JP2024043464A - Active materials, electrodes, secondary batteries, battery packs, and vehicles - Google Patents

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Abstract

【課題】高容量な二次電池を実現できる活物質、電極、二次電池、電池パック及び車両を提供する。【解決手段】大きさが異なる複数の酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、該酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含む複合酸化物を含む活物質が提供される。酸化レニウム型ブロックは、酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、八面体構造の頂点共有で構成される。複合酸化物は、一般式LiaMbNbMocOdで表される。ここで、MはTi,V,Ta,Fe,Co,Mn,Ni,Bi,Sb,As,P,Cr,W,B,Na,K,Mg,Al,Ca,Y及びSiからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50である。【選択図】図2[Problem] To provide an active material, an electrode, a secondary battery, a battery pack, and a vehicle that can realize a high-capacity secondary battery. [Solution] To provide an active material including a complex oxide including a structure including a plurality of rhenium oxide type blocks of different sizes, and the rhenium oxide type blocks are connected at least non-periodicly by octahedral edge sharing. The rhenium oxide type blocks include an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, and are composed of corner sharing of the octahedral structure. The complex oxide is represented by a general formula LiaMbNbMocOd, where M is any one or more selected from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y, and Si, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明の実施形態は、活物質、電極、二次電池、電池パック、及び車両に関する。 Embodiments of the present invention relate to active materials, electrodes, secondary batteries, battery packs, and vehicles.

近年、高エネルギー密度電池として、リチウムイオン二次電池や非水電解質二次電池などの二次電池の研究開発が盛んに進められている。二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両用電源、又は携帯電話基地局の無停電電源用などの電源として期待されている。そのため、二次電池にはエネルギー密度に加え、急速充放電性能や長期信頼性などといった他の性能に優れることも要求されている。 In recent years, research and development of secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries as high energy density batteries has been actively conducted. Secondary batteries are expected to be used as power sources for vehicles such as hybrid cars and electric cars, or as uninterruptible power sources for mobile phone base stations. Therefore, in addition to energy density, secondary batteries are required to have excellent other performances such as rapid charging and discharging performance and long-term reliability.

一般的なリチウムイオン電池の負極としては、黒鉛などの炭素質物を活物質として用いたカーボン系負極が挙げられる。カーボン系負極を用いた電池は、急速充放電を繰り返すと、電極上に金属リチウムのデンドライト析出が生じ、内部短絡による発熱や発火の虞があった。そこで、炭素質物の代わりに金属複合酸化物を負極に用いることで、負極作動電位を高めた電池が開発された。例えば、スピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12を負極に用いた電池は、平均作動電位が1.55V(vs.Li/Li)と高いことからLiデンドライトの析出が進行しないために安定的な急速充放電が可能であり、かつ電解液の還元副反応が生じにくい電位で作動するためにカーボン系負極を用いた電池と比較して寿命も長い。しかし、Li4Ti5O12を負極に用いた電池では、活物質材料の理論容量は175 mAh/gと低く、カーボン系負極を備えた電池と比較してエネルギー密度が低いという課題があった。 A typical negative electrode of a lithium-ion battery is a carbon-based negative electrode using a carbonaceous material such as graphite as an active material. When a battery using a carbon-based negative electrode is repeatedly charged and discharged rapidly, dendrites of metallic lithium are precipitated on the electrode, which may cause heat generation or fire due to an internal short circuit. Therefore, a battery with a high negative electrode operating potential has been developed by using a metal composite oxide instead of a carbonaceous material for the negative electrode. For example, a battery using a spinel-type lithium titanium composite oxide Li 4 Ti 5 O 12 for the negative electrode has a high average operating potential of 1.55 V (vs. Li/Li + ), so that Li dendrite precipitation does not progress, allowing stable rapid charging and discharging, and also operates at a potential where the reduction side reaction of the electrolyte is unlikely to occur, so that the life is longer than that of a battery using a carbon-based negative electrode. However, in a battery using Li 4 Ti 5 O 12 for the negative electrode, the theoretical capacity of the active material is low at 175 mAh/g, and there is a problem that the energy density is lower than that of a battery equipped with a carbon-based negative electrode.

そこで、単斜晶型ニオブチタン酸化物TiNb2O7が検討されている。リチウムの酸化-還元電位を基準として1V(vs.Li/Li)近傍に作動電位を有しながらも高容量を示す活物質材料である。このために、体積エネルギー密度についてカーボン系負極を超えるエネルギー密度を得ることが期待される。しかしながら、電動車両を本格普及させるためには航続距離の向上などの観点からリチウムイオン二次電池のエネルギー密度は今後さらに高めていくことが望まれており、さらに高容量な急速充電電池を開発することが望まれている。 Therefore, monoclinic niobium titanium oxide TiNb 2 O 7 is being considered. It is an active material that exhibits high capacity while having an operating potential near 1 V (vs. Li/Li + ) based on the oxidation-reduction potential of lithium. For this reason, it is expected that a volumetric energy density exceeding that of a carbon-based negative electrode can be obtained. However, in order to fully popularize electric vehicles, it is desired that the energy density of lithium-ion secondary batteries will further increase in the future from the perspective of improving cruising range, etc., and it is necessary to develop even higher capacity quick-charging batteries. It is hoped that

特開2012-99287号公報JP2012-99287A 特開2021-061223号公報JP 2021-061223 Publication 国際公開第2019/234248号公報International Publication No. 2019/234248

Nature, 559, 556-563(2018)Nature, 559, 556-563(2018) J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 6522-6532J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 6522-6532 International Tables for Crystallography (2006). 1st online ed. Chester: International Union of Crystallography.International Tables for Crystallography (2006). 1st online ed. Chester: International Union of Crystallography. 「粉末X線解析の実際」初版(2002年)日本分析化学会X線分析研究懇談会編 中井泉、泉富士夫編著(朝倉書店)“Powder X-ray Analysis in Practice” First Edition (2002) Edited by the Japanese Society of Analytical Chemistry X-ray Analysis Research Council Edited by Izumi Nakai and Fujio Izumi (Asakura Shoten)

実施形態の目的は、高容量な二次電池を実現できる活物質および電極、高容量な二次電池および電池パック、並びに該電池パックを搭載した車両を提供することである。 The purpose of the embodiment is to provide active materials and electrodes that can realize a high-capacity secondary battery, a high-capacity secondary battery and battery pack, and a vehicle equipped with the battery pack.

実施形態によれば、大きさが異なる複数の酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、該酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含んだ複合酸化物を含む活物質が提供される。酸化レニウム型ブロックは、酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、八面体構造の頂点共有で構成される。複合酸化物は、一般式LiaMbNbMocOdで表される。ここで、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50,である。 According to the embodiment, the composite oxide includes a plurality of rhenium oxide blocks having different sizes, and the rhenium oxide blocks are connected without periodicity by sharing at least an octahedral edge. An active material is provided. The rhenium oxide type block includes an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, and is configured by sharing the vertices of the octahedral structure. The composite oxide is represented by the general formula Li a M b NbMo c O d . Here, M is from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si. One or more of the selected ones, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50. .

他の実施形態によれば、上記活物質を含む電極が提供される。 According to another embodiment, an electrode is provided that includes the active material.

さらに他の実施形態によれば、正極と負極と電解質とを具備する二次電池が提供される。正極または負極は、上記の電極である。 According to yet another embodiment, a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte is provided. The positive electrode or negative electrode is the electrode described above.

ことさら他の実施形態によれば、上記二次電池を具備する電池パックが提供される。 According to a particularly other embodiment, a battery pack including the above-mentioned secondary battery is provided.

また、実施形態によれば、上記電池パックを具備する車両が提供される。 Further, according to the embodiment, a vehicle including the battery pack described above is provided.

実施形態に係る活物質が含む複合酸化物が含み得る結晶構造の一例を表す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a crystal structure that may be contained in a complex oxide contained in the active material according to the embodiment. 実施形態に係る活物質が含む複合酸化物が含む結晶構造の一例を表す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a crystal structure included in a composite oxide included in an active material according to an embodiment. 実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery according to an embodiment. 図3に示す二次電池のA部を拡大した断面図。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of section A of the secondary battery shown in FIG. 3. 実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the secondary battery according to the embodiment. 図5に示す二次電池のB部を拡大した断面図。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in FIG. 5; 実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of an assembled battery according to an embodiment. 実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図。FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing an example of a battery pack according to an embodiment. 図8に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。9 is a block diagram showing an example of an electric circuit of the battery pack shown in FIG. 8. FIG. 実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図。1 is a partially transparent view schematically showing an example of a vehicle according to an embodiment. 実施形態に係る車両における電気系統に関する制御システムの一例を概略的に示した図。1 is a diagram schematically showing an example of a control system related to an electrical system in a vehicle according to an embodiment. 実施例1における活物質の複合酸化物の広角X線散乱測定で得られたスペクトルを示すグラフ。3 is a graph showing a spectrum obtained by wide-angle X-ray scattering measurement of the composite oxide of the active material in Example 1. 実施例2における活物質の複合酸化物の広角X線散乱測定で得られたスペクトルを示すグラフ。3 is a graph showing a spectrum obtained by wide-angle X-ray scattering measurement of the composite oxide of the active material in Example 2. 実施例3における活物質の複合酸化物の広角X線散乱測定で得られたスペクトルを示すグラフ。1 is a graph showing a spectrum obtained by wide-angle X-ray scattering measurement of the composite oxide of the active material in Example 3. 比較例1における活物質の複合酸化物の広角X線散乱測定で得られたスペクトルを示すグラフ。3 is a graph showing a spectrum obtained by wide-angle X-ray scattering measurement of the composite oxide of the active material in Comparative Example 1. 実施例1-3及び比較例1における活物質の複合酸化物の広角X線散乱測定で得られたスペクトルを拡大したグラフ。1 is a graph showing enlarged spectra obtained by wide-angle X-ray scattering measurement of the composite oxides of the active materials in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. 実施例1-3及び比較例1における初回充放電曲線を示すグラフ。Graph showing initial charge/discharge curves in Example 1-3 and Comparative Example 1.

高容量材料を得るためには、キャリアイオン(例えば、リチウムイオン)挿入時の電荷補償量の大きな材料を選定することが望ましい。このために、さらに高容量な化合物として、例えば、6価の元素であるモリブデン元素(Mo)を含んだ複合酸化物が採用され得る。しかし、モリブデン-ニオブ複合酸化物材料としては、モリブデン含有比の多いものについて電池材料の報告は見られない。 In order to obtain a high-capacity material, it is desirable to select a material that provides a large amount of charge compensation upon insertion of carrier ions (for example, lithium ions). For this purpose, a composite oxide containing molybdenum (Mo), which is a hexavalent element, can be used as a compound with higher capacity, for example. However, as for molybdenum-niobium composite oxide materials, there have been no reports of battery materials with high molybdenum content ratios.

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一または類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, components that perform the same or similar functions are designated by the same reference numerals throughout all the drawings, and redundant description will be omitted. Each figure is a schematic diagram for explaining the embodiment and facilitating understanding thereof, and the shape, dimensions, ratio, etc. thereof may differ from the actual device, but these are based on the following explanation and known technology. The design can be changed as appropriate.

(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、大きさが異なる複数の酸化レニウム型ブロックを含む構造を含んだ複合酸化物を含む活物質が提供される。酸化レニウム型ブロックは、少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている。酸化レニウム型ブロックは、酸素と金属元素で構成される八面体構造を含んでいる。また、酸化レニウム型ブロックは、八面体構造が頂点共有で構成する。上記複合酸化物は、一般式LiaMbNbMocOdで表される。一般式において、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される少なくとも一つである。式中の各添字は、それぞれ0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50を満たす。
また、上記添字bは、0≦b≦1.4の範囲内にあり得る。
(First embodiment)
According to the first embodiment, an active material including a composite oxide including a structure including a plurality of rhenium oxide type blocks having different sizes is provided. The rhenium oxide type blocks are connected without periodicity by sharing at least the octahedral edges. The rhenium oxide type block contains an octahedral structure composed of oxygen and metal elements. Furthermore, the rhenium oxide type block has an octahedral structure with shared vertices. The above composite oxide is represented by the general formula Li a M b NbMo c O d . In the general formula, M is a group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si. At least one selected from Each subscript in the formula satisfies 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50, respectively.
Further, the subscript b may be within the range of 0≦b≦1.4.

係る活物質は、電池用活物質であり得る。該活物質は、例えば、リチウムイオン電池や非水電解質電池等の二次電池の電極に用いられる電極活物質であり得る。より具体的には、活物質は、例えば、二次電池の負極に用いられる負極活物質であり得る。 Such an active material may be an active material for a battery. The active material may be, for example, an electrode active material used in an electrode of a secondary battery such as a lithium ion battery or a nonaqueous electrolyte battery. More specifically, the active material may be, for example, a negative electrode active material used for a negative electrode of a secondary battery.

上記一般式LiaMbNbMocOd(元素M及び各添字は上述したとおり;以下、略)で表され、上述した酸化レニウム型のブロック構造を含む構造を有する複合酸化物を電極活物質として用いることで、高容量な二次電池を実現できる。 A composite oxide represented by the above general formula Li a M b NbMo c O d (the element M and each subscript are as described above; hereinafter omitted) and having a structure including the above-mentioned rhenium oxide type block structure is used as an electrode active material. By using it as a secondary battery, a high-capacity secondary battery can be realized.

<結晶構造>
第1の実施形態に係る活物質が含む複合酸化物は、ニオブを含む酸化物材料における結晶相であるWadsley-Roth相の構造を有する酸化物材料の一部に対応する。Wadsley-Roth相は、組成中の酸素Oと金属元素Mとの比について、酸素の原子数及び金属元素の原子数をそれぞれA及びAとして、2.33≦A/A≦2.65の範囲で結晶構造を取ることが報告されている。例えば、TiNb2O7の場合にはA/A=2.33の還元側の結晶構造となる。
<Crystal structure>
The composite oxide contained in the active material according to the first embodiment corresponds to a part of the oxide material having a Wadsley-Roth phase structure, which is a crystalline phase in oxide materials containing niobium. It has been reported that the Wadsley-Roth phase has a crystalline structure in the range of 2.33≦ AO /AM≦2.65, where AO is the number of oxygen atoms and AM is the number of metal elements, respectively, with respect to the ratio of oxygen O to metal element M in the composition. For example, in the case of TiNb2O7 , the crystalline structure is on the reduction side, with AO / AM =2.33.

ここで、還元とは構造内の酸素の割合が低いことを意味する。Wadsley-Roth相は酸素‐金属の八面体の頂点共有構造が酸化レニウム型のブロック構造を形成し、ブロックが八面体の菱を共有するか、あるいは四面体が間に入り頂点共有することにより酸化レニウム型のブロック(ReO3型ブロック)が二次元方向に接続するような結晶構造を取る。還元側の結晶構造は、酸化レニウム型のブロックのサイズが小さい構造を取る。酸化レニウム型の結晶構造はLiを多く挿入できる空隙を有しているものの、対称性の高い結晶構造のためにLiが挿入した際に電荷反発を解消するために金属元素と酸素元素の結合長が変化することが難しい。このため酸化レニウム型の結晶構造は、Li挿入した時の電荷反発によりLi挿入が制約される構造と言える。ここで、還元側の結晶構造とすることはA/Aが小さくなることから構造内の酸素数が減少するため酸化レニウム型のブロックのサイズが小さくなる。この結果、Liが挿入したときに金属元素と酸素元素の結合長の変化による体積膨張が可能な結晶構造になり得る。このために酸化レニウム型の結晶構造を含むことで広い空隙を有しながらも、Liが挿入した時の構造変化にも制約がないために多くのLi挿入が達成できる。 Here, reduction means that the proportion of oxygen in the structure is low. The Wadsley-Roth phase is an oxygen-metal octahedral apex-sharing structure that forms a rhenium oxide-type block structure. It has a crystal structure in which rhenium type blocks (ReO 3 type blocks) are connected in two dimensions. The crystal structure on the reduction side has a rhenium oxide type block with a small size. Although the rhenium oxide type crystal structure has voids into which many Li can be inserted, due to its highly symmetrical crystal structure, the bond length between the metal element and the oxygen element is required to eliminate charge repulsion when Li is inserted. is difficult to change. Therefore, the rhenium oxide type crystal structure can be said to be a structure in which Li insertion is restricted due to charge repulsion when Li is inserted. Here, when the crystal structure is on the reduction side, A O /A M becomes smaller, so the number of oxygen in the structure decreases, and the size of the rhenium oxide type block becomes smaller. As a result, when Li is intercalated, a crystal structure can be obtained in which the volume can expand due to a change in the bond length between the metal element and the oxygen element. For this reason, although it has a wide void by including a rhenium oxide type crystal structure, there are no restrictions on structural change when Li is inserted, so a large amount of Li can be inserted.

第1の実施形態に係る活物質が含む複合酸化物についても、TiNb2O7のように還元側の結晶構造を取ることにより、結晶構造内により多くリチウム(Li)を挿入することが可能となり、可逆容量が大きな結晶構造が得られている。つまり、係る複合酸化物の結晶構造は、ニオブに加えモリブデン及び金属元素Mを含んだ三元素からなるWadsley-Roth相に属する、還元側の結晶構造である。 The composite oxide included in the active material according to the first embodiment also has a reduced crystal structure like TiNb 2 O 7 , which makes it possible to insert more lithium (Li) into the crystal structure. , a crystal structure with a large reversible capacity has been obtained. In other words, the crystal structure of such a composite oxide is a reduction side crystal structure belonging to the Wadsley-Roth phase consisting of three elements including molybdenum and the metal element M in addition to niobium.

一般式LiaMbNbMocOdで表される複合酸化物が含み得る結晶構造の一例の模式図を図1に示す。この例は、構成元素として含まれる金属元素Mの原子数Aに対する酸素Oの原子数Aの比が、A/A=2.50となる結晶構造である。図1では、該結晶構造をc軸方向に沿って見た[001]方向の単位格子について示す。結晶構造の空間群表記はI-4に属し、空間群番号は82で帰属される。ここでいう空間群とは、International Tables for Crystallography(非特許文献3)、具体的には、当該資料のVol.A: Space-group symmetry(第2オンライン版(2016);ISBN: 978-0-470-97423-0、 doi: 10.1107/97809553602060000114)の内容に対応する。但し、空間群はP4(空間群番号75)、I4(空間群番号79)、P-4(空間群番号81)、P42/n(空間群番号86)、I4/m(空間群番号87)、P4nc (空間群番号104)、P-421c(空間群番号114)、P-4n2(空間群番号118)といったI-4(空間群番号82)に類似した四回対称軸もしくは四回反軸を有する単純立方格子による帰属で説明することも可能であり、組成比の調整によって量論組成比からずれたり、異相との混在があることで構造に歪みが生じた場合には変化することがあり得る。結晶構造10内には金属元素18と酸素元素19とでそれぞれ構成される八面体10a及び四面体10bが含まれる。八面体10aは、頂点共有で互いに結ばれて酸化レニウム型のブロック(ReO3型ブロック)を構成する。ブロックのサイズは、八面体10aが3個×3個=9個となる。酸化レニウム型の九連ブロックは八面体10aの稜を共有するか、四面体10bの頂点を共有することによってa軸方向およびb軸方向に平面を形成する。この9個の八面体10aを含む平面が、c軸側にも八面体稜共有あるいは四面体頂点共有によって複数結ばれることにより、結晶構造が構成される。 FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a crystal structure that may be included in a composite oxide represented by the general formula Li a M b Nb Mo c O d . This example has a crystal structure in which the ratio of the number of atoms A O of oxygen O to the number A M of atoms of the metal element M included as a constituent element is A O /A M =2.50. FIG. 1 shows a unit cell in the [001] direction when the crystal structure is viewed along the c-axis direction. The space group notation of the crystal structure belongs to I - 4, and the space group number is assigned as 82. The space group referred to here refers to the International Tables for Crystallography (Non-Patent Document 3), specifically, Vol.A: Space-group symmetry (2nd online edition (2016); ISBN: 978-0- 470-97423-0, doi: 10.1107/97809553602060000114). However, the space groups are P4 (space group number 75), I4 (space group number 79), P - 4 (space group number 81), P4 2 /n (space group number 86), I4/m (space group number 87). ), P4nc (space group number 104), P - 42 1 c (space group number 114), P - 4n2 (space group number 118), which are similar to I - 4 (space group number 82) or fourfold symmetry axes. It is also possible to explain the assignment using a simple cubic lattice with a reversal axis, and changes can occur if the composition deviates from the stoichiometric ratio by adjusting the composition ratio, or if the structure is distorted due to the presence of a different phase. It is possible to do so. The crystal structure 10 includes an octahedron 10a and a tetrahedron 10b each composed of a metal element 18 and an oxygen element 19. The octahedrons 10a are connected to each other by sharing vertices to form a rhenium oxide type block (ReO 3 type block). The size of the block is 3×3=9 octahedrons 10a. The nine blocks of rhenium oxide type form planes in the a-axis direction and the b-axis direction by sharing the edges of the octahedron 10a or the vertices of the tetrahedron 10b. A crystal structure is constructed by connecting a plurality of planes including these nine octahedrons 10a on the c-axis side by sharing octahedral edges or sharing tetrahedral vertices.

