JP5445148B2 - Secondary battery and charging method thereof - Google Patents

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Description

本発明は二次電池用正極及び二次電池に関し、LiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO、LiCoPOF等、高い電位で充電反応が行われる正極活物質を利用した二次電池として好適に用いることができる。 The present invention relates to a positive electrode and a secondary battery for a secondary battery, Li 2 NiPO 4 F, LiNiPO 4, LiCoPO 4, Li 2 CoPO 4 F or the like, a secondary battery charging reaction at a high potential by using a positive electrode active material is performed Can be suitably used.

従来、二次電池の正極活物質にカーボン粉を混合し、正極に必要な電子伝導性を付与することが行なわれている。例えば、リチウムイオン電池用の正極活物質として、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、これらの固溶体、マンガン酸リチウム(LiMn24)等が用いられており、これら正極材料に導電助剤としてのカーボンを混合して正極に必要な電子伝導性を付与し、さらにはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素樹脂を結着剤として用いることにより正極が成形されている。 Conventionally, carbon powder is mixed with a positive electrode active material of a secondary battery to impart necessary electron conductivity to the positive electrode. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), solid solutions thereof, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like are used as positive electrode active materials for lithium ion batteries. Carbon as a conductive additive is mixed with the material to provide the necessary electronic conductivity for the positive electrode, and a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVdF) is used as a binder. Thus, the positive electrode is formed.

そして、さらなる大出力化及び高速充電の要請に応えるため、電極を作製する時に原料を炭化したり、電極活物質と導電助剤と溶媒とを湿式法により混合粉砕した後、溶媒を除去したり(特許文献1)して、電子伝導性を向上させることが行なわれている。また、金属で表面を被覆した高分子材料を導電助剤として用いたり(特許文献2)、活物質層に導電助剤として金属粒子を含ませたり(特許文献3)して、電子伝導性を向上させることも提案されている。   In order to meet the demand for higher output and higher speed charging, the raw material is carbonized when manufacturing the electrode, or the electrode active material, the conductive additive and the solvent are mixed and pulverized by a wet method, and then the solvent is removed. (Patent Document 1) and improving the electronic conductivity. Moreover, the polymer material which coat | covered the surface with the metal is used as a conductive support agent (patent document 2), or a metal particle is included in the active material layer as a conductive assistant agent (patent document 3). Improvements have also been proposed.

特開2008−147024号公報JP 2008-147024 A 特開2007−311057号公報JP 2007-311057 A 特開2006−164823号公報JP 2006-164823 A

しかし、上記のLiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO、LiCoPOF等の高い電位で充電反応が行われる正極活物質では、導電助剤としてこれらの正極活物質に添加したグラファイト粉等が、充電時の高い電位において酸化されてしまったり、グラファイト粉上での電気化学反応によって溶媒が分解されてしまったりするという問題があった。 However, the above Li 2 NiPO 4 F, LiNiPO 4 , LiCoPO 4, Li 2 CoPO 4 The positive electrode active material charging reaction at a high potential of F or the like is performed, a graphite powder was added to these positive electrode active material as a conductive additive And the like may be oxidized at a high potential during charging, or the solvent may be decomposed by an electrochemical reaction on the graphite powder.

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、高い電位で充電反応が行われる、エネルギー密度の高い正極活物質を有効に活用することができる、二次電池用正極を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a positive electrode for a secondary battery in which a positive electrode active material having a high energy density, in which a charging reaction is performed at a high potential, can be effectively utilized. And

本発明の二次電池用正極は、正極活物質からなる粒子の集合体が所定の形状に成形された二次電池用正極において、前記正極活物質からなる粒子には、導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンが付着されていることを特徴とする。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention is a positive electrode for a secondary battery in which an aggregate of particles made of a positive electrode active material is formed into a predetermined shape, and the particles made of the positive electrode active material include conductive diamond-like carbon and The glassy carbon is attached.

本発明の有機電解液二次電池用正極では、正極活物質からなる粒子の集合体が所定の形状に成形されており、正極活物質からなる粒子には、導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンが付着されている。このため、導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンが導電助剤の役割を果たし、二次電池用正極のために必要な特性である電子伝導性が付与される。しかも、本発明者らの試験結果によれば、導電性ダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンは、グラファイトよりも広い電位窓を有しており、高い電位において安定であり、溶媒を分解するおそれも少ない。このため、充電時の高い電位において導電性ダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンが酸化されてしまったり、溶媒が分解したりしてしまうおそれも少ない。このため、ひいては高い電位で充電反応が行われるエネルギー密度の高い正極活物質を、有効に活用することができる。 In the positive electrode for an organic electrolyte secondary battery of the present invention, an aggregate of particles made of a positive electrode active material is formed into a predetermined shape, and the particles made of the positive electrode active material include conductive diamond-like carbon and / or glassy. Carbon is attached. For this reason, the conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon plays a role of a conductive auxiliary agent and imparts electronic conductivity, which is a necessary characteristic for the positive electrode for the secondary battery. Moreover, according to the test results of the present inventors, conductive diamond-like carbon and glassy carbon have a wider potential window than graphite, are stable at a high potential, and are less likely to decompose the solvent. For this reason, there is little possibility that the conductive diamond-like carbon or glassy carbon is oxidized or the solvent is decomposed at a high potential during charging. For this reason, the positive electrode active material with a high energy density in which a charging reaction is performed at a high potential can be effectively utilized.

ここで、導電性ダイヤモンドライクカーボン(以下、単に、ダイヤモンドライクカーボン、又はDLCと省略することがある)とは、ダイヤモンド結合(炭素同士のSP混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものをいう。ただし、アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(すなわちSP混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含まれる。グラファイトとダイヤモンドの中間の性質を有するダイヤモンドライクカーボンは、成膜時にダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素原子のSP混成軌道結合とSP混成軌道結合の比率を調整することで、導電性を調節することができる。 Here, the conductive diamond-like carbon (hereinafter sometimes simply referred to as diamond-like carbon or DLC) is a diamond bond (SP 3 hybrid orbital bond between carbons) and a graphite bond (SP 2 between carbons). Among carbons having an amorphous structure in which both the bonds of hybrid orbital bonds are mixed, those having conductivity of 1000 Ωcm or less. However, in addition to the amorphous structure, those having a phase composed of a crystal structure partially composed of a graphite structure (that is, a hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds) and thereby exhibiting conductivity are also included. . Diamond-like carbon having properties intermediate between graphite and diamond adjusts the conductivity by adjusting the ratio of SP 2 hybrid orbital bonds and SP 3 hybrid orbital bonds of the carbon atoms constituting diamond-like carbon during film formation. be able to.

また、グラッシーカーボン(以下、GCと省略することがある)とは、グラファイト系材料の基本構造である数ナノメータ程度の六角網面を方向性なく集合させたものであり、加熱処理してもグラファイト構造が発達し難く、非晶質に近い構造を有するカーボンをいう。 Glassy carbon (hereinafter sometimes abbreviated as GC) is a non-directional assembly of hexagonal mesh surfaces of several nanometers, which is the basic structure of graphite-based materials. Carbon that has a structure that is difficult to develop and has a structure close to amorphous.

正極活物質からなる粒子への導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンの付着は、乾式めっき法によってなされていることが好ましい。こうであれば、正極活物質からなる粒子の表面全体に均一に密着性良く導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンを付着させることができる。ここで、乾式めっき法とは、真空中又は気相中において導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンを正極活物質からなる粒子の表面に付着させる全ての方法をいう。   The conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon is preferably attached to the particles made of the positive electrode active material by a dry plating method. If it is like this, electroconductive diamond-like carbon and / or glassy carbon can be adhered to the whole surface of the particle | grains which consist of positive electrode active materials uniformly with sufficient adhesiveness. Here, the dry plating method refers to all methods in which conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon is attached to the surface of particles made of a positive electrode active material in a vacuum or in a gas phase.

導電性ダイヤモンドライクカーボンを正極活物質の粉末に付着させるための乾式めっき法としては、特に限定はされないが、例えば、CVD法、熱CVD、プラズマCVD(高周波、マイクロ波、直流等)、PVD法、真空蒸着法、イオンプレーティング(直流励起、高周波励起)法、スパッタ法(2極スパッタ、マグネトロンスパッタ、ECRスパッタ)、レーザーアブレーション法、イオンビームデポジション、イオン注入法等が挙げられる。
また、グラッシーカーボンを正極活物質の粉末に付着させるための乾式めっき法としては、特に限定はされないが、真空中でグラッシーカーボンのターゲットにイオンビームをあて、スパッタリング現象により、正極活物質表面に付着させるスパッタリング法や、正極活物質の粉末を炭化水素系ガスを含有する雰囲気内でプラズマ熱処理する方法等を採用することができる。
さらには、上記正極活物質の粉末への導電性ダイヤモンドライクカーボンのコーティング方法と上記正極活物質の粉末へのグラッシーカーボンのコーティング方法を両方採用し、正極活物質の粉末に導電性ダイヤモンドライクカーボンとグラッシーカーボンの両方が付着した正極活物質を正極材料として用いることもできる。
The dry plating method for attaching the conductive diamond-like carbon to the powder of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, CVD, thermal CVD, plasma CVD (high frequency, microwave, direct current, etc.), PVD method And vacuum deposition, ion plating (direct current excitation, high frequency excitation), sputtering (bipolar sputtering, magnetron sputtering, ECR sputtering), laser ablation, ion beam deposition, ion implantation, and the like.
The dry plating method for adhering the glassy carbon to the positive electrode active material powder is not particularly limited. However, the ion beam is applied to the glassy carbon target in a vacuum and deposited on the surface of the positive electrode active material by a sputtering phenomenon. It is possible to employ a sputtering method, a method in which the powder of the positive electrode active material is subjected to plasma heat treatment in an atmosphere containing a hydrocarbon gas, or the like.
Furthermore, the positive electrode active material of the coating process and the positive electrode active material of the conductive diamond-like carbon to the powder of glassy carbon on the powder coating method to both employed, and conductive diamond-like carbon powder of the positive electrode active material A positive electrode active material to which both glassy carbons are attached can also be used as a positive electrode material.

