質として用いたときの電池反応時に、リチウムイオンの移動を妨げる結晶が混入し始め、電池性能の低下を招く恐れがあるからである。 The firing temperature is in the range of 700 ° C. or higher and 780 ° C. or lower, preferably 700 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. This is because if the temperature is lower than 700 ° C., the crystal growth of the obtained lithium nickel composite oxide is not sufficient, and good battery performance may not be obtained. Further, when the temperature exceeds 780 ° C., the obtained lithium nickel composite oxide starts to decompose, and during the battery reaction when used as a positive electrode active material, crystals that hinder the movement of lithium ions start to be mixed, resulting in deterioration of battery performance. Because there is a risk of inviting.
焼成工程において、上記焼成温度に昇温する過程で、水酸化リチウムの溶融温度から焼成温度まで温度域、好ましくは、450℃以上650℃以下の範囲で保持してニッケル化合物と水酸化リチウムを十分に反応させることが好ましい。 In the firing step, in the process of raising the temperature to the firing temperature, the nickel compound and lithium hydroxide are sufficiently maintained in a temperature range from the melting temperature of lithium hydroxide to the firing temperature, preferably in the range of 450 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. It is preferable to react with.
焼成に用いる炉は、雰囲気が制御できる各種の炉が使用可能であるが、排気ガスが発生することがない電気炉を用いることが好ましく、工業的生産においては、特にプッシャー炉やローラーハース炉などのように、連続的に焼成可能な炉を使用することが好ましい。 As the furnace used for firing, various furnaces whose atmosphere can be controlled can be used, but it is preferable to use an electric furnace that does not generate exhaust gas, and in industrial production, especially a pusher furnace and a roller hearth furnace, etc. It is preferable to use a furnace capable of continuously firing.
以下、本発明の実施例について、比較例との対比により、より具体的に説明をおこなうが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail in comparison with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
ここで、以下の実施例、比較例における評価方法について説明する。 Here, the evaluation methods in the following Examples and Comparative Examples will be described.
得られた水酸化リチウムの水分量については、300℃に加熱することで試料中の水分を気化させ、該水分をキャリアガスにより滴定セルに導入した後、カールフィッシャー水分測定法により水分量を求めた。 Regarding the water content of the obtained lithium hydroxide, the water content in the sample is vaporized by heating to 300 ° C., the water content is introduced into the titration cell with a carrier gas, and then the water content is determined by the Karl Fischer titration method. rice field.
また、水酸化リチウムの炭素含有量については、高周波燃焼-赤外線吸収法により分析した。
[実施例1]
水酸化リチウム水和物を流動、加熱する手段として、図1に示したジャケット構造を有する加熱手段を備えた転動撹拌機10(日本コークス工業(株)製、型式:FM4000)を用意した。なお、図1は、転動撹拌機の撹拌手段の回転軸を通り、回転軸と平行な面での断面図を模式的に示している。
The carbon content of lithium hydroxide was analyzed by the high frequency combustion-infrared absorption method.
[Example 1]
As a means for flowing and heating the lithium hydroxide hydrate, a rolling stirrer 10 (manufactured by Nippon Coke Industries, Ltd., model: FM4000) equipped with a heating means having a jacket structure shown in FIG. 1 was prepared. Note that FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view taken through the rotation axis of the stirring means of the rolling stirrer and in a plane parallel to the rotation axis.
