JP2005247649A - Metallic chalcogen compound, method of manufacturing the same, electrode using the same and electrochemical device - Google Patents

Metallic chalcogen compound, method of manufacturing the same, electrode using the same and electrochemical device Download PDF

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JP2005247649A JP2004061739A JP2004061739A JP2005247649A JP 2005247649 A JP2005247649 A JP 2005247649A JP 2004061739 A JP2004061739 A JP 2004061739A JP 2004061739 A JP2004061739 A JP 2004061739A JP 2005247649 A JP2005247649 A JP 2005247649A
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compound
metal chalcogen
metal
chalcogen compound
mnv
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JP2004061739A
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Michio Inagaki
道夫 稲垣
Takahiro Morishita
隆広 森下
Tokuo Inamasu
徳雄 稲益
Taku Kozono
卓 小園
Toshiyuki Onda
敏之 温田
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of synthesizing MnV<SB>2</SB>O<SB>6</SB>as same as the conventional one under atmospheric pressure though the synthesis of anhydrous MnV<SB>2</SB>O<SB>6</SB>having a brannerite type crystal structure in one pot conventionally requires to use a self hydrothermal method carried out in a tightly closed vessel under high pressure. <P>SOLUTION: When MnV<SB>2</SB>O<SB>6</SB>is obtained from V<SB>2</SB>O<SB>5</SB>and Mn(CH<SB>3</SB>COO)<SB>2</SB>in water medium, anhydrous MnV<SB>2</SB>O<SB>6</SB>is directly synthesized by feeding V<SB>2</SB>O<SB>5</SB>and Mn(CH<SB>3</SB>COO)<SB>2</SB>simultaneously or by feeding Mn(CH<SB>3</SB>COO)<SB>2</SB>after V<SB>2</SB>O<SB>5</SB>is fed. The anhydrous MnV<SB>2</SB>O<SB>6</SB>has a rectangular particle form. When the synthesis is not carried out by this way, bulky hydrate is obtained and not turned to the rectangular particle even if a heat treatment is carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、溶媒中で化学反応させて固体状の金属元素含有カルコゲン化合物を得る工程
を含む製造方法に関し、さらに詳しくは、前記製造方法により、一次電池、二次電池、電
気二重層キャパシタ、大容量キャパシタ等の電気化学デバイス用電極材料を製造する方法
に関する。
The present invention relates to a production method including a step of obtaining a solid metal element-containing chalcogen compound by chemical reaction in a solvent, and more specifically, by the production method, a primary battery, a secondary battery, an electric double layer capacitor, a large The present invention relates to a method for producing an electrode material for an electrochemical device such as a capacitor.

電気化学デバイス用電極材料としては、Pt等の貴金属、Ni等の不働態金属、Al、
Ti等のバルブ金属や、PbO2、MnO2、WO3、V25,TiS2、LiCoO2等の
金属カルコゲン化合物等が用いられている。金属カルコゲン化合物を電気化学デバイス用
電極材料に用いると、プロトン、リチウムイオン、マグネシウムイオン等の1族、2族元
素を前記金属カルコゲン化合物中に拡散、挿入又は吸蔵させる電気化学的還元反応に伴っ
て対極から外部回路を通じで電子を受容することができることから、電池やキャパシタに
広く用いられている。電池の中でも、非水電解質を用いるリチウム電池は高いエネルギー
密度を有することから、小型携帯機器から大型電力貯蔵用電源に至るまで種々の分野で利
用が期待されており、電極材料の開発や改良によりさらなる高エネルギー密度化が期待さ
れている。また、キャパシタは高出力が得られるため、ハイブリッドカーや燃料電池車等
の補助電源として期待されている。
Electrode materials for electrochemical devices include noble metals such as Pt, passive metals such as Ni, Al,
Valve metals such as Ti and metal chalcogen compounds such as PbO 2 , MnO 2 , WO 3 , V 2 O 5 , TiS 2 and LiCoO 2 are used. When a metal chalcogen compound is used as an electrode material for an electrochemical device, it accompanies an electrochemical reduction reaction in which group 1, group 2 elements such as protons, lithium ions, and magnesium ions are diffused, inserted, or occluded in the metal chalcogen compound. Since electrons can be received from the counter electrode through an external circuit, it is widely used for batteries and capacitors. Among batteries, lithium batteries using non-aqueous electrolytes have high energy density, and are expected to be used in various fields from small portable devices to large power storage power sources. Higher energy density is expected. In addition, the capacitor is expected to be used as an auxiliary power source for a hybrid car, a fuel cell car, and the like because a high output is obtained.

しかしながら、金属カルコゲン化合物の合成は、通常数百度といった高い温度で合成が
行われる。例えば、特許文献1には、MnV26に代表されるバナジウム複合酸化物を電
池の負極に用いることが記載されている。しかしながら、同公報に記載の、800℃で1
2時間焼成する工程を含む固溶法(以下「バナジウム固溶法」という)を用いて合成した
MnV26は、電気化学的可逆容量が低い(347mAh/g)という問題点があった。
一方、非特許文献1に記載の合成法を用いると、約800mAh/gといった高い可逆容
量が得られている。しかしながら、この合成方法は、(1)ポリビニルアルコールを用い
て原料混合物のゲルを作る工程、(2)仮焼成及び予備粉砕工程、(3)本焼成工程、と
いう少なくとも3段階の合成プロセスを必要とするため、合成法が複雑であり製造コスト
が嵩むといった問題点があった。
However, the synthesis of the metal chalcogen compound is usually performed at a high temperature such as several hundred degrees. For example, Patent Document 1 describes that a vanadium composite oxide typified by MnV 2 O 6 is used for a negative electrode of a battery. However, it is 1 at 800 ° C.
MnV 2 O 6 synthesized using a solid solution method including a step of baking for 2 hours (hereinafter referred to as “vanadium solid solution method”) has a problem of low electrochemical reversible capacity (347 mAh / g).
On the other hand, when the synthesis method described in Non-Patent Document 1 is used, a high reversible capacity of about 800 mAh / g is obtained. However, this synthesis method requires at least three stages of synthesis processes: (1) a step of making a gel of a raw material mixture using polyvinyl alcohol, (2) a preliminary firing and pre-grinding step, and (3) a main firing step. Therefore, there is a problem that the synthesis method is complicated and the manufacturing cost is increased.

これに対し、本発明者らは、非特許文献2において、耐圧性の閉鎖容器内でMn(CH
3COO)2水溶液とV25との直接沈殿反応により、ブラウネライト構造を有する無水の
バナジウム複合酸化物(MnV26)を合成する手法を提案した。この自発的水熱合成法
を用いると、200℃といった低い温度で大がかりな装置を必要とせず製造できるという
利点がある。この方法によって得られた粉末は比較的結晶性が高く、短冊状の均一な粒子
形態を有し、これを電極に用いた電気化学デバイスは、電気化学的特性に優れたものとな
る。
On the other hand, in the non-patent document 2, the present inventors have used Mn (CH
A method for synthesizing an anhydrous vanadium complex oxide (MnV 2 O 6 ) having a brownelite structure by direct precipitation reaction between 3 COO 2 aqueous solution and V 2 O 5 was proposed. When this spontaneous hydrothermal synthesis method is used, there is an advantage that it can be manufactured at a temperature as low as 200 ° C. without requiring a large-scale apparatus. The powder obtained by this method has a relatively high crystallinity and has a strip-like uniform particle form, and an electrochemical device using this as an electrode has excellent electrochemical characteristics.

しかしながら、この合成方法は、比較的低温ながらも、200℃に加熱する必要があり
、さらに高圧条件下で行うため耐圧容器を使用する必要があることから危険を伴い、大量
合成に不向きであり、依然として製造コストが嵩むものであった。
However, this synthesis method needs to be heated to 200 ° C. even at a relatively low temperature. Further, since it is necessary to use a pressure vessel because it is performed under high pressure conditions, it is dangerous and unsuitable for mass synthesis. Production costs were still high.

