JP2018206691A - Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and manufacturing method of positive electrode active material - Google Patents

Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and manufacturing method of positive electrode active material Download PDF

Info

Publication number
JP2018206691A
JP2018206691A JP2017113320A JP2017113320A JP2018206691A JP 2018206691 A JP2018206691 A JP 2018206691A JP 2017113320 A JP2017113320 A JP 2017113320A JP 2017113320 A JP2017113320 A JP 2017113320A JP 2018206691 A JP2018206691 A JP 2018206691A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
electrode active
active material
raw material
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017113320A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6984185B2 (en
Inventor
寛郎 高橋
Hiroo Takahashi
寛郎 高橋
貴寛 松尾
Takahiro Matsuo
貴寛 松尾
高橋 円
Madoka Takahashi
円 高橋
晃 立野
Akira Tateno
晃 立野
昭博 野村
Akihiro Nomura
昭博 野村
修 原崎
Osamu Harasaki
修 原崎
佳祐 長尾
Keisuke Nagao
佳祐 長尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2017113320A priority Critical patent/JP6984185B2/en
Publication of JP2018206691A publication Critical patent/JP2018206691A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6984185B2 publication Critical patent/JP6984185B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

To provide a positive electrode active material for sodium ion batteries in which the battery performance of a sodium ion battery is further improved.SOLUTION: A positive electrode active material for a sodium ion battery includes an iron phosphate compound expressed by NaFe(PO)(OH)(HO)(0≤a≤1.333, 1.000≤b≤1.333, 0≤c≤1, 0≤d≤1).SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法に係り、特に、ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池に用いられる正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material, a positive electrode and a sodium ion battery, and a method for producing a positive electrode active material, and in particular, a positive electrode active material used in a sodium ion battery such as a sodium ion secondary battery, a positive electrode and a sodium ion battery, In addition, the present invention relates to a method for producing a positive electrode active material.

従来、ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池において、正極活物質に、層状金属酸化物を用いることが検討されている(特許文献1参照)。   Conventionally, in a sodium ion battery such as a sodium ion secondary battery, use of a layered metal oxide as a positive electrode active material has been studied (see Patent Document 1).

特許第5870930号公報Japanese Patent No. 5870930

ところで、ナトリウムイオン電池用の正極活物質に、層状金属酸化物を用いる場合には、金属原子と酸素原子との結合が弱いため結晶構造が不安定であり、充放電に伴う劣化が早くなる可能性がある。   By the way, when a layered metal oxide is used as the positive electrode active material for a sodium ion battery, the crystal structure is unstable because the bond between the metal atom and the oxygen atom is weak, and deterioration due to charge / discharge may be accelerated. There is sex.

そこで本発明の目的は、ナトリウムイオン電池の電池性能をより向上させることが可能な安定した結晶構造を有するナトリウムイオン電池用の正極活物質、正極及びナトリウムイオン電池、並びに、正極活物質の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a sodium ion battery having a stable crystal structure capable of further improving the battery performance of the sodium ion battery, a positive electrode and a sodium ion battery, and a method for producing the positive electrode active material Is to provide.

本発明に係る正極活物質は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含むことを特徴とする。 The positive electrode active material according to the present invention is a positive electrode active material for a sodium ion battery, and Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 <= b <= 1.333, 0 <= c <= 1, 0 <= d <= 1) It is characterized by including the iron phosphate compound represented.

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物は、c+d=1を満たすことを特徴とする。   In the positive electrode active material according to the present invention, the iron phosphate compound satisfies c + d = 1.

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことを特徴とする。   In the positive electrode active material according to the present invention, the iron phosphate compound satisfies b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.

本発明に係る正極活物質は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、NaFe(PO)(OH)(HO)で表されるリン酸鉄化合物を含み、前記リン酸鉄化合物が、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークがあることを特徴とする。 The positive electrode active material according to the present invention is a positive electrode active material for a sodium ion battery, and includes an iron phosphate compound represented by Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d , In the XRD measurement using the CuKα ray as an X-ray source, the iron phosphate compound has a first peak with the highest intensity in a range of 2θ = 26.05 ° to 26.95 °, and 2θ = 27.15. There is a second peak having the second highest intensity in the range of from ° to 28.20 °.

本発明に係る正極活物質において、前記リン酸鉄化合物の結晶構造は、空間群I4/amdに帰属していることを特徴とする。 In the positive electrode active material according to the present invention, the crystal structure of the iron phosphate compound belongs to the space group I4 1 / amd.

本発明に係る正極は、上記の正極活物質を含むことを特徴とする。   The positive electrode according to the present invention includes the positive electrode active material described above.

本発明に係るナトリウムイオン電池は、上記の正極を備えることを特徴とする。   The sodium ion battery which concerns on this invention is equipped with said positive electrode, It is characterized by the above-mentioned.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法であって、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する原料溶液調製工程と、前記原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する水熱合成工程と、を備えることを特徴とする。   The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is a method for producing a positive electrode active material for a sodium ion battery, and a raw material solution preparation step of preparing a raw material solution by dissolving an iron raw material and a phosphorus raw material in water And a hydrothermal synthesis step in which the raw material solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記鉄原料は、Fe(NO・9HO、FeC・2HO、Fe(NH(SO・4HOの少なくとも1つを含み、前記リン原料は、HPOを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the iron raw materials are Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, FeC 2 O 4 · 2H 2 O, Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 · 4H. It contains at least one of 2 O, and the phosphorus raw material contains H 3 PO 4 .

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記原料溶液調製工程は、前記原料溶液に、第一のナトリウム原料を含むことを特徴とする。   In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the raw material solution preparation step includes a first sodium raw material in the raw material solution.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第一のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the first sodium raw material is NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O and Na 2. It includes at least one of HPO 4 .

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第二のナトリウム原料と、を混合して混合体を形成し、前記混合体を150℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させることを特徴とする。   In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, a mixture obtained by hydrothermal synthesis in the hydrothermal synthesis step and a second sodium raw material are mixed to form a mixture, and the mixture is heated to 150 ° C. or higher. It is characterized in that it is subjected to a solid phase reaction by heat treatment at 500 ° C. or lower.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第二のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the second sodium raw material is NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O and Na 2. It includes at least one of HPO 4 .

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記混合体を還元性雰囲気で熱処理して固相反応させることを特徴とする。   The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is characterized in that the mixture is heat-treated in a reducing atmosphere to cause a solid phase reaction.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第三のナトリウム原料と、を水に溶解して混合溶液を調製し、前記混合溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成することを特徴とする。   In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, a mixture obtained by hydrothermal synthesis in the hydrothermal synthesis step and a third sodium raw material are dissolved in water to prepare a mixed solution. It is characterized by hydrothermal synthesis by heat treatment at a temperature not lower than 300 ° C and lower than 300 ° C.

本発明に係る正極活物質の製造方法において、前記第三のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, the third sodium raw material is NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O and Na 2. It includes at least one of HPO 4 .

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記混合溶液を還元性雰囲気で熱処理して水熱合成することを特徴とする。   The method for producing a positive electrode active material according to the present invention is characterized in that the mixed solution is heat-treated in a reducing atmosphere and hydrothermally synthesized.

本発明に係る正極活物質の製造方法は、前記水熱合成工程で水熱合成した合成物を正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的に前記合成物にナトリウムを含ませることを特徴とする。   The method for producing a positive electrode active material according to the present invention includes assembling a battery using a compound hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step as a positive electrode active material and using a material containing sodium as a negative electrode active material to cause a discharge reaction. Thus, the composition is characterized in that sodium is contained in the composite.

上記構成によれば、結晶内でのナトリウムイオンの移動が容易であり、結晶構造が安定であるので、ナトリウムイオン電池の電池性能を向上させることが可能となる。   According to the above configuration, the movement of sodium ions in the crystal is easy and the crystal structure is stable, so that the battery performance of the sodium ion battery can be improved.

本発明の実施の形態において、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPを生成する工程を示すフローチャートである。In the embodiment of the present invention, Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) It is a flowchart which shows the process of producing | generating IHP which is an iron phosphate compound represented. 本発明の実施の形態において、実施例3のIHPのX線回折測定結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the X-ray-diffraction measurement result of IHP of Example 3. FIG. 本発明の実施の形態において、実施例3のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the crystal structure analysis result of IHP of Example 3. FIG. 本発明の実施の形態において、実施例1から7のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the crystal structure analysis result of IHP of Examples 1-7. 本発明の実施の形態において、ナトリウムイオン電池の正極と負極とにおいて生じている反応を説明するための図である。In embodiment of this invention, it is a figure for demonstrating reaction which has arisen in the positive electrode and negative electrode of a sodium ion battery. 本発明の実施の形態において、実施例8から25のIHPNaのNa量を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows Na amount of IHPNa of Examples 8-25. 本発明の実施の形態において、実施例27から34のIHPNaのNa量を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the amount of Na of IHPNa of Examples 27-34. 本発明の実施の形態において、IHPからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the charging / discharging characteristic of the coin cell using the positive electrode active material which consists of IHP. 本発明の実施の形態において、IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the charging / discharging characteristic of the coin cell using the positive electrode active material which consists of IHPNa. 本発明の実施の形態において、充放電サイクル特性を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows charging / discharging cycling characteristics. 本発明の実施の形態において、各放電状態の正極活物質のX線回折測定結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the X-ray-diffraction measurement result of the positive electrode active material of each discharge state.

