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JP2012099470A - Method for producing positive electrode material precursor for lithium secondary battery and method for producing positive electrode material for lithium secondary battery - Google Patents

Method for producing positive electrode material precursor for lithium secondary battery and method for producing positive electrode material for lithium secondary battery Download PDF

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JP2012099470A
JP2012099470A JP2011221240A JP2011221240A JP2012099470A JP 2012099470 A JP2012099470 A JP 2012099470A JP 2011221240 A JP2011221240 A JP 2011221240A JP 2011221240 A JP2011221240 A JP 2011221240A JP 2012099470 A JP2012099470 A JP 2012099470A
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positive electrode
electrode material
lithium secondary
secondary battery
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Naoyuki Goto
直之 後藤
Yasuga Obayashi
泰賀 大林
Takehiro Otani
武弘 大谷
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】高品質な正極材料を得ることができるリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法を提供する。
【解決手段】 遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させることにより遷移金属水酸化物を主成分とする固形分を含む原液スラリーを得るスラリー製造工程と、
前記原液スラリー中の固形分の濃縮を行い、濃縮スラリーを得るスラリー濃縮工程と、
前記濃縮スラリーを気流乾燥機に供給し、100℃以上の高温気体により該濃縮スラリーを、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率が40重量%以下の粉末となるように乾燥する乾燥工程と、
を有するリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
【選択図】なし
A method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery capable of obtaining a high-quality positive electrode material is provided.
A slurry production step of obtaining a stock slurry containing a solid content mainly composed of a transition metal hydroxide by bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali;
A slurry concentration step of concentrating solids in the stock slurry and obtaining a concentrated slurry; and
The concentrated slurry is supplied to an air dryer, and the concentrated slurry is dried with a high-temperature gas of 100 ° C. or higher so that the moisture content becomes a powder having a water content of 40% by weight or less within 60 minutes after being supplied to the air dryer. A drying process;
The manufacturing method of the positive electrode material precursor for lithium secondary batteries which has this.
[Selection figure] None

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法および当該リチウム二次電池用正極材料前駆体を使用したリチウム二次電池用正極材料の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery and a method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery using the positive electrode material precursor for a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は、既に、携帯電話やノートパソコン等の電源として実用化されており、更に、自動車用途や電力貯蔵用途などの中・大型用途においても、適用が試みられている。リチウム二次電池は、正極中に含まれる正極活物質としてリチウム複合金属酸化物が用いられている。   Lithium secondary batteries have already been put into practical use as power sources for mobile phones, notebook computers, and the like, and are also being applied to medium and large-sized applications such as automobile applications and power storage applications. Lithium secondary batteries use a lithium composite metal oxide as a positive electrode active material contained in the positive electrode.

リチウム複合金属酸化物の製造方法としては、特許文献1,2に開示されているように、Ni、Mnなどの遷移金属元素を含有する溶液をアルカリと接触させて遷移金属水酸化物を主成分とする固形分として含むスラリーを得、得られたスラリーを全量ろ過により固液分離して遷移金属水酸化物のウェットケークを得、該ウェットケークを乾燥させる方法により、遷移金属水酸化物からなる乾燥物を正極材料前駆体として得、得られた乾燥物をリチウム化合物と混合し、焼成する方法が知られている。   As disclosed in Patent Documents 1 and 2, as a method for producing a lithium composite metal oxide, a solution containing a transition metal element such as Ni or Mn is brought into contact with an alkali to contain a transition metal hydroxide as a main component. The resulting slurry is solid-liquid separated by filtration to obtain a transition metal hydroxide wet cake, and the wet cake is dried to form a transition metal hydroxide. A method is known in which a dried product is obtained as a positive electrode material precursor, and the obtained dried product is mixed with a lithium compound and fired.

国際公開第09/041722号パンフレットInternational Publication No. 09/041722 Pamphlet 特開2010−21125号公報JP 2010-21125 A

上記のリチウム二次電池正極の原料となる正極材料前駆体は、遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させることにより遷移金属水酸化物を主成分とする固形分を含む原液スラリーを得た後、固液分離によるウェットケークを形成し、これを乾燥することにより製造されていたが、この方法は必ずしも大量生産に適しているとはいえなかった。
また、遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させて得られる原液スラリーや該スラリーを固液分離することにより得られたウェットケークは、空気など酸化性雰囲気に長時間曝されると、その主成分である遷移金属水酸化物が酸化され、その一部が遷移金属酸化物に変化する。該遷移金属酸化物は、リチウム二次電池正極材へ変化する際の反応性の面で遷移金属水酸化物に劣るため、遷移金属酸化物がウェットケークを乾燥した後に得られる乾燥物中に残存すると、該乾燥物とリチウム化合物の混合物を焼成して得られるリチウム複合金属酸化物の品質劣化の原因となり、ひいては電池性能向上の阻害要因となるという問題があった。この問題は特に遷移金属水酸化物中にMnが含まれる場合には、特に顕著であった。
該正極材料前駆体中への遷移金属酸化物の発生を抑止することは、実験室レベルでは、比較的容易であるが、工業的スケールでは容易では無く、遷移金属酸化物の発生を出来るだけ少なくした正極材料前駆体の製造技術が望まれていた。
The positive electrode material precursor as a raw material of the lithium secondary battery positive electrode is obtained by obtaining a stock solution slurry containing a solid content mainly composed of a transition metal hydroxide by bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali. However, this method has been manufactured by forming a wet cake by solid-liquid separation and drying it, but this method is not necessarily suitable for mass production.
In addition, a raw slurry obtained by bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali or a wet cake obtained by solid-liquid separation of the slurry, when exposed to an oxidizing atmosphere such as air for a long time, The component transition metal hydroxide is oxidized and a part thereof is changed to a transition metal oxide. Since the transition metal oxide is inferior to the transition metal hydroxide in terms of reactivity when changing to a lithium secondary battery positive electrode material, the transition metal oxide remains in the dried product obtained after drying the wet cake. Then, there is a problem that the lithium composite metal oxide obtained by firing the mixture of the dried product and the lithium compound is deteriorated in quality, and as a result, is an obstacle to improving battery performance. This problem is particularly remarkable when Mn is contained in the transition metal hydroxide.
Suppressing the generation of transition metal oxide in the positive electrode material precursor is relatively easy at the laboratory level, but not easy on an industrial scale, and the generation of transition metal oxide is minimized. Thus, there has been a demand for a technique for producing a positive electrode material precursor.

そこで本発明は、高品質な正極材料を得ることができるリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法およびかかる方法で得られた前駆体からリチウム二次電池用正極材料の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery capable of obtaining a high-quality positive electrode material and a method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery from the precursor obtained by such a method. For the purpose.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the following inventions meet the above object, and have reached the present invention.

すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
<1> 遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させることにより遷移金属水酸化物を主成分とする固形分を含む原液スラリーを得るスラリー製造工程と、
前記原液スラリー中の固形分の濃縮を行い、濃縮スラリーを得るスラリー濃縮工程と、
前記濃縮スラリーを気流乾燥機に供給し、100℃以上の高温気体により該濃縮スラリーを、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率が40重量%以下の粉末となるように乾燥する乾燥工程と、
を有するリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<2> 前記遷移金属元素が、少なくともMnを含む前記<1>に記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<3> 前記スラリー濃縮工程において、クロスフローろ過にてスラリー濃縮を行う前記<1>又は<2>に記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<4> 前記気流乾燥機が、供給された濃縮スラリーを付着させ、付着した濃縮スラリーを乾燥させるための媒体を有する流動層乾燥装置である前記<1>から<3>のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<5> 前記気流乾燥機における高温気体の入口温度が、150℃以上500℃以下である前記<4>記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<6> 前記気流乾燥機における高温気体の出口温度が、50℃以上200℃以下である前記<4>又は<5>記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<7> 前記気流乾燥機における高温気体が、可燃性気体を燃焼させて得られる気体である前記<1>から<6>のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<8> 前記気流乾燥機における粉末回収部分にバグフィルタを使用する前記<1>から<7>のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
<9> 前記<1>から<8>のいずれかに記載の製造方法により得られたリチウム二次電池用正極材料前駆体をリチウム化合物と混合し、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。
That is, the present invention relates to the following inventions.
<1> A slurry production step of obtaining a stock slurry containing a solid content mainly composed of a transition metal hydroxide by bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali;
A slurry concentration step of concentrating solids in the stock slurry and obtaining a concentrated slurry; and
The concentrated slurry is supplied to an air dryer, and the concentrated slurry is dried with a high-temperature gas of 100 ° C. or higher so that the moisture content becomes a powder having a water content of 40% by weight or less within 60 minutes after being supplied to the air dryer. A drying process;
The manufacturing method of the positive electrode material precursor for lithium secondary batteries which has this.
<2> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to <1>, wherein the transition metal element contains at least Mn.
<3> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to <1> or <2>, wherein the slurry is concentrated by crossflow filtration in the slurry concentration step.
<4> The fluidized bed drying apparatus according to any one of <1> to <3>, wherein the airflow dryer is a fluidized bed drying device having a medium for attaching the supplied concentrated slurry and drying the attached concentrated slurry. A method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery.
<5> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to <4>, wherein an inlet temperature of the high-temperature gas in the air dryer is 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
<6> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to <4> or <5>, wherein an outlet temperature of the high-temperature gas in the air dryer is 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
<7> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to any one of <1> to <6>, wherein the high-temperature gas in the air dryer is a gas obtained by burning a combustible gas. .
<8> The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to any one of <1> to <7>, wherein a bag filter is used for a powder recovery part in the air dryer.
<9> A lithium secondary battery, wherein a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery obtained by the production method according to any one of <1> to <8> is mixed with a lithium compound and fired. For producing a positive electrode material.

本発明によれば、副生物である遷移金属酸化物が発生する前に濃縮されたスラリーを乾燥物とすることができるため、工業的スケールにおいても高品質なリチウム二次電池用正極材料前駆体を高い生産性にて得ることができる。   According to the present invention, since the slurry concentrated before the generation of the transition metal oxide as a by-product can be made into a dry product, a high-quality positive electrode material precursor for a lithium secondary battery even on an industrial scale Can be obtained with high productivity.

クロスフローろ過の概念図である。It is a conceptual diagram of crossflow filtration. 膜フィルターを使用したクロスフローろ過システムの模式図である。It is a schematic diagram of a cross flow filtration system using a membrane filter. 強制的に剪断力を発生させる攪拌板を備えたクロスフローろ過システムの模式図である。It is a mimetic diagram of a cross flow filtration system provided with a stirring board which generates shearing force compulsorily. 本発明に係る流動層乾燥装置の模式図である。It is a schematic diagram of the fluidized bed drying apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る流動層乾燥装置における乾燥機構を説明するための模式図であり、それぞれ(A)はスラリーが媒体に付着した様子、(B)は媒体に付着したスラリーから溶媒が蒸発して乾燥物になる様子、(C)は乾燥物が剥離し粉化して吹き上げられる様子を示す図である。It is a schematic diagram for demonstrating the drying mechanism in the fluidized-bed drying apparatus which concerns on this invention, (A) is a mode that the slurry adhered to the medium, respectively, (B) is a solvent evaporating from the slurry adhering to the medium, and drying. (C) is a figure which shows a mode that a dried material peels, pulverizes, and is blown up. 実施例1における乾燥物(正極材料前駆体)のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of a dried product (positive electrode material precursor) in Example 1. FIG. 比較例1における乾燥物(正極材料前駆体)のX線回折パターンである。3 is an X-ray diffraction pattern of a dried product (positive electrode material precursor) in Comparative Example 1. 参考例1における乾燥物(正極材料前駆体)のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the dried product (positive electrode material precursor) in Reference Example 1.

