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JP2006155941A - Method for producing electrode active material - Google Patents

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JP2006155941A
JP2006155941A JP2004340979A JP2004340979A JP2006155941A JP 2006155941 A JP2006155941 A JP 2006155941A JP 2004340979 A JP2004340979 A JP 2004340979A JP 2004340979 A JP2004340979 A JP 2004340979A JP 2006155941 A JP2006155941 A JP 2006155941A
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JP
Japan
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electrode active
active material
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general formula
compound
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Application number
JP2004340979A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeto Okada
重人 岡田
Junichi Yamaki
準一 山木
Yasunori Okazaki
泰憲 岡崎
Motofumi Isono
基史 磯野
Shoji Yokoishi
章司 横石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyushu University NUC
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Kyushu University NUC
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to KR1020077014188A priority patent/KR20070086541A/en
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Abstract

【課題】 遷移金属リン酸化合物を主成分とする電極活物質をより効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】 本発明によると、一般式:AxM(PO4y(ここで、0≦x≦2、0<y≦2、Aはアルカリ金属、Mは遷移金属である。);で表されるリン酸化合物を主成分とする電極活物質の製造方法が提供される。その方法は、前記Mの供給源およびリンの供給源(x<0の場合にはさらに前記Aの供給源)を含む溶融状態の組成物を用意すること、および、その溶融物を徐冷することを包含する。この方法は、例えば、オリビン型のリチウム鉄リン酸化合物を主成分とする電極活物質の製造方法として好適である。
【選択図】 図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for more efficiently producing an electrode active material mainly composed of a transition metal phosphate compound.
According to the present invention, the general formula: A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, A is an alkali metal, and M is a transition metal); The manufacturing method of the electrode active material which has the phosphoric acid compound represented by these as a main component is provided. The method comprises preparing a molten composition comprising the source of M and a source of phosphorus (or a source of A if x <0) and slow cooling the melt. Including that. This method is suitable, for example, as a method for producing an electrode active material mainly composed of an olivine type lithium iron phosphate compound.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、二次電池の構成材料等として好適な電極活物質の製造方法に関する。また本発明は、かかる電極活物質を用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing an electrode active material suitable as a constituent material of a secondary battery. The present invention also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using such an electrode active material.

リチウムイオン等のカチオンが両極間を行き来することにより充放電する二次電池が知られている。このような二次電池の典型例としてリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)が挙げられる。かかる二次電池の電極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出し得る材料を用いることができる。負極活物質の例としてはグラファイト等の炭素質材料が挙げられる。正極活物質の例としては、リチウムニッケル系酸化物、リチウムコバルト系酸化物等の、リチウムと遷移金属とを構成元素とする酸化物が挙げられる。   2. Description of the Related Art Secondary batteries that are charged and discharged when cations such as lithium ions move between both electrodes are known. A typical example of such a secondary battery is a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery). As an electrode active material of such a secondary battery, a material capable of occluding and releasing lithium ions can be used. Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials such as graphite. Examples of the positive electrode active material include oxides having lithium and a transition metal as constituent elements, such as lithium nickel oxide and lithium cobalt oxide.

このような二次電池の正極活物質または負極活物質として種々の材料が検討されている。例えば特許文献1には、式LiFePO4で表されるオリビン型鉄リン酸錯体を正極活物質として含む非水電解質二次電池が記載されている。また、特許文献2には、式Li3Fe2(PO43で表されるナシコン型鉄リン酸錯体よりなる電極活物質が記載されている。電極活物質に関する他の従来技術文献として特許文献3〜6が挙げられる。 Various materials have been studied as a positive electrode active material or a negative electrode active material of such a secondary battery. For example, Patent Document 1 describes a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes an olivine-type iron phosphate complex represented by the formula LiFePO 4 as a positive electrode active material. Patent Document 2 describes an electrode active material composed of a NASICON type iron phosphate complex represented by the formula Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 . Patent documents 3-6 are mentioned as other conventional art literature about an electrode active material.

特開平9−134724号公報JP-A-9-134724 特表2000−509193号公報JP 2000-509193 A 特開平9−134725号公報JP-A-9-134725 特開2001−250555号公報JP 2001-250555 A 特開2002−15735号公報JP 2002-15735 A 特開8−83606号公報JP-A-8-83606

これら従来の技術では、固相反応(焼成)によって電極活物質用の結晶質鉄リン酸錯体を作製している。一般に、このような固相反応には比較的長時間を要する。リン酸塩系の電極活物質をより効率よく製造する方法を提供することができれば有益である。   In these conventional techniques, a crystalline iron phosphate complex for an electrode active material is produced by solid phase reaction (firing). In general, such a solid phase reaction takes a relatively long time. It would be beneficial to provide a method for more efficiently producing a phosphate-based electrode active material.

そこで本発明は、遷移金属リン酸化合物を主成分とする電極活物質をより効率よく製造する方法を提供することを目的とする。本発明のさらに他の一つの目的は、かかる電極活物質を備えた二次電池を提供することである。   Then, an object of this invention is to provide the method of manufacturing the electrode active material which has a transition metal phosphate compound as a main component more efficiently. Still another object of the present invention is to provide a secondary battery including such an electrode active material.

本発明者は、遷移金属リン酸化合物を主成分とする電極活物質において、原料を固相状態で反応させる従来の固相反応法に代えて、溶融状態(液相状態)にある組成物を該溶融状態から徐冷することによって電極活物質をより効率よく製造し得ることを見出して本発明を完成した。   The present inventor, instead of a conventional solid phase reaction method in which a raw material is reacted in a solid phase state in an electrode active material containing a transition metal phosphate compound as a main component, a composition in a molten state (liquid phase state) The present invention was completed by finding that an electrode active material can be produced more efficiently by slowly cooling from the molten state.

ここに開示される一つの発明は、一般式AxM(PO4y(ここで、0≦x≦2であり、0<y≦2であり、Aはアルカリ金属から選択される一種または二種以上の元素であり、Mは遷移金属から選択される一種または二種以上の元素である。)で表されるリン酸化合物(遷移金属リン酸錯体)を主成分とする電極活物質を製造する方法に関する。その製造方法は、上記一般式におけるxが0ではない(x≠0)場合、すなわちxが0より大きい(0<x)場合には、前記一般式におけるMの供給源とリン(P)の供給源と前記一般式におけるAの供給源とを含む溶融状態の組成物(溶融物)を用意することを包含する。また、前記一般式におけるxが0(x=0)である場合には、前記Mの供給源およびリンの供給源を含む溶融状態の組成物(溶融物)を用意することを包含する。このような溶融物は、例えば、前記Mの供給源およびリンの供給源とを含み、xが0より大きい場合にはさらに前記Aの供給源を含む固体状の原料組成物を用意し、該組成物を溶融させる(溶融状態にする)ことによって用意され得る。この製造方法は、さらに、該溶融物を徐冷することを包含する。ここで「徐冷(slow cooling)」とは、急冷(quenching)に相対する概念であって、比較的ゆっくりと温度を低下させることをいう。
かかる製造方法(以下、「溶融徐冷法」ということもある。)によると、電極活物質として有用な特性を示す材料を、より効率よく(例えば、より短時間で)製造し得る。
One invention disclosed herein is a general formula A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, and A is one selected from alkali metals or An electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound (transition metal phosphate complex) represented by the following formula: M is two or more elements, and M is one or two or more elements selected from transition metals. It relates to a method of manufacturing. The manufacturing method is as follows. When x in the above general formula is not 0 (x ≠ 0), that is, when x is larger than 0 (0 <x), the source of M and phosphorus (P) in the general formula It includes preparing a molten composition (melt) containing a supply source and a supply source of A in the above general formula. In addition, when x in the general formula is 0 (x = 0), it includes preparing a molten composition (melt) including the M supply source and the phosphorus supply source. Such a melt includes, for example, the M source and the phosphorus source. When x is larger than 0, a solid raw material composition further including the A source is prepared. It can be prepared by melting (making it into a molten state) the composition. This manufacturing method further includes gradually cooling the melt. Here, “slow cooling” is a concept opposite to quenching, and means that the temperature is lowered relatively slowly.
According to such a production method (hereinafter, also referred to as “melting slow cooling method”), a material exhibiting characteristics useful as an electrode active material can be produced more efficiently (for example, in a shorter time).

ここに開示される方法の好ましい一つの態様では、前記溶融状態の組成物(溶融物)および/または前記原料組成物が、前記Aと前記Mとリンとを実質的に1:1:1の原子比で含有する。このような組成(原子比)の溶融物は、前記一般式におけるxおよびyがいずれも実質的に1である(すなわち、x=y=1である)リン酸化合物を主成分とする電極活物質(換言すれば、オリビン型に相当する組成のリン酸化合物を主成分とする電極活物質)を製造するのに適している。
他の一つの好ましい態様では、前記溶融状態の組成物(溶融物)および/または前記原料組成物が、前記Aを実質的に含有せず、かつ前記Mとリンとを実質的に1:1の原子比で含有する。かかる組成(原子比)の溶融物は、前記一般式におけるxが実質的に0であり、yが実質的に1である(すなわち、x=0,y=1である)リン酸化合物を主成分とする電極活物質(換言すれば、オリビン型に相当する組成のリン酸化合物を主成分とする電極活物質)を製造するのに適している。
In a preferred embodiment of the method disclosed herein, the molten composition (melt) and / or the raw material composition comprises substantially 1: 1: 1 of A, M and phosphorus. Contains by atomic ratio. The melt having such a composition (atomic ratio) has an electrode active mainly composed of a phosphoric acid compound in which both x and y in the general formula are substantially 1 (that is, x = y = 1). It is suitable for producing a substance (in other words, an electrode active material mainly composed of a phosphate compound having a composition corresponding to the olivine type).
In another preferred embodiment, the molten composition (melt) and / or the raw material composition does not substantially contain A, and M and phosphorus are substantially 1: 1. In an atomic ratio of The melt having such a composition (atomic ratio) is mainly composed of a phosphoric acid compound in which x in the general formula is substantially 0 and y is substantially 1 (that is, x = 0, y = 1). It is suitable for producing an electrode active material as a component (in other words, an electrode active material mainly composed of a phosphate compound having a composition corresponding to the olivine type).