一方、非特許文献3に示されているように、同様の合成を大気圧下、例えばビーカーの
ような開放系で行うと、MnV26の水和物が生成してしまうという問題があった。この
MnV26の水和物は、熱処理により無水和物とすることはできるものの、水和物から得
た無水和物は上記自発的水熱合成によって得られた無水和物とは大きく異なり、結晶性が
低く、塊状の粒子形態であり、これを電気化学デバイスに適用した場合の電気化学特性に
ついても劣るものであった。
特許公開平6−349491号公報 KIM,S−S.;IKUTA,H.;WAKIHARA,M.Synthesis and characterization of MnV2O6 as a high capacity anode material for a lithium secondary battery.Solid State Ionics.vol.139,2001,p.57−65. 稲垣(INAGAKI,M.)、森下(MORISHITA,T.)、平野(HIRANO,M.)、グプタ(GUPTA,V.)、中島(NAKAJIMA,T.),Synthesis of MnV2O6 under Autogeneous Hydrothermal Conditions and Its Anodic Performance, ソリッド・ステート・アイオニクス(Solid State Ionics),(オランダ),2003年,第156巻,p.275−282 LIAO,J.−H.;DREZEN,T.;LEROUX,F.;GUYOMARD,D.;PIFFARD,Y.: Synthesis, Structures and thermal analysis of MnV2O6・nH2O phases (n=1,2 and 4): Eur.J.Solid State Inorg.Chem.: vol.33, no.5, 1996, page 411−427.
On the other hand, as shown in Non-Patent Document 3, when a similar synthesis is performed under atmospheric pressure, for example, in an open system such as a beaker, there is a problem that a hydrate of MnV 2 O 6 is generated. It was. Although this hydrate of MnV 2 O 6 can be made into an anhydrate by heat treatment, the anhydrate obtained from the hydrate is greatly different from the anhydrate obtained by the above-mentioned spontaneous hydrothermal synthesis. In addition, the crystallinity is low and the particles are in the form of lumps, and the electrochemical characteristics when applied to an electrochemical device are also inferior.
Japanese Patent Publication No. 6-349491 KIM, SS. IKUTA, H .; WAKIHARA, M .; Synthesis and charac- terization of MnV2O6 as a high capacity nano material for a lithium secondary battery. Solid State Ionics. vol. 139, 2001, p. 57-65. Inagaki (INAGAKI, M.), Morishita (MORISHITA, T.), Hirano (HIRANO, M.), Gupta (GUPTA, V.), Nakajima (NAKAJIMA, T.), Synthesis of MnV2O6 under Autoidous Hydroids. Performance, Solid State Ionics, (Netherlands), 2003, 156, p. 275-282 LIAO, J. et al. -H. DREZEN, T .; LEROUUX, F .; GUYOMARD, D .; PIFFARD, Y .; : Synthesis, Structures and thermal analysis of MnV 2 O 6 .nH 2 O phases (n = 1, 2 and 4): Eur. J. et al. Solid State Inorg. Chem. : Vol. 33, no. 5, 1996, page 411-427.

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、穏やかな条件で、且つ、簡単な方法
で金属カルコゲン化合物の無水和物を製造する方法を提供しようとするものである。また
、それによって製造された金属カルコゲン化合物、それを用いた電極並びに電気化学デバ
イスを提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing an anhydrate of a metal chalcogen compound by a simple method under mild conditions. Another object of the present invention is to provide a metal chalcogen compound produced thereby, an electrode using the same, and an electrochemical device.

本発明の構成と作用効果は次の通りである。但し、作用機構については多分に推定を含
んでおり、その作用機構の成否は、本発明を制限するものではない。
The configuration and operational effects of the present invention are as follows. However, the mechanism of action probably includes estimation, and the success or failure of the mechanism of action does not limit the present invention.

本発明者らは、非特許文献2に記載された自己水熱法によって得られるMnV26の無
水和物と同様の材料を常圧下(例えばビーカーのような開放系)で合成することができれ
ば、上記した従来の問題点が一挙に解決できると考え、鋭意検討した。本発明者らは、特
許文献2記載の反応プロセスをビーカーのような開放系で行うと、Mn(CH3COO)2
が溶解している酸性水溶液中でV25が水に溶解するため、次式のような反応過程で水和
物が生成してしまうのではないかと推察した。
25+H2O→2HVO3
2HVO3+Mn(CH3COO)2→MnV26・nH2O+2CH3COOH
The present inventors can synthesize a material similar to the anhydrous MnV 2 O 6 obtained by the self-hydrothermal method described in Non-Patent Document 2 under normal pressure (for example, an open system such as a beaker). If possible, we thought that the above-mentioned conventional problems could be solved at once. When the present inventors perform the reaction process described in Patent Document 2 in an open system such as a beaker, Mn (CH 3 COO) 2
Since V 2 O 5 is dissolved in water in an acidic aqueous solution in which is dissolved, it is assumed that a hydrate may be formed in the reaction process as shown in the following formula.
V 2 O 5 + H 2 O → 2HVO 3
2HVO 3 + Mn (CH 3 COO) 2 → MnV 2 O 6 .nH 2 O + 2CH 3 COOH

そこで本発明者らは、V25の水溶媒への溶解を抑えながらMn(CH3COO)2と反
応させれば、次式の反応過程により水和物を経ることなく無水和物が直接得られる可能性
があると考えた。
25+Mn(CH3COO)2→MnV26+(CH3CO)2
Therefore, the present inventors have made it possible to react with Mn (CH 3 COO) 2 while suppressing dissolution of V 2 O 5 in an aqueous solvent, whereby an anhydrate can be obtained without passing through a hydrate by the reaction process of the following formula. I thought it could be obtained directly.
V 2 O 5 + Mn (CH 3 COO) 2 → MnV 2 O 6 + (CH 3 CO) 2 O

バナジウム酸化物は中性の水にはほとんど溶解せず、コロイド粒子となって浮遊する。
このコロイド粒子表面のpHは約4.5となっている。しかして、水溶液のpHが4.5
より下がると、バナジウム酸化物の溶解度は大きく上昇し、完全に溶解して橙色の透明の
溶液となる。上記の反応を達成するためには、V25が酸性水溶液と接触する機会を減じ
ることが重要であると考えられる。
Vanadium oxide hardly dissolves in neutral water and floats as colloidal particles.
The pH of the colloidal particle surface is about 4.5. Thus, the pH of the aqueous solution is 4.5
When it is further lowered, the solubility of vanadium oxide is greatly increased and completely dissolved to become an orange transparent solution. In order to achieve the above reaction, it is considered important to reduce the chance that V 2 O 5 comes into contact with the acidic aqueous solution.

本発明は、請求項1に記載したように、溶媒に溶解してpH値を減じうる性質を有し金
属元素Aを含む無機化合物Xと、金属元素Bを含み酸性溶液に溶解しうる金属カルコゲン
化合物Yとを溶媒中で反応させて、金属元素A及びBを含む固体状の金属カルコゲン化合
物Zの無水和物を得る工程を含む金属カルコゲン化合物の製造方法において、大気圧解放
下で、且つ、前記反応を行う温度条件下で、前記化合物X及び前記化合物Yと前記溶媒と
を接触せしめることを特徴とする金属カルコゲン化合物の製造方法である。
According to the present invention, as described in claim 1, the inorganic compound X containing the metal element A having a property capable of being dissolved in a solvent to reduce the pH value, and the metal chalcogen containing the metal element B and soluble in an acidic solution A method for producing a metal chalcogen compound comprising a step of reacting a compound Y with a solvent in a solvent to obtain a solid metal chalcogen compound Z containing metal elements A and B, under atmospheric pressure release, and It is a method for producing a metal chalcogen compound, wherein the compound X and the compound Y are brought into contact with the solvent under temperature conditions for performing the reaction.