本発明は、先ず、遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させることにより遷移金属水酸化物を主成分とする固形分を含む原液スラリーを得るスラリー製造工程と、
前記原液スラリー中の固形分の濃縮を行い、濃縮スラリーを得るスラリー濃縮工程と、
前記濃縮スラリーを気流乾燥機に供給し、100℃以上の高温気体により該濃縮スラリーを、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率が40重量%以下の粉末となるように乾燥する乾燥工程と、を有するリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法に係るものである。
なお、以下、本発明の製造方法において、スラリー製造工程を「工程(1)」、スラリー濃縮工程を「工程(2)」、乾燥工程を「工程(3)」と称す。
In the present invention, first, a slurry production step of obtaining a stock slurry containing a solid content mainly composed of a transition metal hydroxide by bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali;
A slurry concentration step of concentrating solids in the stock slurry and obtaining a concentrated slurry; and
The concentrated slurry is supplied to an air dryer, and the concentrated slurry is dried with a high-temperature gas of 100 ° C. or higher so that the moisture content becomes a powder having a water content of 40% by weight or less within 60 minutes after being supplied to the air dryer. And a drying step, which relates to a method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery.
Hereinafter, in the production method of the present invention, the slurry production step is referred to as “step (1)”, the slurry concentration step is referred to as “step (2)”, and the drying step is referred to as “step (3)”.

まず、工程(1)について説明する。
本発明の製造方法において、上記溶液に含まれる遷移金属元素としては、その水酸化物が、リチウム化合物と混合され、焼成されることにより二次電池の正極活物質となりうるものであれば制限がなく、例えば、Ni、Mn、Co、Fe、Cr、Ti等を挙げることができる。
この中でも、高容量の二次電池用正極を得るという観点からは、上記溶液が、NiおよびMnからなる群から選ばれる1以上の元素を含有することが好ましい。さらに、より高容量の二次電池用正極を得るという観点からは、NiおよびMnからなる群から選ばれる1以上の元素に加えて、さらにCoおよびFeからなる群から選ばれる1以上の元素を含有することが好ましい。
また、本発明の製造方法は、少なくともMnを含有する遷移金属元素が原料とする場合に特に好適に使用される。特にMnの水酸化物は、他の遷移金属水酸化物より、空気など酸化性雰囲気において酸化されやすい性質があるため、原料となる遷移金属元素にMnが含まれる場合、副生物である酸化マンガン(Mn34)が生成しやすいが、後述するように本発明の製造方法では、気流乾燥機を用いて短時間でスラリーを乾燥することにより、副生物である遷移金属酸化物の発生が抑制される。
First, step (1) will be described.
In the production method of the present invention, the transition metal element contained in the solution is not limited as long as the hydroxide can be mixed with a lithium compound and fired to become a positive electrode active material of a secondary battery. For example, Ni, Mn, Co, Fe, Cr, Ti, etc. can be mentioned.
Among these, from the viewpoint of obtaining a high-capacity positive electrode for a secondary battery, the solution preferably contains one or more elements selected from the group consisting of Ni and Mn. Furthermore, from the viewpoint of obtaining a positive electrode for a secondary battery having a higher capacity, in addition to one or more elements selected from the group consisting of Ni and Mn, one or more elements selected from the group consisting of Co and Fe are further added. It is preferable to contain.
The production method of the present invention is particularly preferably used when a transition metal element containing at least Mn is used as a raw material. In particular, Mn hydroxide is more easily oxidized in oxidizing atmospheres such as air than other transition metal hydroxides. Therefore, when Mn is contained in the transition metal element as a raw material, manganese oxide, which is a byproduct, is used. (Mn 3 O 4 ) is easily generated, but in the production method of the present invention, as described later, the slurry is dried in a short time using an air dryer, thereby generating a transition metal oxide as a by-product. It is suppressed.

上記溶液は、例えば、それぞれの遷移金属元素の金属単体、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、ハロゲン化物、アンモニウム塩、シュウ酸塩、アルコキシドなどを、水やこれらを溶解することが可能なアルコール等の有機溶剤などの溶媒に溶解して作製することができ、溶媒としては通常、水が用いられ、好ましくは純水、イオン交換水などが用いられる。
なお、前記遷移金属元素の単体または化合物が前記溶媒に溶解し難い場合には、それらを塩酸、硫酸、硝酸、酢酸などを含有する溶液に溶解させて作製してもよい。
この中でも遷移金属元素の硫酸塩、例えば、Niの硫酸塩、Mnの硫酸塩、Coの硫酸塩およびFeの硫酸塩を水に溶解して得られる水溶液であることが好ましい。Feの硫酸塩としては、2価のFeの硫酸塩であることが好ましい。
Examples of the above solutions include simple metals, oxides, hydroxides, oxyhydroxides, carbonates, sulfates, nitrates, acetates, halides, ammonium salts, oxalates, alkoxides, and the like of the respective transition metal elements. Can be prepared by dissolving it in a solvent such as water or an organic solvent such as an alcohol capable of dissolving these, and water is usually used as the solvent, preferably pure water, ion-exchanged water or the like. Used.
If the transition metal element alone or compound is difficult to dissolve in the solvent, it may be prepared by dissolving them in a solution containing hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid or the like.
Among these, an aqueous solution obtained by dissolving a sulfate of a transition metal element, for example, a sulfate of Ni, a sulfate of Mn, a sulfate of Co and a sulfate of Fe, in water is preferable. The Fe sulfate is preferably a divalent Fe sulfate.

アルカリとしては、例えば、LiOH(水酸化リチウム)、NaOH(水酸化ナトリウム)、KOH(水酸化カリウム)、Li2CO3(炭酸リチウム)、Na2CO3(炭酸ナトリウム)、K2CO3(炭酸カリウム)および(NH42CO3(炭酸アンモニウム)からなる群より選ばれる1種以上の無水物並びに該1種以上の水和物を挙げることができる。
また、アルカリとして、アンモニアを使用することもできる。
アルカリは通常水溶液として用いられる。このアルカリ水溶液におけるアルカリの濃度は、通常0.5〜10モル/L程度、好ましくは1〜8モル/L程度である。また、製造コストの面から、用いるアルカリとしては、NaOHおよびKOHの無水物並びにその水和物を用いることが好ましい。また、上述のアルカリは2つ以上併用してもよい。
Examples of the alkali include LiOH (lithium hydroxide), NaOH (sodium hydroxide), KOH (potassium hydroxide), Li 2 CO 3 (lithium carbonate), Na 2 CO 3 (sodium carbonate), K 2 CO 3 ( Mention may be made of one or more anhydrides selected from the group consisting of (potassium carbonate) and (NH 4 ) 2 CO 3 (ammonium carbonate) and one or more hydrates.
Moreover, ammonia can also be used as an alkali.
Alkali is usually used as an aqueous solution. The concentration of alkali in this alkaline aqueous solution is usually about 0.5 to 10 mol / L, preferably about 1 to 8 mol / L. Further, from the viewpoint of production cost, it is preferable to use NaOH and KOH anhydrides and hydrates thereof as the alkali to be used. Two or more of the alkalis described above may be used in combination.

これらの溶媒として使用されるアルカリ水溶液に使用される水は、好ましくは純水および/またはイオン交換水である。また、本発明の効果を損なわない範囲で、アルコールなど水以外の有機溶媒や、pH調整剤などを含んでいてもよい。   The water used for the alkaline aqueous solution used as these solvents is preferably pure water and / or ion-exchanged water. Moreover, in the range which does not impair the effect of this invention, organic solvents other than water, such as alcohol, a pH adjuster, etc. may be included.

本発明においては、上記遷移金属元素を含有する溶液をアルカリと接触させることで生成する遷移金属水酸化物を含有する原液スラリーを得る。なお、「原液スラリー」とは、大部分が、遷移金属水酸化物を主成分とする固形分(沈殿物)と水などの溶媒とからなるスラリーであり、原液スラリーを得る過程で残った原料、副生塩、例えば、K2SO4、添加剤、有機溶剤等を含んでいてもよい。
遷移金属元素を含有する溶液をアルカリと接触させる方法としては、遷移金属元素を含有する溶液にアルカリ水溶液を添加して混合する方法、アルカリ水溶液に遷移金属元素を含有する溶液を添加して混合する方法、水などの溶媒に遷移金属元素を含有する溶液およびアルカリ水溶液を添加して混合する方法を挙げることができる。これらの混合時には、攪拌を伴うことが好ましい。また、上記の接触の方法の中でも、溶媒として水を使用して、アルカリ水溶液に遷移金属元素を含有する水溶液を添加して混合する方法が、pHを一定範囲に保ちやすい点で好ましく用いることができる。この場合、アルカリ水溶液に、遷移金属元素を含有する水溶液を添加混合していくに従い、混合された液のpHが低下していく傾向にあるが、このpHが9以上、好ましくは10以上となるように調節しながら、遷移金属元素を含有する水溶液を添加するのがよい。また、遷移金属元素を含有する水溶液およびアルカリ水溶液のうち、いずれか一方または両方の水溶液を40〜80℃の温度に保持しながら接触させると、より均一な組成の遷移金属水酸化物を主成分とする固形分が含まれるスラリーを得ることができるため好ましい。
In this invention, the stock solution slurry containing the transition metal hydroxide produced | generated by contacting the solution containing the said transition metal element with an alkali is obtained. The “stock solution slurry” is a slurry mainly composed of a solid (precipitate) mainly composed of a transition metal hydroxide and a solvent such as water, and the raw material remaining in the course of obtaining the stock slurry. By-product salts such as K 2 SO 4 , additives, organic solvents and the like may be contained.
As a method of bringing a solution containing a transition metal element into contact with an alkali, a method of adding an alkaline aqueous solution to a solution containing a transition metal element and mixing, and adding and mixing a solution containing a transition metal element into an alkaline aqueous solution Examples thereof include a method in which a solution containing a transition metal element and an aqueous alkali solution are added to a solvent such as water and mixed. In mixing these, it is preferable to involve stirring. In addition, among the above contact methods, the method of using water as a solvent and adding an aqueous solution containing a transition metal element to an alkaline aqueous solution and mixing is preferably used because it is easy to maintain the pH within a certain range. it can. In this case, as the aqueous solution containing the transition metal element is added to and mixed with the alkaline aqueous solution, the pH of the mixed solution tends to decrease, but this pH is 9 or more, preferably 10 or more. It is good to add the aqueous solution containing a transition metal element, adjusting so that. Further, when one or both of an aqueous solution containing a transition metal element and an alkaline aqueous solution are kept in contact at a temperature of 40 to 80 ° C., a transition metal hydroxide having a more uniform composition is a main component. It is preferable because a slurry containing the solid content can be obtained.