前記Mの供給源としては、該Mを構成元素として有する化合物(以下、「M化合物」ということもある。)であって、該化合物中におけるMの価数が前記一般式中におけるMの価数よりも高い化合物をも選択し得る。また、前記Mの供給源として、該Mの価数が前記一般式中におけるMの価数と等しいM化合物を選択してもよい。あるいは、Mの価数が前記一般式中におけるMの価数よりも高いM化合物と、他のM化合物(すなわち、Mの価数が前記一般式中におけるMの価数と等しいかあるいはそれよりも低いM化合物)とを併用してもよい。ここに開示される製造方法によると、従来の固相焼成法では使用できなかった低反応性の酸化物等にまで、使用し得る原料(Mの供給源またはM化合物)の選択肢を拡大することが可能である。特に酸化物原料は、より反応性の高いアンモニウム塩や酢酸塩、シュウ酸塩等に比べて一般に安価であることに加え、臭気性や毒性を有する反応副生成ガスの発生が少ないというメリットをも有する。したがって、製造時間の短縮、プロセスコストの低減、原料コストの低減等のために極めて有効な製造方法である。   The source of M is a compound having M as a constituent element (hereinafter sometimes referred to as “M compound”), and the valence of M in the compound is the valence of M in the general formula. Higher numbers can also be selected. Further, as the M supply source, an M compound in which the valence of M is equal to the valence of M in the general formula may be selected. Alternatively, an M compound having a valence of M higher than the valence of M in the general formula and another M compound (that is, the valence of M is equal to or greater than the valence of M in the general formula) Or a low M compound). According to the manufacturing method disclosed herein, the choice of usable raw materials (sources of M or M compounds) can be expanded to low-reactive oxides and the like that could not be used in the conventional solid-phase baking method. Is possible. In particular, oxide raw materials are less expensive than ammonium salts, acetates, oxalates, etc., which are more reactive, and also have the merit of less generation of odorous and toxic reaction by-product gases. Have. Therefore, it is a very effective manufacturing method for shortening manufacturing time, reducing process cost, reducing raw material cost, and the like.

前記一般式中におけるMの価数よりもMの価数が高いM化合物を原料(M供給源またはM化合物)の一部または全部として使用する場合には、前記溶融状態の組成物(溶融物)に還元剤を含有させることが好ましい。このことによって、所望するリン酸化合物(前記一般式で表される化合物)を効率よく製造することができる。還元剤としては、例えば炭素粉末を好ましく採用することができる。また、還元剤を使用する代わりに、あるいは還元剤の使用に加えて、前記溶融物の最高到達温度(製造工程中、前記溶融物の温度が最も高くなるときの温度をいう。以下同じ。)を比較的高くすることも有効である。   In the case where an M compound having a higher valence of M than the valence of M in the general formula is used as a part or all of the raw material (M supply source or M compound), the composition in the molten state (melt) It is preferable to contain a reducing agent. By this, the desired phosphoric acid compound (compound represented by the said general formula) can be manufactured efficiently. As the reducing agent, for example, carbon powder can be preferably employed. Moreover, instead of using a reducing agent or in addition to using a reducing agent, the highest temperature reached by the melt (referred to as the temperature at which the temperature of the melt is highest during the manufacturing process; the same shall apply hereinafter). It is also effective to make the value relatively high.

ここに開示される発明は、前記Mが主として鉄(Fe)であるリン酸化合物を主成分とする電極活物質の製造に好ましく適用され得る。例えば、かかるリン酸化合物であって、前記一般式におけるxおよびyがいずれも実質的に1であるリン酸化合物(典型的には、AFeII(PO4)で表されるオリビン型の鉄リン酸化合物)、あるいは、前記一般式におけるxが実質的に0でありyが実質的に1であるリン酸化合物(典型的には、FeIII(PO4)で表されるオリビン型の鉄リン酸化合物)を主成分とする電極活物質の製造に適している。特に好ましい適用対象は、前記一般式におけるxおよびyがいずれも実質的に1である鉄リン酸化合物である。ここに開示される方法によると、このように2価の鉄を有するオリビン型鉄リン酸化合物を製造するための原料(鉄の供給源)として、2価の鉄を構成元素として含む化合物(例えばFeO)のみならず、3価の鉄を構成元素として含む化合物(例えばFe23)をも好ましく選択し得る。かかる3価の鉄化合物(Fe23等)を鉄供給源の一部または全部として使用する場合には、前記溶融物中に還元剤(炭素粉末等)を含有させること、および、前記溶融物の最高到達温度を比較的高くすること、の少なくとも一方を適用することが好ましい。このことによって、所望する鉄リン酸化合物を主成分とする電極活物質をより効率よく製造することができる。 The invention disclosed herein can be preferably applied to the production of an electrode active material whose main component is a phosphate compound in which M is mainly iron (Fe). For example, such a phosphate compound, wherein both x and y in the above general formula are substantially 1, an olivine type iron phosphorus represented by AFe II (PO 4 ) Acid compound) or a phosphate compound (typically olivine-type iron phosphorus represented by Fe III (PO 4 )) wherein x in the general formula is substantially 0 and y is substantially 1 It is suitable for the production of an electrode active material mainly composed of an acid compound. A particularly preferable application object is an iron phosphate compound in which both x and y in the general formula are substantially 1. According to the method disclosed herein, as a raw material (iron supply source) for producing an olivine-type iron phosphate compound having divalent iron in this way, a compound containing divalent iron as a constituent element (for example, Not only FeO) but also a compound containing trivalent iron as a constituent element (for example, Fe 2 O 3 ) can be preferably selected. When such a trivalent iron compound (Fe 2 O 3 or the like) is used as a part or all of the iron supply source, a reducing agent (carbon powder or the like) is contained in the melt, and the melting It is preferable to apply at least one of making the maximum temperature of the object relatively high. This makes it possible to more efficiently produce an electrode active material containing a desired iron phosphate compound as a main component.

上述したいずれかの方法により得られた電極活物質は、二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)の構成材料として好適に用いることができる。そのような二次電池は、例えば、上述したいずれかの電極活物質を有する第一の電極(正極または負極)と、カチオンを吸蔵放出する材料を有する第二の電極(第一の電極と対になる電極、すなわち負極または正極)と、非水系電解質または固体電解質とを備える。
ここに開示される他の一つの発明は二次電池に関する。その二次電池は、上述したいずれかの方法により得られた電極活物質を有する正極を備える。また、アルカリ金属イオン(好ましくはリチウムイオン)を吸蔵放出する材料を有する負極を備えることができる。さらに、非水系電解質または固体電解質を備えることができる。本発明によると、このような構成の二次電池をより効率よく製造することができる。
ここに開示される発明の他の観点は、上述したいずれかの方法により製造された二次電池用正極活物質である。かかる活物質の典型例は、上記一般式で表される実質的に結晶質のリン酸化合物を主成分とする二次電池用正極活物質である。
The electrode active material obtained by any of the methods described above can be suitably used as a constituent material of a secondary battery (typically a lithium ion secondary battery). Such a secondary battery includes, for example, a first electrode (positive electrode or negative electrode) having any one of the electrode active materials described above, and a second electrode (a pair of the first electrode and the first electrode having a material that absorbs and releases cations). Electrode, ie, a negative electrode or a positive electrode), and a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte.
Another invention disclosed herein relates to a secondary battery. The secondary battery includes a positive electrode having an electrode active material obtained by any of the methods described above. In addition, a negative electrode including a material that occludes and releases alkali metal ions (preferably lithium ions) can be provided. Furthermore, a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte can be provided. According to the present invention, the secondary battery having such a configuration can be manufactured more efficiently.
Another aspect of the invention disclosed herein is a positive electrode active material for a secondary battery manufactured by any of the methods described above. A typical example of such an active material is a positive electrode active material for a secondary battery having a substantially crystalline phosphate compound represented by the above general formula as a main component.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

本発明の製造方法は、一般式AxM(PO4yで表される遷移金属リン化合物を主成分(主体)とする電極活物質の製造に適用することができる。上記一般式におけるMは、遷移金属から選択される一種または二種以上の元素である。Mの具体例としては、鉄(Fe),バナジウム(V)およびチタン(Ti)等が挙げられる。上記一般式におけるAは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等のアルカリ金属から選択される一種または二種以上(典型的にはいずれか一種)である。xは0≦x≦2(典型的には0<x≦2)を満たす数である。また、yは0<y≦2を満たす数である。上記一般式で表される化合物は、相対的に電気化学当量が小さいことから、より理論容量の大きなものとなり得る。ここに開示される方法によると、このように有用な電極活物質を、より効率よく製造することができる。 The production method of the present invention can be applied to the production of an electrode active material containing a transition metal phosphorus compound represented by the general formula A x M (PO 4 ) y as a main component (main component). M in the above general formula is one or more elements selected from transition metals. Specific examples of M include iron (Fe), vanadium (V), titanium (Ti), and the like. A in the above general formula is one or two or more (typically any one) selected from alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), and potassium (K). x is a number satisfying 0 ≦ x ≦ 2 (typically 0 <x ≦ 2). Y is a number satisfying 0 <y ≦ 2. Since the compound represented by the above general formula has a relatively small electrochemical equivalent, it can have a larger theoretical capacity. According to the method disclosed here, a useful electrode active material can be produced more efficiently.

ここに開示される方法の一つの好ましい適用対象(すなわち、該方法を適用して製造するのに適した電極活物質)としては、上記一般式におけるMが主としてFeである化合物を主成分とする電極活物質が挙げられる。Mのうち凡そ75個数%以上がFeであるものが好ましく、凡そ90個数%以上がFeであるものがより好ましく、Mが実質的にFeであるものがさらに好ましい。両極間をリチウムイオンが行き来することにより充放電する二次電池に用いるための電極活物質としては、上記一般式におけるxが0よりも大きく、かつ、該式におけるAが主としてリチウム(Li)である化合物を主成分とするものが好ましい。また、両極間をナトリウムイオンが行き来することにより充放電する二次電池に用いるための電極活物質としては、上記一般式におけるxが0よりも大きく、かつ、該式におけるAが主としてナトリウム(Na)である化合物を主成分とするものが好ましい。   One preferable application object of the method disclosed herein (that is, an electrode active material suitable for manufacturing by applying the method) is mainly composed of a compound in which M in the general formula is mainly Fe. An electrode active material is mentioned. Of those, about 75% by number or more of M is preferably Fe, more preferably about 90% by number or more is Fe, and more preferably M is substantially Fe. As an electrode active material for use in a secondary battery that is charged / discharged by lithium ions moving back and forth between both electrodes, x in the above general formula is larger than 0, and A in the formula is mainly lithium (Li). What has a certain compound as a main component is preferable. In addition, as an electrode active material for use in a secondary battery that is charged / discharged by sodium ions moving back and forth between both electrodes, x in the above general formula is greater than 0, and A in the formula is mainly sodium (Na A compound having a compound as a main component is preferred.

