JP2013062121A - Active material for sodium ion battery and sodium ion battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active material for a sodium ion battery, in which deposition of metal Na is suppressed.SOLUTION: According to the present invention, an active material for a sodium ion battery containing an M element, a Ti element, an O element and an S element which are group III elements, and having an MTiOScrystalline phase is provided to solve the problem.

Description

本発明は、例えば負極活物質として有用なナトリウムイオン電池用活物質、およびそれを用いたナトリウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a sodium ion battery active material useful as, for example, a negative electrode active material, and a sodium ion battery using the same.

ナトリウムイオン電池は、Naイオンが正極および負極の間を移動する電池である。NaはLiに比べて豊富に存在するため、ナトリウムイオン電池は、リチウムイオン電池に比べて低コスト化を図りやすいという利点がある。一般的に、ナトリウムイオン電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、正極活物質層および負極活物質層の間に形成された電解質層とを有する。   A sodium ion battery is a battery in which Na ions move between a positive electrode and a negative electrode. Since Na is abundant compared to Li, the sodium ion battery has an advantage that it is easy to reduce the cost compared to the lithium ion battery. In general, a sodium ion battery includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. And have.

従来、ナトリウムイオン電池に用いられる負極活物質として、炭素材料を用いることが知られている。例えば、非特許文献1においては、ナトリウムイオン電池の負極活物質として、ハードカーボンを用いることが開示されている。さらに、特許文献1においては、特定の環状化合物を炭化及び賦活させてなる炭素材料を単体としてもしくは主成分として含有する負極活物質を用いたナトリウムイオン二次電池が開示されている。なお、特許文献2においては、炭素材料をナトリウムイオン及びリチウムイオンの吸蔵材として含有する負極を備える非水電解質二次電池が開示されている。   Conventionally, it is known to use a carbon material as a negative electrode active material used in a sodium ion battery. For example, Non-Patent Document 1 discloses using hard carbon as a negative electrode active material of a sodium ion battery. Further, Patent Document 1 discloses a sodium ion secondary battery using a negative electrode active material containing a carbon material obtained by carbonizing and activating a specific cyclic compound as a single body or as a main component. Patent Document 2 discloses a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode containing a carbon material as a storage material for sodium ions and lithium ions.

一方、非特許文献2においては、NaTiの物性評価が開示されている。しかしながら、この文献では、単にNaTiの物性を評価しているのみで、電池特性の評価は一切していない。また、この非特許文献2では、NaTiの合成方法として、YTiに対して強制的にNaを導入しているが、Naが脱離できる旨の記載はなく、当然、活物質として機能することを示唆する記載も一切ない。また、非特許文献3においては、LiTiの物性評価が開示されている。しかしながら、この文献では、単にLiTiの物性を評価しているのみで、電池特性の評価は一切していない。また、非特許文献4においては、NdTiの物性評価が開示されている。しかしながら、この文献では、単にNdTiの物性を評価しているのみで、電池特性の評価は一切していない。 On the other hand, Non-Patent Document 2 discloses physical property evaluation of Na x Y 2 Ti 2 O 5 S 2 . However, this document merely evaluates the physical properties of Na x Y 2 Ti 2 O 5 S 2 and does not evaluate the battery characteristics at all. In Non-Patent Document 2, Na is forcibly introduced into Y 2 Ti 2 O 5 S 2 as a method for synthesizing Na x Y 2 Ti 2 O 5 S 2. There is no description that it can be done, and of course there is no description that suggests that it can function as an active material. Non-Patent Document 3 discloses evaluation of physical properties of Li x Y 2 Ti 2 O 5 S 2 . However, this document merely evaluates the physical properties of Li x Y 2 Ti 2 O 5 S 2 and does not evaluate the battery characteristics at all. Non-Patent Document 4 discloses physical property evaluation of Nd 2 Ti 2 O 5 S 2 . However, this document merely evaluates the physical properties of Nd 2 Ti 2 O 5 S 2 and does not evaluate the battery characteristics at all.

特開2009−129742号公報JP 2009-129742 A 特開平11−040156号公報JP-A-11-040156

S. Komada et al., “Advanced Carbon Anode for Na-Ion Batteries”, 216th ECS Meeting, Abstract #684S. Komada et al., “Advanced Carbon Anode for Na-Ion Batteries”, 216th ECS Meeting, Abstract # 684 Sophie G. Denis et al., “Two alternative products from the intercalation of alkali metals into cation-defective Ruddlesden‐Popper oxysulfides”, Chemical Communications 2356-2357, (2001)Sophie G. Denis et al., “Two alternative products from the intercalation of alkali metals into cation-defective Ruddlesden‐Popper oxysulfides”, Chemical Communications 2356-2357, (2001) Geoffrey Hyett et al., “Electronically Driven Structural Distortions in Lithium Intercalates of the n = 2 Ruddlesden-Popper-Type Host Y2Ti2O5S2: Synthesis, Structure, and Properties of LixY2Ti2O5S2 (0<x<2)”, Journal of the American Chemical Society, 126, 1980-1991 (2004)Geoffrey Hyett et al., “Electronically Driven Structural Distortions in Lithium Intercalates of the n = 2 Ruddlesden-Popper-Type Host Y2Ti2O5S2: Synthesis, Structure, and Properties of LixY2Ti2O5S2 (0 <x <2)”, Journal of the American Chemical Society , 126, 1980-1991 (2004) M. Goga et al., “Ln2Ti2S2O5(Ln=Nd, Pr, Sm): a novel series of defective Ruddlesden-Popper phases”, Chemical communications, 1999, 979-980M. Goga et al., “Ln2Ti2S2O5 (Ln = Nd, Pr, Sm): a novel series of defective Ruddlesden-Popper phases”, Chemical communications, 1999, 979-980

上記のように、ナトリウムイオン電池に用いられる負極活物質として、炭素材料を用いることが知られている。しかしながら、炭素材料は、通常、Naイオンと極めて低い電位(Na基準)で電気化学的に反応するため、金属Naの析出が起こりやすいという問題がある。例えばハードカーボンはNa基準で0.1V程度でNaイオンと電気化学的に反応する。   As described above, it is known to use a carbon material as a negative electrode active material used in a sodium ion battery. However, since carbon materials usually react electrochemically with Na ions at a very low potential (Na reference), there is a problem that metal Na is likely to precipitate. For example, hard carbon electrochemically reacts with Na ions at about 0.1 V with respect to Na.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the active material for sodium ion batteries which suppressed precipitation of metal Na.

上記目的を達成するために、本発明においては、第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、MTi結晶相を含有することを特徴とするナトリウムイオン電池用活物質を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention contains a Group III element, M element, Ti element, O element and S element, and contains an M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. An active material for a sodium ion battery is provided.

本発明によれば、MTi結晶相を有することから、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質とすることができる。本発明者等は、MTi結晶相がNaイオンを吸蔵放出でき、ナトリウムイオン電池の活物質として有用であることを見出した。また、本発明のナトリウムイオン電池用活物質は、O元素を有し、酸化物としての挙動を示すため、従来の炭素材料よりも熱安定性が優れているという利点を有する。 According to the present invention, since it has a M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase, it can be an active material for a sodium ion battery that suppresses the precipitation of metal Na. The present inventors have found that the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase can occlude and release Na ions and is useful as an active material of a sodium ion battery. Moreover, since the active material for sodium ion batteries of this invention has O element and shows the behavior as an oxide, it has the advantage that thermal stability is superior to the conventional carbon material.

上記発明においては、上記MTi結晶相を主体として含有することが好ましい。金属Naの析出をより抑制できるからである。 In the above invention, preferably contains mainly the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. It is because precipitation of metal Na can be suppressed more.

上記発明においては、上記M元素が、YおよびNdの少なくとも一方であることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the said M element is at least one of Y and Nd.

上記発明においては、上記M元素が少なくともYを含み、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=34.5°における上記YTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=35.6°におけるYTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=34.1°におけるTiSのピーク強度をIとした場合に、I/Iの値が0.3以下であり、かつ、I/Iの値が0.15以下であることが好ましい。より不純物の少ないナトリウムイオン電池用活物質とすることができるからである。 In the above invention, comprises the M element at least Y, in X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, the peak intensity of the Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase in 2 [Theta] = 34.5 ° and I A the peak intensity of Y 2 Ti 2 O 7 crystalline phase and I B in the 2 [Theta] = 35.6 °, a peak intensity of TiS 2 in 2 [Theta] = 34.1 ° in the case of the I C, of I B / I a value is 0.3 or less, and it is preferable the value of I C / I a is 0.15 or less. It is because it can be set as the active material for sodium ion batteries with fewer impurities.