次いで、工程(2)について説明する。
工程(2)においては、上記工程(1)で得られた原液スラリー中の固形分の濃縮を行って濃縮スラリーを得る。なお、「濃縮スラリー」とは、溶媒成分の一部が除去されることによって工程(1)にて得られた原液スラリーより固形分が高濃度になったスラリーをいう。
Next, step (2) will be described.
In step (2), the solid content in the stock slurry obtained in step (1) above is concentrated to obtain a concentrated slurry. The “concentrated slurry” refers to a slurry having a solid content higher than that of the stock solution slurry obtained in step (1) by removing a part of the solvent component.

濃縮スラリー中の固形分濃度は、後工程である乾燥工程の効率を向上させる観点からは、3重量%以上が好ましく、10重量%以上がより好ましい。   The solid content concentration in the concentrated slurry is preferably 3% by weight or more, and more preferably 10% by weight or more from the viewpoint of improving the efficiency of the drying step, which is a subsequent step.

本発明において、スラリーの濃縮は、いかなる方法で行われてもよいが、洗浄が容易であり、不純物の少ない遷移金属水酸化物が得られるクロスフローろ過が好適に使用される。なお、「クロスフローろ過」とは、ろ過対象液として、固形分を含む原液スラリーをろ材に供給し、ろ材を透過したろ液を回収して原液スラリーから溶媒成分を除去することにより、原液スラリー中の固形分の濃縮を行うろ過方法である。   In the present invention, the concentration of the slurry may be performed by any method, but cross-flow filtration that can be easily washed and obtain a transition metal hydroxide with less impurities is preferably used. In addition, “cross flow filtration” means that a stock solution slurry containing a solid content is supplied to a filter medium as a liquid to be filtered, and the filtrate that has permeated the filter medium is recovered to remove a solvent component from the stock solution slurry. This is a filtration method for concentrating the solid content.

図1に筒状の膜フィルターにおけるクロスフローろ過の概念図を示す。
ろ過対象液として、固形分を含む原液スラリーを膜フィルターの内部に供給し、膜フィルターを透過したろ液を膜フィルターの外面から回収すると共に、原液スラリー中の固形分の濃縮を行う。ここで、膜フィルターは固定して用いられる。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of cross flow filtration in a cylindrical membrane filter.
As the liquid to be filtered, a stock solution slurry containing a solid content is supplied to the inside of the membrane filter, and the filtrate that has permeated the membrane filter is collected from the outer surface of the membrane filter, and the solid content in the stock solution slurry is concentrated. Here, the membrane filter is fixedly used.

クロスフローろ過では、フィルターの内壁に平行に原液スラリーを流しながらろ過を行い、フィルター内壁に平行して流れるスラリーの剪断力でケーク層を堆積させ難くすることにより、原液スラリーが比較的高濃度の固形分を含む場合においても目詰まりを起こしにくいという利点がある。また、原液スラリーの固形分濃度が変動しても長時間安定したろ過を行うことができる。   In cross-flow filtration, filtration is performed while flowing the stock solution slurry in parallel with the inner wall of the filter, and it is difficult to deposit the cake layer by the shearing force of the slurry flowing in parallel with the filter inner wall. There is an advantage that clogging is less likely to occur even when solid content is included. In addition, stable filtration can be performed for a long time even if the solid content concentration of the stock solution slurry varies.

図2に本発明の製造方法に係るクロスフローろ過システムの一例を示す。
図2に示すクロスフローろ過システム10は、原液スラリーを貯留するスラリー貯槽11と、スラリー貯槽11からの原液スラリーをろ過してろ液と濃縮スラリーとに分離する筒状の膜フィルター(図1参照)であるフィルター12とを備えている。
クロスフローろ過システム10は、スラリー中の遷移金属水酸化物の空気による酸化を抑制するため、スラリーと外気との接触を可能な限り回避できるように設計されており、スラリー貯槽11は密閉式のタンクであり、その内部雰囲気を不活性ガスに置換することができる。
クロスフローろ過システム10にてスラリーの濃縮を行う場合、ろ過対象液として上記工程(1)にて得られた原液スラリーを用い、スラリー貯槽11から原液スラリーを膜フィルター12の内部に供給し、原液スラリーに含まれる溶媒をろ液として膜フィルター12の外部に排出することによって、原液スラリー中の固形分(主に遷移金属水酸化物)以外の不純物を溶媒成分と共に除去しつつ、固形分を濃縮して濃縮スラリーを得る。なお、詳しくは後述するが濃縮スラリー中の不純物濃度を低減させるために濃縮スラリーの一部を再度スラリー貯槽11に循環させ、希釈用の水を添加することによって、濃縮スラリーの固形分の洗浄を行うことが好ましい。
なお、原液スラリーに含まれる不純物としては、原液スラリーを得る過程で残った原料、副生塩、例えば、K2SO4、添加剤、有機溶剤等などが挙げられる。
FIG. 2 shows an example of a cross flow filtration system according to the production method of the present invention.
A cross-flow filtration system 10 shown in FIG. 2 includes a slurry storage tank 11 for storing a stock solution slurry, and a cylindrical membrane filter that filters the stock solution slurry from the slurry storage tank 11 and separates it into a filtrate and a concentrated slurry (see FIG. 1). The filter 12 is provided.
The cross-flow filtration system 10 is designed so as to avoid contact between the slurry and the outside air as much as possible in order to suppress oxidation of the transition metal hydroxide in the slurry by air, and the slurry storage tank 11 is a hermetically sealed type. It is a tank, and its internal atmosphere can be replaced with an inert gas.
When the slurry is concentrated in the cross flow filtration system 10, the stock solution slurry obtained in the above step (1) is used as the liquid to be filtered, and the stock solution slurry is supplied from the slurry storage tank 11 into the membrane filter 12. By discharging the solvent contained in the slurry as a filtrate to the outside of the membrane filter 12, the solid content is concentrated while removing impurities other than the solid content (mainly transition metal hydroxide) in the stock slurry together with the solvent component. Thus, a concentrated slurry is obtained. As will be described in detail later, in order to reduce the concentration of impurities in the concentrated slurry, a part of the concentrated slurry is circulated to the slurry storage tank 11 again, and water for dilution is added to wash the solid content of the concentrated slurry. Preferably it is done.
Examples of impurities contained in the stock slurry include raw materials and by-product salts such as K 2 SO 4 , additives, and organic solvents that remain in the course of obtaining the stock slurry.

また、高濃度の濃縮スラリーを得る場合などには、ろ材の表面近傍に強制的に剪断力を発生させてろ材表面に形成される前記固形分の層を剥離しながらクロスフローろ過を行うクロスフローろ過システムを用いてもよい。該クロスフローろ過システムでは、ろ材の表面へケーク層が一定厚み以上に堆積することを回避することができ、また目詰まりを起こしにくいため、高いろ過効率を維持することができる。図3にその一例を示す。   In addition, when obtaining a concentrated slurry of high concentration, cross flow filtration is performed by forcibly generating shearing force near the surface of the filter medium and peeling off the solid content layer formed on the filter medium surface. A filtration system may be used. In the cross-flow filtration system, it is possible to avoid the cake layer from being deposited to a certain thickness or more on the surface of the filter medium, and it is difficult to cause clogging, so that high filtration efficiency can be maintained. An example is shown in FIG.

図3に示すクロスフローろ過システム30は、クロスフローろ過装置20と、スラリー貯槽31と、送液ポンプ32と、洗浄水供給設備33と、を主要部として構成される。
クロスフローろ過システム30は、スラリー中の遷移金属水酸化物の空気による酸化を抑制するため、スラリーと外気との接触を可能な限り回避できるように設計されており、クロスフローろ過装置20、スラリー貯槽31共に密閉式のものであり、その内部雰囲気を不活性ガスに置換することができる。
The crossflow filtration system 30 shown in FIG. 3 includes a crossflow filtration device 20, a slurry storage tank 31, a liquid feed pump 32, and a washing water supply facility 33 as main parts.
The cross flow filtration system 30 is designed to avoid contact between the slurry and the outside air as much as possible in order to suppress oxidation of the transition metal hydroxide in the slurry by the air. Both storage tanks 31 are of a sealed type, and the internal atmosphere can be replaced with an inert gas.

クロスフローろ過装置20は、ろ過室22と、ろ過室22内に所定の間隔をおいて配置された複数のろ過板23及び前記ろ過板に隣接配置された複数の撹拌板24と、前記複数の撹拌板24を回転させる駆動機構である電動モータ25を有している。
なお、ろ過板23は、ろ液排出溝が設けられた板の両面にろ布が貼付けられたものであり、ろ材として機能する。
The cross-flow filtration device 20 includes a filtration chamber 22, a plurality of filtration plates 23 arranged at predetermined intervals in the filtration chamber 22, a plurality of stirring plates 24 arranged adjacent to the filtration plate, and the plurality of filtration plates An electric motor 25 that is a drive mechanism for rotating the stirring plate 24 is provided.
In addition, the filter plate 23 has a filter cloth pasted on both surfaces of a plate provided with a filtrate discharge groove, and functions as a filter medium.

上記の構成のクロスフローろ過システム30の運転方法を説明する。
まず、スラリー貯槽31に原液スラリーが貯留され、該原液スラリーが、送液ポンプ32によって、クロスフローろ過装置20のろ過室22に加圧供給される。加圧供給された原液スラリーは、ろ過室22の一端部側(スラリー供給口26側)から他端部側(スラリー排出口27側)に向かって移動し、ろ過板23で区切られた空間を通過する。原液スラリーは、ろ過板23で区切られた空間を通過する際にろ過板23によってろ過脱水され、他端部側に向かうに従って徐々にスラリー中の固形分濃度が高くなる。
ろ過板23の間の撹拌板24はろ過の際には常時回転しており、供給されたスラリーを撹拌し、ろ過板23の表面近傍に強制的に剪断力を発生させ、ろ過板23の表面に生成するケーク層を剥離除去する。なお、撹拌板24の回転速度を制御することにより、スラリー中の固形分の堆積速度と、除去速度を制御して、ろ過板23の表面に生成するケーク層の厚みを一定とすることにより、ろ過速度を一定にすることができる。
他端部側に到達した、固形分濃度が高くなったスラリー(濃縮スラリー)は、スラリー排出口27から排出され、スラリー貯槽31にて回収される。濃縮スラリーの固形分濃度は、濃縮スラリーの流動性が保たれる範囲で任意に調整することができる。
An operation method of the cross flow filtration system 30 having the above-described configuration will be described.
First, the stock solution slurry is stored in the slurry storage tank 31, and the stock solution slurry is pressurized and supplied to the filtration chamber 22 of the cross flow filtration device 20 by the feed pump 32. The stock slurry supplied under pressure moves from one end side (slurry supply port 26 side) of the filtration chamber 22 toward the other end side (slurry discharge port 27 side), and passes through the space separated by the filter plate 23. pass. The stock slurry is filtered and dehydrated by the filter plate 23 when passing through the space partitioned by the filter plate 23, and the solid content concentration in the slurry gradually increases toward the other end side.
The agitation plate 24 between the filtration plates 23 is always rotating during filtration, agitates the supplied slurry, forcibly generates a shearing force near the surface of the filtration plate 23, and the surface of the filtration plate 23. The cake layer formed in the step is peeled off. In addition, by controlling the rotational speed of the stirring plate 24, by controlling the deposition rate of solid content in the slurry and the removal rate, the thickness of the cake layer generated on the surface of the filter plate 23 is made constant, The filtration rate can be kept constant.
The slurry (concentrated slurry) having reached the other end side and having a high solid content concentration is discharged from the slurry discharge port 27 and collected in the slurry storage tank 31. The solid content concentration of the concentrated slurry can be arbitrarily adjusted as long as the fluidity of the concentrated slurry is maintained.