転動撹拌機10は、図1に示すように、側壁、及び底面を構成する壁部11がジャケット構造、すなわち試料室を構成する壁の外周にさらに壁が設けられた中空構造になっており、壁部11の内部に熱媒体である蒸気を供給できるように構成されている。そして、底部には、撹拌手段12が設けられており、該撹拌手段12を図示しないモーターにより回転させることで、転動撹拌機10の内部に入れた試料を流動させることができる。また、転動撹拌機10の壁部11で囲まれた容器内部の上部には蓋を配置することができ、試料周辺の雰囲気を制御できるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the rolling
本実施例では、転動撹拌機10の容器内111に原料として炭素含有量が0.05質量%の水酸化リチウム一水和物を入れ、上述のように図示しない蓋を配置し、転動撹拌機10の容器内の雰囲気を大気圧から減圧した真空雰囲気(-90kPa)とした。この際、容器内111は炭酸ガス分圧が4Paとなっていた。
In this embodiment, lithium hydroxide monohydrate having a carbon content of 0.05% by mass is placed in a
そして、壁部11のジャケット内に水蒸気をゲージ圧0.19MPa(130℃相当)で供給し、容器内は、上述のように真空雰囲気に保持したまま撹拌手段12で撹拌することにより、試料である水酸化リチウム一水和物を流動させながら130℃に加熱した(乾燥工程)。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は50℃であった。
Then, water vapor is supplied into the jacket of the
乾燥工程後、得られた水酸化リチウムを評価したところ、水分含有量が0.5質量%の無水水酸化リチウムであることが確認できた。また、得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.09質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.02質量%であった。 When the obtained lithium hydroxide was evaluated after the drying step, it was confirmed that the lithium hydroxide was anhydrous lithium hydroxide having a water content of 0.5% by mass. In addition, the average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.09% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.02% by mass.
得られた無水水酸化リチウムと、平均粒径が12μmのニッケル複合酸化物(Ni0.82Co0.15Al0.03O2)とを、ニッケル複合酸化物中の金属元素の合計(Ni+Co+Al)に対するリチウム(Li)の原子比が1.02となるように混合し、混合物を形成した(混合工程)。 The obtained anhydrous lithium hydroxide and a nickel composite oxide having an average particle size of 12 μm (Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 ) are combined with the total amount of metal elements (Ni + Co + Al) in the nickel composite oxide. ), The atomic ratio of lithium (Li) to 1.02 was mixed to form a mixture (mixing step).
次いで、混合物を、酸素含有量が80容量%以上、炭酸ガス含有量が5容量ppm以下の雰囲気中において、750℃の温度で焼成してリチウムニッケル複合酸化物を得た(焼成工程)。 Next, the mixture was calcined at a temperature of 750 ° C. in an atmosphere having an oxygen content of 80% by volume or more and a carbon dioxide gas content of 5% by volume ppm or less to obtain a lithium nickel composite oxide (calcination step).
得られたリチウムニッケル複合酸化物を正極材料としカーボンを負極材料としてコイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は211mAh/gであった。
[実施例2]
乾燥工程において、原料として炭素含有量が0.15質量%の水酸化リチウム一水和物を用いたこと、乾燥工程の時間を延ばし、水分含有量が0.1質量%となるまで乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして無水水酸化リチウムを得た。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は50℃であった。得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.26質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.05質量%であった。
A coin-type lithium-ion battery was produced using the obtained lithium-nickel composite oxide as a positive electrode material and carbon as a negative electrode material, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 211 mAh / g.
[Example 2]
In the drying step, lithium hydroxide monohydrate having a carbon content of 0.15% by mass was used as a raw material, and the time of the drying step was extended to dry until the water content became 0.1% by mass. Anhydrous lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. The temperature gradient in lithium hydroxide in the steady state was 50 ° C. The average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.26% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.05% by mass.
