JP2005108826A - Lithium-containing substance and method of manufacturing non-aqueous electrolyte electrochemical cell - Google Patents

Lithium-containing substance and method of manufacturing non-aqueous electrolyte electrochemical cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing lithium-containing substance possible easily manufacturable in a short time and with low cost, and a method of manufacturing non-aqueous electrolyte electrochemical cell having a large discharge capacity and good high rate electric discharge performance using the lithium-containing substance obtained by the method. <P>SOLUTION: In a method of manufacturing lithium-containing substance, solution made by dissolving metal lithium and polycyclic aromatic compound in chain-like monoether is made to contact with the material containing at least one sort of element chosen from transition metals of the long period periodic table, 13 group metals, 14 group metals and 15 group metals absorb lithium in the material. Further, in a method of manufacturing non-aqueous electrolyte electrochemical cell, the electrode containing the lithium-containing substance obtained by the former method is used. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はリチウム含有物質およびそれを含む非水電解質電気化学セルの製造方法
に関するものである。
The present invention relates to a lithium-containing material and a method for producing a non-aqueous electrolyte electrochemical cell containing the same.

近年、携帯電話およびデジタルカメラなどの電子機器の電源として、小形で軽量なリチウムイオン二次電池が広く用いられている。このような電子機器の多機能化が著しく進んでいるため、電池のエネルギー密度の向上がより一層期待されている。   In recent years, small and lightweight lithium ion secondary batteries have been widely used as power sources for electronic devices such as mobile phones and digital cameras. Since the multi-functionalization of such electronic devices is remarkably advanced, further improvement in the energy density of the battery is expected.

現在、実用化されているリチウムイオン二次電池の正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物が、負極活物質として炭素材料が主に用いられている。他の正極活物質の候補として、TiS、MoS、MnO、Vなどがあり、これらは現在、実用化のために研究されている。しかしながら、これらの正極活物質には充放電反応に寄与するリチウムが含まれていない。したがって、リチウムイオン電池を作製するためにはこれらの正極活物質はリチウムを含む負極活物質と組み合わせなければならないという問題があった。 Currently, lithium transition metal oxides are mainly used as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries in practical use, and carbon materials are mainly used as negative electrode active materials. Other positive electrode active material candidates include TiS 2 , MoS 2 , MnO 2 , and V 2 O 5 , and these are currently being studied for practical use. However, these positive electrode active materials do not contain lithium that contributes to the charge / discharge reaction. Therefore, in order to produce a lithium ion battery, there is a problem that these positive electrode active materials must be combined with a negative electrode active material containing lithium.

リチウムを含む負極活物質の一つとしては金属リチウムやリチウム合金が挙げられるが、これらはサイクル性能が劣るために使用することができなかった。また、負極活物質として炭素材料を用いる場合でも、あらかじめこれにリチウムを含有させる必要があった。   One example of the negative electrode active material containing lithium is metallic lithium or a lithium alloy, but these cannot be used because of poor cycle performance. Moreover, even when using a carbon material as a negative electrode active material, it was necessary to make this contain lithium beforehand.

このリチウム含有炭素材料LixC(X>0)を製造するためには、Liイオンを含む電解液中で、金属リチウムなどの適当な対極を使用して充電するという、特許文献1に開示されているような電気化学的方法を用いる必要があった。この方法は、あらかじめ炭素材料を用いた電極を作製して、通電しなければならない。したがって、リードの取り付けなどの煩雑な作業や電圧・電流制御をするため装置が必要であり、製造コストも高くなる。 In order to produce this lithium-containing carbon material LixC (X> 0), it is disclosed in Patent Document 1 that is charged using an appropriate counter electrode such as metallic lithium in an electrolytic solution containing Li + ions. There was a need to use an electrochemical method. In this method, an electrode using a carbon material must be prepared in advance and energized. Therefore, a complicated apparatus such as attaching a lead and a device for controlling voltage and current are necessary, and the manufacturing cost is increased.

また、LixC(X>0)は、金属リチウム粉末と同様に、水分や空気に対して極めて不安定であり、取り扱いにも問題があった。また、特許文献2に記載されているような金属リチウムを直接電極に貼り付ける方法は工程が複雑で時間を要するという問題があった。   Further, LixC (X> 0), like the metal lithium powder, is extremely unstable with respect to moisture and air, and has a problem in handling. Further, the method of directly attaching metallic lithium to the electrode as described in Patent Document 2 has a problem that the process is complicated and time is required.

一方、負極活物質としてリチウムを含有しない炭素材料を用いることができるなら、電気化学的方法や金属リチウムの電極への貼り付けは必要ない。しかしながら、この場合、正極活物質に充放電反応に寄与するリチウムを含ませておかなければならない。   On the other hand, if a carbon material not containing lithium can be used as the negative electrode active material, there is no need for an electrochemical method or attachment of metallic lithium to the electrode. However, in this case, the positive electrode active material must contain lithium that contributes to the charge / discharge reaction.

そこでリチウムを含有した正極活物質を得るためには、LixC(X>0)の製造方法と同様に、Liイオンを含む電解液中で、金属リチウム板などの適当な対極を使用して放電するという電気化学的方法を用いる必要があった。この場合、複雑で長時間を要するその電気化学的方法と同様の問題があった。 Therefore, in order to obtain a positive electrode active material containing lithium, similarly to the method for producing LixC (X> 0), discharge is performed using an appropriate counter electrode such as a metal lithium plate in an electrolyte containing Li + ions. There was a need to use an electrochemical method. In this case, there is a problem similar to the electrochemical method which is complicated and takes a long time.

特許文献3および特許文献4には、LiCoOやLiNiOなどのリチウム含有物質を正極に、炭素材料を負極に用いたセルにおいて、炭素材料の不可逆容量に相当するリチウムをこれらの正極活物質に化学的に吸蔵して、その容量を低減することが記載されている。しかしながら、これらの特許では、不可逆反応に消費されるリチウムを補うのに対して、リチウムを含まない材料へ吸蔵したリチウムを正極あるいは負極の充放電反応に利用することについては検討されておらず、その効果などについてはまったく不明であった。 In Patent Document 3 and Patent Document 4, in a cell using a lithium-containing material such as LiCoO 2 or LiNiO 2 as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode, lithium corresponding to the irreversible capacity of the carbon material is used as these positive electrode active materials. It is described that it occludes chemically to reduce its capacity. However, in these patents, the lithium consumed in the irreversible reaction is supplemented, whereas the use of lithium occluded in the lithium-free material for the charge / discharge reaction of the positive electrode or the negative electrode is not considered. The effect was completely unknown.

容易で、短時間で、低コストのリチウムの吸蔵方法を確立できればほかにも利点がある。最近では、炭素材料を使用した負極の利用率がその理論容量近くにまで至っていることから、今後のリチウムイオン電池の放電容量を向上させることは、困難な状況になってきている。そこで、炭素材料に置き代わる大きな放電容量をもつ負極活物質の研究が盛んにおこなわれている。   There are other advantages if an easy, short-time, low-cost lithium storage method can be established. Recently, since the utilization factor of the negative electrode using the carbon material has reached the theoretical capacity, it is difficult to improve the discharge capacity of the lithium ion battery in the future. Therefore, active research has been conducted on negative electrode active materials having a large discharge capacity to replace carbon materials.

その活物質の一つとして、特許文献5では一酸化珪素が挙げられている。しかし、一酸化珪素を用いた電極の充電にともなう体積膨張の程度が大きいために電池の厚みが膨れるといった問題があった。ほかにも、二酸化錫、一酸化錫および一酸化亜鉛などの高容量負極活物質についても充電にともなう体積膨張の問題があった。   As one of the active materials, Patent Document 5 mentions silicon monoxide. However, there is a problem in that the thickness of the battery increases due to the large volume expansion associated with the charging of the electrode using silicon monoxide. In addition, high capacity negative electrode active materials such as tin dioxide, tin monoxide, and zinc monoxide also have a problem of volume expansion accompanying charging.

この問題を解決する方法の一つとして、電池を組み立てる前にあらかじめリチウムを活物質に吸蔵して、体積を膨張させておけば、組み立てたあとの、電池の膨れの程度を低減することができる。このことからも、容易で、短時間で、低コストのリチウムの吸蔵方法を確立することは非常に重要である。   One way to solve this problem is to store the lithium in the active material in advance and swell the volume before assembling the battery, so that the degree of swelling of the battery after assembly can be reduced. . For this reason, it is very important to establish an easy, short-time, and low-cost lithium storage method.

