JP5672432B2 - Positive electrode for secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、高い放電電圧を実現でき、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery that can realize a high discharge voltage and is unlikely to have a reduced charge amount even after repeated charge and discharge.

従来、リチウムイオン電池用正極活物質として、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)等が用いられている。そして、エネルギー密度をさらに高めるべく、新たな正極活物質の探索が進められている。 Conventionally, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), solid solutions thereof, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like have been used as positive electrode active materials for lithium ion batteries. In order to further increase the energy density, a search for a new positive electrode active material is underway.

例えば、特許文献1や特許文献2にはLiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO及びLiCoPOFがエネルギー密度の高い正極活物質として提案されている。これらの大きなエネルギー密度を有する正極活物質をリチウムイオン電池に利用すれば、理論的には、大きな充電容量のリチウムイオン電池となるはずである。 For example, Li 2 NiPO 4 F in Patent Documents 1 and 2, LiNiPO 4, LiCoPO 4 and Li 2 CoPO 4 F has been proposed as a high positive electrode active material energy density. If these positive electrode active materials having a large energy density are used in a lithium ion battery, theoretically, a lithium ion battery having a large charge capacity should be obtained.

一方、ナトリウムイオン電池についても様々な正極活物質が見出されている。例えば、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である。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は、高い電位で充放電を行うことができるため、エネルギー密度の高いナトリウムイオン電池となるはずである。 On the other hand, various positive electrode active materials have been found for sodium ion batteries. For example, NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , NaNi 1-x M 1 x O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (wherein M 1 is one or more elements selected from the group consisting of trivalent metals, and 0 ≦ x <0.5). Among these, complex oxides mainly containing iron and sodium, which are composed of hexagonal crystal structures, can charge and discharge at a high potential. It should be an ion battery.

なお、本発明に関連する技術として非特許文献1〜3が挙げられる。これらについては後述する。   Non-patent documents 1 to 3 can be cited as techniques related to the present invention. These will be described later.

特許第3624205号Patent No. 3624205 特許第3631202号Patent No. 3631202

Journal of Solid State Electrochem DOI 10.1007/s10008-009-0873-7Preparation and cycle performance at high temperature for Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2 coated with LiFePO4 S.-B. Kim & K. J. Lee &W. J. Choi &W.-S. Kim &I. C. Jang & H. H. Lim & Y. S. LeePublished online ;23 June 2009http://www.springerlink.com/content/l2pn1526p2233704/fulltext.pdf?page=1Journal of Solid State Electrochem DOI 10.1007 / s10008-009-0873-7 Preparation and cycle performance at high temperature for Li [Ni0.5Co0.2Mn0.3] O2 coated with LiFePO4 S.-B. Kim & KJ Lee & W. J. Choi & W.-S. Kim & I. C. Jang & HH Lim & YS LeePublished online; 23 June 2009http: //www.springerlink.com/content/l2pn1526p2233704/fulltext.pdf? Page = 1 Seung-Taek Myung, Kentarou Izumi, Shinichi Komaba, Hitoshi Yashiro,Hyun Joo Bang, Yang-Kook Sun, and Naoaki Kumagai J. Phys. Chem. C 2007, 111, 4061-4067Seung-Taek Myung, Kentarou Izumi, Shinichi Komaba, Hitoshi Yashiro, Hyun Joo Bang, Yang-Kook Sun, and Naoaki Kumagai J. Phys. Chem. C 2007, 111, 4061-4067 Seung-Taek Myung,, Ki-Soo Lee, Chong Seung Yoon, Yang-Kook Sun, Khalil Amine, and Hitoshi Yashiro J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4710?4718Seung-Taek Myung ,, Ki-Soo Lee, Chong Seung Yoon, Yang-Kook Sun, Khalil Amine, and Hitoshi Yashiro J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4710? 4718

しかし、高い電位で充放電する正極活物質が、必ずしも充放電に耐えうるだけの耐高電圧特性を有しているとは限らない。例えば、LiCoPOFは、最大5.15Vから放電開始するが、そのような高電圧までの充電−放電のサイクルを繰り返すと、放電電圧や放電容量がすぐに低下する。また、LiNiPOFにおいても最大5.3V程度から放電開始するが、LiCoPOFよりもさらに急激に放電電圧や放電容量が低下する。このため、折角の高い理論エネルギー密度が、充分に活用できないものとなっていた。 However, a positive electrode active material that charges and discharges at a high potential does not necessarily have a high voltage resistance enough to withstand charge and discharge. For example, Li 2 CoPO 4 F starts to discharge from a maximum of 5.15 V, but when such a charge-discharge cycle up to a high voltage is repeated, the discharge voltage and the discharge capacity immediately decrease. In addition, Li 2 NiPO 4 F also starts to discharge at a maximum of about 5.3 V, but the discharge voltage and discharge capacity decrease more rapidly than Li 2 CoPO 4 F. For this reason, the theoretical energy density with a high angle cannot be fully utilized.

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い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-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a positive electrode for a secondary battery that can achieve a high discharge voltage and is less likely to have a reduced charge amount even after repeated charge and discharge. And

本発明者らは、上記従来の問題点を解決すべく、様々な正極活物質について5V(vs Li/Li+)を超えるような高い電位における充放電特性を調べた。その結果、LiFePOは6V(vs Li/Li+)という極めて高い電位で充電しても充電量がほとんど低下せず、安定な充放電特性を示すという、極めて優れた耐電圧特性を有する物質であることを見出した。 In order to solve the above-described conventional problems, the present inventors have investigated charge / discharge characteristics at various potentials exceeding 5 V (vs Li / Li + ) for various positive electrode active materials. As a result, LiFePO 4 is a substance having extremely excellent withstand voltage characteristics that the charge amount hardly decreases even when charged at an extremely high potential of 6 V (vs Li / Li + ) and shows stable charge / discharge characteristics. I found out.

しかしながら、LiFePOの酸化還元電位はそれほど高くはないため、これを単独で正極活物質として用いても、エネルギー密度の高い二次電池とすることはできない。 However, since the oxidation-reduction potential of LiFePO 4 is not so high, a secondary battery having a high energy density cannot be obtained even if this is used alone as a positive electrode active material.

このため、酸化還元電位の高い正極活物質の周りをLiFePOで覆い、Liイオン伝導パスをLiFePOによって確保することを考えた。すなわち、非特許文献1によれば、正極活物質として知られるLi[Ni0.5Co0.2Mn0.3]を室温よりも高い50℃で充放電した場合、充放電を繰り返すに従って放電容量が低下するのに対し、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]の周りがLiFePOで包囲された物質の充放電特性は、放電容量の繰り返しても、充電容量が低下し難い特性を示す。LiFePOは高い電位においても分解等がされ難く安定に充放電できることから、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]よりも高い酸化還元電位を有するLiCoPOF等の正極活物質をLiFePOで包囲すれば、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極を実現できるではないかと考え、鋭意研究を行った結果、後述する第1発明(リチウムイオン二次電池用正極)及び第3発明(ナトリウムイオン二次電池用正極)を完成するに至った。 For this reason, it was considered that the periphery of the positive electrode active material having a high oxidation-reduction potential was covered with LiFePO 4 and the Li ion conduction path was secured by LiFePO 4 . That is, according to Non-Patent Document 1, when Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ], which is known as a positive electrode active material, is charged and discharged at 50 ° C. higher than room temperature, it is discharged as charging and discharging are repeated. Whereas the capacity is reduced, the charge / discharge characteristics of the substance surrounded by LiFePO 4 around Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ] is reduced even when the discharge capacity is repeated. It shows difficult characteristics. Since LiFePO 4 is not easily decomposed even at a high potential and can be charged and discharged stably, a positive electrode such as Li 2 CoPO 4 F having a higher redox potential than Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ]. The active material was surrounded by LiFePO 4 , so that a high discharge voltage could be realized, and a positive electrode for a secondary battery in which the charge amount would not easily decrease even after repeated charge and discharge could be realized. As a result, the first invention (positive electrode for lithium ion secondary battery) and the third invention (positive electrode for sodium ion secondary battery) which will be described later have been completed.

