JP2020084208A - Ally, electricity storage device, and manufacturing method of alloy - Google Patents

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尊夫 井上
和彦 向
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和彦 向
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Abstract

To provide an alloy with a novel composition.SOLUTION: An alloy is represented by MLi, where M is one or more of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, when M is Si, Ge and Sn, 4<x≤9 is satisfied, when M is Sb and Bi, 3<x≤6 is satisfied, and when M is Al, 1<x≤3 is satisfied.SELECTED DRAWING: None

Description

本明細書では、合金、蓄電デバイス及び合金の製造方法を開示する。 The present specification discloses an alloy, a power storage device, and a method for manufacturing the alloy.

従来、蓄電デバイスの負極としては、珪素を含む負極材料に結着材及び溶剤を加えスラリーを調製し、このスラリーを導電性金属箔に塗布し、溶剤を除去したのち非酸化雰囲気で焼成し基材と一体化させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この負極では、珪素を活物質として含む焼結体と集電体との間の接触抵抗を低減することができるとしている。 Conventionally, as a negative electrode of an electricity storage device, a binder and a solvent are added to a negative electrode material containing silicon to prepare a slurry, the slurry is applied to a conductive metal foil, the solvent is removed, and then the slurry is baked in a non-oxidizing atmosphere. A material integrated with a material has been proposed (for example, see Patent Document 1). It is said that this negative electrode can reduce the contact resistance between the sintered body containing silicon as an active material and the current collector.

特開平11−339777号公報JP, 11-339777, A

ところで、珪素などLiを吸蔵、放出する金属材料において、単位体積もしくは単位質量あたりのLi吸蔵量は一定の値が限界であり、そのLi吸蔵量を超えることはできなかった。このように、従来の限界を超えるLi吸蔵量を実現する技術が求められていた。 By the way, in a metal material such as silicon that occludes and releases Li, the amount of occluded Li per unit volume or unit mass is limited to a fixed value, and the amount of occluded Li cannot be exceeded. As described above, there has been a demand for a technique that realizes a Li storage amount that exceeds the conventional limit.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、新規な組成の合金及びその製造方法、ならびにそれを用いた蓄電デバイスを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and a main object of the present disclosure is to provide an alloy having a novel composition, a method for producing the alloy, and an electricity storage device using the alloy.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、Liを吸蔵放出する金属材料において、Liが過剰量である所定の組成範囲内で高圧で処理を行うと、Li金属が単離して存在しない合金が製造できることを見いだし、本開示の合金、蓄電デバイス及び合金の製造方法を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that when a metal material that absorbs and releases Li is treated at a high pressure within a predetermined composition range in which Li is an excessive amount, Li metal becomes It has been found that an alloy that does not exist in isolation can be manufactured, and the alloy, the electricity storage device, and the method for manufacturing the alloy of the present disclosure have been completed.

即ち、本明細書で開示する合金は、
MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表されるものである。
That is, the alloys disclosed herein are
MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and when M is Sb and Bi, 3 <x<8 is satisfied, and when M is Al, 1<x<5 is satisfied).

本明細書で開示する蓄電デバイスは、
正極活物質を有する正極と、
上述した合金を負極活物質として有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し、Liイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えたものである。
The power storage device disclosed in the present specification is
A positive electrode having a positive electrode active material,
A negative electrode having the above alloy as a negative electrode active material,
An ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts Li ions,
It is equipped with.

本明細書で開示する合金の製造方法は、
MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表される組成になるようM金属とLi金属とを混合し、6MPaを超える加圧処理を行う合金化工程、を含むものである。
The method of making the alloys disclosed herein comprises
MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and when M is Sb and Bi, 3 An alloying step of mixing M metal and Li metal so that the composition represented by <x<8 is satisfied and 1<x<5 is satisfied when M is Al, and a pressure treatment exceeding 6 MPa is performed, Is included.

本開示では、新規な組成の合金及びその製造方法、ならびにそれを用いた蓄電デバイスを提供することができる。例えば、従来の製造方法では、金属材料に電気化学的にLiを挿入させることが一般的であるが、例えば、一般式MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうち1以上)で表した場合、MがSi,Ge及びSnのときxは4以下であり、MがSb及びBiのときxは3以下であり、MがAlのときxは1以下であり、それぞれが上限値であった。一方、本開示では、M金属に過剰量のLi金属を加えた状態で加圧処理することにより、Liが十分に入り、Li金属が残存しにくく、MLix合金が得られるものと推察される。このLi過剰量の限界値は、M金属に依存し、MがSi,Ge及びSnのときはxの上限が12未満、MがSb及びBiのときはxの上限が8未満、MがAlのときはxの上限が5未満であるものと推察される。 The present disclosure can provide an alloy having a novel composition, a method for producing the alloy, and an electricity storage device using the alloy. For example, in a conventional manufacturing method, it is common to electrochemically insert Li into a metal material. For example, a general formula MLi x (where M is Si, Ge, Sn, Sb, Bi or Al) is used. When M is Si, Ge, and Sn, x is 4 or less, when M is Sb and Bi, x is 3 or less, and when M is Al, x is 1 or less. , Each was the upper limit. On the other hand, in the present disclosure, it is speculated that by performing pressure treatment in a state in which an excessive amount of Li metal is added to M metal, Li is sufficiently introduced, Li metal is unlikely to remain, and an MLi x alloy is obtained. .. The limit value of this Li excess depends on the M metal, and the upper limit of x is less than 12 when M is Si, Ge and Sn, the upper limit of x is less than 8 when M is Sb and Bi, and M is Al. When, the upper limit of x is presumed to be less than 5.

蓄電デバイス20の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the electrical storage device 20. 実施例1の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。3 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 1. 比較例1の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。3 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 1. 実施例2の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。The electrochemical evaluation and the differential scanning calorimetry measurement result of Example 2. 比較例2の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。5 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 2. 実施例3の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。The electrochemical evaluation of Example 3 and a differential scanning calorimetry result. 比較例3の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。7 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 3. 実施例4の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。The electrochemical evaluation and the differential scanning calorimetry result of Example 4. 比較例4の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。8 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 4. 実施例5の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。5 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 5. 比較例5の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。5 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 5. 実施例6の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。7 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 6. 比較例6の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。7 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 6. 比較例7の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果。7 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 7.

(合金)
本明細書で開示する合金は、MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表されるものである。この合金は、常温常圧下で電気化学的にLiを挿入した合金組成よりも多くのLiを吸蔵することができる。Mは、例えばLiの吸蔵量が大きいSi,Ge,Snなどがより好ましい。MがSi,Ge及びSnのとき、xはより大きいことがLi吸蔵量の関係から好ましく、4.2以上が好ましく、4.5以上がより好ましく、5以上が更に好ましい。また、MがSi,Ge及びSnのとき、xは、Li金属の存在の観点からは、11以下が好ましく、10以下がより好ましく、9以下が更に好ましい。MがSi,Ge及びSnのとき、xが9以下では、Li金属が存在せず好ましい。また、MがSb及びBiのとき、xはより大きいことがLi吸蔵量の関係から好ましく、3.2以上が好ましく、3.5以上がより好ましく、4以上が更に好ましい。また、MがSb及びBiのとき、xは、Li金属の存在の観点からは、7.5以下が好ましく、7以下がより好ましく、6以下が更に好ましい。MがSb及びBiのとき、xが6以下では、Li金属が存在せず好ましい。また、MがAlのとき、xはより大きいことがLi吸蔵量の関係から好ましく、1.2以上が好ましく、1.5以上がより好ましく、2以上が更に好ましい。また、MがAlのとき、xは、Li金属の存在の観点からは、4.5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。MがAlのとき、xが3以下では、Li金属が存在せず好ましい。
(alloy)
The alloy disclosed in the present specification is MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied. , M is Sb and Bi, 3<x<8 is satisfied, and when M is Al, 1<x<5 is satisfied). This alloy can occlude more Li than the alloy composition in which Li is electrochemically inserted at room temperature and atmospheric pressure. M is more preferably Si, Ge, Sn, or the like, which has a large amount of absorbed Li. When M is Si, Ge and Sn, it is preferable that x is larger in view of the Li storage amount, preferably 4.2 or more, more preferably 4.5 or more, still more preferably 5 or more. Further, when M is Si, Ge and Sn, x is preferably 11 or less, more preferably 10 or less, and further preferably 9 or less from the viewpoint of the presence of Li metal. When M is Si, Ge and Sn, and x is 9 or less, Li metal is not present, which is preferable. In addition, when M is Sb and Bi, it is preferable that x is larger in view of the Li storage amount, 3.2 or more is preferable, 3.5 or more is more preferable, and 4 or more is further preferable. Further, when M is Sb and Bi, x is preferably 7.5 or less, more preferably 7 or less, and further preferably 6 or less, from the viewpoint of the presence of Li metal. When M is Sb and Bi, and x is 6 or less, Li metal is not present, which is preferable. Further, when M is Al, it is preferable that x is larger, from the viewpoint of the amount of stored Li, preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more, still more preferably 2 or more. In addition, when M is Al, x is preferably 4.5 or less, more preferably 4 or less, and further preferably 3 or less, from the viewpoint of the presence of Li metal. When M is Al and x is 3 or less, Li metal does not exist, which is preferable.