本発明の二次電池用正極に用いられる正極活物質としては、LiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO及びLiCoPOFの少なくとも1種を含むことができる。これらの正極活物質は、高い電位において充電されるため、エネルギー密度が大きいという利点はあるものの、従来のグラファイトからなる導電助剤ではグラファイトが酸化されたり、溶媒が分解されたりするおそれがあった。これに対して本発明の二次電池用正極では、高い電位であっても安定なダイヤモンドライクカーボンが導電助剤として働き、電位窓が広くて溶媒の分解もされ難い。このため、エネルギー密度が大きなこれらの正極活物質の利点を有効に活用できるリチウムイオン電池として、好適に用いることができる。 As the positive electrode active material used in the positive electrode for secondary battery of the present invention, Li 2 NiPO 4 F, it may comprise at least one LiNiPO 4, LiCoPO 4 and Li 2 CoPO 4 F. Since these positive electrode active materials are charged at a high potential, there is an advantage that the energy density is large. However, there is a possibility that the graphite is oxidized or the solvent is decomposed with the conventional conductive assistant made of graphite. . On the other hand, in the positive electrode for a secondary battery of the present invention, even if the potential is high, stable diamond-like carbon works as a conductive assistant, and the potential window is wide so that the solvent is not easily decomposed. For this reason, it can use suitably as a lithium ion battery which can utilize effectively the advantage of these positive electrode active materials with a large energy density.

また、発明者らの試験結果によれば、ニトリル化合物を含む電解液は広い電位窓を有するため、LiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO及びLiCoPOF等の高い電位において充電される正極活物質の充電領域でも安定に存在し、分解に耐えうる。このため、本発明の二次電池用正極用の電解液として好適である。このため、本発明の二次電池は、請求項1又は2記載の二次電池用正極と、ニトリル化合物を含む電解液と、を備えていることを特徴とするとした。 Further, according to the inventors of the test results, the electrolyte solution containing the nitrile compound is charged in a wide since it has a potential window, Li 2 NiPO 4 F, LiNiPO 4, LiCoPO 4 and Li 2 CoPO 4 F higher potential of such It exists stably in the charged region of the positive electrode active material, and can withstand decomposition. For this reason, it is suitable as an electrolytic solution for the positive electrode for the secondary battery of the present invention. For this reason, the secondary battery of this invention was equipped with the positive electrode for secondary batteries of Claim 1 or 2, and the electrolyte solution containing a nitrile compound, It was characterized by the above-mentioned.

実施形態の二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the secondary battery of the embodiment. 実施形態の二次電池用正極の拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the positive electrode for secondary batteries of an embodiment. 実験例1、2及び比較例1〜3の電極のLiPFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での電位−電流曲線である。The potential of the experimental Examples 1 and 2 and a lithium-ion battery electrolyte solution obtained by dissolving LiPF 6 of the electrode of Comparative Examples 1 to 3 - a current curve. 実験例1、2及び比較例1〜3の電極のLiBFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での電位−電流曲線である。The potential of the experimental Examples 1 and 2 and a lithium-ion battery electrolyte solution obtained by dissolving LiBF 4 in Comparative Examples 1 to 3 of the electrode - is a current curve. 実験例2及び比較例1〜3の電極のLiTFSIを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve in the electrolyte solution for lithium ion batteries which melt | dissolved LiTFSI of the electrode of Experimental example 2 and Comparative Examples 1-3. 実験例3、4及び比較例4の電極のNaPFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での電位−電流曲線である。The potential of the experimental examples 3 and 4及 beauty lithium ion battery electrolyte solution obtained by dissolving NaPF 6 in Comparative Example 4 of the electrode - is a current curve. 実施例1のリチウムイオン電池用電極の充放電特性を示すグラフである。2 is a graph showing charge / discharge characteristics of a lithium ion battery electrode of Example 1. FIG.

(実施形態)
以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。
まず、正極活物質の粉末を用意し、乾式めっき法によって、正極活物質の粉末の表面にダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンを付着させる。
ダイヤモンドライクカーボンを正極活物質の粉末に付着させるための乾式めっき法としては、特に限定はされないが、例えばイオン化蒸着法を用いることができる。すなわち、真空チャンバー中にベンゼンや炭化水素ガスを導入し、直流アーク放電プラズマ中でイオンを生成させ、直流の負電圧にバイアスされた正極活物質の粉末にバイアス電圧に応じたエネルギーで衝突させて正極活物質の粉末の表面にダイヤモンドライクカーボンを付着させる方法である。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described.
First, a positive electrode active material powder is prepared, and diamond-like carbon and / or glassy carbon is adhered to the surface of the positive electrode active material powder by dry plating.
Although it does not specifically limit as a dry-type plating method for making diamond-like carbon adhere to the powder of a positive electrode active material, For example, an ionization vapor deposition method can be used. In other words, benzene or hydrocarbon gas is introduced into a vacuum chamber, ions are generated in a DC arc discharge plasma, and collided with a positive active material powder biased to a DC negative voltage with energy corresponding to the bias voltage. In this method, diamond-like carbon is attached to the surface of the positive electrode active material powder.

ダイヤモンドライクカーボンを正極活物質の粉末に付着させるためのその他の方法としては、高周波プラズマ法が挙げられる。この方法は、メタンガスを原料に使い、容量結合型のプラズマ電極を用いる方法である。   As another method for attaching the diamond-like carbon to the powder of the positive electrode active material, a high frequency plasma method can be given. In this method, methane gas is used as a raw material, and a capacitively coupled plasma electrode is used.

さらには、炭化水素ガスの熱分解によってダイヤモンドライクカーボンを正極活物質の粉末に付着させることもできる(例えば特開2008−260670号公報)。   Furthermore, diamond-like carbon can be attached to the powder of the positive electrode active material by thermal decomposition of hydrocarbon gas (for example, JP 2008-260670 A).

また、スパッタリングの手法で正極活物質の粉末の表面にダイヤモンドライクカーボンを付着させることもできる(例えば特開2004−339564号公報)。
すなわち、真空中において、電子を電界によって加速してアルゴンガスに衝突させてアルゴンをイオン化し、これを電界によって加速して固体カーボンターゲット衝突させてスパッタリングさせ、正極活物質の粉末上にダイヤモンドライクカーボンを形成させる方法である(このとき、正極活物質に印加する負のバイアス電圧をかけてもよい。)。
Further, diamond-like carbon can be attached to the surface of the positive electrode active material powder by a sputtering method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-339564).
That is, in a vacuum, electrons are accelerated by an electric field and collided with argon gas to ionize argon, which is accelerated by the electric field and collided with a solid carbon target to be sputtered, and diamond-like carbon is formed on the positive electrode active material powder. (At this time, a negative bias voltage applied to the positive electrode active material may be applied).

上記のような、様々な乾式めっき法によって、表面にダイヤモンドライクカーボンを付着させた正極活物質の粉末を用意し、これに結合剤としてのポリテトラエチレン(PTFE)やポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素樹脂粉末とを加え、ホットプレスによって所望の形状に成形し、実施形態の二次電池用正極を得る。正極活物質としては、例えばLiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO、LiCoPOF等のいずれか、あるいはこれらの混合物を用いることができる。これらの混合割合は、正極として必要とされる電子伝導性や、結合剤としての機能を奏するために必要なフッ素樹脂の添加量等を勘案して、適宜決定すればよい。 A positive electrode active material powder having diamond-like carbon attached to the surface is prepared by various dry plating methods as described above, and polytetraethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), or the like as a binder is prepared. And a positive electrode for a secondary battery according to the embodiment is obtained. As the positive electrode active material, for example, Li 2 NiPO 4 F, LiNiPO 4 , LiCoPO 4, Li 2 CoPO 4 either F or the like, or may be a mixture thereof. These mixing ratios may be appropriately determined in consideration of the electron conductivity required for the positive electrode, the addition amount of the fluororesin necessary for exhibiting the function as the binder, and the like.

また、グラッシーカーボンを正極活物質の粉末に付着させるための方法としては、正極活物質の粉末をメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素系ガスを含有する0.1〜30torr、400〜1100℃の雰囲気内でプラズマ熱処理する方法を採用することができる(特開平11−43770号公報参照)。   Further, as a method for adhering the glassy carbon to the positive electrode active material powder, the positive electrode active material powder is 0.1 to 30 torr and 400 to 1100 ° C. containing hydrocarbon gas such as methane, ethane, and propane. A method of performing a plasma heat treatment in an atmosphere can be employed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-43770).