ここで、溶媒は、好ましくは水である。また、前記化合物Xと前記化合物Yとは異なる
物質である。また、金属元素Aと金属元素Bは異なる元素である。大気圧解放下とは、例
えば反応容器がビーカーのような開放系であり、反応溶媒の液面が物理的に大気と接続さ
れている状態という。必要に応じて還流器が取り付けられていてもよい。反応を行う温度
とは、当該工程において当該反応を進行させようとする温度であり、通常、当該工程の設
計者が諸般の事由を勘案して最も反応を進行させるのに適すると考える温度が選択される
。反応を行う温度は、いうまでもなく、化合物Xや化合物Yあるいはその反応系の選択に
よって変化する。
Here, the solvent is preferably water. The compound X and the compound Y are different substances. Metal element A and metal element B are different elements. Under atmospheric pressure release, for example, the reaction container is an open system such as a beaker, and the liquid level of the reaction solvent is physically connected to the atmosphere. A refluxer may be attached if necessary. The temperature at which the reaction is carried out is the temperature at which the reaction is to proceed in the process, and usually the temperature that the designer of the process considers to be the most suitable for proceeding with the reaction is selected. Is done. Needless to say, the temperature at which the reaction is carried out varies depending on the selection of compound X, compound Y or the reaction system thereof.

上記の例であるV25とMn(CH3COO)2とから一工程でMnV26の無水物を得
る工程においては、反応を行う温度は60℃以上が好ましい。反応温度が高いほど、Mn
26の無水物を得るために要する時間を短縮できるため、好ましい。この観点から、よ
り好ましくは85℃以上であり、さらに好ましくは95℃以上である。MnV26の無水
物を得るために要する時間は、反応温度が65℃の場合には約一週間を要し、反応温度が
95℃の場合には3時間で済む。温度が60℃未満では、V25とMn(CH3COO)2
との反応速度が充分でないため、反応が充分に進行する前にMn(CH3COO)2の存在
により溶媒のpH値が減少し、V25の溶解反応が進行する虞が高まるので、生成物が水
和物を多く含むものとなる虞がある。例えば、反応温度を25℃とした場合には生成物が
水和物を非常に多く含むものとなる。このような水和物を非常に多く含む生成物は、12
0℃以上で熱処理することによって無水物とすることはできるものの、電気化学的性能に
優れたものとすることが困難である。反応を行う温度の上限としては特に制限すべき理由
はないが、水溶媒を用いる場合には若干の沸点上昇はあるものの、大気圧解放下であるの
で、自ずと110℃以下となると考えられる。即ち、上記の例では、60℃以上の水と、
前記化合物X及び前記化合物Yと溶媒とを接触せしめるものである。接触せしめる方法に
ついては限定されるものではないが、具体的態様の一例としては、ビーカーで水を加熱し
、温度が60℃以上となったところで前記化合物X及び前記化合物Yを前記ビーカー中の
温水に投入すればよい。これにより、金属元素A及びBを含む固体状の金属カルコゲン化
合物Zの無水和物を直接合成することができる。従って、穏やかな条件で、且つ、簡単な
方法で無水の金属カルコゲン化合物を得ることができる。
In the step of obtaining the anhydride of MnV 2 O 6 in one step from V 2 O 5 and Mn (CH 3 COO) 2 which is the above example, the reaction temperature is preferably 60 ° C. or higher. The higher the reaction temperature, the higher the Mn
This is preferable because the time required to obtain an anhydride of V 2 O 6 can be shortened. In this respect, the temperature is more preferably 85 ° C or higher, and further preferably 95 ° C or higher. The time required to obtain the anhydride of MnV 2 O 6 takes about one week when the reaction temperature is 65 ° C., and three hours when the reaction temperature is 95 ° C. When the temperature is less than 60 ° C., V 2 O 5 and Mn (CH 3 COO) 2
Since the reaction rate with is not sufficient, the pH value of the solvent decreases due to the presence of Mn (CH 3 COO) 2 before the reaction proceeds sufficiently, and the possibility that the dissolution reaction of V 2 O 5 proceeds increases. There is a risk that the product contains a large amount of hydrate. For example, when the reaction temperature is 25 ° C., the product contains a large amount of hydrate. A product containing such a high amount of hydrate is 12
Although an anhydride can be obtained by heat treatment at 0 ° C. or higher, it is difficult to obtain an excellent electrochemical performance. The upper limit of the temperature at which the reaction is carried out is not particularly limited, but when a water solvent is used, although the boiling point is slightly increased, it is considered to be 110 ° C. or lower because it is under atmospheric pressure release. That is, in the above example, water of 60 ° C. or higher,
The compound X and the compound Y are brought into contact with a solvent. The method of contacting is not limited, but as an example of a specific embodiment, water is heated in a beaker, and when the temperature reaches 60 ° C. or higher, the compound X and the compound Y are heated in the beaker. Can be put in. Thereby, the anhydrous form of the solid metal chalcogen compound Z containing the metal elements A and B can be directly synthesized. Therefore, an anhydrous metal chalcogen compound can be obtained by a simple method under mild conditions.

また、本発明は、請求項2に記載したように、前記化合物Xと前記溶媒との接触が、前
記化合物Yと前記溶媒との接触時以降になされることを特徴としている。
Further, according to the present invention, as described in claim 2, the contact between the compound X and the solvent is performed after the contact between the compound Y and the solvent.

このような構成により、前記化合物Yが化合物Xの酸性水溶液に接触する機会を減じる
ことができる。前記化合物Xと前記溶媒との接触が、前記化合物Yと前記溶媒との接触時
以降になされる態様としては、化合物Xと化合物Yをそれぞれ秤量して両者を同時に溶媒
と接触せしめる方法、化合物Xと化合物Yをそれぞれ秤量してから両者を混合し、該混合
物と溶媒を接触せしめる方法、化合物Yを投入した後に、化合物Xを投入する方法、等が
挙げられる。なかでも、溶媒を撹拌しながら化合物Yを投入し、化合物Yが溶媒に充分分
散されたことを確認してから化合物Xをその中に投入する方法が好ましい。
With such a configuration, the opportunity for the compound Y to contact the acidic aqueous solution of the compound X can be reduced. As an aspect in which the contact between the compound X and the solvent is performed after the contact between the compound Y and the solvent, a method in which each of the compound X and the compound Y is weighed and brought into contact with the solvent at the same time, a compound X And a method in which both are mixed, the mixture is brought into contact with the solvent, a method in which the compound X is introduced after the compound Y is introduced, and the like. Among them, a method is preferred in which compound Y is added while stirring the solvent, and after confirming that compound Y is sufficiently dispersed in the solvent, compound X is added therein.

また、本発明は、請求項3に記載したように、前記化合物Zの粒子形態は、前記化合物
Yの粒子形態とは異なるものであることを特徴としている。
Further, according to the present invention, the particle form of the compound Z is different from the particle form of the compound Y, as described in claim 3.

上記反応系を例に挙げれば、塊状粒子形態を有するV25から短冊状の粒子形態を有す
る無水物が得られる。この場合、本発明の方法を用いず、例えば酢酸マンガン粉末を投入
してからV25粉末を投入すると、塊状粒子形態を有する水和物が得られる。
Taking the above reaction system as an example, an anhydride having a strip-like particle form can be obtained from V 2 O 5 having a massive particle form. In this case, without using the method of the present invention, for example, when manganese acetate powder is introduced and then V 2 O 5 powder is introduced, a hydrate having a massive particle form is obtained.

また、本発明は、請求項4に記載したように、前記金属元素BはV(バナジウム)を含
むものである。
In the present invention, as described in claim 4, the metal element B contains V (vanadium).

また、本発明は、請求項5に記載したように、前記化合物Zは、AV26型ブラウネラ
イト構造を有するバナジウム複合酸化物である。
In the present invention, the compound Z is a vanadium composite oxide having an AV 2 O 6 type brownene structure.