この合金は、示差走査熱量(DSC)測定において5MPaの内部耐圧を有するステンレス製密閉測定容器に合金と電解液とを入れて密閉し、測定したときに175℃以上225℃以下の温度範囲に現れる発熱強度が1W/g以下であるものとしてもよい。このDSC測定において、175℃以上225℃以下の温度範囲に現れる発熱強度は、Li金属と電解液との反応熱である。したがって、この温度範囲の発熱強度が小さいほど合金に含まれるLi金属が少ないといえる。このため、このDSC測定は、合金に含まれるLi金属を定量する一手法とすることができる。このDSC測定において、電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比で1対1の比率で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解したものとする。また、このDSC測定において、密閉測定容器には、MLixの合金1molに対して、上記電解液を0.52μLを加えるものとする。そして、このDSC測定では、走査速度5℃/分で熱流量を計測するものとする。この測定結果において、175℃以上225℃以下の温度範囲に現れる発熱強度が1W/g以下であれば、Li金属が単独で存在しないMLixの合金であるものといえる。この発熱強度は、より小さいことが好ましく、0.8W/g以下が好ましく、0.5W/g以下がより好ましい。 This alloy appears in a temperature range of 175° C. or higher and 225° C. or lower when the alloy and the electrolytic solution are put into a closed stainless steel measuring container having an internal withstand pressure of 5 MPa in a differential scanning calorimeter (DSC) measurement and the container is sealed. The heat generation intensity may be 1 W/g or less. In this DSC measurement, the heat generation intensity that appears in the temperature range of 175° C. to 225° C. is the heat of reaction between the Li metal and the electrolytic solution. Therefore, it can be said that the smaller the exothermic strength in this temperature range, the less Li metal contained in the alloy. Therefore, this DSC measurement can be used as a method for quantifying the Li metal contained in the alloy. In this DSC measurement, the electrolytic solution is assumed to have LiPF 6 dissolved at 1 mol/L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1:1. Further, in this DSC measurement, the closed measurement container, the alloy 1mol of MLi x, and that adds 0.52μL the electrolyte solution. Then, in this DSC measurement, the heat flow rate is measured at a scanning speed of 5° C./min. In this measurement result, if the exothermic intensity appearing in the temperature range of 175° C. or higher and 225° C. or lower is 1 W/g or less, it can be said that the Li metal is an alloy of MLi x that does not exist alone. The heat generation intensity is preferably smaller, preferably 0.8 W/g or less, and more preferably 0.5 W/g or less.

MLixの合金(但しMはBiである)は、磁化率測定したときに、超伝導転移温度Tcが2.2K以上6K以下の範囲であるものとしてもよい。また、この超伝導転移温度Tcは、4K以上5.5K以下の範囲としてもよい。Bi単体の常温下における超伝導転移温度Tcは、0.53mKである。また、このBi単体は、9GPaの高圧下では、超伝導転移温度Tcが8.9Kである。したがって、このBiLix合金は、新規物質であるといえる。 The alloy of MLi x (where M is Bi) may have a superconducting transition temperature Tc in the range of 2.2 K or more and 6 K or less when the magnetic susceptibility is measured. The superconducting transition temperature Tc may be in the range of 4K or more and 5.5K or less. The superconducting transition temperature Tc of Bi alone at room temperature is 0.53 mK. Further, this Bi simple substance has a superconducting transition temperature Tc of 8.9 K under a high pressure of 9 GPa. Therefore, it can be said that this BiLi x alloy is a novel substance.

(合金の製造方法)
本明細書で開示する合金の製造方法は、M金属(Mの単体をいう)とLi金属とを所定範囲の組成で混合し、6MPaを超える加圧処理を行う合金化工程を含むものとしてもよい。
(Method of manufacturing alloy)
The method for producing an alloy disclosed in the present specification may include an alloying step in which M metal (referring to a simple substance of M) and Li metal are mixed in a composition within a predetermined range and a pressure treatment exceeding 6 MPa is performed. Good.

(合金化工程)
この工程では、MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表される組成になるようM金属とLi金属とを混合する混合処理を行う。この混合処理では、上述した合金組成のいずれかになるようM金属とLi金属とを混合するものとすればよい。特に、この工程では、MがSi,Ge及びSnのときx≦9を満たし、MがSb及びBiのときx≦6を満たし、MがAlのときx≦3を満たす組成になるようM金属とLi金属とを混合することがより好ましい。この混合処理は、例えば、不活性雰囲気中で行うことが好ましい。不活性雰囲気は、例えば、窒素や、He、Arなどの希ガス雰囲気としてもよい。この混合処理は、例えば、ボールミルや、遊星ミル、自動乳鉢混合装置などにより行うことができる。また、この工程では、上記混合した混合物に対し6MPaを超える加圧処理を行うが、より高い圧力で加圧処理を行うことが好ましく、8MPa以上が好ましく、10MPa以上がより好ましく、12MPa以上が更に好ましい。より高圧で処理することにより、均一にLiをMに拡散させることができる。この加圧処理は、製造装置の制約などを加味すると、20GPa以下で行われるものとしてもよい。この工程では、加圧処理を150℃以上300℃以下の範囲で行うものとしてもよい。加熱することによって、Liを均一にMに拡散させることができる。この熱処理は、所定の加圧値(例えば12GPaなどの設定圧)に至ったのち加熱を行うものとしてもよい。このような工程を経ることによって、Li金属が単独で存在しない、上述したMLix合金を得ることができる。
(Alloying process)
In this step, MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and M is Sb and A mixing treatment is performed in which M metal and Li metal are mixed so as to have a composition represented by 3<x<8 when Bi and 1<x<5 when M is Al. In this mixing treatment, M metal and Li metal may be mixed so as to have any of the above alloy compositions. In particular, in this step, when M is Si, Ge and Sn, x≦9 is satisfied, when M is Sb and Bi, x≦6 is satisfied, and when M is Al, x metal is satisfied so that x≦3. It is more preferable to mix Li metal with Li metal. This mixing process is preferably performed in an inert atmosphere, for example. The inert atmosphere may be, for example, nitrogen or a rare gas atmosphere such as He or Ar. This mixing process can be performed by, for example, a ball mill, a planetary mill, an automatic mortar mixing device, or the like. Further, in this step, pressure treatment exceeding 6 MPa is performed on the mixed mixture, but pressure treatment at a higher pressure is preferable, 8 MPa or more is preferable, 10 MPa or more is more preferable, and 12 MPa or more is further preferable. preferable. By processing at a higher pressure, Li can be diffused into M uniformly. This pressure treatment may be performed at 20 GPa or less in consideration of the restrictions of the manufacturing apparatus. In this step, the pressure treatment may be performed in the range of 150° C. or higher and 300° C. or lower. By heating, Li can be uniformly diffused in M. In this heat treatment, heating may be performed after reaching a predetermined pressure value (for example, a set pressure of 12 GPa). By going through such a step, the above-described MLi x alloy in which no Li metal is present alone can be obtained.

(蓄電デバイス)
本明細書で開示する蓄電デバイスは、正極活物質を有する正極と、上述した合金を負極活物質として有する負極と、正極と負極との間に介在しLiイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えている。この蓄電デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池などとしてもよい。正極は、キャリアイオンを吸蔵放出する正極活物質を含むものとしてもよい。
(Power storage device)
The electricity storage device disclosed in the present specification includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having the above-described alloy as a negative electrode active material, and an ion conductive medium interposed between the positive electrode and the negative electrode to conduct Li ions. I have it. This electricity storage device may be, for example, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, a pseudo electric double layer capacitor, a lithium ion battery, or the like. The positive electrode may include a positive electrode active material that absorbs and releases carrier ions.