上述のクロスフローろ過システム20,30に使用される膜フィルターやろ布としては、原液スラリー中に含まれる固形分の粒子サイズよりも孔径が小さい膜フィルターやろ布が使用される。
膜フィルターとして、セラミック膜フィルター、有機膜フィルターのいずれも使用できるが、耐食性、耐熱性、耐久性に優れた、セラミック膜フィルターが好適に使用される。セラミック膜フィルターは、アルミナ、シリカ、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス原料粉末を用い、公知の成形、焼結技術を適用して製造されたものを使用できる。
ろ布としては、スラリー中の固形分の粒子サイズに応じて、粒子がろ布を通過して目漏れしない通気度、具体的には通常は1mL/cm2/min以下、好ましくは0.3mL/cm2/min以下の通気度を有するろ布が使用される。
As the membrane filter or filter cloth used in the cross flow filtration systems 20 and 30 described above, a membrane filter or filter cloth having a pore size smaller than the particle size of the solid content contained in the stock slurry is used.
As the membrane filter, either a ceramic membrane filter or an organic membrane filter can be used, and a ceramic membrane filter excellent in corrosion resistance, heat resistance and durability is preferably used. As the ceramic membrane filter, a ceramic raw material powder such as alumina, silica, alumina, zirconia, etc., and those manufactured by applying known molding and sintering techniques can be used.
The filter cloth has an air permeability that prevents particles from leaking through the filter cloth depending on the particle size of the solid content in the slurry, specifically 1 mL / cm 2 / min or less, preferably 0.3 mL. A filter cloth having an air permeability of not more than / cm 2 / min is used.

なお、クロスフローろ過を行うときの条件は、目的とする濃縮スラリーを得ることができる条件にて適宜決定され特に限定されない。   In addition, the conditions at the time of performing crossflow filtration are suitably determined on the conditions which can obtain the target concentrated slurry, and are not specifically limited.

また、濃縮スラリー中の不純物を低減させるために、スラリー中の固形分(遷移金属水酸化物)の洗浄を行うことが好ましい。
固形分の洗浄は、クロスフローろ過を行って原液スラリーから溶媒成分の一部を除去して、濃縮スラリーを形成した後に、該濃縮スラリーに洗浄液を添加し、再度クロスフローろ過を行うことによって行うことができる。濃縮スラリー中の不純物濃度をより低減させるために、洗浄は繰り返し行われることが好ましい。
洗浄の進行度は、例えばろ液の導電率を測定し、電解質の濃度を測定することによって管理することができる。目的の洗浄進行度になったところで水洗を終了して、再度濃縮を行い、目的の不純物濃度になった濃縮スラリーを得る。
洗浄液としては、通常、原液スラリーを形成する際に使用した溶媒と同様のものが使用されるが、これに限定されず、後工程の乾燥工程にて除去できるものであればよい。具体的には、水、エタノール等のアルコール類などが挙げられる。
Moreover, in order to reduce the impurities in the concentrated slurry, it is preferable to wash the solid content (transition metal hydroxide) in the slurry.
The solid content is washed by crossflow filtration to remove a part of the solvent component from the stock slurry to form a concentrated slurry, and then adding the washing liquid to the concentrated slurry and performing crossflow filtration again. be able to. In order to further reduce the concentration of impurities in the concentrated slurry, the washing is preferably performed repeatedly.
The degree of progress of washing can be managed, for example, by measuring the conductivity of the filtrate and measuring the concentration of the electrolyte. When the desired degree of washing progress is reached, the water washing is terminated and concentrated again to obtain a concentrated slurry having the desired impurity concentration.
As the cleaning liquid, the same solvent as that used when forming the stock solution slurry is usually used, but the cleaning liquid is not limited to this, and any cleaning liquid can be used as long as it can be removed in a subsequent drying step. Specific examples include water and alcohols such as ethanol.

次いで、工程(3)について説明する。
工程(3)は、濃縮スラリーを気流乾燥機に供給し、気流乾燥機に高温気体を流しながら該濃縮スラリーを、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率が40重量%以下の粉末となるように乾燥する工程である。この乾燥工程に用いられる気流乾燥機は、被乾燥体と供給した高温気体とで熱交換を行い、被乾燥体を乾燥させる装置である。なお、高温気体とは、100℃以上、好適には200℃以上の気体をいう。
高温気体として供給されるガス種としては、通常、空気、あるいは窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。これらは、気流乾燥機の外で目的の温度まで加熱された後、気流乾燥機に供給される。
Next, step (3) will be described.
In the step (3), the concentrated slurry is supplied to the air dryer, and the water content is 40% by weight or less within 60 minutes after the concentrated slurry is supplied to the air dryer while flowing the hot gas to the air dryer. It is a process of drying so that it may become powder. The air dryer used in this drying step is a device that performs heat exchange between the object to be dried and the supplied high-temperature gas to dry the object to be dried. Note that the high temperature gas means a gas of 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher.
As the gas species supplied as the high-temperature gas, air or an inert gas such as nitrogen or argon is usually used. These are heated to the target temperature outside the air dryer and then supplied to the air dryer.

加熱コストを減少させるという観点からは、可燃性気体を燃焼させて得られる気体であることが好ましい。可燃性気体としては、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン等やこれらの混合ガスが挙げられる。また、液化石油ガス(LPG)や天然ガスを用いることもできる。これらのガス種の中でも、LPGは燃焼時の熱量が大きく、かつ、比較的安価であるため好適に使用される。
可燃性気体は、通常、酸素(O)を含むガス、例えば、酸素ガス、空気により燃焼させる。酸素を含むガスとして、燃焼後の排ガスを再循環して用いてもよい。
高温気体として、可燃性気体を空気により、燃焼させて得られる気体を用いると、空気をそのまま加熱して用いた場合と比較して酸素(O)濃度が低くなり、遷移金属水酸化物の酸化を抑制することができるため好ましい。
From the viewpoint of reducing the heating cost, a gas obtained by burning a combustible gas is preferable. Examples of the combustible gas include hydrogen, methane, ethane, propane, butane, acetylene, and a mixed gas thereof. Also, liquefied petroleum gas (LPG) or natural gas can be used. Among these gas species, LPG is preferably used because it has a large amount of heat during combustion and is relatively inexpensive.
The combustible gas is usually burned with a gas containing oxygen (O 2 ), for example, oxygen gas or air. As the gas containing oxygen, the exhaust gas after combustion may be recycled and used.
When a gas obtained by burning a combustible gas with air as a high-temperature gas is used, the oxygen (O 2 ) concentration becomes lower than when the air is used as it is, and the transition metal hydroxide This is preferable because oxidation can be suppressed.

工程(3)において、遷移金属水酸化物を含有する濃縮スラリーを、高温気体を流しながら、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率40重量%以下、好適には15重量%以下の粉末となるように急速に乾燥させることで、該遷移金属水酸化物の酸化を抑制し、遷移金属酸化物の発生を抑制することが可能となり、高品質な正極材料前駆体を得ることができる。また、濃縮スラリーを順次急速に乾燥させることで、大量の濃縮スラリーを処理することができるため、高い生産性にて正極材料前駆体を得ることができる。
なお、「気流乾燥機に供給されてから60分以内」とは、気流乾燥機に濃縮スラリーを供給してから、気流乾燥機から乾燥後の粉末(正極材料前駆体)が排出されるまでの滞留時間が60分以内であることを意味する。
また、気流乾燥機における粉末回収部分として、バグフィルタを使用することが好ましい。なお、バグフィルタは、排出される高温気体で劣化しないように耐熱性を有する素材からなるものが使用される。
In step (3), the concentrated slurry containing the transition metal hydroxide is supplied to the air dryer while flowing a high-temperature gas, and within 60 minutes, the water content is 40% by weight or less, preferably 15% by weight or less. It is possible to suppress the oxidation of the transition metal hydroxide and to suppress the generation of the transition metal oxide, and to obtain a high-quality positive electrode material precursor it can. Moreover, since a large amount of concentrated slurry can be processed by rapidly drying the concentrated slurry sequentially, the positive electrode material precursor can be obtained with high productivity.
“Within 60 minutes after being supplied to the air dryer” means that the concentrated slurry is supplied to the air dryer and the dried powder (positive electrode material precursor) is discharged from the air dryer. It means that the residence time is within 60 minutes.
Moreover, it is preferable to use a bag filter as a powder collection part in an air dryer. Note that the bag filter is made of a heat-resistant material so as not to be deteriorated by the discharged high-temperature gas.

気流乾燥機としては、供給された濃縮スラリーを付着させ、付着した濃縮スラリーを乾燥させるための媒体を有する流動層乾燥装置が好適である。流動層乾燥装置は、乾燥室内の球体状の媒体に下方からの高温気体を供給して流動層を形成し、流動層に濃縮スラリーを滴下して、乾燥物を得るものであり、加熱された媒体からの熱伝導と、高温気体からの対流伝熱により、被乾燥物を乾燥することができ、流動層の完全混合を利用するため、ムラの少ない乾燥が可能であるという利点がある。流動層乾燥装置としては、例えば、株式会社大川原製作所 スラリードライヤーSFDシリーズを使用することができる。   As the air flow dryer, a fluidized bed drying apparatus having a medium for attaching the supplied concentrated slurry and drying the attached concentrated slurry is suitable. The fluidized bed drying apparatus is to supply a high temperature gas from below to a spherical medium in a drying chamber to form a fluidized bed, and drop concentrated slurry into the fluidized bed to obtain a dried product, which is heated. The material to be dried can be dried by heat conduction from the medium and convection heat transfer from the high-temperature gas, and since the fluidized bed is completely mixed, there is an advantage that drying with less unevenness is possible. As the fluidized bed drying device, for example, Okawara Manufacturing Co., Ltd. slurry dryer SFD series can be used.