上記発明においては、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることが好ましい。金属Naの析出を抑制できるからである。   In the said invention, it is preferable that Na insertion-release electric potential with respect to metal Na is 0.5V or more. This is because precipitation of metal Na can be suppressed.

また、本発明においては、第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、結晶質であり、かつ、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることを特徴とするナトリウムイオン電池用活物質を提供する。   Further, in the present invention, it contains a Group III element M element, Ti element, O element and S element, is crystalline, and has a Na insertion / extraction potential of 0.5 V or more with respect to metal Na. An active material for a sodium ion battery is provided.

本発明によれば、金属Naに対するNa挿入脱離電位が所定の値以上であることから、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質とすることができる。また、本発明のナトリウムイオン電池用活物質は、O元素を有し、酸化物としての挙動を示すため、従来の炭素材料よりも熱安定性が優れているという利点を有する。   According to the present invention, since the Na insertion / release potential with respect to metal Na is equal to or higher than a predetermined value, an active material for a sodium ion battery in which precipitation of metal Na is suppressed can be obtained. Moreover, since the active material for sodium ion batteries of this invention has O element and shows the behavior as an oxide, it has the advantage that thermal stability is superior to the conventional carbon material.

上記発明においては、Ruddlesden-Popper構造AのAサイトに位置する上記M元素の一部が欠損した構造の結晶相を有することが好ましい。炭素材料よりも電位の高い電池用活物質とすることができるからである。 In the above invention, it is preferred to have a crystal phase having a structure part of the M element positioned at the A site of the Ruddlesden-Popper structure A 3 B 2 C 7 is deficient. It is because it can be set as the active material for batteries whose electric potential is higher than a carbon material.

上記発明においては、上記M元素が、YおよびNdの少なくとも一方であることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the said M element is at least one of Y and Nd.

上記発明においては、上記ナトリウムイオン電池用活物質が、負極活物質であることが好ましい。金属Naの析出を抑制でき、安全性の高い電池を得ることができるからである。さらに、より電位の高い活物質が豊富に存在するため、電圧の高いナトリウムイオン電池を得ることができる。   In the said invention, it is preferable that the said sodium ion battery active material is a negative electrode active material. It is because precipitation of metal Na can be suppressed and a highly safe battery can be obtained. Furthermore, since there are abundant active materials with higher potentials, a high voltage sodium ion battery can be obtained.

また、本発明においては、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するナトリウムイオン電池であって、上記正極活物質または上記負極活物質が、上述したナトリウムイオン電池用活物質であることを特徴とするナトリウムイオン電池を提供する。   In the present invention, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer And the positive electrode active material or the negative electrode active material is the above-described sodium ion battery active material.

本発明によれば、上述したナトリウムイオン電池用活物質を用いることで、金属Naの析出を抑制でき、安全性の高いナトリウムイオン電池とすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, precipitation of metal Na can be suppressed by using the active material for sodium ion batteries mentioned above, and it can be set as a highly safe sodium ion battery.

上記発明においては、上記負極活物質が、上記ナトリウムイオン電池用活物質であることが好ましい。金属Naの析出を抑制でき、安全性の高い電池とすることができるからである。さらに、より電位の高い活物質が豊富に存在するため、電圧の高いナトリウムイオン電池とすることができる。   In the said invention, it is preferable that the said negative electrode active material is the said active material for sodium ion batteries. It is because precipitation of metal Na can be suppressed and it can be set as a highly safe battery. Furthermore, since there are abundant active materials with higher potentials, a high-voltage sodium ion battery can be obtained.

本発明においては、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質を提供することができるという効果を奏する。   In this invention, there exists an effect that the active material for sodium ion batteries which suppressed precipitation of metal Na can be provided.

本発明のナトリウムイオン電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the sodium ion battery of this invention. 実施例1で得られた活物質に対するX線回折測定の結果である。3 is a result of X-ray diffraction measurement for the active material obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた活物質に対するX線回折測定の結果である。3 is a result of X-ray diffraction measurement for an active material obtained in Example 2. FIG. 実施例1で得られた活物質を用いた評価用電池の充放電特性の評価結果である。It is an evaluation result of the charging / discharging characteristic of the battery for evaluation using the active material obtained in Example 1. 実施例1および実施例3−1〜3−4で得られた活物質に対するX線回折測定の結果である。It is a result of the X-ray-diffraction measurement with respect to the active material obtained in Example 1 and Examples 3-1 to 3-4. 図5の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5.

以下、本発明のナトリウムイオン電池用活物質およびナトリウムイオン電池について、詳細に説明する。   Hereinafter, the active material for sodium ion batteries and the sodium ion battery of the present invention will be described in detail.

A.ナトリウムイオン電池用活物質
まず、本発明のナトリウムイオン電池用活物質について説明する。本発明のナトリウムイオン電池用活物質は、2つの実施態様に大別することができる。以下、本発明のナトリウムイオン電池用活物質について、第一実施態様と、第二実施態様とに分けて説明する。
A. First, the sodium ion battery active material of the present invention will be described. The active material for sodium ion batteries of the present invention can be broadly divided into two embodiments. Hereinafter, the active material for a sodium ion battery of the present invention will be described separately for the first embodiment and the second embodiment.

1.第一実施態様
本発明のナトリウムイオン電池用活物質の第一実施態様について説明する。第一実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、MTi結晶相を含有することを特徴とするものである。
1. 1st embodiment The 1st embodiment of the active material for sodium ion batteries of this invention is described. The active material for a sodium ion battery according to the first embodiment contains an M element, a Ti element, an O element and an S element, which are Group III elements, and an M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. It is what.

本実施態様によれば、MTi結晶相を有することから、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質とすることができる。本発明者等は、MTi結晶相がNaイオンを吸蔵放出でき、ナトリウムイオン電池の活物質として有用であることを見出した。また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、O元素を有し、酸化物としての挙動を示すため、従来の炭素材料よりも熱安定性が優れているという利点を有する。 According to this embodiment, since it has a M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase, it can be an active material for a sodium ion battery that suppresses the precipitation of metal Na. The present inventors have found that the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase can occlude and release Na ions and is useful as an active material of a sodium ion battery. Moreover, since the active material for sodium ion batteries of this embodiment has an O element and shows a behavior as an oxide, it has an advantage that it has better thermal stability than a conventional carbon material.

本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、MTi結晶相を含有するものである。MTi結晶相の存在は、X線回折(XRD)等により確認することができる。また、MTi結晶相は、欠陥型Ruddlesden-Popper構造の結晶相に該当するものと考えられる。一般的に、Ruddlesden-Popper構造は、一般式An+13n+1(nは整数)で表される組成を有し、ペロブスカイト構造と、岩塩構造とが交互に重なった層状構造を有する。ここで、n=2とした場合、上記の一般式はAで表すことができる。このAと、本実施態様におけるMTiとを比較すると、AサイトにはMが位置し、BサイトにはTiが位置し、CサイトにはOおよびSが位置することになる。さらに、Aサイトにおいて、Mが3原子位置すると、完全なRuddlesden-Popper構造に該当するが、本実施態様においては、Mが2原子しか位置していない。そのため、このAサイトに欠陥が生じ、この欠陥部位にNaイオンが挿入脱離し、活物質としての機能が顕著に発現すると考えられる。また、MTi結晶相と、Naイオンとの反応は、以下の通りであると考えられ、MTi結晶相は、いわゆる挿入脱離型の活物質として機能すると考えられる。
Ti+xNa+xe⇔NaTi
The active material for sodium ion batteries of this embodiment contains an M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. The presence of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) or the like. Further, the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase is considered to correspond to a crystal phase having a defective Ruddlesden-Popper structure. In general, the Ruddlesden-Popper structure has a composition represented by the general formula A n + 1 B n C 3n + 1 (n is an integer), and has a layered structure in which perovskite structures and rock salt structures are alternately stacked. Here, when n = 2, the above general formula can be expressed as A 3 B 2 C 7 . When this A 3 B 2 C 7 is compared with M 2 Ti 2 O 5 S 2 in this embodiment, M is located at the A site, Ti is located at the B site, and O and C are located at the C site. S will be located. Further, if M is located at 3 atoms in the A site, it corresponds to a complete Ruddlesden-Popper structure, but in this embodiment, M is located at only 2 atoms. Therefore, it is considered that a defect occurs in the A site, and Na ions are inserted and desorbed in the defective part, so that the function as an active material is remarkably exhibited. The reaction between the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase and Na ions is considered as follows, and the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase is a so-called insertion / desorption type active material. It seems to function as.
M 2 Ti 2 O 5 S 2 + xNa + + xe ⇔Na x M 2 Ti 2 O 5 S 2