この蓄電デバイスにおいて、正極は、一般的なリチウムイオン電池に用いられる正極としてもよい。この場合、正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-y)MnO2(0<y<1など、以下同じ)やLi(1-y)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-y)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-y)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-y)NiaCobMnc2(a+b+c=1)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、正極活物質は、リン酸鉄リチウムなどとしてもよい。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiV23などが好ましい。なお、「基本組成式」とは他の元素を含んでもよい趣旨である。 In this electricity storage device, the positive electrode may be a positive electrode used in a general lithium ion battery. In this case, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used as the positive electrode active material. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , and FeS 2, whose basic composition formulas are Li (1-y) MnO 2 (0 <y <1, etc., the same applies hereinafter) and Li (1 -y) Lithium manganese composite oxide such as Mn 2 O 4, lithium cobalt composite oxide whose basic composition formula is Li (1-y) CoO 2, etc., basic composition formula Li (1-y) NiO 2, etc. Lithium nickel composite oxide having a basic composition formula of Li (1-y) Ni a Co b Mn c O 2 (a+b+c=1) and the like, a basic composition formula of LiV 2 O 3 For example, a lithium vanadium composite oxide having a basic composition formula such as V 2 O 5 can be used. Further, the positive electrode active material may be lithium iron phosphate or the like. Of these, lithium transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiV 2 O 3 are preferable. The "basic composition formula" means that other elements may be included.

あるいは、正極は、リチウムイオンキャパシタなどに用いられている公知の正極を用いてもよい。正極は、例えば、正極活物質として炭素材料を含むものとしてもよい。炭素材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。なお、正極では、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を吸着・脱離して蓄電するものと考えられるが、さらに、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を挿入、脱離して充放電するものとしてもよい。 Alternatively, the positive electrode may be a known positive electrode used in lithium ion capacitors and the like. The positive electrode may include, for example, a carbon material as a positive electrode active material. The carbon material is not particularly limited, for example, activated carbons, cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, Examples thereof include polyacenes. Of these, activated carbons having a high specific surface area are preferable. The activated carbon as the carbon material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 /g or more, more preferably 1500 m 2 /g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 /g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 /g or less, more preferably 2000 m 2 /g or less, from the viewpoint of easy production. It is considered that at the positive electrode, at least one of an anion and a cation contained in the ion-conducting medium is adsorbed and desorbed to store electricity. It may be charged and discharged.

正極は、例えば上述した正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。導電材は、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルアルコール(PVA)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどを用いることができる。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。 The positive electrode is prepared by, for example, mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, and adding a suitable solvent to form a paste-like positive electrode mixture, which is applied to the surface of the current collector and dried. Accordingly, it may be formed by compression so as to increase the electrode density. The conductive material is, for example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, flake graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon whiskers, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, It is possible to use one kind or a mixture of two or more kinds such as silver and gold). Among these, carbon black and acetylene black are preferable as the conductive material from the viewpoint of electron conductivity and coatability. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles together, and includes, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol (PVA), fluororubber, and the like. Fluorine resins, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more kinds. Further, it is also possible to use an aqueous dispersion of cellulose-based or styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder. Examples of the application method include roller coating using an applicator roll or the like, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. As the current collector, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, baked carbon, conductive polymer, conductive glass, or the like can be used. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded shape, a lath body, a porous body, a foamed body, and a fiber group formed body. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm.

負極は、MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表される合金を負極活物質とする。この負極は、例えば、上述した負極活物質を集電体に圧着したものとしてもよい。負極に用いる集電体は、例えば、正極で例示したものなどを適宜用いることができる。 The negative electrode is MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and M is Sb and Bi. Is satisfied, and 3<x<8 is satisfied, and when M is Al, 1<x<5 is satisfied). The negative electrode may be, for example, one in which the above-mentioned negative electrode active material is pressure-bonded to a current collector. As the current collector used for the negative electrode, for example, those exemplified for the positive electrode can be appropriately used.

この蓄電デバイスにおいて、イオン伝導媒体は、例えば、支持塩と有機溶媒とを含む非水系電解液としてもよい。支持塩としては、例えば、キャリアをリチウムイオンとした場合、公知のリチウム塩を含むものとしてもよい。このリチウム塩としては、例えば、LiPF6,LiBF4、LiClO4,LiAsF6,Li(CF3SO22N,LiN(C25SO22などが挙げられ、このうちLiPF6やLiBF4などが好ましい。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。支持塩を溶解する濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。有機溶媒としては、例えば、非プロトン性の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等が挙げられる。環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。鎖状カーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート等がある。環状エステルカーボネートとしては、例えば、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。この電解液は、例えば、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比で1対1の比率で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解したものとしてもよい。また、非水系電解液としては、そのほかにアセトニトリル、プロピルニトリルなどのニトリル系溶媒やイオン液体、ゲル電解質などを用いてもよい。 In this electricity storage device, the ion conductive medium may be, for example, a non-aqueous electrolytic solution containing a supporting salt and an organic solvent. As the supporting salt, for example, when the carrier is lithium ion, a known lithium salt may be included. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. Of these, LiPF 6 and LiBF 4 and the like are preferable. The concentration of this supporting salt in the non-aqueous electrolytic solution is preferably 0.1 mol/L or more and 5 mol/L or less, and more preferably 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less. When the concentration for dissolving the supporting salt is 0.1 mol/L or more, a sufficient current density can be obtained, and when the concentration is 5 mol/L or less, the electrolytic solution can be more stabilized. A flame retardant such as phosphorus or halogen may be added to this non-aqueous electrolyte. As the organic solvent, for example, an aprotic organic solvent can be used. Examples of such organic solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic esters, cyclic ethers, chain ethers, and the like. Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate. Examples of cyclic ester carbonates include gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. Examples of chain ethers include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. These may be used alone or in combination of two or more. This electrolytic solution may be, for example, a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1:1 and LiPF 6 is dissolved at 1 mol/L. In addition, as the non-aqueous electrolyte solution, a nitrile solvent such as acetonitrile or propyl nitrile, an ionic liquid, a gel electrolyte, or the like may be used.

また、イオン伝導媒体は、固体電解質であるものとしてもよい。固体電解質としては、例えば、無機固体電解質や、高分子固体電解質などが挙げられる。固体電解質は、以下の組成や構造に限定されるものではなくLiイオンが移動可能であるものであればよい。以下に例示する化合物を基本骨格とするものであれば、一部置換体や組成比が異なっても使用可能である。無機固体電解質としては、例えば、Li3N、LISICONと呼ばれるLi14Zn(GeO44、硫化物のLi3.25Ge0.250.754、ペロブスカイト型のLa0.5Li0.5TiO3、(La2/3Li3x1/3-2x)TiO3(□:原子空孔)、ガーネット型のLi7La3Zr212、NASICON型と呼ばれるLiTi2(PO43、Li1.30.3Ti1.7(PO34(M=Sc,Al)、ガラスセラミックスである80Li2S・20P25(mol%)組成のガラスから得られたLi7311、さらに硫化物系で高い導電率を持つ物質であるLi10Ge2PS2、ガラス系無機固体電解質ではLi2S−SiS2、Li2S−SiS2−LiI、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li2S−SiS2−Li4SiO4、Li2S−P25、Li3PO4−Li4SiO4、Li3BO4−Li4SiO4、そしてSiO2、GeO2、B23、P25をガラス系物質としてLi2Oを網目修飾物質とするものなどが挙げられ、チオリシコン固体電解質としてLi2S−GeS2系、Li2S−GeS2−ZnS系、Li2S−Ga22系、Li2S−GeS2−Ga23系、Li2S−GeS2−P25系、Li2S−GeS2−SbS5系、Li2S−GeS2−Al23系、Li2S−SiS2系、Li2S−P25系、Li2S−Al23系、LiS−SiS2−Al23系、Li2S−SiS2−P25系などが挙げられる。 Further, the ion conductive medium may be a solid electrolyte. Examples of solid electrolytes include inorganic solid electrolytes and polymer solid electrolytes. The solid electrolyte is not limited to the following composition and structure, and may be any one as long as Li ions can move. As long as the compounds exemplified below have a basic skeleton, they can be used even if they are partially substituted or have different composition ratios. Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, Li 14 Zn(GeO 4 ) 4 called LISON, sulfide Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , perovskite type La 0.5 Li 0.5 TiO 3 , and (La 2 / 3 Li 3x1/3-2x )TiO 3 (□: atomic vacancies), garnet type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , LiTi 2 (PO 4 ) 3 called NASICON type, Li 1.3 M 0.3 Ti 1.7 (PO 3 ) 4 (M=Sc, Al), Li 7 P 3 S 11 obtained from glass having a composition of 80Li 2 S·20P 2 S 5 (mol%), which is a glass ceramic, and a sulfide-based compound having high conductivity. Li 10 Ge 2 PS 2 is a material having a rate, Li 2 S-SiS 2 is a glass-based inorganic solid electrolyte, Li 2 S-SiS 2 -LiI , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S -SiS 2 -Li 4 SiO 4, Li 2 S-P 2 S 5, Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 3 BO 4 -Li 4 SiO 4, and SiO 2, GeO 2, B 2 O 3, Examples thereof include P 2 O 5 as a glass-based material and Li 2 O as a network modifier, and thiolysicon solid electrolytes such as Li 2 S—GeS 2 system, Li 2 S—GeS 2 —ZnS system, Li 2 S—. Ga 2 S 2 system, Li 2 S-GeS 2 -Ga 2 S 3 system, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 based, Li 2 S-GeS 2 -SbS 5 system, Li 2 S-GeS 2 - Al 2 S 3 system, Li 2 S-SiS 2 system, Li 2 S-P 2 S 5 based, Li 2 S-Al 2 S 3 system, LiS-SiS 2 -Al 2 S 3 system, Li 2 S-SiS such as 2 -P 2 S 5 systems.

