JP2019091528A - Electrode active material for sodium ion secondary battery and method of producing the same - Google Patents

Electrode active material for sodium ion secondary battery and method of producing the same Download PDF

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Abstract

To provide an electrode active material for a sodium ion secondary battery, high in capacity and excellent in cycle characteristics.SOLUTION: An electrode active material for a sodium ion secondary battery contains a sodium-containing complex oxide having an O3-type layered rock-salt structure and represented by general formula (1): x[NaM1O]-(1-x)[M2O] (where, 0.5≤x≤0.9, -0.1≤α≤0.1 and -0.1≤β≤0.1) or a sodium-containing complex oxide having a cationic irregular sequence-type rock-salt structure and represented by general formula (2): y[NaM2O]-(1-y)[NaM1O] (where, 0.1≤y≤0.4, -0.1≤δ≤0.1 and -0.1≤γ≤0.1), or general formula (3): NaM1O(-0.1≤ε≤0.1), M1 containing Mn and M2 containing Ti.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ナトリウム含有複合酸化物を含むナトリウムイオン二次電池用電極活物質およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode active material for a sodium ion secondary battery including a sodium-containing composite oxide, and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池に代わり、資源量が豊富で安価なナトリウムを主要原料とするナトリウムイオン二次電池の開発が進められている。ナトリウムイオン二次電池用の電極活物質としては、NaCrO2のようなナトリウム含有複合酸化物の研究が活発であるが、十分な高容量を得ることはできていない。 In place of lithium ion secondary batteries, development of sodium ion secondary batteries using abundant resources and inexpensive sodium as a main raw material is underway. As an electrode active material for a sodium ion secondary battery, research on sodium-containing composite oxides such as NaCrO 2 is active, but a sufficiently high capacity can not be obtained.

一方、資源量の豊富なMnもしくはTiを主要元素として含むナトリウム含有複合酸化物の研究も盛んであるが、容量またはサイクル特性の点で改善の余地がある(非特許文献1、2)。更に、酸化物イオンの固相レドックス反応を利用して高容量を達成する試みも成されている(非特許文献3、4)。   On the other hand, research on sodium-containing composite oxides containing abundant resources of Mn or Ti as main elements is also active, but there is room for improvement in terms of capacity or cycle characteristics (Non-Patent Documents 1 and 2). Furthermore, attempts have also been made to achieve high capacity using solid phase redox reactions of oxide ions (Non-patent Documents 3 and 4).

Journal of The Electrochemical Society, 158, A1307-A1312 (2011)Journal of the Electrochemical Society, 158, A1307-A1312 (2011) Chemical Communications, 51, 8480-8483 (2015)Chemical Communications, 51, 8480-8483 (2015) Nature Materials, 12, 228(2012)Nature Materials, 12, 228 (2012) Electrochemistry Communications, 53, 29(2015)Electrochemistry Communications, 53, 29 (2015)

本発明の目的の一つは、高容量かつサイクル特性に優れた新規なナトリウムイオン二次電池用電極活物質を提供することである。   One of the objects of the present invention is to provide a novel electrode active material for a sodium ion secondary battery having high capacity and excellent cycle characteristics.

本発明の一局面は、O3型層状岩塩構造を有し、一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、M1はMnを含み、M2はTiを含む、ナトリウム含有複合酸化物を含む、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質に関する。 One aspect of the present invention has an O3 type layered rock salt structure, and has a general formula (1): x [NaM1O2 ]-(1-x) [M2O2 ] (where 0.5 ≦ x ≦ 0.9, −0.1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 ≦ β ≦ 0.1), M 1 contains Mn, M 2 contains Ti, and contains sodium-containing composite oxide The present invention relates to an electrode active material for a sodium ion secondary battery.

本発明の別の局面は、カチオン不規則配列型岩塩構造を有し、一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)、または一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、M1はMnを含み、M2はTiを含む、ナトリウム含有複合酸化物を含む、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質に関する。 Another aspect of the present invention is a cationic disordered rock salt structure having a general formula (2): y [Na 2 M 2 O 3 -γ]-(1-y) [NaM 1 O 2 -δ ] (where 0) 1 ≦ y ≦ 0.5, −0.1 ≦ δ ≦ 0.1, −0.1 ≦ γ ≦ 0.1), or the general formula (3): NaM 1 O 2 −ε (−0.1 ≦ ε) The present invention relates to an electrode active material for a sodium ion secondary battery, including a sodium-containing composite oxide represented by ≦ 0.1, wherein M 1 contains Mn and M 2 contains Ti.

本発明の更に別の局面は、Na、M1およびM2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第1原料を焼成する固相反応により、一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、O3型層状岩塩構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法に関する。 Yet another aspect of the present invention is a solid phase reaction comprising calcining a first raw material containing Na, M 1 and M 2, M 1 containing Mn, and M 2 containing Ti, the general formula (1): x [NaM 1 O 2 — α ]-(1-x) [M 2 O 2-β ] (where 0.5 ≦ x ≦ 0.9, −0.1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 ≦ β ≦ 0.1) The present invention relates to a method for producing an electrode active material for a sodium ion secondary battery, which comprises the step of preparing a sodium-containing composite oxide having an O 3 -type layered rock salt structure.

本発明の更に別の局面は、Na2M2O3およびNaM1O2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第2原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法に関する。 Yet another aspect of the present invention is a method of mechanical milling a second raw material comprising Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 , M 1 containing Mn, and M 2 containing Ti, general formula (2): y [Na 2 M2O 3-γ] - (1 -y) [NaM1O 2-δ] ( however, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, -0.1 ≦ δ ≦ 0.1, -0.1 ≦ γ ≦ 0. The present invention relates to a method for producing an electrode active material for a sodium ion secondary battery, having a step of preparing a sodium-containing composite oxide represented by 1) and having a rock salt type crystal structure of a cation disordered array type.

本発明の更に別の局面は、O3型層状構造のNaM1O2を含み、M1はMnを含む第3原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法に関する。 Yet another aspect of the present invention includes a NaM1O 2 of O3 type layered structure, M1 is by mechanical milling of the third raw material containing Mn, the general formula (3): NaM1O 2-ε (-0.1 ≦ The present invention relates to a method for producing an electrode active material for a sodium ion secondary battery, which has a step of preparing a sodium-containing composite oxide having a rock salt type crystal structure represented by ε ≦ 0.1 and having a cation irregular arrangement type.

本発明に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質によれば、高容量かつサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池の提供が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the electrode active material for sodium ion secondary batteries concerning this invention, provision of the sodium ion secondary battery excellent in high capacity | capacitance and cycling characteristics is attained.

本発明の実施形態に係るナトリウムイオン二次電池の一例の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an example of the sodium ion secondary battery concerning the embodiment of the present invention. 一般式(1)で表されるナトリウム含有複合酸化物と参照酸化物のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the sodium containing complex oxide represented by General formula (1), and a reference oxide. 一般式(1)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質の充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging characteristic of the electrode active material containing the sodium containing complex oxide represented by General formula (1). NaMnO2の充放電特性を示す図である。Is a diagram showing charge-discharge characteristics of NaMnO 2. NaMnTiO4の充放電特性を示す図である。NaMnTiO is a diagram showing charge-discharge characteristics of the 4. 一般式(1)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質のサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycling characteristics of the electrode active material containing sodium containing complex oxide represented by General formula (1). 一般式(1)で表されるナトリウム含有複合酸化物の合成温度とサイクル特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the synthetic | combination temperature of a sodium containing complex oxide represented by General formula (1), and cycling characteristics. 一般式(2)で表されるナトリウム含有複合酸化物と参照酸化物のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of sodium containing complex oxide represented by General formula (2), and a reference oxide. 一般式(2)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質の充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging characteristic of the electrode active material containing sodium-containing complex oxide represented by General formula (2). 一般式(2)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質のサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycling characteristics of the electrode active material containing sodium-containing complex oxide represented by General formula (2). 一般式(3)で表されるナトリウム含有複合酸化物と参照酸化物のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the sodium containing complex oxide represented by General formula (3), and a reference oxide. 一般式(3)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質の充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging characteristic of the electrode active material containing sodium-containing complex oxide represented by General formula (3). 一般式(3)で表されるナトリウム含有複合酸化物を含む電極活物質のサイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the cycling characteristics of the electrode active material containing sodium containing complex oxide represented by General formula (3).

[発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[1]本発明に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質は、O3型層状岩塩構造を有し、一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表されるナトリウム含有複合酸化物(以下、ナトリウム含有複合酸化物(1)とも称する。)を含む。M1はMnを含み、M2はTiを含む。ナトリウム含有複合酸化物(1)によれば、例えばO3型層状岩塩構造のNaMnO2よりもサイクル特性に優れ、かつNaMnTiO4よりも高容量のナトリウムイオン二次電池用電極活物質を得ることが可能である。ナトリウム含有複合酸化物(1)は、典型的には、一般式(1a):xNaMnO2−(1−x)TiO2で表される。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
[1] An electrode active material for a sodium ion secondary battery according to the present invention has an O 3 type layered rock salt structure, and has a general formula (1): x [NaM 1 O 2 -α ]-(1 -x) [M 2 O 2- sodium-containing composite oxide (hereinafter referred to as sodium) represented by β 1 ] (wherein 0.5 ≦ x ≦ 0.9, −0.1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 ≦ β ≦ 0.1) Containing complex oxide (1)). M1 contains Mn and M2 contains Ti. According to the sodium-containing composite oxide (1), for example, it is possible to obtain an electrode active material for a sodium ion secondary battery, which has better cycle characteristics than NaMnO 2 of O 3 type layered rock salt structure and higher capacity than NaMnTiO 4 It is. The sodium-containing composite oxide (1) is typically represented by the general formula (1a): xNaMnO 2- (1-x) TiO 2 .