ここに開示される方法は、上記一般式におけるxおよびyが実質的にx=y=1であるオリビン型に相当する組成の化合物(AMII(PO4)で表される化合物、例えばLiFeII(PO4))を主成分とする電極活物質の製造に好ましく適用され得る。あるいは、上記一般式におけるxおよびyが実質的にx=0,y=1であるオリビン型に相当する組成の化合物(MIII(PO4)で表される化合物、例えばFeIII(PO4))を主成分とする電極活物質の製造に好ましく適用され得る。このようなオリビン型材料(特に、Mが主として2価であるオリビン型材料)の製造においては、本発明の方法を採用することによる効果が特によく発揮され得る。 The method disclosed herein is a compound represented by a compound (AM II (PO 4 ) having a composition corresponding to the olivine type in which x and y in the general formula are substantially x = y = 1, such as LiFe II. It can be preferably applied to the production of an electrode active material containing (PO 4 )) as a main component. Alternatively, a compound having a composition corresponding to an olivine type in which x and y in the above general formula are substantially x = 0 and y = 1 (a compound represented by M III (PO 4 ), for example, Fe III (PO 4 ) ) Can be preferably applied to the production of an electrode active material. In the production of such an olivine-type material (particularly, an olivine-type material in which M is mainly divalent), the effect of employing the method of the present invention can be exhibited particularly well.

また、ここで開示される方法は、上記一般式におけるxおよびyが実質的にx=y=1.5であるナシコン型に相当する組成の化合物(A3III 2(PO43で表される化合物、例えばLi3FeIII 2(PO43)を主成分とする電極活物質の製造にも好ましく適用され得る。本発明の方法を採用することによる利点は、このようなナシコン型材料の製造においても適切に発揮され得る。 Further, the method disclosed herein is a compound (A 3 M III 2 (PO 4 ) 3 having a composition corresponding to a NASICON type in which x and y in the general formula are substantially x = y = 1.5. The present invention can also be preferably applied to the production of an electrode active material containing as a main component a compound represented, for example, Li 3 Fe III 2 (PO 4 ) 3 ). The advantage by adopting the method of the present invention can be appropriately exerted also in the production of such NASICON type materials.

ここに開示される方法を、上記一般式におけるxが0よりも大きい(すなわち、0<x)化合物を主成分とする電極活物質の製造に適用する場合には、前記Mの供給源とリン(P)の供給源と前記Aの供給源とを含む溶融状態の組成物(溶融物)を用意する。典型的には、該溶融物におけるM,PおよびAの原子比(モル比)を、目的物たる電極活物質(一般式AxM(PO4yで表される遷移金属リン酸化合物)に対応した原子比とする。例えば、目的物に対応した原子比でM,PおよびAを含む固体状の原料組成物を用意し、該組成物を溶融させるとよい。通常は、M,PおよびAの原子比を、前記溶融物および/または前記原料組成物と前記目的物との間で概ね一致させることが適当である。 When the method disclosed herein is applied to the production of an electrode active material whose main component is x in the above general formula (ie, 0 <x), the M supply source and phosphorus A molten composition (melt) including the supply source of (P) and the supply source of A is prepared. Typically, the atomic ratio (molar ratio) of M, P and A in the melt is determined based on the target electrode active material (transition metal phosphate compound represented by the general formula A x M (PO 4 ) y ). The atomic ratio corresponding to. For example, a solid raw material composition containing M, P and A at an atomic ratio corresponding to the target product may be prepared and the composition may be melted. In general, it is appropriate that the atomic ratio of M, P and A is approximately the same between the melt and / or the raw material composition and the target product.

Mの供給源、Pの供給源およびAの供給源としては、M,PおよびAのうちいずれか一種を構成元素として有する化合物をそれぞれ使用することができる。すなわち、M供給源としては、Mを構成元素として有する化合物(M化合物)を用いることができる。該M化合物としては、例えば、Mの酸化物または加熱により酸化物となり得る化合物(Mの炭酸塩、炭酸水素塩、酢酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物、水酸化物等)を好ましく使用することができる。P供給源としては、Pを構成元素として有するリン化合物を好ましく使用することができる。例えば、リンの酸化物または加熱により酸化物となり得る化合物(P25等の酸化物、NH42PO4,(NH42HPO4等のアンモニウム塩等)を好ましく使用することができる。Aの供給源としては、Aを構成元素として有する化合物(A化合物)を使用することができる。例えば、Aの塩(Aの炭酸塩、炭酸水素塩、酢酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物、水酸化物等)を使用することができる。各供給源は、一種または二種以上の化合物から構成され得る。Aが主としてリチウムである場合には、リチウム供給源として炭酸リチウム(Li2CO3),水酸化リチウム(LiOH)等のリチウム塩から選択される一種または二種以上を使用することができる。
なお、Aの供給源として、融剤として機能し得る化合物(例えばLi2CO3)を選択することにより、上記溶融物の融点を低下させることができる。
As the supply source of M, the supply source of P, and the supply source of A, compounds having any one of M, P and A as constituent elements can be used. That is, as the M supply source, a compound having M as a constituent element (M compound) can be used. As the M compound, for example, an M oxide or a compound that can be converted into an oxide by heating (such as M carbonate, bicarbonate, acetate, oxalate, halide, hydroxide, etc.) is preferably used. Can do. As the P supply source, a phosphorus compound having P as a constituent element can be preferably used. For example, it is preferable to use an oxide of phosphorus or a compound that can be converted into an oxide by heating (an oxide such as P 2 O 5, an ammonium salt such as NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 ). it can. As a supply source of A, a compound having A as a constituent element (A compound) can be used. For example, a salt of A (A carbonate, bicarbonate, acetate, oxalate, halide, hydroxide, etc.) can be used. Each source can be composed of one or more compounds. When A is mainly lithium, one or more selected from lithium salts such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) can be used as a lithium supply source.
Note that by selecting a compound that can function as a flux (for example, Li 2 CO 3 ) as the supply source of A, the melting point of the melt can be lowered.

あるいは、Mの供給源、Pの供給源およびAの供給源としてM,PおよびAのうち二種以上を構成元素として有する化合物を使用してもよい。例えば、PとAを構成元素として有する化合物をPの供給源かつAの供給源として使用し、Mを構成元素として有する化合物をMの供給源として使用することができる。さらに、M,PおよびAの全てを構成元素として有する化合物をM,PおよびAの共通する供給源として用いてもよい。例えば、上記一般式で表される一種または二種以上のリン酸化合物(結晶質でも非晶質でもよく、結晶質のものと非晶質のものとを含んでもよい。)をM,PおよびAの供給源として用いることも可能である。各元素(M,PおよびA)の原子比を調整しやすいこと等から、通常は、M,PおよびAのうちいずれか一種を構成元素として有する化合物をそれぞれ使用して原料組成物および/または溶融物(溶融状態の組成物)を用意することが好ましい。   Alternatively, a compound having two or more of M, P and A as constituent elements may be used as the M supply source, the P supply source, and the A supply source. For example, a compound having P and A as constituent elements can be used as the P supply source and the A supply source, and a compound having M as the constituent element can be used as the M supply source. Furthermore, a compound having all of M, P and A as constituent elements may be used as a common source of M, P and A. For example, one or two or more types of phosphoric acid compounds represented by the above general formula (which may be crystalline or amorphous, and may include crystalline and amorphous) may be represented by M, P and It can also be used as a source of A. Since it is easy to adjust the atomic ratio of each element (M, P and A), etc., usually a raw material composition and / or a compound having any one of M, P and A as a constituent element is used. It is preferable to prepare a melt (a composition in a molten state).

前記Mの供給源としては、該供給源として用いる化合物中におけるMの価数が目的物中におけるMの価数(すなわち、前記一般式で表される化合物中におけるMの価数)と等しい化合物を選択することができる。例えば、AMII(PO4)で表されるオリビン型材料の製造を意図する場合には、Mが2価である化合物(M供給源)を好ましく選択することができる。また、例えば、A3III 2(PO43で表されるナシコン型材料の製造を意図する場合には、Mが3価である化合物を好ましく選択することができる。ここで、例えばMが2価よりも3価のほうが安定な傾向を示す元素(例えば鉄)であって、上記一般式中におけるMの価数が主として2である化合物を主成分とする電極活物質の製造を意図する場合には、2価のM供給源(例えばFeO)が酸化されて3価になることを防止するために、該電極活物質の製造過程を還元性条件下で遂行することができる。 The source of M is a compound in which the valence of M in the compound used as the source is equal to the valence of M in the target product (that is, the valence of M in the compound represented by the general formula) Can be selected. For example, when the production of an olivine type material represented by AM II (PO 4 ) is intended, a compound in which M is divalent (M source) can be preferably selected. For example, when the production of a NASICON type material represented by A 3 M III 2 (PO 4 ) 3 is intended, a compound in which M is trivalent can be preferably selected. Here, for example, an electrode active mainly composed of an element (for example, iron) in which M is more trivalent than divalent, such as iron, and the valence of M in the above general formula is mainly 2. When the production of the material is intended, the production process of the electrode active material is performed under reducing conditions in order to prevent the divalent M source (for example, FeO) from being oxidized and becoming trivalent. be able to.

また、前記Mの供給源として、該供給源中におけるMの価数が目的物中におけるMの価数よりも高い化合物を選択してもよい。ここに開示される方法によれば、Mが2価よりも3価のほうが安定な傾向を示す元素(例えば鉄(Fe)、マンガン(Mn)等)であって目的物中におけるMが主として2価である場合(例えば、AMII(PO4)で表されるオリビン型材料の製造を意図する場合)においても、3価のM供給源(例えば、Mが鉄である場合にはFe23等)を好ましく選択することが可能である。換言すれば、本発明の方法によると、3価のM供給源を使用して、2価のMを構成元素として有する材料(例えば、AMII(PO4)で表されるオリビン型組成の電極活物質)を製造することができる。このことは、例えば、上記一般式におけるMが主として2価の鉄(Fe)であるオリビン型材料から実質的に構成される電極活物質の製造において重要である。3価の鉄供給源としてのFe23は、2価の鉄供給源としてのFeOよりも明らかに安価に利用可能であるためである。なお、本発明を採用することによる効果(原料費低減の効果)は、鉄供給源としてのFeOの一部をFe23に置き換えた場合(すなわち、2価の鉄供給源と3価の鉄供給源とを併用する場合)にも適切に発揮され得る。 Further, as the M supply source, a compound in which the valence of M in the supply source is higher than the valence of M in the target product may be selected. According to the method disclosed herein, M is an element (for example, iron (Fe), manganese (Mn), etc.) that tends to be more stable when trivalent than divalent. If a value (e.g., AM II (if intended for the manufacture of olivine type material represented by PO 4)) also in the trivalent M source (e.g., if M is iron Fe 2 O 3 etc.) can be preferably selected. In other words, according to the method of the present invention, an electrode having an olivine type composition represented by a material having divalent M as a constituent element (for example, AM II (PO 4 ) using a trivalent M source. Active material) can be produced. This is important, for example, in the production of an electrode active material substantially composed of an olivine type material in which M in the above general formula is mainly divalent iron (Fe). This is because Fe 2 O 3 as a trivalent iron supply source is obviously cheaper than FeO as a divalent iron supply source. In addition, the effect by adopting the present invention (the effect of reducing raw material costs) is the case where a part of FeO as an iron supply source is replaced with Fe 2 O 3 (that is, a divalent iron supply source and a trivalent iron source). (When used in combination with an iron supply source).