本実施態様におけるM元素は、通常、三価の第III族元素であり、Sc、Y、ランタノイドおよびアクチノイドが該当する。中でも、M元素は、Y、Nd、Sc、Pr、Sm、Gd、Tb、DyおよびErの少なくとも一種であることが好ましく、Y、NdおよびScの少なくとも一種であることがより好ましく、YおよびNdの少なくとも一方であることがさらに好ましい。   The M element in this embodiment is usually a trivalent group III element, and corresponds to Sc, Y, lanthanoids and actinoids. Among them, the M element is preferably at least one of Y, Nd, Sc, Pr, Sm, Gd, Tb, Dy and Er, more preferably at least one of Y, Nd and Sc, and Y and Nd. More preferably, it is at least one of the following.

また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、MTi結晶相の割合が多いことが好ましく、具体的にはMTi結晶相を主体として含有することが好ましい。金属Naの析出をより抑制できるからである。ここで、「MTi結晶相を主体とする」とは、ナトリウムイオン電池用活物質に含まれる結晶相の中で、MTi結晶相の割合が最も大きいことをいう。ナトリウムイオン電池用活物質に含まれるMTi結晶相の割合は、50mol%以上であることが好ましく、60mol%以上であることがより好ましく、70mol%以上であることがさらに好ましい。また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、MTi結晶相のみから構成されるもの(単相の活物質)であっても良い。なお、ナトリウムイオン電池用活物質に含まれるMTi結晶相の割合は、例えば、金属Naを対極とした電池を作製し、その容量を測定することにより決定することができる。 Moreover, it is preferable that the active material for sodium ion batteries of this embodiment has a large ratio of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase, and specifically contains mainly the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. It is preferable to do. It is because precipitation of metal Na can be suppressed more. Here, “mainly composed of M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase” means that the proportion of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase in the crystal phase contained in the active material for sodium ion battery is The biggest thing. The ratio of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase contained in the active material for sodium ion batteries is preferably 50 mol% or more, more preferably 60 mol% or more, and further preferably 70 mol% or more. preferable. Further, the sodium ion battery active material of this embodiment may be composed of only the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase (single-phase active material). The ratio of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase contained in the active material for sodium ion batteries can be determined, for example, by preparing a battery using metal Na as a counter electrode and measuring its capacity. .

本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることが好ましく、0.5V〜1.1Vの範囲内であることがより好ましく、0.6V〜1.0Vの範囲内であることがさらに好ましい。Na挿入脱離電位が低すぎると、金属Naの析出を十分に抑制できない可能性があり、Na挿入脱離電位が高すぎると、負極活物質として用いた場合に電池電圧が小さくなる可能性があるからである。本実施態様においては、ナトリウムイオン電池用活物質のNa挿入脱離電位を、Na挿入電位およびNa脱離電位の平均値と定義することができる。また、Na挿入電位およびNa脱離電位は、サイクリックボルタンメトリ(CV)法により決定することができる。なお、本実施態様においては、Na挿入電位およびNa脱離電位は、それぞれ0.5V以上であることが好ましい。   The sodium ion battery active material of this embodiment preferably has a Na insertion / release potential of 0.5 V or more with respect to metal Na, more preferably within a range of 0.5 V to 1.1 V. More preferably, it is in the range of 6V to 1.0V. If the Na insertion / release potential is too low, the precipitation of metal Na may not be sufficiently suppressed. If the Na insertion / release potential is too high, the battery voltage may be reduced when used as a negative electrode active material. Because there is. In this embodiment, the Na insertion / extraction potential of the active material for a sodium ion battery can be defined as the average value of the Na insertion potential and the Na elimination potential. Further, the Na insertion potential and the Na elimination potential can be determined by a cyclic voltammetry (CV) method. In this embodiment, the Na insertion potential and the Na elimination potential are each preferably 0.5 V or more.

また、本実施態様においては、上記M元素が少なくともYを含み、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=34.5°におけるYTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=35.6°におけるYTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=34.1°におけるTiSのピーク強度をIとした場合に、I/Iの値が0.3以下であり、かつ、I/Iの値が0.15以下であることが好ましい。より不純物の少ないナトリウムイオン電池用活物質とすることができるからである。なお、I〜Iのピークの位置は、結晶格子の状態によって若干前後する場合がある。そのため、上記ピークの位置は、±0.2°の範囲を包含するものとする。 In this embodiment, the M element contains at least Y, and in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray, the peak intensity of the Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase at 2θ = 34.5 ° is expressed as I is a, the peak intensity of Y 2 Ti 2 O 7 crystal phase at 2 [Theta] = 35.6 ° and I B, the peak intensity of TiS 2 in 2 [Theta] = 34.1 ° in the case of the I C, I B / I when the value of a is 0.3 or less, and it is preferable the value of I C / I a is 0.15 or less. It is because it can be set as the active material for sodium ion batteries with fewer impurities. Note that the positions of the peaks of I A to I C may slightly vary depending on the state of the crystal lattice. For this reason, the position of the peak includes a range of ± 0.2 °.

/Iの値は、通常0.3以下であり、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。I/Iが大きすぎると、不純物であるYTi結晶相により、電池容量の低下が生じる可能性があるからである。一方、I/Iの値は、通常0.15以下であり、0.12以下であることが好ましい。I/Iが大きすぎると、不純物であるTiSが水分と反応し、硫化水素が発生する可能性があるからである。 The value of I B / I A is usually 0.3 or less, preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less. This is because if I B / I A is too large, the battery capacity may be reduced by the Y 2 Ti 2 O 7 crystal phase that is an impurity. On the other hand, the value of I C / I A is usually 0.15 or less and preferably 0.12 or less. When I C / I A is too large, TiS 2 as an impurity reacts with water, there is a possibility that hydrogen sulfide is generated.

本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、正極活物質として用いても良く、負極活物質として用いても良いが、後者であることが好ましい。金属Naの析出を抑制でき、安全性の高い電池を得ることができるからである。さらに、より電位の高い活物質が豊富に存在するため、電圧の高いナトリウムイオン電池を得ることができる。   The sodium ion battery active material of this embodiment may be used as a positive electrode active material or a negative electrode active material, but the latter is preferred. It is because precipitation of metal Na can be suppressed and a highly safe battery can be obtained. Furthermore, since there are abundant active materials with higher potentials, a high voltage sodium ion battery can be obtained.

また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、MTi結晶相の割合が多くなる程、電子伝導性が向上する傾向にある。活物質自身の電子伝導性が高ければ、導電化材の使用量を低減することができ、それに伴い、活物質の使用量を増加させることができる。その結果、電池の高容量化を図ることができるという利点がある。本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質の電子伝導度(室温)は、例えば10−7S/cm以上であることが好ましく、10−5S/cm以上であることがより好ましい。 Moreover, the sodium ion battery active material of the present embodiment tends to improve the electronic conductivity as the proportion of the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase increases. If the electronic conductivity of the active material itself is high, the amount of conductive material used can be reduced, and the amount of active material used can be increased accordingly. As a result, there is an advantage that the capacity of the battery can be increased. The electronic conductivity (room temperature) of the active material for sodium ion batteries of this embodiment is, for example, preferably 10 −7 S / cm or more, and more preferably 10 −5 S / cm or more.

本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質の形状は、粒子状であることが好ましい。また、ナトリウムイオン電池用活物質の平均粒径(D50)は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。   The shape of the active material for sodium ion batteries of this embodiment is preferably particulate. Moreover, the average particle diameter (D50) of the active material for sodium ion batteries is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 30 μm.