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ナトリウムイオン二次電池等のナトリウムイオン電池は、例えば、ノートパソコン、携帯電話、電気自動車等に用いられる。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Sodium ion batteries, such as a sodium ion secondary battery, are used for a notebook personal computer, a mobile phone, an electric vehicle, etc., for example.

ナトリウムイオン電池用の正極活物質は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含んでいる。このリン酸鉄化合物は、c+d=1を満たすことが好ましい。また、このリン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことがより好ましい。 The positive electrode active material for a sodium ion battery is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). This iron phosphate compound preferably satisfies c + d = 1. The iron phosphate compound more preferably satisfies b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物の結晶構造は、正方晶で構成されている。このリン酸鉄化合物の結晶構造は、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。このリン酸鉄化合物の結晶構造は、結晶内でナトリウムイオンが移動し易く、ナトリウムイオンを可逆的に脱挿入することが容易に可能であり、ナトリウムイオン電池の正極活物質として機能することができる。また、このリン酸鉄化合物は、POの形で酸素原子が含まれるため、P−O結合が強くなり、構造安定性が高くなる。なお、a、b、c、dの数値範囲を満たさない場合には、結晶構造が変わり、電気化学的に活性の低い相に転移し得る。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) The crystal structure of the iron phosphate compound represented by) is composed of tetragonal crystals. The crystal structure of the iron phosphate compound may be a crystal structure belonging to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol). The crystal structure of this iron phosphate compound allows sodium ions to easily move in the crystal, and can easily reversibly remove and insert sodium ions, and can function as a positive electrode active material for sodium ion batteries. . Moreover, since this iron phosphate compound contains an oxygen atom in the form of PO 4 , the P—O bond is strengthened and the structural stability is enhanced. In addition, when not satisfy | filling the numerical range of a, b, c, d, crystal structure changes and it can transfer to a phase with low electrochemical activity.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定(X線回折測定)で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークと、を有している。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) In the XRD measurement (X-ray diffraction measurement) using CuKα ray as an X-ray source, the iron phosphate compound represented by) has the highest intensity in the range of 2θ = 26.05 ° to 26.95 °. One peak and a second peak having the second highest intensity in the range of 2θ = 27.15 ° to 28.20 °.

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、aが0である場合(a=0)におけるFe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物(以下、IHPという場合がある)であるとよい。IHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) ) In the case where a is 0 (a = 0), Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1. 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), and may be an iron phosphate compound (hereinafter sometimes referred to as IHP). The crystal structure of IHP is a tetragonal crystal, and may be a crystal structure belonging to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物は、aが0でない場合(a≠0)におけるNaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物(以下、IHPNaという場合がある)であるとよい。IHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している結晶構造であるとよい。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) ) Is a Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333) when a is not 0 (a ≠ 0). , 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), and may be an iron phosphate compound (hereinafter sometimes referred to as IHPNa). The crystal structure of IHPNa is a tetragonal crystal and may be a crystal structure belonging to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

次に、ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法について説明する。ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を生成する工程を備えている。 Next, the manufacturing method of the positive electrode active material for sodium ion batteries is demonstrated. The manufacturing method of the positive electrode active material for sodium ion batteries is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1. 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1).

まず、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPの生成方法について説明する。図1は、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPを生成する工程を示すフローチャートである。IHPを生成する工程は、原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)と、を備えている。 First, iron phosphate represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) A method for producing the compound IHP will be described. FIG. 1 shows phosphorus represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). It is a flowchart which shows the process of producing | generating IHP which is an iron oxide compound. The step of generating IHP includes a raw material solution preparation step (S10) and a hydrothermal synthesis step (S12).

原料溶液調製工程(S10)は、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する工程である。   The raw material solution preparation step (S10) is a step of preparing a raw material solution by dissolving an iron raw material and a phosphorus raw material in water.

鉄原料には、例えば、Fe(NO・9HO、FeC・2HO及びFe(NH(SO・2HOの少なくとも1つを含む鉄化合物を用いることが可能であるが、特に、これらの鉄化合物に限定されることはない。鉄原料には、これらの鉄化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。これらの鉄化合物には、一般的な市販品を用いることができる。 The iron raw material includes, for example, an iron compound containing at least one of Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O, FeC 2 O 4 .2H 2 O and Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .2H 2 O However, the present invention is not particularly limited to these iron compounds. For the iron raw material, these iron compounds may be used alone or in combination. A general commercial item can be used for these iron compounds.

リン原料には、例えば、HPO等のリン化合物を用いることが可能であるが、特に、これらのリン化合物に限定されることはない。リン化合物には、一般的な市販品を用いることができる。 As the phosphorus raw material, for example, a phosphorus compound such as H 3 PO 4 can be used, but is not particularly limited to these phosphorus compounds. A general commercial item can be used for a phosphorus compound.

鉄原料と、リン原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して原料溶液を調製する。   An iron raw material and a phosphorus raw material are dissolved in water such as deionized water (ion exchange water) to prepare a raw material solution.

水熱合成工程(S12)は、調製した原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する工程である。   The hydrothermal synthesis step (S12) is a step of hydrothermal synthesis by heat-treating the prepared raw material solution at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C.

調製した原料溶液は、例えば、炭素鋼製ベッセル等の耐圧密封容器に封入されて、誘導加熱炉等により加熱加圧して熱処理されることにより水熱合成される。原料溶液は、耐圧密封容器に封入されて密閉されているので、誘導加熱炉等で加熱されると、高圧で加熱されて水熱合成される。   The prepared raw material solution is sealed in a pressure-resistant sealed container such as a carbon steel vessel, and is hydrothermally synthesized by heating and pressurizing with an induction heating furnace or the like. Since the raw material solution is sealed and sealed in a pressure-resistant sealed container, when heated in an induction heating furnace or the like, it is heated at high pressure and hydrothermally synthesized.

原料溶液を耐圧密封容器へ封入する際には、アルゴンガス等の不活性ガスを吹きかけて空気を置換しながら封入するとよい。耐圧密封容器内の雰囲気は、空気雰囲気でもよいが、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であるとよい。加熱炉は、150℃以上300℃未満で加熱可能であれば特に限定されないが、揺動式誘導加熱炉や、一般的なマッフル炉を用いることができる。   When enclosing the raw material solution in the pressure-resistant sealed container, it is preferable to enclose the raw material solution while blowing air with an inert gas such as argon gas. The atmosphere in the pressure-resistant sealed container may be an air atmosphere, but is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas. The heating furnace is not particularly limited as long as it can be heated at 150 ° C. or more and less than 300 ° C., but a swinging induction heating furnace or a general muffle furnace can be used.

熱処理温度は、150℃以上300℃未満とするとよい。熱処理温度が150℃よりも低温の場合や、熱処理温度が300℃より高温の場合には、IHPを生成することが難しくなるからである。耐圧密封容器内の圧力は、2MPa以上50MPa以下とするとよい。   The heat treatment temperature is preferably 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. This is because it is difficult to generate IHP when the heat treatment temperature is lower than 150 ° C. or when the heat treatment temperature is higher than 300 ° C. The pressure in the pressure sealed container is preferably 2 MPa or more and 50 MPa or less.

熱処理時間は、10分間から4時間とするとよい。熱処理時間が10分間より短い場合には、水熱合成反応が完了しないので、IHPの収率が低下する可能性があるからである。熱処理時間が4時間より長い場合には、IHPの性能が低下して、ナトリウムイオン電池性能が低下する可能性があるからである。   The heat treatment time is preferably 10 minutes to 4 hours. This is because when the heat treatment time is shorter than 10 minutes, the hydrothermal synthesis reaction is not completed, and the yield of IHP may be reduced. This is because when the heat treatment time is longer than 4 hours, the performance of IHP is lowered, and the performance of the sodium ion battery may be lowered.

水熱合成により生成した生成物は、遠心分離機等により残留した溶液と分離される。生成物は、脱イオン水(イオン交換水)等で洗浄された後に、乾燥機等により、例えば、30℃以上150℃以下で乾燥される。また、生成物は、脱イオン水(イオン交換水)等で洗浄された後に、真空乾燥するようにしてもよい。このようにして、IHPが粉末状等に生成される。   The product produced by hydrothermal synthesis is separated from the remaining solution by a centrifuge or the like. The product is washed with deionized water (ion exchange water) or the like, and then dried with a dryer or the like, for example, at 30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Further, the product may be vacuum dried after being washed with deionized water (ion exchange water) or the like. In this way, IHP is produced in the form of powder or the like.

