(57)【要約】【課題】ろ過工程，水洗工程，複数回の焼結工程を経ずに，容易に金属酸化物を合成することができる水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】金属化合物を所定の溶媒に溶解し，所望の金属イオンが存在する溶液を調製する段階と，前記溶液に所定のイオンを含有する塩基性化合物の溶液を添加することにより沈殿物を生成する段階と，前記沈殿物を含む溶液を乾燥させることにより金属水酸化物と前記金属化合物との混合物を得る段階と，前記混合物を粉砕することにより形成した粉末状態の混合物にエタノールを添加した後，混練して泥状態の金属水酸化物の混合物を形成する段階と，前記泥状態の金属水酸化物の混合物を所定温度でか焼した後，粉砕することにより粉末状に形成する段階と，前記粉末をそのまま所定温度で熱処理することにより最終的な金属酸化物の粉末を得る段階を含む金属酸化物の製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法において：
（ａ）所定の溶媒に溶解させることができる金属化合物を前記溶媒に溶解し，所望の金属イオンが存在する溶液を調製する段階と；
（ｂ）前記溶液に所定のイオンを含有する塩基性化合物の溶液を添加することにより沈殿物を生成する段階と；
（ｃ）前記沈殿物を含む溶液を乾燥させることにより金属水酸化物と前記金属化合物との混合物を得る段階と；
（ｄ）前記混合物を粉砕することにより粉末状態に形成し，前記粉末状態の混合物にエタノールを添加した後，混練して泥状態の金属水酸化物の混合物を形成する段階と；
（ｅ）前記泥状態の金属水酸化物の混合物を所定温度でか焼した後，粉砕することにより粉末状に形成する段階と；
（ｆ）前記粉末をそのまま所定温度で熱処理することにより，最終的な金属酸化物の粉末を得る段階と；
を含むことを特徴とする水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項２】
前記段階（ａ）で，前記金属化合物として，ニッケル（Ｎｉ）とマンガン（Ｍｎ）とを含む有機酸塩を，所定の溶媒に溶解させて溶液を調製することを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項３】
前記有機酸塩は，硝酸塩，酢酸塩，炭酸塩からなる群より選択される少なくとも１つの塩であることを特徴とする請求項２に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項４】
前記段階（ｂ）で，前記段階（ａ）で調製された溶液に，所望の当量比のリチウム（Ｌｉ）イオンを含む塩基性溶液を添加し沈殿物を生成することを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項５】
前記段階（ｃ）で，前記沈殿物を含む溶液を濾過せずに，そのまま２００℃以下の温度で蒸発・乾燥し，所望の当量比の金属水酸化物と有機酸塩との混合物を得ることを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項６】
前記段階（ｄ）で，前記混合物を粉碎することにより粉末状に形成し，前記粉末状の混合物に少量のエタノールを添加し，乾燥する際に析出したリチウム水酸化物およびリチウムチッ化物を再び溶解し，この溶液をニッケル水酸化物およびマンガン水酸化物と混合することにより，泥状態の金属水酸化物の混合物を形成することを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項７】
前記段階（ｅ）で，前記泥状態の金属水酸化物の混合物を４５０℃の温度で３時間加熱した後，仮粉砕することにより粉末状態に形成することを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【請求項８】
前記段階（ｆ）で，前記粉末を６５０℃で５時間，９５０℃で３時間，連続的な熱処理工程を経て最終的な金属酸化物の粉末を得ることを特徴とする請求項１に記載の水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法に関し，特に，ろ過工程，水洗工程，複数回の焼結工程を経ずに，容易に金属酸化物を合成することができる，水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，携帯電話およびノートブックパソコンなどの機器の小型化及び軽量化に伴い，電池の高性能化が求められている。特に，リチウムニ次電池の高性能化に対する必要性が急速に高まってきている。したがって，既存のリチウムニ次電池の両極活物質の限界を越えることができる新たな組成を有する両極活物質の開発が強く求められている。現在までに開発された両極活物質のうち，既存の両極活物質に代替される可能性があるものとしては，ＬｉＮｉＸＭｎ１−ＸＯ２（ｘ〜０．５）やＬｉＮｉＸＭｎｙＣｏ１−Ｘ−ＹＯ２（ｘ〜０．３３，ｙ〜０．３３）などがある。
【０００３】