一般式LiaMbNbMocOdで表される複合酸化物が含み得る結晶構造の他の例の模式図を、図2に示す。図2はReOブロックの積層方向より見た構造を示している。太線で囲ったReOブロック(例えば、ブロック15a)と細線でのみ示すReOブロック(例えば、ブロック15d)とは、金属元素18が配置される平面が異なる。この例は、構造の周期性を持たないことを特徴とする。サイズの異なるブロックがWadsley-Roth相の配列方式に従って接続し存在する。ブロックの一辺は、小さいものでは2個、大きいものでは6個である。例えば、ブロック15aは3個×3個の八面体11aから成り、ブロック15bは2個×3個の八面体11aから成り、ブロック15cは2個×4個の八面体11aから成り、ブロック15dは2個×2個の八面体11aから成り、ブロック15eは3個×6個の八面体11aから成り、ブロック15fは5個×3個の八面体11aから成り、ブロック15gは4個×4個の八面体11aから成る。これらのサイズは元素M、Nb、Moの混在状態による金属/酸素比に応じ自在に調整が可能であり、限定されるものではない。大多数が八面体稜共有17で接続されるが、四面体11bによる四面体頂点共有も一部に含み得る。図1と比較して四面体が少なくなっており、四面体の頂点接続が八面体の稜接続へ置き代わることにより、八面体稜共有の数が増えるので八面体格子歪みが増加する。八面体の格子歪みが大きいことでLi挿入時の結合長の変化による構造緩和が容易となり、Li挿入量を増やすことが可能となる。さらに、八面体稜共有が周期構造を持たずに含まれるために、Li挿入量を増やした状態においても骨格の非対称性が維持される。そのため、図2の結晶構造では、図1の結晶構造よりも可逆容量がさらに向上されている。このため図2の結晶構造を活物質中に含むことによって、容量を向上させることが可能となる。 FIG. 2 shows a schematic diagram of another example of a crystal structure that may be included in the composite oxide represented by the general formula Li a M b Nb Mo c O d . Figure 2 shows the structure of three ReO blocks viewed from the stacking direction. The three ReO blocks (for example, block 15a) surrounded by thick lines and the three ReO blocks (for example, block 15d) shown only by thin lines are different in the plane in which the metal element 18 is arranged. This example is characterized by having no periodicity of structure. Blocks of different sizes exist connected according to the Wadsley-Roth phase arrangement method. One side of a block is 2 blocks for a small block and 6 blocks for a large block. For example, the block 15a is made up of 3 x 3 octahedrons 11a, the block 15b is made up of 2 x 3 octahedrons 11a, the block 15c is made up of 2 x 4 octahedrons 11a, and the block 15d is made up of 2 x 4 octahedra 11a. The block 15e consists of 2 x 2 octahedrons 11a, the block 15e consists of 3 x 6 octahedrons 11a, the block 15f consists of 5 x 3 octahedrons 11a, and the block 15g consists of 4 x 4 octahedrons 11a. It consists of an octahedron 11a. These sizes can be freely adjusted depending on the metal/oxygen ratio depending on the mixed state of elements M, Nb, and Mo, and are not limited. Although the majority are connected by octahedral edge sharing 17, some may also include tetrahedral vertex sharing by the tetrahedron 11b. Compared to FIG. 1, there are fewer tetrahedra, and by replacing the vertex connections of the tetrahedron with the edge connections of the octahedron, the number of octahedral edge sharing increases, and thus the octahedral lattice distortion increases. The large lattice strain of the octahedron facilitates structural relaxation due to changes in bond length during Li insertion, making it possible to increase the amount of Li insertion. Furthermore, since the octahedral edge sharing is included without a periodic structure, the asymmetry of the skeleton is maintained even when the amount of Li inserted is increased. Therefore, in the crystal structure of FIG. 2, the reversible capacity is further improved than that of the crystal structure of FIG. Therefore, by including the crystal structure shown in FIG. 2 in the active material, it is possible to improve the capacity.

図2の結晶構造では、組成比の変化によって変化する金属/酸素の比率をReO型ブロックのサイズと八面体稜共有や四面体頂点共有の接続数の変化によって調整することが可能である。このため、酸素/金属の比率を組成比によって変更することが可能であり、一般式LiaMbNbMocOdの組成範囲内で自由に調整することが可能である。 In the crystal structure shown in Figure 2, it is possible to adjust the metal/oxygen ratio, which changes with changes in the composition ratio, by changing the size of the ReO 3 type block and the number of connections in octahedral edge sharing and tetrahedral vertex sharing. Therefore, the oxygen/metal ratio can be changed by changing the composition ratio, and can be freely adjusted within the composition range of the general formula Li a M b Nb Mo c O d .

モリブデン元素(Mo)は、6価だけではなく4価あるいは5価の状態でも結晶構造に取り入れることができる。Moの価数は、図1或いは図2に示した結晶構造中のMo元素以外の金属元素の混在量と酸素量に応じて、電荷バランスを調整する形で決定される。6価の元素では、Ti等のM元素とのLi挿入時の電荷補償が3電子反応となることから、挿入可能なLiの理論容量を高めることができる。4価あるいは5価の状態の元素は、Mo元素のdバンドに電子が供給される形で結晶構造内に配置される。そのため、4価あるいは5価のMo元素を含むことで導電性を変化させて電池性能を向上させることができる。モリブデンを含むWadsley-Roth相は作動電位が高くなる(貴になる)ことが知られている。チタン及びニオブを含有する酸化物同士で比較するならば、例えば、第1の実施形態に係る一態様であるチタン-ニオブ-モリブデン複合酸化物では、モリブデン元素を高濃度で含んだ結晶構造を有することにより、作動電位をTiNb2O7よりも高めることができる。そのことから、作動電位が電解液の還元副反応の少ない電位領域となるために、高い寿命性能を発揮できる。 Molybdenum element (Mo) can be incorporated into the crystal structure not only in a hexavalent state but also in a tetravalent or pentavalent state. The valence of Mo is determined by adjusting the charge balance depending on the amount of metal elements other than Mo in the crystal structure shown in FIG. 1 or 2 and the amount of oxygen. In the case of a hexavalent element, the charge compensation upon insertion of Li with an M element such as Ti is a three-electron reaction, so the theoretical capacity of Li that can be inserted can be increased. The element in the tetravalent or pentavalent state is arranged in the crystal structure in such a way that electrons are supplied to the d-band of the Mo element. Therefore, by including a tetravalent or pentavalent Mo element, the conductivity can be changed and battery performance can be improved. It is known that the Wadsley-Roth phase containing molybdenum has a high (noble) operating potential. When comparing oxides containing titanium and niobium, for example, the titanium-niobium-molybdenum composite oxide, which is one aspect of the first embodiment, has a crystal structure containing a high concentration of molybdenum element. This allows the operating potential to be higher than that of TiNb 2 O 7 . As a result, the operating potential is in a potential range where there are few reduction side reactions of the electrolytic solution, and high life performance can be exhibited.

Moの価数は、図1或いは図2の結晶構造と、酸素量と金属元素のバランスから見積もられる価数よりも高い状態で結晶構造内に含まれることがあり得る。この場合、電荷バランスを調整するために、カチオン空孔を結晶構造内が形成され構造内に含まれていると推定される。カチオン空孔を構造内に含めることによって活物質の電子導電性が改善され、それによって電池性能を向上させることができる。一方で、カチオン空孔にはLiを構造内に局所的に捕捉する効果があることから、多すぎるカチオン空孔は固体内のLi移動が阻害されるという観点で好ましくない。 The valence of Mo may be included in the crystal structure in a state higher than the valence estimated from the crystal structure of FIG. 1 or 2 and the balance between the amount of oxygen and the metal element. In this case, it is presumed that cation vacancies are formed and included in the crystal structure in order to adjust the charge balance. Including cationic vacancies within the structure can improve the electronic conductivity of the active material, thereby improving battery performance. On the other hand, since cationic vacancies have the effect of locally trapping Li within the structure, too many cationic vacancies are undesirable from the viewpoint of inhibiting Li movement within the solid.

また、係る活物質では、Mo元素の量を理想的な組成から少なく設定することによって、酸素欠損を形成することも可能である。酸素欠損を形成させることで活物質の電子導電性が向上し、それによって電池性能を向上させることができる。一方で多すぎる酸素欠損量は、Liの電荷反発を引き起こす。そのため多すぎる酸素欠損量は、Liの移動を阻害することから好ましくない。 Furthermore, in such an active material, it is also possible to form oxygen vacancies by setting the amount of Mo element to be smaller than the ideal composition. Formation of oxygen vacancies improves the electronic conductivity of the active material, thereby improving battery performance. On the other hand, too large an amount of oxygen vacancies causes charge repulsion of Li. Therefore, too large an amount of oxygen vacancies is not preferable because it inhibits the movement of Li.

一般式LiaMbNbMocOdにおいて、添字dにはカチオン空孔及び酸素空孔の量が反映されている。 In the general formula Li a M b NbMo c O d , the subscript d reflects the amount of cation vacancies and oxygen vacancies.

図2で示した様な構造は、後述する走査透過電子顕微鏡を用いた高角環状暗視野法による観察で確認することができる。また、複合酸化物に含まれる、図1及び図2にそれぞれ示した結晶構造の組成の状態については、Cu-Kα線源を用いた粉末X線回折の回折図(回折スペクトル)に基づいて見積もることができる。Cu-Kα線源を用いた粉末X線回折による回折スペクトルにおいて、2θ=25.05±0.25°の範囲内に現れる最強度ピークP1のピーク強度I1と、2θ=24.00±0.2°の範囲内に現れる最強度ピークP2のピーク強度I2との強度比には、複合酸化物における図1の結晶構造と図2の結晶構造の混在の程度が表れる。 The structure shown in Figure 2 can be confirmed by observation using a high-angle annular dark-field method using a scanning transmission electron microscope, which will be described later. In addition, the composition state of the crystal structures shown in Figures 1 and 2 contained in the complex oxide can be estimated based on the diffraction diagram (diffraction spectrum) of powder X-ray diffraction using a Cu-Kα radiation source. In the diffraction spectrum of powder X-ray diffraction using a Cu-Kα radiation source, the intensity ratio between the peak intensity I1 of the most intense peak P1 appearing within the range of 2θ = 25.05 ± 0.25° and the peak intensity I2 of the most intense peak P2 appearing within the range of 2θ = 24.00 ± 0.2° indicates the degree of mixing of the crystal structure of Figure 1 and the crystal structure of Figure 2 in the complex oxide.

ピークP2の位置は、図1及び図2それぞれの結晶構造の間で積層軸方向長さに大きな違いが無いことから大きく変化せず、ピークの位置が重なるために見かけ上一つのピークで存在するように見える。一方、図1の構造についてのメインピークは2θ=25.4±0.10の位置に現れ(420)面に帰属されるが、結晶構造の変化によって図2の構造ではReO3ブロックの平面方向に沿った見かけの平均周期によるメインピーク位置が低角方向に変化する。I1/I2≦0.1である場合は、複合酸化物の結晶構造は主に図1の構造で構成されていることを意味する。I1/I2>0.1である場合は、少なくとも一部の結晶構造が図2の結晶構造に変化していることを意味する。また、I1/I2≧1である場合は、複合酸化物の結晶構造の大部分を図2の構造が占める状態に在り得る。 The position of peak P2 does not change significantly between the crystal structures in Figures 1 and 2, as there is no major difference in the length in the stacking axis direction, and since the peak positions overlap, it appears to exist as one peak. looks like. On the other hand, the main peak for the structure in Figure 1 appears at the position of 2θ = 25.4 ± 0.10 and is assigned to the (420) plane, but due to changes in the crystal structure, the main peak in the structure in Figure 2 appears along the plane direction of the ReO 3 block. The main peak position due to the apparent average period changes in the lower angle direction. When I1/I2≦0.1, it means that the crystal structure of the composite oxide is mainly composed of the structure shown in FIG. When I1/I2>0.1, it means that at least a part of the crystal structure has changed to the crystal structure shown in FIG. Further, when I1/I2≧1, the structure shown in FIG. 2 may occupy most of the crystal structure of the composite oxide.

一般式LiaMbNbMocOdで表される複合酸化物は、金属元素としてNb元素およびMo元素に加え、それらと異なる元素Mをさらに含むことができる。図2における構造は電荷補償による酸素/金属の組成比の変化をReO3型ブロックのサイズの変化と接続部の八面体稜共有及び四面体頂点共有の変化によって構造を維持出来る。Mo元素は、構造中の価数を4価から6価の範囲で調整して構造内に含めることが可能である。また、係る活物質は、上述したとおり酸素欠損やカチオン空孔を構造内に作ることも容易である。このため、構造中の電荷バランスの調整の自由度が高く、それにより元素Mについては自由に選択することが可能である。M元素としては、Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y, Zr 及びSiから成る群より少なくとも1つを選択することができる。上記一般式にて、添字bは、例えば、0<bを満たし得る。 The composite oxide represented by the general formula Li a M b Nb Mo c O d can further contain an element M different from them in addition to Nb element and Mo element as metal elements. In the structure shown in FIG. 2, the structure can be maintained by changing the oxygen/metal composition ratio due to charge compensation, changing the size of the ReO 3 type block, and changing the octahedral edge sharing and tetrahedral vertex sharing of the connection part. Mo element can be included in the structure by adjusting the valence in the structure from 4 to 6. Furthermore, as described above, oxygen vacancies and cation vacancies can be easily created in the structure of such active materials. Therefore, there is a high degree of freedom in adjusting the charge balance in the structure, and it is therefore possible to freely select the element M. M elements consist of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y, Zr and Si. At least one can be selected from the group. In the above general formula, the subscript b may satisfy, for example, 0<b.

上記M元素は、例えば、上述した四面体や八面体を構成する金属元素として結晶構造内に含まれ得る。また、M元素は、複合酸化物の結晶構造には含まれない形態で活物質中に存在し得る。 The above-mentioned M element can be included in the crystal structure, for example, as a metal element constituting the above-mentioned tetrahedron or octahedron. Furthermore, the M element may exist in the active material in a form that is not included in the crystal structure of the composite oxide.

例えばバナジウム(V)及びリン(P)の元素は、5価元素として結晶構造内に含めることが可能である。チタン(Ti)、ジルコニア(Zr)、及びシリコン(Si)は、4価の元素として構造内に含めることが可能である。鉄(Fe)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb),ホウ素(B)、ヒ素(As)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、及びイットリウム(Y)は、3価の元素として結晶構造内に取りこむことができる。マグネシウム(Mg)及びカルシウム(Ca)は、2価の元素として結晶構造内に取りこむことができる。カリウム(K)及びナトリウム(Na)は、1価の元素として結晶構造内に取りこむことができる。これらの元素のうち、4価の元素は3価以下の元素よりも電荷が高いために、構造内の酸素/金属比を低下させずに多く含めることが可能であり、構造内のMo比率を高めることが可能であることから好ましい。特に、チタン(Ti)元素は最も構造内に多く含めることが可能な元素であり、イオン半径が5価のNb元素に近いことから構造内に取り入れやすく、M元素の中で最も好ましい。 For example, the elements vanadium (V) and phosphorus (P) can be included in the crystal structure as pentavalent elements. Titanium (Ti), zirconia (Zr), and silicon (Si) can be included in the structure as tetravalent elements. Iron (Fe), chromium (Cr), aluminum (Al), bismuth (Bi), antimony (Sb), boron (B), arsenic (As), cobalt (Co), manganese (Mn), nickel (Ni), and yttrium (Y) can be incorporated into the crystal structure as a trivalent element. Magnesium (Mg) and calcium (Ca) can be incorporated into the crystal structure as divalent elements. Potassium (K) and sodium (Na) can be incorporated into the crystal structure as monovalent elements. Among these elements, tetravalent elements have a higher charge than trivalent or lower valent elements, so they can be included in large amounts without reducing the oxygen/metal ratio in the structure, and the Mo ratio in the structure can be increased. This is preferable since it is possible to increase the temperature. In particular, the titanium (Ti) element is the element that can be included in the largest amount in the structure, and since its ionic radius is close to that of the pentavalent Nb element, it is easy to incorporate into the structure, and is therefore the most preferable among the M elements.

タンタル(Ta)は、5価の元素としてNb元素を置き換えることが可能である。Ta及びNbは周期表上で同族の元素に該当することから、物理的及び化学的な性質が類似している。そのため、NbをTaで置換しても同等の電池性能を得ることが可能である。 Tantalum (Ta) can replace the Nb element as a pentavalent element. Since Ta and Nb belong to the same group of elements on the periodic table, they have similar physical and chemical properties. Therefore, it is possible to obtain equivalent battery performance even if Nb is replaced with Ta.

タングステン(W)は、6価の元素としてMo元素の一部を置き換えることが可能である。一般に、Wを含有するWadsley-Roth相は固体内Li拡散速度が速いことから、レート性能が高いことが知られている。従って、Wを含むことは、活物質のレート性能をさらに高めることが可能とされる。 Tungsten (W) can replace a part of the Mo element as a hexavalent element. Generally, it is known that the Wadsley-Roth phase containing W has high rate performance because the Li diffusion rate in the solid is fast. Therefore, inclusion of W makes it possible to further improve the rate performance of the active material.

<活物質粒子>
第1の実施形態に係る活物質は、例えば、粒子の形態を取り得る。即ち、係る活物質は、一般式LiaMbNbMocOdで表され、上述した結晶構造を含む複合酸化物の粒子からなり得る。活物質は、単独の一次粒子、複数の一次粒子が凝集してなる二次粒子、又はこれらの混合物であり得る。
<Active material particles>
The active material according to the first embodiment may take the form of particles, for example. That is, such an active material may be represented by the general formula Li a M b NbMoc O d and may be composed of particles of a composite oxide containing the above-mentioned crystal structure. The active material may be a single primary particle, a secondary particle formed by agglomerating a plurality of primary particles, or a mixture thereof.

係る活物質の平均一次粒子径は、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、3μm以下であることが更に好ましい。活物質の平均一次粒子径が小さいと、一次粒子内でのリチウムイオンの拡散距離が短いため、リチウムイオン拡散性が高まる傾向にある。また、活物質の平均一次粒子径が小さいと、反応面積が増加するため、活物質とリチウムイオンとの反応性が高まり、リチウムイオン挿入脱離反応が向上する傾向にある。 The average primary particle diameter of the active material is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 3 μm or less. When the average primary particle diameter of the active material is small, the diffusion distance of lithium ions within the primary particles is short, so lithium ion diffusivity tends to increase. Furthermore, when the average primary particle diameter of the active material is small, the reaction area increases, so the reactivity between the active material and lithium ions increases, and the lithium ion insertion/extraction reaction tends to improve.

係る活物質の平均二次粒子径は、1μm以上50μm以下であることが好ましい。活物質の平均二次粒子径をこの範囲にすることにより、電極製造時の生産性を向上させると共に、良好な性能の電池を得ることができる。この平均二次粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求めた粒度分布において、体積積算値が50%となる粒径を意味している。 The average secondary particle diameter of the active material is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. By setting the average secondary particle diameter of the active material within this range, it is possible to improve productivity during electrode manufacturing and to obtain a battery with good performance. This average secondary particle diameter means a particle diameter at which the volume integrated value is 50% in the particle size distribution determined by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.

活物質のBET比表面積は、3.0m2/g以上120m2/g以下であることが望ましく、4.0m2/g以上110m2/g以下であることがより望ましい。比表面積が高い活物質を用いると、電池の放電レート性能を高めることができる。また、比表面積の低い活物質を用いると、電池の寿命性能を向上させることができ、第2の実施形態にて後述する電極の製造工程において、活物質を含むスラリーの塗工性を良好なものにすることができる。 The BET specific surface area of the active material is preferably 3.0 m 2 /g or more and 120 m 2 /g or less, more preferably 4.0 m 2 /g or more and 110 m 2 /g or less. Using an active material with a high specific surface area can improve the discharge rate performance of the battery. Furthermore, by using an active material with a low specific surface area, the life performance of the battery can be improved. can be made into something.

BET比表面積は、窒素BET(Brunauer, Emmet and Teller)法により求めた比表面積を意味している。この窒素BET法に基づく比表面積を求める方法は、後段にて詳述する。 The BET specific surface area means the specific surface area determined by the nitrogen BET (Brunauer, Emmet and Teller) method. The method for determining the specific surface area based on the nitrogen BET method will be described in detail later.

<製造方法>
第1の実施形態に係る活物質は、下記のとおり製造することができる。
<Manufacturing method>
The active material according to the first embodiment can be manufactured as follows.