すなわち、第1発明の二次電池用正極は、インターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な第1の正極活物質と、前記第1の正極活物質の周りを覆うように形成され、Li1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなる第2の正極活物質と、を備え、
前記第1の正極活物質は、LiNiPOF、LiCoPOF、LiCoPO及びLiNiPO(ただし、Ni及びCoはその元素以外の、Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい)、並びに、スピネル系のLiNi0.5Mn1.5、LiCoMnO4、Li2−yMnO(y=0〜2)と層状酸化物との固溶体(ただし、Ni、Co、Mnはその元素以外の、Li、Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい)からなる群より選ばれた1種以上であることを特徴とする。
That is, the positive electrode for a secondary battery of the first invention is formed so as to cover the first positive electrode active material capable of entering and exiting lithium ions by intercalation and the first positive electrode active material, and Li 1 -x FePO 4 (however, some of the Fe Co, Ni, Mn, Fe , Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, may be substituted by one or more of Ti and Zr, x And a second positive electrode active material comprising a number of 0 or more and less than 1),
The first positive electrode active material is Li 2 NiPO 4 F, Li 2 CoPO 4 F, LiCoPO 4 and LiNiPO 4 (where Ni and Co are Ni, Co, Mn, Fe, Mg, Cu, And may be substituted with one or more of Cr, V, Li, Nb, Ti, and Zr), and spinel-based LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4, Li 2-y MnO 3 (y = 0 to 2) and a solid solution of a layered oxide (where Ni, Co and Mn are Li, Ni, Co, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li and Nb other than the element) 1 or more selected from the group consisting of Ti and Zr, which may be substituted by one or more of Ti and Zr).

第1発明の二次電池用正極は、高い電位においても安定した充放電特性を有するLi1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなる第2の正極活物質が、インターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な第1の正極活物質の周りを覆っている。このため、電解液と正極活物質との間のリチウムの出入りは、安定した充放電特性を有する第2の正極活物質を介してなされる。このため、たとえ、第1の正極活物質が、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。
また、第1の正極活物質が高い酸化還元電位を有する正極活物質から選ばれているため、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
The positive electrode for a secondary battery of the first invention is Li 1-x FePO 4 having stable charge / discharge characteristics even at a high potential (note that a part of Fe is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti and Zr may be substituted with one or more of x, x represents a number of 0 or more and less than 1, and lithium ion by intercalation The first positive electrode active material capable of entering and exiting is covered. For this reason, lithium enters and exits between the electrolytic solution and the positive electrode active material through the second positive electrode active material having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the first positive electrode active material alone is a substance whose charge potential and charge capacity decrease when repeated charge and discharge are performed alone, it can stably charge and discharge at a high potential. , The charge amount is difficult to decrease.
In addition, since the first positive electrode active material is selected from positive electrode active materials having a high redox potential, the energy density is high, a high discharge voltage can be realized, and the charge amount is reduced even after repeated charge and discharge. It is difficult to achieve a positive electrode for a secondary battery.

次に、後述する第2発明(リチウムイオン二次電池用正極)及び第4発明(ナトリウムイオン二次電池用正極)の、完成に至るまでの経緯について説明する。
非特許文献2によれば、Li[Li0.05Ni0.4Co0.15Mn0.4]O2の周りをAlやNb等の酸化物で覆った場合、AlやNb等の酸化物が電解液中に生じたフッ化水素と反応してフッ化物皮膜が形成され、この皮膜によって正極活物質の腐食が防止され、高い充電容量を確保することができる。また、非特許文献3によれば、AlFでコーティングされたLi0.35[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2は、コーティングされていない場合と比較して、耐熱性が向上する。
以上の事実から、本発明者らは、酸化還元電位の高い正極活物質の周りを酸化物やフッ化物からなる皮膜で覆い、これにより正極活物質の耐食性を向上させることを考えた。しかしながら、正極活物質の耐食性を向上させた場合にも、集電電極との電子伝導性を確保が問題となる。なぜならば、集電電極との電子伝導性を確保するために従来から用いられているカーボンブラックやグラファイト粉では、高い電位では分解してしまうからである。このため、さらに鋭意研究を行った結果、後述する第2発明及び第4発明を完成するに至った。
Next, the process until the completion of the second invention (positive electrode for lithium ion secondary battery) and the fourth invention (positive electrode for sodium ion secondary battery) described later will be described.
According to Non-Patent Document 2, when Li [Li 0.05 Ni 0.4 Co 0.15 Mn 0.4 ] O 2 is covered with an oxide such as Al 2 O 3 or Nb 2 O 3 , Al 2 O 3 or Nb 2 O The oxide such as 3 reacts with hydrogen fluoride generated in the electrolytic solution to form a fluoride film, which prevents corrosion of the positive electrode active material and ensures a high charge capacity. According to Non-Patent Document 3, Li0.35 [Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3] O2 coated with AlF 3 has improved heat resistance as compared with the case where it is not coated.
Based on the above facts, the present inventors considered that the positive electrode active material having a high redox potential was covered with a film made of oxide or fluoride, thereby improving the corrosion resistance of the positive electrode active material. However, even when the corrosion resistance of the positive electrode active material is improved, securing the electron conductivity with the current collecting electrode becomes a problem. This is because carbon black and graphite powder conventionally used to ensure electron conductivity with the collecting electrode are decomposed at a high potential. For this reason, as a result of further earnest studies, the second and fourth inventions described later have been completed.

すなわち、第2発明の二次電池用正極は、インターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な正極活物質と、前記正極活物質の周りを覆うように形成され、前記正極活物質の腐食を防止する耐食性シェルと、前記正極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルと電気的に接触するグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤とを備えたことを特徴とする。   In other words, the positive electrode for the secondary battery according to the second invention is formed so as to cover the periphery of the positive electrode active material and the positive electrode active material capable of entering and exiting lithium ions by intercalation, thereby preventing corrosion of the positive electrode active material. And a conductive additive made of at least glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon in electrical contact with the corrosion-resistant shell of the positive electrode active material and the corrosion-resistant shell.

第2発明の二次電池用正極は、正極活物質の周りを覆うように形成され、前記正極活物質の腐食を防止する耐食性シェルが、インターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な正極活物質の周りを覆っている。このため、正極活物質は耐食性シェルによって腐食から保護され、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。
また、さらには極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルは、電位窓が広くて高い電位でも安定なグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤と電気的に接触している。このため、例え正極活物質が高い充放電電位を有するものであっても導電助剤が分解し難く、常に安定的に電子の出し入れが可能となり、耐久性に優れた二次電池用正極とすることができる。
したがって、正極活物質として高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
The positive electrode for a secondary battery according to the second invention is formed so as to cover the periphery of the positive electrode active material, and the corrosion resistant shell for preventing the corrosion of the positive electrode active material is capable of allowing lithium ions to enter and exit by intercalation. Covers around. For this reason, the positive electrode active material is protected from corrosion by the corrosion-resistant shell, can be stably charged and discharged at a high potential, and the amount of charge is unlikely to decrease.
Further, at least the corrosion-resistant shell of the polar active material and the corrosion-resistant shell is in electrical contact with a conductive assistant composed of glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon that has a wide potential window and is stable even at a high potential. ing. For this reason, even if the positive electrode active material has a high charge / discharge potential, the conductive additive is not easily decomposed, electrons can be stably taken in and out at all times, and a positive electrode for a secondary battery having excellent durability can be obtained. be able to.
Therefore, by selecting a material having a high oxidation-reduction potential as the positive electrode active material, a positive electrode for a secondary battery that has a high energy density, can realize a high discharge voltage, and does not easily decrease the charge amount even after repeated charge and discharge. Can be realized.

第2発明の二次電池用正極における耐食性シェルとしては、Li1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)を用いることができる。こうであれば、Li1−xFePOからなる耐食性シェルが、インターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な正極活物質の周りを覆う構造となる。このため、電解液と正極活物質との間のリチウムの出入りは、安定した充放電特性を有するLi1−xFePOを介してなされる。このため、たとえ、正極活物質が、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。 As the corrosion-resistant shell in the positive electrode for secondary battery of the second invention, Li 1-x FePO 4 (However, a part of Fe is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti. And Zr may be substituted with one or more of Zr, and x represents a number of 0 or more and less than 1. In this case, the corrosion-resistant shell made of Li 1-x FePO 4 has a structure that covers the periphery of the positive electrode active material capable of entering and exiting lithium ions by intercalation. For this reason, lithium enters and exits between the electrolytic solution and the positive electrode active material through Li 1-x FePO 4 having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the positive electrode active material alone is a material whose charge potential and charge capacity decrease when repeated charge and discharge are performed alone, it can stably charge and discharge at a high potential, and the amount of charge Becomes difficult to decrease.

また、第2発明の二次電池用正極における別の耐食性シェル材料として、Al、Nb、Ta、ZrO、ZnO、AlF、HfF、BiOFからなる群より選ばれた1種以上からなることとしてもよい。これらの耐食性シェルであれば、正極活物質に対して優れた防食効果を発揮することができる。 Further, as another corrosion-resistant shell material in the secondary battery positive electrode of the second invention, from the group consisting of Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO, AlF 3 , HfF 4 , and BiOF. It may be composed of one or more selected. These corrosion-resistant shells can exhibit an excellent anticorrosive effect on the positive electrode active material.