さらには、上記正極活物質の粉末への導電性ダイヤモンドライクカーボンのコーティング方法と上記正極活物質の粉末へのグラッシーカーボンのコーティング方法を両方採用し、正極活物質の粉末に導電性ダイヤモンドライクカーボンとグラッシーカーボンの両方が付着した正極活物質を正極材料として用いることもできる。 Furthermore, the positive electrode active material of the coating process and the positive electrode active material of the conductive diamond-like carbon to the powder of glassy carbon on the powder coating method to both employed, and conductive diamond-like carbon powder of the positive electrode active material A positive electrode active material to which both glassy carbons are attached can also be used as a positive electrode material.

このようにして成形したリチウムイオン電池用正極を用いて、図1に示すようなリチウムイオン電池8を製造することができる。すなわち、電解液が浸透可能なセパレータ1をリチウムイオン電池用正極2とグラファイトからなる負極3とで挟んで接合体4とし、電解液に浸漬する。そして、パッキン5を装填した負極用集電ケース6に負極3が接触するように接合体4を収容し、さらにリチウムイオン電池用正極2側から正極用集電板7を嵌挿した後、負極用集電ケース6と正極用集電板7とをかしめて密閉する。こうして、実施形態のリチウムイオン電池8を製造することができる。   A lithium ion battery 8 as shown in FIG. 1 can be manufactured using the positive electrode for a lithium ion battery thus formed. That is, the separator 1 through which the electrolytic solution can permeate is sandwiched between the positive electrode 2 for a lithium ion battery and the negative electrode 3 made of graphite to form a joined body 4 and immersed in the electrolytic solution. Then, the joined body 4 is accommodated so that the negative electrode 3 is in contact with the negative electrode current collecting case 6 loaded with the packing 5, and the positive electrode current collector plate 7 is inserted from the positive electrode 2 side for the lithium ion battery. The current collecting case 6 and the positive current collecting plate 7 are caulked and sealed. Thus, the lithium ion battery 8 of the embodiment can be manufactured.

上記実施形態のリチウムイオン電池8のリチウムイオン電池用正極2では、図2に示すように、正極活物質粉末2a上にダイヤモンドライクカーボン2bとフッ素樹脂粉末2cが付着しており、フッ素樹脂粉末2cが結合剤として各粉末をつなぎとめて電極形状を保持している。そして、ダイヤモンドライクカーボン2bが電子伝導性を担う導電補助剤としての役割を果たす。後述するように、ダイヤモンドライクカーボン2bは、リチウムイオン電池の電解液中において、単なるカーボンブラック粉末やグラファイト粉末よりも広い電位窓を有している。このため、正極活物質の充電過程における高い電位においても、安定に存在し、電解液溶媒の分解もほとんど発生しない。このため、導電助剤が充電時の高い電位において酸化されてしまったり、溶媒が分解したりしてしまうことがなく、ひいては、高い電位で充電反応が行われ、エネルギー密度の高い正極活物質を有効に活用することができる。   In the lithium ion battery positive electrode 2 of the lithium ion battery 8 of the above embodiment, as shown in FIG. 2, diamond-like carbon 2b and fluororesin powder 2c are attached on the positive electrode active material powder 2a, and the fluororesin powder 2c. However, the powder is held as a binder to maintain the electrode shape. The diamond-like carbon 2b plays a role as a conductive auxiliary agent responsible for electron conductivity. As will be described later, the diamond-like carbon 2b has a wider potential window than the simple carbon black powder or graphite powder in the electrolyte solution of the lithium ion battery. For this reason, even at a high potential in the charging process of the positive electrode active material, it stably exists and hardly decomposes the electrolyte solvent. For this reason, the conductive auxiliary agent is not oxidized at a high potential during charging or the solvent is not decomposed. As a result, a charging reaction is performed at a high potential, and a positive electrode active material having a high energy density is obtained. It can be used effectively.

<実験例>
以下、本発明の二次電池用正極の発明の効果について立証するため、様々な導電性物質粉体をPTFE粉体と混合してホットプレス法によって円盤状電極を作製し、電位−電流曲線を測定した。
<Experimental example>
Hereinafter, in order to prove the effect of the invention of the positive electrode for a secondary battery of the present invention, various conductive substance powders are mixed with PTFE powder to prepare a disk-shaped electrode by a hot press method, and a potential-current curve is obtained. It was measured.

(実験例1)
実験例1では、導電性ダイヤモンドライクカーボン(DLC)粉末(平均粒径0.03μm)とPTFE粉体とを80:20の質量割合で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, conductive diamond-like carbon (DLC) powder (average particle size 0.03 μm) and PTFE powder were mixed at a mass ratio of 80:20, and a disk-shaped electrode of 8 mmφ was produced by hot pressing. .

(実験例2)
実験例2では、グラッシーカーボン粉(平均粒径0.5μm)とPTFE粉体とを80:20の質量割合で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, glassy carbon powder (average particle size 0.5 μm) and PTFE powder were mixed at a mass ratio of 80:20, and an 8 mmφ disk-shaped electrode was produced by hot pressing.

(比較例1)
比較例1は、市販のグラッシーカーボン板そのものである
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is a commercially available glassy carbon plate itself.

(比較例2)
比較例2では、カーボンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)とPTFE粉体とを80:20の質量割合で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, carbon black (“HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and PTFE powder were mixed at a mass ratio of 80:20, and a disk-shaped electrode of 8 mmφ was produced by hot pressing.

(比較例3)
比較例3では、カーボンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)を真空中3000℃で3時間熱処理を行なってグラファイト化したものとPTFE粉体とを80:20の質量割合で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, carbon black (“HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was heat-treated in a vacuum at 3000 ° C. for 3 hours and graphitized and PTFE powder were mixed at a mass ratio of 80:20. A disk-shaped electrode of 8 mmφ was prepared by hot pressing.

<電位−電流曲線の測定>
上記のようにして作製した実験例1、2及び比較例1〜3の電極について、リチウムイオン電池用電解液中で電位走査し、電位−電流曲線を測定した。電解液は次のように調製した。すなわち、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを質量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにリチウム電解質(LiPF、LiBF及びLiTFSIのいずれか)を1mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液とし、三極式電解セル容器に入れた。
<Measurement of potential-current curve>
The electrodes of Experimental Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 prepared as described above were subjected to potential scanning in the electrolyte solution for lithium ion batteries, and a potential-current curve was measured. The electrolytic solution was prepared as follows. That is, a mixed solution is prepared so that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile are in a mass ratio of 25:25:50, and the lithium electrolyte (any one of LiPF 6 , LiBF 4, and LiTFSI) is 1 mol / L. The so-dissolved solution was used as an electrolytic solution and placed in a three-electrode electrolytic cell container.

電位−電流曲線の測定は、作用極として上記電極(面積1.0cm)、対極として白金網、参照電極としてLi金属を用いた。掃引速度は5mV/secとした。 The potential-current curve was measured using the above electrode (area 1.0 cm 2 ) as a working electrode, a platinum net as a counter electrode, and Li metal as a reference electrode. The sweep speed was 5 mV / sec.

結果を図3〜図5に示す。
(LiPFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定結果)
ダイヤモンドライクカーボン粉末を用いた実験例1の電極及びグラッシーカーボン粉を用いた実験例2の電極では、図3に示すように、7V(vs Li/Li+)までほとんど電流は流れることはなく、比較例1のグラッシーカーボン板電極よりも
広い電位窓を有していることが分かった。
これに対して、カーボンブラックを用いた比較例2の電極では3.6V(vs Li/Li+)を超えると電流が急激に流れはじめ、電位窓が狭いことが分かった。
また、カーボンブラックを熱処理してグラファイト化したものを用いた比較例3の電極では、比較例2の電極より電位窓が多少広くなったものの、4Vを超えると酸化電流が流れ出し、実験例1や実験例2の電極と比較して、電位窓が狭いことが分かった。
The results are shown in FIGS.
(Measurement results in an electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiPF 6 was dissolved)
In the electrode of Experimental Example 1 using diamond-like carbon powder and the electrode of Experimental Example 2 using glassy carbon powder, almost no current flows up to 7 V (vs Li / Li + ) as shown in FIG. It was found that the electrode had a wider potential window than the glassy carbon plate electrode of Comparative Example 1.
On the other hand, it was found that in the electrode of Comparative Example 2 using carbon black, when the voltage exceeded 3.6 V (vs Li / Li + ), current started to flow rapidly and the potential window was narrow.
Further, in the electrode of Comparative Example 3 using carbon black that was heat-treated and graphitized, the potential window was slightly wider than that of the electrode of Comparative Example 2, but when it exceeded 4 V, an oxidation current began to flow, and Experimental Example 1 and Compared with the electrode of Experimental Example 2, it was found that the potential window was narrow.

(LiBFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定結果)
また、図4に示すように、LiBFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中においても、ダイヤモンドライクカーボン粉末を用いた実験例1の電極及びグラッシーカーボン粉を用いた実験例2の電極は、LiPFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定と同様、広い電位窓を有することが分かった。
(Measurement results in an electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiBF 4 is dissolved)
In addition, as shown in FIG. 4, the electrode of Experimental Example 1 using diamond-like carbon powder and the electrode of Experimental Example 2 using glassy carbon powder in the electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiBF 4 was dissolved Similar to the measurement in the lithium ion battery electrolyte in which LiPF 6 was dissolved, it was found to have a wide potential window.