以下、工程(3)の好適な実施形態として、気流乾燥機として流動層乾燥装置を使用した例を図面を参照して説明する。
図4に示す気流乾燥機(流動層乾燥装置)40は、工程(2)で得られた濃縮スラリーが貯留される原料貯槽41と、洗浄水が貯留される水貯槽42とがスラリー供給管43にスラリー供給ポンプ44を介在させて装置本体45の胴部に接続されている。
装置本体45の下部には、吸込口に吸気フィルター46が設けられた吸気管47が、気体を取り込むための吸込ファン48と、気体を加熱するための熱源であるフィルターユニット付きの熱交換器49とを介在させて接続されている。
装置本体45の上部には、バグフィルタ50の胴部に接続された排出管51が接続されている。バグフィルタ50の上部には、排気ファン52により排気される排気管53が接続されている。
Hereinafter, as a preferred embodiment of the step (3), an example in which a fluidized bed drying apparatus is used as an air flow dryer will be described with reference to the drawings.
The air flow dryer (fluidized bed drying device) 40 shown in FIG. 4 includes a raw material storage tank 41 in which the concentrated slurry obtained in the step (2) is stored and a water storage tank 42 in which cleaning water is stored in a slurry supply pipe 43. Is connected to the body portion of the apparatus main body 45 with a slurry supply pump 44 interposed therebetween.
In the lower part of the apparatus main body 45, an intake pipe 47 provided with an intake filter 46 at the intake port has an intake fan 48 for taking in the gas and a heat exchanger 49 with a filter unit as a heat source for heating the gas. And are connected with each other.
A discharge pipe 51 connected to the body of the bag filter 50 is connected to the upper part of the apparatus main body 45. An exhaust pipe 53 exhausted by an exhaust fan 52 is connected to the upper portion of the bag filter 50.

装置本体45内には、複数の球体状の媒体M(ボール)が格納されている。媒体Mとしては、供給されるスラリーと熱交換を効率的に行えるものであればよく、アルミナやジルコニア等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性樹脂材料が適宜使用される。媒体Mの平均直径が通常1mm〜5mm、好ましくは2mm〜3mmである。なお、本実施の形態では、媒体Mとして平均直径が2mm〜3mmのアルミナボールとしている。
気流乾燥機内でこのような媒体を使用することにより、濃縮スラリーを媒体に付着させ、高温気体を流して前記媒体に付着した濃縮スラリーから溶媒を蒸発させることで、媒体からの熱伝導と、高温気体の対流伝熱により短時間に乾燥処理を行うことができる。
In the apparatus main body 45, a plurality of spherical media M (balls) are stored. The medium M may be any medium that can efficiently exchange heat with the slurry to be supplied, and ceramics such as alumina and zirconia, and heat-resistant resin materials such as polytetrafluoroethylene are appropriately used. The average diameter of the medium M is usually 1 mm to 5 mm, preferably 2 mm to 3 mm. In the present embodiment, the medium M is an alumina ball having an average diameter of 2 mm to 3 mm.
By using such a medium in an air dryer, the concentrated slurry is attached to the medium, and the solvent is evaporated from the concentrated slurry attached to the medium by flowing a high-temperature gas, thereby increasing the heat conduction from the medium and the high temperature. The drying process can be performed in a short time by convective heat transfer of the gas.

ここで、工程(3)における気流乾燥機40の動作および本発明の正極材料前駆体の製造方法について、図4と共に図5を参照しながら詳細に説明する。
装置本体45内には、吸込ファン48により吸引された空気が、熱交換器49によって加熱されたのちに装置本体45の下部から供給される。供給された空気は、媒体Mを吹き上げて流動層Fを形成する。
次いで、スラリー供給ポンプ44により原料貯槽41に貯留された濃縮スラリーが原料供給管43を介して装置本体45内にて形成された流動層Fに滴下される。
滴下された濃縮スラリーは、流動層Fを構成する媒体M表面に薄膜状に付着する(図5(A)参照)。媒体M表面に付着した濃縮スラリーは、加熱された媒体Mからの熱伝導と、吹き付けられる高温気体の対流伝熱により溶媒(水分)が蒸発して乾燥して乾燥物となる(図5(B)参照)。流動層Fでは媒体M同士が衝突することで、媒体M表面の乾燥物が、剥離し粉化して高温空気と共に上方へ吹き上げられる(図5(C)参照)。
吹き上げられた乾燥物は、排出管51を介して粉末回収部分であるバグフィルタ50へ送出される。
バグフィルタ50では、粉状体となった正極材料前駆体である乾燥物が下端に設けられた容器54に収納され、高温空気は排気管53を介して外部へと排出される。
流動層乾燥装置として、適切な運転条件を選択することによってバグフィルタ50へ到達した時点において粉末は乾燥した状態とすることができる。
なお、上記気流乾燥機40の構成を有するスラリードライヤーSFDシリーズを使用する場合においては、工程(3)における「気流乾燥機に供給されてから60分以内」とは、濃縮スラリーが装置本体45内に供給されてから、粉末としてバグフィルタ50へ到達するまでの時間が、60分以内であることを意味する。
Here, the operation of the air dryer 40 in the step (3) and the method for producing the positive electrode material precursor of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 together with FIG.
The air sucked by the suction fan 48 is supplied into the apparatus main body 45 from the lower part of the apparatus main body 45 after being heated by the heat exchanger 49. The supplied air blows up the medium M to form a fluidized bed F.
Next, the concentrated slurry stored in the raw material storage tank 41 by the slurry supply pump 44 is dropped into the fluidized bed F formed in the apparatus main body 45 through the raw material supply pipe 43.
The concentrated slurry dropped is attached to the surface of the medium M constituting the fluidized bed F in the form of a thin film (see FIG. 5A). The concentrated slurry adhering to the surface of the medium M is dried by the evaporation of the solvent (water) by heat conduction from the heated medium M and convection heat transfer of the hot gas blown (FIG. 5B). )reference). When the media M collide with each other in the fluidized bed F, the dried material on the surface of the media M is peeled off and pulverized and blown upward together with high-temperature air (see FIG. 5C).
The dried material blown up is sent to the bag filter 50 which is a powder recovery portion via the discharge pipe 51.
In the bag filter 50, a dry substance, which is a positive electrode material precursor in powder form, is stored in a container 54 provided at the lower end, and high-temperature air is discharged to the outside through an exhaust pipe 53.
As a fluidized bed drying device, the powder can be dried when it reaches the bag filter 50 by selecting appropriate operating conditions.
In addition, in the case of using the slurry dryer SFD series having the configuration of the air dryer 40, “within 60 minutes from being supplied to the air dryer” in the step (3) means that the concentrated slurry is in the apparatus main body 45. It means that the time from the supply to the bag filter 50 as a powder is within 60 minutes.

本発明の正極材料前駆体の製造方法では、原料貯槽41に貯留された濃縮スラリーが装置本体45内に滴下され、装置本体45出口における気体温度が50℃以上200℃以下、好ましくは110℃以上150℃以下となるように濃縮スラリーの投入量が調整される。高温気体の流速は任意に設定して良いが、流速の下限としては媒体Mが装置本体45内で流動することが条件として挙げられ、上限としては装置本体45から飛散しないことが条件として挙げられる。
ここで、加熱装置である熱交換器49の設定温度は、濃縮スラリーと接触前の気流乾燥機入口では150℃以上500℃以下、好ましくは180℃以上350℃以下であるのが望ましい。濃縮スラリーと接触する前の高温気体の温度は、加熱装置(熱交換器49)の能力の範囲内で高くするほどスラリー供給速度を上げることができ、従って乾燥速度を上げることができるが、温度が高すぎると、濃縮スラリーに含有される遷移金属水酸化物が変質するおそれがある。
また、スラリーと接触後では50℃以上200℃以下、好ましくは110℃以上150℃以下であるのが望ましい。これは、スラリーと接触した後の温度が低いほど乾燥速度が大きいが、スラリーの溶媒を十分に蒸発させる蒸気圧を有する温度以上である必要があるためである。溶媒として水を用いる場合は特に100℃以上であることが好ましく、安定した運転を行うために110℃以上であることがより好ましい。また、スラリーと接触した後の温度は乾燥粉末を回収するバグフィルタ50の耐熱性の上限を超えるものであってはならず、特にスラリーの溶媒として水を用いる場合においては150℃以下にすることによって好適な乾燥速度が得られる。
In the method for producing a positive electrode material precursor of the present invention, the concentrated slurry stored in the raw material storage tank 41 is dropped into the apparatus main body 45, and the gas temperature at the outlet of the apparatus main body 45 is 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or higher. The input amount of the concentrated slurry is adjusted so as to be 150 ° C. or lower. The flow rate of the high-temperature gas may be arbitrarily set, but the lower limit of the flow rate is a condition that the medium M flows in the apparatus main body 45, and the upper limit is a condition that the medium M does not scatter from the apparatus main body 45. .
Here, it is desirable that the set temperature of the heat exchanger 49 as a heating device is 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, preferably 180 ° C. or more and 350 ° C. or less at the inlet of the airflow dryer before contact with the concentrated slurry. The temperature of the hot gas prior to contact with the concentrated slurry can be increased as the temperature within the capacity of the heating device (heat exchanger 49) increases, so that the slurry supply rate can be increased, and thus the drying rate can be increased. If it is too high, the transition metal hydroxide contained in the concentrated slurry may be altered.
Further, after contact with the slurry, it is desirably 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. This is because the lower the temperature after contact with the slurry, the higher the drying speed, but the temperature needs to be higher than the temperature having a vapor pressure that sufficiently evaporates the solvent of the slurry. When water is used as the solvent, the temperature is particularly preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 110 ° C. or higher for stable operation. The temperature after contact with the slurry should not exceed the upper limit of the heat resistance of the bag filter 50 that collects the dry powder, and particularly when water is used as the solvent of the slurry, the temperature should be 150 ° C. or lower. Provides a suitable drying rate.

本発明のリチウム二次電池用正極材料の製造方法では、工程(3)により得られる遷移金属水酸化物の乾燥物(正極材料前駆体)をリチウム化合物と混合して得られる混合物を焼成する方法によりリチウム複合金属酸化物を得る。
リチウム化合物としては、水酸化リチウム、塩化リチウム、硝酸リチウムおよび炭酸リチウムからなる群より選ばれる1種以上の無水物並びに該1種以上の水和物を挙げることができる。混合は、乾式混合、湿式混合のいずれによってもよいが、簡便性の観点では、乾式混合が好ましい。混合装置としては、攪拌混合、V型混合機、W型混合機、リボン混合機、ドラムミキサー、ボールミル等を挙げることができる。
In the method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, a method of firing a mixture obtained by mixing a dried transition metal hydroxide (positive electrode material precursor) obtained in step (3) with a lithium compound. Thus, a lithium composite metal oxide is obtained.
Examples of the lithium compound include one or more anhydrides selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium chloride, lithium nitrate, and lithium carbonate, and one or more hydrates thereof. The mixing may be either dry mixing or wet mixing, but from the viewpoint of simplicity, dry mixing is preferable. Examples of the mixing device include stirring and mixing, a V-type mixer, a W-type mixer, a ribbon mixer, a drum mixer, a ball mill, and the like.

前記焼成における保持温度としては、650℃以上900℃以下の範囲であることが好ましい。前記保持温度で保持する時間は、通常0.1〜20時間であり、好ましくは0.5〜8時間である。前記保持温度までの昇温速度は、通常50℃〜400℃/時間であり、前記保持温度から室温までの降温速度は、通常10℃〜400℃/時間である。また、焼成の雰囲気としては、大気、酸素、窒素、アルゴンまたはそれらの混合ガスを用いることができるが、大気雰囲気が好ましい。   The holding temperature in the firing is preferably in the range of 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. The holding time at the holding temperature is usually 0.1 to 20 hours, preferably 0.5 to 8 hours. The rate of temperature rise to the holding temperature is usually 50 ° C. to 400 ° C./hour, and the rate of temperature drop from the holding temperature to room temperature is usually 10 ° C. to 400 ° C./hour. As the firing atmosphere, air, oxygen, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof can be used, but an air atmosphere is preferable.