特開2002−075454号公報JP 2002-075454 A 特開2002−075454号公報JP 2002-075454 A 特許第3227771号公報Japanese Patent No. 3227771 特開平8―203525号公報JP-A-8-203525 特開平8−130011号公報JP-A-8-130011

リチウムを含まない材料へ充放電反応に寄与するリチウムを吸蔵して活物質として利用するための製造方法が望まれている。また、この活物質を含む電池やキャパシターなどの非水電解質電気化学セルが望まれている。また、非水電解質電気化学セルにおいて、SiO、SnO、SnO、ZnOなどの高容量負極活物質を使用した電極は充電にともなう体積の膨張が大きいために電池が膨れるという問題は未解決であった。 There is a demand for a production method for storing lithium that contributes to charge / discharge reaction into a material that does not contain lithium and using it as an active material. In addition, nonaqueous electrolyte electrochemical cells such as batteries and capacitors containing this active material are desired. Further, in a non-aqueous electrolyte electrochemical cell, an electrode using a high-capacity negative electrode active material such as SiO, SnO 2 , SnO, or ZnO has an unsolved problem that the battery swells due to a large volume expansion due to charging. It was.

本発明はこれらの問題を解決するためのリチウム含有物質およびそれを含む非水電解質電気化学セルの製造方法を提供する。   The present invention provides a lithium-containing material and a method for producing a non-aqueous electrolyte electrochemical cell including the same to solve these problems.

請求項1の発明は、リチウム含有物質の製造方法において、金属リチウムと多環芳香族化合物とを鎖状モノエーテルに溶解した溶液と、長周期型周期表の遷移金属、13族金属、14族金属、15族金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料(M)とを接触させてその材料(M)にリチウムを吸蔵することを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a lithium-containing material, a solution in which metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in a linear monoether, A material (M) containing at least one element selected from a metal and a group 15 metal is brought into contact with the material (M) to store lithium.

請求項2の発明は、請求項1の発明のリチウム含有物質の製造方法において、前記鎖状モノエーテルが非対称の分子構造であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a lithium-containing material of the first aspect, the chain monoether has an asymmetric molecular structure.

請求項3の発明は、請求項2の発明のリチウム含有物質の製造方法において、前記鎖状モノエーテルが1-メトキシブタンであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method for producing a lithium-containing material according to the second aspect, the chain monoether is 1-methoxybutane.

請求項4の発明は、請求項1の発明のリチウム含有物質の製造方法において、前記多環芳香族化合物がナフタレン、フェナンスレン、およびアントラセンのうち少なくとも一つであることを特徴とする。   The invention of claim 4 is the method for producing a lithium-containing material of the invention of claim 1, wherein the polycyclic aromatic compound is at least one of naphthalene, phenanthrene, and anthracene.

請求項5の発明は、請求項1の発明のリチウム含有物質の製造方法において、その材料(M)がSiO、GeO、GeO、PbO、PbO、Pb、Pb、Sb、Sb、Sb、Bi、Bi、Bi、SnO、SnO、SnSi0.011.09、SnGe0.011.09、SnPb0.011.09、SnP0.011.09、SnB、SnSiAl0.20.20.3、In、TlO、Tl、SnS、SnS、GeS、GeS、Sb、Si、AlN、CoO、Co、Co、NiO、TiO、TiO、MnO、CuO、CuO、ZnO、CoS、Mn3P、Co3P、FeP、As、V、V、V、CrO,Cr、Mn、Mn、MnO、Fe、Fe、FeO、FeS、CoS、TiS、FePO、CoPO、MnPO、NiF、CoFから選択される少なくとも1種であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the method for producing a lithium-containing substance according to claim 1, wherein the material (M) is SiO, GeO, GeO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb. 2 O 3, Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5, SnO, SnO 2, SnSi 0.01 O 1.09, SnGe 0.01 O 1. 09, SnPb 0.01 O 1.09, SnP 0.01 O 1.09, SnB 2 O 4, SnSiAl 0.2 P 0.2 O 0.3, In 2 O 3, Tl 2 O, Tl 2 O 3, SnS, SnS 2, GeS , GeS 2, Sb 2 S 5, Si 3 N 4, AlN, CoO, Co 3 O 4, Co 2 O 3, NiO, TiO 2, TiO, MnO, CuO, Cu 2 O , ZnO, C S, Mn 3 P, Co 3 P, Fe 3 P, As 2 O 3, V 2 O 3, V 2 O 4, V 2 O 5, CrO 3, Cr 2 O 3, Mn 2 O 3, Mn 3 O 4 , at least one selected from MnO 2 , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , FeO, FeS 2 , CoS 2 , TiS 2 , FePO 4 , CoPO 4 , MnPO 4 , NiF 3 , and CoF 3 It is characterized by.

請求項6の発明は、請求項5の発明のリチウム含有物質の製造方法において、前記材料(M)がSiOであることを特徴とする。   The invention of claim 6 is the method for producing a lithium-containing substance of the invention of claim 5, wherein the material (M) is SiO.

請求項7の発明は、請求項5の発明のリチウム含有物質の製造方法において、前記材料(M)がFePO、CoPO、MnPOから選択される少なくとも1種であることを特徴とする。 The invention of claim 7 is the method for producing a lithium-containing substance of the invention of claim 5, wherein the material (M) is at least one selected from FePO 4 , CoPO 4 , and MnPO 4 .

請求項8の発明は、非水電解質電気化学セルの製造方法において、請求項1〜7の発明の製造方法によって得られたリチウム含有物質を含む電極を用いることを特徴とする。   The invention of claim 8 is characterized in that, in the method for producing a non-aqueous electrolyte electrochemical cell, an electrode containing a lithium-containing substance obtained by the production method of claims 1 to 7 is used.

本発明により、金属リチウムと多環芳香族化合物とを鎖状モノエーテルに溶解した溶液と材料(M)とを接触させるという、容易で、短時間で、低コストの、リチウムを含まない材料(M)にリチウムを吸蔵させる、リチウム含有物質の製造方法を提供すことができる。また、材料(M)にリチウムを含有させた物質を活物質に用いることにより、大きな放電容量と良好な高率放電性能を示す非水電解質電気化学セルの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, an easy, short-time, low-cost lithium-free material (M) is brought into contact with a solution obtained by dissolving metallic lithium and a polycyclic aromatic compound in a chain monoether. A method for producing a lithium-containing material, in which lithium is occluded in M), can be provided. Moreover, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell which shows a large discharge capacity and favorable high-rate discharge performance can be provided by using the substance which contained lithium in the material (M) for an active material.

本発明のリチウム含有物質の製造方法は、金属リチウムと多環芳香族化合物とを鎖状モノエーテルに溶解した溶液(以下「溶液S」と略す)と、長周期型周期表の遷移金属、13族元素、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Biから選ばれた少なくとも1種を含む材料(以下「材料M」と略す)とを接触させて材料Mにリチウムを吸蔵させるものである。   The method for producing a lithium-containing substance of the present invention comprises a solution in which metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in a chain monoether (hereinafter abbreviated as “solution S”), a transition metal of a long-period periodic table, A material M containing at least one selected from the group elements Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi (hereinafter abbreviated as “material M”) is made to occlude lithium in the material M .

さらに電池やキャパシターなどの非水電解質電気化学セルにおいて、本発明の製造方法で得られたリチウム含有物質を含む電極を備えるものである。   Furthermore, a non-aqueous electrolyte electrochemical cell such as a battery or a capacitor is provided with an electrode containing a lithium-containing substance obtained by the production method of the present invention.

材料Mと溶液Sとを接触させることにより得られるリチウム含有物質は、電気化学的にリチウムを吸蔵・放出することが可能となるため、これを含む電極を用いることにより非水電解質電気化学セルを作製することができる。   Since the lithium-containing substance obtained by bringing the material M and the solution S into contact with each other can electrochemically occlude and release lithium, a non-aqueous electrolyte electrochemical cell can be formed by using an electrode including the lithium. Can be produced.

材料Mに含まれる元素としては、非水電解質電気化学セルの充放電特性が良好なことから、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Nb、Si、Ge、Sn、PbおよびSbを用いることが好ましい。さらに、好ましくはMn、Fe、Co、およびSiである。   The elements contained in the material M include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Nb, Si, Ge, Sn, and Pb because the charge / discharge characteristics of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell are good. And Sb are preferably used. Further, Mn, Fe, Co, and Si are preferable.

材料Mを溶液Sと接触させたのちに電極を作製しても、電極を作製したのちに、その電極と溶液Sとを接触させても、いずれでもかまわない。   Either the electrode may be produced after the material M is brought into contact with the solution S, or the electrode and the solution S may be brought into contact after the electrode is produced.