[2]本発明に係る別のナトリウムイオン二次電池用電極活物質は、カチオン不規則配列型岩塩構造を有し、一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)で表されるナトリウム含有複合酸化物(以下、ナトリウム含有複合酸化物(2)とも称する。)を含む。M1はMnを含み、M2はTiを含む。ナトリウム含有複合酸化物(2)によれば、例えばNa2TiO3やO3型層状岩塩構造のNaMnO2よりもサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池用電極活物質を得ることが可能である。ナトリウム含有複合酸化物(2)は、典型的には、一般式(2a):yNa2TiO3−(1−y)NaMnO2で表される。 [2] Another electrode active material for a sodium ion secondary battery according to the present invention has a cation irregularly arranged rock salt structure, and has a general formula (2): y [Na 2 M 2 O 3 -γ]-(1- y) sodium-containing composite represented by [NaM 1 O 2 -δ ] (where, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, −0.1 ≦ δ ≦ 0.1, −0.1 ≦ γ ≦ 0.1) The oxide (hereinafter also referred to as sodium-containing composite oxide (2)) is included. M1 contains Mn and M2 contains Ti. According to the sodium-containing composite oxide (2), it is possible to obtain, for example, an electrode active material for a sodium ion secondary battery which has better cycle characteristics than Na 2 TiO 3 or NaMnO 2 having an O 3 type layered rock salt structure. The sodium-containing composite oxide (2) is typically represented by the general formula (2a): yNa 2 TiO 3- (1-y) NaMnO 2 .

[3]本発明に係る更に別のナトリウムイオン二次電池用電極活物質は、カチオン不規則配列型岩塩構造を有し、一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表されるナトリウム含有複合酸化物(以下、ナトリウム含有複合酸化物(3)とも称する。)を含む。M1はMnを含む。ナトリウム含有複合酸化物(3)によれば、例えばO3型層状岩塩構造のNaMnO2よりもサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池用電極活物質を得ることが可能である。ナトリウム含有複合酸化物(3)は、典型的には、一般式(3a):NaMnO2で表される。 [3] Another electrode active material for a sodium ion secondary battery according to the present invention has a cation irregularly arranged rock salt structure, and is represented by the general formula (3): NaM1O 2-ε (-0.1 ≦ ε ≦ The sodium-containing composite oxide represented by 0.1) (hereinafter also referred to as sodium-containing composite oxide (3)) is included. M1 contains Mn. According to the sodium-containing composite oxide (3), it is possible to obtain, for example, an electrode active material for a sodium ion secondary battery which is more excellent in cycle characteristics than NaMnO 2 having an O 3 -type layered rock salt structure. The sodium-containing composite oxide (3) is typically represented by the general formula (3a): NaMnO 2 .

[4]ナトリウム含有複合酸化物(2)は、酸化物イオンの固相レドックス反応により容量を発現し得ることが好ましい。これにより、特に高容量なナトリウムイオン二次電池用電極活物質を得ることが可能である。ナトリウム含有複合酸化物(2)は、酸化物イオンの固相レドックス反応を呈する類似の結晶構造を有する酸化物(例えばxNa3NbO4-δ−(1−x)NaMnO2-γ)よりもサイクル特性に優れている。 [4] The sodium-containing composite oxide (2) is preferably capable of exhibiting a capacity by solid phase redox reaction of oxide ions. Thereby, it is possible to obtain a particularly high capacity electrode active material for a sodium ion secondary battery. The sodium-containing composite oxide (2) is more cyclic than an oxide having a similar crystal structure (for example, xNa 3 NbO 4- δ-(1-x) NaMnO 2-γ ) exhibiting a solid phase redox reaction of oxide ions It has excellent characteristics.

[5]より優れたサイクル特性を得る観点から、M1に占めるMnの割合は50モル%以上であることが好ましい。また、[6]同様の観点から、M2に占めるTiの割合は50モル%以上であることが好ましい。   [5] From the viewpoint of obtaining better cycle characteristics, the proportion of Mn in M1 is preferably 50 mol% or more. Moreover, it is preferable that the ratio of Ti to M2 is 50 mol% or more from a viewpoint similar to [6].

[7]次に、本発明の実施形態に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質の第1の製造方法は、Na、M1およびM2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第1原料を焼成する固相反応により、一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、O3型層状岩塩構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。[8]第1原料は、Na2CO3、TiO2およびMn23を含むことが好適である。 [7] Next, a first method of producing an electrode active material for a sodium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes Na, M1 and M2, M1 includes Mn, and M2 includes Ti. 1 Raw material is calcined by a solid phase reaction: General formula (1): x [NaM 1 O 2 -α ]-(1-x) [M 2 O 2-β ] (where 0.5 ≦ x ≦ 0.9, −0 (1) having a step of preparing a sodium-containing composite oxide represented by 1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 ≦ β ≦ 0.1) and having an O 3 type layered rock salt structure. [8] The first raw material preferably contains Na 2 CO 3 , TiO 2 and Mn 2 O 3 .

[9]次に、本発明の実施形態に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質の第2の製造方法は、Na2M2O3およびNaM1O2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第2原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。[10]第2原料は、Na2TiO3およびNaMnO2を含むことが好適である。 [9] Next, a second method of producing an electrode active material for a sodium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 , M 1 contains Mn, and M 2 contains Ti. The second raw material is mechanically milled to obtain the general formula (2): y [Na 2 M 2 O 3 -γ]-(1-y) [NaM 1 O 2 -δ ] (where 0.1 ≦ y ≦ 0.5). , -0.1δδ ≦ 0.1, -0.1 ≦ γ ≦ 0.1), and preparing a sodium-containing composite oxide having a rock salt type crystal structure of the cation disordered array type. . [10] The second raw material preferably contains Na 2 TiO 3 and NaMnO 2 .

[11]次に、本発明の実施形態に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質の第3の製造方法は、O3型層状構造のNaM1O2を含み、M1はMnを含む第3原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。[12]第3原料は、NaMnO2を含むことが好適である。
[発明の実施形態の詳細]
[11] Next, a third method of preparation of a sodium ion secondary battery electrode active material according to an embodiment of the present invention includes a NaM1O 2 of O3 type layered structure, M1 is mechanical the third material containing Mn By milling, a sodium-containing composite oxide represented by the general formula (3): NaM1O 2-.epsilon. (-0.1.ltoreq..epsilon..ltoreq.0.1) and having a rock salt type crystal structure of cation disordered array type is prepared. Process. [12] The third raw material preferably contains NaMnO 2 .
Details of Embodiments of the Invention

次に、本発明の実施形態について更に具体的に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   Next, the embodiment of the present invention will be described more specifically. The present invention is not limited to these exemplifications, but is shown by the appended claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims. .

<電極活物質>
<ナトリウム含有複合酸化物(1)>
一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β]で表され、M1はMnを含み、M2はTiを含むナトリウム含有複合酸化物(1)は、O3型層状岩塩構造を有しており、サイクル特性に優れている。Mnを含むナトリウム含有複合酸化物は、優れた電気化学的活性を有する一方でサイクル特性が不十分になる傾向がある。これに対し、MnとTiとを複合化することで良好なサイクル特性を発現するようになる。
<Electrode active material>
<Sodium-containing complex oxide (1)>
The sodium-containing composite oxide (1) containing M, Mn, and M2 is represented by the general formula (1): x [NaM1O2 ]-(1-x) [M2O2 ]; It has an O 3 -type layered rock salt structure and is excellent in cycle characteristics. A sodium-containing composite oxide containing Mn tends to have insufficient electrochemical characteristics while having excellent electrochemical activity. On the other hand, by combining Mn and Ti, good cycle characteristics can be expressed.

M1は、必須元素としてMnを含むが、Mn以外の第三元素を含んでもよい。Mn以外の第三元素としては、例えば、Nb、Moなどが挙げられる。資源価格、容量等の観点から、M1に占めるMn量は、例えば50モル%以上であればよいが、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。   M1 contains Mn as an essential element, but may contain a third element other than Mn. Examples of the third element other than Mn include Nb and Mo. From the viewpoint of resource price, capacity, etc., the amount of Mn in M1 may be, for example, 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more.

M2は、必須元素としてTiを含むが、Ti以外の第三元素を含んでもよい。Ti以外の第三元素としては、例えば、Alなどが挙げられる。資源価格、容量等の観点から、M2に占めるTi量は、例えば50モル%以上であればよいが、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。   M2 contains Ti as an essential element, but may contain a third element other than Ti. Examples of the third element other than Ti include Al and the like. From the viewpoint of resource price, capacity, etc., the amount of Ti in M2 may be, for example, 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more.

