JP2000040513A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacture - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacture

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JP2000040513A
JP2000040513A JP11099176A JP9917699A JP2000040513A JP 2000040513 A JP2000040513 A JP 2000040513A JP 11099176 A JP11099176 A JP 11099176A JP 9917699 A JP9917699 A JP 9917699A JP 2000040513 A JP2000040513 A JP 2000040513A
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Japan
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secondary battery
electrolyte secondary
aqueous electrolyte
precursor
electrode active
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Japanese (ja)
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Shinzo Fujii
信三 藤井
Kazuhiro Yamada
和弘 山田
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Original Assignee
FDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost nonaqueous electrolyte secondary battery that has a high cycle characteristic and contributes to resource savings. SOLUTION: This nonaqueous electrolyte secondary battery uses a cubic garnet crystal expressed by a formula Na3M2Fe3O12 (M is an element capable of taking a form of the oxidation number + 6) as a precursor, and also uses a lithium containing composite oxide expressed by a formula (Na1-xLix)yM2Fe3 O12 (0.3<=x<=1.0, 2.5<=y<=3.0) made by replacing a part or all of Na of the precursor with Li as its positive electrode active material or negative electrode active material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液2次電池
に関し、より具体的には新規な電極活物質を使用した非
水電解液2次電池に関する。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a novel electrode active material.

【0002】[0002]

【従来の技術】非水電解液2次電池用の電極活物質とし
て様々な物質が実用化されている。正極活物質として
は、TiS、MoS、NbSeなどの金属カルコ
ゲン化物や、MnO、MoO、Vなどの酸化
物、LiCoO、LiNiO、LiMnなど
のリチウム含有金属酸化物などがある。
2. Description of the Related Art Various materials have been put to practical use as electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries. Examples of the positive electrode active material include metal chalcogenides such as TiS 2 , MoS 2 and NbSe 3 , oxides such as MnO 2 , MoO 3 and V 2 O 5, and lithium-containing materials such as LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMn 2 O 4. There are metal oxides and the like.

【0003】負極活物質としては、リチウム金属、リチ
ウムを吸蔵/放出できるAlなどの合金系、層間にリチ
ウムイオンを吸蔵する炭素系材料などがある。
Examples of the negative electrode active material include lithium metal, alloys such as Al capable of storing and releasing lithium, and carbon-based materials that store lithium ions between layers.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】非水電解液2次電池の
電極活物質に求められる性能として、サイクル性があ
る。この性能は、過充電/過放電にともなう劣化が少な
く、充放電を繰り返しても容量や電位の変化が少ないこ
とが望まれる。サイクル性は、電極活物質の結晶構造に
大きく依存することが知られている。良好なサイクル性
を得るためには、充放電によって結晶構造が変化しない
か、または変化してもサイクル性への影響が小さいか、
あるいは一回目の充電によって破壊された結晶構造がそ
の後も同じ構造で持続するような物質が必要となる。従
来の電極活物質において、上記の正極活物質は過充電/
過放電によって結晶構造が破壊されやすい。また、負極
活物質でも合金系や炭素系材料では同様の問題がある。
The performance required for the electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery is cyclability. It is desired that this performance has little deterioration due to overcharge / overdischarge and that there is little change in capacity and potential even after repeated charge and discharge. It is known that the cyclability greatly depends on the crystal structure of the electrode active material. In order to obtain good cyclability, whether the crystal structure does not change due to charge and discharge, or if the change has little effect on cyclability,
Alternatively, a substance is required in which the crystal structure destroyed by the first charge is maintained in the same structure thereafter. In the conventional electrode active material, the above-mentioned positive electrode active material is overcharged /
The crystal structure is easily broken by overdischarge. In addition, alloy-based and carbon-based materials have the same problem as the negative electrode active material.

【0005】一方、非水電解液2次電池に対してサイク
ル性など電池自体の性能の向上が求められているのに加
え、自然界に豊富にある素材を使用することで省資源に
寄与し、かつ電池自体の低コスト化をも達成しようとい
う試みがなされている。
On the other hand, in addition to the demand for non-aqueous electrolyte secondary batteries to improve the performance of the batteries themselves such as cycle characteristics, the use of materials abundant in nature contributes to resource saving, Attempts have also been made to reduce the cost of the battery itself.