金属リチウムおよび多環芳香族化合物とを鎖状モノエーテルに溶解すると、金属リチウムから多環芳香族化合物に電子が移動してそのアニオンとリチウムイオンが生成して錯溶液となる。したがって、この溶液S中には金属リチウムがすべて溶解した場合は、リチウムイオン、多環芳香族化合物、多環芳香族化合物のアニオン、および溶媒を含む。金属リチウムが一部のみ溶解した場合は、金属リチウム、リチウムイオン、多環芳香族化合物、多環芳香族化合物のアニオン、および溶媒を含む。次に多環芳香族化合物のアニオンから、材料Mに電子が移動すると同時にリチウムイオンが材料Mに吸蔵される。このとき、多環芳香族化合物のアニオンは多環芳香族化合物にもどることから、リチウムの吸蔵反応において触媒の役割をもつ。   When metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in a chain monoether, electrons move from the metallic lithium to the polycyclic aromatic compound to form anions and lithium ions to form a complex solution. Accordingly, when all of the metallic lithium is dissolved in the solution S, it contains lithium ions, polycyclic aromatic compounds, anions of polycyclic aromatic compounds, and solvents. When only a part of metallic lithium is dissolved, it contains metallic lithium, lithium ions, polycyclic aromatic compounds, anions of polycyclic aromatic compounds, and solvents. Next, electrons move from the anion of the polycyclic aromatic compound to the material M, and at the same time, lithium ions are occluded in the material M. At this time, since the anion of the polycyclic aromatic compound returns to the polycyclic aromatic compound, it has a catalytic role in the lithium occlusion reaction.

溶液Sにおいて、リチウムの濃度は0.07g/dmから飽和までの範囲が好ましい。その濃度が0.07g/dmよりも小さいと、吸蔵時間が長くなるという問題が生じる。吸蔵時間を短くするためには、リチウムの濃度を飽和とすることがより好ましい。 In the solution S, the lithium concentration is preferably in the range from 0.07 g / dm 3 to saturation. When the concentration is smaller than 0.07 g / dm 3, there arises a problem that the storage time becomes long. In order to shorten the storage time, it is more preferable to saturate the lithium concentration.

また、溶液Sにおける多環芳香族化合物の濃度は0.005〜2.0 mol/dmが好ましい。より好ましくは0.005〜0.25 mol/dmであり、さらに好ましくは0.005〜0.01 mol/dmである。多環芳香族化合物の濃度が0.005mol/dmより小さいと、吸蔵時間が長くなるという問題が生じる。一方、濃度が2.0mol/dmより大きいと、多環芳香族化合物が溶液中に析出するという問題が生じる。 Further, the concentration of the polycyclic aromatic compound in the solution S is preferably 0.005 to 2.0 mol / dm 3 . More preferably, it is 0.005-0.25 mol / dm < 3 >, More preferably, it is 0.005-0.01 mol / dm < 3 >. When the concentration of the polycyclic aromatic compound is less than 0.005 mol / dm 3 , there arises a problem that the occlusion time becomes long. On the other hand, when the concentration is larger than 2.0 mol / dm 3 , there arises a problem that the polycyclic aromatic compound is precipitated in the solution.

溶液Sと材料Mとを接触させる時間は特に制限されない。しかしながら、材料Mにリチウムを十分に吸蔵するためには、0.5分以上必要であり、0.5分〜240時間が好ましく、0.5分〜72時間がより好ましい。   The time for bringing the solution S and the material M into contact is not particularly limited. However, in order to fully occlude lithium in the material M, 0.5 minute or more is necessary, 0.5 minutes to 240 hours are preferable, and 0.5 minutes to 72 hours are more preferable.

なお、溶液Sに材料Mを浸漬させる場合、溶液Sを攪拌することによって、リチウムの吸蔵速度を大きくすることができる。また、溶液Sの温度を高くする方が吸蔵速度を大きくすることができるが、溶液を沸騰させないためには、鎖状モノエーテルの沸点以下の温度とすることが好ましい。   In addition, when the material M is immersed in the solution S, the occlusion speed of lithium can be increased by stirring the solution S. Further, although the occlusion speed can be increased by increasing the temperature of the solution S, it is preferable to set the temperature below the boiling point of the chain monoether so as not to boil the solution.

本発明に用いる材料Mとしては、GeO、GeO、PbO、PbO、Pb、Pb、Sb、Sb、Sb、Bi、Bi、Bi、SnO、SnO、SnSi0.011.09、SnGe0.011.09、SnPb0.011.09、SnP0.011.09、SnB、SnSiAl0.20.20.3、In、TlO、Tl、Asなどの酸化物、SnS、SnS、GeS、GeS、Sbなどの硫化物、Si、AlNなどの窒化物のような、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、SbおよびBiから選択される少なくとも1種の元素を含む化合物、またはこれらの化合物にN、P、F、Cl、Br、I、Sなどの典型非金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、Wなどの遷移金属元素から選択される少なくとも1種を含有する物質が挙げられる。 The material M to be used in the present invention, GeO, GeO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , SnO, SnO 2 , SnSi 0.01 O 1.09 , SnGe 0.01 O 1.09 , SnPb 0.01 O 1.09 , SnP 0.01 O 1.09 , SnB 2 O 4 , SnSiAl 0.2 P 0.2 O 0.3 , In 2 O 3 , oxides such as Tl 2 O, Tl 2 O 3 , As 2 O 3 , SnS, SnS 2 , GeS, GeS 2 At least selected from Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb and Bi, such as sulfides such as Sb 2 S 5 , nitrides such as Si 3 N 4 , AlN Containing one element Compounds, or these compounds include typical non-metallic elements such as N, P, F, Cl, Br, I, and S, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Examples include substances containing at least one selected from transition metal elements such as Ta, Hf, Nb, and W.

なかでも、SiO(0≦x<2)で表される酸化物はエネルギー密度の向上に寄与できるため、より好ましい。この酸化物にN、P、F、Cl、Br、I、Sなどの典型非金属元素、Mg、Al、Ca、Ga、Ge、Sn、Pb、Biなどの典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、Wなどの遷移金属元素の少なくとも1種を含有してもよい。 Among these, an oxide represented by SiO x (0 ≦ x <2) is more preferable because it can contribute to an improvement in energy density. Typical non-metallic elements such as N, P, F, Cl, Br, I, and S, typical metallic elements such as Mg, Al, Ca, Ga, Ge, Sn, Pb, and Bi, Sc, Ti, and V , Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, and W may be included.

なお、SiO(0≦x<2)で表される酸化物の中では、SiOおよびSiの両相を含む材料を使用することが好ましい。さらに、CuKα線を用いたX線回折分析において、46°〜49°の範囲に現れる主回折ピーク(2θ)の半値幅をBとするとき、B<3°であることが好ましい。 Incidentally, in the oxide represented by SiO x (0 ≦ x <2 ) , it is preferable to use a material containing both phases of SiO 2 and Si. Furthermore, in X-ray diffraction analysis using CuKα rays, it is preferable that B <3 °, where B is the half width of the main diffraction peak (2θ) appearing in the range of 46 ° to 49 °.

さらに、本発明に用いる材料MとしてはCoO、Co、Co、CoPO、NiO、TiO、TiO、V、V、V、CrO,Cr、MnO、MnO、Mn、Mn、FeO、Fe、Fe、CuO、CuO、ZnOなどから選択される少なくとも1種の遷移金属酸化物、CoF、NiFなどのフッ化物、TiS、FeS、CoSなどの硫化物、FeNなどの窒化物、Mn3P、Co3P、FePなどのリン化物、またはこれらの化合物にB、N、P、F、Cl、Br、Iなどの典型非金属元素、Mg、Al、Ca、Ga、Ge、Sn、Pb、Biなどの典型金属元素の少なくとも1種を含有する物質が挙げられる。 Furthermore, as the material M used in the present invention, CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , CoPO 4 , NiO, TiO 2 , TiO, V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , CrO 3 , At least one transition metal selected from Cr 2 O 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CuO, Cu 2 O, ZnO and the like. Oxides, fluorides such as CoF 3 , NiF 3 , sulfides such as TiS 2 , FeS 2 , CoS, nitrides such as Fe 3 N, phosphides such as Mn 3 P, Co 3 P, Fe 3 P, or These compounds contain at least one of typical non-metallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I, and typical metallic elements such as Mg, Al, Ca, Ga, Ge, Sn, Pb, and Bi. Substances to be mentioned .

これらの材料Mは単独でまたは二種以上を混合して使用することができる。また、高結晶性からアモルファスまで使用することができる。さらに、形態は粉末、膜状、繊維、多孔体などでも使用することができる。   These materials M can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, it can be used from high crystallinity to amorphous. Further, the form can be used in the form of powder, film, fiber, porous body and the like.

材料Mは炭素材料との複合体を形成して使用することができる。この複合体として、材料Mの表面を炭素材料で被覆したもの、材料Mと炭素材料とを混合して造粒したもの、および材料Mと炭素材料とを混合して造粒した粒子の表面を炭素材料で被覆したものなどが挙げられる。   The material M can be used by forming a composite with a carbon material. As this composite, the surface of the material M coated with a carbon material, the material M mixed with the carbon material and granulated, and the surface of the particle granulated by mixing the material M and the carbon material Examples thereof include those coated with a carbon material.