また、第2発明の二次電池用正極における正極活物質としては、LiNiPOF、LiCoPOF、LiCoPO、LiNiPO(ただし、Ni及びCoはその元素以外の、Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい)等が挙げられる。また、スピネル系のLiNi0.5Mn1.5、LiCoMnO4、Li2−yMnO(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。)(ただし、Ni、Co、Mnはその元素以外の、Li、Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい)等が挙げられる。これらの正極活物質は、高い充放電電位を有しており、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池用正極とすることができる。 In addition, as the positive electrode active material in the positive electrode for secondary battery of the second invention, Li 2 NiPO 4 F, Li 2 CoPO 4 F, LiCoPO 4 , LiNiPO 4 (where Ni and Co are Ni, Co other than the elements, Ni, Co , Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti, and Zr may be substituted with one or more). Also, spinel-based LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4, Li 2-y MnO 3 (y = 0 to 2) and their solid solutions (herein, solid solutions are the above-mentioned oxide-based positive electrode actives) A substance in which metal atoms are mixed in a free ratio. (However, Ni, Co, and Mn are Li, Ni, Co, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, and Li other than the element.) , Nb, Ti and Zr, which may be substituted with one or more of them. These positive electrode active materials have a high charge / discharge potential, and can be used as a positive electrode for a lithium ion battery having a high energy density.

また、第3発明の二次電池用正極は、インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な第1の正極活物質と、前記第1の正極活物質の周りを覆うように形成され、Na 1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなる第2の正極活物質と、を備え、
前記第1の正極活物質は、NaNiPOF、NaCoPOF、NaMnPOF、NaFePOF、NaNiPO、NaCoPO、NaMnPO、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。)、(LiNa(3−x)Fe(式中、nは0以上1以下の数であり、xは0以上3以下の数であり、Feの一部はMg,Ni,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)からなる群より選ばれた1種以上であることを特徴とする
A positive electrode for a secondary battery according to a third aspect of the present invention is formed to cover a first positive electrode active material capable of entering and exiting sodium ions by intercalation and the first positive electrode active material, and Na 1 -x FePO 4 (however, some of the Fe Co, Ni, Mn, Fe , Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, may be substituted by one or more of Ti and Zr, x And a second positive electrode active material comprising a number of 0 or more and less than 1),
The first positive electrode active material is Na 2 NiPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 FePO 4 F, NaNiPO 4 , NaCoPO 4 , NaMnPO 4 , NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2. , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , NaNi 1-x M 1 x O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (where M 1 is 3 It is one or more elements selected from the group consisting of valent metals, and 0 ≦ x <0.5.), (Li x Na (3-x) ) n Fe 2 F 7 (where n is 0 The number is 1 or less, x is a number from 0 to 3, and a part of Fe is one or more of Mg, Ni, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V, and In. Selected from the group consisting of (optionally substituted) Characterized in that the at least one

第3発明の二次電池用正極では、高い電位においても安定した充放電特性を有するNa1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなる第2の正極活物質が、インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な第1の正極活物質の周りを覆っている。このため、電解液と正極活物質との間のナトリウムイオンの出入りは、安定した充放電特性を有する第2の正極活物質を介してなされる。このため、たとえ、第1の正極活物質が、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量の低下を抑制することができる。
また、第1の正極活物質が高い酸化還元電位を有する正極活物質から選ばれているため、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
したがって、第1の正極活物質として高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
In the positive electrode for secondary battery of the third invention, Na 1-x FePO 4 having stable charge / discharge characteristics even at a high potential (however, part of Fe is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, A second positive electrode active material which may be substituted with one or more of V, Li, Nb, Ti, and Zr, and x represents a number of 0 or more and less than 1, is a sodium ion by intercalation The first positive electrode active material capable of entering and exiting is covered. For this reason, the sodium ion enters and exits between the electrolytic solution and the positive electrode active material via the second positive electrode active material having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the first positive electrode active material alone is a substance whose charge potential and charge capacity decrease when repeated charge and discharge are performed alone, it can stably charge and discharge at a high potential. It is possible to suppress a decrease in the charge amount.
In addition, since the first positive electrode active material is selected from positive electrode active materials having a high redox potential, the energy density is high, a high discharge voltage can be realized, and the charge amount is reduced even after repeated charge and discharge. It is difficult to achieve a positive electrode for a secondary battery.
Therefore, by selecting a material having a high oxidation-reduction potential as the first positive electrode active material, it is possible to realize a high discharge voltage with a high energy density, and the charge amount is unlikely to decrease even after repeated charge and discharge. A positive electrode for a battery can be realized.

また、第4発明の二次電池用正極は、インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な正極活物質と、前記正極活物質の周りを覆うように形成され、前記正極活物質の腐食を防止する耐食性シェルと、前記正極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルと電気的に接触するグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤とを備えたことを特徴とする。   The positive electrode for a secondary battery according to a fourth aspect of the present invention is formed so as to cover the periphery of the positive electrode active material and a positive electrode active material capable of entering and exiting sodium ions by intercalation to prevent corrosion of the positive electrode active material. And a conductive additive made of at least glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon in electrical contact with the corrosion-resistant shell of the positive electrode active material and the corrosion-resistant shell.

第4発明の二次電池用正極は、正極活物質の周りを覆うように形成され、前記正極活物質の腐食を防止する耐食性シェルが、インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な正極活物質の周りを覆っている。このため、正極活物質は耐食性シェルによって腐食から保護され、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。
また、さらには極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルは、電位窓が広くて高い電位でも安定なグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤と電気的に接触している。このため、例え正極活物質が高い充放電電位を有するものであっても導電助剤が分解し難く、常に安定的に電子の出し入れが可能となり、耐久性に優れた二次電池用正極とすることができる。
したがって、正極活物質として高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
A positive electrode for a secondary battery according to a fourth aspect of the present invention is a positive electrode active material formed so as to cover the periphery of the positive electrode active material, and a corrosion-resistant shell that prevents corrosion of the positive electrode active material allows sodium ions to enter and exit by intercalation Covers around. For this reason, the positive electrode active material is protected from corrosion by the corrosion-resistant shell, can be stably charged and discharged at a high potential, and the amount of charge is unlikely to decrease.
Further, at least the corrosion-resistant shell of the polar active material and the corrosion-resistant shell is in electrical contact with a conductive assistant composed of glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon that has a wide potential window and is stable even at a high potential. ing. For this reason, even if the positive electrode active material has a high charge / discharge potential, the conductive additive is not easily decomposed, electrons can be stably taken in and out at all times, and a positive electrode for a secondary battery having excellent durability can be obtained. be able to.
Therefore, by selecting a material having a high oxidation-reduction potential as the positive electrode active material, a positive electrode for a secondary battery that has a high energy density, can realize a high discharge voltage, and does not easily decrease the charge amount even after repeated charge and discharge. Can be realized.

第4発明の二次電池用正極における耐食性シェルとしては、Na 1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)を用いることができる。こうであれば、Na 1−xFePOからなる耐食性シェルが、インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な正極活物質の周りを覆う構造となる。このため、電解液と正極活物質との間のナトリウムの出入りは、安定した充放電特性を有するNa 1−xFePOを介してなされる。このため、たとえ、正極活物質が、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。 As the corrosion-resistant shell in the positive electrode for secondary battery of the fourth invention, Na 1-x FePO 4 (However, a part of Fe is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti And Zr may be substituted with one or more of Zr, and x represents a number of 0 or more and less than 1. In this case, the corrosion-resistant shell made of Na 1-x FePO 4 has a structure that covers the periphery of the positive electrode active material that allows sodium ions to enter and exit by intercalation. For this reason, sodium enters and exits between the electrolytic solution and the positive electrode active material through Na 1-x FePO 4 having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the positive electrode active material alone is a material whose charge potential and charge capacity decrease when repeated charge and discharge are performed alone, it can stably charge and discharge at a high potential, and the amount of charge Becomes difficult to decrease.

また、第4発明の二次電池用正極における別の耐食性シェル材料としては、Al、Nb、Ta、ZrO、ZnO、AlF、HfF、BiOFからなる群より選ばれた1種以上からなることとしてもよい。これらの耐食性シェルであれば、正極活物質に対して優れた防食効果を発揮することができる。 Further, as another corrosion-resistant shell material in the positive electrode for secondary battery of the fourth invention, a group consisting of Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO, AlF 3 , HfF 4 , BiOF is used. It may be composed of at least one selected from the above. These corrosion-resistant shells can exhibit an excellent anticorrosive effect on the positive electrode active material.