また、本発明は、請求項6に記載したように、前記金属元素Aは、Ca、Cd、Co、
Ni、Mg、Mn、ZnおよびCuからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含むもの
である。
Further, according to the present invention, as described in claim 6, the metal element A includes Ca, Cd, Co,
It contains one or more selected from the group consisting of Ni, Mg, Mn, Zn and Cu.

金属元素AとしてCa、Cd、Co、Ni、Mg、Mn、ZnおよびCuからなる群か
ら選ばれる1種以上の金属元素を少なくとも含むものとすることにより、れば本発明が目
的とする金属カルコゲン化合物Zを容易に得ることができる。特に、前記化合物Yが金属
元素としてV(バナジウム)を含むものである場合において好ましく、具体的にはCaV
38、CaVO3、Ca227、CaV26、Ca328、CdV38、CdVO3、C
227、CdV26、Cd328、CoV38、CoVO3、Co227、CoV2
6、Co328、NiV38、NiVO3、Ni227、NiV26、Ni328
MgV38、MgVO3、Mg227、MgV26、Mg328、MnV38、MnV
3、Mn227、MnV26、Mn328、ZnV38、ZnVO3、Zn227
ZnV26、Zn328、CuV38、CuVO3、Cu227、CuV26、Cu3
28、Cu5210、Cu11626、Cu354等を容易に合成することができる。
By including at least one or more metal elements selected from the group consisting of Ca, Cd, Co, Ni, Mg, Mn, Zn and Cu as the metal element A, the metal chalcogen compound Z intended by the present invention can be obtained. Can be easily obtained. In particular, the compound Y is preferable when it contains V (vanadium) as a metal element.
3 O 8 , CaVO 3 , Ca 2 V 2 O 7 , CaV 2 O 6 , Ca 3 V 2 O 8 , CdV 3 O 8 , CdVO 3 , C
d 2 V 2 O 7 , CdV 2 O 6 , Cd 3 V 2 O 8 , CoV 3 O 8 , CoVO 3 , Co 2 V 2 O 7 , CoV 2
O 6 , Co 3 V 2 O 8 , NiV 3 O 8 , NiVO 3 , Ni 2 V 2 O 7 , NiV 2 O 6 , Ni 3 V 2 O 8 ,
MgV 3 O 8 , MgVO 3 , Mg 2 V 2 O 7 , MgV 2 O 6 , Mg 3 V 2 O 8 , MnV 3 O 8 , MnV
O 3 , Mn 2 V 2 O 7 , MnV 2 O 6 , Mn 3 V 2 O 8 , ZnV 3 O 8 , ZnVO 3 , Zn 2 V 2 O 7 ,
ZnV 2 O 6 , Zn 3 V 2 O 8 , CuV 3 O 8 , CuVO 3 , Cu 2 V 2 O 7 , CuV 2 O 6 , Cu 3 V
2 O 8 , Cu 5 V 2 O 10 , Cu 11 V 6 O 26 , Cu 3 V 5 O 4, etc. can be easily synthesized.

前記化合物Xは、上記金属元素Aの他に、他の遷移金属やCa、Mg等の典型金属を含
んでいてもよい。
In addition to the metal element A, the compound X may contain other transition metals and typical metals such as Ca and Mg.

また、本発明は、前記した金属カルコゲン化合物の製造方法によって得られた金属カル
コゲン化合物である。
Moreover, this invention is a metal chalcogen compound obtained by the manufacturing method of an above described metal chalcogen compound.

このような金属カルコゲン化合物は、上記したように簡便な方法で得ることができるの
で、電気化学デバイスの電極材料として用いることにより、良好な性能を有する電気化学
デバイスを安価に提供できる。
Since such a metal chalcogen compound can be obtained by a simple method as described above, by using it as an electrode material of an electrochemical device, an electrochemical device having good performance can be provided at low cost.

また、本発明は、請求項8に記載したように、前記金属カルコゲン化合物Zの無水和物
は、金属カルコゲン化合物Zの水和物を経由せずに得られたものであることを特徴とする
金属カルコゲン化合物である。
Further, according to the present invention, as described in claim 8, the anhydrous product of the metal chalcogen compound Z is obtained without going through the hydrate of the metal chalcogen compound Z. It is a metal chalcogen compound.

また、本発明は、請求項9に記載したように、短冊状の粒子形態を有する金属カルコゲ
ン化合物である。
Moreover, this invention is a metal chalcogen compound which has a strip-shaped particle | grain form, as described in Claim 9.

短冊状の粒子形態とは、針状または棒状形態のものを含む。なお、本明細書にいう粒子
形態とは、一次粒子の形態をいう。実施例に後述するように、短冊状形態の短辺は10〜
数十ナノメートルオーダーであるので、粒子形態の確認には透過型電子顕微鏡(TEM)
によることが好ましい。
The strip-like particle form includes a needle-like or rod-like form. In addition, the particle | grain form said to this specification means the form of a primary particle. As will be described later in the examples, the short side of the strip shape is 10 to 10.
Since it is on the order of several tens of nanometers, the transmission electron microscope (TEM) is used to confirm the particle morphology.
Is preferred.

また、本発明は、前記金属カルコゲン化合物を有する電極である。   Moreover, this invention is an electrode which has the said metal chalcogen compound.

また、本発明は、前記電極を備えた電気化学デバイスである。   Moreover, this invention is an electrochemical device provided with the said electrode.

本発明によれば、簡単な方法で金属カルコゲン化合物の無水和物を得ることができる。
また、電気化学的性能に優れた電気化学デバイス用の電極材料を簡単な方法で製造するこ
とができる。
According to the present invention, a metal chalcogen compound anhydride can be obtained by a simple method.
Moreover, the electrode material for electrochemical devices excellent in electrochemical performance can be produced by a simple method.

無機化合物Xの粒径は、特に限定されるものではなく、溶媒中で無機化合物Xが解離し
て生じるイオン種が反応に供される場合には、無機化合物Xの溶解速度を勘案しながら、
好ましい粒径を選択すればよい。反応の種類によって、無機化合物Xが解離して生じるイ
オン種が、短時間に高濃度で提供されることが好ましい場合や、逆に長時間に亘って徐々
に提供されることが好ましい場合があると考えられ、無機化合物Xの粒径の調整によって
、前記のようなイオン種の供給速度を調整することができる場合もあろう。無機化合物X
の粒径は0.1μm以上500μm以下が好ましい。
The particle size of the inorganic compound X is not particularly limited, and when an ionic species generated by dissociation of the inorganic compound X in a solvent is used for the reaction, taking into account the dissolution rate of the inorganic compound X,
What is necessary is just to select a preferable particle size. Depending on the type of reaction, it is preferable that the ionic species generated by dissociation of the inorganic compound X is preferably provided at a high concentration in a short time, or conversely, it may be preferable to be provided gradually over a long time. It is considered that the supply rate of the ionic species as described above may be adjusted by adjusting the particle size of the inorganic compound X. Inorganic compound X
The particle size is preferably 0.1 μm or more and 500 μm or less.

金属カルコゲン化合物Yの粒径については、小さすぎると、溶媒への溶解の虞が高まる
ので好ましくなく、大きすぎると、固体の金属カルコゲン化合物Yの粒子に対して固相反
応を起こそうとする場合の反応が充分に進行しない虞が高まる。このため、1μm以上1
00μm以下が好ましい。この程度の粒子径であれば、反応完了後、粉砕を行うことなく
電気化学デバイス用電極材料として用いることができるので、この点においても好ましい
When the particle size of the metal chalcogen compound Y is too small, the possibility of dissolution in a solvent increases, which is not preferable. When the particle size is too large, a solid phase reaction is caused to occur on the solid metal chalcogen compound Y particles. There is an increased risk that this reaction will not proceed sufficiently. For this reason, 1 μm or more 1
00 μm or less is preferable. Such a particle size is preferable also in this respect because it can be used as an electrode material for an electrochemical device without pulverization after completion of the reaction.