炭素材料で被覆する方法としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレンあるいはアセチレンなどを炭素源として気相中で分解し、粒子の表面に化学的に蒸着させるCVD方法、ピッチ、タールまたはフルフリルアルコールなどの熱可塑性樹脂と混合した後に焼成する方法、または粒子と炭素材料との間に機械的な反応を用いた方法などで製造できる。なかでも、均一に炭素材料を被覆できることからCVD法を用いることが好ましい。   As a method of coating with a carbon material, a CVD method in which benzene, toluene, xylene, methane, ethane, propane, butane, ethylene or acetylene is decomposed in a gas phase using a carbon source and chemically deposited on the surface of the particles, It can be produced by a method of firing after mixing with a thermoplastic resin such as pitch, tar or furfuryl alcohol, or a method using a mechanical reaction between particles and a carbon material. Of these, the CVD method is preferably used because the carbon material can be uniformly coated.

本発明のリチウム含有物質を含む電極を、非水電解質電気化学セルの正極のみ、負極のみまたは正極と負極の両方に使用することができる。   The electrode containing the lithium-containing material of the present invention can be used for only the positive electrode of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell, only the negative electrode, or both the positive electrode and the negative electrode.

リチウム含有物質を含む電極を非水電解質電気化学セルの正極にのみ使用した場合は、負極活物質としては特に制限はなく、黒鉛や非晶質炭素などの炭素材料、酸化物、窒化物などの種々の材料を使用できる。   When an electrode containing a lithium-containing material is used only for the positive electrode of a nonaqueous electrolyte electrochemical cell, the negative electrode active material is not particularly limited, and carbon materials such as graphite and amorphous carbon, oxides, nitrides, etc. Various materials can be used.

リチウム含有物質を含む電極を非水電解質電気化学セルの負極にのみ使用した場合は、正極活物質としては特に制限はなく、二酸化マンガン、五酸化バナジウムのような遷移金属酸化物や、硫化鉄、硫化チタンのような遷移金属カルコゲン化合物、さらに、活性炭や黒鉛などの炭素材料のような種々の材料を使用できる。   When an electrode containing a lithium-containing material is used only for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte electrochemical cell, the positive electrode active material is not particularly limited, and transition metal oxides such as manganese dioxide and vanadium pentoxide, iron sulfide, Various materials such as transition metal chalcogen compounds such as titanium sulfide and carbon materials such as activated carbon and graphite can be used.

正極および負極を作製するときに使用する結着剤としては、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)などから選択される少なくとも1種を用いることができる。   The binder used when producing the positive and negative electrodes is ethylene-propylene-diene terpolymer, acrylonitrile-butadiene rubber, fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, polyfluoride. Selected from vinylidene, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, styrene-butadiene rubber (SBR) or carboxymethylcellulose (CMC) At least one of the above can be used.

結着剤を混合するときに用いる溶媒には、非水溶媒または水溶液のいずれも使用できる。非水溶媒には、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどを挙げることができる。一方、水溶液には、分散剤、増粘剤などを加えたものを用いることができる。   As the solvent used when mixing the binder, either a non-aqueous solvent or an aqueous solution can be used. Non-aqueous solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. Can do. On the other hand, what added a dispersing agent, a thickener, etc. can be used for aqueous solution.

電極の集電体としては、鉄、銅、ステンレス、ニッケル、アルミを用いることができる。また、その形状としては、シート、発泡体、メッシュ、多孔体、エキスパンド格子などが挙げられる。さらに、集電体には任意の形状で穴を開けたものを用いることができる。   As the current collector of the electrode, iron, copper, stainless steel, nickel, or aluminum can be used. Examples of the shape include a sheet, a foam, a mesh, a porous body, and an expanded lattice. Further, a current collector having a hole in an arbitrary shape can be used.

電解液に使用する有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネートなどの非水溶媒を単独でまたはこれらの混合溶媒を使用することができる。また、電解液中にビニレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのカーボネート系、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼンなどのベンゼン系、プロパンスルトンなどの硫黄系の化合物を単独または混合して含有して使用できる。   Organic solvents used in the electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Non-aqueous solvents such as tetrahydrofuran, 3-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, etc. Or a mixed solvent thereof can be used. In addition, carbonate-based compounds such as vinylene carbonate and butylene carbonate, benzene-based compounds such as biphenyl and cyclohexylbenzene, and sulfur-based compounds such as propane sultone can be used alone or in combination in the electrolytic solution.

さらに、電解液と固体電解質と組み合わせて使用することができる。固体電解質としては、結晶質または非晶質の無機固体電解質を用いることができる。前者には、LiI、LiN、Li1+xTi2−x(PO(M=Al、Sc、Y、La)、Li0.5−3x0.5+xTiO(R=La、Pr、Nd、Sm)、またはLi4−xGe1−xに代表されるチオLISICONを用いることができ、後者にはLiI−Li2O−B25系、Li2O−SiO2系、LiI−Li2S−B23系、LiI−Li2S−SiS2系、LiS−SiS−LiPO系などを用いることができる。 Furthermore, it can be used in combination with an electrolytic solution and a solid electrolyte. As the solid electrolyte, a crystalline or amorphous inorganic solid electrolyte can be used. The former includes LiI, Li 3 N, Li 1 + x M x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (M = Al, Sc, Y, La), Li 0.5-3x R 0.5 + x TiO 3 (R = La, Pr, Nd, Sm), or thio LISICON represented by Li 4-x Ge 1-x P x S 4 can be used, the latter being LiI-Li 2 O—B 2 O 5 system, Li A 2 O—SiO 2 system, a LiI—Li 2 S—B 2 S 3 system, a LiI—Li 2 S—SiS 2 system, a Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 system, or the like can be used.

有機溶媒に溶解する塩としてはとしては、LiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF(CF、LiPF(CF、LiPF(CF、LiPF(CF、LiPF(CF)、LiPF(C、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SOCFCF、LiN(COCF、LiN(COCFCF、LiCBOなどを単独あるいはこれらの混合物を使用することができる。なかでも、サイクル性能が良好になることから、リチウム塩としては、LiPFが好ましい。さらに、これらのリチウム塩の濃度は、0.5〜2.0 mol/dmの範囲が好ましい。 Examples of the salt dissolved in the organic solvent include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF (CF 3 ) 5 , LiPF 2 (CF 3 ) 4 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 5 (CF 3 ), LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 , LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , LiC 4 BO 8 or the like can be used alone or a mixture thereof. Among them, since the cycle performance is improved, as the lithium salt, LiPF 6 is preferred. Furthermore, the concentration of these lithium salts is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / dm 3 .

非水電解質電気化学セルのセパレータとしては、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィンなどの微多孔膜が挙げられる。   Examples of the separator for the non-aqueous electrolyte electrochemical cell include microporous membranes such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, and polyolefin.

非水電解質電気化学セルの形状は特に限定されるものではなく、角形、楕円形、コイン形、ボタン形、シート形電池などの様々な形状を用いることができる。   The shape of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell is not particularly limited, and various shapes such as a square shape, an oval shape, a coin shape, a button shape, and a sheet shape battery can be used.

以下に、本発明を、実施例に基づいて詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1、比較例1および2]
[実施例1]
材料Mとして、数平均粒径80nmのFePO粉末を用いた。はじめに、FePO75質量%と導電剤としてのアセチレンブラック(AB)5質量%と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)20質量%とを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で混合してペーストを作製した。つぎに、このペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔上の両面に塗布して、150℃で真空乾燥した。さらに、両面をロールプレスで圧縮成型して、FePOを含む電極を作製した。
[Example 1, Comparative Examples 1 and 2]
[Example 1]
As the material M, FePO 4 powder having a number average particle diameter of 80 nm was used. First, 75% by mass of FePO 4 , 5% by mass of acetylene black (AB) as a conductive agent and 20% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were added in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A paste was prepared by mixing. Next, this paste was applied on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and vacuum-dried at 150 ° C. Furthermore, both surfaces were compression-molded with a roll press to produce an electrode containing FePO 4 .

さらにまた、ジエチルエーテル(DEE)溶媒に0.25mol/dm濃度のナフタレンと飽和量の金属Liとを溶解させた溶液S1中に、この電極を25℃で3日間浸漬し、FePOにLiを吸蔵した。最後にこの電極をジメチルカーボネートで洗浄および乾燥して、Liを吸蔵したFePOを含む電極A1を得た。 Furthermore, this electrode was immersed in a solution S1 in which naphthalene having a concentration of 0.25 mol / dm 3 and a saturated amount of metal Li were dissolved in diethyl ether (DEE) solvent at 25 ° C. for 3 days, and LiPO 4 was dissolved in LiPO 4 . Occluded. Finally, this electrode was washed with dimethyl carbonate and dried to obtain an electrode A1 containing FePO 4 storing Li.

天然黒鉛92質量%とPVDF8質量%とを、NMP中で混合することによりペーストを作製した。つぎに、このペーストを、厚さ15μmの銅箔上の両面に塗布して、150℃で真空乾燥した。さらに、両面をロールプレスで圧縮成型して、天然黒鉛を含む電極G0を得た。   A paste was prepared by mixing 92% by mass of natural graphite and 8% by mass of PVDF in NMP. Next, this paste was applied on both sides of a copper foil having a thickness of 15 μm and vacuum-dried at 150 ° C. Furthermore, both surfaces were compression-molded with a roll press to obtain an electrode G0 containing natural graphite.