次に、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPNaの生成方法について説明する。IHPNaの生成方法は、4種類の生成方法により生成可能である。より詳細には、IHPNaの生成方法は、IHPNaを直接合成して生成する方法と、IHPを用いて固相反応法により生成する方法と、IHPを用いて水熱合成法により生成する方法と、IHPを用いて電気化学的手法で生成する方法とがある。 Next, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ A method for producing IHPNa which is an iron phosphate compound represented by d ≦ 1) will be described. The generation method of IHPNa can be generated by four types of generation methods. More specifically, the method of producing IHPNa includes a method of directly synthesizing and producing IHPNa, a method of producing IHPNa by a solid phase reaction method, a method of producing IHPNa by a hydrothermal synthesis method using IHP, There exists the method of producing | generating with an electrochemical method using IHP.

まず、IHPNaを直接合成して生成する方法について説明する。IHPNaを直接合成して生成する方法は、上記のIHPの生成方法と、原料溶液調製工程が相違している。原料溶液調製工程では、第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液が調製される。   First, a method for directly synthesizing and generating IHPNa will be described. The method of directly synthesizing and producing IHPNa is different from the above-described method of producing IHP in the raw material solution preparation step. In the raw material solution preparation step, the first sodium raw material, the iron raw material, and the phosphorus raw material are dissolved in water to prepare the raw material solution.

第一のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特にこれらのナトリウム化合物に限定されることはない。第一のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。第一のナトリウム原料には、一般的な市販品を用いることができる。鉄原料と、リン原料とには、原料溶液調製工程(S10)で用いた鉄原料やリン原料と同様の原料を用いることが可能である。 Examples of the first sodium raw material include a sodium compound containing at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4 . However, it is not particularly limited to these sodium compounds. As the first sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination. A general commercial item can be used for the first sodium raw material. For the iron raw material and the phosphorus raw material, the same raw material as the iron raw material and the phosphorus raw material used in the raw material solution preparation step (S10) can be used.

第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して原料溶液を調製する。第一のナトリウム原料と、鉄原料と、リン原料とは、Naが、Feとの物質量比で2倍以上30倍以下となるように混合されるとよい。また、Pが、Feとの物質量比で1倍以上10倍以下となるように混合されるとよい。例えば、Naと、Feと、Pとは、各元素の物質量比で、Na:Fe:P=10:1:1とすることが好ましい。また、原料溶液のpHについては、pH4以下とするとよい。   A raw material solution is prepared by dissolving a first sodium raw material, an iron raw material, and a phosphorus raw material in water such as deionized water (ion-exchanged water). The first sodium raw material, the iron raw material, and the phosphorus raw material may be mixed so that Na is 2 times or more and 30 times or less in a mass ratio with Fe. Moreover, it is good to mix so that P may become 1 time or more and 10 times or less in the substance amount ratio with Fe. For example, it is preferable that Na, Fe, and P are Na: Fe: P = 10: 1: 1 in terms of the amount of each element. Moreover, about pH of a raw material solution, it is good to set it as pH 4 or less.

調製した原料溶液を、150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する。水熱合成は、上記の水熱合成工程(S12)と同様の方法で水熱合成すればよいので、詳細な説明を省略する。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。   The prepared raw material solution is heat-treated at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. for hydrothermal synthesis. The hydrothermal synthesis may be hydrothermally synthesized by the same method as in the hydrothermal synthesis step (S12), and detailed description thereof is omitted. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて固相反応法により生成する方法について説明する。まず、粉末状のIHPと、第二のナトリウム原料とを、混合して、混合体を形成する。粉末状のIHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。第二のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特にこれらのナトリウム化合物に限定されることはない。第二のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。粉末状のIHPと、第二のナトリウム原料と、を混合して、ペレット状等の混合体を形成する。 Next, a method of generating by a solid phase reaction method using IHP will be described. First, powdered IHP and a second sodium raw material are mixed to form a mixture. Powdered IHP can be produced by performing the raw material solution preparation step (S10) and the hydrothermal synthesis step (S12). Examples of the second sodium raw material include a sodium compound containing at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4 . However, it is not particularly limited to these sodium compounds. For the second sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination. Powdered IHP and the second sodium raw material are mixed to form a pellet-like mixture.

次に、混合体を、200℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させる。熱処理温度は、200℃以上500℃以下とするとよい。熱処理温度が200℃よりも低温の場合や、熱処理温度が500℃より高温の場合には、IHPNaを生成することが難しくなるからである。   Next, the mixture is heat-treated at 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower to cause a solid phase reaction. The heat treatment temperature is preferably 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. This is because it becomes difficult to generate IHPNa when the heat treatment temperature is lower than 200 ° C. or when the heat treatment temperature is higher than 500 ° C.

熱処理時間は、10分間から4時間とするとよい。熱処理時間が10分間より短い場合には、固相反応が完了しないので、IHPNaの収率が低下する可能性があるからである。熱処理時間が4時間より長い場合には、IHPNaの性能が低下するので、ナトリウムイオン電池性能が低下する可能性があるからである。   The heat treatment time is preferably 10 minutes to 4 hours. This is because when the heat treatment time is shorter than 10 minutes, the solid phase reaction is not completed, and the yield of IHPNa may be reduced. This is because when the heat treatment time is longer than 4 hours, the performance of IHPNa is lowered, and thus the performance of the sodium ion battery may be lowered.

混合体は、アルゴンガス等による不活性雰囲気や、水素ガス等を含む還元性雰囲気で熱処理されるとよい。混合体は、IHPにより多くのNaを挿入するために、還元性雰囲気で熱処理されることが好ましい。加熱炉は、200℃以上500℃以下で加熱可能であれば特に限定されないが、揺動式誘導加熱炉や、一般的なマッフル炉を用いることができる。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。   The mixture may be heat-treated in an inert atmosphere such as argon gas or a reducing atmosphere containing hydrogen gas or the like. The mixture is preferably heat treated in a reducing atmosphere in order to insert more Na into the IHP. The heating furnace is not particularly limited as long as it can be heated at 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, but a swinging induction heating furnace or a general muffle furnace can be used. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて水熱合成法により生成する方法について説明する。まず粉末状のIHPと、第三のナトリウム原料と、をイオン交換水に溶解して混合溶液を調製する。粉末状のIHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。第三のナトリウム原料には、例えば、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むナトリウム化合物を用いることが可能であるが、特に、これらのナトリウム化合物に限定されることはない。第三のナトリウム原料には、これらのナトリウム化合物を単体で用いてもよいし、複数混ぜて用いてもよい。粉末状のIHPと、第三のナトリウム原料とを、脱イオン水(イオン交換水)等の水に溶解して混合溶液を調製する。 Next, the method of producing | generating by a hydrothermal synthesis method using IHP is demonstrated. First, powdered IHP and a third sodium raw material are dissolved in ion-exchanged water to prepare a mixed solution. Powdered IHP can be produced by performing the above raw material solution preparation step (S10) and the hydrothermal synthesis step (S12). The third sodium raw material includes, for example, a sodium compound containing at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4 However, it is not particularly limited to these sodium compounds. As the third sodium raw material, these sodium compounds may be used alone or in combination. Powdered IHP and a third sodium raw material are dissolved in water such as deionized water (ion exchange water) to prepare a mixed solution.

次に、混合溶液を、150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する。調製した混合溶液は、還元剤と共に、例えば、炭素鋼製ベッセル等の耐圧密封容器に封入されて、誘導加熱炉等により還元雰囲気で加熱加圧して熱処理されることにより水熱合成される。還元性雰囲気で加熱加圧することにより、Feが還元されてNaが挿入され、IHPNaが生成される。還元剤には、例えば、アスコルビン酸を用いることが可能であるが、他の還元剤を用いてもよい。このようにして、IHPNaが粉末状等に生成される。   Next, the mixed solution is subjected to hydrothermal synthesis by heat treatment at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. The prepared mixed solution is sealed together with a reducing agent, for example, in a pressure-tight sealed container such as a carbon steel vessel, and is hydrothermally synthesized by heating and pressurizing in a reducing atmosphere in an induction heating furnace or the like. By heating and pressurizing in a reducing atmosphere, Fe is reduced, Na is inserted, and IHPNa is generated. As the reducing agent, for example, ascorbic acid can be used, but other reducing agents may be used. In this way, IHPNa is produced in the form of powder or the like.

次に、IHPを用いて電気化学的手法により生成する方法について説明する。IHPは、上記の原料溶液調製工程(S10)と、水熱合成工程(S12)とを行うことにより生成することができる。IHPを正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的にIHPにナトリウムを含ませる。負極活物質となるナトリウムを含む材料には、金属ナトリウム等を用いることが可能であるが、特に限定されることはない。これにより、IHPへのナトリウムの挿入反応が生じて、IHPNaが生成される。   Next, a method of generating by an electrochemical method using IHP will be described. IHP can be generated by performing the raw material solution preparation step (S10) and the hydrothermal synthesis step (S12). A battery is assembled using IHP as a positive electrode active material and a material containing sodium as a negative electrode active material, and a discharge reaction is caused to electrochemically contain sodium in IHP. Metallic sodium or the like can be used as the material containing sodium serving as the negative electrode active material, but is not particularly limited. Thereby, the insertion reaction of sodium to IHP occurs, and IHPNa is produced.