本発明の製造方法は、固体の金属カルコゲン化合物Yの粒子に対して固相反応を起こさ
せるものである。この観点から、溶媒中に存在させる金属カルコゲン化合物Yの量につい
て注意を払うことが好ましい。溶媒中に存在させる金属カルコゲン化合物Yの量が少なす
ぎると、金属カルコゲン化合物Yが溶媒へ溶解する虞が高まる。上記の例であるV25
Mn(CH3COO)2とから一工程でMnV26の無水物を得る工程においては、溶媒中
に存在させるバナジウム酸化物(金属カルコゲン化合物Y)の量は0.05モル/リット
ル以上とすることが好ましい。0.1モル/リットル以上であれば、たとえ反応温度が低
く反応速度が遅い場合であっても溶けきる虞がない。
The production method of the present invention causes a solid phase reaction to occur on solid metal chalcogen compound Y particles. From this viewpoint, it is preferable to pay attention to the amount of the metal chalcogen compound Y to be present in the solvent. If the amount of the metal chalcogen compound Y to be present in the solvent is too small, the possibility that the metal chalcogen compound Y is dissolved in the solvent increases. In the step of obtaining the anhydride of MnV 2 O 6 from V 2 O 5 and Mn (CH 3 COO) 2 which is the above example in one step, the vanadium oxide (metal chalcogen compound Y) to be present in the solvent The amount is preferably 0.05 mol / liter or more. If it is 0.1 mol / liter or more, there is no possibility of melting even if the reaction temperature is low and the reaction rate is slow.

本発明の一実施形態として、V25とMn(CH3COO)2とを原料としてMnV26
を得る反応に適用する場合を例に挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
As an embodiment of the present invention, MnV 2 O 6 using V 2 O 5 and Mn (CH 3 COO) 2 as raw materials
The present invention will be described in more detail by taking as an example the case of applying to the reaction for obtaining

本発明の製造方法を適用して得られた無水物のMnV26は、リチウムイオンが挿入さ
れることにより金属Li電位に対して約3.5V〜0V(vs.Li/Li+)の電位範囲で変化す
るので、これを電極に用いた電気化学デバイスは、電池として機能しうる。例えば、Mn
26を正極活物質として用い、前記電位以下の作動電位を示す電極材料(金属リチウム
、リチウム合金、炭素質材料など)を負極活物質として用いた電池を構成できる。また、
MnV26を負極活物質として用い、前記電位以上の作動電位を示す電極材料を正極活物
質として用いた電池を構成できる。MnV26を負極活物質として用いてリチウム電池を
構成すると、負極にリチウム金属が析出することもなく、放電容量が大きく、充放電サイ
クル性能に優れたリチウム電池が得られるため、好ましい。さらに、電荷移動を伴うキャ
パシタ用の電極材料としても使用することが可能である。その場合には、両極に本発明の
金属カルコゲン化合物を使用することができる。
Anhydrous MnV 2 O 6 obtained by applying the production method of the present invention is about 3.5 V to 0 V (vs. Li / Li + ) with respect to the metal Li potential due to insertion of lithium ions. Since it changes in a potential range, an electrochemical device using this as an electrode can function as a battery. For example, Mn
A battery using V 2 O 6 as a positive electrode active material and using an electrode material (metal lithium, lithium alloy, carbonaceous material, etc.) exhibiting an operating potential lower than the above potential as a negative electrode active material can be configured. Also,
A battery using MnV 2 O 6 as a negative electrode active material and an electrode material exhibiting an operating potential higher than the above potential as a positive electrode active material can be configured. It is preferable to form a lithium battery using MnV 2 O 6 as the negative electrode active material because lithium metal is not deposited on the negative electrode, a discharge capacity is large, and a lithium battery excellent in charge / discharge cycle performance is obtained. Furthermore, it can also be used as an electrode material for capacitors with charge transfer. In that case, the metal chalcogen compound of the present invention can be used for both electrodes.

本発明のMnV26を電気化学デバイス用電極に適用するにあたり、MnV26は、必
要に応じてMoを含んだものとしてもよい。MnV26を合成する工程中に、又は合成後
に混合してMoを含ませることにより、充放電容量、繰り返し充放電サイクル性能といっ
た電池性能をさらに改善させることができる。含ませるMoの量はバナジウムに対して2
当量以下であり、さらに好ましくは0.1当量以上1.5当量以下である。また本発明に
係るバナジウム複合酸化物は、単相構造であっても多相構造であってもよく、特にMoを
含ませることにより、また合成条件により、またそのMo量によって固溶構造、多相構造
いずれもとり得ることができ、そのいずれもが有効である。
In applying MnV 2 O 6 of the present invention to an electrode for an electrochemical device, MnV 2 O 6 may contain Mo as required. Battery performance such as charge / discharge capacity and repeated charge / discharge cycle performance can be further improved by mixing and including Mo during the process of synthesizing MnV 2 O 6 or after synthesis. The amount of Mo to be included is 2 with respect to vanadium.
Equivalent or less, more preferably 0.1 equivalent or more and 1.5 equivalent or less. The vanadium composite oxide according to the present invention may have a single-phase structure or a multi-phase structure. In particular, by adding Mo, depending on the synthesis conditions and depending on the amount of Mo, a solid solution structure, Any phase structure can be employed, any of which is effective.

本発明の製造方法によって合成されたMnV26をさらに熱処理を行って電気化学デバ
イスに用いてもよい。前記熱処理を行うと、MnV26の結晶性が向上する。前記熱処理
温度としては特に限定されないが400〜600℃が好ましい。前記熱処理時の雰囲気は
特に限定されないが、空気、酸素濃度を任意に調節した気体、または窒素やアルゴン等の
不活性ガス等を用いることができる。前記熱処理温度を600℃以下とすることにより、
添加した固体材料との反応を起こす虞を低減できる点で好ましい。
MnV 2 O 6 synthesized by the production method of the present invention may be further heat-treated and used in an electrochemical device. When the heat treatment is performed, the crystallinity of MnV 2 O 6 is improved. Although it does not specifically limit as said heat processing temperature, 400-600 degreeC is preferable. The atmosphere at the time of the heat treatment is not particularly limited, but air, a gas whose oxygen concentration is arbitrarily adjusted, an inert gas such as nitrogen or argon, or the like can be used. By setting the heat treatment temperature to 600 ° C. or less,
This is preferable in that the possibility of causing a reaction with the added solid material can be reduced.

MnV26を合成する場合の出発原料としては、元素Aを含む酢酸塩およびV25を用
いることが好ましい。元素Aを含む前記酢酸塩としては、例えば酢酸カルシウム、酢酸コ
バルト、酢酸ニッケル、酢酸マグネシウム、酢酸マンガン、酢酸亜鉛等を挙げることがで
きる。なかでも酢酸マンガンは安価であり、得られたバナジウム複合酸化物を電池に用い
ると、電気化学的諸特性に優れたものとすることができる点で特に好ましい。
As starting materials for synthesizing MnV 2 O 6 , it is preferable to use acetate containing element A and V 2 O 5 . Examples of the acetate containing the element A include calcium acetate, cobalt acetate, nickel acetate, magnesium acetate, manganese acetate, and zinc acetate. Among these, manganese acetate is inexpensive and it is particularly preferable that the obtained vanadium composite oxide is used for a battery since it can be excellent in electrochemical characteristics.