(LiTFSIを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定結果)
さらに、図5に示すように、LiTFSIを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定においても、グラッシーカーボン粉を用いた実験例2の電極は、広い電位窓を有することが分かった。この結果、並びに、LiPFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定結果(図3参照)及びLiBFを溶解したリチウムイオン電池用電解液中での測定結果(図4参照)において、ダイヤモンドライクカーボンを用いた電極が、グラッシーカーボンを用いた電極と同様に、広い電位窓を有しているという結果から、LiTFSIを溶解したリチウムイオン電池用電解液中においても、グラッシーカーボンを用いた電極が広い電位窓を有することは明らかである。
(Measurement results in an electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiTFSI is dissolved)
Furthermore, as shown in FIG. 5, it was found that the electrode of Experimental Example 2 using the glassy carbon powder had a wide potential window even in the measurement in the electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiTFSI was dissolved. As a result, and in a measurement result (see FIG. 3) in the electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiPF 6 was dissolved and a measurement result (see FIG. 4) in the electrolyte solution for lithium ion batteries in which LiBF 4 was dissolved, Since the electrode using diamond-like carbon has a wide potential window like the electrode using glassy carbon, the glassy carbon was also used in the electrolyte for lithium ion batteries in which LiTFSI was dissolved. It is clear that the electrode has a wide potential window.

<ナトリウムイオン電池への適用例>
以上は、リチウムイオン電池を想定した、LiPFを溶解した溶液を電解液中での電位−電流曲線の測定に関する実験例であった。本発明は、リチウムイオン電池以外にナトリウムイオン電池においても適用することができる。このことを実証するために、NaPFを溶解した溶液を電解液中での電位−電流曲線の測定についても行った。
<Application example to sodium ion battery>
The above is an experimental example related to the measurement of a potential-current curve in an electrolytic solution of a solution in which LiPF 6 is dissolved, assuming a lithium ion battery. The present invention can be applied to a sodium ion battery in addition to a lithium ion battery. In order to prove this, a solution in which NaPF 6 was dissolved was also measured for a potential-current curve in the electrolytic solution.

(実験例3)
実験例3では、グラッシーカーボン粉(平均粒径0.5μm)とPTFE粉体とを90:10の重量比で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Experimental example 3)
In Experimental Example 3, glassy carbon powder (average particle size 0.5 μm) and PTFE powder were mixed at a weight ratio of 90:10, and a disk-shaped electrode of 8 mmφ was produced by hot pressing.

(実験例4)
実験例4では、導電性ダイヤモンドライクカーボン粉(平均粒径0.03μm)とPTFE粉体とを90:10の重量比で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Experimental example 4)
In Experimental Example 4, conductive diamond-like carbon powder (average particle size 0.03 μm) and PTFE powder were mixed at a weight ratio of 90:10, and a disk-shaped electrode of 8 mmφ was produced by hot pressing.

(比較例4)
比較例4では、カーボンブラック(商品名:デンカブラック 電気化学工業株式会社製)とPTFE粉体とを90:10の重量比で混合し、ホットプレスによって8mmφの円盤状の電極を作製した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, carbon black (trade name: Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and PTFE powder were mixed at a weight ratio of 90:10, and an 8 mmφ disk-shaped electrode was produced by hot pressing.

<電位−電流曲線の測定>
上記のようにして作製した実験例3、4及び比較例4の電極について、ナトリウムイオン電池用電解液中で電位走査し、電位−電流曲線を測定した。電解液は次のように調製した。すなわち、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとセバコニトリルとを容量比で25:25:50となるように混合液を調製し、さらにNaPFを0.5mol/Lとなるように溶解した溶液を電解液とし、三極式電解セル容器に入れた。
<Measurement of potential-current curve>
The electrodes of Experimental Examples 3 and 4 and Comparative Example 4 produced as described above were subjected to potential scanning in an electrolytic solution for sodium ion batteries, and a potential-current curve was measured. The electrolytic solution was prepared as follows. That is, a mixed solution was prepared such that ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and sebaconitrile were in a volume ratio of 25:25:50, and a solution in which NaPF 6 was dissolved to 0.5 mol / L was used as an electrolytic solution. Placed in a triode electrolytic cell container.

電位−電流曲線の測定は、作用極として上記電極(面積1.0cm)、対極として白金網、参照電極としてナトリウム金属を用いた。掃引速度は5mV/secとした。 The potential-current curve was measured using the above electrode (area 1.0 cm 2 ) as a working electrode, a platinum net as a counter electrode, and sodium metal as a reference electrode. The sweep speed was 5 mV / sec.

その結果、図6に示すように、グラッシーカーボン粉末を用いた実験例3及び導電性ダイヤモンドライクカーボンを用いた実験例4の電極では、7V(vs. Li/Li +)まで電流はほとんど流れず、広い電位窓を有していることが分かった。これに対してカーボンブラックを電極とした比較例4の電極では、4V(vs. Li/Li +)付近で電流が立ち上がり、実験例3及び4と比較して、電位窓が狭いことが分かった。 As a result, as shown in FIG. 6, in the electrodes of Experimental Example 3 using glassy carbon powder and Experimental Example 4 using conductive diamond-like carbon, almost no current flows up to 7 V (vs. Li / Li + ). It was found to have a wide potential window. On the other hand, in the electrode of Comparative Example 4 using carbon black as an electrode, the current rose in the vicinity of 4 V (vs. Li / Li + ), and it was found that the potential window was narrow compared to Experimental Examples 3 and 4. .

以上の結果から、ナトリウムイオン電池の正極活物質粉にグラッシーカーボンやダイヤモンドライクカーボンを付着させた正極は、リチウムイオン電池の場合と同様、充電時に高い電位とされる正極においても、分解されることなく、溶媒を分解するおそれも少ないことが分かった。そして、この結果から、高い電位で充電反応が行われるエネルギー密度の高いナトリウムイオン電池用の正極活物質を有効に活用できることが分かった。   From the above results, the positive electrode in which glassy carbon or diamond-like carbon is attached to the positive electrode active material powder of the sodium ion battery is decomposed even in the positive electrode that is at a high potential during charging, as in the case of the lithium ion battery. It was also found that there is little risk of decomposing the solvent. And from this result, it turned out that the positive electrode active material for sodium ion batteries with a high energy density in which a charging reaction is performed at a high potential can be effectively utilized.

以上の結果から、リチウムイオン電池の正極活物質粉末に対して乾式めっき法によってダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンを付着させ、さらにこれにフッ素樹脂粉末を混合して成形した実施形態のリチウムイオン電池用正極は、リチウムイオン電池用の充電時に高い電位とされる正極においても、分解されることなく、溶媒を分解するおそれも少ないことが分かる。そして、この結果から、高い電位で充電反応が行われるエネルギー密度の高い正極活物質を有効に活用できることが分かる。また、ナトリウムイオン電池についても、同様である。以上のことを立証するために、実施例1では以下に示す方法でリチウム電池用正極を作製し、その充放電特性を測定した。   From the above results, the lithium ion battery of the embodiment in which diamond-like carbon and / or glassy carbon was attached to the positive electrode active material powder of the lithium ion battery by dry plating, and further mixed with fluororesin powder. It can be seen that the positive electrode for the battery is not decomposed and is less likely to decompose the solvent even in the positive electrode that is at a high potential during charging for a lithium ion battery. From this result, it can be seen that a positive electrode active material having a high energy density in which a charging reaction is performed at a high potential can be effectively utilized. The same applies to sodium ion batteries. In order to prove the above, in Example 1, the positive electrode for lithium batteries was produced by the method shown below, and the charge / discharge characteristics were measured.

(実施例1)
プラズマCVD法で導電性DLCをコーティングしたLi CoPOFの粉末と、導電助剤(グラッシーカーボン)と、PTFE粉とを70:25:5の重量比で乳鉢により混合し、圧着成型してシート状とし、これを実施例1のリチウム電池用電極とした。
Example 1
Li 2 CoPO 4 F powder coated with conductive DLC by plasma CVD method, conductive assistant (glassy carbon), and PTFE powder are mixed in a mortar at a weight ratio of 70: 25: 5, and pressure-molded. A sheet was formed and used as the lithium battery electrode of Example 1.

(比較例5)
比較例5の電極は、正極活物質として導電性DLCをコーティングしていないLi CoPOFの粉末と導電助剤(グラッシーカーボン)とPTFE粉とを70:25:5の重量比で乳鉢により混合し、圧着成型してシート状とし、これを比較例5のリチウム電池用電極とした。
(Comparative Example 5)
In the electrode of Comparative Example 5, a powder of Li 2 CoPO 4 F not coated with conductive DLC as a positive electrode active material, a conductive assistant (glassy carbon), and PTFE powder were mixed in a mortar at a weight ratio of 70: 25: 5. These were mixed and pressure-molded to form a sheet, which was used as the lithium battery electrode of Comparative Example 5.

