JP2012174535A - Electrode active material, and metal secondary battery comprising negative electrode containing the electrode active material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode active material offering cycle characteristics superior to conventional negative electrode active materials when used in a metal secondary battery, and a metal secondary battery comprising a negative electrode containing the electrode active material.SOLUTION: The electrode active material contains a half-Heusler compound of the composition represented by the general formula (1): αβγ, where α represents an element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au, β represents an element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, and Ta, and γ represents an element selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, and Bi.

Description

本発明は、金属二次電池に使用された際に、従来の負極活物質を使用した金属二次電池よりサイクル特性を向上させることができる電極活物質、及び当該電極活物質を負極に含有する金属二次電池に関する。   When used in a metal secondary battery, the present invention contains an electrode active material capable of improving cycle characteristics over a metal secondary battery using a conventional negative electrode active material, and the electrode active material in the negative electrode. The present invention relates to a metal secondary battery.

二次電池は、化学反応に伴う化学エネルギーの減少分を電気エネルギーに変換し、放電を行うことができる他に、放電時と逆方向に電流を流すことにより、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄積(充電)することが可能な電池である。二次電池の中でも、リチウム二次電池に代表される金属二次電池は、エネルギー密度が高いため、ノート型のパーソナルコンピューターや、携帯電話機等の電源として幅広く応用されている。   The secondary battery converts the decrease in chemical energy associated with the chemical reaction into electrical energy, and can discharge the battery. The battery can be stored (charged). Among secondary batteries, a metal secondary battery represented by a lithium secondary battery has a high energy density, and is therefore widely applied as a power source for notebook personal computers, cellular phones, and the like.

リチウム二次電池においては、負極活物質としてグラファイト(Cと表現する)を用いた場合、放電時において、負極では下記式(I)の反応が進行する。
LiC→C+xLi+xe (I)
(上記式(I)中、0<x<1である。)
上記式(I)の反応で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、正極に到達する。そして、上記式(I)の反応で生じたリチウムイオン(Li)は、負極と正極に挟持された電解質内を、負極側から正極側に電気浸透により移動する。
In the lithium secondary battery, when graphite (expressed as C) is used as the negative electrode active material, the reaction of the following formula (I) proceeds in the negative electrode during discharge.
Li x C → C + xLi + + xe (I)
(In the above formula (I), 0 <x <1.)
The electrons generated by the reaction of the above formula (I) reach the positive electrode after working with an external load via an external circuit. Then, lithium ions (Li + ) generated by the reaction of the above formula (I) move from the negative electrode side to the positive electrode side by electroosmosis in the electrolyte sandwiched between the negative electrode and the positive electrode.

また、正極活物質としてコバルト酸リチウム(Li1−xCoO)を用いた場合、放電時において、正極では下記式(II)の反応が進行する。
Li1−xCoO+xLi+xe→LiCoO (II)
(上記式(II)中、0<x<1である。)
充電時においては、負極及び正極において、それぞれ上記式(I)及び式(II)の逆反応が進行し、負極においてはグラファイトインターカレーションによりリチウムが入り込んだグラファイト(LiC)が、正極においてはコバルト酸リチウム(Li1−xCoO)が再生するため、再放電が可能となる。
When lithium cobaltate (Li 1-x CoO 2 ) is used as the positive electrode active material, the reaction of the following formula (II) proceeds at the positive electrode during discharge.
Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe → LiCoO 2 (II)
(In the above formula (II), 0 <x <1.)
At the time of charging, reverse reactions of the above formulas (I) and (II) proceed in the negative electrode and the positive electrode, respectively, and in the negative electrode, graphite (Li x C) containing lithium by graphite intercalation is Since lithium cobaltate (Li 1-x CoO 2 ) is regenerated, re-discharge is possible.

現在、リチウムイオン二次電池の負極材料には、一般にグラファイトをはじめとする炭素材料が用いられている。しかし、グラファイト系炭素材料には放電容量に理論的な限界があるため、電池の高容量化には不向きである。また、非黒鉛系の炭素材料は、放電容量は大きいものの、不可逆容量が大きく、電池設計の段階で大きなロスを生むという欠点がある。
一方、容量が大きく、炭素材料の代替材料となりうる負極材料も提案されてきた。例えば、Sn等を含む金属酸化物、Co、Mn等を含む金属窒化物を負極材料に応用した例が知られている。特許文献1には、Fe、Ni、Coのうち少なくとも1つの元素とSnを含み、かつ1種以上の化合物の相から構成される、急冷凝固法によって製造された非水系二次電池用負極材料が記載されている。
Currently, carbon materials such as graphite are generally used as negative electrode materials for lithium ion secondary batteries. However, since the graphite-based carbon material has a theoretical limit on the discharge capacity, it is not suitable for increasing the battery capacity. In addition, although non-graphitic carbon materials have a large discharge capacity, they have a large irreversible capacity and have a drawback of causing a large loss at the stage of battery design.
On the other hand, a negative electrode material that has a large capacity and can be used as a substitute for a carbon material has been proposed. For example, an example in which a metal oxide containing Sn or the like, or a metal nitride containing Co or Mn or the like is applied to a negative electrode material is known. Patent Document 1 discloses a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery manufactured by a rapid solidification method, which includes at least one element of Fe, Ni, and Co and Sn and is composed of one or more compound phases. Is described.

特開2006−236835号公報JP 2006-236835 A

上記特許文献1に記載された負極材料は、当該文献の段落[0058][表1]からも分かるように、充放電の初期効率が極めて低い。これは、Snを含む合金は、リチウム二次電池に使用された際に、Liの挿入・脱離等の化学反応により結晶構造が大きく変化する結果、反応の可逆性に問題が生じるためと考えられる。
本発明は、上記実状を鑑みて成し遂げられたものであり、金属二次電池に使用された際に、従来の負極活物質を使用した金属二次電池よりサイクル特性を向上させることができる電極活物質、及び当該電極活物質を負極に含有する金属二次電池を提供することを目的とする。
As can be seen from the paragraphs [0058] and [Table 1] of the document, the negative electrode material described in Patent Document 1 has very low initial charge / discharge efficiency. This is because when an alloy containing Sn is used in a lithium secondary battery, the crystal structure changes greatly due to a chemical reaction such as insertion / extraction of Li, resulting in a problem in the reversibility of the reaction. It is done.
The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and when used in a metal secondary battery, an electrode active that can improve cycle characteristics over a metal secondary battery using a conventional negative electrode active material. It aims at providing the metal secondary battery which contains a substance and the said electrode active material in a negative electrode.