前記焼成の際に、混合物は、反応促進剤を含有していてもよい。
反応促進剤として、具体的には、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、CaCl2、MgCl2、SrCl2、BaCl2及びNH4Clなどの塩化物、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3、CaCO3、MgCO3、SrCO3及びBaCO3などの炭酸塩、K2SO4、Na2SO4などの硫酸塩、NaF、KF、NH4Fなどのフッ化物、が挙げられる。この中でも、好ましくはNa、K、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr及びBaからなる群から選ばれる1種以上の元素の塩化物、炭酸塩または硫酸塩を挙げることができ、より好ましくはKCl、K2CO3、K2SO4である。また、反応促進剤を2種以上併用することもできる。
反応促進剤を混合物に含有させるには、例えば遷移金属水酸化物をリチウム化合物と混合するときに反応促進剤を添加すればよい。
また、反応促進剤は、焼成後のリチウム複合金属酸化物に残留していてもよいし、洗浄、蒸発等により除去されていてもよい。
なお、混合物と反応促進剤との混合割合は、混合物100重量部中0.1重量部以上100重量部以下が好ましく、1.0重量部以上25重量部以下がより好ましい。
During the firing, the mixture may contain a reaction accelerator.
Specific examples of the reaction accelerator include chlorides such as NaCl, KCl, RbCl, CsCl, CaCl 2 , MgCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 and NH 4 Cl, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2. Carbonates such as CO 3 , Cs 2 CO 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , SrCO 3 and BaCO 3 ; sulfates such as K 2 SO 4 and Na 2 SO 4 ; fluorides such as NaF, KF and NH 4 F; Is mentioned. Among these, the chloride, carbonate or sulfate of one or more elements selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr and Ba can be mentioned, more preferably KCl. , K 2 CO 3 , K 2 SO 4 . Two or more reaction accelerators can be used in combination.
In order to contain the reaction accelerator in the mixture, for example, the reaction accelerator may be added when the transition metal hydroxide is mixed with the lithium compound.
Further, the reaction accelerator may remain in the fired lithium composite metal oxide or may be removed by washing, evaporation or the like.
The mixing ratio of the mixture and the reaction accelerator is preferably from 0.1 to 100 parts by weight, more preferably from 1.0 to 25 parts by weight, in 100 parts by weight of the mixture.

また、前記焼成によりリチウム複合金属酸化物を得るが、このリチウム複合金属酸化物はボールミルやジェットミルなどを用いて粉砕してもよい。また、粉砕と焼成を2回以上繰り返してもよい。また、リチウム複合金属酸化物は必要に応じて洗浄あるいは分級することもできる。   Moreover, although lithium composite metal oxide is obtained by the said baking, you may grind | pulverize this lithium composite metal oxide using a ball mill, a jet mill, etc. Moreover, you may repeat a grinding | pulverization and baking twice or more. Further, the lithium composite metal oxide can be washed or classified as necessary.

上記の方法により得られるリチウム複合金属酸化物は、通常、0.05μm以上1μm以下の平均粒径の一次粒子から構成され、一次粒子と、一次粒子が凝集して形成された0.1μm以上100μm以下の平均粒径の二次粒子との混合物からなる。一次粒子及び二次粒子の平均粒径は、それぞれSEM(走査型電子顕微鏡)で観察することにより、測定することができる。   The lithium composite metal oxide obtained by the above method is usually composed of primary particles having an average particle diameter of 0.05 μm or more and 1 μm or less, and is formed by agglomeration of primary particles and primary particles of 0.1 μm or more and 100 μm. It consists of a mixture with secondary particles of the following average particle size. The average particle diameters of the primary particles and the secondary particles can be measured by observing with an SEM (scanning electron microscope).

上記の方法により得られるリチウム複合金属酸化物は、その構造が通常α-NaFeO2型結晶構造、すなわちR−3mの空間群に帰属される結晶構造である。結晶構造は、リチウム複合金属酸化物について、CuKαを線源とする粉末X線回折測定により得られる粉末X線回折図形から同定することができる。 The lithium composite metal oxide obtained by the above method has an α-NaFeO 2 type crystal structure, that is, a crystal structure belonging to the R-3m space group. The crystal structure can be identified for a lithium composite metal oxide from a powder X-ray diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα as a radiation source.

上記の方法により得られるリチウム複合金属酸化物におけるLiの組成としては、Ni、Mn、Fe,Co等の遷移金属元素Mの合計量(モル)に対し、Liの量(モル)は、通常、0.5以上1.5以下であり、容量維持率をより高める意味で、0.95以上1.5以下であることが好ましく、より好ましくは1.0以上1.4以下である。以下の式(A)として表したときには、yは、通常、0.5以上1.5以下であり、好ましくは0.95以上1.5以下、より好ましくは1.0以上1.4以下である。
Liy(Ni1-xx)O2 (A)
(ここで、Mは、1種以上の遷移金属元素を表し、xは、0<x<1である。)
As the composition of Li in the lithium composite metal oxide obtained by the above method, the amount of Li (mol) relative to the total amount (mol) of transition metal elements M such as Ni, Mn, Fe, Co, etc. It is preferably 0.5 or more and 1.5 or less, and preferably 0.95 or more and 1.5 or less, more preferably 1.0 or more and 1.4 or less in the sense of further increasing the capacity retention rate. When expressed as the following formula (A), y is usually 0.5 or more and 1.5 or less, preferably 0.95 or more and 1.5 or less, more preferably 1.0 or more and 1.4 or less. is there.
Li y (Ni 1-x M x ) O 2 (A)
(Here, M represents one or more transition metal elements, and x is 0 <x <1.)

また、本発明の効果を損なわない範囲で、上記の方法により得られる本発明のリチウム複合金属酸化物は、遷移金属元素の一部を、他元素で置換してもよい。ここで、他元素としては、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Mg、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Tc、Ru、Rh、Ir、Pd、Cu、Ag、Zn等の元素を挙げることができる。   In addition, in the lithium composite metal oxide of the present invention obtained by the above method, a part of the transition metal element may be substituted with another element within a range not impairing the effects of the present invention. Here, as other elements, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Mg, Sc, Y, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Tc, Ru, Rh, Ir, Pd, Examples of the element include Cu, Ag, and Zn.

上記の方法により得られるリチウム複合金属酸化物を構成する粒子の表面に、リチウム複合金属酸化物とは異なる化合物を付着させてもよい。このような化合物としては、例えば、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Mgおよび遷移金属元素からなる群より選ばれる1種以上の元素を含有する化合物、好ましくはB、Al、Mg、Ga、InおよびSnからなる群より選ばれる1種以上の元素を含有する化合物、より好ましくはAlの化合物を挙げることができ、化合物として具体的には、前記元素の酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機酸塩を挙げることができ、好ましくは、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物である。また、これらの化合物を混合して用いてもよい。これら化合物の中でも、特に好ましい化合物はアルミナである。また、付着後に加熱を行ってもよい。   A compound different from the lithium composite metal oxide may be attached to the surface of the particles constituting the lithium composite metal oxide obtained by the above method. As such a compound, for example, a compound containing one or more elements selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Mg and a transition metal element, preferably B, Al, A compound containing one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ga, In, and Sn, more preferably, a compound of Al can be mentioned. Compounds, oxyhydroxides, carbonates, nitrates, and organic acid salts. Preferred are oxides, hydroxides, and oxyhydroxides. Moreover, you may use these compounds in mixture. Among these compounds, a particularly preferred compound is alumina. Moreover, you may heat after adhesion.

上記の方法により得られるリチウム複合金属酸化物は、正極活物質として有用であり、二次電池、特に非水電解質二次電池の正極に好適であり、中でもリチウム二次電池用正極材料として好適に使用される。   The lithium composite metal oxide obtained by the above method is useful as a positive electrode active material, and is suitable for a positive electrode of a secondary battery, particularly a nonaqueous electrolyte secondary battery, and particularly suitable as a positive electrode material for a lithium secondary battery. used.

なお、二次電池用の正極は、上記の方法により得られたリチウム複合金属酸化物を正極活物質として、公知の方法、例えば、国際公開第09/041722号パンフレットに記載の方法にて作製することができる。   The positive electrode for the secondary battery is produced by a known method, for example, the method described in International Publication No. 09/041722, using the lithium composite metal oxide obtained by the above method as the positive electrode active material. be able to.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is changed.

試料の評価方法を以下に示す。
<粉末X線回折測定>
粉末X線回折測定(XRD)は、株式会社リガク製Ultima IVASC-10を用いて行った。測定は、粉末試料を専用の基板に充填し、CuKα線源を用いて、電圧40kV、電流40mAの条件で回折角2θ=10°〜90°の範囲にて行った。
<含水率測定>
含水率測定は、株式会社エー・アンド・デイ製加熱乾燥式水分計MX-50を用いて行った。粉末試料を装置内の試料皿に約5gを静置した後、装置の蓋を閉じ、試料皿温度を130℃に設定することで粉末試料中に含まれている水分を蒸発させ、重量減少が認められなくなった時点を完全な乾燥状態、すなわち含水率0と見なす。試料皿に静置した粉末試料の重量に対して、減少した重量の割合を粉末試料の含水率とした。
The sample evaluation method is shown below.
<Powder X-ray diffraction measurement>
The powder X-ray diffraction measurement (XRD) was performed using Ultima IVASC-10 manufactured by Rigaku Corporation. The measurement was carried out by filling a powder sample on a dedicated substrate and using a CuKα radiation source under the conditions of a voltage of 40 kV and a current of 40 mA in a diffraction angle range of 2θ = 10 ° to 90 °.
<Moisture content measurement>
The moisture content was measured using a heat and dry moisture meter MX-50 manufactured by A & D Co., Ltd. After leaving about 5 g of the powder sample in the sample pan in the device, the lid of the device is closed and the sample pan temperature is set to 130 ° C. to evaporate the water contained in the powder sample and reduce the weight. The point at which no more water is recognized is considered to be completely dry, that is, the water content is zero. The ratio of the reduced weight with respect to the weight of the powder sample placed on the sample dish was taken as the moisture content of the powder sample.