以上のようにして作製した実施例1のリチウム電池用電極について、放電速度は0.01Cとし、充放電特性を調べた。その結果、図7に示すように、5V(vs Li/Li+)以上の充電電位においても充電が可能であることが分かった。これに対して、導電性ダイヤモンドライクカーボンのコーティングを行わなかった比較例5では、放電容量が実施例1と比較して放電容量が大幅に小さくなった。これは、導電助剤であるグラッシーカーボンと、正極活物質であるLi CoPOFとの間の電子伝導性が悪いためであると推定される。
導電性DLCをコートすると電子のやり取りがスムーズに行われる。
For the lithium battery electrode of Example 1 produced as described above, the discharge rate was 0.01 C, and the charge / discharge characteristics were examined. As a result, as shown in FIG. 7, it was found that charging is possible even at a charging potential of 5 V (vs Li / Li + ) or higher. On the other hand, in Comparative Example 5 in which the conductive diamond-like carbon coating was not performed, the discharge capacity was significantly smaller than that in Example 1. This is presumed to be due to the poor electronic conductivity between the glassy carbon, which is a conductive aid, and the Li 2 CoPO 4 F, which is a positive electrode active material.
When the conductive DLC is coated, electrons are exchanged smoothly.

この発明はリチウムイオン電池やナトリウムイオン電池等の二次電池に適用される。ここに、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池等の二次電池は電解液、正極、負極、セパレータ及びケースを備えてなる。   The present invention is applied to a secondary battery such as a lithium ion battery or a sodium ion battery. Here, a secondary battery such as a lithium ion battery or a sodium ion battery includes an electrolytic solution, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a case.

(リチウムイオン電池用電解液)
リチウムイオン電池用電解液はLi塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
Li塩には、Liイオン電池用の一般的なLi塩を用いることができる。例えば、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)、LiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)又はこれらの2種以上を用いることができる。
なかでも、正極の酸化還元電位が4.5V以上のものについては、LiPF、及び/又はLiBFを使用することが好ましい。また、LiTFSIやLiTFSやLiBETIを用いる場合、LiPF又はLiBFを添加することが好ましい。
(Electrolytic solution for lithium ion battery)
The electrolytic solution for a lithium ion battery contains a Li salt (electrolyte) and an organic solvent.
As the Li salt, a general Li salt for a Li ion battery can be used. For example, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate), LiBETI (lithium bis ( Pentafluoroethanesulfonyl) imide) or two or more thereof can be used.
Among them, for those redox potential of the positive electrode is more than 4.5V, it is preferable to use LiPF 6, and / or LiBF 4. In the case of using a LiTFSI and LiTFS and LiBETI, it is preferable to add LiPF 6 or LiBF 4.

有機溶媒もLiイオン電池に用いられる一般的なものを採用できる。かかる有機溶媒としては環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルの中から選ばれる1種、又は2種以上が好ましい。更に好ましくは、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを併用する。具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを併用することが特に好ましい。両者の配合割合は特に限定されない。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトンを用いることができる。
更にはニトリル化合物を有機溶媒として用いることができる。ここで、ニトリル化合物としては、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を挙げることができる。
As the organic solvent, a general solvent used for a Li ion battery can be adopted. Such an organic solvent is preferably one or more selected from cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters and chain carbonates. More preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination. Specifically, it is particularly preferable to use ethylene carbonate and dimethyl carbonate in combination. The blending ratio of both is not particularly limited. As the cyclic carboxylic acid ester, γ-butyrolactone can be used.
Furthermore, a nitrile compound can be used as an organic solvent. Here, as the nitrile compound, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. Mention may be made of at least one nitrile compound among nitrile compounds and cyanoacetic acid esters.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが20以下であることが好ましい。更に好ましくは7〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less. More preferably, it is 7-12.

鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile CH 3. -O-CH 2 CH 2 CN, and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Examples of cyanoacetic acid esters include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

これらニトリル化合物は電解液において電位窓を特に正方向に広げる作用を奏する。
電位窓を広げる作用の観点からジニトリル化合物が好ましい。中でも、セバコニトリルの採用が更に好ましい。
ただし、ニトリル化合物は粘度が高いので、上述の鎖状炭酸エステル、環状炭酸エステル及び/又は環状カルボン酸エステルと併用することが好ましい。更に好ましくはニトリル化合物と鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルとを併用する。鎖状炭酸エステルとしてはジメチルカーボネートを採用することができ、環状炭酸エステルとしてはエチレンカーボネートを採用することができる。
この場合、有機溶媒全体に占めるニトリル化合物の配合割合は1〜90容量%とすることが好ましい。更に好ましくは5〜70容量%であり、更に更に好ましくは、10〜50容量%である。
These nitrile compounds have the effect of expanding the potential window particularly in the positive direction in the electrolytic solution.
A dinitrile compound is preferable from the viewpoint of the action of expanding the potential window. Of these, the use of sebacononitrile is more preferable.
However, since a nitrile compound has high viscosity, it is preferable to use together with the above-mentioned chain carbonate ester, cyclic carbonate ester, and / or cyclic carboxylic acid ester. More preferably, a nitrile compound, a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination. Dimethyl carbonate can be employed as the chain carbonate, and ethylene carbonate can be employed as the cyclic carbonate.
In this case, the blending ratio of the nitrile compound in the whole organic solvent is preferably 1 to 90% by volume. More preferably, it is 5-70 volume%, More preferably, it is 10-50 volume%.

また、各種添加剤(例えば、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト)を0.1−3%程度入れることも好ましい。これにより、負極側で耐食性皮膜がで形成され、耐食性が向上する。   Moreover, it is also preferable to add about 0.1 to 3% of various additives (for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite). Thereby, a corrosion-resistant film is formed on the negative electrode side, and the corrosion resistance is improved.

Li塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とする。Li塩の濃度が0.01mol/L未満であると、Liイオンによるイオン伝導が小さくなり、電解液の電気抵抗が高くなるので好ましくない。他方、飽和状態を超えると、温度等の環境変化によって溶解しているLi塩が析出するので好ましくない。 The concentration of the Li salt is 0.01 mol / L or more and is lower than the saturated state. When the concentration of the Li salt is less than 0.01 mol / L, ion conduction by Li ions is reduced, and the electric resistance of the electrolytic solution is increased, which is not preferable. On the other hand, exceeding the saturation state is not preferable because the dissolved Li salt precipitates due to environmental changes such as temperature.

(ナトリウムイオン電池用電解液)
ナトリウムイオン電池用電解液はNa塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
Na塩には、従来からNaイオン電池用のNa塩として知られているものを用いることができる。例えば、例えば、NaClO、NaPF、NaBF、NaCFSO、NaN(CFSO、NaN(FSO、NaN(CSO、NaC(CFSO等が挙げられる。溶媒及び溶質の混合比は特に限定されず、目的に応じて適宜設定される。
また、各種添加剤(例えば、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト)を0.1−3%程度入れることも好ましい。これにより、負極側で耐食性皮膜がで形成され、耐食性が向上する。
(Sodium ion battery electrolyte)
The electrolyte for sodium ion batteries contains Na salt (electrolyte) and an organic solvent.
As the Na salt, those conventionally known as Na salts for Na ion batteries can be used. For example, for example, NaClO 4 , NaPF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (CF 3 SO 2 ) 2 , NaN (FSO 2 ) 2 , NaN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , NaC (CF 3 SO 2 ) 3 etc. are mentioned. The mixing ratio of the solvent and the solute is not particularly limited and is appropriately set according to the purpose.
Moreover, it is also preferable to add about 0.1 to 3% of various additives (for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite). Thereby, a corrosion-resistant film is formed on the negative electrode side, and the corrosion resistance is improved.

有機溶媒もNaイオン電池に用いられる一般的なものを採用できる。かかる有機溶媒とし環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルの中から選ばれる1種、又は2種以上が好ましい。更に好ましくは、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを併用する。具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを併用することが特に好ましい。両者の配合割合は特に限定されない。環状カルボン酸エステルとしはγ−ブチロラクトンやプロピレンカーボネートを用いることができる。
鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネートのほかに、ジエチルカーボネートやエチルメチルカーボネートを使用することができる。
更にはニトリル化合物を有機溶媒として用いることができる。ここで、ニトリル化合物としては、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を挙げることができる。
As the organic solvent, a general one used for a Na ion battery can be adopted. As such an organic solvent, one kind or two or more kinds selected from cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters and chain carbonates are preferable. More preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination. Specifically, it is particularly preferable to use ethylene carbonate and dimethyl carbonate in combination. The blending ratio of both is not particularly limited. As the cyclic carboxylic acid ester, γ-butyrolactone or propylene carbonate can be used.
As the chain carbonate, in addition to dimethyl carbonate, diethyl carbonate or ethyl methyl carbonate can be used.
Furthermore, a nitrile compound can be used as an organic solvent. Here, as the nitrile compound, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. Mention may be made of at least one nitrile compound among nitrile compounds and cyanoacetic acid esters.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、7〜20であることが好ましい。更に好ましくは10〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 7 to 20. More preferably, it is 10-12.

鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile CH 3. -O-CH 2 CH 2 CN, and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Examples of cyanoacetic acid esters include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

これらニトリル化合物は電解液において電位窓を特に正方向に広げる作用を奏する。電位窓を広げる作用の観点からジニトリル化合物が好ましい。中でも、セバコニトリルの採用が更に好ましい。
ただし、ニトリル化合物は粘度が高いので、上述の鎖状炭酸エステル、環状炭酸エステル及び/又は環状カルボン酸エステルと併用することが好ましい。更に好ましくはニトリル化合物と鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルとを併用する。鎖状炭酸エステルとしてはジメチルカーボネートを採用することができ、環状炭酸エステルとしてはエチレンカーボネートを採用することができる。
この場合、有機溶媒全体に占めるニトリル化合物の配合割合は1〜90容量%とすることが好ましい。更に好ましくは15〜70容量%であり、更に更に好ましくは、30〜50容量%である。
These nitrile compounds have the effect of expanding the potential window particularly in the positive direction in the electrolytic solution. A dinitrile compound is preferable from the viewpoint of the action of expanding the potential window. Of these, the use of sebacononitrile is more preferable.
However, since a nitrile compound has high viscosity, it is preferable to use together with the above-mentioned chain carbonate ester, cyclic carbonate ester, and / or cyclic carboxylic acid ester. More preferably, a nitrile compound, a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination. Dimethyl carbonate can be employed as the chain carbonate, and ethylene carbonate can be employed as the cyclic carbonate.
In this case, the blending ratio of the nitrile compound in the whole organic solvent is preferably 1 to 90% by volume. More preferably, it is 15-70 volume%, More preferably, it is 30-50 volume%.

Na塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とする。Na塩の濃度が0.01mol/L未満であると、Naイオンによるイオン伝導が小さくなり、電解液の電気抵抗が高くなるので好ましくない。他方、飽和状態を超えると、温度等の環境変化によって溶解しているNa塩が析出するので好ましくない。   The concentration of Na salt is 0.01 mol / L or more, which is lower than the saturated state. If the concentration of Na salt is less than 0.01 mol / L, ion conduction due to Na ions is reduced, and the electric resistance of the electrolytic solution is increased, which is not preferable. On the other hand, exceeding the saturated state is not preferable because a dissolved Na salt is precipitated due to environmental changes such as temperature.

(正極)
正極は正極活物質と集電体とを備える。
(リチウムイオン電池用正極活物質)
リチウムイオン電池用正極活物質とは「負極よりも高い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう。
正極活物質としては(1)酸化物系、(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系、及び(3)オリビンフッ化物系を挙げることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector.
(Positive electrode active material for lithium ion battery)
The positive electrode active material for a lithium ion battery refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a higher potential than that of the negative electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the positive electrode active material include (1) an oxide system, (2) a phosphate system having an olivine type crystal structure, and (3) an olivine fluoride system.

(1)酸化物系
1−1具体的物質
酸化物系としては、Li1−xCoO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xNiO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xMn(x=0〜1:スピネル構造)、Li2-yMnO3系(y=0〜2)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記酸化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Li、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
1−2 特性
この正極活物質の一般的な放電電位は5V (vs Li/Li)未満である。但し、LiMn系でNiに一部置換した、LiNi0.5Mn1.5は、放電電位が4.7Vであり、急速充電をおこなう際には過電圧分を加味し、5Vを超える充電電圧を必要とする場合がある。また、LiCoMnOは放電電圧が5.2V程度から始まるため、これも充電電圧は5Vを超える。また、酸化物系は一般に300℃未満で分解し、酸素発生とともに比較的大きな発熱反応がある。このため、過充電が起こらないような制御回路が必要とされる。
(1) Oxide-based 1-1 specific substances As oxide-based materials, Li 1-x CoO 2 (x = 0 to 1: layered structure), Li 1-x NiO 2 (x = 0 to 1 : layered structure) ), Li 1-x Mn 2 O 4 (x = 0 to 1: spinel structure), Li 2−y MnO 3 system (y = 0 to 2) and their solid solutions (here, the solid solution is the above oxide system) In which the metal atoms are mixed in a free ratio.). Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Li, Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
1-2 Characteristics The general discharge potential of this positive electrode active material is less than 5 V (vs Li / Li + ). However, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 partially substituted with Ni in the LiMn 2 O 4 system has a discharge potential of 4.7 V, and takes into account overvoltage when performing rapid charging, and 5 V May require a charging voltage exceeding. Further, since LiCoMnO 4 starts with a discharge voltage of about 5.2V, the charge voltage also exceeds 5V. In addition, oxide systems generally decompose at less than 300 ° C., and have a relatively large exothermic reaction as oxygen is generated. Therefore, a control circuit that does not cause overcharging is required.

(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系
2−1具体的物質
オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系としては、Li1−xNiPO (x=0〜1)、Li1−xCoPO (x=0〜1)、Li1−xMnPO (x=0〜1)、Li1−xFePO (x=0〜1)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記リン酸塩系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又は2種以上を用いることができる(特開2008−130525号参照)。
2−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位は、上記酸化物系とは異なり300℃未満では発熱反応が小さい上、酸素は発生せず、安全性が高いことから注目されている。また、リン酸塩系のうち、LiCoPO系は放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。LiNiPOの放電電位は5.2V (vs Li/Li)が示唆されている。
(2) Phosphate-based 2-1 specific substance having olivine-type crystal structure As phosphate-based substances having olivine-type crystal structure, Li 1-x NiPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x CoPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x MnPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x FePO 4 (x = 0 to 1) and their solid solutions (herein the solid solution is the above-mentioned phosphorus In the acid salt positive electrode active material, it refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio. Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used (see JP 2008-130525 A).
2-2 Characteristics The oxidation-reduction potential of this positive electrode active material is attracting attention because, unlike the above oxide system, if it is less than 300 ° C., the exothermic reaction is small, oxygen is not generated, and safety is high. Of the phosphate systems, the LiCoPO 4 system has a discharge potential of about 4.8 V, and an electrolyte having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. It is suggested that the discharge potential of LiNiPO 4 is 5.2 V (vs Li / Li + ).

(3)オリビンフッ化物系
3−1 具体的物質
Li2−xNiPOF (x=0〜2)、Li2−xCoPOF (x=0〜2)が知られており、その他Li2−xMnPOF (x=0〜2)、Li2−xFePOF (x=0〜2)が考えられる。
また、これらの固溶体(ここで固溶体とは、上記オリビンフッ化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)も挙げることができる。さらに、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
3−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位はオリビン系と同様に、上記酸化物系とは異なり、300℃未満の分解では、発熱反応が小さい上、酸素発生がないため、正極活物質由来の電池発火の影響は小さいと考えられ安全性の面で注目されている。また、電池の電気容量密度(mAh/g)を上記リン酸塩系よりも高くできる(特開2003−229126号公報参照)。しかし、例えばLiCoPOF系は、平均放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。また、LiNiPOF系の放電電位は5.2V(vs Li/Li)程度であり、5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。
(3) Olivine fluoride system 3-1 Specific substances Li 2-x NiPO 4 F (x = 0-2), Li 2-x CoPO 4 F (x = 0-2) are known, and other Li 2 -x MnPO 4 F (x = 0~2 ), Li 2-x FePO 4 F (x = 0~2) are considered.
Further, these solid solutions (herein, the solid solution refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio in the olivine fluoride-based positive electrode active material) can also be mentioned. Furthermore, the thing which doped the metal atom of these with another metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
3-2 Characteristics Similar to the olivine system, the redox potential of this positive electrode active material is different from that of the above oxide system. The effect of battery ignition is considered to be small, and is attracting attention in terms of safety. Moreover, the electric capacity density (mAh / g) of a battery can be made higher than the said phosphate system (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-229126). However, for example, the Li 2 CoPO 4 F system has an average discharge potential of about 4.8 V, and an electrolytic solution having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. Further, the discharge potential of the Li 2 NiPO 4 F system is about 5.2 V (vs Li / Li + ), and an electrolytic solution having a withstand voltage at 5 V or more is required.

(4)その他
その他、リチウム非含有のFeF、有機導電性物質を用いた共役系ポリマー、シェブレル相化合物等を用いることもできる。また、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム塩、ニオブ酸化物およびそのリチウム塩、さらには、複数の異なった正極活物質を混合して用いることも可能である。
正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定はされないが、10nm〜30μmであることが好ましい。
(4) Others In addition, lithium-free FeF 3 , a conjugated polymer using an organic conductive material, a chevrel phase compound, or the like can also be used. In addition, transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium salts thereof, niobium oxides and lithium salts thereof, and a plurality of different positive electrode active materials may be used in combination.
The average particle diameter of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 30 μm.

(ナトリウムイオン電池用正極活物質)
ナトリウムイオン電池用正極活物質は、充放電によって可逆的に酸化−還元を繰り返すことのできる物質であって、ナトリウムイオンを可逆的にインターカレート−デインターカレートできる物質であることが要求される。
このような正極活物質としては、特開2009−129741号公報に記載されているNaFeO、NaNiO、NaCoO、NaMnO、NaFe1−x1 x、NaNi1−x1 x2、NaCo1−x1 x、NaMn1−x1 x(ただし、M1は3価金属からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x<0.5である。)で示される化合物等が挙げられる。これらのなかでも、主に鉄とナトリウムとを含有する複合酸化物であって、六方晶の結晶構造からなる複合酸化物を正極活物質として用いることにより、高い放電電圧を得ることができ、エネルギー密度の高い二次電池を得ることができる。
(Positive electrode active material for sodium ion batteries)
The positive electrode active material for a sodium ion battery is a material that can be reversibly oxidized and reduced by charge and discharge, and is required to be a material that can reversibly intercalate and deintercalate sodium ions. The
Examples of such positive electrode active materials include NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , and NaNi 1-x M 1 x described in JP-A-2009-129741. O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (where M 1 is one or more elements selected from the group consisting of trivalent metals, and 0 ≦ x <0 .5)) and the like. Among these, a composite oxide mainly containing iron and sodium, and using a composite oxide having a hexagonal crystal structure as a positive electrode active material, a high discharge voltage can be obtained. A secondary battery having a high density can be obtained.