また、第4発明の二次電池用正極における高い酸化還元電位を有する正極活物質としては、NaNiPOF、NaCoPOF、NaMnPOF、NaFePOF、NaNiPO、NaCoPO、NaMnPO、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。)、(LiNa(3−x)Fe(式中、nは0以上1以下の数であり、xは0以上3以下の数であり、Feの一部はMg,Ni,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)等が挙げられる。これらの正極活物質は、高い充放電電位を有しており、エネルギー密度の高いナトリウムイオン電池用正極とすることができる。 The positive electrode active material having a high redox potential in the positive electrode for secondary battery of the fourth invention includes Na 2 NiPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 FePO 4 F, and NaNiPO 4. , NaCoPO 4 , NaMnPO 4 , NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , NaNi 1-x M 1 x 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), (Li x Na (3- x) ) n Fe 2 F 7 (wherein n is a number from 0 to 1, x is a number from 0 to 3, and a part of Fe is Mg, Ni, Cu, Co, Mn, Al) , Cr, Ga, V and In 1 or 2 or more types may be substituted). These positive electrode active materials have a high charge / discharge potential, and can be used as a positive electrode for sodium ion batteries having a high energy density.

また、第1発明〜第4発明の二次電池用正極では、Li1−xFePO 、Na 1−x FePO や耐食性シェルをグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンによって包囲することも好ましい。こうであれば、第2の正極活物質とグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンとの電子の出入りをより確実に行うことができ、内部抵抗の小さな二次電池とすることができる。
In the secondary battery positive electrode according to the first to fourth inventions, it is also preferable that Li 1-x FePO 4 , Na 1-x FePO 4, and the corrosion-resistant shell are surrounded by glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon. . In this case, electrons can enter and leave the second positive electrode active material and the glassy carbon and / or the conductive diamond-like carbon more reliably, and a secondary battery with low internal resistance can be obtained.

実施形態1の二次電池用正極の模式断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 1. FIG. 充放電試験1における充放電容量と電圧との関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between charge / discharge capacity and voltage in charge / discharge test 1; 充放電試験2における充放電容量と電圧との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between charge / discharge capacity and voltage in charge / discharge test 2. 実施形態2の二次電池用正極に含まれている2層コーティング粒子の模式断面図である。4 is a schematic cross-sectional view of a two-layer coating particle included in a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 2. FIG. 実施形態3の二次電池用正極の模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 3. FIG. 実施形態4の二次電池用正極に含まれている2層コーティング粒子の模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of two-layer coating particles contained in a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 4. FIG. 実施形態5の二次電池用正極の部分模式断面図である。6 is a partial schematic cross-sectional view of a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 5. FIG. 実施形態6の二次電池用正極の部分模式断面図である。7 is a partial schematic cross-sectional view of a positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 6. FIG.

以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。
(実施形態1)
実施形態1の二次電池用正極は、図1に示すように、リチウムイオン電池用の正極活物質11aの周囲を正極活物質11bが包囲してなるコーティング粒子11を有しており、さらにコーティング粒子11の周りに導電助剤12が接触する構造とされている。そしてコーティング粒子11及び導電助剤12は集電体13と接触して、電子伝導性が確保されている。
Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described.
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the positive electrode for a secondary battery of Embodiment 1 has coating particles 11 in which a positive electrode active material 11b surrounds a positive electrode active material 11a for a lithium ion battery. The conductive auxiliary agent 12 is in contact with the particles 11. And the coating particle 11 and the conductive support agent 12 contact the electrical power collector 13, and electronic conductivity is ensured.

正極活物質11aはインターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な正極活物質であれば使用可能であるが、エネルギー密度及び放電電位を高くするためには、酸化還元電位が高いものが好ましい。
このような正極活物質としては、例えば、LiNiPOF、LiCoPOF、LiCoPO、LiNiPO、また、スピネル系のLiNi0.5Mn1.5及びLiCoMnO4、Li2−yMnO(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。)(ただし、Ni、Co、Mnはその元素以外の、Li、Ni、Co、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい)。これらの正極活物質は単一種類であってもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
As the positive electrode active material 11a, any positive electrode active material capable of entering and exiting lithium ions by intercalation can be used, but in order to increase the energy density and the discharge potential, those having a high redox potential are preferable.
As such a positive electrode active material, for example, Li 2 NiPO 4 F, Li 2 CoPO 4 F, LiCoPO 4, LiNiPO 4, also, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and LiCoMnO 4 of spinel, Li 2 -Y MnO 3 (y = 0 to 2) and solid solutions thereof (here, the solid solution refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio in the oxide-based positive electrode active material) (where Ni , Co, and Mn may be substituted with one or more of Li, Ni, Co, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti, and Zr other than the element). These positive electrode active materials may be a single type or a mixture of two or more types.

一方、正極活物質11bとしてはLi1−xFePO(xは0以上1未満の数を示す)を用いることができる。xの値は充放電の状態によって変化する数である。この物質は、後述するように6V(vs Li/Li)という高い電位で充電しても、安定であって分解等を起こすことは無い。また、Li1−xFePO以外として、Feの一部がCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよい。 On the other hand, Li 1-x FePO 4 (x represents a number of 0 or more and less than 1) can be used as the positive electrode active material 11b. The value of x is a number that varies depending on the state of charge / discharge. As will be described later, this material is stable and does not decompose even when charged at a high potential of 6 V (vs Li / Li + ). In addition to Li 1-x FePO 4 , part of Fe is substituted with one or more of Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti, and Zr. Also good.

また、導電助剤12はコーティング粒子11と集電体13との間に存在して、両者の間に十分な電子伝導パスを確保する役割を担う。導電助剤12については、コーティング粒子11と集電体13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。   Further, the conductive auxiliary agent 12 exists between the coating particle 11 and the current collector 13 and plays a role of ensuring a sufficient electron conduction path between them. The form of the conductive auxiliary agent 12 is not particularly limited as long as an electron conduction path can be formed between the coating particles 11 and the current collector 13. For example, carbon black such as acetylene black, graphite powder, diamond-like carbon, etc. Further, conductive powder (conductive aid) such as glassy 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.

さらに、集電体13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、正極活物質11bが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、電解液の電解質として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11b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。さらに好ましいのは、耐食性向上のためにモリブデンが添加されたSUS316、SUS316L及びSUS317が挙げられる。また、電解液の電解質として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。
Furthermore, the molding material of the current collector 13 is required to be stable during charging. In particular, when the positive electrode active material 11b uses a phosphate-based or olivine fluoride-based positive electrode active material having an olivine-type crystal structure with a high oxidation-reduction 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 of the electrolytic solution, austenitic stainless steel, Ni, Al, Ti, or the like can be used, but it is appropriately selected in consideration of the operating potential of the positive electrode active material 11b to be used. It is preferable. 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. More preferable are SUS316, SUS316L and SUS317 to which molybdenum is added for improving corrosion resistance. In addition, when LiTFSI is used as the electrolyte of the electrolytic solution, 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.

また、Al、Ni、チタン、オーステナイト系ステンレス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)、グラッシーカーボン、金及び白金のうちの一種又は二種以上からなる導電性の耐食性皮膜が形成され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、仮に完全に被覆できなくて孔が存在したとしても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。 In addition, a conductive corrosion-resistant film made of one or more of conductive DLC (diamond-like carbon), glassy carbon, gold, and platinum is formed on a conductive metal material such as Al, Ni, titanium, and austenitic stainless steel. Can also 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 DLC is coated on a conductive metal material such as Al, the fluoride film is generated only in a very small area of the defective portion of the conductive DLC even if the coating cannot be completely covered and there are holes. . 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.

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。
Here, the conductive diamond-like carbon is carbon having an amorphous structure in which both 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.

<製造方法>
実施形態1の二次電池用正極は、次のようにして製造することができる。
・LiFePOの合成
LiCOとFeC・2HOと(NH)2HPOとをLiFePOの化学量論比となるように計量して混合する。そして、混合物を管状炉に入れ、アルゴン雰囲気下、400℃で4時間仮焼成した後、660℃で2.5時間焼成する。こうしてオリビン型結晶構造のLiFePOを得る。
<Manufacturing method>
The positive electrode for secondary batteries of Embodiment 1 can be manufactured as follows.
· LiFePO Synthesis LiCO 3 of 4 and FeC 2 O 4 · 2H 2 O and (NH 4) and 2HPO 4 mixing weighed to such that the stoichiometric ratio of LiFePO 4. Then, the mixture is put in a tubular furnace, pre-baked at 400 ° C. for 4 hours in an argon atmosphere, and then baked at 660 ° C. for 2.5 hours. Thus, LiFePO 4 having an olivine type crystal structure is obtained.