また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質の製造方法は、上述したナトリウムイオン電池用活物質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。本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質の製造方法としては、例えば固相法を挙げることができる。固相法の具体例としては、M(Mは第III族元素である)、TiOおよびTiSを、MTi結晶相が得られる割合で混合した原料組成物を用意し、その原料組成物を焼成する方法を挙げることができる。この時、不要な副反応を抑制するために、真空状態で加熱を行うことが好ましい。また、例えばM、TiOおよびTiSを等モルで混合すれば、化学量論的にはMTiの組成を得ることができる。 Moreover, the manufacturing method of the active material for sodium ion batteries of this embodiment will not be specifically limited if it is a method which can obtain the active material for sodium ion batteries mentioned above. As a manufacturing method of the active material for sodium ion batteries of this embodiment, a solid-phase method can be mentioned, for example. As a specific example of the solid phase method, a raw material composition in which M 2 O 3 (M is a Group III element), TiO 2 and TiS 2 are mixed in such a ratio that an M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase is obtained. The method of preparing a thing and baking the raw material composition can be mentioned. At this time, in order to suppress unnecessary side reactions, it is preferable to perform heating in a vacuum state. Further, for example, if M 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 are mixed in equimolar amounts, the composition of M 2 Ti 2 O 5 S 2 can be obtained stoichiometrically.

また、本実施態様においては、M(Mは第III族元素である)、TiOおよびTiSを含有する原料組成物を用い、Mに対するTiSの割合を、モル比で、1より大きくすること、および、Mに対するTiOの割合を、モル比で、1より小さくすることの少なくとも一方を行うことが好ましい。より不純物の少ないナトリウムイオン電池用活物質を得ることができるからである。また、Mに対するTiSおよびTiOの割合は、上述したI/Iの値およびI/Iの値が得られるように調整することが好ましい。 In this embodiment, a raw material composition containing M 2 O 3 (M is a Group III element), TiO 2 and TiS 2 is used, and the ratio of TiS 2 to M 2 O 3 is expressed in molar ratio. Thus, it is preferable to perform at least one of making it larger than 1 and making the ratio of TiO 2 to M 2 O 3 smaller than 1 in terms of molar ratio. This is because an active material for a sodium ion battery with fewer impurities can be obtained. The ratio of TiS 2 and TiO 2 with respect to M 2 O 3 is preferably adjusted so that the value of the value and I C / I A of the above-mentioned I B / I A is obtained.

ここで、上述したように、MTiを得るためには、組成上、TiS、TiOおよびMを等モルで用いれば良いが、実際に等モルの原料組成物を用いると、わずかに不純物(MTi結晶相)が生じる。MTi結晶相が生じるメカニズムは、以下のように推察される。すなわち、原料組成物に含まれるTiSは、水分と反応することで硫化水素(HS)と酸化チタン(TiO)となるため、組成上、硫黄欠損および酸素過剰が生じると考えられる。また、酸素過剰により、MTi結晶相ではなく、MTi結晶相が生じると考えられる。これに対して、TiS、TiOおよびMの等モル組成に対して、例えばTiSの割合を多くし、硫黄を過剰に存在させることで、硫黄欠損が生じても、MTi結晶相が生成することを抑制できる。また、例えばTiOの割合を少なくし、予め酸素の割合を少なくすることで、MTi結晶相が生成することを抑制できる。中でも、本実施態様においては、TiSの割合を多くし、かつ、TiOの割合を少なくすることが好ましい。Tiの過剰または欠損が生じにくくなるからである。 Here, as described above, in order to obtain M 2 Ti 2 O 5 S 2 , TiS 2 , TiO 2 and M 2 O 3 may be used in equimolar amounts in terms of composition. When the composition is used, a slight impurity (M 2 Ti 2 O 7 crystal phase) is generated. The mechanism by which the M 2 Ti 2 O 7 crystal phase is generated is assumed as follows. That is, since TiS 2 contained in the raw material composition becomes hydrogen sulfide (H 2 S) and titanium oxide (TiO 2 ) by reacting with moisture, it is considered that sulfur deficiency and oxygen excess occur due to the composition. Moreover, it is thought that not M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase but M 2 Ti 2 O 7 crystal phase occurs due to excess oxygen. On the other hand, even if sulfur deficiency occurs by increasing the ratio of TiS 2 and making sulfur exist excessively with respect to the equimolar composition of TiS 2 , TiO 2 and M 2 O 3 , M 2 Ti 2 O 7 crystalline phase can be inhibited from generating. Further, for example, by reducing the proportion of TiO 2 and reducing the proportion of oxygen in advance, it is possible to suppress the generation of the M 2 Ti 2 O 7 crystal phase. Especially, in this embodiment, it is preferable to increase the ratio of TiS 2 and decrease the ratio of TiO 2 . This is because excessive or deficient Ti is less likely to occur.

例えばTiSの割合を多くする場合、Mに対するTiSの割合は、モル比で、通常1より大きく、1.02以上であることが好ましく、1.05以上であることがより好ましい。同様に、Mに対するTiSの割合は、モル比で、1.15より小さいことが好ましく、1.13以下であることがより好ましく、1.1以下であることがさらに好ましい。一方、例えばTiOの割合を少なくする場合、Mに対するTiOの割合は、モル比で、通常1より小さく、0.98以下であることが好ましく、0.95以下であることがより好ましい。同様に、Mに対するTiOの割合は、モル比で、0.85より大きいことが好ましく、0.87以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましい。 For example, when the ratio of TiS 2 is increased, the ratio of TiS 2 with respect to M 2 O 3 is usually larger than 1 and preferably 1.02 or more, more preferably 1.05 or more in terms of molar ratio. . Similarly, the molar ratio of TiS 2 to M 2 O 3 is preferably less than 1.15, more preferably 1.13 or less, and even more preferably 1.1 or less. On the other hand, for example, the case of reducing the proportion of TiO 2, the percentage of TiO 2 relative to M 2 O 3 in molar ratio, usually less than 1, it preferably 0.98 or less, 0.95 or less More preferred. Similarly, the molar ratio of TiO 2 to M 2 O 3 is preferably greater than 0.85, more preferably 0.87 or more, and even more preferably 0.9 or more.

また、原料組成物において、Mの割合を1mol部とした場合、TiSおよびTiOの合計の割合は、例えば1.9mol部〜2.1mol部の範囲内であることが好ましく、1.95mol部〜2.05mol部の範囲内であることがより好ましい。TiSおよびTiOの合計の割合が、上記範囲内にあることにより、Tiの過剰または欠損が生じにくくなるからである。 In the raw material composition, when the ratio of M 2 O 3 is 1 mol part, the total ratio of TiS 2 and TiO 2 is preferably in the range of 1.9 mol part to 2.1 mol part, for example, More preferably, it is in the range of 1.95 mol parts to 2.05 mol parts. This is because, when the ratio of the total of TiS 2 and TiO 2 is within the above range, Ti excess or deficiency is less likely to occur.

焼成温度は、所望のナトリウムイオン電池用活物質を得ることができる温度であれば特に限定されるものではないが、例えば800℃〜1400℃の範囲内であり、中でも1000℃〜1200℃の範囲内であることが好ましい。焼成温度が低すぎると、固相反応が生じない可能性があり、焼成温度が高すぎると、不要な結晶相が生成する可能性があるからである。また、焼成時間は、特に限定されるものではないが、例えば24時間〜384時間の範囲内であることが好ましく、48時間〜192時間の範囲内であることがより好ましい。また、焼成は、副反応防止の観点から、真空中で行うことが好ましい。   The firing temperature is not particularly limited as long as the desired sodium ion battery active material can be obtained. For example, the firing temperature is in the range of 800 ° C to 1400 ° C, and in particular, in the range of 1000 ° C to 1200 ° C. It is preferable to be within. This is because if the firing temperature is too low, solid phase reaction may not occur, and if the firing temperature is too high, an unnecessary crystal phase may be generated. Moreover, although baking time is not specifically limited, For example, it is preferable to exist in the range of 24 hours-384 hours, and it is more preferable that it is in the range of 48 hours-192 hours. Moreover, it is preferable to perform baking in a vacuum from a viewpoint of a side reaction prevention.

2.第二実施態様
次に、本発明のナトリウムイオン電池用活物質の第二実施態様について説明する。第二実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、結晶質であり、かつ、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることを特徴とするものである。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the active material for sodium ion batteries of the present invention will be described. The active material for a sodium ion battery according to the second embodiment contains a Group III element, an M element, a Ti element, an O element, and an S element, is crystalline, and has an Na insertion / extraction potential with respect to metal Na It is characterized by being 0.5 V or more.