高分子固体電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)とアルカリ金属の錯体があり、ポリマーであればPEOに限定されるものではなくリチウム塩を溶解するポリマー材料のユニット構造を例示すると、Polyether系のPEO、PPO:poly(propylene oxide)、Polyamine系のPEI:poly(ethylene imine)、PAN:poly(acrylo nitrile)、Polysulfide系のPAS:poly(alkylene sulfide)などが挙げられる。またリチウム塩としてはLiTFSI:(LiN(SO2CF32)、LiPEI:(COCF2SO2NLi)n、LiPPI:(COCF(CF3OCF2CF2SO2NLi))nが挙げられる。また、PVdF(PolyVinylidene DiFluoride)やPAN、HFP(Hexafluoropropylene)などを利用したゲルポリマー電解質などが挙げられる。また、有機イオン性プラスチック電解質としては、プラスチッククリスタル相を有するものなどが挙げられる。プラスチッククリスタル相の代表的な分子としては、Tetrachloromethane、Cyclohexane、Succinonitrile等が挙げられ、これらプラスチッククリスタル相にTf2N:(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、LiBF4を添加する、または脂肪族4級アンモニウムとパーフルオロアニオンからなるプラスチッククリスタル相を有する塩の組み合わせであってもよい。イオン液体とガラス成分を分子レベルで混合した有機・無機ハイブリッド型イオンゲル、すなわちセルロースを利用した有機ホウ素系イオンゲル電解質、アミロースを用いた有機ホウ素系イオンゲル電解質、シクロデキストリンから誘導したホウ素多置換型マクロサイクルなどが挙げられる。 The solid polymer electrolyte includes, for example, a complex of polyethylene oxide (PEO) and an alkali metal, and is not limited to PEO as long as it is a polymer, and a unit structure of a polymer material that dissolves a lithium salt is exemplified. PEO: PPO: poly(propylene oxide), Polyamine-based PEI: poly(ethylene imine), PAN: poly(acrylonitrile), Polysulfide-based PAS: poly(conjugate sulfide), and the like. Examples of lithium salts include LiTFSI:(LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), LiPEI:(COCF 2 SO 2 NLi) n , and LiPPI:(COCF(CF 3 OCF 2 CF 2 SO 2 NLi)) n . Further, gel polymer electrolytes using PVdF (PolyVinylidene DiFluoride), PAN, HFP (Hexafluoropropylene) and the like can be mentioned. Further, examples of the organic ionic plastic electrolyte include those having a plastic crystal phase. Typical molecules of the plastic crystal phase include Tetrachloromethane, Cyclohexane, Succinonitrile, etc., and Tf 2 N: (trifluoromethylsulfonyl)amide, LiBF 4 is added to these plastic crystal phases, or an aliphatic quaternary ammonium is added. And a salt having a plastic crystal phase composed of perfluoroanion. Organic-inorganic hybrid ionic gel, which is a mixture of ionic liquid and glass component at the molecular level, namely, organoboron ionic gel electrolyte using cellulose, organoboron ionic gel electrolyte using amylose, and boron polysubstitution macrocycle derived from cyclodextrin And so on.

この蓄電デバイスは、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。 This electricity storage device may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of the electricity storage device, for example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or an olefin resin such as polyethylene or polypropylene. Examples include microporous films. These may be used alone or in combination.

この蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図1は、蓄電デバイス20の一例を示す模式図である。この蓄電デバイス20は、カップ形状のセルケース21と、正極活物質を有しこのセルケース21の下部に設けられた正極22と、負極活物質を有し正極22に対してセパレータ24を介して対向する位置に設けられた負極23と、絶縁材により形成されたガスケット25と、セルケース21の開口部に配設されガスケット25を介してセルケース21を密封する封口板26と、を備えている。この蓄電デバイス20は、正極22と負極23との間の空間にイオン伝導媒体27が満たされている。また、この負極23は、上述したMLix合金を負極活物質として有する。 The shape of the electricity storage device is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Further, it may be applied to a large one used for an electric vehicle or the like. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the electricity storage device 20. The electricity storage device 20 includes a cup-shaped cell case 21, a positive electrode 22 having a positive electrode active material and provided below the cell case 21, and a positive electrode 22 having a negative electrode active material via a separator 24. A negative electrode 23 provided at a position facing each other, a gasket 25 formed of an insulating material, and a sealing plate 26 disposed in an opening of the cell case 21 for sealing the cell case 21 via the gasket 25 are provided. There is. In this electricity storage device 20, the space between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 is filled with the ion conductive medium 27. Further, the negative electrode 23 has the above-described MLi x alloy as a negative electrode active material.

以上詳述した本開示では、新規な組成の合金及びその製造方法、ならびにそれを用いた蓄電デバイスを提供することができる。例えば、従来の製造方法では、金属材料に電気化学的にLiを挿入させることが一般的であるが、例えば、一般式MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうち1以上)で表した場合、MがSi,Ge及びSnのときxは4以下であり、MがSb及びBiのときxは3以下であり、MがAlのときxは1以下であり、それぞれが上限の限界値であった。一方、本開示では、M金属に過剰量のLi金属を加えた状態で加圧処理することにより、Liが十分に入り、Li金属が残存しにくく、MLix合金が得られるものと推察される。このLi過剰量の限界値は、M金属に依存し、MがSi,Ge及びSnのときはxの上限が12未満、MがSb及びBiのときはxの上限が8未満、MがAlのときはxの上限が5未満であるものと推察される。 The present disclosure described in detail above can provide an alloy having a novel composition, a method for producing the alloy, and an electricity storage device using the alloy. For example, in a conventional manufacturing method, it is common to electrochemically insert Li into a metal material. For example, a general formula MLi x (where M is Si, Ge, Sn, Sb, Bi or Al) is used. When M is Si, Ge, and Sn, x is 4 or less, when M is Sb and Bi, x is 3 or less, and when M is Al, x is 1 or less. , Each was the upper limit value. On the other hand, in the present disclosure, it is speculated that by performing pressure treatment in a state in which an excessive amount of Li metal is added to M metal, Li is sufficiently introduced, Li metal is unlikely to remain, and an MLi x alloy is obtained. .. The limit value of this Li excess depends on the M metal, and the upper limit of x is less than 12 when M is Si, Ge and Sn, the upper limit of x is less than 8 when M is Sb and Bi, and M is Al. When, the upper limit of x is presumed to be less than 5.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It is needless to say that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various modes as long as they are within the technical scope of the present disclosure.

以下には、本開示の合金を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本開示はこの実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 Hereinafter, examples in which the alloy of the present disclosure is specifically manufactured will be described as examples. It is needless to say that the present disclosure is not limited to this embodiment and can be implemented in various modes within the technical scope of the present disclosure.

(実施例1)
SiとLiとをモル比で1:9の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SiLi9の混合物を得た。この混合物を密閉し、12GPaの圧力、300℃の温度で30分間の加圧処理を行った。この処理後のSiLi9を上記グローブボックス内で回収し、実施例1とした。
(Example 1)
Si and Li were mixed at a molar ratio of 1:9 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SiLi 9 . The mixture was sealed and subjected to a pressure treatment at a pressure of 12 GPa and a temperature of 300° C. for 30 minutes. SiLi 9 after this treatment was recovered in the above glove box and used as Example 1.