(液相合成)
複合酸化物の製造は特に限定されるものではないが、例えば固相反応法、ゾルゲル法、水熱合成法などの方法により合成することができる。この一例としてゾルゲル法を用いたチタン-ニオブ-モリブデン複合酸化物(即ち、元素M=Ti)の製造方法について記載する。
(liquid phase synthesis)
Although there are no particular limitations on the production of the composite oxide, it can be synthesized, for example, by a solid phase reaction method, a sol-gel method, a hydrothermal synthesis method, or the like. As an example of this, a method for producing a titanium-niobium-molybdenum composite oxide (ie, element M=Ti) using a sol-gel method will be described.

出発原料としては、チタン化合物、ニオブ化合物、モリブデン化合物を用いる。チタン化合物としては、例えば、チタンテトライソプロポキシド、硫酸チタニル、塩化チタン、シュウ酸チタンアンモニウム及びその水和物、水酸化チタン、酸化チタンが挙げられる。ニオブ化合物としては、例えば、塩化ニオブ、シュウ酸ニオブアンモニウム及びその水和物、水酸化ニオブ、酸化ニオブが挙げられる。モリブデン化合物としては、例えば、塩化モリブデン、モリブデン酸アンモニウム及びその水和物、水酸化モリブデン、酸化モリブデンが挙げられる。元素MとしてTi以外の元素を選択またはTiと共に他の元素を選択する場合は、選択した元素Mを含有する化合物で上記チタン化合物を適宜置き換えるか併用する。 As starting materials, titanium compounds, niobium compounds, and molybdenum compounds are used. Examples of the titanium compound include titanium tetraisopropoxide, titanyl sulfate, titanium chloride, titanium ammonium oxalate and its hydrate, titanium hydroxide, and titanium oxide. Examples of the niobium compound include niobium chloride, ammonium niobium oxalate and its hydrate, niobium hydroxide, and niobium oxide. Examples of molybdenum compounds include molybdenum chloride, ammonium molybdate and its hydrates, molybdenum hydroxide, and molybdenum oxide. When an element other than Ti is selected as the element M, or when another element is selected together with Ti, a compound containing the selected element M is appropriately substituted for the titanium compound or used in combination.

出発原料は、事前に純水、あるいは酸に溶解させて溶解液としておくことが好ましい。溶液化することによって各元素が均質に混合した乾燥ゲルを得ることが可能であるため、反応性を高めることができる。純水に溶解できない場合は、酸を用いて溶解を行う。 It is preferable to dissolve the starting materials in pure water or acid beforehand to prepare a solution. By dissolving them in solution, it is possible to obtain a dry gel in which each element is homogeneously mixed, thereby increasing reactivity. If the starting materials cannot be dissolved in pure water, they are dissolved using acid.

原料を溶解させるために使用する酸としては、例えば、クエン酸やシュウ酸が挙げられるが、溶解性の観点からシュウ酸を用いることが好ましい。例えばシュウ酸を用いる場合には、0.5M以上1M以下の濃度とすることが好ましい。溶解させる際には、反応時間を短縮するために70℃以上の温度を用いることが好ましい。 Examples of the acid used to dissolve the raw material include citric acid and oxalic acid, but it is preferable to use oxalic acid from the viewpoint of solubility. For example, when using oxalic acid, the concentration is preferably 0.5M or more and 1M or less. When dissolving, it is preferable to use a temperature of 70° C. or higher to shorten the reaction time.

原料の溶解が難しい場合には、分散液としても反応を進めることができる。この場合の分散液中に含まれる原料の平均粒子径については、3μm以下、より好ましくは1μmであると良い。各化合物について所定の組成比に調整した溶液(又は分散液)を調製した後、溶液を加熱・攪拌させながらアンモニア水溶液による中和を行いpHの調整を行う。pH調整によりゲル液を得る。pHは5以上8以下とすることにより、各原料を均質に含むゲルを形成することが可能であり、これにより焼成時の反応性が良好な乾燥ゲルを取得することができる。 If it is difficult to dissolve the raw materials, the reaction can also proceed as a dispersion. In this case, the average particle diameter of the raw material contained in the dispersion liquid is preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm. After preparing a solution (or dispersion) of each compound in a predetermined composition ratio, the solution is neutralized with an ammonia aqueous solution while being heated and stirred to adjust the pH. A gel solution is obtained by adjusting the pH. By setting the pH to 5 or more and 8 or less, it is possible to form a gel containing each raw material homogeneously, and thereby a dry gel with good reactivity during firing can be obtained.

続いて、ゲル液を沸点近傍まで加熱することによって水分を蒸発させてゲル化を進行させる。ゲル化を行った後、さらに水分を蒸発させて乾燥を行うことによって乾燥ゲルを取得する。ゲル化及び乾燥の際は、例えば、溶液全量を蒸発濃縮して乾燥ゲルを得ることができる。溶液全量を蒸発濃縮して製造した乾燥ゲルは、焼成前に粉砕を行うことによって平均粒子径を10μm以下、より好ましくは5μm以下まで小さくすることが好ましい。これにより焼成後の粒子径を小さくすることができる。得られた乾燥ゲルを焼成する。 Subsequently, the gel solution is heated to near its boiling point to evaporate water and promote gelation. After gelation, water is further evaporated and dried to obtain a dry gel. During gelation and drying, for example, the entire solution can be evaporated and concentrated to obtain a dry gel. The dry gel produced by evaporating and concentrating the entire solution is preferably pulverized before firing to reduce the average particle size to 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. This makes it possible to reduce the particle size after firing. The resulting dry gel is fired.

溶媒を蒸発させてゲル化及び乾燥ゲルを取得する工程において、噴霧乾燥機を用いることがより好ましい。噴霧によって、微小なゾル溶液の液滴を形成することが可能である。微小な液滴の状態で乾燥させることで、溶媒乾燥時に進行する粒子凝集を防いで乾燥させることが可能であることから、乾燥後の粒子径をより小さくすると共に、粗大粒子を低減させることが可能である。これによって前駆体の焼成時の反応の均質性を高めるとともに、焼成時の粒子の凝集も抑制することが可能である。噴霧乾燥の時の乾燥温度は100℃以上200℃以下であることが好ましい。 It is more preferable to use a spray dryer in the process of evaporating the solvent to gel and obtain a dried gel. By spraying, it is possible to form fine droplets of the sol solution. By drying in the form of fine droplets, it is possible to prevent particle aggregation that occurs during solvent drying, making it possible to reduce the particle size after drying and reduce the number of coarse particles. This increases the homogeneity of the reaction during the firing of the precursor and also makes it possible to suppress particle aggregation during firing. The drying temperature during spray drying is preferably 100°C or higher and 200°C or lower.

乾燥ゲルの焼成にあたって、200℃以上500℃以下、焼成時間1時間以上10時間以下で仮焼成を行う。これによって余分な有機成分を焼失させることが可能であることから、本焼成時の反応性を高めることが可能である。 When firing the dry gel, pre-calcination is performed at 200°C or higher and 500°C or lower for a firing time of 1 hour or more and 10 hours or less. This makes it possible to burn off excess organic components, thereby increasing the reactivity during the main firing.

本焼成は、600℃以上、800℃以下の焼成温度とし、焼成時間は1時間以上10時間以下で実施することが好ましい。このような温度範囲で焼成を行うことによって、モリブデンの昇華を抑制しながら、目的の相を取得することが可能である。 The main firing is preferably carried out at a firing temperature of 600°C or higher and 800°C or lower, and for a firing time of 1 hour or more and 10 hours or less. By performing firing in such a temperature range, it is possible to obtain the desired phase while suppressing sublimation of molybdenum.

焼成後の粉末は凝集体を形成することで平均粒子径が高いことがあり得る。この場合には、粉砕を行うことで所定の平均粒子径を調整することが好ましい。 The powder after firing may have a high average particle size due to the formation of aggregates. In this case, it is preferable to adjust the predetermined average particle size by pulverization.

機械的な粉砕を実施した後の粉末は、表面がアモルファス状に変化することがあり得る。この場合は、電池用活物質として用いた時にLi挿入・脱離時の過電圧を発生させることから、副反応を増加させることがあり得る。このため、再度アニール処理を実施することが好ましい。アニール温度は、本焼成温度以下であり、500℃以上800℃以下とすることが好ましい。 After mechanical pulverization, the powder may have an amorphous surface. In this case, when used as an active material for a battery, overvoltage is generated during Li insertion/desorption, which may increase side reactions. For this reason, it is preferable to perform the annealing treatment again. The annealing temperature is below the main firing temperature, and is preferably 500°C or more and 800°C or less.

<各種測定方法>
以下、活物質の測定方法を説明する。具体的には、複合酸化物の確認、活物質粒子の平均粒子径の測定、及び活物質の比表面積の測定を説明する。
<Various measurement methods>
The method for measuring the active material will be explained below. Specifically, confirmation of the composite oxide, measurement of the average particle diameter of active material particles, and measurement of the specific surface area of the active material will be explained.

電池の電極に含まれている活物質を試料とする場合、以下の方法により前処理を行って、測定試料を準備する。先ず、電池を完全に放電状態とする。次いで、アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で電池を分解し、電極を取り出す。次いで、取り出した電極をエチルメチルカーボネートなどの溶媒を用いて洗浄する。実施する測定ごとにさらに加工を行って、適切な形態の試料を準備する。 When using an active material contained in a battery electrode as a sample, a measurement sample is prepared by performing pretreatment using the following method. First, the battery is completely discharged. The battery is then disassembled in a glove box under an argon atmosphere and the electrodes are removed. Next, the electrode taken out is washed using a solvent such as ethyl methyl carbonate. For each measurement to be performed, further processing is performed to prepare a sample with an appropriate morphology.

(複合酸化物の確認)
活物質が上述した結晶構造を有するとともに一般式LiaMbNbMocOdで表される複合酸化物を含むことの確認は、広角X線回折(XRD)法、高角環状暗視野(High Angle Annular Dark-Field;HAADF)法、並びに誘導結合プラズマ(Inductively coupled plasma:ICP)発光分析法および不活性ガス溶解-赤外線吸収分光法を組合わせることで行うことができる。広角XRD法およびHAADF法により結晶構造を求め、ICP発光分析法および不活性ガス溶解-赤外線吸収分光法により元素組成を求めることができる。また、XRD測定により得られたスペクトルにおいて、上述したメインピークの強度比(I1/I2)を判断することができる。元素の価数測定は、例えば、特性X線を用いる光電子分光法(X-ray photoelectron spectroscopy;XPS)により実施することが可能である。
(Confirmation of complex oxide)
Confirmation that the active material has the above-mentioned crystal structure and contains a complex oxide represented by the general formula Li a M b NbMo c O d can be confirmed using wide-angle X-ray diffraction (XRD) method, high-angle annular dark field (High Angle Annular Dark Field) This can be carried out by combining annular dark-field (HAADF) method, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry, and inert gas dissolution-infrared absorption spectroscopy. The crystal structure can be determined by wide-angle XRD method and HAADF method, and the elemental composition can be determined by ICP emission spectrometry and inert gas dissolution-infrared absorption spectroscopy. Moreover, in the spectrum obtained by XRD measurement, the intensity ratio (I1/I2) of the above-mentioned main peak can be determined. The valence of an element can be measured by, for example, photoelectron spectroscopy (XPS) using characteristic X-rays.

XRD測定は、次のとおり行う。先ず、活物質粒子を十分に粉砕して、粉末状試料を得る。粉末状試料の平均粒子径は、20μm以下とすることが好ましい。この平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により求めることができる。 XRD measurement is performed as follows. First, active material particles are thoroughly ground to obtain a powdered sample. The average particle diameter of the powdered sample is preferably 20 μm or less. This average particle diameter can be determined using a laser diffraction particle size distribution analyzer.

次いで、この粉末状試料を、ガラス試料板のホルダー部分に充填し、その表面を平坦にする。ガラス試料板としては、例えば、ホルダー部分の深さが0.2mmのものを用いることができる。 Next, this powdered sample is filled into the holder portion of a glass sample plate, and the surface is flattened. For example, a glass sample plate with a holder portion having a depth of 0.2 mm can be used.

次いで、このガラス試料板を粉末X線回折装置に設置し、Cu-Kα線を用いてXRDスペクトルを測定する。具体的な測定条件は、例えば、以下のとおりとする:
X線回折装置:株式会社リガク社製 SmartLab
X線源:CuKα線
出力:40kV,200mA
パッケージ測定名称:汎用測定(集中法)
入射並行スリット開口角:5°
入射長手制限スリット長さ:10mm
受光PSA:無し
受光並行スリット開口角:5°
単色化法:Kβフィルター法
測定モード:連続
入射スリット幅:0.5°
受光スリット幅:20mm
測定範囲(2θ):5~70°
サンプリング幅(2θ):0.01°
スキャン速度:1° ~ 20°/分。
Next, this glass sample plate is placed in a powder X-ray diffractometer, and an XRD spectrum is measured using Cu-Kα rays. Specific measurement conditions are, for example, as follows:
X-ray diffraction device: SmartLab manufactured by Rigaku Co., Ltd.
X-ray source: CuKα rays Output: 40kV, 200mA
Package measurement name: General purpose measurement (concentrated method)
Incidence parallel slit opening angle: 5°
Incident longitudinal restriction slit length: 10mm
Light receiving PSA: None Light receiving parallel slit opening angle: 5°
Monochromatic method: Kβ filter method Measurement mode: Continuous Incidence slit width: 0.5°
Light receiving slit width: 20mm
Measurement range (2θ): 5~70°
Sampling width (2θ): 0.01°
Scan speed: 1° to 20°/min.

このようにして、活物質に係るXRDスペクトルを得る。このXRDスペクトルにおいて、横軸は入射角(2θ)を示し、縦軸は回折強度(cps)を示す。スキャン速度は、XRDスペクトルのメインピークのカウント数が5万カウント以上、15万カウント以下となるような範囲で調整することができる。 In this way, an XRD spectrum related to the active material is obtained. In this XRD spectrum, the horizontal axis shows the incident angle (2θ), and the vertical axis shows the diffraction intensity (cps). The scan speed can be adjusted within a range such that the main peak count of the XRD spectrum is 50,000 counts or more and 150,000 counts or less.

電池の電極に含まれている活物質を試料とする場合、上述した前処理を行って得られた洗浄後の電極を、ガラス試料板のホルダーの面積とほぼ同じ面積に切断し、測定試料とする。 When the active material contained in a battery electrode is used as a sample, the electrode after cleaning obtained by carrying out the above-mentioned pretreatment is cut to an area approximately equal to the area of the glass sample plate holder to be used as the measurement sample.

次に、得られた測定試料を、ガラスホルダーに直接貼り付け、XRD測定を行う。 Next, the obtained measurement sample is directly attached to a glass holder and subjected to XRD measurement.

XRDスペクトルにおけるピーク強度の導出は下記の方法で実施する。スペクトル上のピーク高さ(Signal=S)とノイズ(Noise=N)との比率(S/N比)は、ピーク強度の算出に影響を与えないように十分に大きくする。バックグラウンドを適当な関数で見積もり除した後、Kα2線に該当するピークを見積もり除する。バックグラウンドは、例えばSonneveld-Visser法、スプライン関数法、バックグラウンド関数法などの方法によって見積もることができる。Kα2線の除去は、Rachinger法、Ladell法によって実施する。処理をしたスペクトルについて、2θ=20°~30°の範囲に含まれるピークを全て特定した後、最小二乗法によるピークフィッティングを実施する。ピーク関数には、例えば、疑フォークト関数を用いる。ピークの算出にあたっては、他に混合される活物質や、導電剤、集電体などの電池部材に由来するピークが重なる場合は、それぞれに該当するピークを排除するように注意する。例えば、集電体、導電剤、及びバインダなど、電極に含まれ得る活物質以外の材料についてXRDを用いて測定し、これらに由来するXRDパターンを把握する。次いで、測定試料において活物質に由来すると考えられるピークと、その他の材料のピークとで重なるピークがある場合、活物質以外の材料のピークを分離する。このようにして活物質が含む結晶構造に係るメインピークを分離したXRDスペクトルを得る。メインピークのピークトップ位置に基づいてピークP1及びP2を判別し、それらのピーク強度比I1/I2を求める。 The peak intensity in the XRD spectrum is derived by the following method. The ratio (S/N ratio) between the peak height (Signal=S) and noise (Noise=N) on the spectrum is made sufficiently large so as not to affect the calculation of the peak intensity. After the background is estimated and divided by an appropriate function, the peak corresponding to the Kα2 line is estimated and divided. The background can be estimated by methods such as the Sonneveld-Visser method, the spline function method, and the background function method. Kα2 radiation is removed by the Rachinger method and Ladell method. After identifying all peaks within the range of 2θ=20° to 30° for the processed spectrum, peak fitting is performed using the least squares method. For example, a pseudo-Voigt function is used as the peak function. When calculating peaks, if peaks originating from other mixed active materials, conductive agents, current collectors, and other battery components overlap, care should be taken to exclude the corresponding peaks. For example, materials other than the active material that may be included in the electrode, such as a current collector, a conductive agent, and a binder, are measured using XRD, and the XRD pattern derived from these materials is determined. Next, if there is a peak considered to be derived from the active material and a peak of another material that overlaps in the measurement sample, the peak of the material other than the active material is separated. In this way, an XRD spectrum is obtained in which the main peak related to the crystal structure contained in the active material is separated. Peaks P1 and P2 are determined based on the peak top position of the main peak, and their peak intensity ratio I1/I2 is determined.

測定した試料が含む結晶構造が上述した図1の正方晶型の結晶構造に帰属されるかをさらに厳密に確認するためには、リートベルト法を用いる。解析プログラムとしては、例えばRIETAN-FPを用い、信頼度因子であるRwp値について少なくとも20%以下、より好ましくは15%以下となることを確認することによって確かめることができる。この時、不純物を含むピークが存在し、解析目的とする相と重複する場合には解析精度を悪化させることがあり得る。この場合には、不純物由来のピークと重複することが明瞭な箇所について、解析範囲から除外した解析を行う方法が好ましい。但し、第1の実施形態に係る活物質以外の材料が試料に含まれる場合や、試料の配向性が著しく高い場合、粗大粒子が混在している場合については強度比が変化するためにこの限りでは無く、結晶構造に帰属される全てのピークの位置や相対強度に矛盾が無いことを確認することで構造を確かめる。また、スペクトルの強度が低くてバックグラウンド強度が低い状態にあるとRwp値が小さくなることがあり、信頼度因子はその絶対値に意味を持つものではなく、一定の測定条件においてフィッティングの良さを相対的に判断することに意味を有するものである。 In order to more precisely confirm whether the crystal structure contained in the measured sample belongs to the tetragonal crystal structure shown in FIG. 1 described above, the Rietveld method is used. This can be confirmed by using, for example, RIETAN-FP as an analysis program and confirming that the R wp value, which is a reliability factor, is at least 20% or less, more preferably 15% or less. At this time, if a peak containing impurities is present and overlaps with the phase targeted for analysis, analysis accuracy may be deteriorated. In this case, it is preferable to perform analysis excluding portions that clearly overlap with peaks derived from impurities from the analysis range. However, if the sample contains materials other than the active material according to the first embodiment, if the orientation of the sample is extremely high, or if coarse particles are mixed, this will change the intensity ratio. Rather, the structure is confirmed by confirming that there are no contradictions in the positions and relative intensities of all peaks assigned to the crystal structure. In addition, when the intensity of the spectrum is low and the background intensity is low, the R wp value may become small, and the reliability factor does not have any meaning in its absolute value, but rather it is based on the goodness of fitting under certain measurement conditions. It is meaningful to make a relative judgment.

RIETAN-FPを用いた解析方法については、例えば、非特許文献4(「粉末X線解析の実際」初版(2002年)日本分析化学会X線分析研究懇談会編 中井泉、泉富士夫編著(朝倉書店))の第9章「RIETAN-FPを使ってみよう」に詳細に説明されている。 Regarding the analysis method using RIETAN-FP, for example, see Non-Patent Document 4 ("Powder X-ray analysis in practice" first edition (2002), edited by the Japan Society for Analytical Chemistry, X-ray Analysis Research Council, edited by Izumi Nakai, Fujio Izumi (Asakura) It is explained in detail in Chapter 9 "Let's use RIETAN-FP" of the bookstore).

なお、RIETAN-FPは、その開発者のインターネット上のウェブページ(http://fujioizumi.verse.jp/)にて無料配布されている(2022年8月現在)リートベルト解析用プログラムである。 Note that RIETAN-FP is a Rietveld analysis program that is distributed free of charge (as of August 2022) on its developer's web page on the Internet (http://fujioizumi.verse.jp/).