本発明の電極活物質は、下記一般式(1)で表される組成を有するハーフホイスラー化合物を含有することを特徴とする。
αβγ 一般式(1)
(ただし、上記一般式(1)中、αはFe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt及びAuからなる群から選ばれる元素であり、βはTi、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf及びTaからなる群から選ばれる元素であり、γはAl、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd及びBiからなる群から選ばれる元素である。)
The electrode active material of the present invention is characterized by containing a half-Heusler compound having a composition represented by the following general formula (1).
αβγ General formula (1)
(In the general formula (1), α is an element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au, and β is Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, and Ta are elements selected from the group consisting of Al, Si, Ga , Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, and Bi.

本発明の金属二次電池は、少なくとも正極と、負極と、当該正極と当該負極との間に介在する電解質とを備える金属二次電池であって、前記負極が、上記電極活物質を含有することを特徴とする。   The metal secondary battery of the present invention is a metal secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the negative electrode contains the electrode active material. It is characterized by that.

本発明によれば、ハーフホイスラー構造を有することによりリチウムイオンの挿入サイトを確保でき、その結果、本発明に係る電極活物質を金属二次電池に使用した際に、電池のサイクル特性を向上させることができる。   According to the present invention, the insertion site of lithium ions can be secured by having a half-Heusler structure, and as a result, when the electrode active material according to the present invention is used in a metal secondary battery, the cycle characteristics of the battery are improved. be able to.

本発明の金属二次電池の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the metal secondary battery of this invention. 実施例2及び比較例1のリチウム二次電池の放電曲線である。2 is a discharge curve of lithium secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 1. ハーフホイスラー化合物の結晶構造を示した図である。It is the figure which showed the crystal structure of the half-Heusler compound.

1.電極活物質
本発明の電極活物質は、下記一般式(1)で表される組成を有するハーフホイスラー化合物を含有することを特徴とする。
αβγ 一般式(1)
(ただし、上記一般式(1)中、αはFe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt及びAuからなる群から選ばれる元素であり、βはTi、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf及びTaからなる群から選ばれる元素であり、γはAl、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd及びBiからなる群から選ばれる元素である。)
1. Electrode active material The electrode active material of this invention contains the half-Heusler compound which has a composition represented by following General formula (1), It is characterized by the above-mentioned.
αβγ General formula (1)
(In the general formula (1), α is an element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au, and β is Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, and Ta are elements selected from the group consisting of Al, Si, Ga , Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, and Bi.

図3は、ハーフホイスラー化合物の結晶構造を示した図である。図3から分かるように、ハーフホイスラー化合物の結晶構造は、α原子11、β原子12及びγ原子13からなるC1構造である。C1構造の単位格子は、4つの面心立方格子から1つのα原子11を取り除いた構造である。
本発明の電極活物質は、図3に示すようなハーフホイスラー構造を有することにより、主に、図3中の破線の丸で示した空隙14にリチウムイオンの挿入サイトを確保でき、その結果、本発明に係る電極活物質を金属二次電池に使用した際に、電池のサイクル特性を向上させることができる。
FIG. 3 is a diagram showing the crystal structure of the half-Heusler compound. As can be seen from FIG. 3, the crystal structure of the half-Heusler compound is a C1 b structure consisting α atom 11, beta atoms 12 and γ atoms 13. The unit cell of the C1 b structure is a structure obtained by removing one α atom 11 from four face-centered cubic lattices.
Since the electrode active material of the present invention has a half-Heusler structure as shown in FIG. 3, it is possible to ensure a lithium ion insertion site mainly in the void 14 indicated by a broken-line circle in FIG. When the electrode active material according to the present invention is used in a metal secondary battery, the cycle characteristics of the battery can be improved.

上記一般式(1)中のαは、第8族〜第12族元素であれば特に限定されないが、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt又はAuであるのが好ましい。このうち、αは、Ni、Fe、Co又はCuであるのがより好ましい。   Α in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a Group 8 to Group 12 element, but Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt Or it is preferable that it is Au. Of these, α is more preferably Ni, Fe, Co, or Cu.

上記一般式(1)中のβは、第3族〜第7族元素であれば特に限定されないが、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf又はTaであるのが好ましい。このうち、βは、Ti、V、Cr、Mn、Zr又はHfであるのがより好ましい。   Β in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a Group 3 to Group 7 element, but Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er , Tm, Yb, Lu, Hf or Ta are preferred. Of these, β is more preferably Ti, V, Cr, Mn, Zr or Hf.

上記一般式(1)中のγは、第13族〜第15族元素であれば特に限定されないが、半導体元素又は非磁性金属元素であることが好ましく、Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd又はBiであることが好ましい。このうち、γは、Al、Ga、Ge、Sn又はSbであるのがより好ましい。   Γ in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a Group 13 to Group 15 element, but it is preferably a semiconductor element or a nonmagnetic metal element, and Al, Si, Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd or Bi are preferable. Of these, γ is more preferably Al, Ga, Ge, Sn, or Sb.

上記一般式(1)で表される組成を有するハーフホイスラー化合物としては、具体的には、NiTiSn、NiZrSn、NiHfSn、CoTiSb、CoZrSn又はFeMoSbが挙げられる。
これらのハーフホイスラー化合物の中でも、本発明の電極活物質は、高エネルギー密度を有するという観点から、NiTiSnを含有することが特に好ましい。
Specific examples of the half-Heusler compound having the composition represented by the general formula (1) include NiTiSn, NiZrSn, NiHfSn, CoTiSb, CoZrSn, and FeMoSb.
Among these half-Heusler compounds, the electrode active material of the present invention particularly preferably contains NiTiSn from the viewpoint of having a high energy density.