ここで，このような組成の両極活物質は，リチウムを含んだ状態で合成すると不純物を含みやすいので，金属水酸化物の前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を利用する方法が開発されている。具体的には，所望の金属イオンが含有された溶液を得るために，水やエタノールなどの溶媒に溶解可能な金属化合物をこれらの溶媒に溶解する。次に，溶液中の金属イオンを金属水酸化物として沈澱させるために，塩基性の溶液を所定の割合で添加する。リチウムニ次電池用活物質はリチウムを含むので，塩基性の溶液としては，通常は，水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）溶液を用いる。
【０００４】
得られた沈殿物を，ろ過した後（ろ過工程），残存しているリチウムイオンを除去するために，水で洗浄する（水洗工程）。その後，沈殿物を乾燥させることにより，金属水酸化物の粉末を得る。次に，得られた金属水酸化物の粉末と，リチウムイオンを含んだ化合物（例えば，硝酸塩，酢酸塩（アセテート），炭酸塩などの有機酸塩）の粉末とを十分に混合した後に，これを圧搾し，例えばタブレットの形態に形成する。このタブレットを約５００℃以下の温度でか焼する（か焼工程）。次に，再びこれを粉砕して粉末を得る。この粉末を混合後，再度タブレットを形成し，約１０００℃以下の温度で焼結する。さらに，上記のような焼結工程を数回繰り返すことにより，金属酸化物を製造することができる。以上のような工程は，リチウムを含む金属元素を均一に分布させるために行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし，上記ような金属酸化物の製造方法は，ろ過工程，水洗工程，および複数回の焼結工程を経なければならないものであるため，原材料を余分に使用しなければならないだけでなく，複雑な工程を経ることにより高い工程費用がかかるという問題点がある。
【０００６】
したがって，本発明は，ろ過工程，水洗工程，複数回の焼結工程を経ずに，容易に金属酸化物を合成することができる，水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために，本発明によれば，（ａ）所定の溶媒に溶解させることができる金属化合物をその溶媒に溶解し，所望の金属イオンが存在する溶液を調製する段階と，（ｂ）前記溶液に所定のイオンが含有された塩基性化合物溶液を添加し沈殿物を得る段階と，（ｃ）前記沈殿物を含む溶液を乾燥させ金属水酸化物と上記金属化合物との混合物を得る段階と，（ｄ）前記混合物を粉碎することにより粉末状態に形成し，粉末状態の混合物にエタノールを添加した後，混練して泥状態の金属水酸化物の混合物を形成する段階と，（ｅ）前記泥状態の金属水酸化物の混合物を所定温度でか焼した後，粉碎することにより粉末状に形成する段階と，（ｆ）上記粉末をそのまま所定温度で熱処理することにより，最終的な金属酸化物の粉末を得る段階とを含む水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法が提供される。
【０００８】
また，上記段階（ａ）で，金属化合物として，ニッケル（Ｎｉ）とマンガン（Ｍｎ）とを含む有機酸塩を，水やエタノールなどの溶媒に溶解させて所望の金属イオン（Ｎｉ，Ｍｎ）が存在する溶液を調製することができる。ここで，有機酸塩としては，硝酸塩，酢酸塩，炭酸塩からなる群より選択される少なくとも１つの塩を使用することができる。
【０００９】
さらに，上記段階（ｂ）で，上記段階（ａ）で調整された溶液に，所望の当量比のリチウムイオンを含む塩基性溶液（水酸化物，アンモニア化合物などの溶液）を添加し沈殿物を生成することができる。
【００１０】
さらに，上記段階（ｃ）で，上記沈殿物を含む溶液を濾過せずに，そのまま２００℃以下の温度で蒸発・乾燥し，所望の当量比の金属水酸化物と有機酸塩との混合物を得ることができる。
【００１１】
さらに，上記段階（ｄ）で，上記混合物を粉碎することにより粉末状に形成し，粉末状の混合物に少量のエタノールを添加し，乾燥する際に析出したリチウム水酸化物およびリチウムチッ化物を再び溶解し，この溶液をニッケル水酸化物およびマンガン水酸化物と混合することにより，泥状態の金属水酸化物の混合物を形成することができる。
【００１２】
さらに，上記段階（ｅ）で，上記泥状態の金属水酸化物の混合物を４５０℃の温度で３時間加熱した後，仮粉砕することにより粉末状態に形成することができる。
【００１３】
さらに，上記段階（ｆ）で，上記粉末を６５０℃で５時間，９５０℃で３時間，連続的な熱処理工程を経て最終的な金属酸化物の粉末を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように，本発明に係る水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法によれば，多種の金属イオンが均一に分布されている溶液中に塩基性物質を添加することにより沈殿物を得るので，均一な組成の単一の酸化物を合成することができる。さらに，微量のエタノールを添加することにより，泥状態の混練物を形成した後に，か焼工程を経るようになるので，泥状の水酸化物の混合物において，エタノールを短時間で蒸発させることができる。これにより，乾燥過程で生ずることがある原料物質間の濃度勾配を最少化することのができる。