図2の構造は、構造の周期性を有さないためにXRD測定で解析を実施することが困難である。図2の構造を確かめるためには、微細構造を直接観察することが好ましい。観察は、走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope;STEM)を用いた高角環状暗視野(High Angle Annular Dark-Field;HAADF)法による観察によって実施することが可能である。測定分解能を向上させる観点から、球面収差補正を用いることが好ましい。ReO3型ブロックに垂直な方向から原子像(10 nm × 10 nm)を取得し、ReO3ブロックを構成する金属元素の位置関係を確認することによって、その構造を確かめることができる。 The structure shown in FIG. 2 does not have periodicity, so it is difficult to analyze it by XRD measurement. In order to confirm the structure shown in FIG. 2, it is preferable to directly observe the fine structure. The observation can be carried out by observation using the High Angle Annular Dark-Field (HAADF) method using a Scanning Transmission Electron Microscope (STEM). From the viewpoint of improving measurement resolution, it is preferable to use spherical aberration correction. The structure can be confirmed by acquiring an atomic image (10 nm × 10 nm) from a direction perpendicular to the ReO 3 block and confirming the positional relationship of the metal elements that make up the ReO 3 block.

試料に含まれている活物質粒子における各元素の含有量は、金属元素に関してはICP発光分析法により確かめることができる。O元素については不活性ガス溶解-赤外線吸収分光等の方法によって定量することができるが、厳密な定量は難しい。 The content of each element in the active material particles contained in the sample can be confirmed by ICP atomic emission spectrometry for metal elements. The amount of O element can be quantified by inert gas dissolution-infrared absorption spectroscopy, but precise quantification is difficult.

電極に含まれている活物質粒子については、上述した前処理後、次の処理をさらに行う。洗浄後の電極から、活物質を含んでいる部材(例えば、第2の実施形態で説明する活物質含有層)を、例えば、電極の集電体から剥離する。電極から剥離した部分を大気中で短時間加熱(500℃で1時間程度)して、バインダー成分やカーボンなど不要な部分を焼失させる。その後、ICP発光分析などを行うことによって各元素の含有量を定量することができる。 After the above-mentioned pretreatment, the active material particles contained in the electrode are further subjected to the following treatment. From the cleaned electrode, a member containing active material (e.g., the active material-containing layer described in the second embodiment) is peeled off, for example, from the electrode's current collector. The part peeled off from the electrode is heated in air for a short period of time (about 1 hour at 500°C) to burn off unnecessary parts such as binder components and carbon. The content of each element can then be quantified by ICP emission analysis or the like.

XPS法による複合酸化物が含む金属元素の価数の測定は、次のとおり実施することができる。測定に用いるX線には、検出深さが深くバルクにより近い状態を測定することが可能であることから、硬X線を用いることが好ましい。硬X線を用いる分光手法はHAXPESとも呼ばれる。各元素のナロースペクトルの結合エネルギーの位置を確認することにより、価数を判定することが可能である。例えば、Ti元素については、Ti2p3/2に由来する4価のピークが459.0±0.4eVに観察される。Mo元素については、Mo3d5/2に由来する6価のピークが232.2±0.4eVに観察される。Nb元素については、Nb3d5/2に由来する5価のピークが207.5±0.4eVに観察される。低価数元素を含む場合は、先の価数よりも低いエネルギー位置にピークが検出されることで判別が可能である。特に、Mo元素は5価以下の価数を含む可能性があり得る。 The measurement of the valence of the metal element contained in the complex oxide by the XPS method can be carried out as follows. It is preferable to use hard X-rays for the X-rays used in the measurement, since they have a deep detection depth and can measure a state closer to the bulk. Spectroscopic techniques using hard X-rays are also called HAXPES. The valence can be determined by checking the position of the binding energy of the narrow spectrum of each element. For example, for the Ti element, a tetravalent peak derived from Ti2p3 /2 is observed at 459.0±0.4 eV. For the Mo element, a hexavalent peak derived from Mo3d5 /2 is observed at 232.2±0.4 eV. For the Nb element, a pentavalent peak derived from Nb3d5 /2 is observed at 207.5±0.4 eV. When a low valence element is contained, it can be determined by detecting a peak at a lower energy position than the previous valence. In particular, the Mo element may contain a valence of 5 or less.

元素価数が変化しないよう、サンプル測定は非破壊で行う。従って、電極に含まれている複合酸化物に対する測定は、材料抽出を行わずに電極を試料とする。サンプルの測定中のチャージアップがピーク位置に影響を与えないように注意して測定を行う。チャージアップによるピークのシフトが無いようにするために、完全放電状態の電極を測定することが好ましい。電極に導電剤が含まれている場合は、チャージアップを少なくできる。長時間のX線照射が試料にダメージを与えることでも元素価数が変化するため、注意する。また、異なる構造の材料が混在する場合は結合状態の変化のためにピークがシフトする可能性があるため、価数の変化と混同しないように注意する。異なる価数の元素が混在する場合、すなわち複数のピークでスペクトルが混在する場合は、スペクトルを最小二乗フィッティングで分離し、分離したピークの面積比から混在比を推定することができる。 Sample measurements are performed non-destructively to avoid changes in element valency. Therefore, when measuring the complex oxide contained in the electrode, the electrode is used as a sample without material extraction. Perform measurements with care so that charge-up during sample measurement does not affect the peak position. In order to avoid peak shifts due to charge-up, it is preferable to measure the electrode in a fully discharged state. If the electrode contains a conductive agent, charge-up can be reduced. Be careful, as long-term X-ray irradiation can damage the sample and cause the element valence to change. Furthermore, when materials with different structures are mixed, the peak may shift due to a change in bonding state, so be careful not to confuse this with a change in valence. When elements of different valences coexist, that is, when a spectrum includes a plurality of peaks, the spectrum can be separated by least squares fitting, and the mixture ratio can be estimated from the area ratio of the separated peaks.

なお、一般式LiaMbNbMocOdにて添字aで表されるLiの含有割合は、複合酸化物が活物質に用いられた電極の充電状態に応じて変化する。例えば、負極に含まれている複合酸化物では、電池の充電に伴ってLiが挿入されて添字aが増加し、放電に伴ってLiが脱離して添字aが減少する。 Note that the content ratio of Li, represented by the subscript a in the general formula Li a M b Nb Mo c O d , changes depending on the charging state of the electrode in which the composite oxide is used as the active material. For example, in the composite oxide contained in the negative electrode, as the battery is charged, Li is inserted and the subscript a increases, and as the battery is discharged, Li is desorbed and the subscript a decreases.

(平均粒子径の測定)
活物質の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope : SEM)を用いた観察により求めることができる。具体的には、SEM観察による平均一次粒子径は、以下の方法により算出することができる。
(Measurement of average particle size)
The average primary particle size of the active material can be determined by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, the average primary particle size determined by SEM observation can be calculated by the following method.

先ず、SEM観察により得られたSEM画像の一次粒子において、最も長軸な部分の長さと、最も短軸な部分の長さとを測定し、これらの相加平均値を一次粒子径とする。この一次粒子径の測定を、任意に選出した100個の粒子で行い、それらの平均値を平均一次粒子径とする。 First, the length of the longest axis and the length of the shortest axis are measured for the primary particles in the SEM image obtained by SEM observation, and the arithmetic mean of these is taken as the primary particle diameter. This measurement of primary particle diameter is performed on 100 randomly selected particles, and the average of these is taken as the average primary particle diameter.

活物質の平均二次粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置を用いて測定される粒度分布から求めることができる。この粒度分布測定を行う際の試料としては、活物質の濃度が0.1質量%乃至1質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドンで希釈した分散液を用いる。得られた粒度分布において体積積算値が50%となる粒径を、平均二次粒子径とする。 The average secondary particle diameter of the active material can be determined from the particle size distribution measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring device. A dispersion liquid diluted with N-methyl-2-pyrrolidone so that the concentration of the active material is 0.1% by mass to 1% by mass is used as a sample for this particle size distribution measurement. The particle size at which the volume integrated value is 50% in the obtained particle size distribution is defined as the average secondary particle size.

(BET比表面積の測定)
活物質粒子についてのBET比表面積は、以下の方法により求めることができる。
(Measurement of BET specific surface area)
The BET specific surface area of active material particles can be determined by the following method.

先ず、試料として、4gの活物質を採取する。次いで、測定装置の評価用セルを、100℃以上の温度で15時間にわたって減圧乾燥させ、脱ガス処理を行う。評価用セルとしては、例えば、1/2インチのものを使用することができる。次いで、試料を測定装置に設置する。測定装置としては、例えば、島津製作所-マイクロメリティックス社製トライスターII3020を用いることができる。次いで、77K(窒素の沸点)の窒素ガス中で、窒素ガスの圧力P(mmHg)を徐々に高めながら、各圧力P毎に、試料の窒素ガス吸着量(mL/g)を測定する。次いで、圧力P(mmHg)を窒素ガスの飽和蒸気圧P0(mmHg)で除した値を相対圧力P/P0として、各相対圧力P/P0に対する窒素ガス吸着量をプロットすることにより吸着等温線を得る。次いで、この窒素吸着等温線とBET式とからBETプロットを算出し、このBETプロットを利用して比表面積を得る。なお、BETプロットの算出には、BET多点法を用いる。 First, 4 g of active material is collected as a sample. Next, the evaluation cell of the measuring device is dried under reduced pressure at a temperature of 100° C. or higher for 15 hours to perform a degassing treatment. As the evaluation cell, for example, a 1/2 inch cell can be used. Next, the sample is placed in the measuring device. As the measuring device, for example, TriStar II3020 manufactured by Shimadzu Corporation-Micromeritics may be used. Next, while gradually increasing the pressure P (mmHg) of nitrogen gas in nitrogen gas at 77 K (the boiling point of nitrogen), the amount of nitrogen gas adsorbed (mL/g) of the sample is measured at each pressure P. Next, the value obtained by dividing the pressure P (mmHg) by the saturated vapor pressure P 0 (mmHg) of nitrogen gas is set as the relative pressure P/P 0 , and the adsorption amount is determined by plotting the amount of nitrogen gas adsorbed for each relative pressure P/P 0 . Obtain the isotherm. Next, a BET plot is calculated from this nitrogen adsorption isotherm and the BET equation, and the specific surface area is obtained using this BET plot. Note that the BET multi-point method is used to calculate the BET plot.

第1の実施形態に係る活物質は、酸素と金属元素で構成される八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含む構造を含んでおり、一般式LiaMbNbMocOdで表される複合酸化物を含む。上記構造では、大きさが異なる複数の酸化レニウム型ブロックが、少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている。上記一般式において、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上である。添字a,b,c及びdは、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50を満たす数である。上記複合酸化物を電極活物質として用いた電極は、体積当たりの容量が高い。また、上記複合酸化物を電極活物質として用いた二次電池および電池パックは、体積当たりの容量が高い。即ち、係る活物質は、高容量を示す。 The active material according to the first embodiment includes a structure including a rhenium oxide type block formed by an octahedral structure composed of oxygen and a metal element with shared vertices, and has a general formula Li a M b NbMo c O d Contains a complex oxide represented by In the above structure, a plurality of rhenium oxide blocks having different sizes are connected without periodicity by sharing at least an octahedral edge. In the above general formula, M consists of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si. One or more selected from the group. Subscripts a, b, c, and d are numbers that satisfy 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50. be. An electrode using the above composite oxide as an electrode active material has a high capacity per volume. Further, secondary batteries and battery packs using the above composite oxide as an electrode active material have a high capacity per volume. That is, such an active material exhibits high capacity.

(第2の実施形態)
第2の実施形態によると、電極が提供される。
Second Embodiment
According to a second embodiment, an electrode is provided.

第2の実施形態に係る電極は、第1の実施形態に係る活物質を含む。この電極は、第1の実施形態に係る活物質を電池用活物質として含む電池用電極であり得る。電池用電極としての電極は、例えば、第1の実施形態に係る活物質を負極活物質として含む負極であり得る。或いは、電極は、第1の実施形態に係る活物質を正極活物質として含む正極であり得る。 The electrode according to the second embodiment includes the active material according to the first embodiment. This electrode may be a battery electrode containing the active material according to the first embodiment as a battery active material. The electrode as a battery electrode may be, for example, a negative electrode containing the active material according to the first embodiment as a negative electrode active material. Alternatively, the electrode may be a positive electrode containing the active material according to the first embodiment as a positive electrode active material.

係る電極は、集電体と活物質含有層とを含むことができる。活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得る。活物質含有層は、活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含むことができる。 Such an electrode may include a current collector and an active material-containing layer. The active material-containing layer may be formed on one or both sides of the current collector. The active material-containing layer may include an active material and, optionally, a conductive agent and a binder.

活物質含有層は、第1の実施形態に係る活物質を単独で含んでもよく、第1の実施形態に係る活物質を2種類以上含んでもよい。さらに、第1の実施形態に係る活物質を1種又は2種以上と、更に1種又は2種以上の他の活物質とを混合した混合物を含んでもよい。第1の実施形態に係る活物質と他の活物質との総質量に対する第1の実施形態に係る活物質の含有割合が10質量%以上100質量%以下であることが望ましい。 The active material-containing layer may contain only the active material according to the first embodiment, or may contain two or more types of active materials according to the first embodiment. Furthermore, it may include a mixture of one or more active materials according to the first embodiment and one or more other active materials. It is desirable that the content ratio of the active material according to the first embodiment to the total mass of the active material according to the first embodiment and other active materials is 10% by mass or more and 100% by mass or less.

例えば、第1の実施形態に係る活物質を負極活物質として含む場合は、他の活物質の例には、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム(例えばLi2+xTi37、0≦x≦3)、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(例えば、Li4+xTi512、0≦x≦3)、二酸化チタン(TiO2)、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、五酸化ニオブ(Nb25)、ホランダイト型チタン複合酸化物、直方晶型(orthorhombic)チタン複合酸化物、及び単斜晶型ニオブチタン酸化物、ニオブ酸化物、ニオブチタン酸化物、ニオブモリブデン複合酸化物、ニオブタングステン複合酸化物が挙げられる。 For example, when the active material according to the first embodiment is included as a negative electrode active material, examples of other active materials include lithium titanate having a ramsdellite structure (for example, Li 2+x Ti 3 O 7 , 0≦ x≦3), lithium titanate having a spinel structure (e.g. Li 4+x Ti 5 O 12 , 0≦x≦3), titanium dioxide (TiO 2 ), anatase titanium dioxide, rutile titanium dioxide, pentoxide Niobium (Nb 2 O 5 ), hollandite titanium composite oxide, orthorhombic titanium composite oxide, monoclinic niobium titanium oxide, niobium oxide, niobium titanium oxide, niobium molybdenum composite oxide, niobium Examples include tungsten composite oxide.

上記直方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Li2+e 2-fTi6-gII h14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、Mは、Sr,Ba,Ca,Mg,Na,Cs,Rb及びKからなる群より選択される少なくとも1つである。MIIはZr,Sn,V,Nb,Ta,Mo,W,Y,Fe,Co,Cr,Mn,Ni,及びAlからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦e≦6、0≦f<2、0≦g<6、0≦h<6、-0.5≦σ≦0.5である。直方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Li2+eNa2Ti614(0≦e≦6)が挙げられる。 Examples of the rectangular titanium-containing composite oxide include compounds represented by Li 2+e M I 2-f Ti 6-g M II h O 14+σ . Here, MI is at least one selected from the group consisting of Sr, Ba, Ca, Mg, Na, Cs, Rb and K. M II is at least one selected from the group consisting of Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Y, Fe, Co, Cr, Mn, Ni, and Al. The respective subscripts in the composition formula are 0≦e≦6, 0≦f<2, 0≦g<6, 0≦h<6, and −0.5≦σ≦0.5. A specific example of the rectangular titanium-containing complex oxide includes Li 2+e Na 2 Ti 6 O 14 (0≦e≦6).

上記単斜晶型ニオブチタン酸化物の例として、LixTi1-yM1yNb2-zM2z7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つである。M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、-0.3≦δ≦0.3である。単斜晶型ニオブチタン酸化物の具体例として、LixNb2TiO7(0≦x≦5)が挙げられる。 An example of the monoclinic niobium titanium oxide is a compound represented by Li x Ti 1-y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ . Here, M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn. M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi. The respective subscripts in the composition formula are 0≦x≦5, 0≦y<1, 0≦z<2, and −0.3≦δ≦0.3. A specific example of the monoclinic niobium titanium oxide is Li x Nb 2 TiO 7 (0≦x≦5).

単斜晶型ニオブチタン酸化物の他の例として、LixTi1-yM3y+zNb2-z7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、-0.3≦δ≦0.3である。 Another example of monoclinic niobium titanium oxide is a compound represented by Li x Ti 1-y M3 y+z Nb 2-z O 7-δ . Here, M3 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. The respective subscripts in the composition formula are 0≦x≦5, 0≦y<1, 0≦z<2, and −0.3≦δ≦0.3.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。また、導電剤を用いると共に活物質表面に炭素や導電性材料を被覆することで、活物質含有層の集電性能を向上させることもできる。 The conductive agent is blended to improve current collection performance and suppress contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, graphite, carbonaceous materials such as carbon nanotubes and carbon nanofibers. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. Alternatively, instead of using a conductive agent, the surface of the active material particles may be coated with carbon or an electronically conductive inorganic material. Furthermore, by using a conductive agent and coating the surface of the active material with carbon or a conductive material, the current collecting performance of the active material-containing layer can be improved.

結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。 The binder is blended to fill gaps between the dispersed active materials and to bind the active materials and the current collector. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, styrene butadiene rubber, polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose cellulose; CMC), and salts of CMC. One of these may be used as a binder, or a combination of two or more may be used as a binder.

活物質含有層中の活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、電極の用途に応じて適宜変更することができる。例えば、電極を二次電池の負極として用いる場合は、活物質(負極活物質)、導電剤及び結着剤を、それぞれ、68質量%以上96質量%以下、2質量%以上30質量%以下及び2質量%以上30質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ30質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。 The blending ratio of the active material, conductive agent, and binder in the active material-containing layer can be changed as appropriate depending on the use of the electrode. For example, when the electrode is used as a negative electrode of a secondary battery, the active material (negative electrode active material), the conductive agent, and the binder are 68% by mass or more and 96% by mass or less, 2% by mass or more and 30% by mass or less, and It is preferably blended in a proportion of 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of the conductive agent to 2% by mass or more, the current collection performance of the active material-containing layer can be improved. Furthermore, by setting the amount of the binder to 2% by mass or more, the binding property between the active material-containing layer and the current collector becomes sufficient, and excellent cycle performance can be expected. On the other hand, it is preferable that the amount of the conductive agent and the binder be 30% by mass or less, respectively, in order to increase the capacity.

活物質表面を炭素や導電性材料で被覆する場合、被覆材量は導電剤量に含めたものとみなすことができる。炭素または導電性材料による被覆量は、0.5質量%以上5質量%以下であることが好ましい。この範囲の被覆量であれば、集電性能と電極密度を高められる。 When the surface of the active material is coated with carbon or a conductive material, the amount of the coating material can be considered to be included in the amount of the conductive agent. The amount of carbon or conductive material covered is preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. A coating amount within this range can improve current collection performance and electrode density.

集電体は、活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。例えば、活物質が負極活物質として用いられる場合は、集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiからなる群より選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 For the current collector, a material is used that is electrochemically stable at a potential at which lithium (Li) is inserted into and removed from the active material. For example, when the active material is used as a negative electrode active material, the current collector is copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. Preferably, it is made from an aluminum alloy containing one or more elements. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the electrode.

また、集電体は、その表面に活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、集電タブとして働くことができる。 The current collector may also include a portion on whose surface the active material-containing layer is not formed. This portion can function as a current collecting tab.

電極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、電極を作製する。 The electrode can be produced, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of the active material-containing layer and the current collector. Thereafter, this laminate is pressed. In this way, the electrode is produced.

或いは、電極は、次の方法により作製してもよい。まず、活物質、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを集電体上に配置することにより、電極を得ることができる。 Alternatively, the electrode may be produced by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are mixed to obtain a mixture. This mixture is then formed into pellets. Next, an electrode can be obtained by placing these pellets on a current collector.

第2の実施形態に係る電極は、第1の実施形態に係る活物質を含んでいる。そのため、第2の実施形態に係る電極は、体積当たりの容量が高い二次電池を実現することができる。 The electrode according to the second embodiment contains the active material according to the first embodiment. Therefore, the electrode according to the second embodiment can realize a secondary battery with high capacity per volume.

(第3の実施形態)
第3の実施形態によると、負極と、正極と、電解質とを含む二次電池が提供される。この二次電池は、負極または正極として、第2の実施形態に係る電極を含む。つまり、第3の実施形態に係る二次電池は、第1の実施形態に係る活物質を電池用活物質として含む電極を、電池用電極として含む。望ましい態様の二次電池は、負極として、第2の実施形態に係る電極を含む。つまり、望ましい態様の二次電池は、第1の実施形態に係る活物質を電池用活物質として含む電極を、負極として含む。以下、望ましい態様を説明する。
Third Embodiment
According to the third embodiment, a secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte is provided. This secondary battery includes the electrode according to the second embodiment as the negative electrode or the positive electrode. That is, the secondary battery according to the third embodiment includes an electrode including the active material according to the first embodiment as a battery active material as a battery electrode. A secondary battery according to a desirable aspect includes the electrode according to the second embodiment as a negative electrode. That is, a secondary battery according to a desirable aspect includes an electrode including the active material according to the first embodiment as a battery active material as a negative electrode. Desired aspects will be described below.