NiTiSn合金は、公知の方法により製造できる。すなわち、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、及びスズ(Sn)を等モル量用意し、均一に混合した混合物を焼成することにより、NiTiSn合金が得られる。   The NiTiSn alloy can be manufactured by a known method. That is, nickel (Ni), titanium (Ti), and tin (Sn) are prepared in equimolar amounts, and a uniformly mixed mixture is fired to obtain a NiTiSn alloy.

2.金属二次電池
本発明の金属二次電池は、少なくとも正極と、負極と、当該正極と当該負極との間に介在する電解質とを備える金属二次電池であって、前記負極が、上記電極活物質を含有することを特徴とする。
2. Metal secondary battery The metal secondary battery of the present invention is a metal secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. It contains a substance.

図1は、本発明の金属二次電池の一例を示す断面模式図である。なお、本発明に係る電池は、必ずしもこの例のみに限定されるものではない。
金属二次電池100は、負極缶1の中に、当該缶の底から負極活物質層2、電解質3、正極活物質層4が順に収納され、さらに、電池の蓋として正極缶5がはめ込まれている。負極缶1、負極活物質層2及び電解質3と、正極缶5との間は、ガスケット6によってそれぞれ絶縁されている。図1に示すように、スペーサー7及びスプリング8を更に積層して、負極活物質層2、電解質3及び正極活物質層4に圧力をかけることにより互いに密着させてもよい。図1に示した例においては、負極缶1及び負極活物質層2によって負極が構成され、正極缶5、スプリング8、スペーサー7及び正極活物質層4によって正極が形成されている。なお、負極缶1は、負極集電体としての役割と電池ケースとしての役割を兼ね、正極缶5は、正極集電体としての役割と電池ケースとしての役割を兼ねる。さらに、スペーサー7及びスプリング8は、正極集電体としての役割も果たす。
図1に記載した金属二次電池100中、負極活物質層2は上述した電極活物質を含む。以下、本発明に係る金属二次電池を構成する、正極、負極及び電解質、並びに好適に使用されるセパレータ及び電池ケースについて、詳細に説明する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the metal secondary battery of the present invention. The battery according to the present invention is not necessarily limited to this example.
In the metal secondary battery 100, the negative electrode active material layer 2, the electrolyte 3, and the positive electrode active material layer 4 are sequentially stored in the negative electrode can 1 from the bottom of the can, and the positive electrode can 5 is fitted as a battery lid. ing. The negative electrode can 1, the negative electrode active material layer 2 and the electrolyte 3, and the positive electrode can 5 are insulated from each other by a gasket 6. As shown in FIG. 1, the spacer 7 and the spring 8 may be further laminated and brought into close contact with each other by applying pressure to the negative electrode active material layer 2, the electrolyte 3, and the positive electrode active material layer 4. In the example shown in FIG. 1, the negative electrode can 1 and the negative electrode active material layer 2 constitute a negative electrode, and the positive electrode can 5, the spring 8, the spacer 7, and the positive electrode active material layer 4 form a positive electrode. The negative electrode can 1 serves as a negative electrode current collector and a battery case, and the positive electrode can 5 serves as a positive electrode current collector and a battery case. Furthermore, the spacer 7 and the spring 8 also serve as a positive electrode current collector.
In the metal secondary battery 100 illustrated in FIG. 1, the negative electrode active material layer 2 includes the electrode active material described above. Hereinafter, a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, a separator and a battery case that are preferably used, which constitute the metal secondary battery according to the present invention, will be described in detail.

(正極)
本発明に係る金属二次電池の正極は、好ましくは正極活物質を含有する正極活物質層を有するものであり、通常、これに加えて、正極集電体、及び当該正極集電体に接続された正極リードを有するものである。
(Positive electrode)
The positive electrode of the metal secondary battery according to the present invention preferably has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, and is usually connected to the positive electrode current collector and the positive electrode current collector. The positive electrode lead is provided.

(正極活物質層)
本発明がリチウム二次電池の場合には、本発明に用いられる正極活物質としては、具体的には、LiCoO、LiNi1/3Mn1/3Co1/3、LiNiPO、LiMnPO、LiNiO、LiMn、LiCoMnO、LiNiMn、LiFe(PO及びLi(PO等を挙げることができる。これらの中でも、本発明においては、LiCoOを正極活物質として用いることが好ましい。
(Positive electrode active material layer)
When the present invention is a lithium secondary battery, specific examples of the positive electrode active material used in the present invention include LiCoO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 . 4, LiNiO 2, LiMn 2 O 4, LiCoMnO 4, Li 2 NiMn 3 O 8, Li 3 Fe 2 (PO 4) 3 and Li 3 V 2 (PO 4) may be mentioned 3 or the like. Among these, in the present invention, LiCoO 2 is preferably used as the positive electrode active material.

本発明に用いられる正極活物質層の厚さは、目的とする金属二次電池の用途等により異なるものであるが、10〜250μmの範囲内であるのが好ましく、20〜200μmの範囲内であるのが特に好ましく、特に30〜150μmの範囲内であることが最も好ましい。   The thickness of the positive electrode active material layer used in the present invention varies depending on the intended use of the metal secondary battery, but is preferably in the range of 10 to 250 μm, preferably in the range of 20 to 200 μm. It is particularly preferred that it is most preferably in the range of 30 to 150 μm.

正極活物質の平均粒径としては、例えば1〜50μmの範囲内、中でも1〜20μmの範囲内、特に3〜5μmの範囲内であることが好ましい。正極活物質の平均粒径が小さすぎると、取り扱い性が悪くなる可能性があり、正極活物質の平均粒径が大きすぎると、平坦な正極活物質層を得るのが困難になる場合があるからである。なお、正極活物質の平均粒径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される活物質担体の粒径を測定して、平均することにより求めることができる。   The average particle diameter of the positive electrode active material is, for example, preferably in the range of 1 to 50 μm, more preferably in the range of 1 to 20 μm, and particularly preferably in the range of 3 to 5 μm. If the average particle size of the positive electrode active material is too small, the handleability may be deteriorated. If the average particle size of the positive electrode active material is too large, it may be difficult to obtain a flat positive electrode active material layer. Because. The average particle diameter of the positive electrode active material can be determined by measuring and averaging the particle diameter of the active material carrier observed with, for example, a scanning electron microscope (SEM).