(実施例1)
「リチウム二次電池用正極材料前駆体の製造」
工程(1)
攪拌槽内で、水酸化カリウム100重量部を、蒸留水535重量部に添加して、攪拌により水酸化カリウムを完全に溶解させ、水酸化カリウム水溶液(アルカリ水溶液)を調整した。
また、別の攪拌槽内で、蒸留水255重量部に、硫酸ニッケル(II)六水和物98.4重量部、硫酸マンガン(II)一水和物64.6重量部および硫酸鉄(II)七水和物11.1重量部を添加して、攪拌により溶解し、ニッケル−マンガン−鉄混合水溶液を得た。
次いで、別の攪拌槽に、蒸留水936重量部と前記水酸化カリウム水溶液15.8重量部を仕込んだ後、液温度を30℃にて攪拌しながら、前記水酸化カリウム水溶液165重量部と前記ニッケル−マンガン−鉄混合水溶液95.1重量部を滴下することにより、遷移金属水酸化物からなる沈殿物を生成させ、原液スラリーを得た。反応終点のpHを測定したところ、pHは13であった。
Example 1
"Production of cathode material precursor for lithium secondary battery"
Process (1)
In a stirring tank, 100 parts by weight of potassium hydroxide was added to 535 parts by weight of distilled water, and potassium hydroxide was completely dissolved by stirring to prepare an aqueous potassium hydroxide solution (alkali aqueous solution).
Further, in another stirring tank, 255 parts by weight of distilled water, 98.4 parts by weight of nickel (II) sulfate hexahydrate, 64.6 parts by weight of manganese (II) sulfate monohydrate, and iron sulfate (II ) 11.1 parts by weight of heptahydrate was added and dissolved by stirring to obtain a nickel-manganese-iron mixed aqueous solution.
Next, after adding 936 parts by weight of distilled water and 15.8 parts by weight of the potassium hydroxide aqueous solution to another stirring tank, the solution was stirred at a liquid temperature of 30 ° C. By dropping 95.1 parts by weight of a nickel-manganese-iron mixed aqueous solution, a precipitate composed of a transition metal hydroxide was generated, and a stock solution slurry was obtained. When the pH at the end of the reaction was measured, the pH was 13.

工程(2)
次いで、上述の図3の構成を有するクロスフローろ過システムを用いてスラリーの濃縮を行った。なお、クロスフローろ過装置20として、ロータリーフィルターRF−02型(寿工業株式会社製)を使用した。
まず、室温下にて、原液スラリー100重量部をスラリー貯槽31に仕込み、原液仕込んだスラリーをポンプ32にて、クロスフローろ過装置20を経由してスラリー貯槽31に循環するポンプ循環を、ろ液が50重量部抜き出されるまで行うことによりスラリーの濃縮を行った。なお、クロスフローろ過装置20のスラリー供給入口圧力は0.4MPaGであり、ろ布はP2560C(敷島カンバス製)を使用した。
次いで、スラリー貯槽31内に蒸留水50重量部を加えて、濃縮スラリーを希釈した後、先の同一条件にて、ろ過を行なった。同様に蒸留水添加ならびにろ過を行なう操作を繰り返し実施した。洗浄終了後、先の濃縮と同一条件にて、ろ液を抜き取りスラリーの濃縮を行った。この時にスラリー貯槽31内に得られた濃縮スラリー中の固形分濃度12重量%であった。
Process (2)
Next, the slurry was concentrated using the cross flow filtration system having the configuration shown in FIG. A rotary filter RF-02 type (manufactured by Kotobuki Industries Co., Ltd.) was used as the cross flow filtration device 20.
First, at room temperature, 100 parts by weight of the stock solution slurry is charged into the slurry storage tank 31, and the pump circulation in which the slurry charged with the stock solution is circulated to the slurry storage tank 31 via the cross-flow filtration device 20 is filtered. The slurry was concentrated until 50 parts by weight was extracted. In addition, the slurry supply inlet pressure of the crossflow filtration apparatus 20 is 0.4 MPaG, and P2560C (made by Shikishima canvas) was used for the filter cloth.
Next, 50 parts by weight of distilled water was added to the slurry storage tank 31 to dilute the concentrated slurry, and then filtration was performed under the same conditions as described above. Similarly, the operation of adding distilled water and filtering was repeated. After the washing, the filtrate was extracted under the same conditions as the previous concentration, and the slurry was concentrated. At this time, the solid content concentration in the concentrated slurry obtained in the slurry storage tank 31 was 12% by weight.

工程(3)
次いで、工程(2)により得られた濃縮スラリーを、図4に示す構成の気流乾燥機(流動層乾燥装置)(「スラリードライヤー SFD」、株式会社 大川原製作所)にて乾燥を行った。
高温気体として、空気を使用し、図4における装置本体45の入口温度が250℃となるように熱交換器49を調整すると共に、装置本体45の出口温度が143℃となるようにスラリー供給ポンプ44によりスラリー供給量を2.4kg/hに調整した。また、高温気体の流速を3.3m/sとした。乾燥時間(濃縮スラリーが装置本体45内に供給されてから、粉末としてバグフィルタ50へ到達するまでの滞留時間)は、平均的に1分以内であった。
上記条件にて、スラリーの乾燥を行い、粉末状の乾燥物P1を得た。乾燥物P1の含水率は、3.5重量%であった。
図6に乾燥物P1のX線回折パターンを示す。図6からわかるように、酸化Mn(Mn34)を示すシグナル(2θ=36.08°(ミラー指数350))は確認されなかった。
Process (3)
Next, the concentrated slurry obtained in the step (2) was dried with an air flow dryer (fluidized bed drying device) ("Slurry dryer SFD", Okawara Seisakusho Co., Ltd.) having the configuration shown in FIG.
Air is used as the high-temperature gas, and the heat exchanger 49 is adjusted so that the inlet temperature of the apparatus main body 45 in FIG. 4 is 250 ° C., and the slurry supply pump is adjusted so that the outlet temperature of the apparatus main body 45 is 143 ° C. 44, the slurry supply amount was adjusted to 2.4 kg / h. The flow rate of the high temperature gas was 3.3 m / s. The drying time (the residence time from when the concentrated slurry was supplied into the apparatus main body 45 until reaching the bag filter 50 as powder) was within 1 minute on average.
Under the above conditions, and drying the slurry to obtain a powdery dried product P 1. The water content of the dried product P 1 was 3.5% by weight.
FIG. 6 shows an X-ray diffraction pattern of the dried product P 1 . As can be seen from FIG. 6, a signal (2θ = 36.08 ° (Miller index 350)) indicating Mn oxide (Mn 3 O 4 ) was not confirmed.

「リチウム二次電池用正極材料の製造」
乾燥物P1100重量部に対し、炭酸リチウム52.2重量部と硫酸カリウム18.0重量部とをアルミナボールを入れたロッキングミルで4時間混合し、ローラーハースキルンにより870℃で6時間保持することで焼成を行ない、室温まで冷却して、焼成品を得た。該焼成品を粉砕し、蒸留水でろ過ならびに洗浄を行ない、150℃で6時間の乾燥を行った後に、300℃で6時間のアニール処理を行うことで、粉末B1を得た。
粉末X線回折パターンを測定し、粉末B1の結晶構造は、R−3mの空間群に帰属される結晶構造であることがわかった。
"Manufacture of cathode materials for lithium secondary batteries"
Mix 100 parts by weight of the dried product P 1 with 52.2 parts by weight of lithium carbonate and 18.0 parts by weight of potassium sulfate in a rocking mill containing alumina balls for 4 hours and hold at 870 ° C. for 6 hours with a roller hearth kiln. Then, it was fired and cooled to room temperature to obtain a fired product. Pulverizing the calcination product, subjected to filtration and washed with distilled water, after drying for 6 hours at 0.99 ° C., by performing the annealing treatment for 6 hours at 300 ° C., to obtain a powder B 1.
The powder X-ray diffraction pattern was measured, and it was found that the crystal structure of the powder B 1 was a crystal structure belonging to the R-3m space group.

(比較例1)
「リチウム二次電池用正極材料前駆体の製造」
工程(3)において、気流乾燥機の代わりに濃縮スラリーを乾燥用バットに仕込み、棚段乾燥機(汎用乾燥装置AT−20(製造元:旭科学株式会社))を用いて濃縮スラリーを乾燥した以外は、実施例1と同様にして、乾燥物R1を得た。棚段乾燥機による乾燥条件は、120℃、8時間である。得られた乾燥物R1の含水率は、8重量%であった。
乾燥物R1のX線回折パターンを図7に示す。図7から明らかに、酸化Mn(Mn34)を示す36.08°(ミラー指数350)のシグナルが確認された。
(Comparative Example 1)
"Production of cathode material precursor for lithium secondary battery"
In step (3), the concentrated slurry was charged into a drying vat instead of a flash dryer, and the concentrated slurry was dried using a shelf dryer (general-purpose dryer AT-20 (manufacturer: Asahi Kagaku Co., Ltd.)). Gave a dried product R 1 in the same manner as in Example 1. Drying conditions by the shelf dryer are 120 ° C. and 8 hours. The water content of the obtained dried product R 1 was 8% by weight.
An X-ray diffraction pattern of the dried product R 1 is shown in FIG. As apparent from FIG. 7, a signal of 36.08 ° (Miller index 350) indicating Mn oxide (Mn 3 O 4 ) was confirmed.

「リチウム二次電池用正極材料の製造」
乾燥物P1の代わりに乾燥物R1を使用した以外は、実施例1と同様にして粉末B2を得た。粉末X線回折パターンを測定し、粉末B2の結晶構造は、R−3mの空間群に帰属される結晶構造であることがわかった。
"Manufacture of cathode materials for lithium secondary batteries"
A powder B 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the dried product R 1 was used instead of the dried product P 1 . The powder X-ray diffraction pattern was measured, and it was found that the crystal structure of the powder B 2 was a crystal structure belonging to the R-3m space group.

(参考例1)
参考例1として、原液スラリーを固液分離してウェットケークを形成し、該ウェットケークを乾燥する従来の方法にて、リチウム二次電池用正極材料前駆体を製造した。
まず、実施例1における工程(1)と同じ条件で、固形分濃度は3.5重量%の原液スラリーを得た。
次いで、フィルタープレスにて得られたスラリーの固液分離を行った。フィルタープレスには、「ロールフィット フィルタープレス・ドライヤー」(販売元:株式会社 ユーロテック)を使用した。スラリー100重量部をフィルタープレスに供給し、室温下、ろ過圧力0.4MPaG、ろ過時間50分の条件にてろ過した。次いで、蒸留水を室温下、洗浄圧力0.4〜0.6MPaGにて供給し、水洗を行った。水洗後、圧搾圧力0.7MPaGにて、15分間の圧搾脱水を行った。次いで、減圧フィルタープレスのろ過室内を圧力10kPaとし、フィルタープレスの各ろ過室の流体供給路に90℃温水を通水して、170分間、予備乾燥を行った。予備乾燥後、フィルタープレスから排出したウェットケーク4.62重量部を回収した。この時のウェットケークの含水量は湿潤基準で29.5重量%であった。
得られたウェットケークを、乾燥用バットに仕込み、棚段乾燥機(汎用乾燥装置AT−20(製造元:旭科学株式会社))を用いて120℃、8時間の条件で乾燥後、フェザーミル粉砕を行い、粉末状の乾燥物X1を得た。得られた乾燥物X1の含水率は、3重量%であった。
乾燥物X1のX線回折パターンを図8に示す。図8からわかるように、酸化Mn(Mn34)を示す2θ=36.08°(ミラー指数350)のシグナルが若干ながら確認された。
(Reference Example 1)
As Reference Example 1, a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery was manufactured by a conventional method of solid-liquid separation of a stock solution slurry to form a wet cake and drying the wet cake.
First, a stock solution slurry having a solid content concentration of 3.5% by weight was obtained under the same conditions as in step (1) in Example 1.
Subsequently, solid-liquid separation of the slurry obtained by the filter press was performed. For the filter press, a “roll fit filter press dryer” (distributor: Eurotech Co., Ltd.) was used. 100 parts by weight of the slurry was supplied to a filter press and filtered under conditions of room temperature at a filtration pressure of 0.4 MPaG and a filtration time of 50 minutes. Next, distilled water was supplied at a washing pressure of 0.4 to 0.6 MPaG at room temperature to perform washing with water. After washing with water, pressing and dewatering was performed at a pressing pressure of 0.7 MPaG for 15 minutes. Next, the pressure inside the filtration chamber of the vacuum filter press was set to 10 kPa, and 90 ° C. hot water was passed through the fluid supply path of each filtration chamber of the filter press, and preliminary drying was performed for 170 minutes. After preliminary drying, 4.62 parts by weight of the wet cake discharged from the filter press was recovered. The water content of the wet cake at this time was 29.5% by weight on a wet basis.
The obtained wet cake is charged into a drying vat, dried using a shelf dryer (general-purpose dryer AT-20 (manufacturer: Asahi Kagaku Co., Ltd.)) at 120 ° C. for 8 hours, and then milled with a feather mill. It was carried out to obtain a powdery dried product X 1. The water content of the obtained dried product X 1 was 3% by weight.
An X-ray diffraction pattern of the dried product X 1 is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, a slight signal of 2θ = 36.08 ° (Miller index 350) indicating Mn oxide (Mn 3 O 4 ) was confirmed.