係る二次電池は、正極と負極との間に配されたセパレータを更に具備することもできる。負極、正極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。 Such a secondary battery may further include a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The negative electrode, the positive electrode, and the separator can constitute an electrode group. An electrolyte may be retained in the electrode group.

また、係る二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。 Moreover, such a secondary battery can further include an exterior member that houses the electrode group and the electrolyte.

さらに、係る二次電池は、負極に電気的に接続された負極端子及び正極に電気的に接続された正極端子を更に具備することができる。 Furthermore, such a secondary battery may further include a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode and a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode.

第3の実施形態に係る二次電池は、例えばリチウム二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。 The secondary battery according to the third embodiment may be, for example, a lithium secondary battery. Further, the secondary battery includes a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a non-aqueous electrolyte.

以下、負極、正極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。 Hereinafter, the negative electrode, positive electrode, electrolyte, separator, exterior member, negative electrode terminal, and positive electrode terminal will be explained in detail.

1)負極
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極集電体及び負極活物質含有層は、それぞれ、第2の実施形態に係る電極が含むことのできる集電体及び活物質含有層であり得る。負極活物質含有層は、第1の実施形態に係る活物質を負極活物質として含む。
1) Negative electrode The negative electrode can include a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode current collector and the negative electrode active material-containing layer may be included in the electrode according to the second embodiment, respectively. The negative electrode active material-containing layer contains the active material according to the first embodiment as a negative electrode active material.

負極の詳細のうち、第2の実施形態について説明した詳細と重複する部分は、省略する。 Among the details of the negative electrode, parts that overlap with the details described in the second embodiment will be omitted.

負極活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、1.8g/cm3以上2.8g/cm3以下であることが好ましい。負極活物質含有層の密度がこの範囲内にある負極は、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れている。負極活物質含有層の密度は、2.1g/cm3以上2.6g/cm3以下であることがより好ましい。 The density of the negative electrode active material-containing layer (excluding the current collector) is preferably 1.8 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. A negative electrode having a density of the negative electrode active material-containing layer within this range has excellent energy density and electrolyte retention. The density of the negative electrode active material-containing layer is more preferably 2.1 g/cm 3 or more and 2.6 g/cm 3 or less.

負極は、例えば、第2の実施形態に係る電極と同様の方法により作製することができる。 The negative electrode can be produced, for example, by the same method as the electrode according to the second embodiment.

2)正極
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
2) Positive electrode The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer may be formed on one or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode active material-containing layer can contain a positive electrode active material and optionally a conductive agent and a binder.

正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。正極は、正極活物質として、1種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは2種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい。酸化物及び硫化物の例には、Li又はLiイオンを挿入及び脱離させることができる化合物を挙げることができる。 As the positive electrode active material, for example, oxides or sulfides can be used. The positive electrode may contain one type of compound alone as a positive electrode active material, or may contain a combination of two or more types of compounds. Examples of oxides and sulfides include compounds capable of intercalating and deintercalating Li or Li ions.

このような化合物としては、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4;0<x≦1、LixFe1-yMnyPO4;0<x≦1、0<y≦1、LixCoPO4;0<x≦1)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV25)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。 Examples of such compounds include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, and lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ; 0<x≦1). , lithium nickel composite oxide (e.g. Li x NiO 2 ; 0<x≦1), lithium cobalt complex oxide (e.g. Li x CoO 2 ; 0<x≦1), lithium nickel cobalt complex oxide (e.g. Li x Ni 1-y Co y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g. Li x Mny Co 1-y O 2 ; 0<x≦1, 0<y< 1), lithium manganese nickel composite oxide with spinel structure (e.g. Li x Mn 2-y Ni y O 4 ; 0<x≦1, 0<y<2), lithium phosphorus oxide with olivine structure (e.g. x FePO 4 ; 0<x≦1, Li x Fe 1-y Mny PO 4 ; 0<x≦1, 0<y≦1, Li x CoPO 4 ; 0<x≦1), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (e.g. V 2 O 5 ), and lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 ; 0<x≦1, 0<y <1, 0<z<1, y+z<1).

上記のうち、正極活物質としてより好ましい化合物の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムリン酸鉄(例えばLixFePO4;0<x≦1)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。これらの化合物を正極活物質に用いると、正極電位を高めることができる。 Among the above, examples of compounds more preferable as positive electrode active materials include lithium manganese composite oxides having a spinel structure (for example, Li x Mn 2 O 4 ; 0<x≦1), lithium nickel composite oxides (for example, Li x NiO 2 ; 0<x≦1), lithium cobalt complex oxide (e.g. Li x CoO 2 ; 0<x≦1), lithium nickel cobalt complex oxide (e.g. Li x Ni 1-y Co y O 2 ; 0< x≦1, 0<y<1), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (e.g. Li x Mn 2-y Ni y O 4 ; 0<x≦1, 0<y<2), lithium manganese cobalt Composite oxide (for example, Li x Mny Co 1-y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), lithium iron phosphate (for example, Li x FePO 4 ; 0<x≦1), and lithium Nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1, 0<z<1, y+z<1) is included. When these compounds are used as positive electrode active materials, the positive electrode potential can be increased.

電池の電解質として常温溶融塩を用いる場合、リチウムリン酸鉄、LixVPO4F(0≦x≦1)、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、又はこれらの混合物を含む正極活物質を用いることが好ましい。これらの化合物は常温溶融塩との反応性が低いため、サイクル寿命を向上させることができる。常温溶融塩の詳細については、後述する。 When using a room temperature molten salt as the electrolyte of the battery, it is preferable to use a positive electrode active material containing lithium iron phosphate, Li x VPO 4 F (0≦x≦1), lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, or a mixture thereof. These compounds have low reactivity with room temperature molten salts, so that the cycle life can be improved. Details of room temperature molten salts will be described later.

正極活物質の一次粒径は、100nm以上1μm以下であることが好ましい。一次粒径が100nm以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒径が1μm以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。 The primary particle size of the positive electrode active material is preferably 100 nm or more and 1 μm or less. A positive electrode active material having a primary particle size of 100 nm or more is easy to handle in industrial production. A positive electrode active material having a primary particle size of 1 μm or less allows lithium ions to diffuse smoothly in the solid.

正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、Liイオンの挿入脱離サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 /g or more and 10 m 2 /g or less. A positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m 2 /g or more can sufficiently secure insertion and desorption sites for Li ions. A positive electrode active material having a specific surface area of 10 m 2 /g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge-discharge cycle performance.

結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。 The binder is blended to fill the gaps between the dispersed positive electrode active material and to bind the positive electrode active material to the positive electrode current collector. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose (CMC), and salts of CMC. One of these may be used as the binder, or two or more may be used in combination as the binder.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。 The conductive agent is blended to improve current collection performance and suppress contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of conductive agents include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous materials such as graphite. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. Further, the conductive agent can also be omitted.

正極活物質含有層において、正極活物質及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上98質量%以下、及び2質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。 In the positive electrode active material-containing layer, the positive electrode active material and the binder are preferably blended in a proportion of 80% by mass or more and 98% by mass or less, and 2% by mass or more and 20% by mass or less, respectively.

結着剤の量を2質量%以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着剤は、絶縁体として機能し得る。そのため、結着剤の量を20質量%以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。 Sufficient electrode strength can be obtained by setting the amount of the binder to 2% by mass or more. The binder can also function as an insulator. Therefore, when the amount of the binder is 20% by mass or less, the amount of insulator included in the electrode is reduced, so that the internal resistance can be reduced.

導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤は、それぞれ、77質量%以上95質量%以下、2質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。 When adding a conductive agent, the positive electrode active material, the binder, and the conductive agent each have a content of 77% by mass or more and 95% by mass or less, 2% by mass or more and 20% by mass or less, and 3% by mass or more and 15% by mass or less. It is preferable to mix them in proportions.

導電剤の量を3質量%以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤の量を15質量%以下にすることにより、電解質と接触する導電剤の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。 By setting the amount of the conductive agent to 3% by mass or more, the above-mentioned effects can be exhibited. Furthermore, by controlling the amount of the conductive agent to 15% by mass or less, the proportion of the conductive agent that comes into contact with the electrolyte can be lowered. When this ratio is low, decomposition of the electrolyte can be reduced during high temperature storage.

正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si.

アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99質量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。 The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. It is preferable that the purity of the aluminum foil is 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by mass or less.

また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。 Further, the positive electrode current collector can include a portion on the surface of which the positive electrode active material-containing layer is not formed. This part can act as a positive electrode current collection tab.

正極は、例えば、正極活物質を用いて、第2の実施形態に係る電極と同様の方法により作製することができる。 The positive electrode can be produced, for example, using a positive electrode active material by the same method as the electrode according to the second embodiment.

3)電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、0.5 mol/L以上2.5 mol/L以下であることが好ましい。
3) Electrolyte As the electrolyte, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gel nonaqueous electrolyte can be used. A liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/L or more and 2.5 mol/L or less.

電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SO2F)2;LiFSI)のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolyte salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), and trifluoromethane. Lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 ; LiFSI) Includes salts and mixtures thereof. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at high potentials, and LiPF 6 is most preferred.

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate (VC); diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate. chain carbonates such as (dimethyl carbonate; DMC), methyl ethyl carbonate (MEC); tetrahydrofuran (THF), 2-methyl tetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); cyclic ethers such as dimethoxy ethane (DME), diethoxy ethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (sulfolane; SL) is included. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile;PAN)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxide;PEO)、又はこれらの混合物が含まれる。 A gel nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid nonaqueous electrolyte and a polymer material. Examples of polymeric materials include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), or mixtures thereof.

或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。 Alternatively, as the nonaqueous electrolyte, in addition to liquid nonaqueous electrolyte and gel nonaqueous electrolyte, room temperature molten salt containing lithium ions (ionic melt), polymer solid electrolyte, inorganic solid electrolyte, etc. may be used. Good too.

常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温(15℃以上25℃以下)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。 A room temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15°C or higher and 25°C or lower) among organic salts consisting of a combination of an organic cation and an anion. Room temperature molten salts include room temperature molten salts that exist as a liquid by themselves, room temperature molten salts that become liquid when mixed with an electrolyte salt, room temperature molten salts that become liquid when dissolved in an organic solvent, and mixtures of these. In general, the melting point of room temperature molten salts used in secondary batteries is 25°C or lower. In addition, organic cations generally have a quaternary ammonium skeleton.

高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。 Polymeric solid electrolytes are prepared by dissolving an electrolyte salt in a polymeric material and solidifying it.

無機固体電解質は、Liイオン伝導性を有する固体物質である。ここでいうLiイオン伝導性を有するとは、25℃で1×10-6 S/cm以上のリチウムイオン伝導度を示すことを指す。無機固体電解質としては、例えば、酸化物系固体電解質、又は硫化物系固体電解質を挙げることができる。無機固体電解質の具体例は、下記のとおりである。 The inorganic solid electrolyte is a solid material that has Li ion conductivity. Here, having Li ion conductivity refers to exhibiting lithium ion conductivity of 1×10 −6 S/cm or more at 25° C. Examples of the inorganic solid electrolyte include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes. Specific examples of the inorganic solid electrolyte are as follows.

酸化物系固体電解質としては、NASICON(Sodium (Na) Super Ionic Conductor)型構造を有し、一般式Li1+xMα2(PO4)3で表されるリチウムリン酸固体電解質を用いることが好ましい。上記一般式中のMαは、例えば、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、及びカルシウム(Ca)からなる群より選択される1以上である。添字xは、0≦x≦2の範囲内にある。 As the oxide-based solid electrolyte, it is preferable to use a lithium phosphate solid electrolyte having a NASICON (Sodium (Na) Super Ionic Conductor) type structure and expressed by the general formula Li1 +xMα2 ( PO4 ) 3 . In the above general formula, Mα is, for example, one or more selected from the group consisting of titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), zirconium (Zr), tin (Sn), aluminum (Al), and calcium (Ca). The subscript x is within the range of 0≦x≦2.

NASICON型構造を有するリチウムリン酸固体電解質の具体例としては、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3で表され0.1≦x≦0.5であるLATP化合物;Li1+xAlyMβ2-y(PO4)3で表されMβはTi,Ge,Sr,Zr,Sn,及びCaからなる群より選択される1以上であり0≦x≦1及び0≦y≦1である化合物;Li1+xAlxGe2-x(PO4)3で表され0≦x≦2である化合物;及び、Li1+xAlxZr2-x(PO4)3で表され0≦x≦2である化合物;Li1+x+yAlxMγ2-xSiy3-y12で表されMγはTi及びGeからなる群より選択される1以上であり0<x≦2、0≦y<3である化合物;Li1+2xZr1-xCax(PO4)3で表され0≦x<1である化合物を挙げることができる。 Specific examples of lithium phosphate solid electrolytes having a NASICON structure include LATP compounds represented by Li1 + xAlxTi2 -x ( PO4 ) 3 , where 0.1≦x≦0.5; compounds represented by Li1 + xAlyMβ2 -y ( PO4 ) 3 , where Mβ is one or more selected from the group consisting of Ti, Ge, Sr, Zr, Sn, and Ca, and where 0≦x≦1 and 0≦y≦1; compounds represented by Li1 + xAlxGe2 -x ( PO4 ) 3 , where 0≦x≦2; and compounds represented by Li1 + xAlxZr2 -x ( PO4 ) 3 , where 0≦x≦2; Li1 +x+ yAlxMγ2 - xSiyP3 - yO 12 , in which Mγ is 1 or more selected from the group consisting of Ti and Ge, and 0<x≦2, 0≦y<3; and a compound represented by Li 1+2x Zr 1-x Ca x (PO 4 ) 3 , in which 0≦x<1.

また、酸化物系固体電解質としては、上記リチウムリン酸固体電解質の他にも、LixPOyzで表され2.6≦x≦3.5、1.9≦y≦3.8、及び0.1≦z≦1.3であるアモルファス状のLIPON化合物(例えば、Li2.9PO3.30.46);ガーネット型構造のLa5+xAxLa3-xMδ212で表されAはCa,Sr,及びBaからなる群より選択される1以上でMδはNb及びTaからなる群より選択される1以上であり0≦x≦0.5である化合物;Li3Mδ2-x212で表されMδはNb及びTaからなる群より選択される1以上でありLはZrを含み得0≦x≦0.5である化合物;Li7-3xAlxLa3Zr312で表され0≦x≦0.5である化合物;Li5+xLa3Mδ2-xZrx12で表されMδはNb及びTaから成る群より選択される1以上であり0≦x≦2であるLLZ化合物(例えば、Li7La3Zr212);及びペロブスカイト型構造を有しLa2/3-xLixTiO3で表され0.3≦x≦0.7である化合物が挙げられる。 In addition to the above-mentioned lithium phosphate solid electrolyte, examples of the oxide solid electrolyte include Li x PO y N z 2.6≦x≦3.5, 1.9≦y≦3.8, and an amorphous LIPON compound where 0.1≦z≦1.3 (for example, Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ); represented by La 5+ xA x La 3-x2 O 12 with a garnet-type structure, where A is A compound in which one or more is selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba, and Mδ is one or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦x≦0.5; Li 32-x L 2 O 12 , Mδ is one or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and L may contain Zr and satisfies 0≦x≦0.5; Li 7-3x Al x La 3 Zr 3 O 12 , and 0≦x≦0.5; Li 5+x La 32-x Zr x O 12 , where Mδ is 1 or more selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦ LLZ compound (for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) where x≦2; and a perovskite-type structure represented by La 2/3-x Li x TiO 3 and 0.3≦x≦0.7; One example is a compound.

上記化合物のうち1以上を固体電解質として用いることができる。上記固体電解質を2以上用いてもよい。 One or more of the above compounds can be used as a solid electrolyte. Two or more of the above solid electrolytes may be used.

或いは、非水電解質の代わりに、液状水系電解質又はゲル状水系電解質を電解質として用いることができる。液状水系電解質は、溶質として、例えば、上記電解質塩を水系溶媒に溶解することにより調製される。ゲル状水系電解質は、液状水系電解質と上記高分子材料とを複合化することにより調製される。水系溶媒としては、水を含む溶液を用い得る。水を含む溶液とは、純水であってもよく、水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。 Alternatively, instead of a non-aqueous electrolyte, a liquid aqueous electrolyte or a gel aqueous electrolyte can be used as the electrolyte. The liquid aqueous electrolyte is prepared by dissolving, for example, the above-mentioned electrolyte salt as a solute in an aqueous solvent. The gel aqueous electrolyte is prepared by compounding the liquid aqueous electrolyte with the above-mentioned polymer material. As the aqueous solvent, a solution containing water can be used. The solution containing water may be pure water or a mixed solvent of water and an organic solvent.

4)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
4) Separator The separator is formed from, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film made of polyethylene or polypropylene. This is because these porous films melt at a certain temperature and are capable of blocking current.

5)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
5) Exterior member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.

ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, and preferably 0.2 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。 As the laminate film, a multilayer film including a plurality of resin layers and a metal layer interposed between these resin layers is used. The resin layer includes a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). The metal layer is preferably made of aluminum foil or aluminum alloy foil for weight reduction. The laminate film can be formed into the shape of the exterior member by sealing it by heat fusion.

金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the wall of the metal container is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, still more preferably 0.2 mm or less.

金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は1質量%以下であることが好ましい。 The metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. Preferably, the aluminum alloy contains elements such as magnesium, zinc, and silicon. When the aluminum alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium, the content is preferably 1% by mass or less.

外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。 The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, flat (thin), square, cylindrical, coin, button, or the like. The exterior member can be appropriately selected depending on the battery dimensions and the intended use of the battery.

6)負極端子
負極端子は、上述の負極活物質のLi挿入脱離電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
6) Negative electrode terminal The negative electrode terminal can be formed from a material that is electrochemically stable at the Li insertion/desorption potential of the above-mentioned negative electrode active material and has electrical conductivity. Specifically, the material of the negative electrode terminal includes copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. Examples include aluminum alloys. It is preferable to use aluminum or an aluminum alloy as the material for the negative electrode terminal. The negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode current collector in order to reduce contact resistance with the negative electrode current collector.

7)正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し3V以上4.5V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
7) Positive electrode terminal The positive electrode terminal must be formed from a material that is electrically stable and conductive in a potential range of 3 V or more and 4.5 V or less (vs. Li/Li + ) with respect to the oxidation-reduction potential of lithium. Can be done. Examples of the material for the positive electrode terminal include aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed from the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.

以上、第2の実施形態に係る電極を負極として含む態様を説明した。第3の実施形態に係る二次電池の態様のうち、正極として第2の実施形態に係る電極を含む態様では、その対極である負極として、例えば、次のような対極を用いることができる。リチウム金属、リチウム金属合金、黒鉛、シリコン、酸化シリコン、酸化スズ、シリコン、スズ、その他合金から選ばれる少なくとも一種の電極を、負極として用いることができる。活物質中にLiを含まない材料は、Li元素のプレドープを行うことにより負極として用いることができる。 Above, an embodiment including the electrode according to the second embodiment as the negative electrode has been described. Among the embodiments of the secondary battery according to the third embodiment, in an embodiment including the electrode according to the second embodiment as the positive electrode, the following counter electrodes can be used as the negative electrode, which is the counter electrode to the positive electrode. At least one electrode selected from lithium metal, lithium metal alloy, graphite, silicon, silicon oxide, tin oxide, silicon, tin, and other alloys can be used as the negative electrode. A material that does not contain Li in the active material can be used as the negative electrode by pre-doping with Li element.

第2の実施形態に係る電極を正極として含む態様において、当該正極の詳細は第2の実施形態にて説明したものと重複するため、省略する。 In an embodiment including the electrode according to the second embodiment as a positive electrode, the details of the positive electrode are the same as those described in the second embodiment, and therefore will be omitted.

次に、第3の実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。 Next, a secondary battery according to a third embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.

図3は、二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図4は、図3に示す二次電池のA部を拡大した断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of section A of the secondary battery shown in FIG. 3. FIG.

図3及び図4に示す二次電池100は、図3に示す電極群1と、図3及び図4に示す袋状外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、袋状外装部材2内に収納されている。電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in Figures 3 and 4 includes an electrode group 1 shown in Figure 3, a bag-shaped exterior member 2 shown in Figures 3 and 4, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are stored in the bag-shaped exterior member 2. The electrolyte (not shown) is held in the electrode group 1.

袋状外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The bag-like exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed between them.

図3に示すように、電極群1は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群1は、図4に示すように、負極3と、セパレータ4と、正極5とを含む。セパレータ4は、負極3と正極5との間に介在している。 As shown in FIG. 3, the electrode group 1 is a flat wound electrode group. The electrode group 1, which is flat and wound, includes a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5, as shown in FIG. Separator 4 is interposed between negative electrode 3 and positive electrode 5.