正極活物質層は、必要に応じて導電性材料及び結着剤等を含有していても良い。
本発明において用いられる正極活物質層が含有する導電性材料としては、正極活物質層の導電性を向上させることができれば特に限定されるものではないが、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック等を挙げることができる。また、正極活物質層における導電性材料の含有割合は、導電性材料の種類によって異なるものであるが、通常1質量%〜10質量%の範囲内である。
The positive electrode active material layer may contain a conductive material, a binder, and the like as necessary.
The conductive material contained in the positive electrode active material layer used in the present invention is not particularly limited as long as the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. For example, carbon such as acetylene black and ketjen black Black etc. can be mentioned. Moreover, although the content rate of the electroconductive material in a positive electrode active material layer changes with kinds of electroconductive material, it is in the range of 1 mass%-10 mass% normally.

本発明において用いられる正極活物質層が有する結着剤としては、例えばポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を挙げることができる。また、正極活物質層における結着剤の含有割合は、正極活物質等を固定化できる程度の量であれば良く、より少ないことが好ましい。結着剤の含有割合は、通常1〜10質量%の範囲内である。   Examples of the binder included in the positive electrode active material layer used in the present invention include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). Further, the content ratio of the binder in the positive electrode active material layer may be an amount that can fix the positive electrode active material or the like, and is preferably smaller. The content rate of a binder is in the range of 1-10 mass% normally.

(正極集電体)
本発明において用いられる正極集電体は、上記正極活物質層の集電を行う機能を有するものである。上記正極集電体の材料としては、例えばアルミニウム、SUS、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができ、中でもアルミニウム及びSUSが好ましい。また、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができ、中でも箔状が好ましい。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector used in the present invention has a function of collecting the positive electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include aluminum, SUS, nickel, iron, and titanium. Among these, aluminum and SUS are preferable. Moreover, as a shape of a positive electrode electrical power collector, foil shape, plate shape, mesh shape etc. can be mentioned, for example, Foil shape is preferable.

本発明に用いられる正極を製造する方法は、上記正極を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。なお、正極活物質層を形成した後、電極密度を向上させるために、正極活物質層をプレスしても良い。   The method for producing the positive electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the positive electrode. In addition, after forming a positive electrode active material layer, in order to improve an electrode density, you may press a positive electrode active material layer.

(負極)
本発明に係る金属二次電池中の負極は、上述したハーフホイスラー化合物を負極活物質として含有する。負極は、好ましくは当該ハーフホイスラー化合物を含有する負極活物質層を備え、通常、これに加えて負極集電体、及び当該負極集電体に接続された負極リードを備えるものである。
(Negative electrode)
The negative electrode in the metal secondary battery according to the present invention contains the above-described half-Heusler compound as a negative electrode active material. The negative electrode preferably includes a negative electrode active material layer containing the half-Heusler compound, and generally includes a negative electrode current collector and a negative electrode lead connected to the negative electrode current collector.

(負極活物質層)
本発明に係る金属二次電池中の負極活物質層は、上述したハーフホイスラー化合物を含有する。当該ハーフホイスラー化合物は、触媒として単独で用いてもよいし、他の触媒と混合して用いてもよい。
負極活物質層に用いられる他の触媒は、金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に限定されない。本発明がリチウム二次電池の場合には、本発明に用いられる負極活物質層中の他の触媒としては、例えば、金属リチウム、リチウム元素を含有する合金、リチウム元素を含有する金属酸化物、リチウム元素を含有する金属硫化物、リチウム元素を含有する金属窒化物、及びグラファイト等の炭素材料等を挙げることができる。また、負極活物質は、粉末状であっても良く、薄膜状であっても良い。
リチウム元素を含有する合金としては、例えばリチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金、リチウム鉛合金、リチウムケイ素合金等を挙げることができる。また、リチウム元素を含有する金属酸化物としては、例えばリチウムチタン酸化物等を挙げることができる。また、リチウム元素を含有する金属窒化物としては、例えばリチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。また、負極層には、固体電解質をコートしたリチウムを用いることもできる。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer in the metal secondary battery according to the present invention contains the above-described half-Heusler compound. The half-Heusler compound may be used alone as a catalyst, or may be used as a mixture with another catalyst.
The other catalyst used for the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can occlude / release metal ions. In the case where the present invention is a lithium secondary battery, examples of other catalysts in the negative electrode active material layer used in the present invention include metal lithium, alloys containing lithium elements, metal oxides containing lithium elements, Examples thereof include metal sulfides containing lithium element, metal nitrides containing lithium element, and carbon materials such as graphite. The negative electrode active material may be in the form of a powder or a thin film.
Examples of the alloy containing lithium element include a lithium aluminum alloy, a lithium tin alloy, a lithium lead alloy, and a lithium silicon alloy. Moreover, as a metal oxide containing a lithium element, lithium titanium oxide etc. can be mentioned, for example. Examples of the metal nitride containing a lithium element include lithium cobalt nitride, lithium iron nitride, and lithium manganese nitride. Further, lithium coated with a solid electrolyte can also be used for the negative electrode layer.

また、上記負極活物質層は、負極活物質のみを含有するものであっても良く、負極活物質の他に、導電性材料及び結着剤の少なくとも一方を含有するものであっても良い。例えば、負極活物質が箔状である場合は、負極活物質のみを含有する負極活物質層とすることができる。一方、負極活物質が粉末状である場合は、負極活物質及び結着剤を有する負極層とすることができる。なお、導電性材料及び結着剤については、上述した「正極活物質層」の項に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
負極活物質層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、例えば10〜100μmの範囲内、中でも10〜50μmの範囲内であることが好ましい。
The negative electrode active material layer may contain only the negative electrode active material, or may contain at least one of a conductive material and a binder in addition to the negative electrode active material. For example, when the negative electrode active material has a foil shape, a negative electrode active material layer containing only the negative electrode active material can be obtained. On the other hand, when the negative electrode active material is in a powder form, a negative electrode layer having a negative electrode active material and a binder can be obtained. Note that the conductive material and the binder are the same as the contents described in the above-mentioned “positive electrode active material layer”, and thus the description thereof is omitted here.
Although it does not specifically limit as a film thickness of a negative electrode active material layer, For example, it is preferable to exist in the range of 10-100 micrometers, especially in the range of 10-50 micrometers.