上記正極活物質として、さらに好ましくは、主に鉄とナトリウムとを含有する複合酸化物であって、六方晶の結晶構造を有し、かつ該複合酸化物のX線回折分析において、面間隔2.20オングストロームのピークの強度を面間隔5.36オングストロームのピークの強度で除した値が2以下である複合酸化物である。またナトリウム化合物と鉄化合物とを含有する金属化合物混合物を、400℃以上900℃以下の温度範囲で加熱するにあたり、温度上昇中の100℃未満の温度範囲においては雰囲気を不活性雰囲気として加熱することが好ましい。
また、これらの化合物うちの遷移金属原子を他の金属原子でドープしたものでもよい。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。
More preferably, the positive electrode active material is a composite oxide mainly containing iron and sodium, has a hexagonal crystal structure, and has an interplanar spacing of 2 in the X-ray diffraction analysis of the composite oxide. A complex oxide having a value obtained by dividing the intensity of a peak of 20 angstroms by the intensity of a peak of 5.36 angstroms in plane spacing is 2 or less. In heating a metal compound mixture containing a sodium compound and an iron compound in a temperature range of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, the atmosphere is heated as an inert atmosphere in a temperature range of less than 100 ° C. during the temperature increase. Is preferred.
Moreover, what doped the transition metal atom of these compounds with the other metal atom may be used. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction.

(正極用集電体)
正極用集電体とは正極活物質を担持する導電性の基板である。
正極の集電体の成形材料は、充電時において安定であることが要求される。特に、酸化還元電位の高いオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系及びオリビンフッ化物系の正極活物質を用いるときには、耐食性に優れた素材を使用することが好ましい。
例えば、電解質としてLiPF、LiBFを使用する場合、オーステナイト系ステンレス、Ni、Al、Ti等を用いることができるが、使用する正極活物質の動作電位を考慮し、適宜選択することが好ましい。例えば、電解質としてLiPFを用いる場合は、Li/Li+電極に対して6Vでも使用することができるが、電解質としてLiBFを用いる場合、SUS304はLi/Li+電極に対し5.8V以下で充放電可能な場合のみ用いることができる。また、電解質としてLiTFSIを使用する場合、正極集電体表面に耐食性皮膜を形成させるべく、LiPFを共存させることが好ましい。LiBETI及びLiTFSもLiTFSIの場合と同様である。
また、Al等の導電金属材料へ導電性DLC(ダイヤモンドライクカーボン)を周知の方法で被覆したものを集電体として用いることもできる。電解質がLiBFやLiPFなど、容易にフッ化物皮膜を形成するようなリチウム塩の場合は、アルミニウム上へ厚いフッ化皮膜が形成し、耐食性は向上するものの、電子伝導性が低下し、ひいてはオーミック過電圧増加に伴う、高出力化が阻害されることとなる。Al等の導電金属材料へ導電性DLCを被覆すれば、フッ化物皮膜は導電性DLCの欠陥部分の極わずかな面積でのみ発生するだけである。このため、高電圧化しても電子伝導性の低下は無視できる程度となり、懸念されている高電圧化による出力低下は防ぐことが可能となる。
ここで、導電性ダイヤモンドライクカーボンとは、ダイヤモンド結合(炭素同士のSP混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものをいう。ただし、アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(すなわちSP混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含まれる。グラファイトとダイヤモンドの中間の性質を有するダイヤモンドライクカーボンは、成膜時にダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素原子のSP混成軌道結合とSP混成軌道結合の比率を調整することで、導電性を調節することができる。
勿論、上記耐食性導電性金属材料を導電性DLCで被覆してもよい。
集電体の形状及び構造は、正極活物質や電池の構造に応じて、任意に設計可能である。
(Current collector for positive electrode)
The positive electrode current collector is a conductive substrate carrying a positive electrode active material.
The molding material for the current collector of the positive electrode is required to be stable during charging. In particular, when using a phosphate-based and olivine fluoride-based positive electrode active material having an olivine-type crystal structure with a high redox potential, it is preferable to use a material excellent in corrosion resistance.
For example, when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte, austenitic stainless steel, Ni, Al, Ti, or the like can be used, but it is preferable to select them appropriately in consideration of the operating potential of the positive electrode active material to be used. For example, when LiPF 6 is used as the electrolyte, it can be used even at 6 V with respect to the Li / Li + electrode. However, when LiBF 4 is used as the electrolyte, SUS304 is 5.8 V or less with respect to the Li / Li + electrode. It can be used only when charge / discharge is possible. Further, when LiTFSI is used as the electrolyte, it is preferable that LiPF 6 coexists in order to form a corrosion-resistant film on the surface of the positive electrode current collector. LiBETI and LiTFS are the same as in LiTFSI.
In addition, a conductive metal material such as Al coated with conductive DLC (diamond-like carbon) by a well-known method can be used as a current collector. When the electrolyte is a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 that easily forms a fluoride film, a thick fluoride film is formed on the aluminum and the corrosion resistance is improved, but the electronic conductivity is lowered, and consequently The increase in output accompanying the increase in ohmic overvoltage is impeded. If the conductive metal material such as Al is coated with the conductive DLC, the fluoride film is generated only in a very small area of the defective portion of the conductive DLC. For this reason, even if the voltage is increased, the decrease in electron conductivity is negligible, and it is possible to prevent the decrease in output due to the increased voltage, which is a concern.
Here, the conductive diamond-like carbon is carbon having an amorphous structure in which both bonds of diamond bonds (SP 3 hybrid orbital bonds between carbons) and graphite bonds (SP 2 hybrid orbital bonds between carbons) are mixed. Among them, the one whose conductivity is 1000 Ωcm or less. However, in addition to the amorphous structure, those having a phase composed of a crystal structure partially composed of a graphite structure (that is, a hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds) and thereby exhibiting conductivity are also included. . Diamond-like carbon having properties intermediate between graphite and diamond adjusts the conductivity by adjusting the ratio of SP 2 hybrid orbital bonds and SP 3 hybrid orbital bonds of the carbon atoms constituting diamond-like carbon during film formation. be able to.
Of course, you may coat | cover the said corrosion-resistant electroconductive metal material with electroconductive DLC.
The shape and structure of the current collector can be arbitrarily designed according to the structure of the positive electrode active material and the battery.

(正極の前処理)
リチウムイオン電池用正極やナトリウムイオン電池用正極は、電池に組み込む前に、ニトリル化合物を1容量%以上含む有機溶媒中にリチウム塩(あるいはナトリウム塩)が溶解した前処理用電解液中に正電極を浸漬する浸漬処理工程を行い、さらに電極に正電圧を付与する正電圧処理工程を行なう。こうして前処理された電極は、ニトリル化合物を全く含まない電解液や、ニトリル化合物の添加量の少ない電解液を用いたリチウムイオン電池に用いても、電位窓が広く、高い電位においても電解液を分解し難くなる(特願2009−180007号参照)。このような広い電位窓の電極となる理由は、電極上に窒素を成分として含む耐食性の皮膜が形成されるためであると推測される。
(Pretreatment of positive electrode)
The positive electrode for a lithium ion battery or the positive electrode for a sodium ion battery is a positive electrode in an electrolyte for pretreatment in which a lithium salt (or sodium salt) is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound before being incorporated into the battery. An immersion treatment step for immersing the electrode is performed, and a positive voltage treatment step for applying a positive voltage to the electrode is further performed. The electrode thus pretreated has a wide potential window even when used in an electrolyte solution containing no nitrile compound or in a lithium ion battery using an electrolyte solution with a small amount of nitrile compound added. It becomes difficult to disassemble (see Japanese Patent Application No. 2009-180007). The reason why the electrode has such a wide potential window is presumed to be that a corrosion-resistant film containing nitrogen as a component is formed on the electrode.

(負極)
負極は負極活物質と集電体とを備える。
(リチウムイオン電池用負極活物質)
リチウムイオン電池用負極活物質とは「正極よりも低い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう。
リチウムイオン電池用負極活物質としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン等の種々の炭素材料やチタン酸リチウム(LiTi12)、HTi1225、HTi13、Feなどが挙げられる。また、これらを適宜混合した複合体も挙げることができる。さらには、Si微粒子やSi薄膜、これらのSiがSi−Ni、Si−Cu、Si−Nb、Si−Zn、Si−Sn等のSi系合金となった微粒子や薄膜が挙げられる。さらには、SiO酸化物、Si−SiO複合体、Si−SiO−カーボンなどの複合体等を挙げることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode active material and a current collector.
(Anode active material for lithium ion battery)
The negative electrode active material for lithium ion batteries refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a lower potential than that of the positive electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the negative electrode active material for a lithium ion battery include various carbon materials such as artificial graphite, natural graphite, and hard carbon, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), H 2 Ti 12 O 25 , and H 2 Ti 6. Examples thereof include O 13 and Fe 2 O 3 . Moreover, the composite material which mixed these suitably can also be mentioned. Furthermore, there may be mentioned Si fine particles and Si thin films, and fine particles and thin films in which these Si are Si-based alloys such as Si—Ni, Si—Cu, Si—Nb, Si—Zn, Si—Sn. Further, SiO oxide, Si-SiO 2 composite, Si-SiO 2 - can be given complex, etc., such as carbon.