一方、前記一般式におけるxが実質的に0である化合物(M(PO4y)を主成分とする電極活物質を製造する場合には、前記Mの供給源とリン(P)の供給源とを含む溶融状態の組成物(溶融物)を用意する。M供給源およびP供給源としては、x<0である場合について例示した化合物と同様の化合物等を適宜選択して使用することができる。例えば、MIII(PO4)で表されるオリビン型材料(すなわち、y=1)の製造を意図する場合には、Mの供給源として、Mが3価である化合物を好ましく選択することができる。 On the other hand, when producing an electrode active material whose main component is a compound (M (PO 4 ) y ) in which x in the general formula is substantially 0, supply of M and supply of phosphorus (P) A molten composition (melt) containing a source is prepared. As the M supply source and the P supply source, compounds similar to those exemplified for the case of x <0 can be appropriately selected and used. For example, when the production of an olivine type material represented by M III (PO 4 ) (ie, y = 1) is intended, a compound in which M is trivalent is preferably selected as a source of M. it can.

上記溶融物は、典型的には、Mの供給源およびPの供給源と、xが0よりも大きい場合にはさらにAの供給源とを混合して固体状の原料組成物を調製し、該原料組成物を溶融させることにより用意され得る。例えば、M供給源の粉末と、P供給源の粉末と、A供給源の粉末とを混合して原料組成物を調製することができる。ここで使用する各供給源の平均粒子径や粒子径分布等は特に制限されない。該原料組成物は一旦溶融状態とされるので、従来の固相反応法に比べ、原料組成物の性状が生成物に与える影響が抑制され得るためである。これら各供給源(典型的には粉末状)の混合状態は、比較的均一であることが好ましく、ほぼ均一であることがより好ましい。もっとも、該原料組成物は一旦溶融状態とされるので、該原料組成物の均一性がそれほど高くない場合であっても、実用上十分な均一性を有する電極活物質が製造され得る。このように、ここに開示される方法(溶融徐冷法)は、例えば従来の固相反応法による場合に比べて、製造条件の管理が容易なものとなり得る。例えば、使用する原料(各元素の供給源等)の性状、原料組成物の均一性(各供給源の混合状態)の管理等が容易である。このことは、製造効率を高めるという観点から有利である。   The melt is typically prepared by mixing a source of M and a source of P and a source of A when x is larger than 0 to prepare a solid raw material composition, It can be prepared by melting the raw material composition. For example, a raw material composition can be prepared by mixing M source powder, P source powder, and A source powder. The average particle size and particle size distribution of each supply source used here are not particularly limited. This is because, since the raw material composition is once melted, the influence of the properties of the raw material composition on the product can be suppressed as compared with the conventional solid phase reaction method. The mixing state of each of these sources (typically in powder form) is preferably relatively uniform, and more preferably substantially uniform. However, since the raw material composition is once melted, an electrode active material having practically sufficient uniformity can be produced even when the uniformity of the raw material composition is not so high. As described above, the method disclosed herein (melting and slow cooling method) can facilitate the management of production conditions as compared with, for example, a conventional solid-phase reaction method. For example, it is easy to manage properties of raw materials to be used (a supply source of each element, etc.), uniformity of a raw material composition (mixed state of each supply source), and the like. This is advantageous from the viewpoint of increasing manufacturing efficiency.

かかる原料組成物を溶融させる(加熱する)方法は特に限定されない。誘導加熱やマイクロウエーブによる加熱等の公知の加熱手段を適宜採用することができる。
原料組成物を溶融させる際の加熱速度(昇温速度)は特に限定されない。使用する加熱手段の能力等に応じて適当な加熱速度を採用することができる。もっとも、加熱速度が低すぎると製造効率が低下しがちとなる。かかる観点から、通常は加熱速度を凡そ60℃/h以上とすることが好ましく、凡そ150℃/h以上とすることがより好ましい。
The method for melting (heating) such a raw material composition is not particularly limited. Known heating means such as induction heating or microwave heating can be appropriately employed.
The heating rate (temperature increase rate) when melting the raw material composition is not particularly limited. An appropriate heating rate can be adopted according to the ability of the heating means used. However, if the heating rate is too low, the production efficiency tends to decrease. From this point of view, the heating rate is usually preferably about 60 ° C./h or more, and more preferably about 150 ° C./h or more.

溶融状態の組成物(溶融物)の最高到達温度は、該組成物の溶融状態が実現される限りにおいて特に限定されない。例えば、凡そ800〜2000℃(好ましくは凡そ850〜1800℃、より好ましくは凡そ900〜1600℃)であって、かつ、溶融状態を実現し得る温度とすることができる。かかる溶融状態を実現し得る下限の温度は、目的物の組成(例えば、AおよびMの種類、xおよびyの値等)によっても異なり得る。例えば、Aが主としてリチウムであり、Mが主としてFeである場合には、上記最高到達温度を凡そ850〜1800℃とすることが好ましく、凡そ900〜1600℃とすることがより好ましい。   The maximum attainable temperature of the molten composition (melt) is not particularly limited as long as the molten state of the composition is realized. For example, the temperature can be about 800 to 2000 ° C. (preferably about 850 to 1800 ° C., more preferably about 900 to 1600 ° C.) and can realize a molten state. The lower limit temperature at which such a molten state can be realized may vary depending on the composition of the target product (for example, the types of A and M, the values of x and y, etc.). For example, when A is mainly lithium and M is mainly Fe, the maximum temperature reached is preferably about 850 to 1800 ° C, and more preferably about 900 to 1600 ° C.

なお、Mが2価よりも3価のほうが安定な傾向を示す元素(例えば鉄)であって、Mが主として2価であるオリビン型材料(典型的には、前記一般式におけるxおよびyがいずれもほぼ1である化合物を主成分とする電極活物質)の製造を意図する場合には、上記最高到達温度を比較的高めにすることが好ましい。例えば、上記溶融状態を実現し得る下限の温度に対して、上記最高到達温度が凡そ400℃以上(典型的には、凡そ400〜800℃)高い温度となるように製造条件を設定することが好ましく、凡そ600℃以上(典型的には、凡そ600〜800℃)高い温度とすることがより好ましい。   Note that an olivine-type material in which M is more divalent than trivalent (for example, iron) and M is mainly divalent (typically, x and y in the above general formula are In the case where the production of an electrode active material mainly composed of a compound that is almost 1) is intended, it is preferable that the maximum temperature reached is relatively high. For example, the manufacturing conditions may be set so that the highest temperature reaches about 400 ° C. or higher (typically about 400 to 800 ° C.) higher than the lower limit temperature at which the molten state can be realized. Preferably, the temperature is more preferably about 600 ° C. or higher (typically about 600 to 800 ° C.).

原料組成物を溶融状態にしてから冷却(徐冷)を開始するまでの時間(溶融時間)は特に限定されない。製造効率およびエネルギーコスト等の観点から、通常は該溶融時間を凡そ24時間以下(典型的には、凡そ5分〜24時間)とすることが適当であり、凡そ6時間以下(典型的には凡そ5分〜6時間)とすることが好ましい。また、該溶融物を上記最高到達温度に保持する時間も特に限定されない。目的物の均一性を高める等の観点から、通常は該保持時間を凡そ30秒以上(例えば凡そ30秒〜2時間)とすることが適当であり、凡そ1分以上(例えば凡そ1分〜1時間)とすることが好ましい。あるいは、最高到達温度まで加熱した後すぐに降温(冷却または徐冷)を開始してもよい。   The time (melting time) from when the raw material composition is melted to when cooling (slow cooling) is started is not particularly limited. From the viewpoint of production efficiency and energy cost, it is usually appropriate to set the melting time to about 24 hours or less (typically about 5 minutes to 24 hours), and about 6 hours or less (typically About 5 minutes to 6 hours) is preferable. Further, the time for keeping the melt at the maximum temperature is not particularly limited. From the standpoint of enhancing the uniformity of the target object, it is usually appropriate to set the holding time to about 30 seconds or more (for example, about 30 seconds to 2 hours), and about 1 minute or more (for example, about 1 minute to 1). Time). Alternatively, temperature lowering (cooling or slow cooling) may be started immediately after heating to the highest temperature.

なお、溶融状態の組成物を用意する方法は、上述のようにあらかじめ混合(調製)した固体状の原料組成物を溶融させる方法に限定されるものではない。例えば、固体状の各供給源を別々に用意し、それらを順次溶融させつつ混合してもよい。具体的には、例えば、固体状のM供給源を溶融させ、該溶融状態のM供給源に固体状のA供給源を加え、次いで固体状のP供給源を加えてもよい。あるいは、各供給源を個々に溶融させ、それら溶融状態の供給源を混合してもよい。   In addition, the method of preparing the composition in a molten state is not limited to the method of melting the solid raw material composition mixed (prepared) in advance as described above. For example, each solid supply source may be prepared separately, and mixed while sequentially melting them. Specifically, for example, a solid M supply source may be melted, a solid A supply source may be added to the molten M supply source, and then a solid P supply source may be added. Alternatively, each supply source may be melted individually, and the molten sources may be mixed.

上記溶融状態の組成物(溶融物)には還元剤を含有させることができる。特に、前記一般式中におけるMの価数(例えば2価)よりもMの価数が高いM化合物(例えば、3価のMを構成元素とするM化合物)をM供給源の一部または全部として使用する場合には、該溶融物に還元剤を含有させることが好ましい。また、例えば、Mが2価よりも3価のほうが安定な傾向を示す元素(例えば鉄)であって、Mが主として2価であるオリビン型材料の製造を意図する場合には、M供給源として3価のM化合物(例えばFe23)を使用する場合のみならず、M供給源として2価のM化合物(例えばFeO)を使用する場合にも、溶融物に還元剤を含有させることによってより良好な結果が実現され得る。例えば、Mが酸化されて3価になるという事象をよりよく防止し得る。
上記還元剤としては、炭素材料(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛プリカーサ等の炭素粉末)を好ましく使用することができる。ここに開示される方法に使用し得る他の還元剤としては、糖類、ポリプロピレン等を例示することができる。
The molten composition (melt) can contain a reducing agent. In particular, an M compound having a higher valence of M than the valence of M in the general formula (for example, divalent) (for example, an M compound having trivalent M as a constituent element) is part or all of the M supply source. When using as, it is preferable to contain a reducing agent in this melt. In addition, for example, when M is an element (for example, iron) that tends to be more stable than trivalent than trivalent (for example, iron) and M is mainly divalent, M source In the case of using a trivalent M compound (for example, Fe 2 O 3 ) as well as using a divalent M compound (for example, FeO) as an M supply source, a reducing agent should be included in the melt. Better results can be achieved. For example, the event that M is oxidized to become trivalent can be better prevented.
As the reducing agent, a carbon material (for example, carbon powder such as acetylene black, ketjen black, graphite precursor) can be preferably used. Examples of other reducing agents that can be used in the method disclosed herein include saccharides and polypropylene.