【0006】本発明者は、安定した結晶構造を有するこ
とで知られている立方晶ガーネット結晶にまず着目し
た。さらに、自然界に豊富に存在する素材として鉄(F
e)を選択した。この2つの要件に基づいて種々の物質
を検証した結果、つぎの一般式(Na1−xLi
Fe12(ただし、0.3≦x≦1.0、2.
5≦y≦3.0)で示される新規な電極活物質が非水電
解液2次電池に適用できることを知見した。
[0006] The inventor first paid attention to a cubic garnet crystal known to have a stable crystal structure. In addition, iron (F
e) was selected. As a result of examining various substances based on these two requirements, the following general formula (Na 1-x Li x ) y
M 2 Fe 3 O 12 (provided that 0.3 ≦ x ≦ 1.0, 2 .
It has been found that the novel electrode active material represented by (5 ≦ y ≦ 3.0) can be applied to a nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0007】本発明はこの知見に基づきなされたもの
で、サイクル性が高く、省資源に寄与し、低コスト化を
達成できる非水電解液2次電池を提供することを目的と
している。
The present invention has been made based on this finding, and it is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which has high cyclability, contributes to resource saving, and can achieve low cost.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1の発明における非水
電解液2次電池は、一般式NaFe12(M
は酸化数+6の状態をとることができる元素)で示され
る立方晶ガーネット結晶を前駆体として、当該前駆体の
Naの一部あるいは全部をLiに置換してなる一般式
(Na1−xLiFe12(0.3≦x
≦1.0、2.5≦y≦3.0)で示されるリチウム含
有複合酸化物を正極活物質あるいは負極活物質として用
いている。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first invention has a general formula of Na 3 M 2 Fe 3 O 12 (M
Is a cubic garnet crystal represented by the formula (Na 1-x Li) in which a part or all of Na of the precursor is replaced with Li by using a cubic garnet crystal represented by the following formula: x ) yM 2 Fe 3 O 12 (0.3 ≦ x
≦ 1.0, 2.5 ≦ y ≦ 3.0) are used as the positive electrode active material or the negative electrode active material.

【0009】また、前記MをTeとした非水電解液2次
電池を第2の発明とした。なお、第1または第2の発明
において、前記xの値を1とした非水電解液2次電池を
第3の発明としている。
A second invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which M is Te. In the first or second invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the value of x is 1 is defined as a third invention.

【0010】第4の発明は、第2の発明における非水電
解液2次電池の製造方法であって、NaTeFe
12示される立方晶ガーネット結晶をイオン交換法に
よって(Na1−xLiTeFe12で示
されるリチウム複合酸化物を生成する工程を含むことと
した。第5の発明は、前記イオン交換法としてNa
Fe12とLiNOとの混合物を溶融反応さ
せる工程を含む非水電解液2次電池の製造方法とした。
A fourth invention is a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second invention, wherein Na 3 Te 2 Fe 3
The O 12 cubic garnet crystal represented was further comprising the step of generating a lithium composite oxide represented by the ion exchange method in (Na 1-x Li x) y Te 2 Fe 3 O 12. According to a fifth invention, Na 3 T is used as the ion exchange method.
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery including a step of melting and reacting a mixture of e 2 Fe 3 O 12 and LiNO 3 .