MnV26を電気化学デバイス、特に電池として用いる場合、各元素の酸化還元による
電荷移動を利用することになる。例えば、リチウム電池に応用する場合、各元素の還元に
伴い、リチウムの吸蔵が起こることにより、MnV26結晶の基本構造が変化し、アモル
ファス化する特徴がある。一旦アモルファス化したMnV26は、その後のリチウムイオ
ンの脱離や再挿入によってもアモルファス状態を維持する。従って、リチウムイオンの挿
入・脱離反応を利用した電池系に本発明のMnV26を用いた場合には、充放電深度にか
かわらず前記バナジウム複合酸化物はアモルファル状態の結晶構造を呈する。
When MnV 2 O 6 is used as an electrochemical device, particularly as a battery, charge transfer by oxidation / reduction of each element is used. For example, when applied to a lithium battery, the basic structure of the MnV 2 O 6 crystal changes due to the occlusion of lithium as each element is reduced, resulting in an amorphous state. Once amorphous, MnV 2 O 6 maintains an amorphous state by subsequent desorption and reinsertion of lithium ions. Therefore, when MnV 2 O 6 of the present invention is used in a battery system that utilizes insertion / extraction reactions of lithium ions, the vanadium composite oxide exhibits an amorphous crystal structure regardless of the charge / discharge depth.

金属カルコゲン化合物としてMnV26を採用した電極を備えたリチウム電池を例に挙
げた実施例に基づき、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本
発明は実施例に限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail based on examples in which lithium batteries equipped with electrodes employing MnV 2 O 6 as a metal chalcogen compound are taken as examples, but the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention. It is not limited.

(実施例1)
無機化合物Xとしての酢酸マンガンMn(CH3COO)2・4H2O(純度99.0%
、ナカライテスク社製)12.3g(化合物Xに相当)と、金属カルコゲン化合物Yとし
ての酸化バナジウムV25(99.99%、高純度化学社製、200メッシュ以下)9.
1g(化合物Yに相当)とをそれぞれ分取した。一方、丸底フラスコ(300ml)に液
体溶媒として蒸留水100mlを入れ、マグネチックスターラーでゆっくり撹拌しながら
加熱した。なお、フラスコ上部には環流器を取り付けた。温度が95℃に達したことを確
認してから、マグネチックスターラーによる撹拌を激しく行いながら、分取しておいた酸
化バナジウムおよび酢酸マンガンを同時に投入した。温度を95±2℃に保ちながら、攪
拌を3時間続けた後、加熱を停止し、上澄み液をデカンテーションにより除去し、数回蒸
留水で濾過洗浄した。その後、60℃で乾燥し黒褐色の粉末を得た。これを本発明化合物
1とする。
(Example 1)
Manganese acetate Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O as an inorganic compound X (purity 99.0%
And 12.3 g (corresponding to compound X) and vanadium oxide V 2 O 5 (99.99%, high purity chemical, 200 mesh or less) as metal chalcogen compound Y
1 g (corresponding to compound Y) was fractionated. On the other hand, 100 ml of distilled water as a liquid solvent was placed in a round bottom flask (300 ml), and heated while slowly stirring with a magnetic stirrer. A reflux device was attached to the top of the flask. After confirming that the temperature reached 95 ° C., the separated vanadium oxide and manganese acetate were added simultaneously while vigorously stirring with a magnetic stirrer. Stirring was continued for 3 hours while maintaining the temperature at 95 ± 2 ° C., then the heating was stopped, the supernatant was removed by decantation, and the solution was filtered and washed several times with distilled water. Then, it dried at 60 degreeC and obtained the black brown powder. This is named Compound 1 of the present invention.

(実施例2)
無機化合物Xとしての酢酸マンガンMn(CH3COO)2・4H2O(純度99.0%
、ナカライテスク社製)12.3g(化合物Xに相当)と、金属カルコゲン化合物Yとし
ての酸化バナジウムV25(99.99%、高純度化学社製)9.1g(化合物Yに相当
)とをそれぞれ分取した。一方、丸底フラスコ(300ml)に液体溶媒として蒸留水1
00mlを入れ、マグネチックスターラーでゆっくり撹拌しながら加熱した。なお、フラ
スコ上部には環流器を取り付けた。温度が95℃に達したことを確認してから、マグネチ
ックスターラーによる撹拌を激しく行い、分取しておいた酸化バナジウムを投入した。酸
化バナジウムの粉体が水中に充分に分散していることを確認してから、同じく分取してお
いた酢酸マンガンを投入した。温度を95±2℃に保ちながら、攪拌を3時間続けた後、
加熱を停止し、上澄み液をデカンテーションにより除去し、数回蒸留水で濾過洗浄した。
その後、60℃で乾燥し黒褐色の粉末を得た。これを本発明化合物2とする。
(Example 2)
Manganese acetate Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O as an inorganic compound X (purity 99.0%
, Manufactured by Nacalai Tesque) 12.3 g (corresponding to Compound X) and 9.1 g (corresponding to Compound Y) of vanadium oxide V 2 O 5 (99.99%, manufactured by High Purity Chemical Co.) as the metal chalcogen compound Y And were each sorted. Meanwhile, distilled water 1 as a liquid solvent in a round bottom flask (300 ml).
00 ml was added and heated with slow stirring with a magnetic stirrer. A reflux device was attached to the top of the flask. After confirming that the temperature reached 95 ° C., the magnetic stirrer was vigorously stirred and the separated vanadium oxide was added. After confirming that the vanadium oxide powder was sufficiently dispersed in water, manganese acetate that had been separated in the same manner was added. After stirring for 3 hours while maintaining the temperature at 95 ± 2 ° C.,
Heating was stopped, and the supernatant liquid was removed by decantation, followed by filtration and washing with distilled water several times.
Then, it dried at 60 degreeC and obtained the black brown powder. This is designated as Compound 2 of the present invention.

(実施例3)
無機化合物Xとしての酢酸マンガンMn(CH3COO)2・4H2O(純度99.0%
、ナカライテスク社製)12.3g(化合物Xに相当)と、金属カルコゲン化合物Yとし
ての酸化バナジウムV25(99.99%、高純度化学社製、200メッシュ以下)9.
1g(化合物Yに相当)とをそれぞれ分取した。一方、丸底フラスコ(300ml)に液
体溶媒として蒸留水100mlを入れ、マグネチックスターラーでゆっくり撹拌しながら
加熱した。なお、フラスコ上部には環流器を取り付けた。温度が95℃に達したことを確
認してから、マグネチックスターラーによる撹拌を激しく行いながら、分取しておいた酸
化バナジウムおよび酢酸マンガンを同時に投入した。温度を65±2℃に保ちながら、攪
拌を168時間続けた後、加熱を停止し、上澄み液をデカンテーションにより除去し、数
回蒸留水で濾過洗浄した。その後、60℃で乾燥し黒褐色の粉末を得た。これを本発明化
合物3とする。
(Example 3)
Manganese acetate Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O as an inorganic compound X (purity 99.0%
And 12.3 g (corresponding to compound X) and vanadium oxide V 2 O 5 (99.99%, high purity chemical, 200 mesh or less) as metal chalcogen compound Y
1 g (corresponding to compound Y) was fractionated. On the other hand, 100 ml of distilled water as a liquid solvent was placed in a round bottom flask (300 ml), and heated while slowly stirring with a magnetic stirrer. A reflux device was attached to the top of the flask. After confirming that the temperature reached 95 ° C., the separated vanadium oxide and manganese acetate were added simultaneously while vigorously stirring with a magnetic stirrer. Stirring was continued for 168 hours while maintaining the temperature at 65 ± 2 ° C., then the heating was stopped, the supernatant liquid was removed by decantation, and the mixture was washed by filtration with distilled water several times. Then, it dried at 60 degreeC and obtained the black brown powder. This is designated as Compound 3 of the present invention.