このような還元剤を溶融物に含有させる手段は特に限定されない。例えば、各供給源の粉末とともに粉末状の還元剤(炭素粉末等)を混合して原料組成物を調製し、該原料組成物を溶融させてもよい。あるいは、各供給源を溶融させた後、ここに還元剤を加えてもよい。溶融物に含有させる還元剤の量は特に限定されないが、少なすぎると還元剤の使用効果が十分に発揮されない場合がある。一方、還元剤の使用量が多すぎると目的物の性能(電池性能等)に意図しない影響を及ぼす場合がある。これらの事情を勘案して、還元剤の使用量を、例えば、溶融物100g当たり凡そ2g程度とすることができる。   The means for incorporating such a reducing agent into the melt is not particularly limited. For example, a raw material composition may be prepared by mixing a powdery reducing agent (carbon powder or the like) together with the powder of each supply source, and the raw material composition may be melted. Alternatively, the reducing agent may be added thereto after melting each supply source. The amount of the reducing agent to be contained in the melt is not particularly limited, but if it is too small, the effect of using the reducing agent may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the amount of the reducing agent used is too large, the performance of the target product (battery performance, etc.) may be unintentionally affected. Considering these circumstances, the amount of reducing agent used can be set to, for example, about 2 g per 100 g of melt.

上記溶融状態の組成物(溶融物)を徐冷して凝固させることにより目的物が得られる。かかる徐冷は、所定の温度プロファイルが実現されるように管理しつつ行ってもよく、あるいは溶融物が自然に冷めるのに任せてもよい。上記所定の温度プロファイルは、一定の速度で次第に温度を低下させるものであってもよく、段階的に温度を低下させるものであってもよく、これらを複合した温度プロファイルであってもよい。通常は、一定の速度(降温速度)で温度を低下させることが容易であり好ましい。この場合における降温速度は、例えば凡そ600℃/h以下とすることができ、凡そ450℃/h以下とすることが好ましく、凡そ300℃/h以下とすることがより好ましい。大まかな傾向としては、降温速度を遅めにすることによって、より結晶性の高い目的物が得られる。一方、降温速度を過剰に遅くすることは製造効率の低下を招き得る。かかる観点から、通常は降温速度を凡そ6℃/h以上とすることが適当であり、凡そ30℃/h以上とすることが好ましく、凡そ60℃/h以上とすることがより好ましい。温度を段階的に低下させる場合においても、徐冷開始から徐冷終了までの平均の降温速度を上記範囲とすることが好ましい。   The target product is obtained by slowly cooling and solidifying the molten composition (melt). Such slow cooling may be performed while being controlled so as to achieve a predetermined temperature profile, or may be allowed to cool the melt naturally. The predetermined temperature profile may be one that gradually decreases the temperature at a constant rate, one that gradually decreases the temperature, or a temperature profile that combines these. Usually, it is easy and preferable to lower the temperature at a constant rate (temperature decrease rate). In this case, the temperature lowering rate can be, for example, about 600 ° C./h or less, preferably about 450 ° C./h or less, and more preferably about 300 ° C./h or less. As a general tendency, an object having higher crystallinity can be obtained by slowing the temperature lowering rate. On the other hand, excessively slowing the temperature lowering rate can lead to a decrease in manufacturing efficiency. From this point of view, it is usually appropriate to set the temperature drop rate to about 6 ° C./h or more, preferably about 30 ° C./h or more, and more preferably about 60 ° C./h or more. Even in the case where the temperature is lowered stepwise, it is preferable that the average cooling rate from the start of slow cooling to the end of slow cooling be within the above range.

ここに開示される方法の一つの態様では、少なくとも上記溶融状態にある組成物が溶融状態から(典型的には、該組成物が最高到達温度にあるときから)凝固するまでの間にわたって該組成物(溶融物)を徐冷する。典型的には、該溶融物の温度が少なくとも凡そ300℃以下(好ましくは凡そ100℃以下)になるまで徐冷する。該溶融物の温度がほぼ室温(例えば凡そ60℃以下、好ましくは凡そ40℃以下)になるまで徐冷してもよい。   In one embodiment of the method disclosed herein, at least the composition in the molten state from the molten state (typically from when the composition is at a maximum temperature) to solidification. Slowly cool the product (melt). Typically, it is slowly cooled until the temperature of the melt is at least about 300 ° C. or less (preferably about 100 ° C. or less). The melt may be gradually cooled until it reaches a room temperature (for example, about 60 ° C. or lower, preferably about 40 ° C. or lower).

なお、上記一般式中におけるMが、該一般式中におけるMの価数よりも高い価数のほうが安定な元素である場合(例えば、上記一般式中におけるMが主として2価であってMが鉄である場合)には、上述した製造プロセスのうち少なくとも一部を非酸化性雰囲気(典型的には、アルゴン等の不活性ガス雰囲気または水素(H2)ガス等の還元性ガスを含む雰囲気)の下で実施することができる。通常は、少なくとも溶融物の徐冷(降温)開始から徐冷終了までを非酸化性雰囲気下で行うことが好ましい。固体状の原料組成物を溶融させる段階から徐冷終了までを非酸化性雰囲気下で行うことがより好ましく、原料組成物を調製する段階から徐冷終了までを非酸化性雰囲気下で行うことがさらに好ましい。 Note that when M in the above general formula is an element whose valence is higher than the valence of M in the general formula (for example, M in the general formula is mainly divalent and M is In the case of iron), at least a part of the manufacturing process described above is performed in a non-oxidizing atmosphere (typically, an inert gas atmosphere such as argon or an atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen (H 2 ) gas). ). Usually, it is preferable to perform at least from the start of slow cooling (temperature decrease) to the end of slow cooling in a non-oxidizing atmosphere. More preferably, the step from melting the solid raw material composition to the end of slow cooling is performed in a non-oxidizing atmosphere, and the step from preparing the raw material composition to the end of slow cooling is performed in a non-oxidizing atmosphere. Further preferred.

上述したいずれかの製造方法により得られた電極活物質は、典型例には、実質的に結晶質であり得る。例えば、かかる結晶質の遷移金属リン酸化合物から実質的に構成される電極活物質であり得る。好ましい一つの態様では、結晶質オリビン型遷移金属リン酸化合物、または、結晶質ナシコン型の遷移金属リン酸化合物を主成分とする電極活物質であり得る。あるいは、主として結晶質でありながら、一部に非晶質部分を含む電極活物質であってもよい。該電極活物質が結晶質であること(少なくとも、主として結晶質であること)、および、所定の結晶構造(オリビン型、ナシコン型等)を有することは、例えば、X線回折パターンにより確認することができる。そのX線回折パターンは、例えば、理学電機株式会社から入手可能なX線回折装置(型番「Rigaku RINT 2100HLR/PC」)等を用いて常法により得ることができる。   The electrode active material obtained by any of the manufacturing methods described above can be substantially crystalline as a typical example. For example, it may be an electrode active material substantially composed of such a crystalline transition metal phosphate compound. In a preferred embodiment, the electrode active material may be composed mainly of a crystalline olivine type transition metal phosphate compound or a crystalline NASICON type transition metal phosphate compound. Alternatively, an electrode active material that is mainly crystalline but partially includes an amorphous portion may be used. It is confirmed by, for example, an X-ray diffraction pattern that the electrode active material is crystalline (at least mainly crystalline) and has a predetermined crystal structure (olivine type, NASICON type, etc.). Can do. The X-ray diffraction pattern can be obtained by an ordinary method using, for example, an X-ray diffraction apparatus (model number “Rigaku RINT 2100HLR / PC”) available from Rigaku Corporation.

ここに開示される方法によると、実質的にオリビン単相の遷移金属リン酸化合物からなる材料(または、該材料から実質的に構成される電極活物質)を製造することができる。ここで「オリビン単相」とは、例えばAMII(PO4)で表されるオリビン型材料の製造を意図する場合には、該材料が3価のM(例えばFe)を実質的に含まないことをいう。例えば、少なくとも該材料のX線回折プロファイルにおいて3価のFeの存在が確認されないことをいう。好ましい一つの態様によると、このようなオリビン単相のアルカリ金属鉄リン酸化合物(典型的には、リチウム鉄リン酸化合物等)を、2価の鉄供給源(例えばFeO)を出発原料に用いた場合のみならず、3価の鉄供給源(例えばFe23)を出発原料に用いた場合にも効率よく製造することができる。 According to the method disclosed herein, a material (or an electrode active material substantially composed of the material) substantially composed of an olivine single-phase transition metal phosphate compound can be produced. Here, the term “olivine single phase” means that the material does not substantially contain trivalent M (for example, Fe) when the production of an olivine type material represented by AM II (PO 4 ) is intended. That means. For example, it means that the presence of trivalent Fe is not confirmed at least in the X-ray diffraction profile of the material. According to one preferred embodiment, such an olivine single-phase alkali metal iron phosphate compound (typically a lithium iron phosphate compound or the like) is used as a starting material from a divalent iron source (eg, FeO). In addition to the case of using a trivalent iron source (for example, Fe 2 O 3 ), it can be efficiently produced.

ここに開示される方法を適用して製造された電極活物質は、各種カチオンの挿入・脱離により二次電池の電極活物質として機能し得る。かかる活物質に挿入・脱離し得るカチオンとしては、リチウムイオン,ナトリウムイオン,カリウムイオン,セシウムイオン等のアルカリ金属イオン、カルシウムイオン,バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、銀イオン、亜鉛イオン、テトラブチルアンモニウムイオン,テトラエチルアンモニウムイオン,テトラメチルアンモニウムイオン,トリエチルメチルアンモニウムイオン,トリエチルアンモニウムイオン等のアンモニウムイオン類、イミダゾリウムイオン,エチルメチルイミダゾリウムイオン等のイミダゾリウムイオン類、ピリジニウムイオン、水素イオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、トリエチルスルホニウムイオン等が挙げられる。これらのうち好ましいものはアルカリ金属イオンであり、特にリチウムイオンが好ましい。   An electrode active material manufactured by applying the method disclosed herein can function as an electrode active material of a secondary battery by insertion / extraction of various cations. The cations that can be inserted into or desorbed from the active material include alkali metal ions such as lithium ion, sodium ion, potassium ion, and cesium ion, alkaline earth metal ions such as calcium ion and barium ion, magnesium ion, aluminum ion, silver Ions, zinc ions, tetrabutylammonium ions, tetraethylammonium ions, tetramethylammonium ions, triethylmethylammonium ions, triethylammonium ions and other ammonium ions, imidazolium ions, imidazolium ions such as ethylmethylimidazolium ions, pyridinium Ion, hydrogen ion, tetraethylphosphonium ion, tetramethylphosphonium ion, tetraphenylphosphonium ion, triphenyl Sulfonium ions, triethyl sulfonium ions, and the like. Of these, preferred are alkali metal ions, and lithium ions are particularly preferred.