【0011】第6の発明は、前記NaFe
12で示される前駆体のNaとFeの原料について、N
aFeOのNaとFeを使用することとした非水電解
液2次電池の製造方法とした。また、前駆体NaTe
Fe12をこのNaFeOとTeOとの混合
物を670℃以上750℃以下で熱処理することで焼成
して得る工程を含む非水電解液2次電池の製造方法を第
7の発明としている。
In a sixth aspect of the present invention, the Na 3 M 2 Fe 3 O is used.
For the precursor Na and Fe raw materials represented by 12 ,
a A non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method using Na and Fe of aFeO 2 . In addition, the precursor Na 3 Te
As a seventh invention, a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery including a step of sintering 2 Fe 3 O 12 by subjecting a mixture of NaFeO 2 and TeO 2 to heat treatment at 670 ° C. or more and 750 ° C. or less as a seventh invention I have.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】===評価用電池=== 本発明による非水電解液2次電池の特性を評価するため
に評価用電池を作製した。図1はその評価用電池の実施
例を側断面図として示している。この評価用電池1は耐
有機電解液性のステンレス鋼板でできた電池ケース10
と、同じ材質の封口板11とをポリプロピレンのガスケ
ット12によって封止してなるコイン型電池1となって
いる。この電池1の内部には電池を構成する各部材が収
納されている。この構成部材は、具体的には、電池ケー
ス10の底に形成されたニッケルメッシュなどによる集
電体13と、この集電体13上に加圧成形された正極用
の電極合材14と、この電極合材14の上に積層されて
負極材料となる金属リチウム15と、両極を絶縁するた
めのポリプロピレン製の微孔性セパレータ16とを含ん
でいる。これによって、金属リチウム15の上に載置さ
れた封口板11が負極側となり、電池ケース10が正極
側となる。また、電池容器内には電解液としてエチレン
カーボネートとジエチルカーボネートの等容積混合溶媒
にLiPFを溶解させた1規定溶液が封入されてい
る。なお、評価用電池1の外形寸法は直径24mm、高
さ5mmである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION === Evaluation Battery === An evaluation battery was manufactured to evaluate the characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. FIG. 1 shows an embodiment of the evaluation battery in a side sectional view. The battery for evaluation 1 is a battery case 10 made of a stainless steel sheet having resistance to organic electrolyte.
And a sealing plate 11 made of the same material and sealed with a polypropylene gasket 12. Each member constituting the battery is housed inside the battery 1. Specifically, the constituent members include a current collector 13 formed of a nickel mesh or the like formed on the bottom of the battery case 10, a positive electrode mixture 14 formed on the current collector 13 by pressing, and Metal lithium 15 which is laminated on the electrode mixture 14 and serves as a negative electrode material, and a microporous separator 16 made of polypropylene for insulating both electrodes are included. Thus, the sealing plate 11 placed on the metallic lithium 15 becomes the negative electrode side, and the battery case 10 becomes the positive electrode side. Further, a 1 N solution of LiPF 6 dissolved in an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate is sealed as an electrolytic solution in the battery container. The external dimensions of the evaluation battery 1 are 24 mm in diameter and 5 mm in height.

【0013】電極合材14は、本発明の非水電解液2次
電池の重要な要件であり、一般式(Na1−xLi
Fe12(Mは酸化数+6の状態をとること
ができる元素、0.3≦x≦1.0、2.5≦y≦3.
0)で示されるリチウム含有複合酸化物を電極活物質と
している。本実施例では、この電極活物質を76wt
%、導電材としてアセチレンブラック20wt%、結着
剤としてポリテトラフルオロエチレン4wt%とを混合
して電極合材としている。そして、この電極合材14を
集電体13上に加圧成形した後、真空乾燥機によって1
×10−3atmの気圧で150℃/6時間減圧乾燥し
て正極としている。
The electrode mixture 14 is an important requirement of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and has the general formula (Na 1-x Li x )
y M 2 Fe 3 O 12 (M is an element capable of taking an oxidation number + 6 state, 0.3 ≦ x ≦ 1.0, 2.5 ≦ y ≦ 3.
The lithium-containing composite oxide represented by 0) is used as an electrode active material. In the present embodiment, this electrode active material is 76 wt.
%, Acetylene black 20 wt% as a conductive material, and polytetrafluoroethylene 4 wt% as a binder are mixed to form an electrode mixture. Then, after the electrode mixture 14 is pressure-formed on the current collector 13, the electrode mixture 14 is pressed by a vacuum dryer.
It dried under reduced pressure of 150C for 6 hours at a pressure of 10-3 atm to obtain a positive electrode.

【0014】なお、上記の電極活物質は約2.5vの電
位を有しており、組み合わせる対極側の電極活物質によ
って正極にも負極にも使用できる。正極に使用する場合
は評価用電池と同じようにリチウム金属などを負極に用
いる。このとき、平均電圧が2.5v程度の電池として
動作する。一方、上記電極活物質を負極に使用する場合
は、正極に電極活物質としてLiCoOやLiNiO
などのリチウム含有遷移金属酸化物を使用する。この
場合は約1.5vの平均電圧を有する電池として動作す
る。
The above-mentioned electrode active material has a potential of about 2.5 V, and can be used for both a positive electrode and a negative electrode depending on the electrode active material on the counter electrode side to be combined. When used for the positive electrode, lithium metal or the like is used for the negative electrode as in the case of the battery for evaluation. At this time, the battery operates as a battery having an average voltage of about 2.5 V. On the other hand, when the above-mentioned electrode active material is used for the negative electrode, LiCoO 2 or LiNiO 2
A transition metal oxide containing lithium such as 2 is used. In this case, it operates as a battery having an average voltage of about 1.5 V.