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は208mAh/gであった。
[実施例3]
乾燥工程を実施する際、転動撹拌機10の容器内の雰囲気を大気圧から減圧した真空雰囲気(-45kPa)とした点以外は、実施例1と同様にして水酸化リチウム水和物を乾燥した。この際、容器内111は炭酸ガス分圧は8Paとなっていた。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は50℃であった。
乾燥工程後、得られた水酸化リチウムを評価したところ、水分含有量が0.6質量%の無水水酸化リチウムであることが確認できた。また、得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.22質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.05質量%であった。
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は207mAh/gであった。
[実施例4]
乾燥工程を実施する際、水酸化リチウム水和物を乾燥を気流乾燥器(セイシン企業製、連続瞬間気流式乾燥機)で行った以外は実施例1と同様にして水酸化リチウム水和物を乾燥した。
なお、原料としては、実施例1と同じ炭素含有量が0.05質量%の水酸化リチウム一水和物を用い、気流乾燥機を用いて乾燥する際のキャリアガスとしては、炭酸ガス分圧が4Paの窒素ガスを用い、乾燥工程の間、気流乾燥機内は係るキャリアガスと同じ雰囲気に維持されていた。また、キャリアガスは200℃に加熱されており、定常状態における温度勾配は0℃であった。
乾燥工程後、得られた水酸化リチウムを評価したところ、水分含有量が0.4質量%の無水水酸化リチウムであることが確認できた。また、得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.13質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.03質量%であった。
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は209mAh/gであった。
[比較例1]
乾燥工程において、原料として炭素含有量が0.3質量%の水酸化リチウム一水和物を用いたこと、乾燥工程の時間を短くして、水分含有量が1質量%となるまで乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして無水水酸化リチウムを得た。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は50℃であった。得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.51質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.05質量%であった。
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 208 mAh / g.
[Example 3]
When the drying step was carried out, the lithium hydroxide hydrate was dried in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere inside the container of the rolling
When the obtained lithium hydroxide was evaluated after the drying step, it was confirmed that the lithium hydroxide was anhydrous lithium hydroxide having a water content of 0.6% by mass. In addition, the average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.22% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.05% by mass.
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 207 mAh / g.
[Example 4]
When carrying out the drying step, the lithium hydroxide hydrate was dried in the same manner as in Example 1 except that the lithium hydroxide hydrate was dried by an air flow dryer (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., continuous instantaneous air flow type dryer). It was dry.
As the raw material, lithium hydroxide monohydrate having the same carbon content as in Example 1 and having a carbon content of 0.05% by mass was used, and as the carrier gas for drying using an air flow dryer, the partial pressure of carbon dioxide gas was used. However, 4 Pa of nitrogen gas was used, and the inside of the air flow dryer was maintained in the same atmosphere as the carrier gas during the drying process. Further, the carrier gas was heated to 200 ° C., and the temperature gradient in the steady state was 0 ° C.
When the obtained lithium hydroxide was evaluated after the drying step, it was confirmed that the lithium hydroxide was anhydrous lithium hydroxide having a water content of 0.4% by mass. In addition, the average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.13% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.03% by mass.
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 209 mAh / g.
[Comparative Example 1]
In the drying step, lithium hydroxide monohydrate having a carbon content of 0.3% by mass was used as a raw material, and the time of the drying step was shortened to dry until the water content reached 1% by mass. Anhydrous lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. The temperature gradient in lithium hydroxide in the steady state was 50 ° C. The average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.51% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.05% by mass.
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は201mAh/gであった。
[比較例2]
乾燥工程において、壁部11をヒーターで200℃に加熱し、大気雰囲気中で撹拌しながら水分含有量が1質量%となるまで乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして無水水酸化リチウムを得た。なお、大気雰囲気中の炭酸ガス分圧は400Paとなる。
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 201 mAh / g.
[Comparative Example 2]
In the drying step, anhydrous lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the
定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は100℃であった。得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.6質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.07質量%であった。 The temperature gradient in lithium hydroxide in the steady state was 100 ° C. The average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.6% by mass. The maximum value of the variation range of the carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.07% by mass.
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量が199mAh/gであった。
[比較例3]
乾燥工程において、転動撹拌機に替えて静置式乾燥機を用い、該乾燥機を130℃に設定し、大気雰囲気から減圧した真空雰囲気(-90kPa)中で水分含有量が1質量%となるまで10時間かけて乾燥したこと以外は実施例1と同様にして無水水酸化リチウムを得た。この際、乾燥機内は炭酸ガス分圧は4Paとなっていた。
なお、乾燥工程において、水酸化リチウムは流動させていない。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は70℃であった。得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.7質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.20質量%であった。
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 199 mAh / g.