ここに開示される方法を適用して製造された電極活物質を電池の正極に用いる場合、その対極である負極の活物質としては、リチウム(Li),ナトリウム(Na),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al)等の金属またはその合金、あるいはカチオンを吸蔵放出可能な炭素材料等を用いることができる。   When the electrode active material manufactured by applying the method disclosed herein is used for the positive electrode of a battery, the active material of the negative electrode that is the counter electrode is lithium (Li), sodium (Na), magnesium (Mg), A metal such as aluminum (Al) or an alloy thereof, or a carbon material capable of occluding and releasing cations can be used.

上記電極活物質を有する電極は、コイン型、円筒型、角型等の各種形状の二次電池の電極として好適に用いることができる。例えば、この電極活物質を圧縮成形してペレット状等の形態の電極を形成することができる。また、金属等の導電性材料からなる集電体に上記電極活物質を付着させることによって、板状またはシート状の電極を形成することができる。このような電極は、本発明に係る電極活物質の他、必要に応じて、一般的な電極活物質を有する電極と同様の一種または二種以上の材料を含有することができる。そのような材料の代表例としては導電材および結着剤が挙げられる。導電材としてはアセチレンブラック(AB)等の炭素材料を用いることができる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)等の有機ポリマーを用いることができる。   The electrode having the electrode active material can be suitably used as an electrode for secondary batteries having various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape. For example, this electrode active material can be compression molded to form an electrode in the form of a pellet. A plate-like or sheet-like electrode can be formed by attaching the electrode active material to a current collector made of a conductive material such as metal. In addition to the electrode active material according to the present invention, such an electrode can contain one or more materials similar to those of a general electrode active material, if necessary. Typical examples of such a material include a conductive material and a binder. As the conductive material, a carbon material such as acetylene black (AB) can be used. As the binder, organic polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP) can be used.

二次電池に用いる非水系電解質としては、非水系溶媒と、電極活物質に挿入・脱離し得るカチオンを含む化合物(支持電解質)とを含むものを使用することができる。
非水系電解質を構成する非水系溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性の溶媒を特に限定なく用いることができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。このような非水系溶媒から選択される一種のみを用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
また、非水系電解質を構成する支持電解質としては、電極活物質に挿入・脱離するカチオンを含む化合物、例えばリチウムイオン二次電池の場合であればLiPF6,LiBF4,LiN(CF3SO22,LiCF3SO3,LiC49SO3,LiC(CF3SO23,LiClO4等のリチウム化合物(リチウム塩)から選択される一種または二種以上を用いることができる。
As the non-aqueous electrolyte used for the secondary battery, a non-aqueous solvent and a compound containing a compound (supporting electrolyte) containing a cation that can be inserted into and removed from the electrode active material can be used.
As the non-aqueous solvent constituting the non-aqueous electrolyte, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be used without particular limitation. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1, Examples include 3-dioxolane, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and γ-butyrolactone. Only 1 type selected from such a non-aqueous solvent may be used, and 2 or more types may be mixed and used for it.
In addition, as the supporting electrolyte constituting the non-aqueous electrolyte, a compound containing a cation inserted / extracted from the electrode active material, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 in the case of a lithium ion secondary battery). ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiClO 4, or one or more selected from lithium compounds (lithium salts) can be used.

以下、本発明に関するいくつかの具体例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, some specific examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

<実験例1>
本実験例は、2価のFeを有するFe供給源(FeO)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した例である。
FeOとP25とLiOHとをモル比1:0.5:1の割合で混合した。この混合物(原料組成物)をAr雰囲気中にて昇温速度200℃/hで1100℃(最高到達温度)まで加熱して溶融させ、該温度に15分間保持した。次いで、その溶融物を、1100℃の溶融状態からほぼ室温まで降温速度200℃/hで冷却(徐冷)した。結果物を常法により粉砕して得られたサンプル(以下、上記結果物およびその粉砕物を「サンプル1」という。)につき、粉末X線回折(XRD)測定を行った。測定には、理学電機株式会社から入手可能なX線回折装置(型番「Rigaku RINT 2100HLR/PC」)を用いた。その結果を図1に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られた。このことから、本実験例により得られたサンプル1は実質的に結晶質であってオリビン(LiFePO4)単相であることが確認された。
<Experimental example 1>
In this experimental example, a sample for an electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound having divalent iron was manufactured using an Fe supply source (FeO) having divalent Fe.
FeO, P 2 O 5 and LiOH were mixed at a molar ratio of 1: 0.5: 1. This mixture (raw material composition) was melted by heating to 1100 ° C. (maximum temperature reached) at a rate of temperature increase of 200 ° C./h in an Ar atmosphere, and held at that temperature for 15 minutes. Subsequently, the melt was cooled (slowly cooled) from a melted state at 1100 ° C. to a temperature of about room temperature at a temperature lowering rate of 200 ° C./h. Powder X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on a sample obtained by pulverizing the resultant product by a conventional method (hereinafter, the resulting product and the pulverized product are referred to as “Sample 1”). An X-ray diffractometer (model number “Rigaku RINT 2100HLR / PC”) available from Rigaku Corporation was used for the measurement. The result is shown in FIG. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed. From this, it was confirmed that Sample 1 obtained in this experimental example is substantially crystalline and has a single phase of olivine (LiFePO 4 ).

<実験例2>
本実験例は、2価のFeを有するFe供給源(FeO)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した他の例である。
FeOとP25とLi2CO3とをモル比1:0.5:0.5の割合で混合した。この混合物を原料組成物として用いた点、および、最高到達温度(ここでは1100℃)に保持する時間を30分とした点以外は実験例1と同様にしてサンプル2を得た。該サンプル2について実験例1と同様にXRD測定を行った結果を図2に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られ、このサンプル2が実質的に結晶質であってオリビン(LiFePO4)単相であることが確認された。
<Experimental example 2>
This experimental example is another example in which a sample for an electrode active material containing a divalent iron-containing phosphate compound as a main component is manufactured using an Fe supply source (FeO) having divalent Fe.
FeO, P 2 O 5 and Li 2 CO 3 were mixed at a molar ratio of 1: 0.5: 0.5. Sample 2 was obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that this mixture was used as a raw material composition and the time for maintaining the maximum temperature (here, 1100 ° C.) was 30 minutes. FIG. 2 shows the result of XRD measurement performed on Sample 2 in the same manner as in Experimental Example 1. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed, and it was confirmed that this sample 2 was substantially crystalline and was a single phase of olivine (LiFePO 4 ).

<実験例3>
本実験例は、3価のFeを有するFe供給源(Fe23)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した例である。
Fe23とP25とLi2CO3とをモル比1:1:1の割合で混合し、さらに還元剤としての炭素粉末(アセチレンブラック、以下「AB」と表記することもある。)を混合した。ABの混合量は、Fe25とP25とLi2CO3との合計質量100質量部に対して2質量部とした。これを実験例1と同様に最高到達温度(ここでは1100℃)まで加熱して溶融させ、該温度に30分保持した。次いで、該溶融物(還元剤としてのABを含有する。)を1100℃の溶融状態からほぼ室温まで降温速度200℃/hで冷却(徐冷)した。結果物を常法により粉砕して得られたサンプル3につき、実験例1と同様にXRD測定を行った。その結果を図3に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られ、このサンプル3が実質的に結晶質であってオリビン(LiFePO4)単相であることが確認された。
<Experimental example 3>
The present experimental example is an example in which a sample for an electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound having divalent iron is manufactured using an Fe supply source (Fe 2 O 3 ) having trivalent Fe.
Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 CO 3 are mixed at a molar ratio of 1: 1: 1, and carbon powder as a reducing agent (acetylene black, hereinafter sometimes referred to as “AB”). .) Was mixed. The mixing amount of AB was 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of Fe 2 O 5 , P 2 O 5 and Li 2 CO 3 . This was heated to the highest temperature reached (here, 1100 ° C.) in the same manner as in Experimental Example 1 and melted and held at that temperature for 30 minutes. Next, the melt (containing AB as a reducing agent) was cooled (slowly cooled) from a melted state at 1100 ° C. to a temperature of about room temperature at a temperature decreasing rate of 200 ° C./h. XRD measurement was performed in the same manner as in Experimental Example 1 for Sample 3 obtained by pulverizing the resulting product by a conventional method. The result is shown in FIG. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed, and it was confirmed that this sample 3 was substantially crystalline and was olivine (LiFePO 4 ) single phase.

<実験例4>
本実験例は、3価のFeを有するFe供給源(Fe23)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した他の例である。
還元剤としてのABを使用しなかった点以外は実験例3と同様にして原料組成物を調製した。この原料組成物を用いて、実験例3と同様に加熱(昇温速度200℃/h、最高到達温度1100℃、保持時間30分)、冷却(降温速度200℃/h)および粉砕を行ってサンプル4を得た。このサンプル4について実験例1と同様にXRD測定を行った。その結果を図4に示す。図示するように、本実験例の製造条件により得られたサンプル4は3価のFe化合物を含み、オリビン(LiFePO4)単相ではなかった。
<Experimental example 4>
This experimental example is another example in which a sample for an electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound having divalent iron was manufactured using an Fe supply source (Fe 2 O 3 ) having trivalent Fe. is there.
A raw material composition was prepared in the same manner as in Experimental Example 3 except that AB as a reducing agent was not used. Using this raw material composition, heating (temperature increase rate 200 ° C./h, maximum attained temperature 1100 ° C., holding time 30 minutes), cooling (temperature decrease rate 200 ° C./h) and pulverization were performed in the same manner as in Experimental Example 3. Sample 4 was obtained. This sample 4 was subjected to XRD measurement in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in the figure, Sample 4 obtained under the production conditions of this Experimental Example contained a trivalent Fe compound and was not an olivine (LiFePO 4 ) single phase.