【0015】本実施例における評価用電池は、この電極
活物質を正極に使用するとともに、金属リチウム単体を
負極とすることで、該当の電極活物質のみの特性を正確
に評価できるようにしている。つぎに、この電極活物質
について説明する。
The battery for evaluation in the present embodiment uses this electrode active material for the positive electrode, and uses the metal lithium alone as the negative electrode, so that the characteristics of only the electrode active material concerned can be accurately evaluated. . Next, the electrode active material will be described.

【0016】===電極活物質=== (Na1−xLiFe12(Mは酸化数
+6の状態をとることができる元素、0<x≦1.0、
2.5≦y≦3.0)で示されるリチウム含有複合酸化
物による電極活物質は、NaFe12で示さ
る立方晶ガーネット型構造を有する前駆体を合成した
後、ナトリウム(Na)イオンをリチウム(Li)イオ
ンに交換することで得られる。本実施例では、Mとして
テルル(Te)を採用し、(Na1−xLiTe
Fe12を電極活物質として電極合材に適用し
た。この電極活物質は、具体的には、以下の生成プロセ
スを経て生成される。
=== Electrode active material === (Na 1-x Li x ) y M 2 Fe 3 O 12 (M is an element capable of taking an oxidation number + 6, 0 <x ≦ 1.0,
The electrode active material of the lithium-containing composite oxide represented by 2.5 ≦ y ≦ 3.0) is obtained by synthesizing a precursor having a cubic garnet-type structure represented by Na y M 2 Fe 3 O 12 and then adding sodium. It is obtained by exchanging (Na) ions for lithium (Li) ions. In this embodiment, tellurium (Te) is adopted as M, and (Na 1-x Li x ) 3 Te
2 Fe 3 O 12 was used as the electrode active material in the electrode mixture. This electrode active material is specifically produced through the following production process.

【0017】立方晶ガーネット構造を有する前駆体の
生成 まず、電極活物質となる目的のリチウム含有複合酸化物
を得るために前駆体として立方晶ガーネット構造を有す
るNaTeFe12を生成する。そのために、
NaCO、Fe、TeOをそれぞれ、 NaCO:Fe:TeO=3:3:4(モ
ル比) で乾式混合し、この混合物を静水圧プレスで1000k
g/cmの圧力をかけてペレットにする。このペレッ
トを大気雰囲気下で750℃/20時間焼成するとNa
TeFe12が得られる。
Production of Precursor Having Cubic Garnet Structure First, Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 having a cubic garnet structure was produced as a precursor in order to obtain a target lithium-containing composite oxide serving as an electrode active material. I do. for that reason,
Na 2 CO 3 , Fe 2 O 3 , and TeO 2 were dry-mixed with Na 2 CO 3 : Fe 2 O 3 : TeO 2 = 3: 3: 4 (molar ratio), respectively, and the mixture was subjected to isostatic pressing to 1000 k.
Pelletize by applying a pressure of g / cm 2 . When this pellet is fired at 750 ° C. for 20 hours in an air atmosphere,
3 Te 2 Fe 3 O 12 is obtained.