正極の電極A1と、負極の電極B0と、厚さ20μmおよび多孔度40%のポリエチレンセパレータとを重ねて巻き、高さ48mm、幅30mm、および厚さ4.2mmの角形容器中に挿入した。つぎに、この容器に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との体積比1:1の混合溶媒に1mol/dmのLiPFを溶解した非水電解液を注入して、実施例1の製造方法によって作製した非水電解質電気化学セルを得た。 A positive electrode A1, a negative electrode B0, and a polyethylene separator having a thickness of 20 μm and a porosity of 40% were overlapped and wound, and inserted into a rectangular container having a height of 48 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 4.2 mm. Next, a nonaqueous electrolytic solution in which 1 mol / dm 3 of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1: 1 was injected into the container. A non-aqueous electrolyte electrochemical cell produced by the production method of Example 1 was obtained.

[比較例1]
溶液SとしてS1の代わりにジエチルエーテル(DEE)にn−ブチルリチウムを飽和量溶解した溶液(T1)を使用した以外は実施例1と同様にして、比較例1の非水電解質電気化学セルを得た。
[Comparative Example 1]
The nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution (T1) in which a saturated amount of n-butyllithium was dissolved in diethyl ether (DEE) was used instead of S1 as the solution S. Obtained.

[比較例2]
溶液SとしてS1の代わりにジエチルエーテル(DEE)溶媒に0.25mol/dm濃度のナフタレンと飽和量のLiPFとを溶解させた溶液(T2)を使用した以外は実施例1と同様にして、比較例2の非水電解質電気化学セルを得た。
[Comparative Example 2]
The same procedure as in Example 1 was used except that instead of S1, a solution (T2) in which naphthalene having a concentration of 0.25 mol / dm 3 and a saturated amount of LiPF 6 were dissolved in diethyl ether (DEE) solvent was used as solution S. A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 2 was obtained.

[電気化学的試験]
各電池を25℃において、450mA(1CmA)定電流で4.5Vまで、さらに4.5Vの定電圧で2時間充電をおこない、続いて、450mA(1CmA)の定電流で0.5Vまで放電し、放電容量(1CmA)を測定した。
[Electrochemical test]
Each battery is charged at 4.5 ° C. with a constant current of 450 mA (1 CmA) at 25 ° C. and further charged with a constant voltage of 4.5 V for 2 hours, and then discharged to 0.5 V with a constant current of 450 mA (1 CmA). The discharge capacity (1 CmA) was measured.

つぎに、各電池を25℃において、450mA(1CmA)定電流で4.5Vまで、さらに4.5Vの定電圧で2時間充電をおこない、続いて、4500mA(10CmA)の定電流で0.5Vまで放電した。450mA定電流での放電容量に対する4500mA定電流での放電容量比率(%)を算出した。   Next, at 25 ° C., each battery was charged with a constant current of 450 mA (1 CmA) to 4.5 V, and further charged with a constant voltage of 4.5 V for 2 hours, and subsequently, 0.5 V with a constant current of 4500 mA (10 CmA). Discharged until. The discharge capacity ratio (%) at 4500 mA constant current to the discharge capacity at 450 mA constant current was calculated.

実施例1、比較例1および比較例2の製造方法で得られた非水電解質電気化学セルの試
験結果を表1に示す。
Table 1 shows the test results of the nonaqueous electrolyte electrochemical cells obtained by the production methods of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

Figure 2005108826
Figure 2005108826

表1の結果から、つぎのようなことが明らかとなった。溶液Sに金属Liと多環芳香族化合物としてナフタレンを用いた実施例1の非水電解質電気化学セルの方がn-ブチルリチウムを用いた比較例1の非水電解質電気化学セルよりも放電容量が大きくなり、高率放電性能も優れていた。   From the results in Table 1, the following became clear. The non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 1 using metal Li and naphthalene as the polycyclic aromatic compound in the solution S was more discharged than the non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 1 using n-butyllithium. And the high rate discharge performance was excellent.

この理由として、溶液SにT1を使用した場合、n−ブチルリチウムからリチウムがFePOに移動したときにn−ブチル基由来のアルカン重合物などの不純物が生成し、これらがジメチルカーボネートでの洗浄工程で除去できずに残留して、電池の放電容量や高率放電性能の低下を引き起こしたと推測される。 The reason for this is that when T1 is used in the solution S, impurities such as an n-butyl group-derived alkane polymer are produced when lithium moves from Fe-B 4 to n-butyl lithium, and these are washed with dimethyl carbonate. It is presumed that the discharge capacity of the battery and the high-rate discharge performance were lowered due to remaining without being removed in the process.

一方、溶液S1を使用した場合のリチウム吸蔵メカニズムは次のように考えられる。まず、金属リチウムからナフタレンに電子が移動してナフタレンアニオンとリチウムイオンが溶解した錯溶液を形成する。次にナフタレンアニオンから、FePOに電子が移動したのちFePOにリチウムイオンが吸蔵される。このとき、ナフタレンアニオンはナフタレンにもどり、リチウムの吸蔵反応において触媒の役割をもつ。ナフタレンアニオンからFePOに電子が移動したのちにおいてもn-ブチルリチウムを用いたときのような重合反応はおこらないために、不純物は生成しない。 On the other hand, the lithium storage mechanism when the solution S1 is used is considered as follows. First, electrons move from metallic lithium to naphthalene to form a complex solution in which naphthalene anions and lithium ions are dissolved. Then naphthalene anion, lithium ions are inserted in the FePO 4 after electrons have moved to the FePO 4. At this time, the naphthalene anion returns to naphthalene and has a catalytic role in the lithium storage reaction. Even after the electrons move from the naphthalene anion to FePO 4 , no polymerization reaction occurs when n-butyllithium is used, so no impurities are generated.

また、溶液SにT2を使用した場合はほとんどLiの吸蔵が起こらない。なぜなら、金属Liの代わりにLiPFを使ってもナフタレンアニオンが生成しないためである。したがって、比較例2の非水電解質電気化学セルの放電容量は極めて小さい。 Further, when T2 is used for the solution S, the storage of Li hardly occurs. This is because even if LiPF 6 is used instead of metal Li, a naphthalene anion is not generated. Therefore, the discharge capacity of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 2 is extremely small.

なお、多環芳香族化合物としてアントラセン、フェナンスレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1−フルオロナフタレン、2−フルオロナフタレン、2−エチルナフタレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、アンタンスレン、アセナフセン、アセナフチレン、ベンゾピレン、ベンゾフルオレン、ベンゾフェナンスレン、ベンゾフルオロアニセン、ベンゾペリレン、コロネン、クリセン、ヘキサベンゾペリレンを用いた場合も同様の効果が得られた。   Polycyclic aromatic compounds such as anthracene, phenanthrene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, 1-fluoronaphthalene, 2-fluoronaphthalene, 2-ethylnaphthalene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, anthanthrene, acenaphthene The same effect was obtained when acenaphthylene, benzopyrene, benzofluorene, benzophenanthrene, benzofluoroanicene, benzoperylene, coronene, chrysene, and hexabenzoperylene were used.

[実施例2〜16、比較例3〜14]
[実施例2]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシプロパン(1−MP)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例2の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Examples 2 to 16, Comparative Examples 3 to 14]
[Example 2]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 2 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxypropane (1-MP) was used instead of diethyl ether.

[実施例3]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例3の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 3]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 3 was produced in the same procedure as in Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether.

[実施例4]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシペンタン(1−MPE)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例4の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 4]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 4 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxypentane (1-MPE) was used instead of diethyl ether.

[実施例5]
ジエチルエーテルの代わりに2−メトキシブタン(2−MB)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例5の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 5]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 5 was produced in the same procedure as Example 1 except that 2-methoxybutane (2-MB) was used instead of diethyl ether.

[実施例6]
ジエチルエーテルの代わりにイソブチルメチルエーテル(i−BME)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例6の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 6]
A non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 6 was produced in the same procedure as Example 1 except that isobutyl methyl ether (i-BME) was used instead of diethyl ether.

[実施例7]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例7の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 7]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 7 was prepared in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[実施例8]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例8の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 8]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 8 was prepared in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[実施例9]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにCoPOを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例9の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 9]
Instead of 1-methoxy-butane in diethyl ether (1-MB), except for using CoPO 4 instead of FePO 4 was used to fabricate a non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 9 in the same manner as in Example 1.

[実施例10]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにMnPOを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例10の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 10]
Instead of 1-methoxy-butane in diethyl ether (1-MB), except for using MnPO 4 instead of FePO 4 was used to fabricate a non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 10 in the same manner as in Example 1.

[実施例11]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにFeを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例11の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 11]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 11 was prepared in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and Fe 2 O 3 was used instead of FePO 4. did.

[実施例12]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにFeOを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例12の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 12]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 12 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and FeO was used instead of FePO 4 .

