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公開番号2025011121
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2024165133,2021531386
出願日2024-09-24,2019-11-29
発明の名称リチウム化学物質及び金属リチウムの製造
出願人アイシーエスアイピーピーティーワイリミテッド,ICSIP PTY LTD
代理人個人,個人
主分類C01D 15/02 20060101AFI20250116BHJP(無機化学)
要約【課題】硝酸リチウムから酸化リチウムを製造するプロセス及びシステムを提供する。
【解決手段】硝酸リチウムを、硝酸リチウムの画分が酸化リチウムを形成するような方法で、且つ、硝酸リチウムの残りの画分が酸化リチウムに分解しないような方法で、熱分解する。熱分解を決められた時間後に終了し、硝酸リチウムの残りの画分を確保し、それによって、酸化リチウム含有硝酸リチウム生成物を製造することができる。硝酸リチウム生成物は、1つ又は複数の遷移金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、又は硝酸塩を加えて、電池電極を形成してもよい。或いは、酸化リチウム含有硝酸リチウム生成物を炭素熱還元に付して、リチウム金属を製造してもよい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
硝酸リチウムから酸化リチウムを製造するプロセスであって、前記硝酸リチウムを、そ
の画分が酸化リチウムを形成するように、且つ、前記硝酸リチウムの残りの画分が酸化リ
チウムに分解しないように、熱分解することを含む、プロセス。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記熱分解を決められた時間後に終了し、前記硝酸リチウムの残りの画分を確保し、酸
化リチウム含有硝酸リチウム生成物を製造する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記終了が、部分的に分解された生成物を、その分解温度である約６００℃未満に冷却
することを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記生成物を更に約２６０℃未満の温度に冷却して、固体の酸化リチウム含有硝酸リチ
ウム生成物を製造する、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記固体の生成物を、プリル、ペレット又はフレーク等の形態となるように製造する、
請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
酸化リチウム含有硝酸リチウム生成物を、分散された前記酸化リチウムを含む溶融硝酸
リチウムを形成するように加熱し、そこに、１つ又は複数の遷移金属の酸化物、水酸化物
、炭酸塩又は硝酸塩を、任意のその他電極材料と共に加える、請求項１～５のいずれかに
記載のプロセス。
【請求項７】
熱分解されて酸化リチウムになる硝酸リチウムの画分が、熱分解前の前記硝酸リチウム
のうち、約５０～９０％である、請求項１～６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
熱分解の前に、溶融硝酸リチウム塩を形成するように前記硝酸リチウムを別の予熱段階
で加熱し、次いで、前記溶融硝酸リチウムを熱分解段階に送り、前記熱分解に付す、請求
項１～７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
前記熱分解によって酸素及び窒素酸化物を製造し、これらのガスを回収し、硝酸製造段
階に送る、請求項１～８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
前記硝酸製造段階で製造された硝酸を、リチウム含有ケイ酸塩鉱物との混合するために
使用し、次いで、この混合物を、前記ケイ酸塩鉱物中のリチウム有価物が硝酸リチウムと
して前記ケイ酸塩鉱物から浸出される浸出段階に付し、前記硝酸リチウムを分離し、次い
で、前記熱分解に付し、酸化リチウム含有硝酸リチウム生成物を形成する、請求項９に記
載のプロセス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
一連のリチウム化学物質並びにリチウム金属を製造するためのプロセス、システム及び
装置について説明する。このようなプロセス、システム及び装置の製品は、特にリチウム
電池の製造に有利となる可能性がある。また、製造されたリチウム金属は、合金化の目的
（例えば、航空宇宙業界及びその他の用途で使用するためのリチウム－アルミニウム合金
）でも使用できる。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）及び屋上の太陽光発電（ＰＶ）パネル等によって生産された再生可
能エネルギーの蓄電等の大規模な蓄電用途に適したリチウム電池の市場価格は、２０１２
年～２０１８年にかけて、約１，０００ＵＳドル／ｋＷｈの有効蓄電容量の上限価格から
８０％も下落している。一方その間に、リチウム電池の重量１キログラムあたりの電力を