次に、ナトリウムイオン電池用の正極について説明する。   Next, the positive electrode for sodium ion batteries will be described.

正極は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質と、導電材と、バインダと、増粘剤と、集電体と、を備えている。このリン酸鉄化合物には、IHPを用いてもよいし、IHPNaを用いてもよい。 The positive electrode is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ a positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by d ≦ 1), a conductive material, a binder, a thickener, and a current collector. For this iron phosphate compound, IHP or IHPNa may be used.

導電材には、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維等を用いることができる。バインダには、スチレンブタジエンゴム、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等を用いることができる。増粘剤には、カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。集電体には、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等からなる金属箔や金属シートを用いることができる。   As the conductive material, ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, or the like can be used. As the binder, styrene butadiene rubber, fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, polyethylene resin, polypropylene resin, or the like can be used. As the thickener, carboxymethyl cellulose or the like can be used. For the current collector, a metal foil or a metal sheet made of aluminum, stainless steel, copper, nickel, or the like can be used.

次に、正極の製造方法について説明する。まず、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質と、導電材と、バインダと、増粘剤と、を混合してスラリを作製する。正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤との混合比については、例えば、質量比で、正極活物質:導電材:結合剤:増粘剤=80:10:6:4とするとよい。これらの材料の混合方法には、ボールミル等を用いた一般的な混合方法を用いることが可能である。 Next, the manufacturing method of a positive electrode is demonstrated. First, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d A positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by ≦ 1), a conductive material, a binder, and a thickener are mixed to produce a slurry. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener is, for example, in mass ratio, positive electrode active material: conductive material: binder: thickener = 80: 10: 6: 4 It is good to do. As a mixing method of these materials, a general mixing method using a ball mill or the like can be used.

作製したスラリは、金属箔等の集電体の表面に塗布される。スラリは、一般的な刷毛やヘラ等を用いた塗布方法で集電体に塗布可能である。スラリが塗布された集電体は、例えば、30℃以上150℃以下で乾燥機等により乾燥される。このようにしてナトリウムイオン電池用の正極が製造される。   The produced slurry is applied to the surface of a current collector such as a metal foil. The slurry can be applied to the current collector by a general application method using a brush or a spatula. The current collector coated with the slurry is dried by a dryer or the like at 30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, for example. In this way, a positive electrode for a sodium ion battery is manufactured.

次に、ナトリウムイオン電池について説明する。例として、ナトリウムイオン二次電池について説明する。   Next, a sodium ion battery will be described. As an example, a sodium ion secondary battery will be described.

ナトリウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質と、セパレータと、を備えている。正極は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含む正極活物質を備えている。このリン酸鉄化合物には、IHPを用いてもよいし、IHPNaを用いてもよい。負極は、例えば、TiO、NbドープTiO、チタン酸リチウム(LiTi12)、Sn、Si、SiO、SnO、Sn−Cu合金薄膜、Sn−Fe合金薄膜、カーボンナノチューブ、Si−Sn−Ti合金、カーボンナノファイバ、MoO、SnO、P単体、金属ナトリウム、ハードカーボン、黒鉛、Pbで構成されている。なお、正極が、IHPを含む正極活物質で構成されている場合には、負極は、金属ナトリウム等のナトリウムを含む材料で構成されているとよい。電解質は、例えば、溶質1M NaClO/溶媒プロピレンカーボネートと、2体積%フルオロエチレンカーボネートとの混合物等で構成されている。セパレータは、例えば、ガラス繊維からなる不織布等で構成されている。ナトリウムイオン二次電池の形状については、コイン型、円筒型、角型等とすることが可能である。 The sodium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. The positive electrode is Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ A positive electrode active material containing an iron phosphate compound represented by d ≦ 1) is provided. For this iron phosphate compound, IHP or IHPNa may be used. Examples of the negative electrode include TiO 2 , Nb-doped TiO 2 , lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), Sn, Si, SiO, SnO, Sn—Cu alloy thin film, Sn—Fe alloy thin film, carbon nanotube, Si— It is composed of Sn—Ti alloy, carbon nanofiber, MoO 3 , SnO 2 , P simple substance, metallic sodium, hard carbon, graphite, and Pb. In the case where the positive electrode is made of a positive electrode active material containing IHP, the negative electrode is preferably made of a material containing sodium such as metallic sodium. The electrolyte is composed of, for example, a mixture of a solute 1M NaClO 4 / solvent propylene carbonate and 2% by volume fluoroethylene carbonate, or the like. The separator is made of, for example, a nonwoven fabric made of glass fiber. The shape of the sodium ion secondary battery can be a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or the like.

以上、上記構成によれば、ナトリウムイオン電池用の正極活物質は、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含むので、ナトリウムイオン電池の電池性能を向上させることが可能となる。このリン酸鉄化合物は、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表される空間群のI4/amdに帰属している安定した結晶構造を有し、結晶内でナトリウムイオンが移動し易く、ナトリウムイオンを可逆的に脱挿入することが容易に可能であり、ナトリウムイオン電池の正極活物質として機能することができる。 As described above, according to the above configuration, the positive electrode active material for a sodium ion battery, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d ( where, 0 ≦ a ≦ 1.333,1.000 Since the iron phosphate compound represented by ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) is included, the battery performance of the sodium ion battery can be improved. This iron phosphate compound has a stable crystal structure belonging to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol), and sodium ions easily move within the crystal. Ions can be easily reversibly inserted and removed, and can function as a positive electrode active material of a sodium ion battery.

ナトリウムイオン電池用の正極活物質として用いるために、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物の生成を行った。 Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.) For use as a positive electrode active material for sodium ion batteries. 333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) was generated.

(INPの生成)
まず、Fe(PO)(OH)(HO)(但し、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPの生成を行った。実施例1から7のIHPの生成方法について説明する。
(Generation of INP)
First, iron phosphate represented by Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) The compound IHP was produced. A method for generating IHP according to the first to seventh embodiments will be described.

鉄原料と、リン原料と、をイオン交換水に溶解して、原料溶液を調製した。鉄原料には、Fe(NO)・9HO(純度99%)を用いた。リン原料には、HPO(純度85%)を用いた。鉄原料の濃度は、0.1mol/lとした。実施例1から7のIHPでは、熱処理条件を変更した。 An iron raw material and a phosphorus raw material were dissolved in ion exchange water to prepare a raw material solution. Fe (NO 3 ) · 9H 2 O (purity 99%) was used as the iron raw material. H 3 PO 4 (purity 85%) was used as the phosphorus raw material. The concentration of the iron raw material was 0.1 mol / l. In the IHPs of Examples 1 to 7, the heat treatment conditions were changed.

耐圧密封容器に原料溶液を入れ、アルゴンガスを吹きかけることにより空気を置換しながら封入した。原料溶液を封入した耐圧密封容器を、揺動式誘導加熱炉で加熱して水熱合成した。加熱温度は、150℃以上300℃未満とした。加熱時間は、10分間から4時間とした。合成後には、遠心分離機により合成物のみを抽出した。抽出した合成物を真空乾燥して、粉末状のIHPを得た。   The raw material solution was put into a pressure-resistant sealed container, and sealed by replacing the air by blowing argon gas. A pressure-resistant sealed container in which the raw material solution was sealed was heated in a rocking induction heating furnace and hydrothermally synthesized. The heating temperature was 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. The heating time was 10 minutes to 4 hours. After the synthesis, only the synthesized product was extracted with a centrifuge. The extracted composition was vacuum dried to obtain powdered IHP.

生成した実施例1から7のIHPについて、X線回折測定法により結晶構造解析を行った。X線回折測定には、リガク製全自動水平型多目的X線回折装置スマートラボ(SmartLab)を使用し、X線源はCu、加速電圧45kV、加速電流200mA、ステップ角度を0.02度、回折角2θを10°から90°の条件で測定した。測定データからRIETAN−FPプログラムを使用し、リートベルト(Rietveld)法を用いて結晶構造解析を行った。   The produced IHPs of Examples 1 to 7 were subjected to crystal structure analysis by X-ray diffraction measurement. For X-ray diffraction measurement, a fully automatic horizontal multi-purpose X-ray diffractometer SmartLab (SmartLab) manufactured by Rigaku was used. The X-ray source was Cu, acceleration voltage 45 kV, acceleration current 200 mA, step angle 0.02 degrees. The bending angle 2θ was measured under the condition of 10 ° to 90 °. The crystal structure analysis was performed from the measurement data using the Rietveld method using the Rietan-FP program.