上記正極及び上記負極のうち少なくとも一方の電極の電極活物質層が、少なくとも電極活物質及び電極用電解質を含有するという構成をとることもできる。この場合、電極用電解質としては、固体酸化物電解質、固体硫化物電解質等の固体電解質や、後述するポリマー電解質、ゲル電解質等を用いることができる。   The electrode active material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode can also be configured to contain at least an electrode active material and an electrode electrolyte. In this case, as the electrode electrolyte, a solid electrolyte such as a solid oxide electrolyte or a solid sulfide electrolyte, a polymer electrolyte described later, a gel electrolyte, or the like can be used.

(負極集電体)
負極集電体の材料及び形状としては、上述した正極集電体の材料及び形状と同様のものを採用することができる。
(Negative electrode current collector)
As the material and shape of the negative electrode current collector, the same materials and shapes as those of the positive electrode current collector described above can be employed.

(電解質)
本発明に係る金属二次電池中の電解質は、正極活物質層及び負極活物質層の間に保持され、正極活物質層及び負極活物質層との間で金属イオンを交換する働きを有する。
電解質としては、水系電解質及び非水系電解質を用いることができる。
(Electrolytes)
The electrolyte in the metal secondary battery according to the present invention is held between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and has a function of exchanging metal ions between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
As the electrolyte, an aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte can be used.

非水系電解質としては、非水系電解液及び非水ゲル電解質を用いることができる。
非水系電解液の種類は、伝導する金属イオンの種類に応じて、適宜選択することが好ましい。例えば、リチウム二次電池の非水系電解液は、通常、リチウム塩及び非水溶媒を含有する。上記リチウム塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO及びLiAsF等の無機リチウム塩;LiCFSO、LiN(SOCF(Li−TFSI)、LiN(SO及びLiC(SOCF等の有機リチウム塩等を挙げることができる。上記非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチルカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル(AcN)、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド(DMSO)及びこれらの混合物等を挙げることができる。非水系電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば0.5〜3mol/Lの範囲内である。
なお、本発明においては、非水系電解液又は非水溶媒として、例えば、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(PP13TFSI)、N−メチル−N−プロピルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P13TFSI)、N−ブチル−N−メチルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P14TFSI)、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(DEMETFSI)、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TMPATFSI)に代表されるような、イオン性液体等の低揮発性液体を用いても良い。
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous gel electrolyte can be used.
The type of non-aqueous electrolyte is preferably selected as appropriate according to the type of conductive metal ion. For example, a non-aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery usually contains a lithium salt and a non-aqueous solvent. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (Li-TFSI), LiN (SO 2 C 2 F 5 ) Organic lithium salts such as 2 and LiC (SO 2 CF 3 ) 3 can be mentioned. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethyl carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane. , Acetonitrile (AcN), dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO) and A mixture thereof can be exemplified. The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is, for example, in the range of 0.5 to 3 mol / L.
In the present invention, examples of the non-aqueous electrolyte or non-aqueous solvent include N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (PP13TFSI), N-methyl-N-propylpyrrolidinium. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (P13TFSI), N-butyl-N-methylpyrrolidinium Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (P14TFSI), N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) Low volatile liquids such as ionic liquids such as ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (DEMETFSI), N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (TMPATFSI) Using Good.

また、本発明に用いられる非水ゲル電解質は、通常、非水系電解液にポリマーを添加してゲル化したものである。例えば、非水ゲル電解質は、上述した非水系電解液に、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアクリルニトリル(PAN)またはポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリマーを添加し、ゲル化することにより、得ることができる。リチウム二次電池の非水ゲル電解質としては、例えば、LiTFSI(LiN(CFSO)−PEO系の非水ゲル電解質を用いることができる。 Further, the non-aqueous gel electrolyte used in the present invention is usually a gel obtained by adding a polymer to a non-aqueous electrolyte solution. For example, the non-aqueous gel electrolyte is obtained by adding a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), or polymethyl methacrylate (PMMA) to the above-described non-aqueous electrolyte and gelling. Can do. As the non-aqueous gel electrolyte of the lithium secondary battery, for example, a LiTFSI (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) -PEO-based non-aqueous gel electrolyte can be used.

水系電解液の種類は、伝導する金属イオンの種類に応じて、適宜選択することが好ましい。例えば、リチウム二次電池の水系電解液としては、通常、水にリチウム塩を含有させたものを用いる。リチウム塩としては、例えばLiOH、LiCl、LiNO、CHCOLi等のリチウム塩等を挙げることができる。 It is preferable that the type of the aqueous electrolyte is appropriately selected according to the type of the conductive metal ion. For example, as an aqueous electrolyte solution for a lithium secondary battery, a solution containing lithium salt in water is usually used. Examples of the lithium salt include lithium salts such as LiOH, LiCl, LiNO 3 , and CH 3 CO 2 Li.

上記水系電解質及び非水系電解質中に、さらに固体電解質を混合して用いることができる。固体電解質としては、例えば、Li−La−Ti−O系固体電解質等を用いることができる。   A solid electrolyte can be further mixed and used in the aqueous electrolyte and the non-aqueous electrolyte. As the solid electrolyte, for example, a Li—La—Ti—O based solid electrolyte can be used.