一般式(1)は、NaM1O2-αとM2O2-βとの混合物を意味するものではなく、NaとM1とM2とを含む化合物を表している。すなわち、一般式(1)は、xモルのNaM1O2-αと(1−x)モルのM2O2-βとの複合物であり、当該複合物に特有の結晶構造を有する化合物であることを表現している。 The general formula (1) does not mean a mixture of NaM1O 2-α and M2O 2-β but represents a compound containing Na, M1 and M2. That is, the general formula (1) is a compound of x mole NaM1O 2-α and (1-x) mole M2O 2-β, and is a compound having a crystal structure specific to the complex. expressing.

なお、一般式(2)についても、同様に、混合物ではなく、特有の結晶構造を有する化合物を表現している。一般式(1)または(2)に係る特有の結晶構造とは、O3型層状岩塩構造またはカチオン不規則配列型岩塩構造を意味する。   In addition, similarly to the general formula (2), not a mixture but a compound having a specific crystal structure is expressed. The specific crystal structure according to the general formula (1) or (2) means an O3 type layered rock salt structure or a cation irregularly arranged rock salt structure.

xは、ナトリウム含有複合酸化物(1)を、NaM1O2-αとM2O2-βとの複合物と捉えた場合のNaM1O2-αとM2O2-βとの含有割合をモル比で示している。xの範囲は、0.5≦x≦0.9であり、0.5未満では高容量を得ることができず、0.9を超えると、M1とM2との複合化の効果が薄れ、良好なサイクル特性を得ることが困難になる。容量とサイクル特性とのバランスの観点から、xの範囲は、0.6≦x≦0.9が好ましく、0.75≦x≦0.9がより好ましい。 x is the molar ratio of NaM 1 O 2-α to M 2 O 2-β when the sodium-containing composite oxide (1) is regarded as a complex of NaM 1 O 2-α and M 2 O 2-β There is. The range of x is 0.5 ≦ x ≦ 0.9, and if it is less than 0.5, high capacity can not be obtained, and if it exceeds 0.9, the effect of complexing M1 and M2 becomes weak. It becomes difficult to obtain good cycle characteristics. From the viewpoint of the balance between capacity and cycle characteristics, the range of x is preferably 0.6 ≦ x ≦ 0.9, and more preferably 0.75 ≦ x ≦ 0.9.

αおよびβは、NaM1O2およびM2O2を基準にした場合の酸素の欠損または過剰量を示す実数であり、特に限定されないが、通常は−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1の範囲内であると考えられる。 α and β are real numbers indicating the deficiency or excess of oxygen based on NaM 1 O 2 and M 2 O 2, and are not particularly limited, but usually −0.1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 It is considered to be within the range of ≦ β ≦ 0.1.

<ナトリウム含有複合酸化物(2)>
一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ]で表され、M1はMnを含み、M2はTiを含むナトリウム含有複合酸化物(2)は、カチオン不規則配列型岩塩構造を有しており、高容量を発現する。カチオン不規則配列型岩塩構造では、NaMnO2やNa2TiO3の結晶構造とは異なり、カチオン種であるNa、M1およびM2が不規則に配列している。
<Sodium-containing complex oxide (2)>
Formula (2): y [Na 2 M2O 3-γ] - (1-y) is represented by [NaM1O 2-δ], M1 comprises Mn, M2 is sodium-containing composite oxide containing Ti (2) Has a cation irregularly arranged rock salt structure and expresses high capacity. Unlike the crystal structures of NaMnO 2 and Na 2 TiO 3 in the cation irregularly arranged rock salt structure, the cationic species Na, M 1 and M 2 are irregularly arranged.

Ti酸化物は電気化学的な高活性を得られないことがあるが、マンガン化合物と複合化すると、酸化物イオンの固相レドックス反応による容量を発現するようになる。更に、MnとTiとが複合化されることで良好なサイクル特性も発揮される。   Ti oxide may not be able to obtain high electrochemical activity, but when it is complexed with a manganese compound, it develops its capacity by solid phase redox reaction of oxide ions. Furthermore, good cycle characteristics are also exhibited by combining Mn and Ti.

一般式(2)において、M1は、必須元素としてMnを含み、ナトリウム含有複合酸化物(1)と同様に、Mn以外の第三元素を含んでもよい。また、M2は、必須元素としてTiを含み、ナトリウム含有複合酸化物(1)と同様に、Ti以外の第三元素を含んでもよい。資源価格、容量等の観点から、M1に占めるMn量は、例えば50モル%以上であればよいが、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。同様の観点から、M2に占めるTi量は、例えば50モル%以上であればよいが、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。また、一般式(2)は、Na2M2O3-γとNaM1O2-δとの混合物を意味するものではなく、一般式(1)と同様に、NaとM1とM2とを含む化合物もしくは複合物を表している。 In the general formula (2), M1 may contain Mn as an essential element, and may contain a third element other than Mn as in the sodium-containing composite oxide (1). M2 may contain Ti as an essential element, and may contain a third element other than Ti as in the sodium-containing composite oxide (1). From the viewpoint of resource price, capacity, etc., the amount of Mn in M1 may be, for example, 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more. From the same point of view, the amount of Ti in M2 may be, for example, 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more. Further, the general formula (2) does not mean a mixture of Na 2 M 2 O 3 -γ and NaM 1 O 2 -δ , but like the general formula (1), a compound or complex containing Na, M 1 and M 2 It represents an object.

ナトリウム含有複合酸化物(2)の代表的なXRDのピークは、例えば2θ=32°〜36°の範囲に観測される(111)面、2θ=38°〜41°の範囲に観測される(200)面、2θ=54°〜59°の範囲に観測される(202)面のピークである。ナトリウム含有複合酸化物(2)の結晶構造は、空間群Fm―3mに帰属される。   A typical XRD peak of the sodium-containing composite oxide (2) is observed, for example, in the range of (111) plane, 2θ = 38 ° to 41 ° observed in the range of 2θ = 32 ° to 36 ° ( It is a peak of (202) plane observed in the range of 200) plane, 2θ = 54 ° to 59 °. The crystal structure of the sodium-containing composite oxide (2) is assigned to the space group Fm-3 m.

ナトリウム含有複合酸化物(2)に含まれるナトリウムは、金属ナトリウムに対して、例えば2.0V〜4.0Vの範囲でファラデー反応を伴ってナトリウム含有複合酸化物(2)から放出され、同様の電位窓域で、ファラデー反応を伴ってナトリウム含有複合酸化物(2)に吸蔵される。このとき、概ね3V〜3.5Vの電位領域で、Mnが関与するレドックス反応と、酸化物イオンが関与するレドックス反応とが入れ替わる。高電位領域では、酸化物イオンのレドックス反応が進行していると考えられる。   Sodium contained in the sodium-containing composite oxide (2) is released from the sodium-containing composite oxide (2) with Faraday reaction in the range of, for example, 2.0 V to 4.0 V with respect to metallic sodium, It is stored in the sodium-containing composite oxide (2) along with the Faraday reaction in the potential window area. At this time, the redox reaction in which Mn is involved and the redox reaction in which oxide ions are involved are interchanged in a potential range of approximately 3 V to 3.5 V. In the high potential region, it is considered that the redox reaction of the oxide ion is in progress.

yは、ナトリウム含有複合酸化物(2)を、Na2M2O3-γとNaM1O2-δとの複合物と捉えた場合のNa2M2O3-γとNaM1O2-δとの含有割合をモル比で示している。yの範囲は、0.1≦y≦0.5であり、0.1未満では、M1とM2との複合化の効果が薄れ、良好なサイクル特性を得ることが困難になり、0.5を超えると、高容量を得ることができない。容量とサイクル特性とのバランスの観点から、yの範囲は、0.2≦y≦0.4が好ましく、0.2≦y≦0.35がより好ましい。 y is sodium-containing composite oxide (2), the molar content ratio of Na 2 M2O 3-gamma and NaM1O 2-δ when captured and composite of Na 2 M2O 3-gamma and NaM1O 2-δ The ratio is shown. The range of y is 0.1 ≦ y ≦ 0.5, and if it is less than 0.1, the effect of combining M1 and M2 becomes weak, making it difficult to obtain good cycle characteristics, 0.5 If it exceeds, you can not obtain high capacity. From the viewpoint of balance between capacity and cycle characteristics, the range of y is preferably 0.2 ≦ y ≦ 0.4, and more preferably 0.2 ≦ y ≦ 0.35.

γおよびδは、Na2M2O3およびNaM1O2を基準にした場合の酸素の欠損または過剰量を示す実数であり、特に限定されないが、通常は−0.1≦γ≦0.1および−0.1≦δ≦0.1の範囲内であると考えられる。 γ and δ are real numbers indicating the deficiency or excess of oxygen based on Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 , and are not particularly limited, but usually −0.1 ≦ γ ≦ 0.1 and −0. It is considered to be within the range of 1 ≦ δ ≦ 0.1.

<ナトリウム含有複合酸化物(3)>
カチオン不規則配列型岩塩構造を有し、一般式(3):NaM1O2-εで表され、M1はMnを含むナトリウム含有複合酸化物(3)は、O3型層状岩塩構造のNaMnO2よりもサイクル特性に優れている。これは、カチオンの不規則配列により結晶粒のサイズが低減したことで粒界が増加し、ナトリウムイオンの拡散が起きやすくなったためと考えられる。
<Sodium-containing composite oxide (3)>
A sodium-containing composite oxide (3) having a cation irregularly arranged rock salt structure and represented by the general formula (3): NaM 1 O 2 -ε, wherein M 1 contains Mn is more than the NaMnO 2 of the O 3 type layered rock salt structure Excellent in cycle characteristics. This is considered to be due to the fact that the grain boundaries are increased by the reduction of the grain size due to the irregular arrangement of the cations, and the diffusion of sodium ions is more likely to occur.