(比較例1)
SiとLiとをモル比で1:12の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SiLi12の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例1とした。
(Comparative Example 1)
Si and Li were mixed at a molar ratio of 1:12 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SiLi 12 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The thing was set as the comparative example 1.

(参考例1)
Siを作用極とし、Li金属を対極とし、電解質としてエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比で1:1の比率で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lの割合で溶解した非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量3740mAh/gが得られた。初期の被膜形成により、15mAh/g程度が消費されるため、ほぼ理論容量の3817mAh/gまでLiが吸蔵されたSiLi4が得られており、これを参考例1とした。この参考例1は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがSiに吸蔵されたSiLi合金である。
(Reference example 1)
LiPF 6 was dissolved at a ratio of 1 mol/L in a solvent in which Si was used as a working electrode, Li metal was used as a counter electrode, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed as a electrolyte in a volume ratio of 1:1. A bipolar cell using the non-aqueous electrolyte solution (1M-LiPF 6 EC/DEC) was prepared. This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reducing capacity of 3740 mAh/g was obtained. Since about 15 mAh/g is consumed by the initial film formation, SiLi 4 in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 3817 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 1. The reference example 1 is a SiLi alloy in which the maximum Li is occluded in Si by inserting Li in a bipolar cell.

(実施例2)
GeとLiとをモル比で1:9の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、GeLi9の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを実施例2とした。
(Example 2)
Ge and Li were mixed at a molar ratio of 1:9 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of GeLi 9 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The thing was set as Example 2.

(比較例2)
GeとLiとをモル比で1:12の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、GeLi12の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例2とした。
(Comparative example 2)
Ge and Li were mixed at a molar ratio of 1:12 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of GeLi 12 , and the same treatment as in Example 1 was performed. It was designated as Comparative Example 2.

(参考例2)
Geを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量1428mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の1475mAh/gまでLiが吸蔵されたGeLi4が得られており、これを参考例2とした。この参考例2は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがGeに吸蔵されたGeLi合金である。
(Reference example 2)
A bipolar cell was prepared using Ge as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a nonaqueous electrolytic solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reduction capacity of 1428 mAh/g was obtained. Taking into consideration the consumption amount of the initial film formation, GeLi 4 in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 1475 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 2. The reference example 2 is a GeLi alloy in which the maximum Li is occluded in Ge by inserting Li in the bipolar cell.

(実施例3)
SnとLiとをモル比で1:9の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SnLi9の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを実施例3とした。
(Example 3)
Sn and Li were mixed at a molar ratio of 1:9 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SnLi 9 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The thing was set to Example 3.

(比較例3)
SnとLiとをモル比で1:12の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SnLi12の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例3とした。
(Comparative example 3)
Sn and Li were mixed at a molar ratio of 1:12 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SnLi 12 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The thing was set as the comparative example 3.

(参考例3)
Snを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量886mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の903mAh/gまでLiが吸蔵されたSnLi4が得られており、これを参考例3とした。この参考例3は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがSnに吸蔵されたSnLi合金である。
(Reference example 3)
A bipolar cell was prepared using Sn as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a nonaqueous electrolytic solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reducing capacity of 886 mAh/g was obtained. Considering the consumption amount of the initial film formation, SnLi 4 in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 903 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 3. The reference example 3 is a SnLi alloy in which the maximum Li is occluded in Sn by inserting Li in the bipolar cell.

(実施例4)
SbとLiとをモル比で1:6の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SbLi6の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを実施例4とした。
(Example 4)
Sb and Li were mixed at a molar ratio of 1:6 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SbLi 6 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The thing was set to Example 4.

(比較例4)
SbとLiとをモル比で1:8の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、SbLi8の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例4とした。
(Comparative example 4)
Sb and Li were mixed at a molar ratio of 1:8 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of SbLi 8 and the same treatment as in Example 1 was performed. It was designated as Comparative Example 4.

(参考例4)
Sbを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量620mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の660mAh/gまでLiが吸蔵されたSbLi3が得られており、これを参考例4とした。この参考例4は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがSbに吸蔵されたSbLi合金である。
(Reference example 4)
A bipolar cell was prepared using Sb as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a nonaqueous electrolytic solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reducing capacity of 620 mAh/g was obtained. Considering the amount of consumption of the initial film formation, SbLi 3 in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 660 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 4. Reference Example 4 is an SbLi alloy in which the maximum Li was occluded in Sb by inserting Li in the bipolar cell.

(実施例5)
BiとLiとをモル比で1:6の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、BiLi6の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを実施例5とした。
(Example 5)
Bi and Li were mixed at a molar ratio of 1:6 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of BiLi 6 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The product is referred to as Example 5.

(比較例5)
BiとLiとをモル比で1:8の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、BiLi8の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例5とした。
(Comparative example 5)
Bi and Li were mixed at a molar ratio of 1:8 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of BiLi 8 , and the same treatment as in Example 1 was performed. It was designated as Comparative Example 5.

(参考例5)
Biを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量365mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の384mAh/gまでLiが吸蔵されたBiLi3が得られており、これを参考例5とした。この参考例5は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがBiに吸蔵されたBiLi合金である。
(Reference example 5)
A bipolar cell was prepared using Bi as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a nonaqueous electrolytic solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reducing capacity of 365 mAh/g was obtained. Considering the consumption amount of the initial film formation, BiLi 3 having Li occluded up to about 384 mAh/g which is the theoretical capacity was obtained, and this was referred to as Reference Example 5. The reference example 5 is a BiLi alloy in which the maximum Li was occluded in Bi by inserting Li in the bipolar cell.

(実施例6)
AlとLiとをモル比で1:3の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、AlLi3の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを実施例6とした。
(Example 6)
Al and Li were mixed at a molar ratio of 1:3 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of AlLi 3 , and the same treatment as in Example 1 was performed. The product is referred to as Example 6.

(比較例6)
AlとLiとをモル比で1:5の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、AlLi5の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例6とした。
(Comparative example 6)
Al and Li were mixed at a molar ratio of 1:5 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a mixture of AlLi 5 , and the same treatment as in Example 1 was performed. It was designated as Comparative Example 6.

(参考例6)
Alを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量843mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の993mAh/gまでLiが吸蔵されたAlLiが得られており、これを参考例6とした。この参考例6は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがAlに吸蔵されたAlLi合金である。
(Reference example 6)
A bipolar cell was prepared using Al as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a nonaqueous electrolytic solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reduction capacity of 843 mAh/g was obtained. Considering the consumption amount of the initial film formation, AlLi in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 993 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 6. This reference example 6 is an AlLi alloy in which the maximum Li was occluded in Al by inserting Li in a bipolar cell.

(比較例7)
ZnとLiとをモル比で1:3の割合で不活性雰囲気のグローブボックス内で乳鉢にて混合し、ZnLi3の混合物を得た以外は、実施例1と同様の処理を行い得られたものを比較例7とした。
(Comparative Example 7)
Zn and Li were mixed at a molar ratio of 1:3 in a mortar in a glove box in an inert atmosphere to obtain a ZnLi 3 mixture, and the same treatment as in Example 1 was performed. It was designated as Comparative Example 7.

(参考例7)
Znを作用極とし、Li金属を対極とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いた二極セルを作製した。この二極セルを300μAの定電流で5mVまで還元した。その結果、還元容量348mAh/gが得られた。初期の被膜形成の消費量を考慮し、ほぼ理論容量の409mAh/gまでLiが吸蔵されたZnLiが得られており、これを参考例7とした。この参考例7は、二極セルのLi挿入によって最大のLiがZnに吸蔵されたZnLi合金である。
(Reference example 7)
A bipolar cell was prepared using Zn as a working electrode and Li metal as a counter electrode and using a non-aqueous electrolyte solution (1M-LiPF 6 EC/DEC). This bipolar cell was reduced to 5 mV with a constant current of 300 μA. As a result, a reduction capacity of 348 mAh/g was obtained. Considering the consumption of the initial film formation, ZnLi in which Li was occluded up to a theoretical capacity of 409 mAh/g was obtained, and this was referred to as Reference Example 7. This reference example 7 is a ZnLi alloy in which the maximum Li was occluded in Zn by inserting Li in the bipolar cell.