本実施態様によれば、金属Naに対するNa挿入脱離電位が所定の値以上であることから、金属Naの析出を抑制したナトリウムイオン電池用活物質とすることができる。また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、O元素を有し、酸化物としての挙動を示すため、従来の炭素材料よりも熱安定性が優れているという利点を有する。   According to this embodiment, since the Na insertion / extraction potential with respect to metal Na is a predetermined value or more, it can be set as the active material for sodium ion batteries which suppressed metal Na precipitation. Moreover, since the active material for sodium ion batteries of this embodiment has an O element and shows a behavior as an oxide, it has an advantage that it has better thermal stability than a conventional carbon material.

本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、通常、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることを大きな特徴とするが、Na挿入脱離電位の好ましい範囲や測定方法等については、上記「1.第一実施態様」に記載した内容と同様である。   The active material for a sodium ion battery of this embodiment is generally characterized in that the Na insertion / extraction potential with respect to metal Na is 0.5 V or more. Is the same as described in “1. First embodiment” above.

また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、Ruddlesden-Popper構造AのAサイトに位置する上記M元素の一部が欠損した構造の結晶相を有することが好ましい。欠陥部位にNaイオンが挿入脱離し、活物質としての機能が顕著に発現すると考えられるからである。特に、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質は、上記結晶相を主体として含有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the active material for sodium ion batteries of this embodiment has a crystal phase having a structure in which part of the M element located at the A site of the Ruddlesden-Popper structure A 3 B 2 C 7 is missing. This is because it is considered that Na ions are inserted / desorbed into / from the defect site and the function as an active material is remarkably exhibited. In particular, it is preferable that the active material for a sodium ion battery of the present embodiment contains the crystal phase as a main component.

また、本実施態様のナトリウムイオン電池用活物質の物性、製造方法およびその他の事項については、上記「1.第一実施態様」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。   Further, the physical properties, manufacturing method and other matters of the active material for sodium ion battery of the present embodiment are the same as the contents described in the above “1. First embodiment”, so the description here is omitted. .

B.ナトリウムイオン電池
次に、本発明のナトリウムイオン電池について説明する。本発明のナトリウムイオン電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するナトリウムイオン電池であって、上記正極活物質または上記負極活物質が、上述したナトリウムイオン電池用活物質であることを特徴とするものである。
B. Next, the sodium ion battery of the present invention will be described. The sodium ion battery of the present invention includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The positive electrode active material or the negative electrode active material is the above-mentioned active material for a sodium ion battery.

図1は、本発明のナトリウムイオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるナトリウムイオン電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有するものである。本発明のナトリウムイオン電池は、正極活物質層1または負極活物質層2が、上記「A.ナトリウムイオン電池用活物質」に記載したナトリウムイオン電池用活物質を含有することを大きな特徴とする。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the sodium ion battery of the present invention. A sodium ion battery 10 shown in FIG. 1 includes a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, an electrolyte layer 3 formed between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2, and a positive electrode active material. It has a positive electrode current collector 4 that collects current from the layer 1, a negative electrode current collector 5 that collects current from the negative electrode active material layer 2, and a battery case 6 that houses these members. The sodium ion battery of the present invention is characterized in that the positive electrode active material layer 1 or the negative electrode active material layer 2 contains the active material for sodium ion battery described in the above-mentioned “A. Active material for sodium ion battery”. .

本発明によれば、上述したナトリウムイオン電池用活物質を用いることで、金属Naの析出を抑制でき、安全性の高いナトリウムイオン電池とすることができる。
以下、本発明のナトリウムイオン電池について、構成ごとに説明する。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, precipitation of metal Na can be suppressed by using the active material for sodium ion batteries mentioned above, and it can be set as a highly safe sodium ion battery.
Hereinafter, the sodium ion battery of the present invention will be described for each configuration.

1.負極活物質層
まず、本発明における負極活物質層について説明する。本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、負極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
1. Negative electrode active material layer First, the negative electrode active material layer in the present invention will be described. The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material. The negative electrode active material layer may contain at least one of a conductive material, a binder, and a solid electrolyte material in addition to the negative electrode active material.

本発明においては、負極活物質が、上記「A.ナトリウムイオン電池用活物質」に記載したナトリウムイオン電池用活物質であることが好ましい。金属Naの析出を抑制でき、安全性の高い電池とすることができるからである。さらに、より電位の高い活物質が豊富に存在するため、電圧の高いナトリウムイオン電池とすることができる。一方、本発明においては、正極活物質に上述したナトリウムイオン電池用活物質を用いて、負極活物質に従来の活物質を用いても良い。この場合、負極活物質として、上述したナトリウムイオン電池用活物質よりも電位が低い活物質を用いる必要がある。さらに、上述したナトリウムイオン電池用活物質は、Naを含有していないため、負極活物質がNaを含有していることが好ましい。すなわち、負極活物質として、金属NaおよびNa合金等のNa含有活物質を用いることが好ましい。   In the present invention, the negative electrode active material is preferably the sodium ion battery active material described in "A. Sodium ion battery active material" above. It is because precipitation of metal Na can be suppressed and it can be set as a highly safe battery. Furthermore, since there are abundant active materials with higher potentials, a high-voltage sodium ion battery can be obtained. On the other hand, in the present invention, the above-described active material for sodium ion battery may be used for the positive electrode active material, and a conventional active material may be used for the negative electrode active material. In this case, it is necessary to use an active material having a lower potential than the above-described active material for a sodium ion battery as the negative electrode active material. Furthermore, since the sodium ion battery active material described above does not contain Na, the negative electrode active material preferably contains Na. That is, it is preferable to use Na-containing active materials such as metal Na and Na alloy as the negative electrode active material.

導電化材の材料としては、所望の電子伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料を挙げることができる。さらに、炭素材料としては、具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛を挙げることができる。また、結着材の材料としては、化学的、電気的に安定なものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系結着材、および、スチレンブタジエンゴム等のゴム系結着材等を挙げることができる。また、固体電解質材料としては、所望のイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、酸化物固体電解質材料、硫化物固体電解質材料を挙げることができる。なお、固体電解質材料については、後述する「3.電解質層」で詳細に説明する。   The material for the conductive material is not particularly limited as long as it has desired electronic conductivity, and examples thereof include a carbon material. Furthermore, specific examples of the carbon material include acetylene black, ketjen black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite. The material of the binder is not particularly limited as long as it is chemically and electrically stable. For example, fluorine-based materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE) are used. Examples thereof include a binder and a rubber-based binder such as styrene butadiene rubber. The solid electrolyte material is not particularly limited as long as it has desired ionic conductivity, and examples thereof include an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material. The solid electrolyte material will be described in detail in “3. Electrolyte layer” described later.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば60重量%〜99重量%の範囲内、中でも70重量%〜95重量%の範囲内であることが好ましい。また、導電化材の含有量は、所望の電子伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば1重量%〜30重量%の範囲内であることが好ましい。また、結着材の含有量は、負極活物質等を安定に固定化できれば、より少ないことが好ましく、例えば1重量%〜30重量%の範囲内であることが好ましい。また、固体電解質材料の含有量は、所望のイオン伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば1重量%〜40重量%の範囲内であることが好ましい。   The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably larger from the viewpoint of capacity, for example, in the range of 60 wt% to 99 wt%, particularly in the range of 70 wt% to 95 wt%. Is preferred. Further, the content of the conductive material is preferably less as long as desired electronic conductivity can be ensured, and is preferably in the range of 1% by weight to 30% by weight, for example. Further, the content of the binder is preferably less as long as the negative electrode active material and the like can be stably fixed, and is preferably in the range of, for example, 1% by weight to 30% by weight. Further, the content of the solid electrolyte material is preferably smaller as long as desired ion conductivity can be ensured, and is preferably in the range of 1 wt% to 40 wt%, for example.

また、負極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the negative electrode active material layer varies greatly depending on the configuration of the battery, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.

2.正極活物質層
次に、本発明における正極活物質層について説明する。本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
2. Next, the positive electrode active material layer in the present invention will be described. The positive electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material. The positive electrode active material layer may contain at least one of a conductive material, a binder, and a solid electrolyte material in addition to the positive electrode active material.