M1は、必須元素としてMnを含むが、Mn以外の第三元素を含んでもよい。Mn以外の第三元素としては、例えば、Nb、Mo、Alなどが挙げられる。資源価格、容量等の観点から、M1に占めるMn量は、例えば50モル%以上であればよいが、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。   M1 contains Mn as an essential element, but may contain a third element other than Mn. Examples of the third element other than Mn include Nb, Mo, Al and the like. From the viewpoint of resource price, capacity, etc., the amount of Mn in M1 may be, for example, 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more.

εは、NaM1O2を基準にした場合の酸素の欠損または過剰量を示す実数であり、特に限定されないが、通常は−0.1≦ε≦0.1の範囲内であると考えられる。 ε is a real number indicating the loss or excess amount of oxygen based on NaM 1 O 2 , and is not particularly limited, but usually considered to be within the range of −0.1 ≦ ε ≦ 0.1.

(平均一次粒子径)
ナトリウム含有複合酸化物(1)〜(3)の平均一次粒子径は、特に限定されないが、十分に岩塩型結晶構造を発達させる観点から、例えば0.1μm以上であり、0.2μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましい。また、平均一次粒子径は、例えば5μm以下であり、3μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましい。平均一次粒子径は、ナトリウム含有複合酸化物(1)〜(3)の走査型電子顕微鏡(SEM)像において10〜30個の一次粒子を任意に選択し、選択した一次粒子の最大径の平均値として求めればよい。
(Average primary particle size)
The average primary particle diameter of the sodium-containing composite oxides (1) to (3) is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm or more and preferably 0.2 μm or more from the viewpoint of sufficiently developing a rock salt type crystal structure. And 0.3 μm or more are more preferable. The average primary particle diameter is, for example, 5 μm or less, preferably 3 μm or less, and more preferably 2 μm or less. The average primary particle diameter is an average of the maximum diameters of the selected primary particles by arbitrarily selecting 10 to 30 primary particles in a scanning electron microscope (SEM) image of sodium-containing composite oxides (1) to (3) It should be determined as a value.

<ナトリウム含有複合酸化物(1)の製造方法(第1の製造方法)>
第1の製造方法は、Na、M1およびM2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第1原料を焼成する固相反応により、一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、O3型層状岩塩構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。
<Method of producing sodium-containing composite oxide (1) (first production method)>
The first production method comprises Na, M 1 and M 2, M 1 contains Mn, and M 2 is a solid phase reaction in which a first raw material containing Ti is calcined to obtain a compound represented by the general formula (1): x [NaM 1 O 2 -α ] -(1-x) [M 2 O 2-β ] (where, 0.5 ≦ x ≦ 0.9, −0.1 ≦ α ≦ 0.1 and −0.1 ≦ β ≦ 0.1), and And B. preparing a sodium-containing composite oxide having an O 3 -type layered rock salt structure.

第1原料としては、Na、M1およびM2よりなる群から選択される少なくとも1種を含む化合物の混合物を用いることができる。化合物としては、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸水素塩、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物、有機酸塩(例えばシュウ酸塩)などが適している。原料は、これらを適宜組み合わせて混合することで調製される。   As a 1st raw material, the mixture of the compound containing at least 1 sort (s) selected from the group which consists of Na, M1, and M2 can be used. As the compound, oxides, hydroxides, oxyhydroxides, hydrogencarbonates, carbonates, nitrates, sulfates, halides, organic acid salts (eg, oxalates) and the like are suitable. The raw materials are prepared by appropriately combining and mixing them.

第1原料は、例えばナトリウム化合物と、M1化合物と、M2化合物とを含む混合物であればよい。ナトリウム化合物としては、Na2CO3、NaHCO3、Na2Oなどを用いることができる。中でも、Na2CO3の取り扱いが容易である。M1化合物としては、Mn23、MnO2などを用いることができる。M2化合物としては、Na2TiO3、TiO2などを用いることができる。中でも第1原料は、Na2CO3、Mn23およびTiO2を含むことが好適である。 The first raw material may be, for example, a mixture containing a sodium compound, an M1 compound, and an M2 compound. The sodium compound can be used as Na 2 CO 3, NaHCO 3, Na 2 O. Above all, handling of Na 2 CO 3 is easy. As the M1 compound, Mn 2 O 3 , MnO 2 or the like can be used. As the M2 compound, Na 2 TiO 3 , TiO 2 or the like can be used. Among them, the first raw material preferably contains Na 2 CO 3 , Mn 2 O 3 and TiO 2 .

第1原料は、メカニカルミリング法により混合することが好ましい。メカニカルミリングとは、不活性ガス雰囲気中で、ボール、ビーズ、攪拌翼等の衝突エネルギーを利用して、材料に繰り返しせん断力を印加し、材料を混合する方法である。メカニカルミリングによれば、原子オーダでの混合も可能である。メカニカルミリングを行う装置としては、ボールミル、ビーズミル、スタンプミル、ジェットミルなどの攪拌装置を用いることができる。混合は、乾式でもよく、湿式でもよい。混合された第1原料を、空気、酸素または不活性ガスの雰囲気中で、例えば700℃〜1100℃、好ましくは800℃〜1000℃の焼成温度で焼成することで層状岩塩構造を有するナトリウム含有複合酸化物を合成することができる。   The first raw materials are preferably mixed by mechanical milling. Mechanical milling is a method of mixing materials by repeatedly applying shear force to materials using collision energy of balls, beads, stirring blades and the like in an inert gas atmosphere. Mechanical milling also allows mixing in atomic order. As an apparatus which performs mechanical milling, stirring apparatuses, such as a ball mill, a bead mill, a stamp mill, a jet mill, can be used. The mixing may be dry or wet. A sodium-containing composite having a layered rock salt structure by calcinating the mixed first raw material in an atmosphere of air, oxygen or an inert gas, for example, at a calcination temperature of 700 ° C. to 1100 ° C., preferably 800 ° C. to 1000 ° C. Oxides can be synthesized.

焼成温度とは、昇温過程および降温過程を除く期間(以下、本焼成期間)の平均的な温度である。よって、本焼成期間中に瞬間的に、もしくは短時間だけ700℃未満になったり、1100℃を超えたりしてもよい。ただし、本焼成期間の80%以上は、焼成雰囲気の温度が上記温度範囲に維持されることが好ましい。本焼成期間は、例えば6時間〜48時間である。   The firing temperature is an average temperature during a period excluding a temperature raising process and a temperature lowering process (hereinafter, a main firing period). Therefore, the temperature may be lower than 700 ° C. or higher than 1100 ° C. momentarily or for a short time during the main baking period. However, it is preferable that the temperature of the firing atmosphere be maintained in the above temperature range for 80% or more of the main firing period. The main firing period is, for example, 6 hours to 48 hours.

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムなどから選択される少なくとも1種を用いることができる。空気、酸素または不活性ガス雰囲気の圧力は、特に限定されないが、例えば0.9×105Pa〜1.1×105Paであればよい。 As the inert gas, at least one selected from nitrogen, argon, helium and the like can be used. Air, the pressure of the oxygen or the inert gas atmosphere is not particularly restricted as long as it is for example 0.9 × 10 5 Pa~1.1 × 10 5 Pa.

上記焼成を行う前に、上記と同様の雰囲気中で、400℃以上、600℃未満の温度範囲で原料の仮焼成を行ってもよい。仮焼成により、原料に含まれる揮発成分(例えば水分)を緩やかに除去することができる。これにより、その後の本焼成期間での結晶成長が進行しやすくなる。   Prior to the above-described firing, the raw material may be temporarily fired in a temperature range of 400 ° C. or more and less than 600 ° C. in the same atmosphere as described above. By pre-baking, volatile components (for example, water) contained in the raw material can be gently removed. Thereby, crystal growth in the subsequent main firing period is facilitated to proceed.

<ナトリウム含有複合酸化物(2)の製造方法(第2の製造方法)>
第2の製造方法は、Na2M2O3およびNaM1O2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第2原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。
<Method of producing sodium-containing composite oxide (2) (second method of production)>
The second production method contains Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 , M 1 contains Mn, and M 2 has a general formula (2): y [Na 2 M 2 O 3 by mechanical milling a second raw material containing Ti. ]-(1-y) [NaM1O2 ] (where 0.1 ≦ y ≦ 0.5, −0.1 ≦ δ ≦ 0.1, −0.1 ≦ γ ≦ 0.1) And a step of preparing a sodium-containing composite oxide having a rock salt-type crystal structure of the cation irregular arrangement type.

第2原料は、特に限定されないが、例えばNa2M2O3およびNaM1O2の混合物を用いることができる。中でも、第2原料は、Na2TiO3およびNaMnO2を含むことが好適である。第2原料は、メカニカルミリング法により混合される。メカニカルミリングによる混合時間は、10〜60時間が好ましく、30〜50時間がより好ましい。 Although the second raw material is not particularly limited, for example, a mixture of Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 can be used. Among them, the second raw material preferably contains Na 2 TiO 3 and NaMnO 2 . The second raw material is mixed by mechanical milling. The mixing time by mechanical milling is preferably 10 to 60 hours, more preferably 30 to 50 hours.