(セパレータ)
セパレータを本発明の金属二次電池に用いることができる。セパレータは、上述した正極集電体及び上記負極集電体の間に設けられるものであり、通常、正極活物質層と負極活物質層との接触を防止し、固体電解質を保持する機能を有する。上記セパレータの材料としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース及びポリアミド等の樹脂を挙げることができ、中でもポリエチレン及びポリプロピレンが好ましい。また、上記セパレータは、単層構造であっても良く、複層構造であっても良い。複層構造のセパレータとしては、例えばPE/PPの2層構造のセパレータ、PP/PE/PPの3層構造のセパレータ等を挙げることができる。さらに、本発明においては、上記セパレータが、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等であっても良い。また、上記セパレータの膜厚は、特に限定されるものではなく、一般的な金属二次電池に用いられるセパレータの膜厚と同様である。
セパレータに使用できるこれらの材料は、上述した電解液を含浸させることにより、電解液の支持材として使用することもできる。
(Separator)
A separator can be used for the metal secondary battery of the present invention. The separator is provided between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector described above, and usually has a function of preventing contact between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and holding the solid electrolyte. . Examples of the material for the separator include resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Among these, polyethylene and polypropylene are preferable. The separator may have a single layer structure or a multilayer structure. Examples of the separator having a multilayer structure include a separator having a two-layer structure of PE / PP and a separator having a three-layer structure of PP / PE / PP. Furthermore, in the present invention, the separator may be a nonwoven fabric such as a resin nonwoven fabric or a glass fiber nonwoven fabric. Moreover, the film thickness of the said separator is not specifically limited, It is the same as that of the separator used for a general metal secondary battery.
These materials that can be used for the separator can also be used as a support material for the electrolytic solution by impregnating the above-described electrolytic solution.

(電池ケース)
本発明に係る金属二次電池は、通常、正極、電解液及び負極等を収納する電池ケースを有する。電池ケースの形状としては、具体的にはコイン型、平板型、円筒型、ラミネート型等を挙げることができる。
(Battery case)
The metal secondary battery according to the present invention usually has a battery case that houses a positive electrode, an electrolytic solution, a negative electrode, and the like. Specific examples of the shape of the battery case include a coin type, a flat plate type, a cylindrical type, and a laminate type.

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples.

1.電極活物質の調製
[実施例1]
まず、ニッケル(Ni)0.59g、チタン(Ti)0.48g、及びスズ(Sn)1.19gを、乳鉢により均一に混合した。次に、当該混合物を不活性雰囲気下、12時間焼成し、実施例1の電極活物質を得た。
1. Preparation of electrode active material [Example 1]
First, 0.59 g of nickel (Ni), 0.48 g of titanium (Ti), and 1.19 g of tin (Sn) were uniformly mixed with a mortar. Next, the mixture was baked for 12 hours under an inert atmosphere to obtain the electrode active material of Example 1.

2.電極活物質の構造解析
実施例1の電極活物質の化学構造を、粉末X線回折法(XRD)により調べた。測定には、粉末X線回折計(Rint 2200, Rigaku)を用いた。測定条件は、CuKα線を用い、加速電圧は40kVとし、印加電流は40mAとした。
2. Structural analysis of electrode active material The chemical structure of the electrode active material of Example 1 was examined by powder X-ray diffraction (XRD). For the measurement, a powder X-ray diffractometer (Rint 2200, Rigaku) was used. Measurement conditions, using a Cu K alpha line, the acceleration voltage was set to 40 kV, applied current was 40 mA.

XRDによる構造解析の結果、XRDパターン中の2θ=26°、30°、43°、53°、62°、69°、71°、79°、85°付近にそれぞれ回折ピークが確認できた。したがって、実施例1の電極活物質の主成分は、ハーフホイスラー構造を有するNiTiSn合金であることが明らかとなった。しかし、XRD構造解析の結果からは、実施例1の電極活物質中には、不純物として未反応の原料(Sn、Ni及びTi)が体積比で4割程度残ることも分かった。   As a result of structural analysis by XRD, diffraction peaks could be confirmed near 2θ = 26 °, 30 °, 43 °, 53 °, 62 °, 69 °, 71 °, 79 °, and 85 ° in the XRD pattern. Therefore, it became clear that the main component of the electrode active material of Example 1 is a NiTiSn alloy having a half-Heusler structure. However, from the results of XRD structural analysis, it was found that about 40% of unreacted raw materials (Sn, Ni, and Ti) remained as impurities in the electrode active material of Example 1.

3.リチウム二次電池の作製
リチウムを基準とした電極活物質の電位を測定するために、以下の実施例2及び比較例1のリチウム二次電池を作製した。なお、以下の各二次電池は、リチウム金属を負極活物質として、各電極活物質を正極活物質として用いるものとする。
3. Production of Lithium Secondary Battery In order to measure the potential of the electrode active material based on lithium, lithium secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 1 below were produced. Each of the following secondary batteries uses lithium metal as a negative electrode active material and each electrode active material as a positive electrode active material.

[実施例2]
まず、正極活物質として上記実施例1の電極活物質を、結着剤としてPTFEを、導電性材料としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、製品名HS−100)を、それぞれ用意した。正極活物質:結着剤:導電性材料=70質量%:5質量%:25質量%となるように混合し、正極合剤を調製した。
[Example 2]
First, the electrode active material of Example 1 was prepared as the positive electrode active material, PTFE as the binder, and acetylene black (product name HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the conductive material. Positive electrode active material: Binder: Conductive material = 70% by mass: 5% by mass: Mixed so as to be 25% by mass to prepare a positive electrode mixture.

次に、正極缶及び負極缶を用意した。負極缶の底にリチウム金属を貼り合わせて、負極を作製した。正極缶の内側に上記正極合剤を塗布し、正極を作製した。
エチレンカーボネート−ジエチレンカーボネート混合溶媒(EC−DEC)に、LiPFを濃度1Mとなるように溶解させ、電解液とした。当該電解液を、上記正極と負極によって、負極缶−リチウム金属−電解液−正極合剤層−正極缶となるように挟持し、適宜ガスケットを用いて密閉し、実施例2のコイン型リチウム二次電池を作製した。
以上の工程は、全て窒素雰囲気下のグローブボックス内で行った。
Next, a positive electrode can and a negative electrode can were prepared. Lithium metal was bonded to the bottom of the negative electrode can to produce a negative electrode. The positive electrode mixture was applied to the inside of the positive electrode can to produce a positive electrode.
LiPF 6 was dissolved in an ethylene carbonate-diethylene carbonate mixed solvent (EC-DEC) so as to have a concentration of 1 M to obtain an electrolytic solution. The electrolyte solution is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode so as to be a negative electrode can-lithium metal-electrolyte solution-positive electrode mixture layer-positive electrode can, and is appropriately sealed with a gasket. A secondary battery was produced.
All the above steps were performed in a glove box under a nitrogen atmosphere.