本発明においては、正極活物質が、上述したナトリウムイオン電池用活物質よりも電位が高い活物質であることが好ましい。金属Naの析出を抑制でき、安全性の高い電池とすることができるからである。さらに、より電位の高い活物質が豊富に存在するため、電圧の高いナトリウムイオン電池とすることができる。   In the present invention, the positive electrode active material is preferably an active material having a higher potential than the above-described active material for a sodium ion battery. It is because precipitation of metal Na can be suppressed and it can be set as a highly safe battery. Furthermore, since there are abundant active materials with higher potentials, a high-voltage sodium ion battery can be obtained.

負極活物質に上述したナトリウムイオン電池用活物質を用いる場合、正極活物質として一般的な活物質を用いることができる。このような正極活物質としては、例えば、層状活物質、スピネル型活物質、オリビン型活物質等を挙げることができる。正極活物質の具体例としては、NaFeO、NaNiO、NaCoO、NaMnO、NaVO、Na(NiMn1−X)O(0<X<1)、Na(FeMn1−X)O(0<X<1)、NaVPOF、NaFePOF、Na(PO等を挙げることができる。 When using the sodium ion battery active material described above as the negative electrode active material, a general active material can be used as the positive electrode active material. Examples of such a positive electrode active material include a layered active material, a spinel active material, and an olivine active material. Specific examples of the positive electrode active material include NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , NaVO 2 , Na (Ni X Mn 1-X ) O 2 (0 <X <1), Na (Fe X Mn 1− X 2 ) O 2 (0 <X <1), NaVPO 4 F, Na 2 FePO 4 F, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 and the like.

正極活物質の形状は、粒子状であることが好ましい。また、正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。正極活物質層における正極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば60重量%〜99重量%の範囲内、中でも70重量%〜95重量%の範囲内であることが好ましい。なお、正極活物質層に用いられる、導電化材、結着材および固体電解質材料の種類ならびに含有量については、上述した負極活物質層に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、正極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The shape of the positive electrode active material is preferably particulate. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material is preferably in the range of 1 nm to 100 μm, for example, and in particular in the range of 10 nm to 30 μm. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity, for example, in the range of 60 wt% to 99 wt%, particularly in the range of 70 wt% to 95 wt%. Is preferred. The type and content of the conductive material, binder, and solid electrolyte material used for the positive electrode active material layer are the same as those described for the negative electrode active material layer described above. Omitted. The thickness of the positive electrode active material layer varies greatly depending on the configuration of the battery, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.

3.電解質層
次に、本発明における電解質層について説明する。本発明における電解質層は、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される層である。電解質層に含まれる電解質を介して、正極活物質と負極活物質との間のイオン伝導を行う。電解質層の形態は、特に限定されるものではなく、液体電解質層、ゲル電解質層、固体電解質層等を挙げることができる。
3. Electrolyte Layer Next, the electrolyte layer in the present invention will be described. The electrolyte layer in the present invention is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Ion conduction between the positive electrode active material and the negative electrode active material is performed via the electrolyte contained in the electrolyte layer. The form of the electrolyte layer is not particularly limited, and examples thereof include a liquid electrolyte layer, a gel electrolyte layer, and a solid electrolyte layer.

液体電解質層は、通常、非水電解液を用いてなる層である。非水電解液は、通常、ナトリウム塩および非水溶媒を含有する。ナトリウム塩としては、例えばNaPF、NaBF、NaClOおよびNaAsF等の無機ナトリウム塩;およびNaCFSO、NaN(CFSO、NaN(CSO、NaC(CFSO等の有機ナトリウム塩等を挙げることができる。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)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランおよびこれらの任意の混合物等を挙げることができる。非水電解液におけるナトリウム塩の濃度は、例えば0.3mol/L〜5mol/Lの範囲内であり、0.8mol/L〜1.5mol/Lの範囲内であることが好ましい。ナトリウム塩の濃度が低すぎるとハイレート時の容量低下が生じる可能性があり、ナトリウム塩の濃度が高すぎると粘性が高くなり低温での容量低下が生じる可能性があるからである。なお、本発明においては、非水電解液として、例えばイオン性液体等の低揮発性液体を用いても良い。 The liquid electrolyte layer is usually a layer using a non-aqueous electrolyte. The nonaqueous electrolytic solution usually contains a sodium salt and a nonaqueous solvent. Examples of sodium salts include inorganic sodium salts such as NaPF 6 , NaBF 4 , NaClO 4 and NaAsF 6 ; and NaCF 3 SO 3 , NaN (CF 3 SO 2 ) 2 , NaN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , NaC An organic sodium salt such as (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate (BC), γ-butyrolactone, sulfolane, Examples include acetonitrile, 1,2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and any mixture thereof. The concentration of the sodium salt in the nonaqueous electrolytic solution is, for example, in the range of 0.3 mol / L to 5 mol / L, and preferably in the range of 0.8 mol / L to 1.5 mol / L. This is because if the sodium salt concentration is too low, there is a possibility that the capacity will decrease at the high rate, and if the sodium salt concentration is too high, the viscosity will increase and the capacity may decrease at low temperatures. In the present invention, a low volatile liquid such as an ionic liquid may be used as the nonaqueous electrolytic solution.

ゲル電解質層は、例えば、非水電解液にポリマーを添加してゲル化することで得ることができる。具体的には、非水電解液に、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することにより、ゲル化を行うことができる。   The gel electrolyte layer can be obtained, for example, by adding a polymer to the non-aqueous electrolyte and gelling. Specifically, gelation can be performed by adding a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), or polymethyl methacrylate (PMMA) to the nonaqueous electrolytic solution.

固体電解質層は、固体電解質材料を用いてなる層である。固体電解質材料としては、Naイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば酸化物固体電解質材料および硫化物固体電解質材料を挙げることができる。酸化物固体電解質材料としては、例えばNaZrSiPO12、βアルミナ固体電解質(NaO−11Al等)等を挙げることができる。硫化物固体電解質材料としては、例えばNaS−P等を挙げることができる。 The solid electrolyte layer is a layer made of a solid electrolyte material. The solid electrolyte material is not particularly limited as long as it has Na ion conductivity, and examples thereof include oxide solid electrolyte materials and sulfide solid electrolyte materials. Examples of the oxide solid electrolyte material include Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , β-alumina solid electrolyte (Na 2 O-11Al 2 O 3 etc.) and the like. Examples of the sulfide solid electrolyte material include Na 2 S—P 2 S 5 .

本発明における固体電解質材料は、非晶質であっても良く、結晶質であっても良い。また、固体電解質材料の形状は、粒子状であることが好ましい。また、固体電解質材料の平均粒径(D50)は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。   The solid electrolyte material in the present invention may be amorphous or crystalline. The shape of the solid electrolyte material is preferably particulate. The average particle diameter (D50) of the solid electrolyte material is preferably in the range of 1 nm to 100 μm, for example, and in particular in the range of 10 nm to 30 μm.

電解質層の厚さは、電解質の種類および電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the electrolyte layer varies greatly depending on the type of electrolyte and the configuration of the battery. For example, the thickness of the electrolyte layer is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

4.その他の構成
本発明のナトリウムイオン電池は、上述した負極活物質層、正極活物質層および電解質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができる。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができる。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。
4). Other Configurations The sodium ion battery of the present invention has at least the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer, and the electrolyte layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the battery.

本発明のナトリウムイオン電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に、セパレータを有していても良い。より安全性の高い電池を得ることができるからである。セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリフッ化ビニリデン等の多孔膜;および樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的な電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。   The sodium ion battery of the present invention may have a separator between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. This is because a battery with higher safety can be obtained. Examples of the material for the separator include porous films such as polyethylene, polypropylene, cellulose, and polyvinylidene fluoride; and nonwoven fabrics such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric. Moreover, the battery case of a general battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case.