<ナトリウム含有複合酸化物(3)の製造方法(第3の製造方法)>
第3の製造方法は、O3型層状構造のNaM1O2を含み、M1はMnを含む第3原料をメカニカルミリングすることにより、一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する。第3原料は、NaMnO2を含むことが好適である。第3原料は、メカニカルミリング法により混合される。メカニカルミリングによる混合時間は、10〜60時間が好ましく、30〜50時間がより好ましい。
<Method of producing sodium-containing composite oxide (3) (third production method)>
Third manufacturing method comprises NaM1O 2 of O3 type layered structure, M1 is by mechanical milling of the third raw material containing Mn, the general formula (3): NaM1O 2-ε (-0.1 ≦ ε ≦ And a step of preparing a sodium-containing composite oxide having a rock salt-type crystal structure represented by 0.1) and having a cation disordered array type. The third raw material preferably contains NaMnO 2 . The third raw material is mixed by mechanical milling. The mixing time by mechanical milling is preferably 10 to 60 hours, more preferably 30 to 50 hours.

<ナトリウムイオン二次電池>
次に、ナトリウムイオン二次電池について説明する。ナトリウムイオン二次電池は、上記電極活物質を含む正極と、負極と、ナトリウムイオン伝導性を有する非水電解質と、を具備する。図1は、本発明の一実施形態に係るナトリウムイオン二次電池100を概略的に示す縦断面図である。ナトリウムイオン二次電池100は、積層型の電極群、非水電解質(図示せず)およびこれらを収容する角型の電池ケース10を具備する。電池ケース10は、例えばアルミニウム製であり、上部が開口した有底の容器本体12と、上部開口を塞ぐ蓋体13とで構成されている。
<Sodium ion secondary battery>
Next, the sodium ion secondary battery will be described. A sodium ion secondary battery comprises a positive electrode containing the above electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte having sodium ion conductivity. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a sodium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. The sodium ion secondary battery 100 includes a stacked electrode group, a non-aqueous electrolyte (not shown), and a rectangular battery case 10 that accommodates these. The battery case 10 is made of, for example, aluminum, and is configured of a bottomed container body 12 whose upper portion is opened, and a lid 13 which closes the upper portion opening.

蓋体13の中央には、電池ケース10の内圧が上昇したときに内部で発生したガスを放出するための安全弁16が設けられている。安全弁16を中央にして、蓋体13の一方側寄りには、蓋体13を貫通する外部負極端子14が設けられ、蓋体13の他方側寄りの位置には、蓋体13を貫通する外部正極端子が設けられる。   At the center of the lid 13 is provided a safety valve 16 for releasing gas generated inside when the internal pressure of the battery case 10 rises. With the safety valve 16 at the center, an external negative electrode terminal 14 penetrating the lid 13 is provided on one side of the lid 13, and at a position near the other side of the lid 13, the outside penetrating the lid 13 A positive terminal is provided.

積層型の電極群は、いずれもシート状の複数の正極2と複数の負極3およびこれらの間に介在する複数のセパレータ1により構成されている。各正極2の一端部には、正極リード片2aが形成されている。複数の正極2の正極リード片2aは束ねられ、電池ケース10の蓋体13に設けられた外部正極端子に接続されている。同様に、各負極3の一端部には、負極リード片3aが形成されている。複数の負極3の負極リード片3aは束ねられ、電池ケース10の蓋体13に設けられた外部負極端子14に接続される。   The stacked electrode group is constituted by a plurality of sheet-like positive electrodes 2 and a plurality of negative electrodes 3 and a plurality of separators 1 interposed therebetween. A positive electrode lead piece 2 a is formed at one end of each positive electrode 2. The positive electrode lead pieces 2 a of the plurality of positive electrodes 2 are bundled and connected to an external positive electrode terminal provided on the lid 13 of the battery case 10. Similarly, at one end of each negative electrode 3, a negative electrode lead piece 3 a is formed. The negative electrode lead pieces 3 a of the plurality of negative electrodes 3 are bundled and connected to the external negative electrode terminal 14 provided on the lid 13 of the battery case 10.

外部正極端子および外部負極端子14は、いずれも柱状であり、少なくとも外部に露出する部分が螺子溝を有する。各端子の螺子溝にはナット7が嵌められ、ナット7を回転することにより蓋体13に対してナット7が固定される。各端子の電池ケース10内部に収容される部分には、鍔部8が設けられており、ナット7の回転により、鍔部8が、蓋体13の内面に、O−リング状のガスケット9を介して固定される。   Each of the external positive electrode terminal and the external negative electrode terminal 14 has a columnar shape, and at least a portion exposed to the outside has a screw groove. A nut 7 is fitted in a screw groove of each terminal, and the nut 7 is fixed to the lid 13 by rotating the nut 7. A collar 8 is provided at a portion of each terminal housed in the battery case 10, and the collar 8 is provided with an O-ring gasket 9 on the inner surface of the lid 13 by the rotation of the nut 7. It is fixed through.

(正極)
正極は、正極集電体と、正極集電体に担持された正極活物質(または正極合剤)とを含む。正極集電体は、金属箔でもよく、金属多孔体でもよい。正極集電体の材質としては、正極電位での安定性の観点から、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material (or positive electrode mixture) carried on the positive electrode current collector. The positive electrode current collector may be a metal foil or a metal porous body. As a material of the positive electrode current collector, aluminum, an aluminum alloy and the like are preferable from the viewpoint of stability at the positive electrode potential.

正極活物質は、ナトリウム含有複合酸化物(1)〜(3)のいずれかを単独で用いてもよく、これらを組み合わせて用いてもよく、他のナトリウムイオンを吸蔵および放出(または挿入および脱離)する材料(以下、第2正極活物質)と併用してもよい。第2正極活物質は、特に限定されないが、亜クロム酸ナトリウム(NaCrO)、ニッケルマンガン酸ナトリウム(NaNi0.5Mn0.52、Na2/3Ti1/6Ni1/3Mn1/2など)、鉄コバルト酸ナトリウム(NaFe0.5Co0.5など)、鉄マンガン酸ナトリウム(Na2/3Fe1/3Mn2/32など)などが挙げられる。 As the positive electrode active material, any of sodium-containing composite oxides (1) to (3) may be used alone or in combination, and these may be used in combination with storage and release (or insertion and removal of other sodium ions). You may use together with the material (following and 2nd positive electrode active material) to separate. The second positive electrode active material is not particularly limited, but sodium chromite (NaCrO 2 ), sodium nickel manganate (NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , Na 2/3 Ti 1/6 Ni 1/3 Mn 1/2 O 2 ), sodium iron cobaltate (such as NaFe 0.5 Co 0.5 O 2 ), sodium ferromanganate (such as Na 2/3 Fe 1/3 Mn 2/3 O 2 ), and the like.

正極合剤は、正極活物質に加え、さらに導電助剤および/またはバインダを含むことができる。正極は、正極集電体に正極合剤を塗布または充填し、乾燥し、必要に応じて、乾燥物を厚み方向に圧延することにより得られる。正極合剤は、通常、分散媒を含むスラリーの形態で使用される。   The positive electrode mixture can further contain a conductive aid and / or a binder in addition to the positive electrode active material. The positive electrode is obtained by coating or filling a positive electrode current collector with a positive electrode mixture, drying it, and rolling the dried product in the thickness direction as necessary. The positive electrode mixture is usually used in the form of a slurry containing a dispersion medium.

導電助剤としては、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維などが挙げられる。バインダとしては、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、ゴム状重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂(ポリアミドイミドなど)、セルロースエーテルなどが挙げられる。分散媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP:N-methyl-2-pyrrolidone)などの有機溶媒の他、水などが用いられる。   As a conductive support agent, carbon black, graphite, carbon fiber etc. are mentioned. The binder may, for example, be a fluorine resin, a polyolefin resin, a rubbery polymer, a polyamide resin, a polyimide resin (polyamide imide etc.) or a cellulose ether. As a dispersion medium, water etc. are used other than organic solvents, such as N- methyl -2- pyrrolidone (NMP: N- methyl -2- pyrolidone), for example.

(負極)
負極は、負極集電体と、負極集電体に担持された負極活物質(または負極合剤)とを含む。負極集電体は、正極集電体と同様に、金属箔または金属多孔体であってもよい。負極集電体の材質としては、ナトリウムと合金化せず、負極電位で安定であることから、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼などが好ましい。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material (or negative electrode mixture) carried on the negative electrode current collector. Like the positive electrode current collector, the negative electrode current collector may be a metal foil or a metal porous body. The material of the negative electrode current collector is preferably copper, a copper alloy, nickel, a nickel alloy, stainless steel or the like because it does not form an alloy with sodium and is stable at the negative electrode potential.