・コーティング粒子11の製造
LiNiPOFやLiCoPOFやLiCoPO等からなる正極活物質11aの粉末に、上記のようにして得たLiFePOを0.5〜10質量%となるように加えて混合した後、ハイブリダイゼーションシステム(NHS-0, 株式会社奈良機械製作所)にて3分間処理することで作製した。そして、処理物を4時間、500℃で加熱してコーティング粒子11を得る。そして、このコーティング粒子11からなる粉末にグラッシーカーボン粉末等を所定量加えて混合し、冷間プレスによって円盤形状を有する実施形態1のリチウムイオン電池用正極を得る。
· The powder of the positive electrode active material 11a formed of producing Li 2 NiPO 4 F or Li 2 CoPO 4 F and LiCoPO 4, etc. of the coating particles 11, the LiFePO 4 obtained as described above becomes 0.5 to 10 mass% Then, the mixture was mixed and then treated with a hybridization system (NHS-0, Nara Machinery Co., Ltd.) for 3 minutes. Then, the treated product is heated at 500 ° C. for 4 hours to obtain coating particles 11. Then, a predetermined amount of glassy carbon powder or the like is added to the powder composed of the coating particles 11 and mixed, and the positive electrode for a lithium ion battery of Embodiment 1 having a disk shape is obtained by cold pressing.

<作用効果>
以上のように構成された実施形態1のリチウムイオン電池用正極では、正極活物質11bがインターカレーションによるリチウムイオンの出入りが可能な正極活物質11aを包囲している。このため、電解液との間のリチウムの出入りが、安定した充放電特性を有する正極活物質11b上で行なわれる。このため、たとえ、正極活物質11bが、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量の低下を抑制することができる。このため、正極活物質11aとして高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
<Effect>
In the lithium ion battery positive electrode according to Embodiment 1 configured as described above, the positive electrode active material 11b surrounds the positive electrode active material 11a capable of entering and exiting lithium ions by intercalation. For this reason, lithium enters and leaves the electrolyte solution on the positive electrode active material 11b having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the positive electrode active material 11b alone is a substance whose charge potential and charge capacity decrease when charge and discharge are repeated by itself, charging and discharging can be stably repeated at a high potential. A decrease in the amount can be suppressed. For this reason, by selecting a material having a high redox potential as the positive electrode active material 11a, a secondary battery that has a high energy density, can realize a high discharge voltage, and does not easily decrease the charge amount even after repeated charge and discharge. A positive electrode can be realized.

−Li1−xFePOの充放電特性−
実施形態1のリチウムイオン電池用正極が上記の作用効果を発揮するのは、正極活物質11aが、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、正極活物質11aであるLi1−xFePOが、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができるからである。このことを立証するために、次の条件でリチウムイオンコイン電池を作製し、後述する2種類の充放電試験を行った。
・作用極 LiFePO4/導電助剤グラッシーカーボン粉/結着材PTFE
・対極 Li金属
・電解液
溶媒/セバコニトリル:エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=
50:25:25(容量比)
電解質/1.0M LiBF4
・セル コインセル SUS316L製 2032型
・集電材 基板 SUS316L, 集電網Ti
Charge and discharge characteristics of -Li 1-x FePO 4 -
The positive electrode for a lithium ion battery according to Embodiment 1 exhibits the above-described effects even if the positive electrode active material 11a is a substance whose charge potential and charge capacity decrease when it is repeatedly charged and discharged by itself. This is because Li 1-x FePO 4 that is the positive electrode active material 11a can be stably charged and discharged at a high potential. In order to prove this, a lithium ion coin battery was manufactured under the following conditions, and two kinds of charge / discharge tests described later were performed.
-Working electrode LiFePO 4 / Conductive aid glassy carbon powder / Binder PTFE
・ Counter electrode Li metal ・ Electrolyte Solvent / Sebaonitrile: Ethylene carbonate: Dimethyl carbonate =
50:25:25 (capacity ratio)
Electrolyte / 1.0M LiBF 4
・ Cell Coin cell SUS316L 2032 type ・ Current collector Substrate SUS316L, Current collector Ti

<充放電試験1>
0.01Cの充電レートで充電を行う通常充電(3.5V(vs Li/Li)でほぼ一定となる)と、充電開始時10Cとし、6V(vs Li/Li)に達してから定電位充電を行う高電位充電と、の2種類の充電方法を用い、充放電特性を測定した。その結果、図2に示すように、6V(vs Li/Li)での充電及び3.5V(vs Li/Li)での充電の、どちらの充電方法によっても放電容量もほぼ同じであった。このことから、LiFePO(充電によってリチウムイオンが抜けてLi1−xFePOとなる)は、6V(vs Li/Li)という高い電位においても、安定して充放電を行うことができることが分かった。
<Charge / discharge test 1>
Normal charging is performed at a charging rate of 0.01 C (approximately constant at 3.5 V (vs Li / Li + )), 10 C at the start of charging, and after reaching 6 V (vs Li / Li + ) Charging / discharging characteristics were measured using two types of charging methods, high potential charging for performing potential charging. As a result, as shown in FIG. 2, the discharge capacity was almost the same for both charging methods of 6V (vs Li / Li + ) and 3.5 V (vs Li / Li + ). It was. From this, LiFePO 4 (lithium ions are released by charging to become Li 1-x FePO 4 ) can be stably charged and discharged even at a high potential of 6 V (vs Li / Li + ). I understood.

<充放電試験2>
5.5Vで175mAh/g(活物質量)までの充電と、放電レート0.05Cでカットオフ電圧は2.5Vの定電流放電とを10回繰り返した。その結果、図3に示すように、放電特性はほとんど変化せず、ほぼ一定の放電容量となった。
<Charge / discharge test 2>
Charging up to 175 mAh / g (active material amount) at 5.5 V and constant current discharging at a discharge rate of 0.05 C and a cutoff voltage of 2.5 V were repeated 10 times. As a result, as shown in FIG. 3, the discharge characteristics hardly changed and the discharge capacity was almost constant.

(実施形態2)
実施形態2の二次電池用正極は、図4に示すように、実施形態1におけるコーティング粒子11の表面にダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボン等からなる耐高電圧皮膜14が形成された2層コーティング粒子15を含む。このような耐高電圧皮膜14は、スパッタリング法やイオンコーティング法やプラズマCVD法によってコーティング粒子11の表面にダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンを付着させることにより、容易に形成させることができる。例えば、特開2004−339564号公報に記載されているように、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、コーティング粒子11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が挙げられる(このとき、コーティング粒子11に負のバイアス電圧を印加してもよい)。
こうして得られる実施形態2の二次電池用正極は、耐高電圧皮膜14によって高電圧下においてもコーティング粒子11との間で導電パスが保たれるため、高電位においてさらに安定な充放電特性が得られる。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 4, the positive electrode for a secondary battery according to Embodiment 2 is a two-layer coating particle in which a high-voltage resistant film 14 made of diamond-like carbon, glassy carbon, or the like is formed on the surface of the coating particle 11 in Embodiment 1. 15 is included. Such a high voltage resistant film 14 can be easily formed by attaching diamond-like carbon or glassy carbon to the surface of the coating particle 11 by sputtering, ion coating, or plasma CVD. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-339564, in a vacuum, electrons are accelerated by an electric field to collide with argon gas to ionize argon, and this is accelerated by the electric field to cause solid carbon target collision. And a method of forming diamond-like carbon on the powder of the coating particles 11 (at this time, a negative bias voltage may be applied to the coating particles 11).
The positive electrode for a secondary battery of Embodiment 2 thus obtained maintains a conductive path with the coating particles 11 even under a high voltage by the high voltage resistant film 14, and thus has a more stable charge / discharge characteristic at a high potential. can get.

(実施形態3)
実施形態3の二次電池用正極は、図5に示すように、リチウムイオン電池用の正極活物質からなる複数の粒子21aが、Li1−xFePOからなる正極活物質21bからなるマトリックス内に分散されて、1つの複合粒子21となっている。
こうして得られる実施形態3の二次電池用正極は、正極活物質21aの周囲を
Li1−xFePOからなる正極活物質21bが包囲している。このため、電解液との間のリチウムの出入りが、安定した充放電特性を有する正極活物質21b上で行なわれる。このため、たとえ、正極活物質21bが、それ単独では充放電を繰り返すと放電電位や充電容量が低下するような物質であっても、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量の低下を抑制することができる。このため、実施形態1の二次電池用正極と同様、正極活物質21aとして高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極が実現できる。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 5, the positive electrode for secondary battery of Embodiment 3 has a matrix in which a plurality of particles 21 a made of a positive electrode active material for a lithium ion battery are made of a positive electrode active material 21 b made of Li 1-x FePO 4 . The composite particles 21 are dispersed.
In the positive electrode for secondary battery of Embodiment 3 obtained in this way, the positive electrode active material 21b made of Li 1-x FePO 4 surrounds the positive electrode active material 21a. For this reason, lithium enters and leaves the electrolyte solution on the positive electrode active material 21b having stable charge / discharge characteristics. For this reason, even if the positive electrode active material 21b is a substance whose charge potential and charge capacity decrease when it is repeatedly charged and discharged by itself, charging and discharging can be stably repeated at a high potential. A decrease in the amount can be suppressed. For this reason, like the positive electrode for secondary batteries of Embodiment 1, by selecting a material having a high redox potential as the positive electrode active material 21a, the energy density is high, a high discharge voltage can be realized, and charging / discharging can be performed. Even if it repeats, the positive electrode for secondary batteries in which a charge amount cannot fall easily is realizable.