蓄電する容量（単位：ｋＷｈ／ｋｇ）、及び電池が送受信する電力の容量の割合（充電及
び放電、単位：ｋＷｈ／ｋｇ）は、ゆっくりではあるが上昇を続けている。
【０００３】
道路輸送の電気化に伴う蓄電システムの採用、及び再生可能エネルギーシステムの出力
を需要に応じて分配できるようにするための蓄電システムの採用等の予測を受けて、新た
なリチウム資源の探鉱から完全な電池パック（何千個もの個別のリチウムセル（ｌｉｔｈ
ｉｕｍｃｅｌｌ）を含み得る）の最終組み立てまで、付加価値を高める多くの作業に対
する投資が世界中で急増している。しかし、この伸びは、リチウム電池のコストが下がり
続けること、並びにリチウム電池の寿命、充電／放電速度と効率、蓄電容量及び安全性が
向上し続けることが、ある程度容認されていることによって支えられている。
【０００４】
リチウム有価物をリチウム電池の製造に使用するために適した形態で回収するには、コ
ストと環境への影響という課題があり、これらが組み合わさって、リチウム電池の普及と
期待される良性の適用の実現を遅らせる原因となっている可能性がある。前述のリチウム
鉱化の探鉱、及び完全な電池パックの組み立て等、付加価値を生み出す多くの作業につい
ては、それらのコスト及び／又は環境への影響を低減するための改善が行われてきたが、
リチウム含有鉱物をリチウム電池の製造に適したリチウム化学物質に変換する処理作業の
改善については、あまり注目されていなかった。
【０００５】
リチウム電池の構成要素で最も重要であり、コスト削減にも最も適しているのは、間違
いなくリチウム電池の２つの端子、即ち、正極（カソード）と負極（アノード）であり、
特にカソードである。現行のリチウム電池のカソードは、リチウム、各種遷移金属、及び
酸素の化合物を一般的に含む。初期の高性能リチウム電池は、１つの遷移金属、即ち、コ
バルトのみを使用した化学物質（いわゆる、ＬＣＯ電池、即ち、コバルト酸リチウム）で
あった。
【０００６】
最近では、ＬＭＮ（即ち、マンガンニッケル酸リチウム）、ＮＭＣ（ニッケルマンガン
コバルト酸リチウム）等のリチウム電池（即ち、式：ＬｉＭＯ
２
及びＬｉ
２
Ｍ’Ｏ
３
（式
中、Ｍは酸化状態が＋３の遷移金属であり、Ｍ’は酸化状態が＋４の遷移金属である）か
ら形成されたカソードを含む電池）が開発されている。コバルトは比較的希少で高価であ
り、ＬＣＯ電池は発火しやすいため、電池製造メーカーはコバルトの一部又は全部を鉄、
ニッケル、マンガン、チタン等のより豊富な遷移金属で代替しようと試みている。
【０００７】
例えば、ＵＳ２０１９／０２１２２６７には、前駆体材料から、ミクロン／ナノメート
ルオーダーのサイズを有するリチウム系化合物（例えば、ＬｉＦｅＰＯ
４
、ＬｉＭｎＰＯ
４
、ＬｉＦｅＭｎＰＯ
４
、ＬｉＭｎＮｉＯ
２
、Ｌｉ
４
Ｔｉ
５
Ｏ
１２
）等の小さな粒子を製
造することが開示されている。得られた小さな粒子は、電池を含む電気化学セルの電極材
料として使用される。
【０００８】
これらの化合物を作るには、遷移金属の酸化物と、（最初の例では）炭酸リチウム、更
には水酸化リチウム（一水和物として）を所望の比率で一緒に混合し、高温（８００～９
００℃）で何時間もかけて加熱し、得られる固体を非常に細かい粉末に粉砕し、次いで、
その粉末を薄い銅箔にコーティング（プリント）してカソードを形成する。
【０００９】
このような化合物のためのリチウムの主な供給源は、スポジュメン（リチア輝石）、及
びリチウムが豊富な金属ケイ酸塩鉱物を含む。本発明者は、ケイ酸塩鉱物からリチウムを
回収し、炭酸リチウム及び水酸化リチウムを製造するための改善されたプロセスの特許を
取得している（例えば、ＵＳ１０，１３１，９６８、ＣＮ１０６９０６３５９（両方とも
ＷＯ２０１７／１０６９２５に由来する））。このプロセスは、半世紀以上も前の技術を
改良したものである。ＷＯ２０１７／１０６９２５の関連内容は、参照により本明細書に
組み込まれる。
【００１０】
ＷＯ２０１７／１０６９２５のプロセスは、そのプロセスで使用される主要な化学物質
、即ち、硝酸に関する限り、「閉鎖的（ｃｌｏｓｅｄ）」である。ＷＯ２０１７／１０６
９２５のプロセスでは、プロセスに使用された硝酸を回収し、再利用するために再構成し
てもよい。また、ＷＯ２０１７／１０６９２５には、形成された硝酸リチウムを熱分解し
て、酸化リチウムと窒素酸化物を得て、窒素酸化物から硝酸を再形成してプロセスに再利
用してもよいことが記載されている。しかしながら、酸化リチウムは、電池製造において
処理が困難な材料であるため、ＷＯ２０１７／１０６９２５のプロセスでは、酸化リチウ
ムは、炭酸リチウム、水酸化リチウム及びリチウム金属（即ち、炭酸リチウム及び水酸化
リチウムの各々は、リチウム電池の製造のための業界仕様の化学物質であるため）を製造
する途中の中間体としてのみ形成されている。更に、ＷＯ２０１７／１０６９２５のプロ
セスでは、できるだけ多くの酸化リチウムが形成されるように、即ち、形成される炭酸リ
チウム及び水酸化リチウムの各々の形成量を最大化するようにしている。なお、炭酸リチ
ウムは、リチウム鉱石を精製するための他の既知のプロセスのいずれかを用いて都合よく
製造されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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