負極活物質としては、ナトリウムイオンを可逆的に吸蔵および放出(もしくは挿入および脱離)する材料、ナトリウムと合金化する材料などの少なくとも1種を用いることができる。具体的には、ナトリウム、チタン、亜鉛、インジウム、スズ、ケイ素などの金属またはその合金もしくは化合物;炭素材料などが例示できる。金属化合物としては、チタン酸リチウム(Li2Ti37、Li4Ti512など)、チタン酸ナトリウム(Na2Ti37、Na4Ti12など)が例示できる。炭素材料としては、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)などが例示できる。 As the negative electrode active material, at least one of a material that reversibly occludes and releases (or inserts and desorbs) sodium ions, a material that alloys with sodium, and the like can be used. Specifically, metals such as sodium, titanium, zinc, indium, tin, silicon or alloys or compounds thereof; carbon materials can be exemplified. Examples of the metal compound include lithium titanate (such as Li 2 Ti 3 O 7 and Li 4 Ti 5 O 12 ) and sodium titanate (such as Na 2 Ti 3 O 7 and Na 4 Ti 5 O 12 ). Examples of carbon materials include graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), and the like.

負極は、例えば、正極の場合に準じて、負極集電体に、負極活物質を含む負極合剤を塗布または充填し、乾燥し、乾燥物を厚み方向に圧延することにより形成できる。負極活物質には、必要に応じて、ナトリウムイオンをプレドープしてもよい。   The negative electrode can be formed, for example, by applying or filling a negative electrode mixture containing a negative electrode active material to a negative electrode current collector in the same manner as in the case of a positive electrode, drying it, and rolling the dried material in the thickness direction. The negative electrode active material may be pre-doped with sodium ions, if necessary.

(セパレータ)
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜、不織布などが使用できる。セパレータの材質は、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などが例示できる。
(Separator)
As the separator, a resin microporous membrane, non-woven fabric, etc. can be used. Examples of the material of the separator include polyolefin resin, polyphenylene sulfide resin, polyamide resin, and polyimide resin.

(非水電解質)
非水電解質は、ナトリウムイオン伝導性を有する限り特に限定されない。例えば、有機溶媒にナトリウム塩を溶解させた有機電解質を用いることができる。このとき、非水電解質におけるナトリウム塩の濃度は、例えば0.3〜3mol/リットルであればよい。また、ナトリウムイオンおよびアニオンを含むイオン液体を用いてもよい。なお、「イオン液体」とは、溶融状態の塩(溶融塩)である。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it has sodium ion conductivity. For example, an organic electrolyte in which a sodium salt is dissolved in an organic solvent can be used. At this time, the concentration of the sodium salt in the non-aqueous electrolyte may be, for example, 0.3 to 3 mol / liter. Alternatively, an ionic liquid containing sodium ions and anions may be used. The “ionic liquid” is a salt in a molten state (molten salt).

ナトリウム塩を構成するアニオンの種類は特に限定されないが、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、過塩素酸イオン(ClO )、ビス(オキサラト)ボレートイオン(B(C )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビススルホニルアミドアニオンなどの少なくとも1種が用いられる。 The type of anion constituting the sodium salt is not particularly limited, but hexafluorophosphate ion (PF 6 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), perchlorate ion (ClO 4 ), bis (oxalato) At least one of borate ion (B (C 2 O 4 ) 2 ), trifluoromethane sulfonate ion (CF 3 SO 3 ), bissulfonylamide anion and the like is used.

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトンなどの環状炭酸エステルなどを好ましく用いることができる。これらは適宜組み合わせて用いられる。   As the organic solvent, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate; linear carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as γ-butyrolactone and the like can be preferably used. These are used in combination as appropriate.

イオン液体は、ナトリウムイオン(第1カチオン)に加え、さらに第2カチオンを含んでいてもよい。第2カチオンとしては、有機カチオンが好ましく、中でも、窒素含有オニウムカチオンが好ましい。   The ionic liquid may further contain a second cation in addition to the sodium ion (first cation). The second cation is preferably an organic cation, and more preferably a nitrogen-containing onium cation.

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
《実施例1》
本実施例では、以下の要領で、ナトリウム含有複合酸化物(1)を調製した。
Na2CO3、TiO2(アナターゼ型)およびMn23を、所定のモル比で混合し、300rpmのボールミルで5時間混合して第1原料を得た。得られた第1原料をペレットに成形した後、不活性雰囲気中で、800℃で12時間焼成し、xNaMnO2−(1−x)TiO2で表され、x=0.67、0.75、0.8、0.9の4種類のナトリウム含有複合酸化物(1)を得た。このとき、ナトリウム含有複合酸化物の組成式は、概ね以下で表すことができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
Example 1
In the present example, the sodium-containing composite oxide (1) was prepared in the following manner.
Na 2 CO 3 , TiO 2 (anatase type) and Mn 2 O 3 were mixed at a predetermined molar ratio, and mixed in a ball mill of 300 rpm for 5 hours to obtain a first raw material. The obtained first raw material is formed into pellets, which are calcined at 800 ° C. for 12 hours in an inert atmosphere, and represented by xNaMnO 2- (1-x) TiO 2 , x = 0.67, 0.75 , 0.8, 0.9 four kinds of sodium containing complex oxides (1) were obtained. At this time, the composition formula of the sodium-containing composite oxide can be approximately expressed as follows.

Na0.67Mn0.67Ti0.332(x=0.67)
Na0.75Mn0.75Ti0.252(x=0.75)
Na0.8Mn0.8Ti0.22(x=0.8)
Na0.9Mn0.9Ti0.12(x=0.9)
Na 0.67 Mn 0.67 Ti 0.33 O 2 (x = 0.67)
Na 0.75 Mn 0.75 Ti 0.25 O 2 (x = 0.75)
Na 0.8 Mn 0.8 Ti 0.2 O 2 (x = 0.8)
Na 0.9 Mn 0.9 Ti 0.1 O 2 (x = 0.9)

次に、合成されたナトリウム含有複合酸化物(1)と、導電助材としてのアセチレンブラックとを質量比9:1で混合し、300rpmのボールミルで6時間混合して、ナトリウム含有複合酸化物(1)と炭素材料とを複合化した。   Next, the synthesized sodium-containing composite oxide (1) and acetylene black as a conductive additive are mixed at a mass ratio of 9: 1, mixed in a ball mill of 300 rpm for 6 hours, and mixed with sodium-containing composite oxide ( 1) and the carbon material were compounded.

次に、炭素材料と複合化されたナトリウム含有複合酸化物(1)とバインダとしてのポリフッ化ビニリデンとを質量比93:7で混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を分散媒として含むスラリーを調製した。得られたスラリーを集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布した。塗膜の厚さは40μmとした。塗膜を十分に乾燥させた後、アルミニウム箔とともに打ち抜いて、直径1.0cmのコイン形の電極を得た。   Next, a sodium-containing composite oxide (1) complexed with a carbon material and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed at a mass ratio of 93: 7, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is dispersed. A slurry containing as a medium was prepared. The obtained slurry was applied to one side of a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector. The thickness of the coating was 40 μm. The coated film was sufficiently dried and then punched out with an aluminum foil to obtain a coin-shaped electrode having a diameter of 1.0 cm.

次に、対極となる金属ナトリウム箔と、ナトリウムイオン伝導性の非水電解質とを用いて、コイン形セルを作製した。ナトリウムイオン伝導性の非水電解質には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比1:1の混合溶媒にNaPF6を1mol/L濃度で溶解させたものを用いた。コイン形セルを、下限電圧1.2V、上限電圧4.5V、10mA/gの定電流で充放電し、サイクル特性を評価した。 Next, a coin-shaped cell was produced using a metallic sodium foil as a counter electrode and a non-aqueous electrolyte having sodium ion conductivity. The sodium ion conductive non-aqueous electrolyte, a volume ratio of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) 1: was used as the a NaPF 6 dissolved at 1 mol / L concentration in a mixed solvent of 1. The coin-shaped cell was charged and discharged at a constant current of 10 mA / g at a lower limit voltage of 1.2 V, an upper limit voltage of 4.5 V, and the cycle characteristics were evaluated.

図2に、ナトリウム含有複合酸化物(1)と参照酸化物(NaMnO2、NaMnTiO4)のXRDパターンを示す。ナトリウム含有複合酸化物(1)は、NaMnO2と同様のO3型層状岩塩構造を有することが理解できる。また、x値が小さくなるほど、NaMnTiO4のトンネル型結晶構造に近づくことが理解できる。 2 shows an XRD pattern of the sodium-containing composite oxide (1) and the reference oxide (NaMnO 2, NaMnTiO 4). Sodium-containing composite oxide (1) it may be understood to have the same O3 type layered rock salt structure and NaMnO 2. It can also be understood that the smaller the x value, the closer to the tunnel crystal structure of NaMnTiO 4 .

以下にXRDの測定条件を示す。
X線:CuKα
電圧−電流:40kV−20mA
測定角度範囲:2θ=10〜70°
ステップ:0.02°
スキャンスピード:6°/分
The measurement conditions of XRD are shown below.
X-ray: CuKα
Voltage-current: 40kV-20mA
Measurement angle range: 2θ = 10-70 °
Step: 0.02 °
Scanning speed: 6 ° / min

図3に、ナトリウム含有複合酸化物(1)を電極活物質とするコイン型セルの充放電特性を示す。また、図4に、NaMnO2を電極活物質とするコイン型セルの充放電特性を示す。また、図5に、NaMnTiO4を電極活物質とするコイン型セルの充放電特性を示す。図6には、ナトリウム含有複合酸化物(1)を電極活物質とするコイン型セルのサイクル特性をまとめて示す。 FIG. 3 shows charge / discharge characteristics of a coin-type cell using sodium-containing composite oxide (1) as an electrode active material. Further, FIG. 4 shows charge / discharge characteristics of a coin-type cell using NaMnO 2 as an electrode active material. Further, FIG. 5 shows charge / discharge characteristics of a coin-type cell using NaMnTiO 4 as an electrode active material. FIG. 6 summarizes the cycle characteristics of a coin cell in which the sodium-containing composite oxide (1) is an electrode active material.