(実施形態4)
実施形態4の二次電池用正極は、図6に示すように、実施形態2におけるコーティング粒子21の表面にダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボン等からなる耐高電圧皮膜24が形成されている。このような耐高電圧皮膜24は、実施形態2において述べたように、スパッタリング法やイオンコーティング法やプラズマCVD法によってコーティング粒子21の表面にダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンを付着させることにより、容易に形成させることができる。
こうして得られる実施形態4の二次電池用正極は、耐高電圧皮膜24によって高電圧下においてもコーティング粒子21との間で導電パスが保たれるため、高電位においてさらに安定な充放電特性が得られる。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 6, the positive electrode for a secondary battery according to the fourth embodiment has a high-voltage resistant film 24 made of diamond-like carbon, glassy carbon, or the like on the surface of the coating particles 21 in the second embodiment. Such a high voltage-resistant film 24 can be easily formed by attaching diamond-like carbon or glassy carbon to the surface of the coating particle 21 by sputtering, ion coating, or plasma CVD as described in the second embodiment. Can be formed.
The positive electrode for a secondary battery of Embodiment 4 obtained in this way maintains a conductive path with the coating particles 21 even under a high voltage by the high voltage resistant film 24, and therefore has a more stable charge / discharge characteristic at a high potential. can get.

(実施形態5)
実施形態5の二次電池用正極は、図7に示すように、リチウムイオン電池用の正極活物質31aの周面をLi1−xFePO31bがまばらに覆う構造とされており、さらにそれらの周りにグラッシーカーボンやダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤32が接触する構造とされている。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 7, the positive electrode for the secondary battery of Embodiment 5 has a structure in which Li 1-x FePO 4 31b sparsely covers the peripheral surface of the positive electrode active material 31a for the lithium ion battery. The conductive assistant 32 made of glassy carbon or diamond-like carbon is in contact with the periphery of the substrate.

実施形態5のリチウムイオン電池用正極では、正極活物質31aの周面がLi1−xFePO31bやまばらに覆う構造とされており、さらにはグラッシーカーボンやダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤32が接触しているため、正極は、Li1−xFePO31bや導電助剤32によって導電パスが保たれるため、高電位においてさらに安定な充放電特性が得られる。 In the positive electrode for a lithium ion battery according to the fifth embodiment, the peripheral surface of the positive electrode active material 31a is covered with Li 1-x FePO 4 31b and sparsely, and further, a conductive additive 32 made of glassy carbon or diamond-like carbon. Since the conductive path of the positive electrode is maintained by Li 1-x FePO 4 31b and the conductive additive 32, more stable charge / discharge characteristics can be obtained at a high potential.

(実施形態6)
実施形態6の二次電池用正極は、図8に示すように、Li1−xFePO31bの周囲がグラッシーカーボンやダイヤモンドライクカーボンからなる耐高電圧皮膜34で覆われている。このような耐高電圧皮膜34は、実施形態2において述べたように、スパッタリング法やイオンコーティング法やプラズマCVD法によってコーティング粒子21の表面にダイヤモンドライクカーボンやグラッシーカーボンを付着させることにより、容易に形成させることができる。
こうして得られる実施形態6の二次電池用正極は、耐高電圧皮膜34によって高電圧下においてもLi1−xFePO31bとの間で導電パスが保たれるため、高電位においてさらに安定な充放電特性が得られる。
(Embodiment 6)
Secondary battery positive electrode according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 8, the periphery of the Li 1-x FePO 4 31b is covered with anti-high voltage coating 34 made of glassy carbon and diamond-like carbon. Such a high voltage resistant film 34 can be easily formed by attaching diamond-like carbon or glassy carbon to the surface of the coating particle 21 by sputtering, ion coating, or plasma CVD, as described in the second embodiment. Can be formed.
The positive electrode for a secondary battery of Embodiment 6 obtained in this way is more stable at a high potential because the conductive path is maintained between the Li 1-x FePO 4 31b and the Li 1-x FePO 4 31b even under high voltage by the high voltage resistant film 34. Charge / discharge characteristics can be obtained.

以上の実施形態1〜実施形態6は、全てリチウムイオン電池用正極であったが、正極活物質としてインターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な正極活物質を用いることにより、ナトリウムイオン電池用正極とすることができる。これらのナトリウムイオン電池用正極は、上記実施形態1〜6において述べたのと同様の理由から、上記と同様の作用効果を奏することができる。   The above Embodiments 1 to 6 are all positive electrodes for lithium ion batteries, but by using a positive electrode active material capable of sodium ion in / out by intercalation as a positive electrode active material, a positive electrode for sodium ion batteries It can be. These positive electrodes for sodium ion batteries can exhibit the same effects as described above for the same reason as described in the first to sixth embodiments.

また、上記実施形態1〜6では正極活物質の周りを覆う物質としてLi1−xFePOを用いたが、Li1−xFePOの代替として、Al、Nb、Ta、ZrO、ZnO、AlF、HfF、BiOFからなる群より選ばれた1種以上からなる耐食性シェルで正極活物質の周りを覆ってもよい。こうであれば、正極活物質は耐食性シェルによって腐食から保護され、高い電位において安定して充放電を繰り返すことができ、充電量が低下し難くなる。また、さらには極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルは、電位窓が広くて高い電位でも安定なグラッシーカーボン及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボンからなる導電助剤と電気的に接触しているため、例え正極活物質が高い充放電電位を有するものであっても導電助剤が分解し難く、常に安定的に電子の出し入れが可能となり、耐久性に優れた二次電池用正極とすることができる。このため、正極活物質として高い酸化還元電位を有する物質を選ぶことにより、エネルギー密度が高く、高い放電電圧を実現することができ、充放電を繰り返しても充電量が低下し難い二次電池用正極となる。 In the first to sixth embodiments, Li 1-x FePO 4 is used as a material covering the periphery of the positive electrode active material. However, as an alternative to Li 1-x FePO 4 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta The periphery of the positive electrode active material may be covered with a corrosion-resistant shell made of one or more selected from the group consisting of 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO, AlF 3 , HfF 4 , and BiOF. In this case, the positive electrode active material is protected from corrosion by the corrosion-resistant shell, can be stably charged and discharged at a high potential, and the amount of charge is unlikely to decrease. Further, at least the corrosion-resistant shell of the polar active material and the corrosion-resistant shell is in electrical contact with a conductive assistant composed of glassy carbon and / or conductive diamond-like carbon that has a wide potential window and is stable even at a high potential. Therefore, even if the positive electrode active material has a high charge / discharge potential, the conductive additive is not easily decomposed, and electrons can be stably taken in and out at all times. can do. For this reason, by selecting a material having a high redox potential as the positive electrode active material, the energy density is high, a high discharge voltage can be realized, and the charge amount is difficult to decrease even after repeated charge and discharge. It becomes the positive electrode.

Al、Nb、Ta、ZrO、ZnO、AlF、HfF、BiOF等の酸化物やフッ化物やその混合物で正極活物質を覆う方法として、非特許文献2や非特許文献3に記載されている方法を用いることができる。すなわち、以下の方法である。
・非特許文献2の方法
Al[OCH(CH3)2]3, Nb[OC2H5]5, Ta[OC2H5]5, or Zr[OC2H5]5等のアルコキシドを室温でエタノールに溶解する。(ただし、ZnOによる被覆の場合、Zn(CH3COO)2・2H2Oを蒸留水に溶かし、pHを10.5とする。)そして、正極活物質の粉末:コーティング物質の比率が99:1となるように、正極活物質の粉末をゆっくり上記溶液中に入れていく。そして、80℃で2日間撹拌を行った後、120℃で溶媒を蒸発させ、さらに大気中で5時間400℃の加熱を行う。こうしてAl、Nb、Ta、ZrO、ZnO等がコーティングされた正極活物質を得ることができる。こうして得られた各種金属酸化物でコーティングされた正極活物質を用い、上記実施形態1の方法と同様の方法により二次電池用正極を作製することができる。
・非特許文献3の方法
フッ化アンモニウムの水溶液及び無水硝酸アルミニウムの水溶液を用意する。そして、正極活物質の粉末を硝酸アルミニウム水溶液に入れ、さらにフッ化アンモニウム水溶液をAlFの沈殿ができるpHとなるまで加える。そして、80℃で2日間撹拌を行った後、120℃で溶媒を蒸発させ、さらに窒素気流下中で5時間400℃の加熱を行う。こうして、正極活物質の粉末の周りに、Al、を含まないAlFのコーティングを行うことができる。
As a method for covering the positive electrode active material with an oxide or fluoride such as Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO, AlF 3 , HfF 4 , BiOF or a mixture thereof, Non-Patent Document 2 Alternatively, the method described in Non-Patent Document 3 can be used. That is, the following method.
・ Method of Non-Patent Document 2
An alkoxide such as Al [OCH (CH 3 ) 2 ] 3 , Nb [OC 2 H 5 ] 5 , Ta [OC 2 H 5 ] 5 , or Zr [OC 2 H 5 ] 5 is dissolved in ethanol at room temperature. (However, in the case of coating with ZnO, Zn (CH 3 COO) 2 .2H 2 O is dissolved in distilled water to adjust the pH to 10.5.) And the ratio of the powder of the positive electrode active material to the coating material is 99: The positive electrode active material powder is slowly put into the solution so as to be 1. Then, after stirring at 80 ° C. for 2 days, the solvent is evaporated at 120 ° C., and further heated at 400 ° C. in the atmosphere for 5 hours. Thus, a positive electrode active material coated with Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO or the like can be obtained. Using the positive electrode active material coated with various metal oxides thus obtained, a positive electrode for a secondary battery can be produced by the same method as in the first embodiment.
-Method of Non-Patent Document 3 An aqueous solution of ammonium fluoride and an aqueous solution of anhydrous aluminum nitrate are prepared. Then, the powder of the positive electrode active material is put in an aluminum nitrate aqueous solution, and further an ammonium fluoride aqueous solution is added until a pH at which AlF 3 can be precipitated is reached. Then, after stirring at 80 ° C. for 2 days, the solvent is evaporated at 120 ° C., and further heated at 400 ° C. for 5 hours in a nitrogen stream. Thus, coating of AlF 3 not containing Al 2 O 3 can be performed around the positive electrode active material powder.