[実施例13]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにVを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例13の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 13]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 13 was prepared in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and V 2 O 5 was used instead of FePO 4. did.

[実施例14]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにMnOを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例14の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 14]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 14 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and MnO 2 was used instead of FePO 4 .

[実施例15]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにTiSを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例15の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 15]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 15 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and TiS 2 was used instead of FePO 4 .

[実施例16]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、FePOの代わりにCoFを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で実施例16の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 16]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 16 was produced in the same procedure as Example 1 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and CoF 3 was used instead of FePO 4 .

[比較例3]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例3の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 3]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 3 was produced in the same procedure as Example 1 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether.

[比較例4]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例4の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 4]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 4 was produced in the same procedure as Example 1 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例5]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例5の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 5]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 5 was produced in the same procedure as Example 1 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例6]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例6の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 6]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 6 was produced in the same procedure as in Example 1 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether.

[比較例7]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例7の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 7]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 7 was produced in the same procedure as Example 1 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例8]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例8の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 8]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 8 was produced in the same procedure as Example 1 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例9]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例9の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 9]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 9 was produced in the same procedure as Example 1 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether.

[比較例10]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例10の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 10]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 10 was prepared in the same procedure as Example 1 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例11]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例11の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 11]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 11 was prepared in the same procedure as Example 1 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例12]
FePOの代わりにCoPOを、ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例12の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 12]
The CoPO 4 instead of FePO 4, except for using tetrahydrofuran (THF) in place of diethyl ether was used to fabricate a non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 12 in the same manner as in Example 1.

[比較例13]
FePOの代わりにCoPOを、ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例13の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 13]
The CoPO 4 instead of FePO 4, except for using hexane (HS) in place of diethyl ether was used to fabricate a non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 13 in the same manner as in Example 1.

[比較例14]
FePOの代わりにCoPOを、ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を用いたこと以外は実施例1と同様の手順で比較例14非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 14]
The CoPO 4 instead of FePO 4, to prepare Comparative Example 14 a non-aqueous electrolyte electrochemical cell in the same manner as in Example 1 except for using dimethoxyethane (DME) in place of diethyl ether.

表2に実施例1〜16の、また、表3に比較例3〜14の、非水電解質電気化学セルの試験結果を示す。   Table 2 shows the test results of the non-aqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 1 to 16 and Table 3 of Comparative Examples 3 to 14.

Figure 2005108826
Figure 2005108826

Figure 2005108826
Figure 2005108826

表2および表3の結果から、つぎのようなことが明らかとなった。溶液Sに環状エーテルを用いた比較例3〜5および比較例12、アルカンを用いた比較例6〜8および比較例13、鎖状ジエーテルを用いた比較例9〜11および比較例14の非水電解質電気化学セルと比較して、鎖状モノエーテルを用いた実施例1〜実施例16の非水電解質電気化学セルは大きな放電容量と優れた高率放電性能を示すことがわかった。   From the results of Tables 2 and 3, the following became clear. Non-aqueous solutions of Comparative Examples 3 to 5 and Comparative Example 12 using cyclic ether in Solution S, Comparative Examples 6 to 8 and Comparative Example 13 using alkane, and Comparative Examples 9 to 11 and Comparative Example 14 using chain diether Compared with the electrolyte electrochemical cell, it was found that the nonaqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 1 to 16 using a chain monoether exhibited a large discharge capacity and excellent high rate discharge performance.

理由はあきらかではないが、非対称性の分子構造をもつ鎖状モノエーテルを用いた実施例2〜6の非水電解質電気化学セルは対称性の分子構造をもつ鎖状モノエーテルの実施例1の非水電解質電気化学セルよりもさらに大きな放電容量と良好な高率放電性能を示した。   Although the reason is not clear, the non-aqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 2 to 6 using a chain monoether having an asymmetric molecular structure are the same as those of Example 1 of a chain monoether having a symmetric molecular structure. Larger discharge capacity and better high rate discharge performance than non-aqueous electrolyte electrochemical cell were shown.

なお、2−メトキシペンタン、1−メトキシヘキサン、2−メトキシヘキサン、3−メトキシヘキサン、1−エトキシプロパン、1−エトキシブタン、2−エトキシブタン、イソブチルメチルエーテルを溶媒に用いた場合も同様の効果が得られた。1−MBを用いた電池は、最も大きな放電容量と良好な高率放電性能を示した。   The same effect is obtained when 2-methoxypentane, 1-methoxyhexane, 2-methoxyhexane, 3-methoxyhexane, 1-ethoxypropane, 1-ethoxybutane, 2-ethoxybutane, and isobutylmethyl ether are used as a solvent. was gotten. The battery using 1-MB showed the largest discharge capacity and good high rate discharge performance.

また、理由はあきらかではないが、ナフタレンを用いた実施例3の非水電解質電気化学セルが他の多環芳香族化合物を用いた実施例7および実施例8の非水電解質電気化学セルよりもさらに良好な高率放電性能を示した。   Although the reason is not clear, the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 3 using naphthalene is more than the nonaqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 7 and 8 using other polycyclic aromatic compounds. Furthermore, good high rate discharge performance was shown.

さらに、長周期型周期表の遷移金属、13族金属、14族金属、15族金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料Mとして本実施例のFePO、CoPO、MnPO、Fe、FeO、V、MnO、TiS、およびCoFのほかにAs、V、V、CrO,Cr、Mn、Mn、Fe、NiF、FeS、CoSを用いた場合も同様の効果が得られた。 Further, as a material M containing at least one element selected from a transition metal, a group 13 metal, a group 14 metal, and a group 15 metal in the long-period type periodic table, FePO 4 , CoPO 4 , MnPO 4 , and Fe 2 of this example are used. In addition to O 3 , FeO, V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , and CoF 3 , As 2 O 3 , V 2 O 3 , V 2 O 4 , CrO 3 , Cr 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Similar effects were obtained when Mn 3 O 4 , Fe 3 O 4 , NiF 3 , FeS 2 , and CoS were used.

[実施例17および比較例15〜17]
[実施例17]
材料Mとして、SiとSiOとに分相しているSiOを使用した。このSiOのCuKα線のX線回折パターンにおいて、回折ピーク(2θ)の一つが46°〜49°の範囲にあり、その半値幅をBとするとき、B<3°(2θ)であった。はじめに、このSiO75質量%とアセチレンブラック5質量%とPVDF20質量%とを、NMP中で分散させることによりペーストを作製した。つぎに、このペーストを厚さ15μmの銅箔上の両面に塗布して、150℃で真空乾燥した。さらに、両面をロールプレスで圧縮成型して、SiOを含む電極B0を作製した。
[Example 17 and Comparative Examples 15 to 17]
[Example 17]
As the material M, SiO which was phase-divided into Si and SiO 2 was used. In the X-ray diffraction pattern of the CuKα ray of SiO, one of the diffraction peaks (2θ) was in the range of 46 ° to 49 °, and B <3 ° (2θ) when the half width was B. First, a paste was prepared by dispersing 75% by mass of SiO, 5% by mass of acetylene black, and 20% by mass of PVDF in NMP. Next, this paste was applied on both sides of a copper foil having a thickness of 15 μm and vacuum-dried at 150 ° C. Furthermore, both surfaces were compression-molded with a roll press to produce an electrode B0 containing SiO.

さらにまた、ジエチルエーテル(DEE)溶媒に0.25mol/dm濃度のナフタレンと飽和量の金属Liとを溶解させた溶液S1中に、この電極を25℃で3日間浸漬し、SiOにLiを吸蔵した。浸漬後の電極をジメチルカーボネートで洗浄および乾燥して、Liを吸蔵したSiOを含む電極B1を得た。 Furthermore, this electrode was immersed in a solution S1 in which naphthalene having a concentration of 0.25 mol / dm 3 and a saturated amount of metal Li were dissolved in diethyl ether (DEE) solvent at 25 ° C. for 3 days, and Li was then added to SiO. Occluded. The electrode after immersion was washed with dimethyl carbonate and dried to obtain an electrode B1 containing SiO in which Li was occluded.

正極の電極A0と、負極の電極B1と、厚さ20μmおよび多孔度40%のポリエチレンセパレータとを重ねて巻き、高さ48mm、幅30mm、および厚さ4.2mmの角形容器中に挿入した。つぎに、この容器に、ECとEMCとの体積比1:1の混合溶媒に1mol/dmのLiPFを溶解した非水電解液を注入して、実施例17の非水電解質電気化学セルを得た。 A positive electrode A0, a negative electrode B1, and a polyethylene separator having a thickness of 20 μm and a porosity of 40% were overlapped and wound, and inserted into a rectangular container having a height of 48 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 4.2 mm. Next, a non-aqueous electrolyte solution in which 1 mol / dm 3 of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of EC and EMC in a volume ratio of 1: 1 was poured into this container, and the non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 17 was injected. Got.

