JP2010170865A - 非水系二次電池用活物質および非水系二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の非水系二次電池用活物質は、アルカリ金属塩および遷移金属の混合物からなり、充放電により、アルカリ金属塩と遷移金属とが反応してなる化合物からアルカリ金属を脱離し、アルカリ金属が挿入された該化合物からアルカリ金属塩と遷移金属とを再生する可逆的な酸化還元を行うことを特徴とする。この活物質を非水系二次電池に用いることで、非水系二次電池の高容量化が可能となる。また、本発明の非水系二次電池用活物質は、電解質イオンとしてはたらくアルカリ金属を含むため、対極に用いる活物質が限定されない。たとえば、リチウムイオン二次電池においては、金属リチウムを含む電極を使用しなくて済むため、安全性が向上する。
【選択図】 図3
Description
本発明の非水系二次電池用活物質(以下「活物質」と略記)は、アルカリ金属塩および遷移金属の混合物からなる。ここで、アルカリ金属とは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Ru)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)の6元素である。なかでも、Li、Naが好ましく、高容量で可逆な充放電特性を示す。
電極は、上記本発明の活物質と、導電助材と、活物質および導電助材を結着する結着剤と、を含んで構成される。
本発明の非水系二次電池は、上記本発明の活物質からなる正極活物質を含む正極と、アルカリ金属を挿入・脱離可能な材料からなる負極活物質を含む負極と、を備える。正極の構成および製造方法は、既に述べた通りである。
LiF粉末(添川理化学株式会社製、平均粒子径:3μm)および市販のFe粉末(平均粒子径:3μm)を準備した。LiF粉末5gとFe粉末7g(モル比でLiF:Fe=3:1)を秤量し、ボールミルにより混合した。混合は、ミリング速度を600rpm、ミリング時間を24時間とした。得られた混合粉末(活物質#01)のX線回折分析(CuKα)を行った。結果を図2に示す。なお、図2には、数分間、手攪拌して得た同じ配合割合の混合粉末(活物質#00)のX線回折図形を併せて示す。活物質#01の回折ピークが活物質#00よりもブロードであることから、ミリングを行うことにより、それぞれの粒子が微細となることがわかった。また、#01および#00のいずれにおいても、LiFおよびFeのそれぞれの回折ピークが得られ、#01ではミリングによりLiFとFeとが反応していないことがわかった。
活物質#01を用いて電極を作製した。活物質#01と導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)とを混合し、さらに活物質および導電助材を結着する結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を混合し、適量の溶媒(エタノール)を添加して充分に混練してペースト状の電極合材を調製した。活物質#01、ABおよびPTFEの配合比は、質量比で1:1.66:1.33であった。次に、この電極合材を集電体(アルミニウム製メッシュ,厚さ:20μm)の両面に塗布し、乾燥後、圧着してシート状の電極を得た。
上記の手順で作製した電極を正極としたリチウムイオン二次電池を作製した。正極に対向させる負極は、金属リチウム(厚さ500μm)とした。正極をφ13mm、負極をφ15mmに裁断し、セパレータ(ヘキストセラニーズ社製ガラスフィルター,celgard2400)を両者の間に挟装して電極体電池とした。この電極体電池を電池ケース(宝泉株式会社製CR2032コインセル)に収容した。また、電池ケースには、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1(体積比)で混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解した非水電解質を注入した。電池ケースを密閉して、リチウムイオン二次電池#11を得た。
リチウムイオン二次電池#11に対して充放電試験を行い、充放電特性を評価した。試験は、30℃の温度環境のもと、充電終止電圧4.5Vまで0.01mAの定電流で充電を行った後、放電終止電圧1.5Vまで0.01mAの定電流で放電を行った。充放電を繰り返し行い、電圧に対する正極活物質単位重量当たりの容量を測定した。4サイクル目と5サイクル目の充放電特性を図3に示す。
Claims (10)
- アルカリ金属塩および遷移金属の混合物からなり、充放電により、該アルカリ金属塩と該遷移金属とが反応してなる化合物からアルカリ金属を脱離し、アルカリ金属が挿入された該化合物から該アルカリ金属塩と該遷移金属とを再生する可逆的な酸化還元を行うことを特徴とする非水系二次電池用活物質。
- 前記アルカリ金属塩は、遷移金属元素BとB:X=1:1〜1:3で結合して前記化合物をなす元素Xとアルカリ金属元素との塩である請求項1記載の非水系二次電池用活物質。
- アルカリ金属を挿入・脱離する前記化合物は、ペロブスカイト構造を有する請求項2記載の非水系二次電池用活物質。
- 前記アルカリ金属塩はハロゲン化物、窒化物、硫化物および酸化物からなる群から選ばれる一種以上である請求項1または2に記載の非水系二次電池用活物質。
- 前記アルカリ金属塩は、リチウムハロゲン化物である請求項4記載の非水系二次電池用活物質。
- 前記アルカリ金属塩はフッ化リチウム(LiF)、前記遷移金属は鉄(Fe)である請求項5記載の非水系二次電池用活物質。
- 前記混合物は、アルカリ金属塩粉末と遷移金属粉末との混合粉末からなる請求項1〜6のいずれかに記載の非水系二次電池用活物質。
- 前記混合粉末は、前記アルカリ金属塩粉末と前記遷移金属粉末とをミリングしてなる請求項7記載の非水系二次電池用活物質。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の非水系二次電池用活物質からなる正極活物質を含む正極と、アルカリ金属を挿入・脱離可能な材料からなる負極活物質を含む負極と、を備える非水系二次電池。
- 前記負極活物質はリチウムを含み、放電終止電圧が2.0V未満である請求項9記載の非水系二次電池。
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