[電気化学評価]
電気化学セルを作製し、電気化学評価を行った。上記作製した試料を作用極に用い、対極をLi金属とし、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)を用いたセルを作製した。作製したセルを50時間率の電流値にて3V〜0.01Vの範囲内で酸化及び還元を行った。
[Electrochemical evaluation]
An electrochemical cell was prepared and electrochemical evaluation was performed. Using the prepared sample as a working electrode, the counter electrode was made of Li metal, and a cell using a non-aqueous electrolyte (1M-LiPF 6 EC/DEC) was prepared. The produced cell was oxidized and reduced at a current value of 50 hours within a range of 3V to 0.01V.

[示差走査熱量測定]
示差走査熱量測定は、示差走査熱量測定装置(Rigaku社製Thermo plus2)を用い、5MPaの内部耐圧を有するステンレス製密閉測定容器に作製した試料と非水系電解液とを密閉し、走査速度5℃/分で室温から485℃まで熱流量を計測することにより行った。測定試料は、上記試料の1molに対して、非水系電解液(1M−LiPF6 EC/DEC)の0.52μLを加えたものとした。
[Differential scanning calorimetry]
The differential scanning calorimetry is performed by using a differential scanning calorimeter (Thermo plus2 manufactured by Rigaku Co.) to seal the sample and the non-aqueous electrolyte solution prepared in a stainless steel closed measuring container having an internal pressure of 5 MPa, and a scanning speed of 5°C. It was performed by measuring the heat flow rate from room temperature to 485° C./min. The measurement sample was prepared by adding 0.52 μL of a non-aqueous electrolyte solution (1M-LiPF 6 EC/DEC) to 1 mol of the above sample.

[超伝導転移温度Tc測定]
得られた試料の超伝導転移温度Tcを磁化測定装置(カンタムデザイン社製MPMS)を用いて求めた。まず、試料10mgをアルミ箔で封入し、温度100K、ゼロ磁場に設定した。その後、温度2.2Kまで急冷し、磁場30(Oe)を印加した。0.1Kの温度間隔で20Kまで上昇させながら磁化を測定した。最後に20Kから2.2Kまで温度を低下させながら磁化率を測定した。試料が超伝導相に転移するとマイスナー効果により、弱い常磁性から反磁性に転移し、磁化が大きなマイナスを示すようになる。この反磁性に転移する温度を、超伝導転移温度Tcとした。
[Measurement of superconducting transition temperature Tc]
The superconducting transition temperature Tc of the obtained sample was determined using a magnetization measuring device (MPMS manufactured by Quantum Design). First, 10 mg of the sample was sealed with aluminum foil, and the temperature was set to 100 K and the magnetic field was set to zero. Then, the temperature was rapidly cooled to 2.2 K, and a magnetic field of 30 (Oe) was applied. The magnetization was measured while increasing the temperature to 20 K at a temperature interval of 0.1 K. Finally, the magnetic susceptibility was measured while lowering the temperature from 20K to 2.2K. When the sample transitions to the superconducting phase, the Meissner effect causes the transition from weak paramagnetism to diamagnetism, and the magnetization shows a large negative value. The temperature at which this diamagnetic transition occurs was defined as the superconducting transition temperature Tc.

(結果と考察)
各試料の組成、1サイクル目のLi脱離時の酸化容量及び理論容量(mAh/g)、示差走査熱量測定の175℃〜225℃の範囲の発熱強度の最大値(W/g)をまとめて示した。図2は、実施例1の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図2Aが酸化還元曲線、図2BがDSC測定結果、図2CがSi金属の還元酸化曲線である。表1及び図2Aに示すように、実施例1では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が8156mAh/gを示し、理論容量8588mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図2Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例1では、余剰のLi金属がほとんど存在しないSiLi9合金であることがわかった。また、図2Cに示すように、Si金属では、4000mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例1では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、SiLi9合金であることが裏付けられた。なお、実施例1は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。
(Results and discussion)
The composition of each sample, the oxidation capacity and the theoretical capacity (mAh/g) at the time of Li desorption in the first cycle, and the maximum value (W/g) of the exothermic intensity in the range of 175°C to 225°C by differential scanning calorimetry are summarized Showed. 2 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 1, where FIG. 2A is a redox curve, FIG. 2B is a DSC measurement result, and FIG. 2C is a reduction oxidation curve of Si metal. As shown in Table 1 and FIG. 2A, in Example 1, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 8156 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 8588 mAh/g. Further, as shown in FIG. 2B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that in Example 1, the alloy was a SiLi 9 alloy with almost no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 2C, since Si metal shows a capacity of only up to about 4000 mAh/g, it was clarified that the oxidation capacity increased in Example 1, which proves that it is a SiLi 9 alloy. Was given. In addition, in Example 1, when X-ray diffraction measurement was performed, it was presumed that the peak was broad and that it did not show crystallinity and was amorphous.

図3は、比較例1の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図3Aが酸化還元曲線、図3BがDSC測定結果、図3CがSiLi9及びSiLi12の酸化曲線の拡大図である。表1及び図3Aに示すように、比較例1では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が9535mAh/gを示し、実施例1より1000mAh/g程度増加したが、理論容量11451mAh/gには至らないことがわかった。また、図3Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大6.6W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例1では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。また、図3Cに示すように、SiLi12の酸化電位が1000mAh/g程度までSiLi9に比して低い電位で推移していることがわかった。これは、Li金属がSiに吸蔵されずに残存しており、そのLi金属が酸化されているためであると推察された。このように、SiLi合金においては、加圧処理により、少なくともSiLi9の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 FIG. 3 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 1, FIG. 3A is a redox curve, FIG. 3B is a DSC measurement result, and FIG. 3C is an enlarged view of the oxidation curves of SiLi 9 and SiLi 12 . .. As shown in Table 1 and FIG. 3A, in Comparative Example 1, the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 9535 mAh/g, which was increased by about 1000 mAh/g from Example 1, but the theoretical capacity was 11451 mAh/g. I realized that it wouldn't come. In addition, as shown in FIG. 3B, the exothermic intensity showed a maximum of 6.6 W/g in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, in Comparative Example 1, it was found that excess Li metal was present. Further, as shown in FIG. 3C, it was found that the oxidation potential of SiLi 12 remained at a potential lower than that of SiLi 9 up to about 1000 mAh/g. It was speculated that this was because the Li metal remained without being absorbed by Si and the Li metal was oxidized. As described above, it was found that the SiLi alloy can occlude Li at least up to the alloy composition of SiLi 9 by the pressure treatment.

図4は、実施例2の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図4Aが酸化還元曲線、図4BがDSC測定結果、図4CがGe金属の還元酸化曲線である。表1及び図4Aに示すように、実施例2では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が3269mAh/gを示し、理論容量3320mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図4Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例2では、余剰のLi金属が存在しないGeLi9合金であることがわかった。また、図4Cに示すように、Ge金属では、1545mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例2では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、GeLi9合金であることが裏付けられた。なお、実施例2は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。 4 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 2, where FIG. 4A is the oxidation-reduction curve, FIG. 4B is the DSC measurement result, and FIG. 4C is the reduction oxidation curve of Ge metal. As shown in Table 1 and FIG. 4A, in Example 2, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 3269 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 3320 mAh/g. Further, as shown in FIG. 4B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the nonaqueous electrolytic solution was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that in Example 2, the alloy was a GeLi 9 alloy with no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 4C, Ge metal exhibits a capacity of only up to about 1545 mAh/g. Therefore, in Example 2, it was clarified that the oxidation capacity increased, which proves that the material is GeLi 9 alloy. Was given. In addition, in Example 2, when the X-ray diffraction measurement was performed, it was assumed that the peak was broad and was amorphous without showing crystallinity.

図5は、比較例2の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図5Aが酸化還元曲線、図5BがDSC測定結果である。表1及び図5Aに示すように、比較例2では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が4554mAh/gを示し、理論容量4427mAh/gに近い値が得られた。一方、図5Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大0.66W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例2では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。このように、GeLi合金においては、加圧処理により、少なくともGeLi9の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 5 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 2, FIG. 5A shows the redox curve, and FIG. 5B shows the DSC measurement results. As shown in Table 1 and FIG. 5A, in Comparative Example 2, the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 4554 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 4427 mAh/g. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the exothermic intensity showed a maximum of 0.66 W/g in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, it was found that in Comparative Example 2, excess Li metal was present. Thus, it was found that in the GeLi alloy, it is possible to occlude Li at least up to the alloy composition of GeLi 9 by the pressure treatment.