[比較例15]
LiOH・HO、Feおよび(NHHPOとを機械的に作用させてLiFePOを作製した。このLiFePO75質量%とアセチレンブラック5質量%とPVDF20質量%とを、NMP中で分散させることによりペーストを作製した。つぎに、このペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔上の両面に塗布して、150℃で真空乾燥した。さらに、両面をロールプレスで圧縮成型して、このLiFePOを含む電極を作製した。
[Comparative Example 15]
LiFePO 4 was produced by mechanically acting LiOH.H 2 O, Fe 2 O 3 and (NH 4 ) 2 HPO 4 . A paste was prepared by dispersing 75% by mass of LiFePO 4, 5% by mass of acetylene black, and 20% by mass of PVDF in NMP. Next, this paste was applied on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and vacuum-dried at 150 ° C. Furthermore, both surfaces were compression-molded with a roll press to produce an electrode containing this LiFePO 4 .

正極のこのLiFePO電極と、負極の電極B0と、厚さ20μmおよび多孔度40%のポリエチレンセパレータとを重ねて巻き、高さ48mm、幅30mm、および厚さ4.2mmの角形容器中に挿入した。つぎに、この容器に、ECとEMCとの体積比1:1の混合溶媒に1mol/dmのLiPFを溶解した非水電解液を注入して、比較例15の非水電解質電気化学セルを得た。 This LiFePO 4 electrode for the positive electrode, the electrode B0 for the negative electrode, and a polyethylene separator having a thickness of 20 μm and a porosity of 40% are rolled up and inserted into a rectangular container having a height of 48 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 4.2 mm. did. Next, a nonaqueous electrolyte solution in which 1 mol / dm 3 of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of EC and EMC in a volume ratio of 1: 1 was injected into this container, and the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 15 was injected. Got.

[比較例16]
溶液SとしてS1の代わりにn-ブチルリチウムを飽和量溶解したジエチルエーテル(DEE)溶液(T1)を使用した以外は実施例17と同様にして、比較例16の非水電解質電気化学セルを得た。
[Comparative Example 16]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 16 was obtained in the same manner as in Example 17 except that a diethyl ether (DEE) solution (T1) in which a saturated amount of n-butyllithium was dissolved instead of S1 was used as the solution S. It was.

[比較例17]
溶液SとしてS1の代わりにジエチルエーテル(DEE)溶媒に0.25mol/dm濃度のナフタレンと飽和量のLiPFとを溶解させた溶液(T2)を使用した以外は実施例17と同様にして、比較例17の非水電解質電気化学セルを得た。
[Comparative Example 17]
The same procedure as in Example 17 was used, except that a solution (T2) in which 0.25 mol / dm 3 of naphthalene and a saturated amount of LiPF 6 were dissolved in diethyl ether (DEE) solvent was used as the solution S instead of S1. A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 17 was obtained.

[電池厚み試験]
各電池を25℃において、450mA(1CmA)の定電流で4.5Vまで、さらに4.5Vの定電圧で2時間充電をおこなった。この充電後の電池中央部の厚みをノギスで測定した。
[Battery thickness test]
Each battery was charged at 4.5 ° C. with a constant current of 450 mA (1 CmA) at 25 ° C. and further with a constant voltage of 4.5 V for 2 hours. The thickness at the center of the battery after charging was measured with a caliper.

表4に実施例17および比較例15〜17の非水電解質電気化学セルの試験結果を示す。   Table 4 shows the test results of the nonaqueous electrolyte electrochemical cells of Example 17 and Comparative Examples 15-17.

Figure 2005108826
Figure 2005108826

表4の結果から、つぎのようなことが明らかとなった。長周期型周期表の遷移金属、13族金属、14族金属、15族金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料MとしてSiOを用いた実施例17の非水電解質電気化学セルは大きな放電容量と優れた高率放電性能を示すことがわかった。このことは、本手法を負極活物質にも適用できることを示す。   From the results in Table 4, the following became clear. The non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 17 using SiO as the material M containing at least one element selected from transition metals, group 13 metals, group 14 metals, and group 15 metals of the long-period periodic table has a large discharge. It has been found that it has high capacity and excellent high rate discharge performance. This indicates that this method can be applied to the negative electrode active material.

さらに、実施例17の非水電解質電気化学セルの充電状態の厚みは比較例15のその厚みよりも小さかった。このことから、本手法を負極に適用することによって、充電にともなうSiOの体積膨張に起因する電池の膨れを抑制したと考えられる。この方法は、電気化学的方法や金属リチウムの電極への貼り付けは必要ないため、工程の簡略化と低コスト化が可能になる。   Furthermore, the thickness of the non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 17 in the charged state was smaller than that of Comparative Example 15. From this, it can be considered that by applying this method to the negative electrode, the swelling of the battery due to the volume expansion of SiO accompanying charging is suppressed. Since this method does not require an electrochemical method or the attachment of metallic lithium to the electrode, the process can be simplified and the cost can be reduced.

溶液Sに金属Liと多環芳香族化合物としてナフタレンを用いた実施例17の非水電解質電気化学セルの方がn−ブチルリチウムを用いた比較例16の非水電解質電気化学セルよりも放電容量が大きくなり、高率放電性能も優れていた。この理由として、溶液SにT1を使用した場合、n−ブチルリチウムからリチウムがSiOに移動したときに生じるn−ブチル基由来のアルカン重合物などの不純物が生成し、これらがジメチルカーボネートでの洗浄工程で除去できずに残留して、電池の放電容量や高率放電性能の低下を引き起こしたと推測される。   The discharge capacity of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 17 using metal Li and naphthalene as the polycyclic aromatic compound in the solution S was larger than that of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 16 using n-butyllithium. And the high rate discharge performance was excellent. The reason for this is that when T1 is used for the solution S, impurities such as an alkane polymer derived from n-butyl group generated when lithium moves from n-butyllithium to SiO, which are washed with dimethyl carbonate. It is presumed that the discharge capacity of the battery and the high-rate discharge performance were lowered due to remaining without being removed in the process.

また、溶液SにT2を使用した場合はほとんどLiの吸蔵が起こらないと考えられる。なぜなら、金属Liの代わりにLiPFを使ってもナフタレンアニオンが生成しないためである。したがって、比較例17の非水電解質電気化学セルの放電容量は極めて小さい。 Moreover, when T2 is used for the solution S, it is considered that almost no occlusion of Li occurs. This is because even if LiPF 6 is used instead of metal Li, a naphthalene anion is not generated. Therefore, the discharge capacity of the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 17 is extremely small.

なお、多環芳香族化合物としてアントラセン、フェナンスレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1−フルオロナフタレン、2−フルオロナフタレン、2−エチルナフタレン、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トリフェニレン、アンタンスレン、アセナフセン、アセナフチレン、ベンゾピレン、ベンゾフルオレン、ベンゾフェナンスレン、ベンゾフルオロアニセン、ベンゾペリレン、コロネン、クリセン、ヘキサベンゾペリレンを用いた場合も同様の効果が得られた。   Polycyclic aromatic compounds such as anthracene, phenanthrene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, 1-fluoronaphthalene, 2-fluoronaphthalene, 2-ethylnaphthalene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, anthanthrene, acenaphthene The same effect was obtained when acenaphthylene, benzopyrene, benzofluorene, benzophenanthrene, benzofluoroanicene, benzoperylene, coronene, chrysene, and hexabenzoperylene were used.

[実施例18〜20および比較例18〜26]
[実施例18]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)をもちいたこと以外は実施例17と同様の手順で実施例18の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Examples 18 to 20 and Comparative Examples 18 to 26]
[Example 18]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 18 was produced in the same procedure as Example 17 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether.

[実施例19]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で実施例19の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 19]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 19 was produced in the same procedure as Example 17 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[実施例20]
ジエチルエーテルの代わりに1−メトキシブタン(1−MB)、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で実施例20の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Example 20]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 20 was produced in the same procedure as Example 17 except that 1-methoxybutane (1-MB) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例18]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例18の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 18]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 18 was produced in the same procedure as Example 17 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether.

[比較例19]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例19の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 19]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 19 was prepared in the same procedure as Example 17 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例20]
ジエチルエーテルの代わりにテトラヒドロフラン(THF)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例20の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 20]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 20 was produced in the same procedure as Example 17 except that tetrahydrofuran (THF) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例21]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例21の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 21]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 21 was produced in the same procedure as Example 17 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether.

[比較例22]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例22の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 22]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 22 was produced in the same procedure as Example 17 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例23]
ジエチルエーテルの代わりにヘキサン(HS)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例23の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 23]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 23 was produced in the same procedure as Example 17 except that hexane (HS) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

[比較例24]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例24の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 24]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 24 was produced in the same procedure as Example 17 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether.

[比較例25]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を、ナフタレンの代わりにアントラセンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例25の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 25]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 25 was produced in the same procedure as Example 17 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether and anthracene was used instead of naphthalene.