(ナトリウムイオン電池用負極活物質)
また、ナトリウムイオン電池用負極活物質とは「二次電池の負極として充放電によってナトリウムイオンが出入りするとともに可逆的に酸化−還元を繰り返すことのできる物質」であり、本発明においてはLiTi12を用いる。
(Anode active material for sodium ion battery)
The negative electrode active material for a sodium ion battery is a “substance that allows sodium ions to enter and exit as a negative electrode of a secondary battery and reversibly repeat oxidation and reduction”. In the present invention, Li 4 Ti 5 O 12 is used.

(負極用集電体)
負極用の集電体は汎用的な導電性金属材料、Cu、Al、Ni、Ti、オーステナイト系ステンレス等で形成することができる。
但し、電解液にニトリル化合物を用いたとき(他の有機溶剤との併用を含む)には、電解液中のLi塩に応じて適宜選択する必要がある。すなわち、電解質としてLiPF、LiBFを使用する場合、オーステナイト系ステンレス、Ni、Al、Ti等の使用が可能となる。ただし、使用する負極活物質の動作電位に応じて、適宜選択する必要がある。負極活物質としてカーボン系やSi系を使用する場合において、電解質としてLiBFを使用した場合は、Cu以外のAl、Ni、Ti、オーステナイト系ステンレス等からなる集電体を使用することができる。負極活物質としてチタン酸リチウムやFe系の化合物を用いた場合は、Cuを含む上記材料の全てが適用可能である。一方、電解質としてLiPF使用時はAl、Ni及びTiが好ましく、オーステナイト系ステンレス及びCuは好ましくない。また、電解質としてLiTFSIや、LiBETI、やLiTFSを使用する場合、Ni、Ti、Al、Cu、オーステナイト系ステンレスの何れも使用することができる。
(Current collector for negative electrode)
The current collector for the negative electrode can be formed of a general-purpose conductive metal material, Cu, Al, Ni, Ti, austenitic stainless steel, or the like.
However, when a nitrile compound is used for the electrolytic solution (including combined use with other organic solvents), it is necessary to select appropriately according to the Li salt in the electrolytic solution. That is, when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte, austenitic stainless steel, Ni, Al, Ti, or the like can be used. However, it is necessary to select appropriately according to the operating potential of the negative electrode active material to be used. In the case of using carbon or Si as the negative electrode active material, when LiBF 4 is used as the electrolyte, a current collector made of Al, Ni, Ti, austenitic stainless or the like other than Cu can be used. In the case where lithium titanate or a Fe 2 O 3 based compound is used as the negative electrode active material, all of the above materials containing Cu are applicable. On the other hand, when LiPF 6 is used as the electrolyte, Al, Ni and Ti are preferable, and austenitic stainless steel and Cu are not preferable. In addition, when LiTFSI, LiBETI, or LiTFS is used as the electrolyte, any of Ni, Ti, Al, Cu, and austenitic stainless steel can be used.

(正極用電子伝導部材)
正極活物質には導電性の小さいものがある。従って、正極活物質と集電体との間に導電性の電子伝導部材を介在させて、両者の間に十分な電子伝導パスを確保することが好ましい。
ここで電子伝導部材は正極活物質と集電体との間に電子伝導パスを形成できればその形態は特に限定されるものではなく、例えばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト粉、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン等の導電性粉体(導電助剤)を用いることができる。ダイヤモンドライクカーボン及びグラッシーカーボンは、カーボンブラックやグラファイトよりもはるかに広い電位窓を有しており、高電位を付与した場合の耐食性に優れているため、好適に用いることができる。また、これらの導電助剤に金属微粒子が担持されていることも好ましい。金属微粒子としては、例えばPt、Au、Ni等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、これらの合金であっても良い。
電子伝導材料として、本発明において用いている、正極活物質をダイヤモンドライクカーボンにより導電性皮膜の他、正極活物質を埋入させた導電性薄膜(金の薄膜等)を併用することもできる。
(Electroconductive member for positive electrode)
Some positive electrode active materials have low electrical conductivity. Therefore, it is preferable to provide a sufficient electron conduction path between the positive electrode active material and the current collector by interposing a conductive electron conduction member.
Here, the form of the electron conducting member is not particularly limited as long as an electron conducting path can be formed between the positive electrode active material and the current collector. For example, carbon black such as acetylene black, graphite powder, diamond-like carbon, glassy Conductive powder (conductive aid) such as carbon can be used. Diamond-like carbon and glassy carbon have a much wider potential window than carbon black and graphite, and are excellent in corrosion resistance when a high potential is applied, and therefore can be suitably used. Moreover, it is also preferable that metal fine particles are supported on these conductive assistants. Examples of the metal fine particles include Pt, Au, Ni and the like. These may be used alone or an alloy thereof.
As an electron conductive material, a positive electrode active material used in the present invention can be used in combination with a conductive thin film (gold thin film or the like) in which a positive electrode active material is embedded in addition to a conductive film made of diamond-like carbon.

(負極用電子伝導部材)
正極用電子伝導部材と同様な物を用いることができる。
(Electroconductive member for negative electrode)
The thing similar to the electron conductive member for positive electrodes can be used.

(セパレータ)
セパレータは電解液中へ浸漬され、正極と負極とを分離し両者の短絡を防ぐとともに、Liイオンの通過を許容する。
かかるセパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質フィルムが挙げられる。
(Separator)
The separator is immersed in the electrolytic solution, separates the positive electrode and the negative electrode, prevents a short circuit therebetween, and allows the passage of Li ions.
Examples of such separators include porous films made of polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene.

(ケース)
ケースは電解液に対する耐食性を有する材質で形成される。その形状は、電池の目的用途に応じて任意に設計できる。
リチウム塩が溶解している電解液を使用する場合には、オーステナイト系ステンレスからなる基材、Ti、Ni及び/又はAlからなるケースを用いることができる。但し使用する正極、負極活物質の動作電位により適宜選択しなければならない場合もある。
ケースが集電体を兼ねる場合や集電体に電気的に結合される場合は、各電極の集電体形成材料と同一若しくは同種の材料で形成される。
(Case)
The case is formed of a material having corrosion resistance against the electrolytic solution. The shape can be arbitrarily designed according to the intended use of the battery.
When using an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved, a base material made of austenitic stainless steel, a case made of Ti, Ni and / or Al can be used. However, there are cases where it is necessary to select appropriately depending on the operating potential of the positive electrode and negative electrode active material to be used.
When the case also serves as a current collector or is electrically coupled to the current collector, the case is formed of the same or the same material as the current collector forming material of each electrode.

この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiment of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

本発明の二次電池用正極は、高い電位で充電反応が行われるエネルギー密度の高い正極活物質を有効に活用可能な二次電池のための正極として、好適に用いることができる。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be suitably used as a positive electrode for a secondary battery that can effectively utilize a positive electrode active material having a high energy density in which a charging reaction is performed at a high potential.

2a…正極活物質
2b…導電性ダイヤモンドライクカーボン
2c…フッ素樹脂粉末
2…二次電池用正極
3…負極
2a ... Positive electrode active material 2b ... Conductive diamond-like carbon 2c ... Fluorine resin powder 2 ... Positive electrode for secondary battery 3 ... Negative electrode

Claims (4)

正極活物質からなる粒子の集合体が所定の形状に成形された二次電池用正極と、
有機電解液と、を備え、充電電位が5V(vs Li/Li + )以上の二次電池において、
前記正極活物質からなる粒子には、導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンが付着されていることを特徴とする二次電池。
A positive electrode for a secondary battery in which an aggregate of particles made of a positive electrode active material is formed into a predetermined shape ;
And a secondary battery having a charging potential of 5 V (vs Li / Li + ) or higher,
Conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon is attached to the particles made of the positive electrode active material .
前記正極活物質への導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンの付着は乾式めっき法によってなされていることを特徴とする請求項1記載の二次電池。 2. The secondary battery according to claim 1, wherein the conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon is attached to the positive electrode active material by a dry plating method . 前記有機電解液はジニトリル化合物を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池。The secondary battery according to claim 1, wherein the organic electrolyte contains a dinitrile compound. 正極活物質からなる粒子であって、導電性ダイヤモンドライクカーボン及び/又はグラッシーカーボンが付着されている粒子の集合体が所定の形状に成形された二次電池用正極と、有機電解液とを備えた二次電池の充電方法であって、  A positive electrode for a secondary battery, which is a particle made of a positive electrode active material and in which an aggregate of particles to which conductive diamond-like carbon and / or glassy carbon is attached is formed into a predetermined shape, and an organic electrolyte A secondary battery charging method,
前記二次電池用正極に印加する充電電位が5V(vs Li/Li  The charging potential applied to the positive electrode for the secondary battery is 5 V (vs Li / Li ++ )以上であることを特徴とする二次電池の充電方法。) A rechargeable battery charging method characterized by the above.
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