【0018】(Na1−xLiTeFe
12の生成 の方法によって得られた前駆体をイオン交換すること
で(Na1−xLiTeFe12を得る。
イオン交換の方法としては、硝酸リチウム溶融塩中で前
駆体を処理する方法や塩化リチウムのヘキサノール溶液
中で前駆体を処理する方法などがよく知られている。本
実施例では、イオン交換をより効率的に行える前者の方
法を採用している。具体的には、の方法によって生成
した前駆体をボールミルによって20μm以下程度に粉
砕/分級する。この粉末状の前駆体1モルに対し、10
モル量のLiNOを混合する。この混合物を白金るつ
ぼを用いて大気雰囲気下で加熱することで溶融反応さ
せ、目的の電極活物質(Na1−xLiTe
12を得る。本実施例では、この溶融反応におけ
る熱処理の条件(温度/時間)を変えることでイオン交
換の割合xを制御している。本実施例では、電極活物質
におけるxの値がそれぞれ異なる4種類の評価用電池
(電池A〜D)を作製して特性を比較した。
(Na1-xLix)3Te2Fe3O
12Exchanging the precursor obtained by the method of
With (Na1-xLix)3Te2Fe3O12Get.
The method of ion exchange is as follows:
How to treat the precursor and lithium chloride hexanol solution
A method of treating a precursor in a well-known method is well known. Book
In the embodiment, the former method can perform ion exchange more efficiently.
The law is adopted. Specifically, generated by the method of
The obtained precursor is ground to about 20 μm or less by a ball mill.
Crush / classify. For 1 mol of this powdery precursor, 10
Molar amount of LiNO3Mix. Put this mixture in platinum
Melting reaction is caused by heating under air atmosphere using
The desired electrode active material (Na1-xLix)3Te2F
e3O 12Get. In this embodiment, in this melting reaction,
Ion exchange by changing the heat treatment conditions (temperature / time)
The switching rate x is controlled. In this embodiment, the electrode active material
Types of evaluation batteries having different values of x in
(Batteries A to D) were prepared and the characteristics were compared.

【0019】 ===各評価用電池A〜Dのイオン交換条件=== <電池A>前駆体とLiNOの混合物を400℃/1
2時間溶融反応させてイオン交換を行った。イオン交換
後の組成をICP発光分光分析法で解析した結果、前駆
体中のナトリウムイオンが全てリチウムイオンに交換さ
れて、LiTeFe12(x=1)となってい
ることがわかった。このリチウム含有複合酸化物を電極
活物質として電極合材に適用し、電池Aを作製した。
=== Ion Exchange Conditions for Evaluation Cells A to D === <Battery A> A mixture of a precursor and LiNO 3 was heated at 400 ° C./1.
Melting reaction was performed for 2 hours to perform ion exchange. As a result of analyzing the composition after ion exchange by ICP emission spectroscopy, it was found that all of the sodium ions in the precursor were exchanged for lithium ions, resulting in Li 3 Te 2 Fe 3 O 12 (x = 1). all right. This lithium-containing composite oxide was applied to an electrode mixture as an electrode active material, to produce a battery A.

【0020】<電池B>イオン交換の処理条件を、30
0℃/6時間とした。その結果、(Na0.7Li
0.3TeFe12(x=0.3)の組成を
有する電極活物質が得られた。この電極活物質を使用し
て電池Bを作製した。
<Battery B> The ion exchange treatment conditions were set to 30
0 ° C./6 hours. As a result, (Na 0.7 Li
An electrode active material having a composition of 0.3 ) 3 Te 2 Fe 3 O 12 (x = 0.3) was obtained. Battery B was produced using this electrode active material.

【0021】<電池C>イオン交換の処理条件を、30
0℃/2時間とした。その結果、(Na0.8Li
0.2TeFe12(x=0.2)を得た。
この組成による電極活物質を使用して電池Cを作製し
た。
<Battery C> The ion exchange treatment conditions were set to 30
0 ° C./2 hours. As a result, (Na 0.8 Li
0.2 ) 3 Te 2 Fe 3 O 12 (x = 0.2) was obtained.
Battery C was produced using the electrode active material having this composition.

【0022】<電池D>比較用として、イオン交換を行
わず、分級した前駆体NaTeFe (x=
0)をそのまま電極合材に適用し、電池Dとした。表1
に電池A〜Dにおけるイオン交換の処理条件などを示し
た。
[0022] As <Battery D> comparative, without ion exchange precursor Na 3 were classified Te 2 Fe 3 O 1 2 ( x =
0) was applied to an electrode mixture as it was, to obtain a battery D. Table 1
Shows the ion exchange processing conditions and the like in the batteries A to D.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】===特性比較結果=== 上記条件に従って作製した電池A〜Eを室温で1週間エ
ージングした後、0.2mA/cmの電流で、充電の
終始電圧を4.3v、放電の終始電圧を2.0vとして
充放電試験を行った。
=== Characteristic Comparison Results === After aging the batteries A to E manufactured under the above conditions at room temperature for one week, the current was 0.2 mA / cm 2 , the charging voltage was 4.3 V, and the discharging was 4.3 V. The charging / discharging test was performed by setting the voltage throughout the test to 2.0 V.