代表として、実施例3のIHPの結晶構造解析方法について説明する。図2は、実施例3のIHPのX線回折測定結果を示すグラフである。図2のグラフでは、横軸に回折角2θを取り、縦軸に強度を取り、測定データ及び解析結果を実線で示している。なお、Rwpは7.670であり、Rは4.787であり、Sは1.6023である。この測定データからリートベルト(Rietveld)法を用いて結晶構造解析した。図3は、実施例3のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。図3では、実施例3のIHPを構成する元素の種類と、各元素の各サイトの占有率と、各元素のx、y、z座標を示している。実施例3のIHPの化学組成は、b=1.135、c=0.405、d=0.595であるFe1.135(PO)(OH)0.405(HO)0.595であることがわかった。また、実施例3のIHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 As a representative, a method for analyzing the crystal structure of IHP of Example 3 will be described. FIG. 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of IHP of Example 3. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis indicates the diffraction angle 2θ, the vertical axis indicates the intensity, and the measurement data and analysis results are indicated by solid lines. Incidentally, R wp is 7.670, R e is 4.787, S is 1.6023. From this measurement data, the crystal structure was analyzed using the Rietveld method. FIG. 3 is a view showing the crystal structure analysis result of IHP of Example 3. In FIG. 3, the kind of element which comprises IHP of Example 3, the occupation rate of each site | part of each element, and x, y, z coordinate of each element are shown. The chemical composition of the IHP of Example 3 is Fe 1.135 (PO 4 ) (OH) 0.405 (H 2 O) where b = 1.135, c = 0.405, and d = 0.595 . It was found to be 595 . The crystal structure of IHP of Example 3 was tetragonal and belonged to the space group I 4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

他の実施例のIHPについても、実施例3のIHPと同様にして、結晶構造解析を行った。図4は、実施例1から7のIHPの結晶構造解析結果を示す図である。IHP理論式であるFe1+x(PO)(OH)3x(HO)1−3xにおいて、Fe量の1+xはbに対応し、OH量の3xはcに対応し、HO量の1−3xはdに対応している。また、各実施例のIHPにおけるFe、PO、O、Hの値は、各元素等の量を示している。例えば、実施例1のIHPの場合は、Fe量が1.110、PO量が1.000、O量が5.000、H量が1.671であることを示している。また、各実施例のIHPにおけるXの値は、IHP理論式のxに対応している。実施例1から7のIHPの化学組成は、Fe量が1.000≦b≦1.333であり、OH量が0≦c≦1であり、HO量が0≦d≦1であった。また、実施例1から7のIHPの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 For IHP of other examples, the crystal structure analysis was performed in the same manner as IHP of Example 3. FIG. 4 is a diagram showing the results of crystal structure analysis of IHP in Examples 1 to 7. In Fe 1 + x (PO 4 ) (OH) 3x (H 2 O) 1-3x , which is the theoretical formula of IHP, 1 + x of the Fe amount corresponds to b, 3x of the OH amount corresponds to c, and the amount of H 2 O 1-3x corresponds to d. In addition, the values of Fe, PO 4 , O, and H in the IHP of each example indicate the amount of each element. For example, in the case of the IHP of Example 1, the Fe amount is 1.110, the PO 4 amount is 1.000, the O amount is 5.000, and the H amount is 1.671. In addition, the value of X in the IHP in each example corresponds to x in the IHP theoretical formula. The chemical compositions of the IHPs of Examples 1 to 7 were such that the Fe amount was 1.000 ≦ b ≦ 1.333, the OH amount was 0 ≦ c ≦ 1, and the H 2 O amount was 0 ≦ d ≦ 1. It was. In addition, the crystal structures of the IHPs of Examples 1 to 7 were tetragonal and belonged to the space group I 4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

(INPNaの生成)
次に、NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0<a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物であるIHPNaの生成を行った。IHPNaの生成方法については、固相反応法、水熱合成法及び電気化学的手法の3種類の方法で行った。
(INPNa generation)
Next, Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 <a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ IHPNa which is an iron phosphate compound represented by d ≦ 1) was produced. About the production | generation method of IHPNa, it performed by three types of methods, a solid-phase reaction method, a hydrothermal synthesis method, and an electrochemical method.

まず、固相反応法の生成方法について説明する。固相反応法により、実施例8から25のIHPNaを生成した。粉末状のIHPと、ナトリウム原料と、を混合して、混合体を形成した。実施例8から25では、粉末状のIHPとして、実施例3のIHPを用いた。実施例8から23では、ナトリウム原料としてNaOHを用いた。実施例24では、ナトリウム原料としてNaCOを用いた。実施例25では、ナトリウム原料としてNaNOを用いた。 First, the production method of the solid phase reaction method will be described. IHPNa of Examples 8 to 25 was produced by the solid phase reaction method. Powdered IHP and a sodium raw material were mixed to form a mixture. In Examples 8 to 25, the IHP of Example 3 was used as the powdery IHP. In Examples 8 to 23, NaOH was used as a sodium raw material. In Example 24, Na 2 CO 3 was used as the sodium raw material. In Example 25, NaNO 3 was used as a sodium raw material.

混合体を、アルゴンガス雰囲気または水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気において加熱することにより固相反応させた。混合ガス中の水素ガスの濃度は、5質量%とした。合成温度は、200℃から500℃とした。合成時間は、2時間から108時間とした。このようにして、実施例8から25のIHPNaを得た。   The mixture was subjected to a solid phase reaction by heating in an argon gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and argon gas. The concentration of hydrogen gas in the mixed gas was 5% by mass. The synthesis temperature was 200 ° C to 500 ° C. The synthesis time was 2 to 108 hours. In this way, IHPNa of Examples 8 to 25 were obtained.

次に、実施例8から25のIHPNaについて、電池容量からNa量を測定した。まず、電池容量からNa量を求める方法について説明する。図5は、ナトリウムイオン電池の正極と負極とにおいて生じている反応を説明するための図である。ナトリウムイオンNaは、電池内部を拡散して移動する。電子eは、電池の外の回路を通って移動し電流となる。このことから、電流値(電荷量)を測定すると、電池内部で移動したナトリウムイオンNaの量を求めることができる。 Next, for the IHPNa of Examples 8 to 25, the amount of Na was measured from the battery capacity. First, a method for obtaining the Na amount from the battery capacity will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining a reaction occurring in the positive electrode and the negative electrode of the sodium ion battery. Sodium ions Na + move by diffusing inside the battery. The electron e travels through a circuit outside the battery and becomes a current. From this, when the current value (charge amount) is measured, the amount of sodium ion Na + that has moved inside the battery can be determined.

より詳細には、電池を充放電させて測定した電荷量(As)をファラデー定数(As/mol)で割ることにより、移動した電子eのモル数が求められる。電池では、ナトリウムイオンNaが電子と同量移動するので、計算した電子eのモル数が、そのまま移動したナトリウムイオンNaのモル数となる。電極に用いた材料のモル数は、電極重量から求められるので、IHPNaのNa量が求められる。 More specifically, the number of moles of the transferred electron e can be obtained by dividing the amount of charge (As) measured by charging and discharging the battery by the Faraday constant (As / mol). In the battery, since the sodium ion Na + moves in the same amount as the electron, the calculated number of moles of the electron e becomes the number of moles of the sodium ion Na + moved as it is. Since the number of moles of the material used for the electrode is determined from the electrode weight, the amount of Na in IHPNa is determined.

図6は、実施例8から25のIHPNaのNa量を示す図である。なお、図6では、実施例8から25の合成条件と合わせて、Na量を示している。実施例8から25のIHPNaでは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例8から25のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例8から25のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属していた。 FIG. 6 is a graph showing the amount of Na in IHPNa of Examples 8 to 25. In FIG. 6, the amount of Na is shown together with the synthesis conditions of Examples 8 to 25. In IHPNa of Examples 8 to 25, it was found that the amount of Na was in the range of 0 <a ≦ 1.333. Further, as a result of analyzing the crystal structure of the IHPNa of Examples 8 to 25 by the X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of the IHP of Examples 1 to 7, the crystal of the IHPNa of Examples 8 to 25 was obtained. The structure was tetragonal and belonged to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

次に、水熱合成法によるIHPNaの生成方法について説明する。水熱合成法により、実施例26のIHPNaを生成した。粉末状のIHPと、ナトリウム原料と、をイオン交換水に溶解して、混合溶液を調製した。粉末状のIHPには、実施例3のIHPを用いた。ナトリウム原料には、NaNOを用いた。 Next, a method for producing IHPNa by the hydrothermal synthesis method will be described. IHPNa of Example 26 was produced by a hydrothermal synthesis method. Powdered IHP and a sodium raw material were dissolved in ion-exchanged water to prepare a mixed solution. As powder IHP, IHP of Example 3 was used. NaNO 3 was used as the sodium raw material.

耐圧密封容器に混合溶液と還元剤とを入れ、アルゴンガスを吹きかけることにより空気を置換しながら封入した。還元剤には、アスコルビン酸を用いた。混合溶液と還元剤とを封入した耐圧密封容器を、揺動式誘導加熱炉で加熱して水熱合成した。合成温度は、150℃とした。合成時間は、20分間とした。合成後には、遠心分離機により合成物のみを抽出した。抽出した合成物を真空乾燥して、粉末状のIHPNaを得た。   The mixed solution and the reducing agent were placed in a pressure-resistant sealed container, and sealed by replacing the air by blowing argon gas. Ascorbic acid was used as the reducing agent. A pressure-resistant sealed container enclosing the mixed solution and the reducing agent was heated in a swinging induction heating furnace and hydrothermally synthesized. The synthesis temperature was 150 ° C. The synthesis time was 20 minutes. After the synthesis, only the synthesized product was extracted with a centrifuge. The extracted composition was vacuum-dried to obtain powdery IHPNa.