負極3は、負極集電体3aと負極活物質含有層3bとを含む。負極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図4に示すように負極集電体3aの内面側のみに負極活物質含有層3bが形成されている。負極3におけるその他の部分では、負極集電体3aの両面に負極活物質含有層3bが形成されている。 The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b. In the part of the negative electrode 3 located at the outermost shell of the wound electrode group 1, a negative electrode active material-containing layer 3b is formed only on the inner surface side of the negative electrode current collector 3a, as shown in FIG. In other parts of the negative electrode 3, negative electrode active material-containing layers 3b are formed on both sides of the negative electrode current collector 3a.

正極5は、正極集電体5aと、その両面に形成された正極活物質含有層5bとを含んでいる。 The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and positive electrode active material-containing layers 5b formed on both surfaces of the positive electrode current collector 5a.

図3に示すように、負極端子6及び正極端子7は、捲回型の電極群1の外周端近傍に位置している。この負極端子6は、負極集電体3aの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子7は、正極集電体5aの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子6及び正極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材2の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。 As shown in FIG. 3, the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are located near the outer peripheral end of the wound electrode group 1. As shown in FIG. This negative electrode terminal 6 is connected to the outermost shell portion of the negative electrode current collector 3a. Further, the positive electrode terminal 7 is connected to the outermost shell portion of the positive electrode current collector 5a. These negative electrode terminal 6 and positive electrode terminal 7 extend outside from the opening of the bag-shaped exterior member 2. A thermoplastic resin layer is provided on the inner surface of the bag-shaped exterior member 2, and the opening is closed by heat-sealing this layer.

実施形態に係る二次電池は、図3及び図4に示す構成の二次電池に限らず、例えば図5及び図6に示す構成の電池であってもよい。 The secondary battery according to the embodiment is not limited to the secondary battery having the configuration shown in FIGS. 3 and 4, but may be a battery having the configuration shown in FIGS. 5 and 6, for example.

図5は、二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図6は、図5に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。 FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of a secondary battery. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of section B of the secondary battery shown in FIG.

図5及び図6に示す二次電池100は、図5及び図6に示す電極群1と、図5に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in FIGS. 5 and 6 includes an electrode group 1 shown in FIGS. 5 and 6, an exterior member 2 shown in FIG. 5, and an electrolyte not shown. The electrode group 1 and the electrolyte are housed within the exterior member 2. The electrolyte is held in the electrode group 1.

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed between them.

電極群1は、図6に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、負極3と正極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。 As shown in FIG. 6, the electrode group 1 is a laminated electrode group. The laminated electrode group 1 has a structure in which negative electrodes 3 and positive electrodes 5 are alternately laminated with a separator 4 interposed therebetween.

電極群1は、複数の負極3を含んでいる。複数の負極3は、それぞれが、負極集電体3aと、負極集電体3aの両面に担持された負極活物質含有層3bとを備えている。また、電極群1は、複数の正極5を含んでいる。複数の正極5は、それぞれが、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面に担持された正極活物質含有層5bとを備えている。 The electrode group 1 includes a plurality of negative electrodes 3. Each of the plurality of negative electrodes 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b supported on both surfaces of the negative electrode current collector 3a. Further, the electrode group 1 includes a plurality of positive electrodes 5. Each of the plurality of positive electrodes 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode active material-containing layer 5b supported on both surfaces of the positive electrode current collector 5a.

各負極3の負極集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層3bが担持されていない部分を含む。この部分は、負極集電タブ3cとして働く。図6に示すように、負極集電タブ3cは、正極5と重なっていない。また、複数の負極集電タブ3cは、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。 The negative electrode current collector 3a of each negative electrode 3 includes a portion on one side on which the negative electrode active material-containing layer 3b is not supported. This portion functions as the negative electrode current collecting tab 3c. As shown in FIG. 6, the negative electrode current collector tab 3c does not overlap the positive electrode 5. Further, the plurality of negative electrode current collecting tabs 3c are electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 6. The tip of the strip-shaped negative electrode terminal 6 is drawn out to the outside of the exterior member 2.

また、図示しないが、各正極5の正極集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ3cと同様に、負極3と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ3cに対し電極群1の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。 Further, although not shown, the positive electrode current collector 5a of each positive electrode 5 includes a portion on one side on which the positive electrode active material-containing layer 5b is not supported. This part acts as a positive electrode current collection tab. The positive electrode current collector tab does not overlap the negative electrode 3, similarly to the negative electrode current collector tab 3c. Further, the positive electrode current collecting tab is located on the opposite side of the electrode group 1 to the negative electrode current collecting tab 3c. The positive electrode current collector tab is electrically connected to the strip-shaped positive electrode terminal 7. The tip of the strip-shaped positive electrode terminal 7 is located on the opposite side to the negative electrode terminal 6 and is drawn out to the outside of the exterior member 2 .

第3の実施形態に係る二次電池は、第2の実施形態に係る電極を含んでいる。つまり第3の実施形態に係る二次電池は、第1の実施形態に係る活物質を含む電極を含んでいる。そのため、第3の実施形態に係る二次電池は、体積当たりの容量が高い。 The secondary battery according to the third embodiment includes the electrode according to the second embodiment. That is, the secondary battery according to the third embodiment includes an electrode containing the active material according to the first embodiment. Therefore, the secondary battery according to the third embodiment has a high capacity per volume.

(第4の実施形態)
第4の実施形態によると、組電池が提供される。係る組電池は、第3の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
(Fourth embodiment)
According to the fourth embodiment, an assembled battery is provided. The assembled battery includes a plurality of secondary batteries according to the third embodiment.

係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。 In such an assembled battery, each unit cell may be arranged electrically connected in series or in parallel, or may be arranged in a combination of series connection and parallel connection.

次に、第4の実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of the assembled battery according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.

図7は、組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図7に示す組電池200は、5つの単電池100a~100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a~100eのそれぞれは、第3の実施形態に係る二次電池である。 FIG. 7 is a perspective view schematically showing an example of an assembled battery. The assembled battery 200 shown in FIG. 7 includes five single cells 100a to 100e, four bus bars 21, a positive lead 22, and a negative lead 23. Each of the five single cells 100a to 100e is a secondary battery according to the third embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図7の組電池200は、5直列の組電池である。例を図示しないが、電気的に並列に接続されている複数の単電池を含む組電池では、例えば、複数の負極端子同士がバスバーにより接続されるとともに複数の正極端子同士がバスバーにより接続されることで、複数の単電池が電気的に接続され得る。 The bus bar 21 connects, for example, the negative terminal 6 of one cell 100a and the positive terminal 7 of the adjacent cell 100b. In this way, the five single cells 100 are connected in series by the four bus bars 21. That is, the assembled battery 200 in FIG. 7 is a five-series assembled battery. Although an example is not shown, in an assembled battery including a plurality of cells electrically connected in parallel, for example, a plurality of negative terminals are connected to each other by a bus bar, and a plurality of positive terminals are connected to each other by a bus bar. This allows a plurality of single cells to be electrically connected.

5つの単電池100a~100eのうち少なくとも1つの電池の正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に電気的に接続されている。また、5つの単電池100a~100eうち少なくとも1つの電池の負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に電気的に接続されている。 The positive terminal 7 of at least one of the five single cells 100a to 100e is electrically connected to a positive lead 22 for external connection. Furthermore, the negative terminal 6 of at least one of the five single cells 100a to 100e is electrically connected to a negative lead 23 for external connection.

第4の実施形態に係る組電池は、第3の実施形態に係る二次電池を具備する。従って、係る組電池の体積当たりの容量が高い。 The assembled battery according to the fourth embodiment includes the secondary battery according to the third embodiment. Therefore, the capacity per volume of such an assembled battery is high.

(第5の実施形態)
第5の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第4の実施形態に係る組電池を具備している。この電池パックは、第4の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第3の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
(Fifth embodiment)
According to a fifth embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the assembled battery according to the fourth embodiment. This battery pack may include a single secondary battery according to the third embodiment instead of the assembled battery according to the fourth embodiment.

係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。 Such a battery pack may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (e.g., electronic equipment, automobiles, etc.) may be used as the protection circuit for the battery pack.

また、係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 Further, such a battery pack may further include an external terminal for power supply. The external terminal for energization is for outputting current from the secondary battery to the outside and/or inputting current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for energization. Furthermore, when charging the battery pack, charging current (including regenerated energy from the motive power of an automobile, etc.) is supplied to the battery pack through an external terminal for energization.

次に、実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図8は、電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図9は、図8に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。 FIG. 8 is an exploded perspective view schematically showing an example of a battery pack. FIG. 9 is a block diagram showing an example of the electric circuit of the battery pack shown in FIG. 8.

図8及び図9に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。 The battery pack 300 shown in Figures 8 and 9 includes a container 31, a lid 32, a protective sheet 33, a battery pack 200, a printed wiring board 34, wiring 35, and an insulating plate (not shown).

図8に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、上記組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。 The storage container 31 shown in FIG. 8 is a bottomed square container having a rectangular bottom surface. The storage container 31 is configured to be able to accommodate the protective sheet 33, the assembled battery 200, the printed wiring board 34, and the wiring 35. The lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 accommodates the assembled battery 200 and the like by covering the accommodation container 31. Although not shown, the container 31 and the lid 32 are provided with an opening or a connection terminal for connection to an external device or the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。 The assembled battery 200 includes a plurality of single cells 100, a positive lead 22, a negative lead 23, and an adhesive tape 24.

複数の単電池100の少なくとも1つは、第3の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100の各々は、図9に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。 At least one of the multiple cells 100 is a secondary battery according to the third embodiment. Each of the multiple cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. 9. The multiple cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in a combination of series and parallel connections. When the multiple cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased compared to when they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。 The adhesive tape 24 fastens the plurality of unit cells 100 together. Instead of the adhesive tape 24, a heat shrink tape may be used to fix the plurality of cells 100. In this case, the protective sheets 33 are arranged on both sides of the assembled battery 200, and after a heat-shrinkable tape is made to go around, the heat-shrinkable tape is heat-shrinked to bundle the plurality of unit cells 100.

正極側リード22の一端は、組電池200に接続されている。正極側リード22の一端は、1以上の単電池100の正極と電気的に接続されている。負極側リード23の一端は、組電池200に接続されている。負極側リード23の一端は、1以上の単電池100の負極と電気的に接続されている。 One end of the positive electrode side lead 22 is connected to the assembled battery 200. One end of the positive electrode side lead 22 is electrically connected to the positive electrode of one or more unit cells 100. One end of the negative electrode side lead 23 is connected to the assembled battery 200. One end of the negative electrode side lead 23 is electrically connected to the negative electrode of one or more unit cells 100.

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ342と、負極側コネクタ343と、サーミスタ345と、保護回路346と、配線342a及び343aと、通電用の外部端子350と、プラス側配線(正側配線)348aと、マイナス側配線(負側配線)348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の主面は、組電池200の一側面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。 The printed wiring board 34 is installed along one of the inner surfaces of the container 31 in the short side direction. The printed wiring board 34 includes a positive connector 342, a negative connector 343, a thermistor 345, a protection circuit 346, wiring 342a and 343a, an external terminal 350 for energization, and a positive wiring (positive wiring) 348a. and a negative side wiring (negative side wiring) 348b. One main surface of the printed wiring board 34 faces one side of the assembled battery 200. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the assembled battery 200.

正極側コネクタ342に、正極側リード22の他端22aが電気的に接続されている。負極側コネクタ343に、負極側リード23の他端23aが電気的に接続されている。 The other end 22a of the positive electrode lead 22 is electrically connected to the positive electrode connector 342. The other end 23a of the negative electrode lead 23 is electrically connected to the negative electrode connector 343.

サーミスタ345は、プリント配線基板34の一方の主面に固定されている。サーミスタ345は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路346に送信する。 Thermistor 345 is fixed to one main surface of printed wiring board 34. Thermistor 345 detects the temperature of each cell 100 and transmits the detection signal to protection circuit 346.

通電用の外部端子350は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子350は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。通電用の外部端子350は、正側端子352と負側端子353とを含む。 External terminal 350 for power supply is fixed to the other main surface of printed wiring board 34 . The external terminal 350 for energization is electrically connected to a device existing outside the battery pack 300. External terminal 350 for energization includes a positive terminal 352 and a negative terminal 353.

保護回路346は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。保護回路346は、プラス側配線348aを介して正側端子352と接続されている。保護回路346は、マイナス側配線348bを介して負側端子353と接続されている。また、保護回路346は、配線342aを介して正極側コネクタ342に電気的に接続されている。保護回路346は、配線343aを介して負極側コネクタ343に電気的に接続されている。更に、保護回路346は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。 The protection circuit 346 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The protection circuit 346 is connected to the positive terminal 352 via the positive wiring 348a. The protection circuit 346 is connected to the negative terminal 353 via the negative wiring 348b. Furthermore, the protection circuit 346 is electrically connected to the positive connector 342 via a wiring 342a. The protection circuit 346 is electrically connected to the negative electrode side connector 343 via wiring 343a. Further, the protection circuit 346 is electrically connected to each of the plurality of unit cells 100 via the wiring 35.

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。 The protective sheet 33 is disposed on both inner surfaces of the container 31 in the long side direction and on the inner surface of the container 31 in the short side direction facing the printed wiring board 34 with the assembled battery 200 interposed therebetween. The protective sheet 33 is made of resin or rubber, for example.

保護回路346は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路346は、サーミスタ345から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路346と外部機器への通電用の外部端子350(正側端子352、負側端子353)との電気的な接続を遮断する。 The protection circuit 346 controls charging and discharging of the plurality of unit cells 100. Furthermore, the protection circuit 346 connects the protection circuit 346 to an external terminal for energizing the external device based on the detection signal transmitted from the thermistor 345 or the detection signal transmitted from the individual cells 100 or the assembled batteries 200. 350 (positive side terminal 352, negative side terminal 353).

サーミスタ345から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。 Examples of the detection signal transmitted from the thermistor 345 include a signal that detects that the temperature of the unit cell 100 is higher than a predetermined temperature. Examples of the detection signal transmitted from each single cell 100 or assembled battery 200 include signals that detect overcharging, overdischarging, and overcurrent of the single cell 100. When detecting overcharging or the like for each cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each cell 100.

なお、保護回路346としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。 Note that as the protection circuit 346, a circuit included in a device (eg, an electronic device, an automobile, etc.) that uses the battery pack 300 as a power source may be used.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子350を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子350を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子350を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子350を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。 Moreover, this battery pack 300 is provided with the external terminal 350 for power supply, as described above. Therefore, this battery pack 300 can output current from the assembled battery 200 to an external device and input current from the external device to the assembled battery 200 via the external terminal 350 for energization. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the assembled battery 200 is supplied to the external device through the external terminal 350 for energization. Further, when charging the battery pack 300, a charging current from an external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 350 for energization. When this battery pack 300 is used as an on-vehicle battery, regenerated energy from the motive power of the vehicle can be used as the charging current from an external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、正極側リード22及び負極側リード23を通電用の外部端子350の正側端子352と負側端子353としてそれぞれ用いてもよい。 The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the assembled batteries 200 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections. The printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the positive electrode lead 22 and the negative electrode lead 23 may be used as the positive terminal 352 and the negative terminal 353, respectively, of the external terminal 350 for current supply.

このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。 Such a battery pack is used, for example, in applications that require excellent cycle performance when drawing a large current. Specifically, this battery pack is used, for example, as a power source for electronic equipment, a stationary battery, and an in-vehicle battery for various vehicles. An example of the electronic device is a digital camera. This battery pack is particularly suitable for use as a vehicle battery.

第5の実施形態に係る電池パックは、第3の実施形態に係る二次電池又は第4の実施形態に係る組電池を備えている。従って、係る電池パックの体積当たりの容量が高い。 The battery pack according to the fifth embodiment includes the secondary battery according to the third embodiment or the battery pack according to the fourth embodiment. Therefore, the capacity per volume of the battery pack is high.

(第6の実施形態)
第6の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。
(Sixth embodiment)
According to a sixth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment.

係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構(Regenerator:再生器)を含んでいてもよい。 In such a vehicle, the battery pack, for example, recovers regenerative energy from the vehicle's motive power. The vehicle may also include a mechanism (regenerator) that converts the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles include two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicles, two-wheel to four-wheel electric vehicles, assisted bicycles, and railway vehicles.

車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle is not particularly limited. For example, when a battery pack is installed in a car, the battery pack can be installed in the engine compartment of the vehicle, at the rear of the vehicle body, or under the seat.

車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、それぞれの電池パックが含む電池同士は、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。例えば、各電池パックが組電池を含む場合は、組電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、又は電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。或いは、各電池パックが単一の電池を含む場合は、それぞれの電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。 A vehicle may be equipped with multiple battery packs. In this case, the batteries included in each battery pack may be electrically connected in series, electrically in parallel, or electrically connected by a combination of series and parallel connections. Good too. For example, when each battery pack includes assembled batteries, the assembled batteries may be electrically connected in series or electrically connected in parallel, or a combination of series and parallel connections may be used to electrically connect the assembled batteries. may be connected to. Alternatively, if each battery pack includes a single battery, each battery may be electrically connected in series, electrically in parallel, or a combination of series and parallel connections. may be electrically connected.

次に、実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図10は、車両の一例を概略的に示す部分透過図である。 Figure 10 is a partially transparent view that shows a schematic diagram of an example vehicle.

図10に示す車両400は、車両本体40と、第5の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図10に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。 A vehicle 400 shown in FIG. 10 includes a vehicle main body 40 and a battery pack 300 according to the fifth embodiment. In the example shown in FIG. 10, vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300が含む電池(例えば、単電池または組電池)は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 The vehicle 400 may be equipped with multiple battery packs 300. In this case, the batteries (e.g., cells or battery packs) included in the battery packs 300 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.

図10では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。 FIG. 10 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine room located in the front of the vehicle body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted at the rear of the vehicle body 40 or under the seat, for example. This battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. Furthermore, this battery pack 300 can recover regenerated energy from the motive power of the vehicle 400.

次に、図11を参照しながら、実施形態に係る車両の実施態様について説明する。 Next, an embodiment of the vehicle according to the embodiment will be described with reference to FIG. 11.

図11は、車両における電気系統に関する制御システムの一例を概略的に示した図である。図11に示す車両400は、電気自動車である。 FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of a control system related to an electrical system in a vehicle. Vehicle 400 shown in FIG. 11 is an electric vehicle.

図11に示す車両400は、車両本体40と、車両用電源41と、車両用電源41の上位の制御装置である車両ECU(ECU:Electric Control Unit;電気制御装置)42と、外部端子(外部電源に接続するための端子)43と、インバータ44と、駆動モータ45とを備えている。 A vehicle 400 shown in FIG. 11 includes a vehicle main body 40, a vehicle power source 41, a vehicle ECU (Electric Control Unit) 42 which is a higher control device of the vehicle power source 41, and an external terminal (external terminal). It includes a terminal (for connection to a power source) 43, an inverter 44, and a drive motor 45.

車両400は、車両用電源41を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図11に示す車両400では、車両用電源41の搭載箇所については概略的に示している。 The vehicle 400 has a vehicle power source 41 mounted, for example, in the engine room, at the rear of the car body, or under the seat. In addition, in the vehicle 400 shown in FIG. 11, the mounting location of the vehicle power source 41 is schematically shown.

車両用電源41は、複数(例えば3つ)の電池パック300a、300b及び300cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)411と、通信バス412とを備えている。 The vehicle power supply 41 includes multiple (e.g., three) battery packs 300a, 300b, and 300c, a battery management unit (BMU) 411, and a communication bus 412.

電池パック300aは、組電池200aと組電池監視装置301a(例えば、VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えている。電池パック300bは、組電池200bと組電池監視装置301bとを備えている。電池パック300cは、組電池200cと組電池監視装置301cとを備えている。電池パック300a~300cは、前述の電池パック300と同様の電池パックであり、組電池200a~200cは、前述の組電池200と同様の組電池である。組電池200a~200cは、電気的に直列に接続されている。電池パック300a、300b、及び300cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック300と交換することができる。 The battery pack 300a includes an assembled battery 200a and an assembled battery monitoring device 301a (for example, VTM: Voltage Temperature Monitoring). The battery pack 300b includes an assembled battery 200b and an assembled battery monitoring device 301b. The battery pack 300c includes an assembled battery 200c and an assembled battery monitoring device 301c. Battery packs 300a to 300c are battery packs similar to battery pack 300 described above, and battery packs 200a to 200c are battery packs similar to battery pack 200 described above. The battery packs 200a to 200c are electrically connected in series. Battery packs 300a, 300b, and 300c can each be independently removed and replaced with another battery pack 300.

組電池200a~200cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、第3の実施形態に係る二次電池である。組電池200a~200cは、それぞれ、正極端子413及び負極端子414を通じて充放電を行う。 Each of the battery packs 200a to 200c includes a plurality of cells connected in series. At least one of the plurality of single cells is a secondary battery according to the third embodiment. The assembled batteries 200a to 200c are charged and discharged through a positive terminal 413 and a negative terminal 414, respectively.