5.ナトリウムイオン電池
本発明のナトリウムイオン電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および電解質層を有するものであれば特に限定されるものではない。また、本発明のナトリウムイオン電池は、電解質層が固体電解質層である電池であっても良く、電解質層が液体電解質層である電池であって良く、電解質層がゲル電解質層である電池であっても良い。さらに、本発明のナトリウムイオン電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。また、本発明のナトリウムイオン電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。また、ナトリウムイオン電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的なナトリウムイオン電池における製造方法と同様である。
5. Sodium ion battery The sodium ion battery of this invention will not be specifically limited if it has the positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, and electrolyte layer which were mentioned above. The sodium ion battery of the present invention may be a battery in which the electrolyte layer is a solid electrolyte layer, a battery in which the electrolyte layer is a liquid electrolyte layer, or a battery in which the electrolyte layer is a gel electrolyte layer. May be. Further, the sodium ion battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. In addition, examples of the shape of the sodium ion battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. Moreover, the manufacturing method of a sodium ion battery is not specifically limited, It is the same as the manufacturing method in a general sodium ion battery.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
まず、原料として、Y、TiOおよびTiS(全てアルドリッチ社製)を用意した。次に、Y、TiOおよびTiSを等モルで秤量し、乳鉢で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物を石英管に入れ真空封入(真空度10−5Pa)した。その後、24時間かけて室温から1100℃まで昇温し、1100℃、5日間(120時間)の条件で焼成した。冷却後、得られた材料を乳鉢で粉砕することで粒径を調整した。これにより、本発明のナトリウムイオン電池用活物質(YTOS)を得た。
[Example 1]
First, Y 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 (all manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, Y 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 were weighed in equimolar amounts and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Next, the raw material composition was put in a quartz tube and vacuum-sealed (degree of vacuum: 10 −5 Pa). Then, it heated up from room temperature to 1100 degreeC over 24 hours, and baked on the conditions of 1100 degreeC and 5 days (120 hours). After cooling, the resulting material was pulverized in a mortar to adjust the particle size. This obtained the sodium ion battery active material (YTOS) of the present invention.

[実施例2]
まず、原料として、Nd、TiOおよびTiS(全てアルドリッチ社製)を用意した。次に、Nd、TiOおよびTiSを等モルで秤量し、乳鉢で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物を石英管に入れ真空封入(真空度10−5Pa)した。その後、24時間かけて室温から1100℃まで昇温し、1100℃、4日間(96時間)の条件で焼成した。冷却後、得られた材料を乳鉢で粉砕することで粒径を調整した。これにより、本発明のナトリウムイオン電池用活物質を得た。
[Example 2]
First, Nd 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 (all made by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, Nd 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 were weighed in equimolar amounts and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Next, the raw material composition was put in a quartz tube and vacuum-sealed (degree of vacuum: 10 −5 Pa). Then, it heated up from room temperature to 1100 degreeC over 24 hours, and baked on the conditions of 1100 degreeC and 4 days (96 hours). After cooling, the resulting material was pulverized in a mortar to adjust the particle size. This obtained the active material for sodium ion batteries of this invention.

[評価1]
(1)X線回折測定
実施例1で得られた活物質を用いて、CuKα線によるX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図2に示す。図2に示されるチャートから、得られた活物質はYTi結晶相を含有するものであることが確認された。YTi結晶相を示すピークは、2θ=15.6°、23.4°、23.9°、26.2°、30.8°、31.3°、33.6°、34.5°、36.4°、41.3°、43.0°、46.6°、47.8°、48.2°に現れた。
[Evaluation 1]
(1) X-ray diffraction measurement Using the active material obtained in Example 1, X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays was performed. The result is shown in FIG. From the chart shown in FIG. 2, it was confirmed that the obtained active material contained a Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. The peaks indicating the Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase are 2θ = 15.6 °, 23.4 °, 23.9 °, 26.2 °, 30.8 °, 31.3 °, 33.6. It appeared at 34.5 °, 36.4 °, 41.3 °, 43.0 °, 46.6 °, 47.8 ° and 48.2 °.

実施例2で得られた活物質を用いて、CuKα線によるX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図3に示す。図3に示されるチャートから、得られた活物質はNdTi結晶相を含有するものであることが確認された。NdTi結晶相を示すピークは、2θ=15.4°、25.8°、30.3°、32.8°、35.9°、40.6°、42.4°、47.0°に現れた。 Using the active material obtained in Example 2, X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays was performed. The result is shown in FIG. From the chart shown in FIG. 3, it was confirmed that the obtained active material contained a Nd 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. The peaks indicating the Nd 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase are 2θ = 15.4 °, 25.8 °, 30.3 °, 32.8 °, 35.9 °, 40.6 °, 42.4. Appeared at 47.0 °.

(2)充放電特性
実施例1で得られた活物質(YTOS)を用いて評価用電池を作製し、活物質の充放電特性を評価した。まず、活物質(YTOS)と、導電化材(アセチレンブラック60wt%+VGCF40wt%)と、結着材(ポリフッ化ビニリデン、PVDF)とを、活物質:導電化材:結着材=65:20:15の重量比で混合し、混練することにより、ペーストを得た。次に、得られたペーストを、銅箔上にドクターブレードにて塗工し、乾燥し、プレスすることにより、厚さ10μmの試験電極を得た。
(2) Charge / Discharge Characteristics An evaluation battery was prepared using the active material (YTOS) obtained in Example 1, and the charge / discharge characteristics of the active material were evaluated. First, an active material (YTOS), a conductive material (acetylene black 60 wt% + VGCF 40 wt%), and a binder (polyvinylidene fluoride, PVDF), an active material: a conductive material: a binder = 65: 20: A paste was obtained by mixing at a weight ratio of 15 and kneading. Next, the obtained paste was coated on a copper foil with a doctor blade, dried, and pressed to obtain a test electrode having a thickness of 10 μm.

その後、CR2032型コインセルを用い、作用極として上記試験電極を用い、対極として金属Naを用い、セパレータとしてポリエチレン/ポリプロピレン/ポリエチレンの多孔質セパレータ(厚さ25μm)を用いて評価用電池を得た。電解液には、EC(エチレンカーボネート)およびDMC(ジメチルカーボネート)を同体積で混合した溶媒にNaPFを濃度1mol/Lで溶解させたものを用いた。 Thereafter, a CR2032-type coin cell was used, the test electrode was used as a working electrode, metal Na was used as a counter electrode, and a polyethylene / polypropylene / polyethylene porous separator (thickness: 25 μm) was used as a separator to obtain a battery for evaluation. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving NaPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent in which EC (ethylene carbonate) and DMC (dimethyl carbonate) were mixed in the same volume was used.

得られた評価用電池を、電池評価環境温度25℃、電流レートC/10にて、充放電した。電圧範囲は、0.01V〜2.5Vとした。その結果を図4に示す。図4に示されるように、Na挿入時には0.7Vにプラトー部が生じ、Na脱離時には0.9Vにプラトー部が生じた。このことから、この活物質は、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることが確認された。   The obtained battery for evaluation was charged and discharged at a battery evaluation environmental temperature of 25 ° C. and a current rate of C / 10. The voltage range was 0.01V to 2.5V. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 4, a plateau portion was generated at 0.7 V when Na was inserted, and a plateau portion was generated at 0.9 V when Na was desorbed. From this, it was confirmed that this active material had a Na insertion / release potential of 0.5 V or more with respect to metal Na.

(3)サイクリックボルタンメトリ測定
実施例1で得られた活物質を用いた評価用電池に対して、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定を行うことにより、金属Naに対する活物質のNa挿入脱離電位を算出した。測定条件は、電気化学測定装置システム(ソーラトロン社製、147055BEC型)を用い、電位範囲0.01V〜2.5V(vs Na/Na)、掃引速度0.1mV/secとした。その結果、Na挿入電位は0.68V(vs Na/Na)となり、Na脱離電位は0.88V(vs Na/Na)となり、Na挿入脱離電位は0.78V(vs Na/Na)となった。
(3) Cyclic voltammetry measurement By performing cyclic voltammetry (CV) measurement on the evaluation battery using the active material obtained in Example 1, Na insertion of the active material with respect to metallic Na The desorption potential was calculated. The measurement conditions were an electrochemical measurement system (made by Solartron, 147055BEC type), a potential range of 0.01 V to 2.5 V (vs Na / Na + ), and a sweep rate of 0.1 mV / sec. As a result, the Na insertion potential is 0.68 V (vs Na / Na + ), the Na elimination potential is 0.88 V (vs Na / Na + ), and the Na insertion elimination potential is 0.78 V (vs Na / Na + ). + ).