次に、実施例26のIHPNaについて、実施例8から25のIHPNaと同様の方法で、電池容量からNa量を測定した。実施例26のIHPNaのNa量は、0.090であり、電池容量は、12(mAh/g)であった。この測定結果から、実施例26のIHPNaは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例26のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例26のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属された。 Next, for the IHPNa of Example 26, the amount of Na was measured from the battery capacity in the same manner as the IHPNa of Examples 8 to 25. The Na amount of IHPNa of Example 26 was 0.090, and the battery capacity was 12 (mAh / g). From this measurement result, it was found that the amount of Na in the IHPNa of Example 26 was in the range of 0 <a ≦ 1.333. In addition, as a result of analyzing the crystal structure of IHPNa of Example 26 by the X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of IHP of Examples 1 to 7, the crystal structure of IHPNa of Example 26 is square. And was assigned to the space group I 4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

次に、電気化学的手法による生成方法について説明する。電気化学的手法では、実施例27から34のIHPNaを生成した。粉末状のIHPを正極活物質とし、ナトリウムを負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせた。電池の形式については、コインセルとした。そして、放電反応を生じさせることにより、IHPにナトリウムを挿入して、IHPNaを得た。   Next, a generation method using an electrochemical method will be described. The electrochemical method produced IHPNa of Examples 27-34. A battery was assembled using powdered IHP as a positive electrode active material and sodium as a negative electrode active material to cause a discharge reaction. The battery type was a coin cell. Then, by causing a discharge reaction, sodium was inserted into IHP to obtain IHPNa.

また、実施例27から30については、実施例3のIHPを用いた。実施例31から34では、実施例3のIHPの合成方法に対して、揺動式誘導加熱炉ではなく、マッフル炉で150℃に加熱して合成したIHPを用いた。保持時間については、0分間から4時間とした。   For Examples 27 to 30, the IHP of Example 3 was used. In Examples 31 to 34, IHP synthesized by heating to 150 ° C. in a muffle furnace was used instead of the swing induction heating furnace in contrast to the IHP synthesis method of Example 3. The holding time was 0 minutes to 4 hours.

次に、実施例27から34のIHPNaについて、実施例8から25のIHPNaと同様の方法で、電池容量からNa量を測定した。図7は、実施例27から34のIHPNaのNa量を示す図である。なお、図7では、実施例27から34で用いたIHPの合成条件と合わせて、Na量を示している。実施例27から34のIHPNaでは、Na量が0<a≦1.333の範囲にあることがわかった。また、実施例27から34のIHPNaについて、実施例1から7のIHPの結晶構造解析と同様の方法でX線回折測定法により結晶構造解析を行った結果、実施例27から34のIHPNaの結晶構造は、正方晶であり、ヘルマンーモーガン記号(国際記号)で表記される空間群I4/amdに帰属された。 Next, for the IHPNa of Examples 27 to 34, the amount of Na was measured from the battery capacity in the same manner as the IHPNa of Examples 8 to 25. FIG. 7 is a graph showing the amount of Na of IHPNa in Examples 27 to 34. In FIG. 7, the amount of Na is shown together with the synthesis conditions of IHP used in Examples 27 to 34. In IHPNa of Examples 27 to 34, it was found that the amount of Na was in the range of 0 <a ≦ 1.333. Further, as a result of analyzing the crystal structure of the IHPNa of Examples 27 to 34 by the X-ray diffraction measurement method in the same manner as the crystal structure analysis of the IHP of Examples 1 to 7, the crystal of the IHPNa of Examples 27 to 34 was obtained. The structure was tetragonal and was assigned to the space group I4 1 / amd represented by the Hermann-Morgan symbol (international symbol).

(電池性能評価試験)
ナトリウムイオン電池としてコインセルを作製し、コインセルの充放電特性を評価した。まず、コインセルの作製方法について説明する。コインセルは、IHPからなる正極活物質を用いたものと、IHPNaからなる正極活物質を用いたものとの2種類を作製した。IHPには、実施例3のIHPを用いた。IHPNaには、実施例18のIHPNaを用いた。コインセルのサイズについては、直径φ20mm×厚み3.2mmとした。
(Battery performance evaluation test)
A coin cell was produced as a sodium ion battery, and the charge / discharge characteristics of the coin cell were evaluated. First, a method for producing a coin cell will be described. Two types of coin cells were produced, one using a positive electrode active material made of IHP and one using a positive electrode active material made of IHPNa. As the IHP, the IHP of Example 3 was used. As the IHPNa, the IHPNa of Example 18 was used. The coin cell size was 20 mm in diameter and 3.2 mm in thickness.

まず、コインセルの正極について説明する。粉末状の正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤と、を混合してスラリを作製した。導電材には、ケッチェンブラックを用いた。結合剤には、スチレンブタジエンゴムを用いた。増粘剤には、カルボキシメチルセルロースを用いた。正極活物質と、導電材と、結合剤と、増粘剤との混合比については、質量比で、正極活物質:導電材:結合剤:増粘剤=80:10:6:4とした。次に、スラリをアルミニウム箔の表面に塗布し、30℃から120℃で乾燥して正極を形成した。   First, the positive electrode of the coin cell will be described. A slurry was prepared by mixing a powdered positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a thickener. Ketjen black was used as the conductive material. Styrene butadiene rubber was used as the binder. Carboxymethylcellulose was used as the thickener. Regarding the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener, the positive electrode active material: conductive material: binder: thickener = 80: 10: 6: 4 in mass ratio. . Next, slurry was applied to the surface of the aluminum foil and dried at 30 to 120 ° C. to form a positive electrode.

コインセルの負極には、金属ナトリウムを使用した。電解液には、溶質1M NaClO/溶媒プロピレンカーボネートと、2体積%フルオロエチレンカーボネートとの混合液を用いた。セパレータには、ガラス繊維からなる不織布を使用した。 Metal sodium was used for the negative electrode of the coin cell. As the electrolytic solution, a mixed solution of a solute 1M NaClO 4 / solvent propylene carbonate and 2% by volume of fluoroethylene carbonate was used. A nonwoven fabric made of glass fiber was used for the separator.

次に、各コインセルの充放電特性を評価した。カット電圧は、1.5Vから4.0V、試験温度は25℃、充放電レートは0.1C、サイクル数は3サイクルとした。図8は、IHPからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。図9は、IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルの充放電特性を示すグラフである。図8、図9のグラフでは、横軸に充放電時の容量を取り、縦軸に電圧を取り、充電の場合を実線で示し、放電の場合を破線で示している。図8、図9は、いずれも3サイクル目の特性を示している。   Next, the charge / discharge characteristics of each coin cell were evaluated. The cut voltage was 1.5 V to 4.0 V, the test temperature was 25 ° C., the charge / discharge rate was 0.1 C, and the cycle number was 3 cycles. FIG. 8 is a graph showing charge / discharge characteristics of a coin cell using a positive electrode active material made of IHP. FIG. 9 is a graph showing charge / discharge characteristics of a coin cell using a positive electrode active material made of IHPNa. In the graphs of FIGS. 8 and 9, the horizontal axis represents the capacity during charging and discharging, the vertical axis represents the voltage, the charging case is indicated by a solid line, and the discharging case is indicated by a broken line. 8 and 9 both show the characteristics of the third cycle.

IHPからなる正極活物質を用いたコインセルでは、図8に示すように、可逆的に充放電可能であり、充放電時の容量が約150mAh/gであった。また、充放電時にプラト(電位の平坦部)が認められなかった。IHPNaからなる正極活物質を用いたコインセルでは、図9に示すように、可逆的に充放電可能であり、充放電時の容量が約75mAh/gであった。また、充放電時にプラト(電位の平坦部)が認められなかった。この結果から、IHPやIHPNaが、ナトリウムイオン電池の正極活物質として高い性能を有することがわかった。また、IHPやIHPNaからなる正極活物質を用いた場合には、充放電時にプラト(電位の平坦部)がないことから、ナトリウム挿入に必要な電位が連続的に変化するので、電池の充電率の推定精度が向上することがわかった。   As shown in FIG. 8, the coin cell using the positive electrode active material made of IHP was reversibly chargeable / dischargeable, and the capacity during charging / discharging was about 150 mAh / g. Further, no plateau (potential flat portion) was observed during charging and discharging. As shown in FIG. 9, the coin cell using the positive electrode active material made of IHPNa was reversibly chargeable / dischargeable, and the capacity during charging / discharging was about 75 mAh / g. Further, no plateau (potential flat portion) was observed during charging and discharging. From this result, it was found that IHP and IHPNa have high performance as a positive electrode active material of a sodium ion battery. In addition, when a positive electrode active material made of IHP or IHPNa is used, there is no plateau (potential flat portion) during charging / discharging, so the potential required for sodium insertion changes continuously, so the battery charge rate It was found that the estimation accuracy of was improved.