(比較例1)
酢酸マンガンMn(CH3COO)2・4H2O(純度99.0%、ナカライテスク社製
)12.3g(化合物Xに相当)と、酸化バナジウムV25(99.99%、高純度化学
社製)9.1g(化合物Yに相当)とをそれぞれ分取した。一方、丸底フラスコ(300
ml)に液体溶媒として蒸留水100mlを入れ、分取しておいた酢酸マンガン、及び酸
化バナジウムを投入し、マグネチックスターラーでゆっくり撹拌した。なお、フラスコ上
部には環流器を取り付けた。しばらく攪拌を続けると、懸濁していた液が透明になる。そ
の後加熱し、温度が60℃以上に達したころから、茶褐色の沈殿が浮遊するようになった
。さらに加熱(90℃以上)攪拌を3時間続けた後、加熱を停止し、上澄み液をデカンテ
ーションにより除去し、数回蒸留水で濾過洗浄した。その後、60℃で乾燥し黒褐色の粉
末を得た。これを比較化合物1とする。
(Comparative Example 1)
Manganese acetate Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O (purity 99.0%, manufactured by Nacalai Tesque) 12.3 g (equivalent to compound X) and vanadium oxide V 2 O 5 (99.99%, high purity) 9.1 g (corresponding to Compound Y) was fractionated. On the other hand, round bottom flask (300
ml) was added 100 ml of distilled water as a liquid solvent, and the separated manganese acetate and vanadium oxide were added thereto, and the mixture was slowly stirred with a magnetic stirrer. A reflux device was attached to the top of the flask. If the stirring is continued for a while, the suspended liquid becomes transparent. Thereafter, the mixture was heated, and when the temperature reached 60 ° C. or higher, a brown precipitate began to float. Further, heating (90 ° C. or higher) and stirring were continued for 3 hours, then the heating was stopped, the supernatant liquid was removed by decantation, and the solution was filtered and washed several times with distilled water. Then, it dried at 60 degreeC and obtained the black brown powder. This is designated as Comparative Compound 1.

(比較例2)
酢酸マンガンMn(CH3COO)2・4H2O(純度99.0%、ナカライテスク社製
)と、酸化バナジウムV25(99.99%、高純度化学社製)とを元素比がV/Mn=
2となるように分取してそれぞれの水溶液とした。次に、室温にて、両者の水溶液を混合
して金属イオン濃度が0.5mol/lとなるように混合水溶液を調整した。このとき、
前記混合水溶液のpH値は約4であった。前記混合溶液18mlをポリテトラフルオロエ
チレンで表面を被覆したステンレス鋼製の25ml容器に密封し、前記容器を10rpm
の回転速度で回転させながら、温度200℃で10時間加熱した。次に、得られた沈殿物
を洗浄液のpHが7.0になるまで蒸留水で繰り返し洗浄し、遠心分離によって沈殿物を
分離した後、前記沈殿物を65℃の空気中で乾燥した。これを比較化合物2とする。
(Comparative Example 2)
Manganese acetate Mn (CH 3 COO) 2 .4H 2 O (purity 99.0%, manufactured by Nacalai Tesque) and vanadium oxide V 2 O 5 (99.99%, manufactured by Kojun Chemical Co., Ltd.) V / Mn =
The aqueous solution was separated into 2 to obtain respective aqueous solutions. Next, both aqueous solutions were mixed at room temperature to adjust the mixed aqueous solution so that the metal ion concentration was 0.5 mol / l. At this time,
The pH value of the mixed aqueous solution was about 4. 18 ml of the mixed solution was sealed in a stainless steel 25 ml container whose surface was coated with polytetrafluoroethylene, and the container was placed at 10 rpm.
The sample was heated at a temperature of 200 ° C. for 10 hours while rotating at a rotation speed of. Next, the obtained precipitate was repeatedly washed with distilled water until the pH of the washing solution reached 7.0, and after separating the precipitate by centrifugation, the precipitate was dried in air at 65 ° C. This is designated as Comparative Compound 2.

本発明化合物1〜3及び比較化合物1,2について、CuKα線を用いた粉末エックス
線回折法により測定したところ、本発明化合物1〜3及び比較化合物2についてはブラウ
ネライト構造に帰属可能な無水のバナジウム複合酸化物(MnV26)が得られたことが
確認された。一例として本発明化合物3のエックス線回折図を代表して図1に示す。一方
、比較化合物1については含水型のMnV26に帰属可能なバナジウム複合酸化物の水和
物が得られており、無水物を直接得ることはできなかった。
About this invention compounds 1-3 and the comparison compounds 1 and 2, when measured by the powder X-ray-diffraction method using a CuK (alpha) ray, about this invention compounds 1-3 and the comparison compound 2, the anhydrous vanadium composite which can be assigned to a brownite structure It was confirmed that an oxide (MnV 2 O 6 ) was obtained. As an example, an X-ray diffraction pattern of the compound 3 of the present invention is shown in FIG. On the other hand, with respect to Comparative Compound 1, a hydrate of vanadium composite oxide that can be assigned to water-containing MnV 2 O 6 was obtained, and an anhydride could not be obtained directly.

また、本発明化合物1〜3及び比較化合物1,2について、走査型電子顕微鏡で粒子形
態を観察したところ、本発明化合物1〜3及び比較化合物2については短冊状の粒子形態
が観察された。一例として本発明化合物2の透過型電子顕微鏡(TEM)による観察像を
代表して図2に示す。図の下方に示した白いバーは、この長さが50ナノメートルである
ことを示している。同図より、本発明の化合物は、一次粒子が凝集して二次粒子を形成し
ており、前記一次粒子は、幅が10〜数十ナノメートルの短冊状を呈していることがわか
る。一方、比較化合物1の一次粒子は塊状の形態を呈していた。また、比較化合物1を熱
処理すると、ブラウネライト構造に帰属可能な無水のバナジウム複合酸化物(MnV26
)が得られた。しかしながら、その一次粒子形態は塊状のままであり、短冊状の一次粒子
形態とはならなかった。
Moreover, when this invention compounds 1-3 and the comparative compounds 1 and 2 observed the particle | grain form with the scanning electron microscope, the strip-like particle | grain form was observed about this invention compound 1-3 and the comparative compound 2. FIG. As an example, an observation image of the compound 2 of the present invention by a transmission electron microscope (TEM) is shown in FIG. The white bar shown at the bottom of the figure indicates that this length is 50 nanometers. From the figure, it can be seen that in the compound of the present invention, primary particles aggregate to form secondary particles, and the primary particles have a strip shape with a width of 10 to several tens of nanometers. On the other hand, the primary particles of the comparative compound 1 had a massive form. Further, when comparative compound 1 is heat-treated, anhydrous vanadium composite oxide (MnV 2 O 6) that can be assigned to the brownite structure.
)was gotten. However, the primary particle form remained agglomerated and did not become a strip-like primary particle form.

なお、上記実施例1では、反応時間を3時間としたが、この条件では未反応のV25
微量残存する。未反応V25の残存は、生成物のエックス線回折図から確認することは難
しいが、生成物を熱処理(例えば400℃5時間)したもののエックス線回折図を観察す
るとV25ピークが現れることから確認することができる。この未反応のV25の残存が
気になる場合には、反応時間を長くすることで解決できる。上記実施例1の条件で反応時
間を72時間とした場合には、その生成物を熱処理してエックス線回折図を観察してもV
25ピークが観察されなくなる。
In Example 1 above, the reaction time was 3 hours, but a small amount of unreacted V 2 O 5 remains under these conditions. Although it is difficult to confirm the residual unreacted V 2 O 5 from the X-ray diffraction pattern of the product, a V 2 O 5 peak appears when the X-ray diffraction pattern of the heat-treated product (eg, 400 ° C. for 5 hours) is observed. This can be confirmed. If this unreacted V 2 O 5 remains, it can be solved by increasing the reaction time. When the reaction time was 72 hours under the conditions of Example 1, the product was heat-treated and the X-ray diffraction pattern was observed.
The 2 O 5 peak is not observed.