【0025】図2は、上記条件に従った充放電を繰り返
したときの充電容量を示している。グラフの横軸は充放
電回数であり、縦軸は容量である。電池A、Bは電池と
して十分な容量を得た上で、20回充放電を繰り返して
もその容量がほとんど劣化していない。また、電池C、
Dは電池として機能していないことがわかる。したがっ
て、x≧0.3のとき電池として有効に動作することが
確認できた。なお、参考として電池Aの充放電時におけ
る容量−電位特性を図3に示した。
FIG. 2 shows the charge capacity when charging and discharging under the above conditions are repeated. The horizontal axis of the graph is the number of times of charging and discharging, and the vertical axis is the capacity. Batteries A and B have sufficient capacity as batteries, and their capacities are hardly deteriorated even after charging and discharging 20 times. Also, battery C,
It can be seen that D does not function as a battery. Therefore, it was confirmed that the battery operates effectively when x ≧ 0.3. FIG. 3 shows the capacity-potential characteristics at the time of charging and discharging of the battery A for reference.

【0026】 ===前駆体の生成方法における変更例=== 上記実施例では、前駆体NaTeFe12を生
成するために、NaCO、Fe、TeO
3つの物質を出発原料としているが、NaとFeについ
ては、1つの物質NaFeOを使用することもでき
る。それによって、原料となる物質の保管スペースを削
減することができる。また、前記3つの物質による生成
では所望の結晶相(立方晶ガーネット構造)以外の相も
若干生成され、X線回折による測定では約5%の異相成
分が混在していた。
=== Modification Example of Precursor Generation Method === In the above embodiment, in order to generate precursor Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 , Na 2 CO 3 , Fe 2 O 3 , and TeO 2 are used. These three substances are used as starting materials, but one substance, NaFeO 2 , can also be used for Na and Fe. Thereby, the storage space for the raw material can be reduced. In addition, a phase other than the desired crystal phase (cubic garnet structure) was slightly formed in the formation by the above three substances, and about 5% of a different phase component was mixed in the measurement by X-ray diffraction.

【0027】そこで、NaFeOを使用してNa
Fe12を生成し、所望の構造の前駆体の生成
率を調べた。実際の生成プロセスとしては、NaFeO
:TeO=3:2(モル比)で乾式混合し、この混
合物を静水圧プレスで1000kg/cmの圧力をか
けてペレットにする。このペレットを大気雰囲気下で熱
処理することでNaTeFe12を生成する。
なお、Teの原料としてはTeO以外にはTeO
Teの炭酸塩なども考えられる。
Therefore, Na 3 T is used by using NaFeO 3.
e 2 Fe 3 O 12 was produced, and the production rate of a precursor having a desired structure was examined. The actual production process involves NaFeO
3 : Dry mixing with TeO 2 = 3: 2 (molar ratio), and the mixture is pelletized by applying a pressure of 1000 kg / cm 2 with a hydrostatic press. This pellet is heat-treated in an air atmosphere to produce Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 .
In addition to TeO 2 , TeO 3 , Te carbonate and the like can be considered as Te raw materials.

【0028】上記プロセスにおいて、熱処理の条件(温
度/時間)を変えたときの立方晶ガーネット構造を有す
るNaTeFe12生成率を以下の表2に示し
た。
In the above process, the yield of Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 having a cubic garnet structure when the heat treatment conditions (temperature / time) are changed is shown in Table 2 below.

【0029】[0029]

【表2】 上記表中における条件3による熱処理では、焼成後の試
料が半溶融状態となり、NaTeOが主成分であっ
た。
[Table 2] In the heat treatment under the condition 3 in the above table, the sample after firing was in a semi-molten state, and Na 4 TeO 5 was a main component.