<実験例5>
本実験例は、2価のFeを有するFe供給源(FeO)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した他の例である。
FeOとP25とLiOHとをモル比1:0.5:1の割合で混合した。この混合物(原料組成物)をAr雰囲気中にて昇温速度200℃/hで1500℃(最高到達温度)まで加熱して溶融させ、該温度に5分間保持した。その溶融物を、1500℃の溶融状態からほぼ室温まで降温速度200℃/hで冷却(徐冷)した。結果物を常法により粉砕して得られたサンプル5につき、粉末X線回折(XRD)測定を行った。その結果を図5に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られ、このサンプル5が実質的に結晶質であってオリビン(LiFePO4)単相であることが確認された。このように、溶融温度(最高到達温度)を1100℃から1500℃に引き上げた場合にも、実験例1と同様に良好な結果(オリビン単相からなるサンプル)が得られた。
<Experimental example 5>
This experimental example is another example in which a sample for an electrode active material containing a divalent iron-containing phosphate compound as a main component is manufactured using an Fe supply source (FeO) having divalent Fe.
FeO, P 2 O 5 and LiOH were mixed at a molar ratio of 1: 0.5: 1. This mixture (raw material composition) was melted by heating to 1500 ° C. (maximum temperature reached) at a rate of temperature increase of 200 ° C./h in an Ar atmosphere and held at that temperature for 5 minutes. The melt was cooled (slow cooling) from a molten state at 1500 ° C. to a temperature of about room temperature at a rate of temperature decrease of 200 ° C./h. Powder X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on Sample 5 obtained by pulverizing the resultant product by a conventional method. The result is shown in FIG. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed, and it was confirmed that this sample 5 was substantially crystalline and was olivine (LiFePO 4 ) single phase. Thus, even when the melting temperature (maximum temperature reached) was raised from 1100 ° C. to 1500 ° C., good results (samples consisting of an olivine single phase) were obtained as in Experimental Example 1.

<実験例6>
本実験例は、3価のFeを有するFe供給源(Fe23)を用いて、2価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した他の例である。
還元剤としてのABを使用しなかった点以外は実験例3と同様にして原料組成物を調製した。この混合物(原料組成物)を用いて、実験例5と同様に加熱(昇温速度200℃/h、最高到達温度1500℃、保持時間5分)、冷却(降温速度200℃/h)および粉砕を行ってサンプル6を得た。該サンプル6について実験例1と同様にXRD測定を行った。その結果を図6に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られ、このサンプル6が実質的に結晶質であってオリビン(LiFePO4)単相であることが確認された。このように、Fe供給源としてFe23を使用した場合においても、溶融温度(最高到達温度)を1100℃から1500℃に引き上げることにより、還元剤を用いることなく良好な結果(オリビン単相からなるサンプル)が得られた。
<Experimental example 6>
This experimental example is another example in which a sample for an electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound having divalent iron was manufactured using an Fe supply source (Fe 2 O 3 ) having trivalent Fe. is there.
A raw material composition was prepared in the same manner as in Experimental Example 3 except that AB as a reducing agent was not used. Using this mixture (raw material composition), heating (temperature increase rate 200 ° C./h, maximum temperature reached 1500 ° C., holding time 5 minutes), cooling (temperature decrease rate 200 ° C./h) and pulverization were performed in the same manner as in Experimental Example 5. To obtain a sample 6. The sample 6 was subjected to XRD measurement in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed, and it was confirmed that this sample 6 was substantially crystalline and was a single phase of olivine (LiFePO 4 ). Thus, even when Fe 2 O 3 is used as the Fe supply source, by raising the melting temperature (maximum temperature reached) from 1100 ° C. to 1500 ° C., good results without using a reducing agent (olivine single phase) Sample) was obtained.

<実験例7>
本実験例は、3価のFeを有するFe供給源(Fe23)を用いて、3価の鉄を有するリン酸化合物を主成分とする電極活物質用サンプルを製造した他の例である。
Fe23とP25とをモル比1:1の割合で混合した。この混合物(原料組成物)を用いて、実験例6と同様に加熱(昇温速度200℃/h、最高到達温度1500℃、保持時間5分)、冷却(降温速度200℃/h)および粉砕を行ってサンプル7を得た。該サンプル7について実験例1と同様にXRD測定を行った。その結果を図7に示す。図示するように、オリビン型特有のX線プロファイルのみが見られ、このサンプル7が実質的に結晶質であってオリビン(FePO4)単相であることが確認された。
<Experimental example 7>
This experimental example is another example in which a sample for an electrode active material mainly composed of a phosphoric acid compound having trivalent iron was manufactured using an Fe supply source (Fe 2 O 3 ) having trivalent Fe. is there.
Fe 2 O 3 and P 2 O 5 were mixed at a molar ratio of 1: 1. Using this mixture (raw material composition), heating (temperature increase rate 200 ° C./h, maximum temperature reached 1500 ° C., holding time 5 minutes), cooling (temperature decrease rate 200 ° C./h) and pulverization were performed in the same manner as in Experimental Example 6. A sample 7 was obtained. The sample 7 was subjected to XRD measurement in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in the figure, only the X-ray profile peculiar to the olivine type was observed, and it was confirmed that this sample 7 was substantially crystalline and was olivine (FePO 4 ) single phase.

<サンプル1の特性試験>
実験例1により得られたサンプル1を用いて測定用セルを作製した。
すなわち、電極活物質として、該サンプル1を指先に感じない程度まで粉砕したもの(便宜上、この粉砕物も「サンプル1」という。以下同様。)を用意した。その電極活物質約0.25gと、導電材としてのアセチレンブラック(AB)約0.089gとを混合した(質量比 約70:25)。電極活物質とABとの混合には遊星ボールミル(planetary ball mill)を使用した。この混合物(電極活物質とABとの混合物)に、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)約0.018gをさらに加えて混合した(電極活物質:AB:PTFEの質量比 約70:25:5)。この混合物を直径約1.0cm、厚さ約0.5mmの円盤状(ペレット状)に圧縮成形して試験用電極を作製した。
<Characteristic test of sample 1>
A measurement cell was prepared using Sample 1 obtained in Experimental Example 1.
That is, as an electrode active material, a material obtained by pulverizing the sample 1 to such an extent that it cannot be felt by the fingertip (for convenience, this pulverized product is also referred to as “sample 1”, the same shall apply hereinafter). About 0.25 g of the electrode active material and about 0.089 g of acetylene black (AB) as a conductive material were mixed (mass ratio of about 70:25). A planetary ball mill was used for mixing the electrode active material and AB. To this mixture (mixture of electrode active material and AB), about 0.018 g of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder was further added and mixed (mass ratio of electrode active material: AB: PTFE: about 70: 25: 5). This mixture was compression-molded into a disc shape (pellet shape) having a diameter of about 1.0 cm and a thickness of about 0.5 mm to produce a test electrode.

対極としては、直径1.5mm、厚さ0.15mmのリチウム箔を用いた。セパレータとしては、直径22mm、厚さ0.02mmの多孔質ポリエチレンシートを用いた。また、非水系電解質としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比1:1の混合溶媒に、約1モル/リットルの濃度でLiPF6を溶解させたものを使用した。これらの構成要素をステンレス製容器に組み込んで、図19に示すように、厚さ2mm、直径32mm(2032型)のコイン型セルを構築した。図19中、符号1は正極(試験用電極)を、符号2は負極(対極)を、符号3はセパレータおよび電解質溶液(非水系電解質)を、符号4はガスケットを、符号5は正極容器を、符号6は負極蓋を示す。以下、電極活物質としてサンプル1を用い、電極活物質とABとの混合に遊星ボールミルを用いて作製した上記セルを「セル1−B」という。 As the counter electrode, a lithium foil having a diameter of 1.5 mm and a thickness of 0.15 mm was used. As the separator, a porous polyethylene sheet having a diameter of 22 mm and a thickness of 0.02 mm was used. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of about 1 mol / liter in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 1 was used. These constituent elements were assembled in a stainless steel container to construct a coin-type cell having a thickness of 2 mm and a diameter of 32 mm (2032 type) as shown in FIG. In FIG. 19, reference numeral 1 is a positive electrode (test electrode), reference numeral 2 is a negative electrode (counter electrode), reference numeral 3 is a separator and electrolyte solution (non-aqueous electrolyte), reference numeral 4 is a gasket, and reference numeral 5 is a positive electrode container. Reference numeral 6 denotes a negative electrode lid. Hereinafter, the above cell produced using Sample 1 as the electrode active material and using a planetary ball mill for mixing the electrode active material and AB is referred to as “cell 1-B”.

また、遊星ボールミルに代えてらいかい機(stone mill)を用いて電極活物質とABとPTFEとを混合した点以外は上記と同様にして試験用電極の作製およびセルの構築を行った。電極活物質としてサンプル1を用い、電極活物質とABとの混合にらいかい機を用いて作製した上記セルを「セル1−S」という。   Further, a test electrode and a cell were constructed in the same manner as described above except that an electrode active material, AB and PTFE were mixed using a stone mill instead of a planetary ball mill. The cell prepared using the sample 1 as the electrode active material and using a machine that is difficult to mix the electrode active material and AB is referred to as “cell 1-S”.

上記セル1−Bおよびセル1−Sを、それぞれ作製(すなわちセルの構築)から約12時間放置した後、それらのセルについて定電流充放電試験を行った。試験条件は、電圧規制4.5〜2.5V(セル電圧)、電流密度0.2mA/cm2とした。1サイクル目の充放電により得られた充放電プロファイルを図8の上段に示す。この結果、遊星ボールミルを用いて混合したセル1−B(図中の太線)の方が、らいかい機を用いて混合したセル1−M(図中の細線)よりも良好な性能(リチウムイオン利用率)を示した。そこで、2サイクル目についてはセル1−Bについての結果のみを図8の下段に示した。
なお、ここで初期充電容量が放電容量より若干少ないのは溶融過程においてLi成分が揮発消失するためであるが、サイトが消失しているわけではなく、Li欠損分の充電容量は2サイクル目以降では回復している。
Each of the cells 1-B and 1-S was allowed to stand for about 12 hours after production (that is, cell construction), and then a constant current charge / discharge test was performed on these cells. The test conditions were a voltage regulation of 4.5 to 2.5 V (cell voltage) and a current density of 0.2 mA / cm 2 . A charge / discharge profile obtained by charge / discharge in the first cycle is shown in the upper part of FIG. As a result, the cell 1-B (thick line in the figure) mixed using a planetary ball mill has better performance (lithium ion) than the cell 1-M (thin line in the figure) mixed using a rough machine. Utilization rate). Therefore, for the second cycle, only the results for cell 1-B are shown in the lower part of FIG.
Here, the initial charge capacity is slightly less than the discharge capacity because the Li component volatilizes and disappears in the melting process, but the site does not disappear, and the charge capacity for the Li deficiency is from the second cycle onwards. It has recovered.