[比較例1]
正極活物質として、上記実施例1の電極活物質の替わりに、チタン酸リチウム(LiTi12;石原産業社製)を使用して正極合剤を調製したこと以外は、実施例2と同様に、比較例1のリチウム二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
Example 2 except that a positive electrode mixture was prepared using lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) instead of the electrode active material of Example 1 above as the positive electrode active material. In the same manner, a lithium secondary battery of Comparative Example 1 was produced.

4.リチウム二次電池の充放電特性の評価
実施例2及び比較例1のリチウム二次電池について、定電流充放電法により、電流0.02mA、充放電範囲0.5〜3.0Vの条件で放電を行った。
図2は、実施例2及び比較例1のリチウム二次電池の放電曲線である。図2中、太線のグラフは実施例2のデータを、細線のグラフは比較例1のデータを、それぞれ示す。
図2から分かるように、実施例2のグラフは、0.8Vに電圧の平行部(いわゆるプラトー)を有する。一方、比較例1のグラフは、1.5Vにプラトーを有する。すなわち、比較例1のグラフは、実施例2のグラフよりも0.7V高い電位にプラトーを有する。リチウム二次電池の負極材料は、リチウムに対する電位がより低い方が好ましいという観点から、実施例2に使用されたNiTiSn合金は、比較例1に使用されたLiTi12よりも負極材料として優れていることが分かる。
4). Evaluation of Charging / Discharging Characteristics of Lithium Secondary Battery For the lithium secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 1, discharging was performed under the conditions of a current of 0.02 mA and a charging / discharging range of 0.5 to 3.0 V by the constant current charging / discharging method. Went.
FIG. 2 is a discharge curve of the lithium secondary battery of Example 2 and Comparative Example 1. In FIG. 2, the thick line graph represents the data of Example 2, and the thin line graph represents the data of Comparative Example 1.
As can be seen from FIG. 2, the graph of Example 2 has a voltage parallel portion (so-called plateau) at 0.8V. On the other hand, the graph of Comparative Example 1 has a plateau at 1.5V. That is, the graph of Comparative Example 1 has a plateau at a potential higher by 0.7 V than the graph of Example 2. From the viewpoint that the negative electrode material of the lithium secondary battery preferably has a lower potential with respect to lithium, the NiTiSn alloy used in Example 2 is more negative electrode material than Li 4 Ti 5 O 12 used in Comparative Example 1. As you can see it is excellent.

構造解析の説明において述べたように、実施例1の電極活物質には、不純物として原料のSnが含まれる。0.5V以下の容量はSnに寄与するものであると考えられるので、合金を精製し、不純物を取り除いたNiTiSn合金を使用することにより、LiTi12を用いたリチウム二次電池よりも大きい容量のリチウム二次電池が得られることが示唆される。 As described in the description of the structural analysis, the electrode active material of Example 1 contains Sn as a raw material as an impurity. Since the capacity of 0.5 V or less is considered to contribute to Sn, by using a NiTiSn alloy from which the alloy is purified and impurities are removed, a lithium secondary battery using Li 4 Ti 5 O 12 is used. This suggests that a lithium secondary battery having a large capacity can be obtained.

図2において、実施例2のグラフの0.8V付近のプラトーは、実施例2のリチウム二次電池の正極に使用されたNiTiSn合金が、リチウムイオンを挿入脱離するサイトを備えるハーフホイスラー構造を有することを示す。一般に、Snは電極材料として知られているが、Sn中にリチウムイオンが挿入脱離する反応は知られておらず、Snを電極材料として用いた電池の放電曲線は、このようなプラトーを有することはない。図2より、NiTiSn合金のリチウム挿入電位は1.0Vとなり、リチウム脱離電位は0.5Vとなることが分かる。また、図2より、O.6〜0.9Vの範囲内の容量は、NiTiSn合金に寄与するものであると考えられる。
上述したように、XRD構造解析の結果から、実施例1の電極活物質中には不純物として未反応の原料が残る。本願発明者は、この不純物が放電反応にどの程度寄与しているのかを見積もるために、実施例2のグラフの0.8V付近のプラトーが表す放電容量の変化を調べ、実施例2のリチウム二次電池のサイクル特性を評価した。
In FIG. 2, the plateau near 0.8 V in the graph of Example 2 has a half-Heusler structure in which the NiTiSn alloy used for the positive electrode of the lithium secondary battery of Example 2 has a site for inserting and desorbing lithium ions. It shows having. In general, Sn is known as an electrode material, but a reaction in which lithium ions are inserted and desorbed in Sn is not known, and a discharge curve of a battery using Sn as an electrode material has such a plateau. There is nothing. FIG. 2 shows that the lithium insertion potential of the NiTiSn alloy is 1.0 V and the lithium desorption potential is 0.5 V. From FIG. The capacity within the range of 6 to 0.9 V is considered to contribute to the NiTiSn alloy.
As described above, from the result of the XRD structure analysis, unreacted raw materials remain as impurities in the electrode active material of Example 1. In order to estimate how much this impurity contributes to the discharge reaction, the inventor of the present application examined the change in discharge capacity represented by the plateau near 0.8 V in the graph of Example 2, and the lithium ion of Example 2 was examined. The cycle characteristics of the secondary battery were evaluated.