【0030】===その他=== 電極活物質(Na1−xLiFe12
おいて、yの値は電池を作製した時点であり、充放電を
行う前の値である。前駆体であるガーネット結晶はy=
3であるが、イオン交換によって電極活物質とすると結
晶構造に欠陥などが生じ、実際には2.5≦y≦3.0
の値となることが知られている。また、電池として動作
しているときはリチウムイオンの吸蔵/放出により2.
5≦y≦4となる。
=== Others === Electrode active material (Na 1-x Li x ) y In M 2 Fe 3 O 12 , the value of y is the time when the battery was manufactured, and is the value before charging and discharging. is there. The garnet crystal, which is a precursor, has y =
However, when the electrode active material is formed by ion exchange, a defect or the like occurs in the crystal structure, and actually 2.5 ≦ y ≦ 3.0.
Is known. In addition, when operating as a battery, 2.
5 ≦ y ≦ 4.

【0031】また、MとしてはTeの他にモリブデンM
o(モリブデン)、W(タングステン)などがある。T
eを含む電極活物質を使用した非水電解液2次電池が有
効に動作したことから、MをMoやWとしたリチウム含
有複合酸化物が非水電解液2次電池の電極活物質として
利用できることは容易に想像できる。
As for M, in addition to Te, molybdenum M
o (molybdenum) and W (tungsten). T
Since the nonaqueous electrolyte secondary battery using the electrode active material containing e has operated effectively, the lithium-containing composite oxide with M as Mo or W is used as the electrode active material for the nonaqueous electrolyte secondary battery. You can easily imagine what you can do.

【0032】[0032]

【発明の効果】一般式(Na1−xLiFe
12で示される電極活物質は、安定な結晶構造を有
するガーネット結晶を前駆体として生成される。そのた
め、この電極活物質を正極または負極に使用した非水電
解液2次電池は優れたサイクル性を得ることができる。
EFFECT OF THE INVENTION The general formula (Na 1-x Li x ) y M 2 Fe
The electrode active material represented by 3 O 12 is generated using a garnet crystal having a stable crystal structure as a precursor. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery using this electrode active material for a positive electrode or a negative electrode can obtain excellent cycle characteristics.

【0033】また、主成分として自然界に豊富に存在す
る鉄を使用している。そのため、省資源に寄与し、電池
の低コスト化を達成することができる。
Further, iron which is abundant in nature is used as a main component. Therefore, it is possible to contribute to resource saving and achieve a reduction in cost of the battery.

【0034】MとしてTeを用いることで有効に動作す
る非水電解液2次電池を得ることができる。さらに、x
=1とすることで、容量やサイクル性などの特性をより
向上させた高性能な非水電解液2次電池を達成すること
ができる。
By using Te as M, a non-aqueous electrolyte secondary battery that operates effectively can be obtained. Furthermore, x
By setting = 1, a high-performance non-aqueous electrolyte secondary battery with further improved characteristics such as capacity and cycleability can be achieved.

【0035】当該電極活物質は前駆体を硝酸リチウムと
溶融反応させるだけの簡単な処理で得られる。そのた
め、コストアップを招くことなく本発明の非水電解液2
次電池を製造することができる。
The electrode active material can be obtained by a simple treatment in which the precursor is melted and reacted with lithium nitrate. Therefore, the non-aqueous electrolyte 2 of the present invention can be produced without increasing the cost.
A secondary battery can be manufactured.

【0036】また、前駆体が含むNaとFeの原料とし
てNaFeOを使用することでNaとFeを含む原料
を個別に用意する必要がない。そのため、原材料を所定
の割合で均一に混合して生成処理するといった一連のプ
ロセスが、個別に原料を用意したときに比べて簡単にな
る。そのため、生産性が向上する。また、原材料の保管
スペースを削減できるという効果もある。
Further, by using NaFeO 2 as a raw material of Na and Fe contained in the precursor, it is not necessary to separately prepare a raw material containing Na and Fe. Therefore, a series of processes in which the raw materials are uniformly mixed at a predetermined ratio and the generation process is performed becomes simpler than when individual raw materials are prepared. Therefore, productivity is improved. There is also an effect that the storage space for raw materials can be reduced.