[Comparative Example 3]
In the drying step, a static dryer is used instead of the rolling stirrer, the dryer is set to 130 ° C., and the water content becomes 1% by mass in a vacuum atmosphere (-90 kPa) depressurized from the air atmosphere. Anhydrous lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was dried for 10 hours. At this time, the partial pressure of carbon dioxide gas in the dryer was 4 Pa.
In the drying step, lithium hydroxide was not flowed. The temperature gradient in lithium hydroxide in the steady state was 70 ° C. The average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.7% by mass. The maximum value of the variation range of the carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.20% by mass.
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は197mAh/gであった。
[比較例4]
乾燥工程において、転動撹拌機10の容器内の雰囲気を大気圧から減圧した真空雰囲気(-25kPa)とした点以外は、実施例1と同様にして水酸化リチウム水和物を乾燥した。この際、容器内111は炭酸ガス分圧は15Paとなっていた。定常状態における水酸化リチウム内の温度勾配は50℃であった。
乾燥工程後、得られた水酸化リチウムを評価したところ、水分含有量が0.7質量%の無水水酸化リチウムであることが確認できた。また、得られた無水水酸化リチウムの任意の10カ所からサンプリングした炭素含有量の平均値は0.35質量%であった。サンプリングした各無水水酸化リチウムのサンプル間の炭素含有量のばらつき幅の最大値は0.08質量%であった。
得られた無水水酸化リチウムを用いて実施例1と同様にしてリチウムニッケル複合酸化物を得るとともに、コイン型リチウムイオン電池を作製し、電池容量を測定した。初期放電容量は203mAh/gであった。
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 197 mAh / g.
[Comparative Example 4]
In the drying step, the lithium hydroxide hydrate was dried in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere inside the container of the rolling
When the obtained lithium hydroxide was evaluated after the drying step, it was confirmed that the lithium hydroxide was anhydrous lithium hydroxide having a water content of 0.7% by mass. In addition, the average value of the carbon content sampled from any 10 locations of the obtained anhydrous lithium hydroxide was 0.35% by mass. The maximum value of the variation in carbon content between the samples of each sampled anhydrous lithium hydroxide was 0.08% by mass.
Using the obtained anhydrous lithium hydroxide, a lithium nickel composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1, a coin-type lithium ion battery was produced, and the battery capacity was measured. The initial discharge capacity was 203 mAh / g.
Claims (11)
炭酸ガス分圧が10Pa以下の雰囲気中において、水酸化リチウム水和物を流動させながら加熱することで、炭素含有量が0.3質量%以下の無水水酸化リチウムを得る乾燥工程を有するリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法。 It is a method for producing lithium hydroxide used when producing a lithium-nickel composite oxide by mixing lithium hydroxide and a nickel compound and firing them.
Lithium nickel having a drying step of obtaining anhydrous lithium hydroxide having a carbon content of 0.3% by mass or less by heating while flowing lithium hydroxide hydrate in an atmosphere where the partial pressure of carbon dioxide gas is 10 Pa or less. A method for producing lithium hydroxide for producing a composite oxide.
炭素含有量が0.3質量%以下の無水水酸化リチウムであるリチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウム原料。 A lithium hydroxide raw material used for producing a lithium-nickel composite oxide by mixing lithium hydroxide and a nickel compound and firing them.
A lithium hydroxide raw material for producing a lithium nickel composite oxide, which is anhydrous lithium hydroxide having a carbon content of 0.3% by mass or less.
前記混合物を、酸素含有量が60容量%以上であり、炭酸ガス濃度が5容量ppm以下の雰囲気中において、700℃以上780℃以下の温度で焼成する焼成工程と、を有するリチウムニッケル複合酸化物の製造方法。 A mixing step of forming a mixture of the lithium hydroxide raw material for producing a lithium nickel composite oxide according to any one of claims 6 to 9 and a nickel compound.
Lithium-nickel composite oxide having a firing step of firing the mixture at a temperature of 700 ° C. or higher and 780 ° C. or lower in an atmosphere having an oxygen content of 60% by volume or more and a carbon dioxide gas concentration of 5% by volume or less. Manufacturing method.
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