図4より、NaMnO2は、高容量を発現し得るものの、サイクル特性に改善の余地があることが理解できる。また、図5より、NaMnTiO4は、サイクル特性に優れるものの、容量に改善の余地があることが理解できる。一方、ナトリウム含有複合酸化物(1)は、高容量かつサイクル特性に優れており、NaMnO2とNaMnTiO4のそれぞれのメリットを有することが理解できる。また、x値が大きいほど高容量であり、x=0.75〜0.9の範囲では、高容量と良好なサイクル特性とを特にバランス良く両立できることがわかる。 It can be understood from FIG. 4 that although NaMnO 2 can express a high capacity, there is room for improvement in the cycle characteristics. Further, it can be understood from FIG. 5 that although NaMnTiO 4 has excellent cycle characteristics, there is room for improvement in capacity. On the other hand, it can be understood that the sodium-containing composite oxide (1) has high capacity and excellent cycle characteristics, and has the merits of NaMnO 2 and NaMnTiO 4 . The larger the value of x, the higher the capacity, and it can be seen that in the range of x = 0.75 to 0.9, both high capacity and good cycle characteristics can be achieved in a particularly balanced manner.

《実施例2》
次に、第1原料のペレットの焼成温度を1000℃に変更したこと以外、実施例1と同様に、ナトリウム含有複合酸化物(x=0.8)を合成し、同様に評価した。図7に、焼成温度が1000℃の場合と800℃の場合のナトリウム含有複合酸化物(1)のサイクル特性を対比して示す。図7より、焼成温度を高めることで、容量を更に高め得ることが理解できる。
Example 2
Next, a sodium-containing composite oxide (x = 0.8) was synthesized and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature of the pellets of the first raw material was changed to 1000 ° C. FIG. 7 shows the cycle characteristics of the sodium-containing composite oxide (1) at baking temperatures of 1000 ° C. and 800 ° C. in comparison. It can be understood from FIG. 7 that the capacity can be further increased by raising the firing temperature.

《実施例3》
本実施例では、以下の要領で、メカニカルミリングにより、ナトリウム含有複合酸化物(2)を調製した。
Na2CO3およびTiO2(アナターゼ型)を、所定のモル比で混合し、300rpmのボールミルで5時間混合し、空気中で、800℃で12時間焼成し、徐冷して、第2原料の一部としてNa2TiO3を得た。また、Na2CO3およびMn23を、所定のモル比で混合し、300rpmのボールミルで5時間混合し、Ar中で、850℃で2時間焼成し、徐冷して、第2原料の一部としてNaMnO2を得た。
Example 3
In the present example, the sodium-containing composite oxide (2) was prepared by mechanical milling in the following manner.
Na 2 CO 3 and TiO 2 (anatase type) are mixed at a predetermined molar ratio, mixed in a ball mill of 300 rpm for 5 hours, calcined in air at 800 ° C. for 12 hours, gradually cooled, the second raw material Na 2 TiO 3 was obtained as a part of In addition, Na 2 CO 3 and Mn 2 O 3 are mixed at a predetermined molar ratio, mixed for 5 hours in a ball mill of 300 rpm, calcined in Ar at 850 ° C. for 2 hours, and gradually cooled, the second raw material NaMnO 2 was obtained as part of

次に、Na2TiO3とNaMnO2とを所定のモル比で混合し、600rpmのボールミルで48時間メカニカルミリングし、yNa2TiO3−(1−y)NaMnO2で表され、y=0.22(2/9)、0.33(1/3)、0.5(1/2)の3種類のナトリウム含有複合酸化物(2)を得た。このとき、ナトリウム含有複合酸化物の組成式は、概ね以下で表すことができる。 Next, Na 2 TiO 3 and NaMnO 2 are mixed at a predetermined molar ratio, mechanically milled in a ball mill at 600 rpm for 48 hours, and expressed as yNa 2 TiO 3- (1-y) NaMnO 2 , y = 0 Three types of sodium-containing composite oxides (2) of 22 (2/9), 0.33 (1/3) and 0.5 (1/2) were obtained. At this time, the composition formula of the sodium-containing composite oxide can be approximately expressed as follows.

Na1.1Mn0.7Ti0.22(y=2/9)
Na1.14Mn0.57Ti0.292(y=1/3)
Na1.2Mn0.4Ti0.42(y=1/2)
Na 1.1 Mn 0.7 Ti 0.2 O 2 (y = 2/9 )
Na 1.14 Mn 0.57 Ti 0.29 O 2 (y = 1/3)
Na 1.2 Mn 0.4 Ti 0.4 O 2 (y = 1/2)

次に、実施例1と同様に、合成されたナトリウム含有複合酸化物(2)を炭素材料と複合化した。次に、炭素材料と複合化されたナトリウム含有複合酸化物(2)を用いて、実施例1と同様に、直径1.0cmのコイン形の電極を得た。そして、実施例1と同様にコイン形セルを作製し、下限電圧1.2V、上限電圧4.3Vまたは4.5V、10mA/gの定電流で充放電し、サイクル特性を評価した。   Next, as in Example 1, the synthesized sodium-containing composite oxide (2) was complexed with a carbon material. Next, using a sodium-containing composite oxide (2) complexed with a carbon material, a coin-shaped electrode having a diameter of 1.0 cm was obtained as in Example 1. Then, a coin-shaped cell was produced in the same manner as in Example 1, and charge and discharge were performed with a lower limit voltage of 1.2 V, an upper limit voltage of 4.3 V or 4.5 V, and a constant current of 10 mA / g to evaluate cycle characteristics.

図8に、実施例1と同様の条件で測定したナトリウム含有複合酸化物(2)と参照酸化物(NaMnO2、Na2TiO3)のXRDパターンを示す。図8より、ナトリウム含有複合酸化物(2)が、NaMnO2ともNa2TiO3とも異なるカチオン不規則配列型岩塩構造を有することが理解できる。 FIG. 8 shows XRD patterns of the sodium-containing composite oxide (2) and the reference oxides (NaMnO 2 , Na 2 TiO 3 ) measured under the same conditions as in Example 1. It can be understood from FIG. 8 that the sodium-containing composite oxide (2) has a cation irregularly-ordered rock salt structure which is different from NaMnO 2 and Na 2 TiO 3 .

図9にナトリウム含有複合酸化物(2)を電極活物質とするコイン型電池の充放電特性を示す。図9より、y=2/9まではy値が小さいほど高容量が得られることや、y=1/3付近でより良好なサイクル特性が得られることが理解できる。   FIG. 9 shows charge / discharge characteristics of a coin-type battery using the sodium-containing composite oxide (2) as an electrode active material. From FIG. 9, it can be understood that as the y value is smaller, a higher capacity can be obtained up to y = 2/9, and a better cycle characteristic can be obtained around y = 1/3.

図10に、ナトリウム含有複合酸化物(2)を電極活物質とするコイン型電池のサイクル特性を示す。また、図10には、同様の結晶構造を有し、概ねNa1.3Nb0.3Mn0.42の組成式を有するナトリウム含有複合酸化物を電極活物質とするコイン型電池のサイクル特性も示す。Na1.3Nb0.3Mn0.42は、酸化物イオンの固相レドックス反応により高容量を発現することが判明している。図10より、ナトリウム含有複合酸化物(2)によれば、Na1.3Nb0.3Mn0.42と同程度の高容量が得られることに加え、よりサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池を得ることができることがわかる。 FIG. 10 shows cycle characteristics of a coin-type battery using sodium-containing composite oxide (2) as an electrode active material. Further, FIG. 10 also shows cycle characteristics of a coin-type battery in which a sodium-containing composite oxide having a similar crystal structure and a composition formula of about Na 1.3 Nb 0.3 Mn 0.4 O 2 is used as an electrode active material. It has been found that Na 1.3 Nb 0.3 Mn 0.4 O 2 develops high capacity by solid phase redox reaction of oxide ions. From FIG. 10, according to the sodium-containing composite oxide (2), in addition to the fact that a high capacity comparable to Na 1.3 Nb 0.3 Mn 0.4 O 2 is obtained, a sodium ion secondary battery having more excellent cycle characteristics is obtained. I know that I can do it.