「リチウム二次電池用正極材料の製造」
乾燥物P1の代わりに乾燥物X1を使用した以外は、実施例1と同様にして粉末B3を得た。粉末X線回折パターンを測定し、粉末B3の結晶構造は、R−3mの空間群に帰属される結晶構造であることがわかった。
"Manufacture of cathode materials for lithium secondary batteries"
A powder B 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the dried product X 1 was used instead of the dried product P 1 . The powder X-ray diffraction pattern was measured, and it was found that the crystal structure of the powder B 3 was a crystal structure belonging to the R-3m space group.

<非水電解質二次電池の作製>
作製した粉末B1〜B3を正極活物質として使用したコイン型の非水電解質二次電池を作製し、充放電試験を実施した。
正極活物質(粉末B1〜B3)と導電材(アセチレンブラックと黒鉛を9:1(重量比)で混合したもの)の混合物に、バインダーとしてPVdFのN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPということがある。)溶液を、活物質:導電材:バインダー=87:10:3(重量比)の組成となるように加えて混練することによりペーストとし、集電体となる厚さ40μmのAl箔に該ペーストを塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、正極を得た。
得られた正極に、電解液としてエチレンカーボネート(以下、ECということがある。)とジメチルカーボネート(以下、DMCということがある。)とエチルメチルカーボネート(以下、EMCということがある。)の30:35:35(体積比)混合液にLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解したもの(以下、LiPF6/EC+DMC+EMCと表すことがある。)、セパレータとして積層フィルムを、また、負極として金属リチウムを組み合わせてコイン型電池(R2032)を作製した。
上記のコイン型電池を用いて、25℃保持下、以下に示す条件で充放電試験を実施した。結果を表1に示す。
<Preparation of nonaqueous electrolyte secondary battery>
A coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery using the produced powders B 1 to B 3 as a positive electrode active material was produced, and a charge / discharge test was performed.
A mixture of a positive electrode active material (powder B 1 to B 3 ) and a conductive material (a mixture of acetylene black and graphite at a ratio of 9: 1 (weight ratio)), PVdF N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as “binder”) NMP.) The solution is added to the composition of active material: conductive material: binder = 87: 10: 3 (weight ratio) and kneaded to obtain a paste, and the thickness is 40 μm to be a current collector. The paste was applied to an Al foil and vacuum dried at 150 ° C. for 8 hours to obtain a positive electrode.
To the obtained positive electrode, 30 of ethylene carbonate (hereinafter sometimes referred to as EC), dimethyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as DMC) and ethyl methyl carbonate (hereinafter sometimes referred to as EMC) as electrolytes. : 35:35 (volume ratio) LiPF 6 dissolved in a mixed solution to 1 mol / liter (hereinafter sometimes referred to as LiPF 6 / EC + DMC + EMC), a laminated film as a separator, and a negative electrode A coin-type battery (R2032) was manufactured by combining metallic lithium.
Using the above coin-type battery, a charge / discharge test was performed under the conditions shown below while maintaining at 25 ° C. The results are shown in Table 1.

<充放電試験>
充電最大電圧4.3V、充電時間8時間、充電電流0.18mA/cm2
放電時は放電最小電圧を2.5Vで一定とし、各サイクルにおける放電電流を下記のように変えて放電を行った。各サイクルおける放電による放電容量が高ければ高いほど、高出力を示すことを意味する。
1サイクル目の放電(0.2C):放電電流0.18mA/cm2
2サイクル目の放電(1C) :放電電流0.88mA/cm2
<Charge / discharge test>
Charging maximum voltage 4.3V, charging time 8 hours, charging current 0.18 mA / cm 2
During discharge, the minimum discharge voltage was kept constant at 2.5 V, and the discharge current in each cycle was changed as follows to perform discharge. Higher discharge capacity due to discharge in each cycle means higher output.
First cycle discharge (0.2 C): discharge current 0.18 mA / cm 2
Second cycle discharge (1C): discharge current 0.88 mA / cm 2

Figure 2012099470
Figure 2012099470

実施例1と比較例1の放電容量を対比すると、実施例1は放電レート0.2、1Cのいずれにおいても、比較例1より大きかった。
また、実施例1は、従来のウェットケーク由来の正極材料を用いた参考例1と同等以上の放電容量を示した。
以上のように、本発明の製造方法によれば、工業的スケールであっても、高品質な正極材料を得ることができることが確認された。
When the discharge capacities of Example 1 and Comparative Example 1 were compared, Example 1 was larger than Comparative Example 1 at both discharge rates of 0.2 and 1C.
In addition, Example 1 showed a discharge capacity equal to or higher than that of Reference Example 1 using a positive electrode material derived from a conventional wet cake.
As described above, according to the production method of the present invention, it was confirmed that a high-quality positive electrode material can be obtained even on an industrial scale.

本発明の製造方法は、リチウム二次電池用の正極材料の前駆体を製造するときや、この前駆体から正極材料の製造するときに、好適に用いることができる。   The production method of the present invention can be suitably used when a precursor of a positive electrode material for a lithium secondary battery is produced, or when a positive electrode material is produced from this precursor.

10 クロスフローろ過システム
11 スラリー貯槽
12 フィルター
20 クロスフローろ過装置
22 ろ過室
23 ろ過板
24 撹拌板
25 モータ
26 スラリー供給口
27 スラリー排出口
28 スラリー排出弁
30 クロスフローろ過システム
31 スラリー貯槽
31a 撹拌装置
32 送液ポンプ
33 洗浄水供給設備
1,P2 配管
40 気流乾燥機
41 スラリー貯槽
42 水貯槽
43 スラリー供給管
44 スラリー供給ポンプ
45 装置本体
46 吸気フィルター
47 吸気管
48 吸込ファン
49 熱交換器
50 バグフィルタ
51 排出管
52 排気ファン
53 排気管
54 容器
M 媒体
F 流動層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Crossflow filtration system 11 Slurry storage tank 12 Filter 20 Crossflow filtration apparatus 22 Filtration chamber 23 Filtration plate 24 Stirring plate 25 Motor 26 Slurry supply port 27 Slurry discharge port 28 Slurry discharge valve 30 Crossflow filtration system 31 Slurry storage tank 31a Stirring device 32 Liquid feed pump 33 Washing water supply equipment P 1 and P 2 piping 40 Air dryer 41 Slurry storage tank 42 Water storage tank 43 Slurry supply pipe 44 Slurry supply pump 45 Main body 46 Intake filter 47 Intake pipe 48 Suction fan 49 Heat exchanger 50 Bug Filter 51 Discharge pipe 52 Exhaust fan 53 Exhaust pipe 54 Container M Medium F Fluidized bed

Claims (9)

遷移金属元素を含む溶液をアルカリと接触させることにより遷移金属水酸化物を主成分とする固形分を含む原液スラリーを得るスラリー製造工程と、
前記原液スラリー中の固形分の濃縮を行い、濃縮スラリーを得るスラリー濃縮工程と、
前記濃縮スラリーを気流乾燥機に供給し、100℃以上の高温気体により該濃縮スラリーを、気流乾燥機に供給されてから60分以内に含水率が40重量%以下の粉末となるように乾燥する乾燥工程と、
を有することを特徴とするリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。
A slurry production step of obtaining a stock slurry containing a solid content mainly composed of a transition metal hydroxide by contacting a solution containing a transition metal element with an alkali; and
A slurry concentration step of concentrating solids in the stock slurry and obtaining a concentrated slurry; and
The concentrated slurry is supplied to an air dryer, and the concentrated slurry is dried with a high-temperature gas of 100 ° C. or higher so that the moisture content becomes a powder having a water content of 40% by weight or less within 60 minutes after being supplied to the air dryer. A drying process;
The manufacturing method of the positive electrode material precursor for lithium secondary batteries characterized by having.
前記遷移金属元素が、少なくともMnを含む請求項1に記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the transition metal element contains at least Mn. 前記スラリー濃縮工程において、クロスフローろ過にてスラリー濃縮を行う請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The manufacturing method of the positive electrode material precursor for lithium secondary batteries of Claim 1 or 2 which performs slurry concentration by crossflow filtration in the said slurry concentration process. 前記気流乾燥機が、供給された濃縮スラリーを付着させ、付着した濃縮スラリーを乾燥させるための媒体を有する流動層乾燥装置である請求項1から3のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The positive electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the air flow dryer is a fluidized bed drying device having a medium for allowing the supplied concentrated slurry to adhere and drying the adhered concentrated slurry. A method for producing a material precursor. 前記気流乾燥機における高温気体の入口温度が、150℃以上500℃以下である請求項4記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to claim 4, wherein an inlet temperature of the high-temperature gas in the air dryer is 150 ° C. or more and 500 ° C. or less. 前記気流乾燥機における高温気体の出口温度が、50℃以上200℃以下である請求項4または5記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to claim 4 or 5, wherein an outlet temperature of the high-temperature gas in the air dryer is 50 ° C or higher and 200 ° C or lower. 前記気流乾燥機における高温気体が、可燃性気体を燃焼させて得られる気体である請求項1から6のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The method for producing a positive electrode material precursor for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the high-temperature gas in the air dryer is a gas obtained by burning a combustible gas. 前記気流乾燥機における粉末回収部分にバグフィルタを使用する請求項1から7のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料前駆体の製造方法。   The manufacturing method of the positive electrode material precursor for lithium secondary batteries in any one of Claim 1 to 7 which uses a bag filter for the powder collection | recovery part in the said air dryer. 請求項1から8のいずれかに記載の製造方法により得られたリチウム二次電池用正極材料前駆体をリチウム化合物と混合し、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。   A method for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising mixing the lithium compound positive electrode material precursor obtained by the production method according to any one of claims 1 to 8 with a lithium compound and firing the mixture. .
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