この発明は、リチウムイオン電池に適用される。
ここに、リチウムイオン電池は電解液、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 lithium ion battery.
Here, the lithium ion battery includes an electrolytic solution, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a case.

(電解液)
電解液はLi塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
(1)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)、LiB1212−x、また、Bを含むボレイト系アニオンである、LiBOB(Lithium bis[oxalate]borate)、LiBCB(Lithium bis[croconato]borate)、LiCSB(Li bis[croconato salicylato]borate)、LiBSB(Li bis[salicylato(2-)]borate)、LiBBB(Li bis[1,2-benzenediolato(2-)]borate)、LiBNB(Li bis[2,3-naphtalene-diolato(2-)-O,O’]borate)、LiBBPB(Li bis[2,3-biphenyldiolato(2-)-O,O’]borate)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、LiBF及びLiBOBの少なくとも1種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、LiPF6、LiBF及びLiBOBの少なくとも1種を添加することが好ましい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution contains a Li salt (electrolyte) and an organic solvent.
(1) 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), LiB 12 F 12-x H x , and borate anions containing B, such as LiBOB (Lithium bis [oxalate] borate), LiBCB (Lithium bis [croconato] borate), LiCSB ( Li bis [croconato salicylato] borate), LiBSB (Li bis [salicylato (2-)] borate), LiBBB (Li bis [1,2-benzenediolato (2-)] borate), LiBNB (Li bis [2,3- naphtalene-diolato (2-)-O, O ′] borate), LiBBPB (Libis [2,3-biphenyldiolato (2-)-O, O ′] borate), or two or more thereof can be used. Especially, when the oxidation-reduction potential of the positive electrode is 4.5 V or more, it is preferable to use at least one of LiPF 6 , LiBF 4 and LiBOB. Further, when LiTFSI, LiTFS, or LiBETI is used, it is preferable to add at least one of LiPF 6, LiBF 4 and LiBOB.

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、プロピレンカーボネート(PC)などを用いることができる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)など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シアノエーテ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 at least one 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, propylene carbonate (PC), or the like can be used. As the chain ester carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), or the like 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, or a chain cyano 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 ether 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、ピメロニトリルNC(CHCN、スベロニトリル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 NC (CH 2 ) 4 CN, Pimeonitrile NC (CH 2 ) 5 CN, Suberonitrile NC (CH 2 ) 6 CN, Sebacononitrile NC (CH 2 ) 8 CN, Dodecandinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, etc. In addition to the chain dinitrile compound, it may have a branch such as 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN. 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シアノエーテル化合物としては、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。これらの鎖式シアノエーテル化合物は、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。
また、電解液に鎖式シアノエーテル化合物を用いる場合、さらにBFを添加することも好ましい。BFはホウ素原子が電気陰性度の大きなフッ素原子3個と結合しているため、強いルイス酸としての性質を示す。このため、BFの空軌道はエーテル分子に存在する酸素の孤立電子対に強く配位して錯体を形成し、酸素の電子密度が減少する。その結果、エーテル分子の耐酸化性が向上し、電解液が広い電位窓を有することとなる。特に、ニトリル基を2つ以上有するシアノエーテル化合物にBFを添加すれば、ニトリル基の電子吸引効果が増大し、さらに電位窓を広げることができる。
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 cyanoether 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 cyano ether compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Further, when a chain cyanoether compound is used in the electrolytic solution, it is also preferable to add BF 3 . BF 3 exhibits properties as a strong Lewis acid because a boron atom is bonded to three fluorine atoms having a high electronegativity. For this reason, the vacant orbit of BF 3 is strongly coordinated to the lone pair of oxygen present in the ether molecule to form a complex, and the electron density of oxygen is reduced. As a result, the oxidation resistance of the ether molecules is improved, and the electrolytic solution has a wide potential window. In particular, if BF 3 is added to a cyanoether compound having two or more nitrile groups, the electron withdrawing effect of the nitrile group is increased, and the potential window can be further widened.
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、電解液に各種添加剤(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、プロパンサルトン)を0.1−3重量%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形成され、耐食性が向上する。   In addition, it is also preferable to add various additives (for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite, propane sultone) to about 0.1 to 3% by weight in the electrolytic solution. Thereby, a corrosion-resistant film is formed on the negative electrode side, and the corrosion resistance is improved.

Li塩の濃度は0.1〜3重量%とする。Li塩の濃度が0.1重量%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、3重量%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 0.1 to 3% by weight. When the concentration of the Li salt is less than 0.1% by weight, 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, if it exceeds 3% by weight, the dissolved Li salt precipitates due to environmental changes such as temperature, which is not preferable.

なお、電解液中の水分含有量は、できるだけ少なくなるようにすることが好ましい。水分含有量が多いとリチウムイオン電解質が溶解し難くなり、リチウムイオンのその結果、電解液の比電導度が低くなって、電池の内部抵抗や過電圧が高くなるという問題が生ずるからである。このため、電解液調整においては、ゼオライト等の脱水剤によって、溶媒の水分含有量を100ppm以下となるようにしておくことが好ましい。さらに好ましくは50ppm以下であり、最も好ましいのは30ppm以下である。   In addition, it is preferable that the water content in the electrolytic solution is as small as possible. This is because when the water content is high, the lithium ion electrolyte is difficult to dissolve, and as a result of the lithium ions, the specific conductivity of the electrolytic solution is lowered, and the internal resistance and overvoltage of the battery are increased. For this reason, in the adjustment of the electrolytic solution, it is preferable that the water content of the solvent be 100 ppm or less with a dehydrating agent such as zeolite. More preferred is 50 ppm or less, and most preferred is 30 ppm or less.

(正極)
正極は正極活物質と集電体とを備える。
(正極活物質)
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。
本発明の第1の正極活物質に用いることのできる物質としては(1)酸化物系、(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系、(3)オリビンフッ化物系、及び(4)メタルふっ化物等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)
The positive electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a higher potential than the negative electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Materials that can be used for the first positive electrode active material of the present invention include (1) oxides, (2) phosphates having an olivine crystal structure, (3) olivine fluorides, and (4) metals. Fluoride etc. can be mentioned.