図6は、実施例3の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図6Aが酸化還元曲線、図6BがDSC測定結果、図6CがSn金属の還元酸化曲線である。表1及び図6Aに示すように、実施例3では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1984mAh/gを示し、理論容量2031mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図6Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例3では、余剰のLi金属が存在しないSnLi9合金であることがわかった。また、図3Cに示すように、Sn金属では、942mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例3では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、SnLi9合金であることが裏付けられた。なお、実施例3は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。 6 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 3, where FIG. 6A is the oxidation-reduction curve, FIG. 6B is the DSC measurement result, and FIG. 6C is the reduction oxidation curve of Sn metal. As shown in Table 1 and FIG. 6A, in Example 3, it was found that the oxidation capacity accompanying Li-releasing oxidation was 1984 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 2031 mAh/g. Further, as shown in FIG. 6B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the nonaqueous electrolytic solution was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, in Example 3, it was found that the alloy was a SnLi 9 alloy with no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 3C, Sn metal exhibits a capacity of only up to about 942 mAh/g. Therefore, in Example 3, it was clarified that the oxidation capacity increased, and it was confirmed that the SnLi 9 alloy was used. Was given. In addition, in Example 3, when the X-ray diffraction measurement was performed, it was assumed that the peak was broad and was amorphous without showing crystallinity.

図7は、比較例3の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図7Aが酸化還元曲線、図7BがDSC測定結果である。表1及び図7Aに示すように、比較例3では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が2569mAh/gを示し、理論容量2708mAh/gには至らないことがわかった。また、図7Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大0.90W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例3では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。このように、SnLi合金においては、加圧処理により、少なくともSnLi9の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 7 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 3, FIG. 7A shows the oxidation-reduction curve, and FIG. 7B shows the DSC measurement results. As shown in Table 1 and FIG. 7A, in Comparative Example 3, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 2569 mAh/g, and did not reach the theoretical capacity of 2708 mAh/g. Further, as shown in FIG. 7B, the exothermic intensity was 0.90 W/g at the maximum in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, in Comparative Example 3, it was found that excess Li metal was present. As described above, in the SnLi alloy, it was found that the pressure treatment can occlude Li up to at least the alloy composition of SnLi 9 .

図8は、実施例4の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図8Aが酸化還元曲線、図8BがDSC測定結果、図8CがSb金属の還元酸化曲線である。表1及び図8Aに示すように、実施例4では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1250mAh/gを示し、理論容量1320mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図8Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例4では、余剰のLi金属が存在しないSbLi6合金であることがわかった。また、図8Cに示すように、Sb金属では、502mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例4では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、SbLi6合金であることが裏付けられた。なお、実施例4は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。 8 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 4, where FIG. 8A is a redox curve, FIG. 8B is a DSC measurement result, and FIG. 8C is a reduction oxidation curve of Sb metal. As shown in Table 1 and FIG. 8A, in Example 4, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 1250 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 1320 mAh/g. Moreover, as shown in FIG. 8B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that in Example 4, the alloy was an SbLi 6 alloy with no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 8C, Sb metal exhibits a capacity of only up to about 502 mAh/g. Therefore, in Example 4, it was clarified that the oxidation capacity was increased, and it was confirmed that the SbLi 6 alloy was used. Was given. In addition, in Example 4, when X-ray diffraction measurement was performed, it was assumed that the peak was broad and was amorphous without showing crystallinity.

図9は、比較例4の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図9Aが酸化還元曲線、図9BがDSC測定結果である。表1及び図9Aに示すように、比較例4では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1603mAh/gを示し、理論容量1760mAh/gには至らないことがわかった。また、図9Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大1.9W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例4では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。このように、SbLi合金においては、加圧処理により、少なくともSbLi6の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 9 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 4, FIG. 9A shows the redox curve, and FIG. 9B shows the DSC measurement results. As shown in Table 1 and FIG. 9A, in Comparative Example 4, it was found that the oxidation capacity accompanying the oxidation that releases Li was 1603 mAh/g, and did not reach the theoretical capacity of 1760 mAh/g. Further, as shown in FIG. 9B, the exothermic intensity showed a maximum of 1.9 W/g in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, it was found that in Comparative Example 4, excess Li metal was present. As described above, in the SbLi alloy, it was found that the pressure treatment can occlude Li up to at least the alloy composition of SbLi 6 .

図10は、実施例5の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図10Aが酸化還元曲線、図10BがDSC測定結果、図10CがBi金属の還元酸化曲線、図10Dが磁化率測定結果である。表1及び図10Aに示すように、実施例5では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が773mAh/gを示し、理論容量769mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図10Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例5では、余剰のLi金属が存在しないBiLi6合金であることがわかった。また、図10Cに示すように、Bi金属では、380mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例5では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、BiLi6合金であることが裏付けられた。また、図10Dに示すように、実施例5では、超伝導転移温度Tcが5K付近に現れることがわかった。例えば、Bi単体の常温下における超伝導転移温度Tcは、0.53mKであることが非特許文献1(Science,355,52(2017).)に報告されている。また、このBiは、9GPaの高圧下では、超伝導転移温度Tcが8.9Kであることが非特許文献2(Nature Reviwes Materials 2,Article number;17005(2017).)に報告されている。したがって、実施例5のBiLi6合金は、新規物質であるものと推察された。なお、実施例5は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。 10 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 5, where FIG. 10A is a redox curve, FIG. 10B is a DSC measurement result, FIG. 10C is a reduction oxidation curve of Bi metal, and FIG. 10D is a magnetic susceptibility measurement. The result. As shown in Table 1 and FIG. 10A, in Example 5, it was found that the oxidation capacity accompanying the oxidation that releases Li was 773 mAh/g, which was a value close to the theoretical capacity of 769 mAh/g. Moreover, as shown in FIG. 10B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the nonaqueous electrolytic solution was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that in Example 5, it was a BiLi 6 alloy with no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 10C, since Bi metal exhibits a capacity of only up to about 380 mAh/g, it was revealed that the oxidation capacity was increased in Example 5, and it was confirmed that BiLi 6 alloy was used. Was given. Further, as shown in FIG. 10D, in Example 5, it was found that the superconducting transition temperature Tc appears near 5K. For example, it has been reported in Non-Patent Document 1 (Science, 355, 52 (2017).) that the superconducting transition temperature Tc of Bi alone at room temperature is 0.53 mK. Further, it has been reported in Non-Patent Document 2 (Nature Reviwes Materials 2, Article number;17005 (2017).) that this Bi has a superconducting transition temperature Tc of 8.9 K under a high pressure of 9 GPa. Therefore, the BiLi 6 alloy of Example 5 was presumed to be a novel substance. In addition, in Example 5, when the X-ray diffraction measurement was performed, it was assumed that the peak was broad and that it did not show crystallinity and was amorphous.

図11は、比較例5の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図11Aが酸化還元曲線、図11BがDSC測定結果である。表1及び図11Aに示すように、比較例5では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1029mAh/gを示し、理論容量1025mAh/gに近い値が得られた。一方、図11Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大5.9W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例5では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。このように、BiLi合金においては、加圧処理により、少なくともBiLi6の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 11 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 5, FIG. 11A shows the redox curve, and FIG. 11B shows the DSC measurement results. As shown in Table 1 and FIG. 11A, in Comparative Example 5, the oxidation capacity associated with the oxidation that releases Li was 1029 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 1025 mAh/g. On the other hand, as shown in FIG. 11B, the exothermic intensity showed a maximum of 5.9 W/g in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, in Comparative Example 5, it was found that excess Li metal was present. As described above, in the BiLi alloy, it was found that the pressure treatment can occlude Li at least up to the alloy composition of BiLi 6 .

図12は、実施例6の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図12Aが酸化還元曲線、図12BがDSC測定結果、図12CがAl金属の還元酸化曲線である。表1及び図12Aに示すように、実施例6では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が2916mAh/gを示し、理論容量2980mAh/gに近い値を示すことがわかった。また、図12Bに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、実施例6では、余剰のLi金属が存在しないAlLi3合金であることがわかった。また、図12Cに示すように、Al金属では、787mAh/g程度までしか容量を示さないため、実施例6では、酸化容量が増加していることが明らかとなり、AlLi3合金であることが裏付けられた。なお、実施例6は、X線回折測定を行ったところ、ピークがブロードであり、結晶性を示さない非晶質であるものと推察された。 12 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Example 6, where FIG. 12A is the oxidation-reduction curve, FIG. 12B is the DSC measurement result, and FIG. 12C is the reduction oxidation curve of Al metal. As shown in Table 1 and FIG. 12A, in Example 6, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 2916 mAh/g, which was a value close to the theoretical capacity of 2980 mAh/g. Moreover, as shown in FIG. 12B, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that in Example 6, the alloy was an AlLi 3 alloy with no excess Li metal. Further, as shown in FIG. 12C, Al metal exhibits a capacity of only up to about 787 mAh/g. Therefore, in Example 6, it was clarified that the oxidation capacity increased, and it was confirmed that the alloy was an AlLi 3 alloy. Was given. In addition, in Example 6, when the X-ray diffraction measurement was performed, it was assumed that the peak was broad and that it did not exhibit crystallinity and was amorphous.