また，残存したエタノールをその後の熱処理工程で燃料として使用することができるため，不純物の存在しない，より均一な組成の金属酸化物を製造することができる。したがって，不純物のない単一の酸化物の製造が困難な組成の金属酸化物も容易に製造することができる。また，従来の製造方法に比べ，工程時間や工程費用を大幅に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１は，本実施形態による金属酸化物の製造方法により水酸化物を利用して金属酸化物を製造する工程を示すフローチャートである。図１を参照すると，本実施形態による水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法においては，まず所定の溶媒に溶解させることができる金属化合物をその溶媒に溶解し，所望の金属イオンが存在する溶液を調製する（Ｓ１０１）。例えば，ＬｉＮｉＸＭｎ１−ＸＯ２のような金属酸化物を合成するときは，ニッケル（Ｎｉ）とマンガン（Ｍｎ）を含んだ化合物（例えば，硝酸塩，酢酸塩（アセテート），炭酸塩などの有機酸塩）を所定の溶媒（例えば，水，エタノールなど）に溶解させて溶液を調製する。
【００１７】
このようにして溶液を調製した後，その溶液に，所定のイオンが含有された塩基性化合物の溶液を添加することにより沈殿物を生成する（Ｓ１０２）。より具体的には，上記溶液に所定の当量比のリチウム（Ｌｉ）イオンを含んだ塩基性の溶液（例えば，水酸化物，アンモニア化合物などの溶液）を添加し，沈殿物を生成する。この沈殿物を含む溶液を乾燥させることにより，金属水酸化物と有機酸塩との混合物を得ることができる（Ｓ１０３）。より具体的には，沈殿物を含む溶液をろ過せずに，そのまま約２００℃以下の温度で蒸発・乾燥させることにより，所定の当量比の金属水酸化物と有機酸塩との混合物を得ることができる。
【００１８】
このようにして金属水酸化物と有機酸塩との混合物を得た後に，その混合物を粉砕し，粉末状態に形成する。ここにエタノールを添加した後，混練して泥状態に形成する（Ｓ１０４）。より具体的には，上記混合物を粉砕することにより，粉末状態に形成する。次に，この粉末に少量のエタノールを添加して，乾燥する際に析出されたリチウム水酸化物およびリチウムチッ化物を再び溶解する。この溶液をニッケル水酸化物およびマンガン水酸化物と混合して，泥状態の水酸化物の混合物を得る。ここで，上記添加されたエタノールは，沈澱過程で使われた水酸化物のその後の乾燥過程で形成される水酸化物，硝酸塩，酢酸塩，炭酸塩（上記例では各種Ｌｉイオンが含有された塩）などを再度溶解し，粉末の中に均一に分布されるようにする。また，その後のか焼工程（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）および焼結工程において，熱処理に必要な燃料として使用され，均一な酸化物の形成を助ける役割をする。
【００１９】
以上のようにして，泥状態の金属水酸化物の混合物を得た後に，その混合物を所定温度で，か焼し，粉砕することにより粉末状に形成する（Ｓ１０５）。より具体的には，泥状態の金属水酸化物の混合物を４５０℃の温度で３時間加熱した後，仮粉砕することにより粉末形態に形成する。なお，仮粉砕は，粉末が均一性を有するようにするために行われる。
【００２０】
このようにして粉末を得た後，この粉末をそのまま所定温度で熱処理することにより，最終的な金属酸化物の粉末を得ることができる（Ｓ１０６）。より具体的には，上記粉末を，例えば，６５０℃で５時間，９５０℃で３時間，連続的な熱処理工程を経て最終的な金属酸化物の粉末を得ることができる。本実施形態の水酸化物を利用した金属酸化物の製造は，このようにして終了する。ここで，６５０℃での熱処理は，含有されたリチウム塩が融解することができる温度を維持させるためのものである。一方，９５０℃での熱処理は，最終的な金属酸化物の結晶構造を充分に形成させるためのものである。以上のような方法で製造した金属酸化物は，図２に示された（写真撮影された）ように，粒子の大きさが１１μｍ以下の均一な粒度分布を有する粉末の形態として，粒子は，球形に近い形態を有する。
【００２１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２２】
なお，本実施形態に係る製造方法で製造した金属酸化物は，携帯電話，ノートブックパソコンなどの機器に用いられる電池の両極活物質として用いられうる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は，水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る水酸化物を利用した金属酸化物を製造する工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る水酸化物を利用した金属酸化物の製造方法によって製造された金属酸化物の走査型電子顕微鏡の写真である。
【図１】
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【図２】
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