セル1−Bのサイクル試験を行った。すなわち、該セル1−Bについて上記条件(電圧規制4.5〜2.5V、電流密度0.2mA/cm2)で充放電サイクルを繰り返し、各サイクル毎の比容量(specific capacity)を測定した。得られた結果(サイクル特性)を図9に示す。
さらに、このセル1−Bにつき、0.1mA/cm2,0.2mA/cm2,0.5mA/cm2および1.0mA/cm2の各放電レートにおいて、それぞれ1サイクル目の放電容量を測定した。得られた結果(レート特性)を図10に示す。
A cycle test of the cell 1-B was performed. That is, for the cell 1-B, the charge / discharge cycle was repeated under the above conditions (voltage regulation 4.5 to 2.5 V, current density 0.2 mA / cm 2 ), and the specific capacity for each cycle was measured. . The obtained results (cycle characteristics) are shown in FIG.
Furthermore, per the cell 1-B, 0.1mA / cm 2 , 0.2mA / cm 2, at each discharge rate of 0.5 mA / cm 2 and 1.0 mA / cm 2, the discharge capacity of each first cycle It was measured. The obtained results (rate characteristics) are shown in FIG.

<サンプル2の特性試験>
サンプル1に代えてサンプル2を電極活物質に用いた点以外はセル1−Bと同様にして(すなわち、電極活物質とABとの混合に遊星ボールミルを使用して)測定用セルを作製した。以下、この測定用セルを「セル2−B」という。
このセル2−Bについて、上記試験1と同様の試験条件で定電流充放電試験およびサイクル試験を行った。得られた結果を図11および図12にそれぞれ示す。さらに、このセル2−Bにつき、0.1mA/cm2,0.2mA/cm2,0.5mA/cm2および1.0mA/cm2の各放電レートにおいて、それぞれ1サイクル目の放電容量を測定した。得られた結果を図13に示す。
<Characteristic test of sample 2>
A measurement cell was produced in the same manner as in the cell 1-B except that the sample 2 was used as the electrode active material instead of the sample 1 (that is, using a planetary ball mill for mixing the electrode active material and AB). . Hereinafter, this measurement cell is referred to as “cell 2-B”.
About this cell 2-B, the constant current charging / discharging test and the cycle test were done on the test conditions similar to the said test 1. FIG. The obtained results are shown in FIGS. 11 and 12, respectively. Furthermore, per the cell 2-B, 0.1mA / cm 2 , 0.2mA / cm 2, at each discharge rate of 0.5 mA / cm 2 and 1.0 mA / cm 2, the discharge capacity of each first cycle It was measured. The obtained result is shown in FIG.

<サンプル3の特性試験>
サンプル1に代えてサンプル3を電極活物質に用いた点以外はセル1−Bと同様にして(すなわち、電極活物質とABとの混合に遊星ボールミルを使用して)測定用セルを作製した。以下、この測定用セルを「セル3−B」という。
このセル3−Bについて、上記試験1と同様の試験条件で定電流充放電試験およびサイクル試験を行った。得られた結果を図14および図15にそれぞれ示す。さらに、このセル3−Bにつき、0.1mA/cm2,0.2mA/cm2および0.5mA/cm2の各放電レートにおいて、それぞれ1サイクル目の放電容量を測定した。得られた結果を図16に示す。
<Characteristic test of sample 3>
A measurement cell was prepared in the same manner as in the cell 1-B except that the sample 3 was used as the electrode active material instead of the sample 1 (that is, using a planetary ball mill for mixing the electrode active material and AB). . Hereinafter, this measurement cell is referred to as “cell 3-B”.
About this cell 3-B, the constant current charging / discharging test and the cycle test were done on the test conditions similar to the said test 1. FIG. The obtained results are shown in FIGS. 14 and 15, respectively. Further, for the cell 3-B, the discharge capacity at the first cycle was measured at each discharge rate of 0.1 mA / cm 2 , 0.2 mA / cm 2 and 0.5 mA / cm 2 . The obtained results are shown in FIG.

<サンプル5の特性試験>
サンプル1に代えてサンプル5を電極活物質に用いた点以外はセル1−Sと同様にして(すなわち、電極活物質とABとの混合にらいかい機を使用して)測定用セルを作製した。以下、この測定用セルを「セル5−S」という。
このセル5−Sについて、上記試験1と同様の試験条件で定電流充放電試験およびサイクル試験を行った。得られた結果を図17および図18にそれぞれ示す。
これらの試験により、上記実験例により得られたサンプル1,2,3および5がいずれもリチウム二次電池(典型的には、リチウムイオン二次電池)の電極活物質として有用な各種特性を示し得ることが確認された。
<Characteristic test of sample 5>
A measurement cell is produced in the same manner as in the cell 1-S except that the sample 5 is used as the electrode active material instead of the sample 1 (that is, using a machine that is difficult to mix the electrode active material and AB). did. Hereinafter, this measurement cell is referred to as “cell 5-S”.
About this cell 5-S, the constant current charging / discharging test and the cycle test were done on the test conditions similar to the said test 1. FIG. The obtained results are shown in FIGS. 17 and 18, respectively.
As a result of these tests, Samples 1, 2, 3 and 5 obtained in the above experimental examples all show various characteristics useful as electrode active materials for lithium secondary batteries (typically lithium ion secondary batteries). Confirmed to get.

以上、本発明の好適な実施態様を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した態様を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but these are only examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the above-described embodiments. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

サンプル1のX線プロファイルである。2 is an X-ray profile of Sample 1. サンプル2のX線プロファイルである。2 is an X-ray profile of Sample 2. サンプル3のX線プロファイルである。3 is an X-ray profile of Sample 3. サンプル4のX線プロファイルである。It is an X-ray profile of sample 4. サンプル5のX線プロファイルである。It is an X-ray profile of sample 5. サンプル6のX線プロファイルである。7 is an X-ray profile of Sample 6. サンプル7のX線プロファイルである。It is an X-ray profile of Sample 7. サンプル1の充放電プロファイルである。2 is a charge / discharge profile of Sample 1. サンプル1のサイクル特性を示すグラフである。3 is a graph showing cycle characteristics of Sample 1. サンプル1のレート特性を示すグラフである。3 is a graph showing rate characteristics of Sample 1. サンプル2の充放電プロファイルである。2 is a charge / discharge profile of Sample 2. サンプル2のサイクル特性を示すグラフである。6 is a graph showing cycle characteristics of Sample 2. サンプル2のレート特性を示すグラフである。6 is a graph showing rate characteristics of Sample 2. サンプル3の充放電プロファイルである。3 is a charge / discharge profile of Sample 3. サンプル3のサイクル特性を示すグラフである。5 is a graph showing cycle characteristics of Sample 3. サンプル3のレート特性を示すグラフである。5 is a graph showing rate characteristics of Sample 3. サンプル5の充放電プロファイルである。5 is a charge / discharge profile of Sample 5. サンプル5のサイクル特性を示すグラフである。6 is a graph showing cycle characteristics of Sample 5. 測定用セルの構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cell for a measurement typically.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
2 負極
3 セパレータおよび非水系電解質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator and non-aqueous electrolyte

Claims (8)

一般式AxM(PO4y(ここで、0≦x≦2であり、0<y≦2であり、Aはアルカリ金属から選択される一種または二種以上の元素であり、Mは遷移金属から選択される一種または二種以上の元素である。)で表されるリン酸化合物を主成分とする電極活物質を製造する方法であって、
前記一般式におけるMの供給源およびリン(P)の供給源を含み、前記一般式におけるxが0より大きい場合にはさらに前記一般式におけるAの供給源を含む溶融状態の組成物を用意すること、および、
該溶融状態の組成物を徐冷すること、
を包含する電極活物質製造方法。
General formula A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, A is one or more elements selected from alkali metals, and M is 1 or two or more elements selected from transition metals)), and a method for producing an electrode active material mainly comprising a phosphate compound represented by
A molten composition comprising a source of M and a source of phosphorus (P) in the general formula, and when x in the general formula is greater than 0, further comprises a source of A in the general formula And
Slow cooling the molten composition;
An electrode active material manufacturing method comprising:
前記溶融状態の組成物を用意することには、
前記Mの供給源およびリンの供給源を含み、前記xが0より大きい場合にはさらに前記Aの供給源を含む固体状の原料組成物を用意すること、および、
該原料組成物を溶融させること、
が包含される、請求項1に記載の方法。
To prepare the molten composition,
Providing a solid raw material composition comprising a source of M and a source of phosphorus, and further comprising the source of A when x is greater than 0; and
Melting the raw material composition;
The method of claim 1, wherein
前記溶融状態の組成物は、
前記Aと前記Mとリンとを実質的に1:1:1の原子比で含有するか、あるいは、
前記Aを実質的に含有せず、かつ前記Mとリンとを実質的に1:1の原子比で含有する、請求項1または2に記載の方法。
The molten composition is:
Contains A, M and phosphorus in a substantially 1: 1: 1 atomic ratio, or
The method according to claim 1 or 2, wherein the A is substantially not contained, and the M and phosphorus are contained in a substantially 1: 1 atomic ratio.
前記Mの供給源は、該Mを構成元素として有する化合物であって該化合物中におけるMの価数が前記一般式中におけるMの価数よりも高い化合物を含み、かつ、
前記溶融状態の組成物に還元剤を含有させる、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
The source of M includes a compound having M as a constituent element, wherein the M valence in the compound is higher than the valence of M in the general formula; and
A reducing agent is included in the molten composition;
The method as described in any one of Claims 1-3.
前記一般式で表されるリン酸化合物は、該一般式中のMが主として2価の鉄(Fe)であるオリビン型の鉄リン酸化合物であり、
前記Mの供給源としてFe23を使用し、かつ、
前記溶融状態の組成物に還元剤を含有させる、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
The phosphate compound represented by the general formula is an olivine-type iron phosphate compound in which M in the general formula is mainly divalent iron (Fe),
Fe 2 O 3 is used as the source of M, and
A reducing agent is included in the molten composition;
The method as described in any one of Claims 1-3.
前記還元剤として炭素粉末を使用する、請求項4または5に記載の方法。   The method according to claim 4 or 5, wherein carbon powder is used as the reducing agent. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法により得られた電極活物質を有する正極と、
アルカリ金属イオンを吸蔵放出する材料を有する負極と、
非水系電解質または固体電解質と、
を備える二次電池。
A positive electrode having an electrode active material obtained by the method according to any one of claims 1 to 6;
A negative electrode having a material that occludes and releases alkali metal ions;
A non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte;
A secondary battery comprising:
前記アルカリ金属イオンがリチウムイオンである、請求項7に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 7, wherein the alkali metal ion is a lithium ion.
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