電池管理装置411は、組電池監視装置301a~301cとの間で通信を行い、車両用電源41に含まれる組電池200a~200cに含まれる単電池100のそれぞれについて電圧及び温度などに関する情報を収集する。これにより、電池管理装置411は、車両用電源41の保全に関する情報を収集する。 The battery management device 411 communicates with the battery pack monitoring devices 301a to 301c and collects information on the voltage, temperature, and the like for each of the cells 100 included in the battery packs 200a to 200c included in the vehicle power supply 41. In this way, the battery management device 411 collects information on the maintenance of the vehicle power supply 41.

電池管理装置411と組電池監視装置301a~301cとは、通信バス412を介して接続されている。通信バス412では、1組の通信線が複数のノード(電池管理装置411と1つ以上の組電池監視装置301a~301cと)で共有されている。通信バス412は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。 The battery management unit 411 and the assembled battery monitoring units 301a to 301c are connected via a communication bus 412. In the communication bus 412, a set of communication lines is shared by multiple nodes (the battery management unit 411 and one or more assembled battery monitoring units 301a to 301c). The communication bus 412 is a communication bus configured based on, for example, the CAN (Control Area Network) standard.

組電池監視装置301a~301cは、電池管理装置411からの通信による指令に基づいて、組電池200a~200cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。 The assembled battery monitoring devices 301a to 301c measure the voltages and temperatures of individual cells forming the assembled batteries 200a to 200c based on commands communicated from the battery management device 411. However, the temperature can be measured at only a few locations per one assembled battery, and it is not necessary to measure the temperature of all single cells.

車両用電源41は、正極端子413と負極端子414との間の電気的な接続の有無を切り替える電磁接触器(例えば図11に示すスイッチ装置415)を有することもできる。スイッチ装置415は、組電池200a~200cへの充電が行われるときにオンになるプリチャージスイッチ(図示せず)、及び、組電池200a~200cからの出力が負荷へ供給されるときにオンになるメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチ及びメインスイッチのそれぞれは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフに切り替わるリレー回路(図示せず)を備えている。スイッチ装置415等の電磁接触器は、電池管理装置411又は車両400全体の動作を制御する車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。 The vehicle power source 41 can also include an electromagnetic contactor (for example, a switch device 415 shown in FIG. 11) that switches the presence or absence of electrical connection between the positive terminal 413 and the negative terminal 414. The switch device 415 includes a precharge switch (not shown) that is turned on when the assembled batteries 200a to 200c are charged, and a precharge switch (not shown) that is turned on when the output from the assembled batteries 200a to 200c is supplied to the load. It includes a main switch (not shown). Each of the precharge switch and the main switch includes a relay circuit (not shown) that is turned on or off by a signal supplied to a coil located near the switch element. The electromagnetic contactors such as the switch device 415 are controlled based on control signals from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 that controls the operation of the vehicle 400 as a whole.

インバータ44は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ44の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。インバータ44は、電池管理装置411又は車両全体の動作を制御するための車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。インバータ44が制御されることにより、インバータ44からの出力電圧が調整される。 The inverter 44 converts the input DC voltage into a three-phase AC high voltage for driving the motor. The three-phase output terminals of the inverter 44 are connected to the three-phase input terminals of the drive motor 45. The inverter 44 is controlled based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 for controlling the operation of the entire vehicle. By controlling the inverter 44, the output voltage from the inverter 44 is adjusted.

駆動モータ45は、インバータ44から供給される電力により回転する。駆動モータ45の回転によって発生する駆動力は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達される。 The drive motor 45 is rotated by electric power supplied from the inverter 44 . The driving force generated by the rotation of the drive motor 45 is transmitted to the axle and the drive wheels W via, for example, a differential gear unit.

また、図示はしていないが、車両400は、回生ブレーキ機構(リジェネレータ)を備えている。回生ブレーキ機構は、車両400を制動した際に駆動モータ45を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ44に入力され、直流電流に変換される。変換された直流電流は、車両用電源41に入力される。 Although not shown, the vehicle 400 includes a regenerative brake mechanism (regenerator). The regenerative brake mechanism rotates the drive motor 45 when the vehicle 400 is braked, and converts kinetic energy into regenerative energy as electrical energy. The regenerative energy recovered by the regenerative brake mechanism is input to the inverter 44 and converted into direct current. The converted DC current is input to the vehicle power source 41.

車両用電源41の負極端子414には、接続ラインL1の一方の端子が接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ44の負極入力端子417に接続されている。接続ラインL1には、負極端子414と負極入力端子417との間に電池管理装置411内の電流検出部(電流検出回路)416が設けられている。 One terminal of the connection line L1 is connected to the negative terminal 414 of the vehicle power supply 41. The other terminal of the connection line L1 is connected to the negative input terminal 417 of the inverter 44. A current detection unit (current detection circuit) 416 in the battery management device 411 is provided on the connection line L1 between the negative terminal 414 and the negative input terminal 417.

車両用電源41の正極端子413には、接続ラインL2の一方の端子が、接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ44の正極入力端子418に接続されている。接続ラインL2には、正極端子413と正極入力端子418との間にスイッチ装置415が設けられている。 One terminal of the connection line L2 is connected to the positive terminal 413 of the vehicle power source 41. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal 418 of the inverter 44. A switch device 415 is provided between the positive terminal 413 and the positive input terminal 418 on the connection line L2.

外部端子43は、電池管理装置411に接続されている。外部端子43は、例えば、外部電源に接続することができる。 The external terminal 43 is connected to the battery management device 411. The external terminal 43 can be connected to, for example, an external power source.

車両ECU42は、運転者などの操作入力に応答して電池管理装置411を含む他の管理装置及び制御装置とともに車両用電源41、スイッチ装置415、及びインバータ44等を協調制御する。車両ECU42等の協調制御によって、車両用電源41からの電力の出力及び車両用電源41の充電等が制御され、車両400全体の管理が行われる。電池管理装置411と車両ECU42との間では、通信線により、車両用電源41の残容量など、車両用電源41の保全に関するデータ転送が行われる。 The vehicle ECU 42 coordinately controls the vehicle power source 41, the switch device 415, the inverter 44, etc. together with other management devices and control devices including the battery management device 411 in response to operation inputs from the driver or the like. Through cooperative control of the vehicle ECU 42 and the like, output of electric power from the vehicle power source 41, charging of the vehicle power source 41, etc. are controlled, and the entire vehicle 400 is managed. Data regarding maintenance of the vehicle power source 41, such as remaining capacity of the vehicle power source 41, is transferred between the battery management device 411 and the vehicle ECU 42 via a communication line.

第6の実施形態に係る車両は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。電池パックの体積当たりの容量が高いため、車両の設計の自由度が高い。従って、車両の性能を損なうことなく多様な車両を提供することが可能である。 A vehicle according to the sixth embodiment is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment. Since the battery pack has a high capacity per volume, there is a high degree of freedom in vehicle design. Therefore, it is possible to provide a variety of vehicles without impairing vehicle performance.

以下、実施例に基づいて上記実施形態をさらに詳細に説明する。但し、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。 Hereinafter, the above embodiment will be described in further detail based on examples. However, the present invention is not limited to the examples listed below.

<合成>
(実施例1)
次のとおり、チタン-ニオブ-モリブデン複合酸化物を合成した。
<Synthesis>
(Example 1)
A titanium-niobium-molybdenum composite oxide was synthesized as follows.

原料として、シュウ酸ニオブアンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、及びチタンテトライソプロポキシドを準備した。これら原料を所定の組成比により秤量した。シュウ酸ニオブアンモニウムとモリブデン酸アンモニウムについては、純水により溶解させることで溶液Aを調製した。次に、濃度1Mのシュウ酸水溶液にチタンテトライソプロポキシドを投入し、加熱・攪拌により溶解させた溶液Bを調製した。溶液Aと溶液Bとの混合を実施した後、加熱・攪拌しながらアンモニア溶液を添加してpHを7に調整することで、ゾルを得た。ゾル液について、乾燥温度180℃とするスプレードライを実施することで溶媒を蒸発させ、白色の前駆体粉末を取得した。前駆体粉末をアルミナ坩堝に投入し、600℃及び4時間の条件で大気中にて焼成を行った。その後、焼成物の乾式粉砕を行い、粉砕物に対し分級を施すことによって粒度の調整を行った。上記のようにして活物質粉末を得た。 As raw materials, ammonium niobium oxalate, ammonium molybdate, and titanium tetraisopropoxide were prepared. These raw materials were weighed according to a predetermined composition ratio. Ammonium niobium oxalate and ammonium molybdate were dissolved in pure water to prepare solution A. Next, titanium tetraisopropoxide was added to an aqueous oxalic acid solution with a concentration of 1M, and dissolved by heating and stirring to prepare solution B. After mixing solutions A and B, ammonia solution was added while heating and stirring to adjust the pH to 7, thereby obtaining a sol. The sol solution was spray-dried at a drying temperature of 180°C to evaporate the solvent, and a white precursor powder was obtained. The precursor powder was placed in an alumina crucible and fired in the air at 600°C for 4 hours. The fired product was then dry-pulverized, and the pulverized product was classified to adjust the particle size. In the manner described above, an active material powder was obtained.

(実施例2)
前駆体を焼成する温度を700℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法で複合酸化物を合成し、活物質粉末を得た。
(Example 2)
A composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the temperature at which the precursor was fired was changed to 700° C., and active material powder was obtained.

(実施例3)
前駆体を焼成する温度を800℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法で複合酸化物を合成し、活物質粉末を得た。
(Example 3)
A composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the temperature at which the precursor was fired was changed to 800° C., and an active material powder was obtained.

(実施例4-7)
原料の秤量比を調整する以外は、実施例1と同様の方法で複合酸化物を合成し、活物質粉末を得た。
(Example 4-7)
A composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the weighing ratio of the raw materials was adjusted, and an active material powder was obtained.

(比較例1)
前駆体粉末を焼成する温度を900℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法で複合酸化物を合成し、活物質粉末を得た。
(Comparative Example 1)
A composite oxide was synthesized and an active material powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature for firing the precursor powder was changed to 900°C.

<測定>
上記実施例および比較例のそれぞれにて得られた粉末について、走査透過電子顕微鏡観察を行った。具体的には、先に説明した詳細のとおり、球面収差補正機能を有するSTEM-HAADF像により10 nm×10 nmの像による微細構造の観察を行った。また、広角X線散乱測定による測定を行った。測定は、先に説明した詳細に沿って行った。得られたスペクトルについてリートベルト法による結晶構造解析を行った。また、ICP発光分析およびHAXPES測定を行った。
<Measurement>
The powders obtained in the above Examples and Comparative Examples were observed using a scanning transmission electron microscope. Specifically, as described above in detail, the microstructure was observed using a 10 nm x 10 nm image using a STEM-HAADF image with a spherical aberration correction function. In addition, wide-angle X-ray scattering measurements were performed. The measurements were performed according to the details described above. The obtained spectra were subjected to crystal structure analysis using the Rietveld method. In addition, ICP emission spectrometry and HAXPES measurements were performed.

得られたXRDスペクトルの一部を、図12-図16に示す。図12は、実施例1で得られた複合酸化物についてのスペクトルを示す。図13は、実施例2で得られた複合酸化物についてのスペクトルを示す。図14は、実施例3で得られた複合酸化物についてのスペクトルを示す。図15は、比較例1で得られた複合酸化物についてのスペクトルを示す。図16は、結晶構造のピークP1及びピークP2が含まれる範囲を拡大したスペクトルを示す。 Part of the obtained XRD spectra are shown in Figures 12 to 16. Figure 12 shows the spectrum for the complex oxide obtained in Example 1. Figure 13 shows the spectrum for the complex oxide obtained in Example 2. Figure 14 shows the spectrum for the complex oxide obtained in Example 3. Figure 15 shows the spectrum for the complex oxide obtained in Comparative Example 1. Figure 16 shows an enlarged spectrum of the range including peaks P1 and P2 of the crystal structure.

実施例1に係る複合酸化物についてのXRDスペクトルでは、主の二つのピークとしてピークP1及びP2が2θ=25.30°及び2θ=23.88°の位置にそれぞれ見られた。対して、比較例1に係る複合酸化物についてのXRDスペクトルでは、ピークP2と共に見られたメインピークは2θ=25.40°に位置しており、ピークP1ではなく、図1の結晶構造に由来する(420)面に由来するピークP420であると判断した。実施例2及び実施例3については、図1及び図2の各々の結晶構造が混在していたが、それぞれに由来するピークP420及びP1が重なり、低角側にピークP1が肩として見られるブロードな複合ピークが確認された。従って、実施例2及び3についてはさらに、疑フォークト関数を用いた簡易フィッティングを行って、重なっていたピークを分離した(図示せず)。 In the XRD spectrum of the composite oxide according to Example 1, two main peaks, peaks P1 and P2, were observed at the positions of 2θ=25.30° and 2θ=23.88°, respectively. On the other hand, in the XRD spectrum of the composite oxide according to Comparative Example 1, the main peak seen together with peak P2 is located at 2θ = 25.40°, which is not peak P1 but originates from the crystal structure in Figure 1 ( It was determined that the peak P420 originates from the 420) plane. Regarding Example 2 and Example 3, the crystal structures of each of FIGS. 1 and 2 were mixed, but the peaks P 420 and P1 derived from each overlapped, and peak P1 was seen as a shoulder on the low angle side. A broad composite peak was confirmed. Therefore, for Examples 2 and 3, simple fitting using a pseudo Voigt function was further performed to separate overlapping peaks (not shown).

実施例1で得られた複合酸化物については、STEM-HAADF像による微細構造の観察を行った結果、ReOブロックの視野内のサイズが異なり、周期性をもたずに八面体稜共有で接続される結晶構造を確認した。そのことから、図2の結晶構造として同定した。異なる視野では、四面体頂点共有が含まれる接続部分も確認された。 Regarding the composite oxide obtained in Example 1, as a result of observing the fine structure using STEM-HAADF images, the size of the ReO 3 blocks within the field of view was different, and the octahedral edge was shared without periodicity. The connected crystal structures were confirmed. From this, it was identified as the crystal structure shown in FIG. In different fields of view, connected parts that included shared tetrahedral vertices were also confirmed.

実施例1で得られた複合酸化物について、ICP分析により金属比を算出したところ、Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.23と算出された。HAXPES測定により価数を評価した。Ti元素は、459±0.4eVの範囲内にTi2p3/2に由来する単一ピークのピークトップが観察されたことから、4価と同定した。Nb元素は、207.5±eVの範囲内にNb5d3/2に由来する単一のピークのピークトップが観察されたことから、5価と同定した。Mo元素は、232.2±0.3 eVに6価に由来するMo3d5/2のピークが観察されると共に、そのピークよりも1 eV小さい値において異なるピークが混在していることが確認されたことから、5価のピークと6価のピークが混在して存在すること同定した。ピークの混在比から5価と6価の元素が1:1で混在すると推定して平均価数は5.5価と仮定した。本仮定により計算される組成式は、Ti0.23NbMo0.23O3.59となった。従って、b=0.23、c=0.23、d=3.59である。 The metal ratio of the composite oxide obtained in Example 1 was calculated by ICP analysis, and it was calculated to be Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.23. The valence was evaluated by HAXPES measurement. The Ti element was identified as tetravalent because a peak top of a single peak derived from Ti2p 3/2 was observed within the range of 459±0.4 eV. The Nb element was identified as pentavalent because a peak top of a single peak derived from Nb5d 3/2 was observed within the range of 207.5±eV. The Mo element was identified as having a mixture of a pentavalent peak and a hexavalent peak because a peak of Mo3d 5/2 derived from a hexavalent peak was observed at 232.2±0.3 eV and a different peak was confirmed to be mixed at a value 1 eV smaller than that peak. It was identified that the pentavalent peak and the hexavalent peak exist in a mixed state. It was estimated that the pentavalent and hexavalent elements were mixed at a 1:1 ratio based on the peak mixing ratio, and the average valence was assumed to be 5.5. The composition calculated based on this assumption is Ti0.23NbMo0.23O3.59 , so b = 0.23 , c = 0.23, and d = 3.59.

実施例2で得られた複合酸化物については、図1及び図2にそれぞれ示した結晶構造が混在することを確認した。 Regarding the composite oxide obtained in Example 2, it was confirmed that the crystal structures shown in FIGS. 1 and 2 were mixed together.

実施例2で得られた複合酸化物について、ICP分析により金属比を算出したところ、Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.18と算出された。実施例1と同様の方法でHAXPES測定により価数を評価したところ、Tiが4価、Nbが5価、Mo価数は5.3価と同定された。価数から計算される組成式は、Ti0.23NbMo0.18O3.47となった。従って、b=0.23、c=0.18、d=3.47である。 The metal ratio of the composite oxide obtained in Example 2 was calculated by ICP analysis, and was calculated to be Ti:Nb:Mo = 0.23:1.00:0.18. The valence was evaluated by HAXPES measurement in the same manner as in Example 1, and Ti was identified as 4, Nb as 5, and Mo as 5.3 . The composition formula calculated from the valence was Ti0.23NbMo0.18O3.47 . Therefore, b = 0.23 , c = 0.18, and d = 3.47.

実施例3で得られた複合酸化物については、図1及び図2の結晶構造が混在して存在することを確認した。 It was confirmed that the composite oxide obtained in Example 3 contained a mixture of the crystal structures shown in Figures 1 and 2.

実施例3で得られた複合酸化物について、ICP分析により金属比を算出したところ、Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.18と算出された。実施例1と同様の方法でHAXPES測定により価数を評価したところ、Tiが4価、Nbが5価、Mo価数は5.6価とした。価数から計算される組成式は、Ti0.23NbMo0.18O3.49となった。従って、b=0.23、c=0.18、d=3.49である。 When the metal ratio of the composite oxide obtained in Example 3 was calculated by ICP analysis, it was calculated as Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.18. When the valence was evaluated by HAXPES measurement in the same manner as in Example 1, Ti was found to be 4 valent, Nb was 5 valent, and Mo valence was 5.6. The compositional formula calculated from the valence was Ti 0.23 NbMo 0.18 O 3.49 . Therefore, b=0.23, c=0.18, and d=3.49.

比較例1で得られた複合酸化物については、図1に示した結晶構造が確認された。またXRDによる構造解析の結果も、図1に示した結晶構造と一致した。具体的には、空間群表記をI-4(空間群番号:82)で帰属される結晶構造であり、四面体の頂点共有構造を含む酸化レニウム型のブロック構造を3×3=9個とし、単位格子内の酸素数と金属元素数との比をA/A=2.50とする結晶構造を推定モデルとした。このような結晶構造を推定モデルとした場合に、5°~70°で現れる異相を除いた全てのピークについてリートベルト法の信頼度因子であるRwp値について9.11%となるフィッティングを行うと共に、ピーク位置や相対強度について矛盾がないことを確認できたことから、上記結晶構造として同定した。格子定数は、a=b=15.703Å、c=3.803Å、937.77Å3として算出された。 Regarding the composite oxide obtained in Comparative Example 1, the crystal structure shown in FIG. 1 was confirmed. Furthermore, the results of structural analysis by XRD also agreed with the crystal structure shown in FIG. Specifically, it is a crystal structure assigned with space group notation I - 4 (space group number: 82), and has 3 × 3 = 9 rhenium oxide type block structures including a tetrahedral vertex sharing structure. The estimated model was a crystal structure in which the ratio of the number of oxygens to the number of metal elements in the unit cell was A O /A M =2.50. When such a crystal structure is used as an estimation model, fitting is performed to obtain a Rietveld method reliability factor R wp value of 9.11% for all peaks excluding the out-of-phase that appears between 5° and 70°. Since it was confirmed that there were no contradictions in peak positions and relative intensities, it was identified as the above crystal structure. The lattice constants were calculated as a = b = 15.703 Å, c = 3.803 Å, 937.77 Å 3 .

なお、図15及び図16に示した比較例1に係る複合酸化物についてのXRDスペクトルにおけるメインピークは、上述したとおり図1の結晶構造に由来する(420)面に由来するピークP420であると判断される。上記のとおり、比較例1については図1に示した結晶構造として同定しており、当該構造では原子位置から(420)面が大きく出現し、ピークP1は判別できるような強度で現れない。また、四面体を多く含む分格子定数が大きくなるため、2θ=25.05±0.25°の範囲にピークP1が現れない。 Note that the main peak in the XRD spectrum of the composite oxide according to Comparative Example 1 shown in FIGS. 15 and 16 is the peak P 420 derived from the (420) plane derived from the crystal structure of FIG. 1 as described above. It is judged that. As described above, Comparative Example 1 has been identified as the crystal structure shown in FIG. 1, and in this structure, the (420) plane appears largely from the atomic position, and the peak P1 does not appear with a distinguishable intensity. Furthermore, since the lattice constant containing many tetrahedra becomes large, the peak P1 does not appear in the range of 2θ=25.05±0.25°.