図13は、比較例6の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図13Aが酸化還元曲線、図13BがDSC測定結果である。表1及び図13Aに示すように、比較例6では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1029mAh/gを示し、理論容量4966mAh/gには至らないことがわかった。また、図13Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大3.5W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例6では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。このように、AlLi合金においては、加圧処理により、少なくともAlLi3の合金組成まではLiを吸蔵させることができることがわかった。 13 shows the results of electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry of Comparative Example 6, FIG. 13A shows the redox curve, and FIG. 13B shows the DSC measurement results. As shown in Table 1 and FIG. 13A, in Comparative Example 6, it was found that the oxidation capacity associated with the oxidation that releases Li was 1029 mAh/g, and did not reach the theoretical capacity of 4966 mAh/g. Further, as shown in FIG. 13B, the exothermic intensity was 3.5 W/g at the maximum in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, in Comparative Example 6, it was found that excess Li metal was present. As described above, in the AlLi alloy, it was found that the pressure treatment can occlude Li up to at least the alloy composition of AlLi 3 .

図14は、比較例7の電気化学評価及び示差走査熱量測定結果であり、図14AがZnLi3の酸化還元曲線、図14BがZnLi3のDSC測定結果、図14CがZn金属の還元酸化曲線、図14DがZn金属の還元により調製したZnLiのDSC測定結果である。表1及び図14Aに示すように、比較例7では、Liを放出する酸化に伴う酸化容量が1203mAh/gを示し、理論容量1229mAh/gに近い値が得られた。一方、図14Bに示すように、測定温度175℃〜225℃の範囲において発熱強度が最大3.7W/gを示し、Li金属と非水系電解液との反応が示唆された。即ち、比較例7では、余剰のLi金属が存在していることがわかった。また、図14Cに示すように、Zn金属では、391mAh/g程度の容量を示した。一方、図14Dに示すように、Li金属と非水系電解液との反応を示す発熱強度は、測定温度175℃〜225℃の範囲には確認されなかった。即ち、図14CのZn金属では、余剰のLi金属が存在しないZnLi合金であることがわかった。以上から、比較例7では、加圧処理を施しても、常温常圧でZnにLiを挿入してもZnLiの組成以上にはLiが挿入できないことが明らかとなった。 Figure 14 is an electrochemical evaluation and differential scanning calorimetry results of Comparative Example 7, the redox curve in Fig. 14A is ZnLi 3, DSC measurement result of FIG. 14B is ZnLi 3, reduction-oxidation curve of FIG. 14C is Zn metal, FIG. 14D is the DSC measurement result of ZnLi prepared by reduction of Zn metal. As shown in Table 1 and FIG. 14A, in Comparative Example 7, the oxidation capacity associated with the oxidation releasing Li was 1203 mAh/g, which was close to the theoretical capacity of 1229 mAh/g. On the other hand, as shown in FIG. 14B, the exothermic intensity was 3.7 W/g at maximum in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C., suggesting the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte solution. That is, in Comparative Example 7, it was found that excess Li metal was present. Further, as shown in FIG. 14C, Zn metal showed a capacity of about 391 mAh/g. On the other hand, as shown in FIG. 14D, the exothermic intensity showing the reaction between the Li metal and the non-aqueous electrolyte was not confirmed in the measurement temperature range of 175° C. to 225° C. That is, it was found that the Zn metal in FIG. 14C is a ZnLi alloy in which excess Li metal does not exist. From the above, it has been clarified that in Comparative Example 7, even if the pressure treatment is performed, even if Li is inserted into Zn at room temperature and normal pressure, Li cannot be inserted beyond the composition of ZnLi.

本開示の合金、蓄電デバイス及び合金の製造方法は、電池産業に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The alloy, the electricity storage device, and the method for manufacturing the alloy according to the present disclosure can be used in the battery industry.

20 蓄電デバイス、21 セルケース、22 正極、23 負極、24 セパレータ、25 ガスケット、26 封口板、27 イオン伝導媒体。 20 electricity storage device, 21 cell case, 22 positive electrode, 23 negative electrode, 24 separator, 25 gasket, 26 sealing plate, 27 ion conductive medium.

Claims (9)

MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表される、合金。 MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and when M is Sb and Bi, 3 <the alloy satisfying <x<8 and satisfying 1<x<5 when M is Al). MがSi,Ge及びSnのときx≦9を満たし、MがSb及びBiのときx≦6を満たし、MがAlのときx≦3を満たす、請求項1に記載の合金。 The alloy according to claim 1, wherein when M is Si, Ge and Sn, x≦9 is satisfied, when M is Sb and Bi, x≦6 is satisfied, and when M is Al, x≦3 is satisfied. 示差走査熱量測定において5MPaの内部耐圧を有するステンレス製密閉測定容器に前記MLixの合金1molに対して、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を体積比で1対1の比率で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解した電解液の0.52μLを加え密閉し、走査速度5℃/分で熱流量を計測した結果、175℃以上225℃以下の温度範囲に現れる発熱強度が1W/g以下である、請求項1又は2に記載の合金。 The alloy 1mol of the MLi x stainless steel closed measurement container having an internal breakdown voltage of 5MPa in differential scanning calorimetry, were mixed in a 1: 1 ratio of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio 0.52 μL of an electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at 1 mol/L was added to the solvent, the mixture was sealed, and the heat flow rate was measured at a scanning rate of 5° C./min. The alloy according to claim 1 or 2, which is 1 W/g or less. 前記MLixの合金(但しMはBiである)を磁化率測定したときに、超伝導転移温度Tcが2.2K以上6K以下の範囲である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の合金。 The superconducting transition temperature Tc is in the range of 2.2 K or more and 6 K or less when the magnetic susceptibility of the alloy of MLi x (where M is Bi) is measured. Alloy of. 正極活物質を有する正極と、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の合金を負極活物質として有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し、Liイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えた蓄電デバイス。
A positive electrode having a positive electrode active material,
A negative electrode having the alloy according to any one of claims 1 to 4 as a negative electrode active material,
An ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts Li ions,
An electricity storage device including.
MLix(但し、MはSi,Ge,Sn,Sb,Bi及びAlのうちいずれかであり、MがSi,Ge及びSnのとき4<x<12を満たし、MがSb及びBiのとき3<x<8を満たし、MがAlのとき1<x<5を満たす)で表される組成になるようM金属とLi金属とを混合し、6MPaを超える加圧処理を行う合金化工程、を含む合金の製造方法。 MLi x (where M is one of Si, Ge, Sn, Sb, Bi and Al, and when M is Si, Ge and Sn, 4<x<12 is satisfied, and when M is Sb and Bi, 3 An alloying step of mixing M metal and Li metal so that the composition represented by <x<8 is satisfied and 1<x<5 is satisfied when M is Al, and a pressure treatment exceeding 6 MPa is performed, A method for producing an alloy containing. 前記合金化工程では、MがSi,Ge及びSnのときx≦9を満たし、MがSb及びBiのときx≦6を満たし、MがAlのときx≦3を満たす組成になるようM金属とLi金属とを混合する、請求項6に記載の合金の製造方法。 In the alloying step, when M is Si, Ge and Sn, x≦9 is satisfied, when M is Sb and Bi, x≦6 is satisfied, and when M is Al, x metal is satisfied so that x≦3. The method for producing an alloy according to claim 6, wherein Li and Li metal are mixed. 前記合金化工程では、10MPa以上で前記加圧処理を行う、請求項6又は7に記載の合金の製造方法。 The method for producing an alloy according to claim 6, wherein the pressure treatment is performed at 10 MPa or more in the alloying step. 前記合金化工程では、前記加圧処理を150℃以上300℃以下の範囲で行う、請求項6〜8のいずれか1項に記載の合金の製造方法。 The method for producing an alloy according to claim 6, wherein in the alloying step, the pressure treatment is performed in a range of 150° C. or higher and 300° C. or lower.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102631775B1 (en) * 2022-12-20 2024-02-01 (주)에프엠 Alkali metal alloy for electronic device and method for manufacturing same, method for manufacturing electronic device having alkali metal thin film formed therethrough, and electronic device including alkali metal thin film

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