《実施例4》
本実施例では、以下の要領で、メカニカルミリングにより、ナトリウム含有複合酸化物(3)を調製した。
実施例3と同様に調製したO3型層状岩塩構造のNaMnO2を、600rpmのボールミルで48時間メカニカルミリングし、カチオン不規則配列型岩塩構造のNaMnO2(ナトリウム含有複合酸化物(3))を得た。
Example 4
In the present example, the sodium-containing composite oxide (3) was prepared by mechanical milling in the following manner.
NaMnO 2 of the O 3 type layered rock salt structure prepared in the same manner as in Example 3 is mechanically milled with a ball mill at 600 rpm for 48 hours to obtain NaMnO 2 (sodium-containing composite oxide (3)) of cation disordered ordered rock salt structure. The

次に、実施例1と同様に、ナトリウム含有複合酸化物(3)を炭素材料と複合化した。次に、炭素材料と複合化されたナトリウム含有複合酸化物(3)を用いて、実施例1と同様に、直径1.0cmのコイン形の電極を得た。そして、実施例1と同様にコイン形セルを作製し、下限電圧1.2V、上限電圧4.5V、10mA/gの定電流で充放電し、サイクル特性を評価した。   Next, in the same manner as Example 1, the sodium-containing composite oxide (3) was complexed with the carbon material. Next, using a sodium-containing composite oxide (3) complexed with a carbon material, a coin-shaped electrode having a diameter of 1.0 cm was obtained as in Example 1. Then, a coin type cell was produced in the same manner as in Example 1, and charge and discharge were performed at a constant current of lower limit voltage 1.2 V, upper limit voltage 4.5 V, 10 mA / g, and cycle characteristics were evaluated.

図11に、実施例1と同様の条件で測定したナトリウム含有複合酸化物(3)と参照酸化物(O3型層状岩塩構造のNaMnO2)のXRDパターンを示す。図11より、ナトリウム含有複合酸化物(3)が、カチオン不規則配列型岩塩構造を有することが理解できる。 FIG. 11 shows the XRD patterns of the sodium-containing composite oxide (3) and the reference oxide (NaMnO 2 of the O3 type layered rock salt structure) measured under the same conditions as in Example 1. It can be understood from FIG. 11 that the sodium-containing composite oxide (3) has a cation irregularly arranged rock salt structure.

図12に、ナトリウム含有複合酸化物(3)(NaMnO2−MM)を電極活物質とするコイン型電池の充放電特性を示す。また、図12には、O3型層状岩塩構造NaMnO2(As−Prepared)を電極活物質とするコイン型電池のサイクル特性も示す。図12より、ナトリウム含有複合酸化物(3)によれば、O3型層状岩塩構造NaMnO2よりも高容量かつサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池を得ることができることがわかる。 FIG. 12 shows charge / discharge characteristics of a coin-type battery using sodium-containing composite oxide (3) (NaMnO 2 -MM) as an electrode active material. Further, FIG. 12 also shows cycle characteristics of a coin-type battery using an O 3 -type layered rock salt structure NaMnO 2 (As-Prepared) as an electrode active material. From FIG. 12, it can be seen that according to the sodium-containing composite oxide (3), it is possible to obtain a sodium ion secondary battery having higher capacity and better cycle characteristics than the O 3 -type layered rock salt structure NaMnO 2 .

図13に、ナトリウム含有複合酸化物(3)を電極活物質とするコイン型電池のサイクル特性を示す。図13より、ナトリウム含有複合酸化物(3)によれば、O3型層状岩塩構造NaMnO2よりもサイクル特性に優れたナトリウムイオン二次電池を得ることができることがわかる。 FIG. 13 shows the cycle characteristics of a coin battery in which the sodium-containing composite oxide (3) is used as the electrode active material. From FIG. 13, it can be seen that according to the sodium-containing composite oxide (3), it is possible to obtain a sodium ion secondary battery having better cycle characteristics than the O 3 -type layered rock salt structure NaMnO 2 .

本発明に係るナトリウムイオン二次電池用電極活物質は、高容量かつ良好なサイクル特性を有するナトリウムイオン二次電池の材料として有用である。   The electrode active material for a sodium ion secondary battery according to the present invention is useful as a material of a sodium ion secondary battery having high capacity and good cycle characteristics.

1:セパレータ、2:正極、2a:正極リード片、3:負極、3a:負極リード片、7:ナット、8:鍔部、9:ガスケット、10:電池ケース、12:容器本体、13:蓋体、14:外部負極端子、16:安全弁、100:ナトリウムイオン二次電池   1: Separator, 2: Positive electrode, 2a: Positive electrode lead piece, 3: Negative electrode, 3a: Negative electrode lead piece, 7: Nut, 8: Flange, 9: Gasket, 10: Battery case, 12: Container body, 13: Lid Body, 14: External negative terminal, 16: Safety valve, 100: Sodium ion secondary battery

Claims (11)

O3型層状岩塩構造を有し、
一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、
M1はMnを含み、M2はTiを含む、ナトリウム含有複合酸化物を含む、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質。
Has O3 type layered rock salt structure,
General formula (1): x [NaM1O2- [ alpha ]]-(1-x) [M2O2- [ beta ]] (wherein 0.5 <x <0.9, -0.1 <[alpha] <0.1 and- 0.1 ≦ β ≦ 0.1),
An electrode active material for a sodium ion secondary battery, including a sodium-containing composite oxide in which M1 contains Mn and M2 contains Ti.
カチオン不規則配列型岩塩構造を有し、
一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)、または
一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、
M1はMnを含み、M2はTiを含む、ナトリウム含有複合酸化物を含む、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質。
Has a cation irregularly arranged rock salt structure,
Formula (2): y [Na 2 M2O 3-γ] - (1-y) [NaM1O 2-δ] ( however, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, -0.1 ≦ δ ≦ 0.1 , −0.1 ≦ γ ≦ 0.1), or General Formula (3): NaM 1 O 2 −ε (−0.1 ≦ ε ≦ 0.1),
An electrode active material for a sodium ion secondary battery, including a sodium-containing composite oxide in which M1 contains Mn and M2 contains Ti.
前記一般式(2)で表されるナトリウム含有複合酸化物が、酸化物イオンの固相レドックス反応により容量を発現する、請求項2に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質。   The electrode active material for a sodium ion secondary battery according to claim 2, wherein the sodium-containing composite oxide represented by the general formula (2) expresses a capacity by a solid phase redox reaction of an oxide ion. M1に占めるMnの割合が50モル%以上である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質。   The electrode active material for a sodium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the proportion of Mn in M1 is 50 mol% or more. M2に占めるTiの割合が50モル%以上である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質。   The electrode active material for a sodium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio of Ti to M2 is 50 mol% or more. Na、M1およびM2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第1原料を焼成する固相反応により、
一般式(1):x[NaM1O2-α]−(1−x)[M2O2-β](ただし、0.5≦x≦0.9、−0.1≦α≦0.1および−0.1≦β≦0.1)で表され、O3型層状岩塩構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。
Na, M1 and M2 containing, M1 containing Mn, M2 by the solid phase reaction of firing the first raw material containing Ti,
General formula (1): x [NaM1O2- [ alpha ]]-(1-x) [M2O2- [ beta ]] (wherein 0.5 <x <0.9, -0.1 <[alpha] <0.1 and- The manufacturing method of the electrode active material for sodium ion secondary batteries which has the process of preparing the sodium containing complex oxide which is represented by 0.1 <= (beta) <= 0.1 and which has an O3 type layered rock salt structure.
前記第1原料が、Na2CO3、TiO2およびMn23を含む、請求項6に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。 Wherein the first material comprises Na 2 CO 3, TiO 2 and Mn 2 O 3, the manufacturing method of the sodium ion secondary battery electrode active material according to claim 6. Na2M2O3およびNaM1O2を含み、M1はMnを含み、M2はTiを含む第2原料をメカニカルミリングすることにより、
一般式(2):y[Na2M2O3-γ]−(1−y)[NaM1O2-δ](ただし、0.1≦y≦0.5、−0.1≦δ≦0.1、−0.1≦γ≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。
By mechanical milling a second material containing Na 2 M 2 O 3 and NaM 1 O 2 , M 1 containing Mn and M 2 containing
Formula (2): y [Na 2 M2O 3-γ] - (1-y) [NaM1O 2-δ] ( however, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, -0.1 ≦ δ ≦ 0.1 , 0.1 ≦ γ ≦ 0.1), and has a step of preparing a sodium-containing composite oxide having a rock salt type crystal structure of a cation irregular arrangement type, for an electrode active material for a sodium ion secondary battery Production method.
前記第2原料が、Na2TiO3およびNaMnO2を含む、請求項8に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。 It said second material comprises Na 2 TiO 3 and NaMnO 2, a manufacturing method of a sodium ion secondary battery electrode active material according to claim 8. O3型層状構造のNaM1O2を含み、M1はMnを含む第3原料をメカニカルミリングすることにより、
一般式(3):NaM1O2-ε(−0.1≦ε≦0.1)で表され、カチオン不規則配列型の岩塩型結晶構造を有するナトリウム含有複合酸化物を調製する工程を有する、ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。
By mechanical milling of a third raw material containing Mn and containing NaM 1 O 2 of O 3 type layered structure,
Having a step of preparing a sodium-containing composite oxide represented by the general formula (3): NaM 1 O 2 -ε (−0.1 ≦ ε ≦ 0.1) and having a rock salt type crystal structure of cation irregular arrangement type, The manufacturing method of the electrode active material for sodium ion secondary batteries.
前記第3原料が、NaMnO2を含む、請求項10に記載のナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造方法。

The method of manufacturing an electrode active material for a sodium ion secondary battery according to claim 10, wherein the third raw material contains NaMnO 2 .

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