比較例1で得られた複合酸化物について、ICP分析により金属比を算出したところ、Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.15と算出された。元素数と結晶構造から計算される組成式はTi0.23NbMo0.15O3.45であった。HAXPES測定により価数を評価したところ、Ti価数は4価、Nb価数は5価、Mo価数は6価とした。価数から計算される組成式は、Ti0.23NbMo0.15O3.41となった。従って、b=0.23、c=0.15、d=3.41である。 When the metal ratio of the composite oxide obtained in Comparative Example 1 was calculated by ICP analysis, it was calculated as Ti:Nb:Mo=0.23:1.00:0.15. The composition formula calculated from the number of elements and crystal structure was Ti 0.23 NbMo 0.15 O 3.45 . When the valence was evaluated by HAXPES measurement, the Ti valence was 4 valences, the Nb valence was 5 valences, and the Mo valence was 6 valences. The compositional formula calculated from the valence was Ti 0.23 NbMo 0.15 O 3.41 . Therefore, b=0.23, c=0.15, and d=3.41.

下記表1に、各実施例および比較例で合成した複合酸化物の構造解析の結果をまとめる。具体的には、ICP分析にHAXPES測定を加えて導き出した組成式、及びXRDスペクトル中のピークP1とピークP2とのピーク強度比I1/I2を示す。 Table 1 below summarizes the results of structural analysis of the composite oxides synthesized in each Example and Comparative Example. Specifically, the composition formula derived by adding HAXPES measurement to ICP analysis and the peak intensity ratio I1/I2 of peak P1 and peak P2 in the XRD spectrum are shown.

表1が示すとおり、実施例1-7及び比較例1の何れについても上述した一般式LiaMbNbMocOdで表す組成を有し、八面体構造より構成された酸化レニウム型のブロック構造を含む複合酸化物を合成できた。また、実施例1-7については、STEM-HAADF観察により、結晶構造の少なくとも一部が図2で示した構造を含んでいたことを確認した。特に、実施例1及び4-6ではXRDスペクトルにおけるピーク強度比I1/I2が1以上だったことから、図2に示す結晶構造を主の構造として含んでいたと判断できる。対して、上述したとおり比較例1のSTEM-HAADF像およびXRDスペクトルの何れも図1に示す結晶構造と一致した。なお、上述したとおり比較例1のスペクトルにおけるメインピークは(420)面に帰属され、ピークP1はスペクトル中に現れない。そのため、比較例1ではピーク強度I1をゼロとし、それによりピーク強度比I1/I2がゼロとなった。 As shown in Table 1, both Examples 1-7 and Comparative Example 1 had a composition represented by the above-mentioned general formula Li a M b NbMo c O d , and had a rhenium oxide type block composed of an octahedral structure. We were able to synthesize a complex oxide containing the structure. Further, regarding Examples 1-7, it was confirmed by STEM-HAADF observation that at least a part of the crystal structure contained the structure shown in FIG. 2. In particular, in Examples 1 and 4-6, since the peak intensity ratio I1/I2 in the XRD spectrum was 1 or more, it can be determined that the crystal structure shown in FIG. 2 was included as the main structure. On the other hand, as described above, both the STEM-HAADF image and the XRD spectrum of Comparative Example 1 matched the crystal structure shown in FIG. 1. Note that, as described above, the main peak in the spectrum of Comparative Example 1 belongs to the (420) plane, and the peak P1 does not appear in the spectrum. Therefore, in Comparative Example 1, the peak intensity I1 was set to zero, and thereby the peak intensity ratio I1/I2 was set to zero.

<電池性能の評価>
上記実施例および比較例にて各々得られた活物質粉末をそれぞれ用いて、次のとおり電極を作製した。
<Evaluation of battery performance>
Electrodes were produced as follows using the active material powders obtained in the above Examples and Comparative Examples.

先ず、100質量部の活物質、6質量部の導電剤、及び4質量部の結着剤を、溶媒に分散してスラリーを調製した。活物質としては、上述した方法で得られた複合材料粉末をそれぞれ用いた。導電剤としては、アセチレンブラックとカーボンナノチューブ及びグラファイトとの混合物を用いた。結着剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)とスチレンブタジェンゴム(SBR)との混合物を用いた。溶媒としては、純水を用いた。 First, 100 parts by mass of an active material, 6 parts by mass of a conductive agent, and 4 parts by mass of a binder were dispersed in a solvent to prepare a slurry. Composite material powder obtained by the method described above was used as the active material. As the conductive agent, a mixture of acetylene black, carbon nanotubes, and graphite was used. As the binder, a mixture of carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) was used. Pure water was used as the solvent.

次いで、得られたスラリーを、集電体の片面に塗布し、塗膜を乾燥させることで活物質含有層を形成した。集電体としては、厚さ12μmのアルミニウム箔を用いた。次いで、集電体と活物質含有層とをプレスして、電極を得た。電極の目付は、60g/mであった。 Next, the obtained slurry was applied to one side of the current collector, and the coating film was dried to form an active material-containing layer. As the current collector, an aluminum foil with a thickness of 12 μm was used. Next, the current collector and the active material-containing layer were pressed to obtain an electrode. The basis weight of the electrode was 60 g/m 2 .

次のとおり、非水電解質を調製した。電解質塩を有機溶媒に溶解させて、液状非水電解質を得た。電解質塩としては、LiPF6を用いた。非水電解質におけるLiPF6のモル濃度は、1mol/Lとした。有機溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒を用いた。ECとDECとの体積比は、1:2であった。 A non-aqueous electrolyte was prepared as follows. The electrolyte salt was dissolved in an organic solvent to obtain a liquid non-aqueous electrolyte. LiPF 6 was used as the electrolyte salt. The molar concentration of LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte was 1 mol/L. As the organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) was used. The volume ratio of EC and DEC was 1:2.

上述した方法で得られた電極を作用極とし、金属リチウム箔を対極及び参照極とし、上述した方法で調製した非水電解質を用いて、三電極式ビーカーセルを作製した。 A three-electrode beaker cell was prepared using the electrode obtained by the above method as a working electrode, metal lithium foil as a counter electrode and reference electrode, and the nonaqueous electrolyte prepared by the above method.

作製した各セルについて、初回充放電性能を評価した。具体的には、先ず、セルを25℃の温度下で、0.2Cの充電電流で電池電圧が0.7Vとなるまで充電し、続いて充電時間が10時間に達するまで定電圧充電した。その後、0.2Cの放電電流で電池電圧が3.0Vとなるまで放電した。このときの充放電容量を測定し、電極活物質含有層の体積(集電体を含まず)あたりの容量値を、充電および放電のそれぞれについて算出した。また、上記初回充放電における充放電効率を算出した(初回充放電効率=[(初回放電容量/初回充電容量)×100%])。 The initial charge/discharge performance of each of the produced cells was evaluated. Specifically, first, the cell was charged at a temperature of 25° C. with a charging current of 0.2 C until the battery voltage reached 0.7 V, and then constant voltage charging was performed until the charging time reached 10 hours. Thereafter, the battery was discharged at a discharge current of 0.2C until the battery voltage reached 3.0V. The charge/discharge capacity at this time was measured, and the capacitance value per volume of the electrode active material-containing layer (excluding the current collector) was calculated for each of charging and discharging. In addition, the charge/discharge efficiency in the above-mentioned initial charge/discharge was calculated (initial charge/discharge efficiency=[(initial discharge capacity/initial charge capacity)×100%]).

図17に、一部のビーカーセルの初回充放電曲線を表すグラフを示す。充電曲線は、グラフの左上から右下へ伸びる曲線で示す。放電曲線は、グラフの左下から右上へ伸びる曲線で示す。 FIG. 17 shows a graph showing initial charge/discharge curves of some beaker cells. The charging curve is shown as a curve extending from the top left to the bottom right of the graph. The discharge curve is shown as a curve extending from the lower left to the upper right of the graph.

下記表2に、各実施例および比較例で合成した複合酸化物の電池用活物質としての性能をまとめる。具体的には、体積あたりの充電容量および放電容量、並びに初回充放電効率を示す。 Table 2 below summarizes the performance of the composite oxides synthesized in each example and comparative example as an active material for batteries. Specifically, the charging capacity and discharging capacity per volume, as well as the initial charging and discharging efficiency are shown.

実施例1-7で得られた活物質が含む複合酸化物は、上述した一般式LiaMbNbMocOdで表すとともに、図2に示した結晶構造を少なくとも一部含んでいたことに対し、比較例1で得られた複合酸化物は上記一般式を満たすものの主要の結晶構造は図1に示した構造であった。表2が示すとおり、実施例1-7の活物質は、比較例1の複合酸化物と比較して高い充電容量および放電容量を示した。また、実施例1-7の活物質を用いて得られた初回充放電効率は、比較例1を用いた場合と同程度だった。 The composite oxide contained in the active material obtained in Example 1-7 was expressed by the above-mentioned general formula Li a M b NbMo c O d and contained at least a portion of the crystal structure shown in FIG. On the other hand, although the composite oxide obtained in Comparative Example 1 satisfied the above general formula, its main crystal structure was the structure shown in FIG. As shown in Table 2, the active materials of Examples 1-7 exhibited higher charging and discharging capacities than the composite oxide of Comparative Example 1. Further, the initial charge/discharge efficiency obtained using the active materials of Examples 1-7 was comparable to that when Comparative Example 1 was used.

従って、上述した酸化レニウム型のブロック構造を含む結晶構造を有し、上記一般式LiaMbNbMocOdで表され、且つ、図2に示した結晶構造を含んだ複合酸化物は、電極活物質として良好な初回充放電効率を示すとともに、体積あたりの充放電容量が高いことがわかる。 Therefore, a composite oxide having a crystal structure including the rhenium oxide type block structure described above, represented by the general formula Li a M b NbMo c O d , and having the crystal structure shown in FIG. It can be seen that it shows good initial charge/discharge efficiency as an electrode active material and has a high charge/discharge capacity per volume.

以上説明した1以上の実施形態および実施例によれば、複合酸化物を含む活物質が提供される。該複合酸化物は、酸素と金属元素で構成される八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含み、且つ大きさが異なる複数の酸化レニウム型ブロックが少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含み、一般式LiaMbNbMocOdで表される。ここで、式中のMは、Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つである。式中の各添字は、それぞれ0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50の関係を満たす。係る活物質は、高容量な二次電池を実現できる電極、高容量な二次電池および電池パック、並びに該電池パックを搭載した車両を提供することができる。 According to one or more embodiments and examples described above, an active material containing a composite oxide is provided. The composite oxide includes a rhenium oxide block composed of an octahedral structure composed of oxygen and a metal element with shared vertices, and a plurality of rhenium oxide blocks of different sizes are periodic and share at least the octahedral edges. It is represented by the general formula Li a M b NbMo c O d . Here, M in the formula is Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si Any one selected from the group consisting of. Each subscript in the formula satisfies the relationships 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50, respectively. Such active materials can provide electrodes that can realize high-capacity secondary batteries, high-capacity secondary batteries and battery packs, and vehicles equipped with the battery packs.

以下に、本発明に係る幾つかの実施形態を附記する。 Some embodiments according to the present invention will be described below.

[1] 酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、前記八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含み、大きさが異なる複数の前記酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、前記酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含み、
一般式LiaMbNbMocOdで表され、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.4,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50である複合酸化物を含む活物質。
[2] 酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、前記八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含み、大きさが異なる複数の前記酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、前記酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含み、
一般式LiaMbNbMocOdで表され、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50である複合酸化物を含む活物質。
[1] A structure including an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, the octahedral structure including rhenium oxide type blocks formed by corner sharing, the rhenium oxide type blocks including a plurality of rhenium oxide type blocks having different sizes, and the rhenium oxide type blocks including a structure in which the rhenium oxide type blocks are connected at least by octahedral corner sharing without periodicity,
An active material comprising a composite oxide represented by the general formula Li a M b NbMo c O d , where M is one or more selected from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.4, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50.
[2] A structure including an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, the octahedral structure including rhenium oxide type blocks formed by corner sharing, the rhenium oxide type blocks including a plurality of rhenium oxide type blocks having different sizes, and the rhenium oxide type blocks including a structure in which the rhenium oxide type blocks are connected at least by octahedral corner sharing without periodicity,
An active material comprising a composite oxide represented by the general formula Li a M b NbMo c O d , where M is one or more selected from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50.

[3] 前記複合酸化物のCu-Kα線源を用いた粉末X線回折による回折スペクトルにおいて、2θ=25.05±0.25°の範囲内に現れるピークP1のピーク強度I1と、2θ=24.00±0.20°の範囲内に現れるピークP2のピーク強度I2とが、I1/I2>0.1の関係を満たす、[1]又は[2]に記載の活物質。 [3] In the diffraction spectrum of the composite oxide obtained by powder X-ray diffraction using a Cu-Kα ray source, the peak intensity I1 of peak P1 appearing within the range of 2θ = 25.05 ± 0.25° and 2θ = 24.00 ± 0.20° The active material according to [1] or [2], wherein the peak intensity I2 of the peak P2 appearing within the range satisfies the relationship I1/I2>0.1.

[4] [1]から[3]の何れか1つに記載の活物質を含む、電極。 [4] An electrode comprising the active material according to any one of [1] to [3].

[5] 前記活物質を含んだ活物質含有層を含む、[4]に記載の電極。 [5] The electrode according to [4], including an active material-containing layer containing the active material.

[6] 正極と、
負極と、
電解質と
を具備する二次電池であって、
前記正極または前記負極は、[4]又は[5]に記載の電極である、二次電池。
[6] A positive electrode,
a negative electrode;
A secondary battery comprising an electrolyte,
A secondary battery, wherein the positive electrode or the negative electrode is the electrode according to [4] or [5].

[7] [6]に記載の二次電池を具備する、電池パック。 [7] A battery pack comprising the secondary battery according to [6].

[8] 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する、[7]に記載の電池パック。
[8] An external terminal for supplying electricity;
The battery pack according to [7], further comprising a protection circuit.

[9] 複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、[7]又は[8]に記載の電池パック。
[9] Equipped with a plurality of the secondary batteries,
The battery pack according to [7] or [8], wherein the secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.

[10] [7]から[9]の何れか1つに記載の電池パックを具備する、車両。 [10] A vehicle comprising the battery pack according to any one of [7] to [9].

[11] 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、[10]に記載の車両。 [11] The vehicle according to [10], including a mechanism that converts kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1…電極群、2…外装部材、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、4…セパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、6…負極端子、7…正極端子、10…結晶構造、10a…八面体、10b…四面体、11…結晶構造、11a…八面体、11b…四面体、18…金属元素、19…酸素元素、21…バスバー、22…正極側リード、23…負極側リード、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、41…車両用電源、42…電気制御装置、43…外部端子、44…インバータ、45…駆動モータ、100…二次電池、200…組電池、200a…組電池、200b…組電池、200c…組電池、300…電池パック、300a…電池パック、300b…電池パック、300c…電池パック、301a…組電池監視装置、301b…組電池監視装置、301c…組電池監視装置、342…正極側コネクタ、343…負極側コネクタ、345…サーミスタ、346…保護回路、342a…配線、343a…配線、350…通電用の外部端子、352…正側端子、353…負側端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、411…電池管理装置、412…通信バス、413…正極端子、414…負極端子、415…スイッチ装置、416…電流検出部、417…負極入力端子、418…正極入力端子、L1…接続ライン、L2…接続ライン、W…駆動輪。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electrode group, 2... Exterior member, 3... Negative electrode, 3a... Negative electrode current collector, 3b... Negative electrode active material containing layer, 4... Separator, 5... Positive electrode, 5a... Positive electrode current collector, 5b... Positive electrode active material containing Layer, 6... Negative electrode terminal, 7... Positive electrode terminal, 10... Crystal structure, 10a... Octahedron, 10b... Tetrahedron, 11... Crystal structure, 11a... Octahedron, 11b... Tetrahedron, 18... Metal element, 19... Oxygen Element, 21... Bus bar, 22... Positive electrode side lead, 23... Negative electrode side lead, 24... Adhesive tape, 31... Container, 32... Lid, 33... Protective sheet, 34... Printed wiring board, 35... Wiring, 40... Vehicle Main body, 41... Vehicle power source, 42... Electric control device, 43... External terminal, 44... Inverter, 45... Drive motor, 100... Secondary battery, 200... Assembled battery, 200a... Assembled battery, 200b... Assembled battery, 200c ... assembled battery, 300... battery pack, 300a... battery pack, 300b... battery pack, 300c... battery pack, 301a... assembled battery monitoring device, 301b... assembled battery monitoring device, 301c... assembled battery monitoring device, 342... positive electrode side connector , 343... Negative side connector, 345... Thermistor, 346... Protection circuit, 342a... Wiring, 343a... Wiring, 350... External terminal for energization, 352... Positive side terminal, 353... Negative side terminal, 348a... Positive side wiring, 348b... Negative side wiring, 400... Vehicle, 411... Battery management device, 412... Communication bus, 413... Positive electrode terminal, 414... Negative electrode terminal, 415... Switch device, 416... Current detection section, 417... Negative electrode input terminal, 418... Positive input terminal, L1...connection line, L2...connection line, W...drive wheel.

Claims (11)

酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、前記八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含み、大きさが異なる複数の前記酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、前記酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含み、
一般式LiaMbNbMocOdで表され、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.4,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50である複合酸化物を含む活物質。
The octahedral structure includes an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, the octahedral structure includes rhenium oxide type blocks configured by corner sharing, the octahedral structure includes a plurality of rhenium oxide type blocks having different sizes, and the rhenium oxide type blocks include a structure in which the rhenium oxide type blocks are connected at least by octahedral edge sharing without periodicity,
An active material comprising a composite oxide represented by the general formula Li a M b NbMo c O d , where M is one or more selected from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.4, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50.
酸素と金属元素で構成される八面体構造を含み、且つ、前記八面体構造が頂点共有で構成する酸化レニウム型ブロックを含み、大きさが異なる複数の前記酸化レニウム型ブロックを含み、且つ、前記酸化レニウム型ブロックは少なくとも八面体稜共有で周期性を持たずに接続されている構造を含み、
一般式LiaMbNbMocOdで表され、MはTi, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y 及び Siからなる群より選択される何れか一つ以上であり、0≦a≦b+2+3c,0≦b≦1.5,0≦c≦0.5,及び2.33≦d/(1+b+c)≦2.50である複合酸化物を含む活物質。
The octahedral structure includes an octahedral structure composed of oxygen and a metal element, the octahedral structure includes rhenium oxide type blocks configured by corner sharing, the octahedral structure includes a plurality of rhenium oxide type blocks having different sizes, and the rhenium oxide type blocks include a structure in which the rhenium oxide type blocks are connected at least by octahedral edge sharing without periodicity,
An active material comprising a composite oxide represented by the general formula Li a M b NbMo c O d , where M is one or more selected from the group consisting of Ti, V, Ta, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, Sb, As, P, Cr, W, B, Na, K, Mg, Al, Ca, Y and Si, and 0≦a≦b+2+3c, 0≦b≦1.5, 0≦c≦0.5, and 2.33≦d/(1+b+c)≦2.50.
前記複合酸化物のCu-Kα線源を用いた粉末X線回折による回折スペクトルにおいて、2θ=25.05±0.25°の範囲内に現れるピークP1のピーク強度I1と、2θ=24.00±0.20°の範囲内に現れるピークP2のピーク強度I2とが、I1/I2>0.1の関係を満たす、請求項2に記載の活物質。 In the diffraction spectrum of the composite oxide obtained by powder X-ray diffraction using a Cu-Kα ray source, the peak intensity I1 of peak P1 appearing within the range of 2θ = 25.05 ± 0.25° and the peak intensity I1 within the range of 2θ = 24.00 ± 0.20° 3. The active material according to claim 2, wherein the peak intensity I2 of the peak P2 that appears in satisfies the relationship I1/I2>0.1. 請求項2又は3に記載の活物質を含む、電極。 An electrode comprising the active material according to claim 2 or 3. 前記活物質を含んだ活物質含有層を含む、請求項4に記載の電極。 The electrode according to claim 4, comprising an active material-containing layer that contains the active material. 正極と、
負極と、
電解質と
を具備する二次電池であって、
前記正極または前記負極は、請求項4に記載の電極である、二次電池。
a positive electrode;
a negative electrode;
A secondary battery comprising an electrolyte,
A secondary battery, wherein the positive electrode or the negative electrode is the electrode according to claim 4.
請求項6に記載の二次電池を具備する、電池パック。 A battery pack comprising the secondary battery according to claim 6. 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する、請求項7に記載の電池パック。
An external terminal for supplying electricity;
8. The battery pack of claim 7, further comprising a protection circuit.
複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、請求項7に記載の電池パック。
comprising a plurality of the secondary batteries,
The battery pack according to claim 7, wherein the secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
請求項7記載の電池パックを具備する、車両。 A vehicle comprising the battery pack according to claim 7. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、請求項10に記載の車両。
The vehicle according to claim 10, including a mechanism that converts kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
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