[実施例3−1]
まず、原料として、Y、TiOおよびTiS(全てアルドリッチ社製)を用意した。次に、TiS、TiOおよびYを、モル比が1.05:0.95:1.00となるように秤量し、乳鉢で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物を石英管に入れ真空封入(真空度10−5Pa)した。その後、24時間かけて室温から1100℃まで昇温し、1100℃、4日間(96時間)の条件で焼成した。冷却後、得られた材料を乳鉢で粉砕することで粒径を調整した。これにより、本発明のナトリウムイオン電池用活物質を得た。
[Example 3-1]
First, Y 2 O 3 , TiO 2 and TiS 2 (all manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, TiS 2 , TiO 2 and Y 2 O 3 were weighed so that the molar ratio was 1.05: 0.95: 1.00 and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Next, the raw material composition was put in a quartz tube and vacuum-sealed (degree of vacuum: 10 −5 Pa). Then, it heated up from room temperature to 1100 degreeC over 24 hours, and baked on the conditions of 1100 degreeC and 4 days (96 hours). After cooling, the resulting material was pulverized in a mortar to adjust the particle size. This obtained the active material for sodium ion batteries of this invention.

[実施例3−2]
TiS、TiOおよびYを、モル比が1.10:0.90:1.00となるように秤量したこと以外は、実施例3−1と同様にして活物質を得た。
[Example 3-2]
An active material was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that TiS 2 , TiO 2, and Y 2 O 3 were weighed so that the molar ratio was 1.10: 0.90: 1.00. .

[実施例3−3]
TiS、TiOおよびYを、モル比が1.15:0.85:1.00となるように秤量したこと以外は、実施例3−1と同様にして活物質を得た。
[Example 3-3]
An active material was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that TiS 2 , TiO 2, and Y 2 O 3 were weighed so that the molar ratio was 1.15: 0.85: 1.00. .

[実施例3−4]
TiS、TiOおよびYを、モル比が1.20:0.80:1.00となるように秤量したこと以外は、実施例3−1と同様にして活物質を得た。
[Example 3-4]
An active material was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that TiS 2 , TiO 2, and Y 2 O 3 were weighed so that the molar ratio was 1.20: 0.80: 1.00. .

[評価2]
実施例1および実施例3−1〜3−4で得られた活物質を用いて、CuKα線によるX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図5に示す。図5に示されるように、実施例1および実施例3−1〜3−4は、いずれもYTi結晶相を有することが確認された。また、図6は図5の拡大図である。実施例1では、YTi結晶相のピークが2θ=35.6°に現れ、実施例3−3、3−4では、硫黄過剰によりTiSのピークが2θ=34.1°に現れた。これに対して、実施例3−1、3−2では、YTi結晶相およびTiSのピークは確認されなかった。また、図6に示すように、2θ=34.5°におけるYTiのピーク強度をIとし、2θ=35.6°におけるYTiのピーク強度をIとし、2θ=34.1°におけるTiSのピーク強度をIとすると、I/IおよびI/Iの値は、下記表1のようになった。
[Evaluation 2]
Using the active materials obtained in Example 1 and Examples 3-1 to 3-4, X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays was performed. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, it was confirmed that Example 1 and Examples 3-1 to 3-4 all have a Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. FIG. 6 is an enlarged view of FIG. In Example 1, the peak of the Y 2 Ti 2 O 7 crystal phase appears at 2θ = 35.6 °, and in Examples 3-3 and 3-4, the peak of TiS 2 is 2θ = 34.1 ° due to excessive sulfur. Appeared in. On the other hand, in Examples 3-1 and 3-2, the Y 2 Ti 2 O 7 crystal phase and the peak of TiS 2 were not confirmed. Further, as shown in FIG. 6, the peak intensity of Y 2 Ti 2 O 5 S 2 in 2 [Theta] = 34.5 ° and I A, the peak intensity of Y 2 Ti 2 O 7 in 2θ = 35.6 ° I and B, and the peak intensity of TiS 2 in 2 [Theta] = 34.1 ° and I C, the value of I B / I a and I C / I a was as shown in table 1 below.

Figure 2013062121
Figure 2013062121

表1に示されるように、実施例3−1、3−2で得られた活物質は、不純物である、YTi結晶相およびTiSのピークを有しておらず、単相のYTi結晶相から構成される活物質であることが確認された。なお、実施例1においてI/Iの値が大きくなったのは、おそらく隣のピークのショルダーに位置したためであると考えられる。 As shown in Table 1, the active materials obtained in Examples 3-1 and 3-2 do not have Y 2 Ti 2 O 7 crystal phase and TiS 2 peaks, which are impurities, and are simple. It was confirmed that the active material was composed of the phase Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. Incidentally, the value of I C / I A is increased in Example 1, is probably to be due located in the shoulder of the peak of the next.

1 … 正極活物質層
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … ナトリウムイオン電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material layer 2 ... Negative electrode active material layer 3 ... Electrolyte layer 4 ... Positive electrode collector 5 ... Negative electrode collector 6 ... Battery case 10 ... Sodium ion battery

Claims (11)

第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、MTi結晶相を含有することを特徴とするナトリウムイオン電池用活物質。 A sodium ion battery active material comprising a group III element, an M element, a Ti element, an O element, and an S element, and an M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase. 前記MTi結晶相を主体として含有することを特徴とする請求項1に記載のナトリウムイオン電池用活物質。 The active material for a sodium ion battery according to claim 1, comprising the M 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase as a main component. 前記M元素が、YおよびNdの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のナトリウムイオン電池用活物質。   The sodium ion battery active material according to claim 1, wherein the M element is at least one of Y and Nd. 前記M元素が少なくともYを含み、
CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=34.5°における前記YTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=35.6°におけるYTi結晶相のピーク強度をIとし、2θ=34.1°におけるTiSのピーク強度をIとした場合に、I/Iの値が0.3以下であり、かつ、I/Iの値が0.15以下であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のナトリウムイオン電池用活物質。
The M element includes at least Y;
In X-ray diffraction measurement using a CuKα line, 2 [Theta] = the peak intensity of the Y 2 Ti 2 O 5 S 2 crystal phase in 34.5 ° and I A, Y in 2θ = 35.6 ° 2 Ti 2 O 7 the peak intensity of the crystalline phase and I B, the peak intensity of TiS 2 in 2 [Theta] = 34.1 ° in the case of the I C, not more than the value 0.3 of I B / I a, and, I C / active material for a sodium ion battery according to any one of claims of claims 1 to 3, characterized in that the value of I a is 0.15 or less.
金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載のナトリウムイオン電池用活物質。   The sodium ion battery active material according to any one of claims 1 to 4, wherein a Na insertion / extraction potential with respect to metal Na is 0.5 V or more. 第III族元素であるM元素、Ti元素、O元素およびS元素を含有し、結晶質であり、かつ、金属Naに対するNa挿入脱離電位が0.5V以上であることを特徴とするナトリウムイオン電池用活物質。   Sodium ion characterized in that it contains a Group III element M element, Ti element, O element and S element, is crystalline, and has a Na insertion / release potential of 0.5 V or more with respect to metal Na Battery active material. Ruddlesden-Popper構造AのAサイトに位置する前記M元素の一部が欠損した構造の結晶相を有することを特徴とする請求項6に記載のナトリウムイオン電池用活物質。 7. The active material for a sodium ion battery according to claim 6, wherein the active material for a sodium ion battery according to claim 6 has a crystal phase having a structure in which a part of the M element located at the A site of the Ruddlesden-Popper structure A 3 B 2 C 7 is missing. 前記M元素が、YおよびNdの少なくとも一方であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のナトリウムイオン電池用活物質。   The sodium ion battery active material according to claim 6 or 7, wherein the M element is at least one of Y and Nd. 負極活物質であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載のナトリウムイオン電池用活物質。   The active material for a sodium ion battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the active material is a negative electrode active material. 正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するナトリウムイオン電池であって、
前記正極活物質または前記負極活物質が、請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載のナトリウムイオン電池用活物質であることを特徴とするナトリウムイオン電池。
A sodium ion battery having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer There,
The sodium ion battery, wherein the positive electrode active material or the negative electrode active material is an active material for a sodium ion battery according to any one of claims 1 to 9.
前記負極活物質が、前記ナトリウムイオン電池用活物質であることを特徴とする請求項10に記載のナトリウムイオン電池。   The sodium ion battery according to claim 10, wherein the negative electrode active material is the active material for a sodium ion battery.
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