実施例2のリチウム二次電池について、定電流充放電法により、電流0.02mA、充放電範囲0.5〜3.0Vの条件で放電を行い、実施例2のリチウム二次電池のサイクル特性を評価した。具体的には、実施例2のリチウム二次電池について、1サイクル目、2サイクル目、5サイクル目、10サイクル目及び50サイクル目の放電容量を測定した。
下記表1は、実施例2のリチウム二次電池の、0.8V付近のプラトーが表す、1サイクル目、2サイクル目、5サイクル目、10サイクル目及び50サイクル目の放電容量C(mAh/g)と、当該放電容量の維持率(%)をまとめた表である。なお、ここでいう放電容量の維持率とは、0.8V付近のプラトーが表す、1サイクル目の放電容量Cに対する各サイクルの放電容量Cの割合と、100との積をいう。
About the lithium secondary battery of Example 2, it discharged by the conditions of current 0.02mA and charging / discharging range 0.5-3.0V by the constant current charging / discharging method, and the cycling characteristics of the lithium secondary battery of Example 2 Evaluated. Specifically, for the lithium secondary battery of Example 2, the discharge capacities of the first cycle, the second cycle, the fifth cycle, the tenth cycle, and the 50th cycle were measured.
Table 1 below shows the discharge capacity C n (mAh) of the first cycle, the second cycle, the fifth cycle, the tenth cycle, and the 50th cycle represented by the plateau near 0.8 V of the lithium secondary battery of Example 2. / G) and the maintenance rate (%) of the discharge capacity. Here, the discharge capacity maintenance rate is a product of 100 and the ratio of the discharge capacity C n of each cycle to the discharge capacity C 1 of the first cycle, represented by a plateau near 0.8V.

Figure 2012174535
Figure 2012174535

表1から分かるように、0.8V付近のプラトーが表す1サイクル目の放電容量は、50サイクル後も90%以上維持されることが分かる。この結果は、従来のSnを含む電極材料を用いた電池に比べて、実施例2のリチウム二次電池は、極めてサイクル特性が高いことを示す。また、実施例1の電極活物質中の不純物は、実施例2のリチウム二次電池のサイクル特性にはほとんど影響を及ぼしていないことも分かる。
各サイクルとも、放電容量Cは40mAh/g以下であるが、これは実施例1のNiTiSn合金をさらに精製することにより、飛躍的に放電容量の向上が可能であることを示唆するものである。
As can be seen from Table 1, the discharge capacity of the first cycle represented by the plateau near 0.8 V is maintained at 90% or more after 50 cycles. This result shows that the lithium secondary battery of Example 2 has extremely high cycle characteristics as compared with a battery using a conventional electrode material containing Sn. It can also be seen that the impurities in the electrode active material of Example 1 hardly affect the cycle characteristics of the lithium secondary battery of Example 2.
In each cycle, the discharge capacity C n is 40 mAh / g or less, which suggests that the discharge capacity can be drastically improved by further refining the NiTiSn alloy of Example 1. .

1 負極缶
2 負極活物質層
3 電解質
4 正極活物質層
5 正極缶
6 ガスケット
7 スペーサー
8 スプリング
11 α原子
12 β原子
13 γ原子
14 空隙
100 金属二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode can 2 Negative electrode active material layer 3 Electrolyte 4 Positive electrode active material layer 5 Positive electrode can 6 Gasket 7 Spacer 8 Spring 11 α atom 12 β atom 13 γ atom 14 Air gap 100 Metal secondary battery

Claims (2)

下記一般式(1)で表される組成を有するハーフホイスラー化合物を含有することを特徴とする、電極活物質。
αβγ 一般式(1)
(ただし、上記一般式(1)中、αはFe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt及びAuからなる群から選ばれる元素であり、βはTi、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf及びTaからなる群から選ばれる元素であり、γはAl、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd及びBiからなる群から選ばれる元素である。)
An electrode active material comprising a half-Heusler compound having a composition represented by the following general formula (1).
αβγ General formula (1)
(In the general formula (1), α is an element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Ir, Pt, and Au, and β is Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, and Ta are elements selected from the group consisting of Al, Si, Ga , Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pd, and Bi.
少なくとも正極と、負極と、当該正極と当該負極との間に介在する電解質とを備える金属二次電池であって、
前記負極が、前記請求項1に記載の電極活物質を含有することを特徴とする、金属二次電池。
A metal secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The said secondary electrode contains the electrode active material of the said Claim 1, The metal secondary battery characterized by the above-mentioned.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199223A (en) * 2013-03-20 2013-07-10 厦门大学 Application of ternary Cu-Cr-Si material as negative electrode material of battery
CN104701514A (en) * 2013-12-06 2015-06-10 奇瑞汽车股份有限公司 Lithium ion battery anode material, preparation method thereof and lithium ion battery
EP2924780A4 (en) * 2012-11-22 2015-12-09 Nissan Motor Negative electrode for electrical device and electrical device provided with same
JP2018508982A (en) * 2015-02-12 2018-03-29 浙江大学Zhejiang University Highly efficient P-type FeNbHfSb thermoelectric material and manufacturing method
CN108728720A (en) * 2018-05-24 2018-11-02 西南大学 A kind of semimetal Heusler alloy materials with energy band inversion structures
EP3758070A4 (en) * 2018-02-22 2021-12-15 TDK Corporation Spin orbit torque type magnetization rotational element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory
CN114164366A (en) * 2022-02-09 2022-03-11 北京华钽生物科技开发有限公司 Tantalum-silver coating dental implant and preparation method thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2924780A4 (en) * 2012-11-22 2015-12-09 Nissan Motor Negative electrode for electrical device and electrical device provided with same
JP6028811B2 (en) * 2012-11-22 2016-11-24 日産自動車株式会社 Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
CN103199223A (en) * 2013-03-20 2013-07-10 厦门大学 Application of ternary Cu-Cr-Si material as negative electrode material of battery
CN104701514A (en) * 2013-12-06 2015-06-10 奇瑞汽车股份有限公司 Lithium ion battery anode material, preparation method thereof and lithium ion battery
JP2018508982A (en) * 2015-02-12 2018-03-29 浙江大学Zhejiang University Highly efficient P-type FeNbHfSb thermoelectric material and manufacturing method
EP3758070A4 (en) * 2018-02-22 2021-12-15 TDK Corporation Spin orbit torque type magnetization rotational element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory
CN108728720A (en) * 2018-05-24 2018-11-02 西南大学 A kind of semimetal Heusler alloy materials with energy band inversion structures
CN114164366A (en) * 2022-02-09 2022-03-11 北京华钽生物科技开发有限公司 Tantalum-silver coating dental implant and preparation method thereof

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