次に、実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルについて、充放電サイクル特性を評価した。カット電圧は、1.5Vから4.0V、試験温度は25℃、充放電レートは0.1C、サイクル数は100回とした。図10は、充放電サイクル特性を示すグラフである。図10のグラフでは、横軸にサイクル回数を取り、縦軸に放電容量を取り、放電容量の変化を実線で表している。初回の放電容量が110.6(mAh/g)であるのに対して、サイクル回数が100回後の放電容量が71.8(mAh/g)であり、維持率が64.9%であった。この結果から、実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルは、サイクル回数が100回においても繰返し充放電が可能であることが明らかとなった。   Next, the charge / discharge cycle characteristics of the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3 were evaluated. The cut voltage was 1.5 V to 4.0 V, the test temperature was 25 ° C., the charge / discharge rate was 0.1 C, and the cycle number was 100 times. FIG. 10 is a graph showing charge / discharge cycle characteristics. In the graph of FIG. 10, the horizontal axis represents the number of cycles, the vertical axis represents the discharge capacity, and the change in the discharge capacity is represented by a solid line. While the initial discharge capacity was 110.6 (mAh / g), the discharge capacity after 100 cycles was 71.8 (mAh / g), and the maintenance rate was 64.9%. It was. From this result, it was clarified that the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3 can be repeatedly charged and discharged even when the number of cycles is 100.

実施例3のIHPからなる正極活物質を用いたコインセルについて、充放電中の正極活物質の構造変化を評価した。まず、構造変化の評価方法について説明する。充放電状態は、0%放電状態(100%充電状態)、50%放電状態、70%放電状態、100%放電状態(0%充電状態)の4種類とした。正極活物質の構造変化は、X線回折測定で評価した。X線回折測定には、リガク製全自動水平型多目的X線回折装置スマートラボ(SmartLab)を使用し、X線源はCu、加速電圧45kV、加速電流200mA、ステップ角度を0.02度、回折角2θを20°から30°の条件で測定した。   Regarding the coin cell using the positive electrode active material made of IHP of Example 3, the structural change of the positive electrode active material during charge and discharge was evaluated. First, the structural change evaluation method will be described. The charge / discharge states were four types: 0% discharge state (100% charge state), 50% discharge state, 70% discharge state, and 100% discharge state (0% charge state). The structural change of the positive electrode active material was evaluated by X-ray diffraction measurement. For X-ray diffraction measurement, a fully automatic horizontal multi-purpose X-ray diffractometer SmartLab (SmartLab) manufactured by Rigaku was used. The X-ray source was Cu, acceleration voltage 45 kV, acceleration current 200 mA, step angle 0.02 degrees. The bending angle 2θ was measured under the condition of 20 ° to 30 °.

図11は、各放電状態の正極活物質のX線回折測定結果を示すグラフである。横軸に回折角2θを取り、縦軸に強度(任意強度)を取り、測定データを実線で示している。各放電状態では、ピーク(a)と、ピーク(b)との2つのピークが認められた。また、ピーク(a)の強度は、ピーク(b)の強度よりも大きくなった。より詳細には、0%放電状態(100%充電状態)では、ピーク(a)が、2θ=26.55°以上26.95°以下であり、ピーク(b)が、2θ=27.80°以上28.20°以下であった。100%放電状態(0%充電状態)では、ピーク(a)が、2θ=26.05°以上26.45°以下であり、ピーク(b)が、2θ=27.15°以上27.55°以下であった。また、50%放電状態、70%放電状態のときのピーク(a)と、ピーク(b)とは、0%放電状態(100%充電状態)と、100%放電状態(0%充電状態)とのピーク(a)と、ピーク(b)との各々中間にあることがわかった。この結果から、NaFe(PO)(OH)(HO)で表されるリン酸鉄化合物は、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定(X線回折測定)で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークと、があることが明らかとなった。 FIG. 11 is a graph showing the X-ray diffraction measurement results of the positive electrode active material in each discharge state. The horizontal axis represents the diffraction angle 2θ, the vertical axis represents the intensity (arbitrary intensity), and the measurement data is indicated by a solid line. In each discharge state, two peaks, peak (a) and peak (b), were observed. Moreover, the intensity of the peak (a) was larger than the intensity of the peak (b). More specifically, in the 0% discharge state (100% charge state), the peak (a) is 2θ = 26.55 ° or more and 26.95 ° or less, and the peak (b) is 2θ = 27.80 °. It was above 28.20 °. In the 100% discharge state (0% charge state), the peak (a) is 2θ = 26.05 ° or more and 26.45 ° or less, and the peak (b) is 2θ = 27.15 ° or more and 27.55 °. It was the following. Moreover, the peak (a) and the peak (b) in the 50% discharge state and the 70% discharge state are a 0% discharge state (100% charge state), a 100% discharge state (0% charge state), and It was found that the peak (a) and the peak (b) were respectively in the middle. From this result, the iron phosphate compound represented by Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d is an XRD measurement (X-ray diffraction measurement) using CuKα rays as an X-ray source. The first highest intensity peak in the range of 2θ = 26.05 ° to 26.95 ° and the second highest intensity in the range of 2θ = 27.15 ° to 28.20 °. It became clear that there was a peak.

S10 原料溶液調製工程
S12 水熱合成工程
S10 Raw material solution preparation process S12 Hydrothermal synthesis process

Claims (18)

ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、
NaFe(PO)(OH)(HO)(但し、0≦a≦1.333、1.000≦b≦1.333、0≦c≦1、0≦d≦1)で表されるリン酸鉄化合物を含むことを特徴とする正極活物質。
A positive electrode active material for a sodium ion battery,
Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d (where 0 ≦ a ≦ 1.333, 1.000 ≦ b ≦ 1.333, 0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) A positive electrode active material comprising an iron phosphate compound represented by:
請求項1に記載の正極活物質であって、
前記リン酸鉄化合物は、c+d=1を満たすことを特徴とする正極活物質。
The positive electrode active material according to claim 1,
The positive electrode active material, wherein the iron phosphate compound satisfies c + d = 1.
請求項2に記載の正極活物質であって、
前記リン酸鉄化合物は、b−1=c/3=(1−d)/3を満たすことを特徴とする正極活物質。
The positive electrode active material according to claim 2,
The positive electrode active material, wherein the iron phosphate compound satisfies b-1 = c / 3 = (1-d) / 3.
ナトリウムイオン電池用の正極活物質であって、
NaFe(PO)(OH)(HO)で表されるリン酸鉄化合物を含み、
前記リン酸鉄化合物が、X線源としてCuKα線を用いるXRD測定で、2θ=26.05°以上26.95°以下の範囲にある最も強度が大きい第一のピークと、2θ=27.15°以上28.20°以下の範囲にある二番目に強度が大きい第二のピークがあることを特徴とする正極活物質。
A positive electrode active material for a sodium ion battery,
An iron phosphate compound represented by Na a Fe b (PO 4 ) (OH) c (H 2 O) d ,
In the XRD measurement using the CuKα ray as an X-ray source, the iron phosphate compound has a first peak with the highest intensity in a range of 2θ = 26.05 ° to 26.95 °, and 2θ = 27.15. A positive electrode active material characterized in that there is a second peak having the second highest intensity in the range of from ° to 28.20 °.
請求項1から4のいずれか1つに記載の正極活物質であって、
前記リン酸鉄化合物の結晶構造は、空間群I4/amdに帰属していることを特徴とする正極活物質。
A positive electrode active material according to any one of claims 1 to 4,
The positive electrode active material, wherein the crystal structure of the iron phosphate compound belongs to a space group I4 1 / amd.
請求項1から5のいずれか1つに記載の正極活物質を含むことを特徴とする正極。   A positive electrode comprising the positive electrode active material according to claim 1. 請求項6に記載の正極を備えることを特徴とするナトリウムイオン電池。   A sodium ion battery comprising the positive electrode according to claim 6. ナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法であって、
鉄原料と、リン原料と、を水に溶解して原料溶液を調製する原料溶液調製工程と、
前記原料溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成する水熱合成工程と、
を備えることを特徴とする正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a sodium ion battery,
A raw material solution preparation step of preparing a raw material solution by dissolving an iron raw material and a phosphorus raw material in water;
A hydrothermal synthesis step of hydrothermally synthesizing the raw material solution by heat treatment at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C .;
A method for producing a positive electrode active material comprising:
請求項8に記載のナトリウムイオン電池用の正極活物質の製造方法であって、
前記鉄原料は、Fe(NO・9HO、FeC・2HO、Fe(NH(SO・4HOの少なくとも1つを含み、
前記リン原料は、HPOを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a sodium ion battery according to claim 8,
The iron raw material includes at least one of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, FeC 2 O 4 · 2H 2 O, Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 · 4H 2 O,
The method for producing a positive electrode active material, wherein the phosphorus raw material contains H 3 PO 4 .
請求項8または9に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記原料溶液調製工程は、前記原料溶液に、第一のナトリウム原料を含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 8 or 9, Comprising:
The said raw material solution preparation process contains the 1st sodium raw material in the said raw material solution, The manufacturing method of the positive electrode active material characterized by the above-mentioned.
請求項10に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第一のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material according to claim 10,
The first sodium raw material contains at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4. A method for producing a positive electrode active material.
請求項8から11のいずれか1つに記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第二のナトリウム原料と、を混合して混合体を形成し、前記混合体を150℃以上500℃以下で熱処理して固相反応させることを特徴とする正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 8 to 11,
The mixture hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step and the second sodium raw material are mixed to form a mixture, and the mixture is heat-treated at 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower to cause a solid phase reaction. A method for producing a positive electrode active material.
請求項12に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第二のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 12, Comprising:
The second sodium raw material includes at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4. A method for producing a positive electrode active material.
請求項13に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記混合体を還元性雰囲気で熱処理して固相反応させることを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 13, Comprising:
A method for producing a positive electrode active material, wherein the mixture is subjected to a solid phase reaction by heat treatment in a reducing atmosphere.
請求項8から11のいずれか1つに記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物と、第三のナトリウム原料と、を水に溶解して混合溶液を調製し、前記混合溶液を150℃以上300℃未満で熱処理して水熱合成することを特徴とする正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 8 to 11,
Hydrolyzed synthesis is performed by dissolving the synthesized product hydrothermally synthesized in the hydrothermal synthesis step and the third sodium raw material in water to prepare a mixed solution, and heat-treating the mixed solution at 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. And a method for producing a positive electrode active material.
請求項15に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記第三のナトリウム原料は、NaNO、NaCO、NaOH、CHCOONa、NaHPO、NaPO・12HO及びNaHPOの少なくとも1つを含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 15, Comprising:
The third sodium raw material includes at least one of NaNO 3 , Na 2 CO 3 , NaOH, CH 3 COONa, NaH 2 PO 4 , Na 3 PO 4 .12H 2 O, and Na 2 HPO 4. A method for producing a positive electrode active material.
請求項15または16に記載の正極活物質の製造方法であって、
前記混合溶液を還元性雰囲気で熱処理して水熱合成することを特徴とする正極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 15 or 16,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the mixed solution is heat-treated in a reducing atmosphere and hydrothermally synthesized.
請求項8から11のいずれか1つに記載の正極活物質の製造方法であって、
前記水熱合成工程で水熱合成した合成物を正極活物質とし、ナトリウムを含む材料を負極活物質として、電池を組み、放電反応を生じさせることで、電気化学的に前記合成物にナトリウムを含ませることを特徴とする正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material according to any one of claims 8 to 11,
The composite synthesized hydrothermally in the hydrothermal synthesis step is used as a positive electrode active material, a material containing sodium is used as a negative electrode active material, a battery is assembled, and a discharge reaction is caused. A method for producing a positive electrode active material, comprising:
JP2017113320A 2017-06-08 2017-06-08 Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material Active JP6984185B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017113320A JP6984185B2 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017113320A JP6984185B2 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018206691A true JP2018206691A (en) 2018-12-27
JP6984185B2 JP6984185B2 (en) 2021-12-17

Family

ID=64957325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017113320A Active JP6984185B2 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6984185B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114530596A (en) * 2022-02-22 2022-05-24 江苏师范大学 Flower-shaped NaFePO of sodium ion positive electrode material4Preparation method of/C
CN115676795A (en) * 2022-11-01 2023-02-03 锂源(深圳)科学研究有限公司 Preparation method of positive electrode material of sodium-ion battery
CN116780003A (en) * 2023-08-21 2023-09-19 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device
CN116799336A (en) * 2023-08-21 2023-09-22 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device
CN114530596B (en) * 2022-02-22 2024-05-31 江苏师范大学 Flower-shaped NaFePO of sodium ion positive electrode material4Process for preparing/C

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533706A (en) * 2001-04-06 2004-11-04 ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド Sodium ion battery
WO2009096335A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Sumitomo Chemical Company, Limited Positive electrode active material, sodium rechargeable battery, and process for producing olivine phosphate
WO2010005097A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 住友化学株式会社 Transition metal phosphoric acid salt, process for producing same, positive electrode, and sodium secondary battery
JP2016532244A (en) * 2013-09-27 2016-10-13 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Method for producing electrochemical cell of solid state battery
JP2016186932A (en) * 2015-03-27 2016-10-27 太平洋セメント株式会社 Secondary battery positive electrode active material and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533706A (en) * 2001-04-06 2004-11-04 ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド Sodium ion battery
WO2009096335A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Sumitomo Chemical Company, Limited Positive electrode active material, sodium rechargeable battery, and process for producing olivine phosphate
WO2010005097A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 住友化学株式会社 Transition metal phosphoric acid salt, process for producing same, positive electrode, and sodium secondary battery
JP2016532244A (en) * 2013-09-27 2016-10-13 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Method for producing electrochemical cell of solid state battery
JP2016186932A (en) * 2015-03-27 2016-10-27 太平洋セメント株式会社 Secondary battery positive electrode active material and method for producing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114530596A (en) * 2022-02-22 2022-05-24 江苏师范大学 Flower-shaped NaFePO of sodium ion positive electrode material4Preparation method of/C
CN114530596B (en) * 2022-02-22 2024-05-31 江苏师范大学 Flower-shaped NaFePO of sodium ion positive electrode material4Process for preparing/C
CN115676795A (en) * 2022-11-01 2023-02-03 锂源(深圳)科学研究有限公司 Preparation method of positive electrode material of sodium-ion battery
CN115676795B (en) * 2022-11-01 2024-04-19 四川锂源新材料有限公司 Preparation method of sodium ion battery anode material
CN116780003A (en) * 2023-08-21 2023-09-19 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device
CN116799336A (en) * 2023-08-21 2023-09-22 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device
CN116799336B (en) * 2023-08-21 2024-01-26 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device
CN116780003B (en) * 2023-08-21 2024-01-26 深圳海辰储能控制技术有限公司 Positive plate, method for determining uniform distribution of sodium supplementing particles and energy storage device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6984185B2 (en) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hwang et al. A comprehensive study of the role of transition metals in O3-type layered Na [Ni x Co y Mn z] O 2 (x= 1/3, 0.5, 0.6, and 0.8) cathodes for sodium-ion batteries
Jia et al. Nd-doped LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2 as a cathode material for better rate capability in high voltage cycling of Li-ion batteries
EP2761687B1 (en) Condensed polyanion electrode
US20160285098A1 (en) Transition Metal Hexacyanoferrate Battery with Carbonaceous Anode
JP5540281B2 (en) Method for producing positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
JP5999675B2 (en) Electrode material for lithium ion secondary battery using defect-free Prussian blue analogue
JP6729163B2 (en) Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for producing positive electrode active material
CN103137976B (en) Nano composite material and preparation method thereof and positive electrode and battery
JP2017513179A (en) Anode active material, lithium secondary battery having the same, and method for producing the same
WO2014100529A1 (en) Lmfp cathode materials with improved electrochemical performance
CN105684198B (en) Sode cell positive active material and sode cell
JP5699876B2 (en) Sodium ion battery active material and sodium ion battery
WO2013018638A1 (en) Negative electrode material for lithium ion batteries containing surface-fluorinated b-type titanium oxide powder, method for producing same, and lithium ion battery using same
JP2015507333A (en) Sulfate electrode
JP6984185B2 (en) Positive electrode active material, positive electrode and sodium ion battery, and method for manufacturing positive electrode active material
CN108933243B (en) High-specific-capacity sodium ion battery positive electrode material, preparation method thereof and sodium ion battery
KR101352793B1 (en) Cathode Material for Secondary Battery and Manufacturing Method of the Same
CN110770165A (en) Liquid process for preparing vanadium phosphate-carbon composites
Fan et al. Zn/Ti/F synergetic-doped Na 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 for sodium-ion batteries with high energy density
CN104854035A (en) Composite metal oxide, method for producing composite metal oxide, and sodium secondary battery
Petrulevičienė et al. Electrochemical Performance of NASICON-structured Na3-x V2-xTix (PO4) 3 (0.0< x< 1.0) as aqueous Na-ion battery positive electrodes
CN107195884B (en) A kind of lithium metasilicate doped graphene lithium ion battery negative material and preparation method thereof
CN113745504A (en) Niobium-tungsten-titanium oxide negative electrode material and preparation method and application thereof
CN100499225C (en) Making method of lithium iron phosphate compound anode material of lithium battery
Su et al. Co-substitution in a Prussian blue analog with a hollow heterostructure for ultrahigh capacity and rate capability aqueous Zn 2+ batteries

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200507

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210309

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210316

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210511

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211108

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6984185

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151