【0037】NaFeOとTeOの混合物を熱処理
する簡単なプロセスで前駆体NaTeFe12
を容易に得ることができ、熱処理の条件を650℃以上
750℃とすることで所望の結晶相をもつ前駆体を10
0%の生成率で得ることができ、不純物の混入による電
池の性能劣化を防止できる。また、不純物の分別作業を
なくし、また、原材料の使用効率も向上するので製造コ
ストを低下させることもできる。
The precursor Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 is prepared by a simple process of heat-treating a mixture of NaFeO 2 and TeO 2.
Can be easily obtained, and by setting the condition of the heat treatment to 650 ° C. or more and 750 ° C., a precursor having a desired crystal phase can be obtained at 10 ° C.
It can be obtained at a production rate of 0%, and can prevent the performance of the battery from deteriorating due to contamination by impurities. In addition, since there is no need to separate impurities, and the efficiency of use of raw materials is improved, manufacturing costs can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の非水電解液2次電池の特性を評価する
ための評価用電池の側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of an evaluation battery for evaluating characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

【図2】上記評価用電池における充放電回数−充放電容
量特性図である。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of times of charge / discharge and the charge / discharge capacity of the battery for evaluation.

【図3】FIG. 3

【図3】評価用電池Aの容量−電位特性図である。FIG. 3 is a capacity-potential characteristic diagram of an evaluation battery A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 評価用電池 14 電極合材 15 金属リチウム 1 evaluation battery 14 electrode mixture 15 metallic lithium

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式NaFe12(Mは酸
化数+6の状態をとることができる元素)で示される立
方晶ガーネット結晶を前駆体とし、当該前駆体のNaの
一部あるいは全部をLiに置換してなる一般式(Na
1−xLi Fe12(0.3≦x≦1.
0、2.5≦y≦3.0)で示されるリチウム含有複合
酸化物を正極活物質あるいは負極活物質として用いるこ
とを特徴とする非水電解液2次電池。
1. A compound of the general formula Na3M2Fe3O12(M is an acid
Element that can assume the state of chemical number +6)
Using a cubic garnet crystal as a precursor, Na of the precursor
A general formula (Na) obtained by partially or entirely substituting Li
1-xLix) yM2Fe3O12(0.3 ≦ x ≦ 1.
0, 2.5 ≦ y ≦ 3.0)
Use of oxides as positive or negative electrode active materials
And a non-aqueous electrolyte secondary battery.
【請求項2】 請求項1において、前記MをTeとする
ことを特徴とする非水電解液2次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein M is Te.
【請求項3】 請求項1または2において、前記xの値
と1とすることを特徴とする非水電解液2次電池。
3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the value of x is 1.
【請求項4】 請求項2に記載の非水電解液2次電池の
製造方法であって、NaTeFe12で示され
る立方晶ガーネット結晶をイオン交換法によって処理す
ることで(Na1−xLiTeFe12
示されるリチウム複合酸化物を生成する工程を含むこと
を特徴とする非水電解液2次電池の製造方法。
4. The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the cubic garnet crystal represented by Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 is treated by an ion exchange method. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of producing a lithium composite oxide represented by Na 1-x Li x ) y Te 2 Fe 3 O 12 .
【請求項5】 請求項4において、前記イオン交換法と
してNaTeFe12とLiNOとの混合物
を溶融反応させる工程を含むことを特徴とする非水電解
液2次電池の製造方法。
5. The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, further comprising a step of melting and reacting a mixture of Na 3 Te 2 Fe 3 O 12 and LiNO 3 as the ion exchange method. Method.
【請求項6】 請求項1または2に記載の非水電解液2
次電池の製造方法であって、NaFeOが含むNaと
Feを前記前駆体が含むNaとFeの原料として使用し
て当該前駆体を生成する工程を含むことを特徴とする非
水電解液2次電池の製造方法。
6. The non-aqueous electrolyte 2 according to claim 1 or 2.
A method for manufacturing a secondary battery, comprising a step of using Na and Fe contained in NaFeO 2 as raw materials of Na and Fe contained in the precursor to generate the precursor, wherein the non-aqueous electrolyte 2 Manufacturing method of secondary battery.
【請求項7】 請求項2に記載の非水電解液2次電池の
製造方法であって、前記前駆体NaTeFe
12をNaFeOとTeOとの混合物を670℃以
上750℃以下で熱処理することで焼成して得る工程を
含むことを特徴とする非水電解液2次電池の製造方法。
7. The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the precursor Na 3 Te 2 Fe 3 O is used.
12. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of sintering the mixture of No. 12 and NaFeO 2 and TeO 2 by heat treatment at 670 ° C. or more and 750 ° C. or less.
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