[比較例26]
ジエチルエーテルの代わりにジメトキシエタン(DME)を、ナフタレンの代わりにフェナンスレンを用いたこと以外は実施例17と同様の手順で比較例26の非水電解質電気化学セルを作製した。
[Comparative Example 26]
A nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Comparative Example 26 was produced in the same procedure as Example 17 except that dimethoxyethane (DME) was used instead of diethyl ether and phenanthrene was used instead of naphthalene.

表5に実施例17〜20および比較例18〜26の非水電解質電気化学セルの試験結果を示す。   Table 5 shows the test results of the nonaqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 17 to 20 and Comparative Examples 18 to 26.

Figure 2005108826
Figure 2005108826

表5の結果から、つぎのようなことが明らかとなった。溶液Sに環状エーテルを用いた比較例18〜20、アルカンを用いた比較例21〜23、鎖状ジエーテルを用いた比較例24〜26の非水電解質電気化学セルと比較して、鎖状モノエーテルを用いた実施例17〜実施例20の非水電解質電気化学セルは大きな放電容量と優れた高率放電性能を示すことがわかった。   From the results in Table 5, the following became clear. Compared with the nonaqueous electrolyte electrochemical cells of Comparative Examples 18 to 20 using cyclic ethers in Solution S, Comparative Examples 21 to 23 using alkanes, and Comparative Examples 24 to 26 using chain diethers, It was found that the non-aqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 17 to 20 using ether exhibited large discharge capacity and excellent high rate discharge performance.

なかでも、理由はあきらかではないが、非対称性の分子構造をもつ鎖状モノエーテルを用いた実施例18〜20の非水電解質電気化学セルは対称性の分子構造をもつ鎖状モノエーテルの実施例17の非水電解質電気化学セルよりもさらに大きな放電容量と良好な高率放電性能を示した。   Among them, although the reason is not clear, the non-aqueous electrolyte electrochemical cells of Examples 18 to 20 using a chain monoether having an asymmetric molecular structure are implemented with a chain monoether having a symmetric molecular structure. The discharge capacity was larger than that of the non-aqueous electrolyte electrochemical cell of Example 17, and good high rate discharge performance was exhibited.

このことは、2−メトキシペンタン、1−メトキシヘキサン、2−メトキシヘキサン、3−メトキシヘキサン、1−エトキシプロパン、1−エトキシブタン、2−エトキシブタン、イソブチルメチルエーテルを溶媒に用いた場合も同様の効果が得られた。1−MBを用いた場合は、最も大きな放電容量と良好な高率放電性能を示した。   This is the same when 2-methoxypentane, 1-methoxyhexane, 2-methoxyhexane, 3-methoxyhexane, 1-ethoxypropane, 1-ethoxybutane, 2-ethoxybutane, and isobutylmethyl ether are used as solvents. The effect of was obtained. When 1-MB was used, the largest discharge capacity and good high rate discharge performance were shown.

また、理由はあきらかではないが、溶液Sに同じ溶媒を用いた実施例18〜20の比較では、ナフタレンを用いた実施例18の非水電解質電気化学セルが他の多環芳香族化合物を用いた実施例19および実施例20の非水電解質電気化学セルよりもさらに良好な高率放電性能を示した。   Moreover, although the reason is not clear, in the comparison of Examples 18 to 20 using the same solvent for the solution S, the nonaqueous electrolyte electrochemical cell of Example 18 using naphthalene uses other polycyclic aromatic compounds. The high-rate discharge performance was better than that of the non-aqueous electrolyte electrochemical cells of Example 19 and Example 20.

さらに、長周期型周期表の遷移金属、13族金属、14族金属、15族金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料Mとして本実施例のSiOのほかにGeO、GeO、PbO、PbO、Pb、Pb、Sb、Sb、Sb、Bi、Bi、Bi、SnO、SnO、SnSi0.011.09、SnGe0.011.09、SnPb0.011.09、SnP0.011.09、SnB、SnSiAl0.20.20.3、In、TlO、Tl、SnS、SnS、GeS、GeS、Sb、Si、AlN、CoO、Co、Co、NiO、TiO、TiO、MnO、CuO、CuO、ZnO、CoS、Mn3P、Co3P、FePを用いた場合も同様の効果が得られた。 Further, as a material M containing at least one element selected from a transition metal, a group 13 metal, a group 14 metal, and a group 15 metal in the long periodic table, GeO, GeO 2 , PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5, SnO, SnO 2, SnSi 0 .01 O 1.09, SnGe 0.01 O 1.09 , SnPb 0.01 O 1.09, SnP 0.01 O 1.09, SnB 2 O 4, SnSiAl 0.2 P 0.2 O 0. 3 , In 2 O 3 , Tl 2 O, Tl 2 O 3 , SnS, SnS 2 , GeS, GeS 2 , Sb 2 S 5 , Si 3 N 4 , AlN, CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , NiO, TiO 2 TiO, MnO, CuO, Cu 2 O, ZnO, CoS, Mn 3 P, Co 3 P, the same effect when using a Fe 3 P was obtained.

Claims (8)

金属リチウムと多環芳香族化合物とを鎖状モノエーテルに溶解した溶液と、長周期型周期表の遷移金属、13族金属、14族金属、15族金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料(M)とを接触させてその材料(M)にリチウムを吸蔵することを特徴とするリチウム含有物質の製造方法。 A solution in which metallic lithium and a polycyclic aromatic compound are dissolved in a chain monoether, and at least one element selected from a transition metal, a group 13 metal, a group 14 metal, and a group 15 metal in the long-period periodic table A method for producing a lithium-containing substance, wherein the material (M) is contacted and lithium is occluded in the material (M). 前記鎖状モノエーテルが非対称の分子構造であることを特徴とする請求項1記載のリチウム含有物質の製造方法。 The method for producing a lithium-containing material according to claim 1, wherein the chain monoether has an asymmetric molecular structure. 前記鎖状モノエーテルが1-メトキシブタンであることを特徴とする請求項2記載のリチウム含有物質の製造方法。 3. The method for producing a lithium-containing material according to claim 2, wherein the chain monoether is 1-methoxybutane. 前記多環芳香族化合物がナフタレン、フェナンスレン、およびアントラセンのうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項1記載のリチウム含有物質の製造方法。 The method for producing a lithium-containing material according to claim 1, wherein the polycyclic aromatic compound is at least one of naphthalene, phenanthrene, and anthracene. 前記材料(M)がSiO、GeO、GeO、PbO、PbO、Pb、Pb、Sb、Sb、Sb、Bi、Bi、Bi、SnO、SnO、SnSi0.011.09、SnGe0.011.09、SnPb0.011.09、SnP0.011.09、SnB、SnSiAl0.20.20.3、In、TlO、Tl、SnS、SnS、GeS、GeS、Sb、Si、AlN、CoO、Co、Co、NiO、TiO、TiO、MnO、CuO、CuO、ZnO、CoS、Mn3P、Co3P、FeP、As、V、V、V、CrO,Cr、Mn、Mn、MnO、Fe、Fe、FeO、FeS、CoS、TiS、FePO、CoPO、MnPO、NiF、CoFから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載のリチウム含有物質の製造方法。 It said material (M) is SiO, GeO, GeO 2, PbO , PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , SnO, SnO 2 , SnSi 0.01 O 1.09 , SnGe 0.01 O 1.09 , SnPb 0.01 O 1.09 , SnP 0.01 O 1.09 , SnB 2 O 4, SnSiAl 0.2 P 0.2 O 0.3, In 2 O 3, Tl 2 O, Tl 2 O 3, SnS, SnS 2, GeS, GeS 2, Sb 2 S 5, Si 3 N 4 , AlN, CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , NiO, TiO 2 , TiO, MnO, CuO, Cu 2 O, ZnO, CoS, Mn 3 P, Co 3 P, Fe 3 P, As 2 O 3 , V 2 O 3, V 2 4, V 2 O 5, CrO 3, Cr 2 O 3, Mn 2 O 3, Mn 3 O 4, MnO 2, Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, FeO, FeS 2, CoS 2, TiS 2, FePO 4. The method for producing a lithium-containing material according to claim 1, wherein the method is at least one selected from Co 4 , CoPO 4 , MnPO 4 , NiF 3 , and CoF 3 . 前記材料(M)がSiOであることを特徴とする請求項5記載のリチウム含有物質の製造方法。 6. The method for producing a lithium-containing substance according to claim 5, wherein the material (M) is SiO. 前記材料(M)がFePO、CoPO、MnPOから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項5記載のリチウム含有物質の製造方法。 6. The method for producing a lithium-containing material according to claim 5, wherein the material (M) is at least one selected from FePO 4 , CoPO 4 , and MnPO 4 . 請求項1、2、3、4、5、6または7に記載の製造方法によって得られたリチウム含有物質を含む電極を用いることを特徴とする非水電解質電気化学セルの製造方法。









A method for producing a non-aqueous electrolyte electrochemical cell, comprising using an electrode containing a lithium-containing substance obtained by the production method according to claim 1, 2, 3, 4, 6, or 7.









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