本発明化合物1〜3及び比較化合物1,2の電気化学的特性を測定した。それぞれの化
合物0.50g、アセチレンブラック0.45g及びポリテトラフルオロエチレン粉末0
.05gを混合し、溶剤としてトルエンを少量加えて混練してペースト状とし、ロールで
繰り返し圧延して用いて厚さ100μmの合剤シートをそれぞれ作製した。これらの合剤
シートを2.25cm2に切り出し、集電体である端子付きニッケルメッシュに圧着し、
電極とした。対極には、リチウム箔を端子付きニッケルメッシュに圧着したものを使用し
た。得られた電極と対極の間にポリエチレン製微多孔膜をはさんで積層し極群とした。各
極から端子を出した状態でこの極群をアルミラミネートの袋に入れ、エチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートを1:1の体積比で混合した溶液に1mol/lとなるように
LiPF6を溶解した電解液を注液した後、熱融着で密封し電気化学デバイスを作製した
The electrochemical properties of the present compounds 1 to 3 and comparative compounds 1 and 2 were measured. 0.50 g of each compound, 0.45 g of acetylene black and polytetrafluoroethylene powder 0
. 05 g was mixed, a small amount of toluene was added as a solvent, kneaded to make a paste, and repeatedly rolled with a roll to prepare a mixture sheet having a thickness of 100 μm. These mixture sheets are cut out to 2.25 cm 2 and bonded to a nickel mesh with a terminal as a current collector,
An electrode was obtained. As the counter electrode, a lithium foil bonded to a nickel mesh with terminals was used. A microporous film made of polyethylene was sandwiched between the obtained electrode and the counter electrode to form a pole group. Electrode in which LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / l in a solution in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 with this electrode group placed in an aluminum laminate bag with terminals extending from each electrode. After injecting the liquid, it was sealed by heat sealing to produce an electrochemical device.

各電気化学デバイスを0Vまで10mA/gの電流密度で放電し、3.7Vまで10m
A/gの電流密度で充電した。その結果、本発明化合物1〜3及び比較化合物2を用いた
電気化学デバイスの充放電挙動に差は見られなかった。しかしながら、比較化合物1を用
いた電気化学デバイスについては芳しい充放電挙動は観察されなかった。
Each electrochemical device was discharged at a current density of 10 mA / g up to 0 V and 10 m up to 3.7 V.
The battery was charged at a current density of A / g. As a result, no difference was observed in the charge / discharge behavior of the electrochemical devices using the present compounds 1 to 3 and comparative compound 2. However, no good charge / discharge behavior was observed for the electrochemical device using Comparative Compound 1.

以上の結果より、大気圧解放下で行える比較的容易な本発明の製造方法を用いても、自
己水熱法を用いて合成したものと同等の電気化学的特性が得られることが確認された。
From the above results, it was confirmed that the electrochemical characteristics equivalent to those synthesized using the self-hydrothermal method can be obtained even by using the production method of the present invention which can be performed relatively easily under the release of atmospheric pressure. .

本発明によれば、高圧を用いることなく穏和な条件で反応を行わせることができ、しか
も熱処理等の後工程を行わなくても、電気化学デバイス用電極に用いた場合に電気化学的
性能に優れた金属カルコゲン化合物を得ることができるので、製造にかかるエネルギー消
費についても抑えることができる。
According to the present invention, the reaction can be performed under mild conditions without using high pressure, and the electrochemical performance can be improved when used for an electrode for an electrochemical device without performing post-process such as heat treatment. Since an excellent metal chalcogen compound can be obtained, energy consumption for production can be suppressed.

なお、上記実施例3では反応を行う温度を65℃とし、反応時間として約1週間を要し
ているが、この反応条件は決して非現実的なものとはいえない。このような穏和な温度で
長時間かける反応条件は、例えば地熱利用やごみ焼却施設からの発生熱利用との組み合わ
せにおいて現実的に利用可能性が高い。
In Example 3, the reaction temperature is 65 ° C. and the reaction time is about one week. However, this reaction condition is not unrealistic. Such a reaction condition that takes a long time at a moderate temperature has a high possibility of practical use in combination with, for example, the use of geothermal heat or the use of heat generated from a waste incineration facility.

実施例に係る金属カルコゲン化合物のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of the metal chalcogen compound which concerns on an Example. 実施例に係る金属カルコゲン化合物の透過型電子顕微鏡観察像である。It is a transmission electron microscope observation image of the metal chalcogen compound which concerns on an Example.

Claims (11)

溶媒に溶解してpH値を減じうる性質を有し金属元素Aを含む無機化合物Xと、金属元素
Bを含み酸性溶液に溶解しうる金属カルコゲン化合物Yとを溶媒中で反応させて、金属元
素A及びBを含む固体状の金属カルコゲン化合物Zの無水和物を得る工程を含む金属カル
コゲン化合物の製造方法において、大気圧解放下で、且つ、前記反応を行う温度条件下で
、前記化合物X及び前記化合物Yと前記溶媒とを接触せしめることを特徴とする金属カル
コゲン化合物の製造方法。
A metal element obtained by reacting an inorganic compound X containing a metal element A having a property capable of reducing a pH value by dissolving in a solvent and a metal chalcogen compound Y containing a metal element B and dissolved in an acidic solution in the solvent. A method for producing a metal chalcogen compound comprising a step of obtaining an anhydrous product of a solid metal chalcogen compound Z containing A and B, wherein the compound X and the compound X and A method for producing a metal chalcogen compound, wherein the compound Y is brought into contact with the solvent.
前記化合物Xと前記溶媒との接触が、前記化合物Yと前記溶媒との接触時以降になされる
請求項1記載の金属カルコゲン化合物の製造方法。
The method for producing a metal chalcogen compound according to claim 1, wherein the contact between the compound X and the solvent is performed after the contact between the compound Y and the solvent.
前記化合物Zの粒子形態は、前記化合物Yの粒子形態と異なるものである請求項1又は2
記載の金属カルコゲン化合物の製造方法。
The particle form of the compound Z is different from the particle form of the compound Y.
The manufacturing method of the metal chalcogen compound of description.
前記金属化合物Bは、V(バナジウム)を含む請求項1〜3のいずれかに記載の金属カル
コゲン化合物の製造方法。
The said metal compound B is a manufacturing method of the metal chalcogen compound in any one of Claims 1-3 containing V (vanadium).
前記化合物Zは、AV26型ブラウネライト構造を有するバナジウム複合酸化物である請
求項1〜4のいずれかに記載の金属カルコゲン化合物の製造方法。
The compound Z is a manufacturing method of a metal chalcogen compound according to any one of claims 1 to 4 vanadium composite oxide having AV 2 O 6 type Burauneraito structure.
前記金属化合物Aは、Ca、Cd、Co、Ni、Mg、Mn、ZnおよびCuからなる群
から選ばれる1種又は2種以上を含む請求項1〜5のいずれかに記載の金属カルコゲン化
合物の製造方法。
The metal chalcogen compound according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal compound A includes one or more selected from the group consisting of Ca, Cd, Co, Ni, Mg, Mn, Zn, and Cu. Production method.
請求項1〜6のいずれかに記載の金属カルコゲン化合物の製造方法によって得られた金属
カルコゲン化合物。
The metal chalcogen compound obtained by the manufacturing method of the metal chalcogen compound in any one of Claims 1-6.
前記金属カルコゲン化合物Zの無水和物は、金属カルコゲン化合物Zの水和物を経由せず
に得られたものである請求項7記載の金属カルコゲン化合物。
The metal chalcogen compound Z according to claim 7, wherein the anhydride of the metal chalcogen compound Z is obtained without going through the hydrate of the metal chalcogen compound Z.
短冊状粒子形態を有する請求項7又は8記載の金属カルコゲン化合物。 The metal chalcogen compound according to claim 7 or 8, which has a strip-like particle form. 請求項7〜9のいずれかに記載の金属カルコゲン化合物を有する電極。 The electrode which has a metal chalcogen compound in any one of Claims 7-9. 請求項10記載の電極を備えた電気化学デバイス。 An electrochemical device comprising the electrode according to claim 10.
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