(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−yMnO(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。ここでxは充放電にともなうリチウムのインターカレーション−デインターカレーションによって変化する。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 (y = 0 to 2) and their solid solutions (herein, solid solutions are those of the above oxide series) A substance in which metal atoms are mixed in a free ratio in the positive electrode active material. Here, x varies depending on lithium intercalation-deintercalation accompanying charging and discharging. 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。ここでxは充放電にともなうリチウムのインターカレーション−デインターカレーションによって変化する。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. Here, x varies depending on lithium intercalation-deintercalation accompanying charging and discharging. 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。ここでxは充放電にともなうリチウムのインターカレーション−デインターカレーションによって変化する。
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 to 2), Li 2-x CoPO 4 F (x = 0 to 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. Here, x varies depending on lithium intercalation-deintercalation accompanying charging and discharging.
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)メタルふっ化物
4−1 具体的物質及び特性
ペロブスカイト構造を有するFeFが挙げられる。この化合物はLiイオンを一分子あたり一個挿入した場合の理論容量密度が220mAh/gと計算され、従来のオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系の正極活物質の理論容量密度(例えば、LiFePOでは170mAh/g)よりも大きなエネルギー密度を有するという利点がある。
また、FeF3よりもさらに放電電位及びエネルギー密度(Wh/kg)が大きい正極活物質として、(LiNa1−x−y)nMF3(式中、x,y及びnは0以上1以下の数であり、MはMn,Co及びNiのいずれかであり、該Mの一部はMg,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)が挙げられる。この正極活物質はフッ素系のペロブスカイト構造を有し、MとしてMnやCoやNiを構成元素としている。完全な充電状態ではMFとなり、Mは+3価の状態と考えられる。また、完全な放電状態では、n=1となり、Mは+2価の状態と考えられる。この正極活物質はサイクリックボルタンメトリーにおいて4V(vs Li/Li)以上という高い電位において酸化還元波が観測され、4V(vs Li/Li)を超える高い放電電位を有することとなる。この値は、FeFの放電電圧3.3V(vs Li/Li)と比べて高いため、エネルギー密度がFeFよりも大きい正極活物質となる。さらには、リチウムイオンのみならず、ナトリウムイオンも出入りが可能であるため、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の正極活物質として駆動させることができる。
(5)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) FeF 3 having a metal fluoride 4-1 specific materials and properties perovskite structure. This compound has a theoretical capacity density of 220 mAh / g when one Li ion is inserted per molecule, and the theoretical capacity density of a phosphate-based positive electrode active material having a conventional olivine type crystal structure (for example, LiFePO 4 Has the advantage of having an energy density greater than 170 mAh / g).
Further, as a positive electrode active material further discharge potential and energy density (Wh / kg) is greater than FeF3, (Li x K y Na 1-x-y) nMF3 ( wherein, x, y and n are 0 or more and 1 or less M is any one of Mn, Co and Ni, and a part of M is substituted with one or more of Mg, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V and In. May be included). This positive electrode active material has a fluorine-based perovskite structure, and M is Mn, Co, or Ni as a constituent element. In the fully charged state, it becomes MF 3 and M is considered to be a +3 state. In a complete discharge state, n = 1 and M is considered to be a +2 state. In this positive electrode active material, a redox wave is observed at a high potential of 4 V (vs Li / Li + ) or higher in cyclic voltammetry, and the positive electrode active material has a high discharge potential exceeding 4 V (vs Li / Li + ). This value is higher than the FeF 3 discharge voltage 3.3V (vs Li / Li +) , the energy density is positive electrode active material larger than FeF 3. Furthermore, since not only lithium ions but also sodium ions can enter and exit, it can be driven as a positive electrode active material of a lithium ion battery or a sodium ion battery.
(5) Others In addition, lithium-free FeF 3 , conjugated polymers using organic conductive materials, chevrel phase compounds, and 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.

(正極の前処理)
リチウムイオン電池用正極は、リチウムイオン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 performs an immersion treatment step of immersing the positive electrode in a pretreatment electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound before being incorporated in the lithium ion battery, Further, a positive voltage processing step for applying a positive voltage to the electrode is 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。
(負極活物質)
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。
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.
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a lower potential than the positive electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the negative electrode active material 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 , H 2 Ti 6 O 13 , Fe 2 O 3 etc. are mentioned. 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.

(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.

(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。
ケースはAl箔をポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)で覆ったAlラミネートフィルムを用いてもよい。その形状は、電池の目的用途に応じて任意に設計できる。
(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.
The case may be an Al laminate film in which an Al foil is covered with polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The shape can be arbitrarily designed according to the intended use of the battery.

<ナトリウムイオン電池>
この発明はナトリウムイオン電池に適用される。
ここに、ナトリウムイオン電池は電解液、正極、負極、セパレータ及びケースを備えてなる。
<Sodium ion battery>
The present invention is applied to a sodium ion battery.
Here, the sodium ion battery includes an electrolytic solution, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a case.

(電解液)
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、NaB1212−x、また、Bを含むボレイト系アニオンである、NaBOB(Sodium bis[oxalate]borate)、LiBCB(Sodium bis[croconato]borate)、NaCSB(Sodium bis[croconato salicylato]borate)、NaBSB(Sodium bis[salicylato(2-)]borate)、NaBBB(Sodium bis[1,2-benzenediolato(2-)]borate)、NaBNB(Sodium bis[2,3-naphtalene-diolato(2-)-O,O’]borate)、NaBBPB(Sodium bis[2,3-biphenyldiolato(2-)-O,O’]borate)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、プロパンサルトン)を0.1〜3重量%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形成され、耐食性が向上する。
(Electrolyte)
The electrolytic solution 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 , NaB 12 F 12-x H x , and borate anions containing B, such as NaBOB (Sodium bis [oxalate] borate), LiBCB (Sodium bis [croconato] borate), NaCSB (Sodium bis [croconato] salicylato] borate), NaBSB (Sodium bis [salicylato (2-)] borate), NaBBB (Sodium bis [1,2-benzenediolato (2-)] borate), NaBNB (Sodium bis [2,3-naphtalene-diolato ( 2-)-O, O ′] borate), NaBBPB (Sodium bis [2,3-biphenyldiolato (2-)-O, O ′] borate) and the like. 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 weight% of various additives (for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite, propane sultone). 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 the organic solvent, one or more 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、ピメロニトリルNC(CHCN、スベロニトリル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 NC (CH 2 ) 4 CN, Pimeonitrile NC (CH 2 ) 5 CN, Suberonitrile NC (CH 2 ) 6 CN, Sebacononitrile NC (CH 2 ) 8 CN, Dodecandinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, etc. In addition to the chain dinitrile compound, it may have a branch such as 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN. 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。
正極活物質とは「二次電池の正極として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」をいう。また、ナトリウムイオン電池の正極活物質としては、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。
本発明の第1の正極活物質に用いることのできる物質としては、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。
また、(LiNa(3−x)Fe(式中、nは0以上1以下の数であり、xは0以上3以下の数であり、Feの一部はMg,Ni,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)で表される化合物も正極活物質として用いることができる。
この正極活物質は、4V(vs Li/Li+)程度という、高い放電電位を有する。また、理論容量密度は、理論的に最高の充電状態と考えられるFeの状態(すなわちn=0の状態)から、理論的に最高の放電状態と考えられるLiNa(3−x)Feの状態(すなわちn=1の状態)までで、リチウムイオンベースとして190mAh/gという高い値を示す。このため、電圧と電気容量密度を加味した理論容量密度は、700Wh/kg(=3.7V×190mAh/g)であり、高い容量密度が期待できる。この値は、LiFePOの理論容量密度である570Wh/kg(=3.4V×170mAh/g)の約1.23倍である。しかも、出入りするアルカリ金属として、リチウムイオン以外にナトリウムイオンも可能であるため、リチウムイオン電池の正極活物質としてだけでなく、ナトリウムイオン電池の正極活物質としても、用いることができる。
また、メタルふっ化物もナトリウムイオン電池の正極活物質として用いることができる。例えばペロブスカイト構造を有するFeFが挙げられる。この化合物はLiイオンを一分子あたり一個挿入した場合の理論容量密度が220mAh/gと計算され、従来のオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系の正極活物質の理論容量密度(例えば、LiFePOでは170mAh/g)よりも大きなエネルギー密度を有するという利点がある。
また、FeFよりもさらに放電電位及びエネルギー密度(Wh/kg)が大きい正極活物質として、(LiNa1−x−y)nMF3(式中、x,y及びnは0以上1以下の数であり、MはMn,Co及びNiのいずれかであり、該Mの一部はMg,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)が挙げられる。この正極活物質はフッ素系のペロブスカイト構造を有し、MとしてMnやCoやNiを構成元素としている。完全な充電状態ではMFとなり、Mは+3価の状態と考えられる。また、完全な放電状態では、n=1となり、Mは+2価の状態と考えられる。ナトリウムイオンのみならず、リチウムイオンも出入りが可能であるため、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の正極活物質として駆動させることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector.
The positive electrode active material refers to a “substance that can be reversibly oxidized and reduced by charge and discharge as a positive electrode of a secondary battery”. Further, the positive electrode active material of the sodium ion battery is required to be a material capable of reversibly intercalating and deintercalating sodium ions.
Examples of the material that can be used for the first positive electrode active material of the present invention include NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , and NaFe 1-x M 1 x O described in JP-A-2009-129741. 2 , NaNi 1-x M 1 x 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 selected from the group consisting of trivalent metals) Element, 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.
Further, (Li x Na (3-x) ) n Fe 2 F 7 (wherein n is a number of 0 or more and 1 or less, x is a number of 0 or more and 3 or less, and a part of Fe is Mg, A compound represented by one or more of Ni, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V, and In may also be used as the positive electrode active material.
This positive electrode active material has a high discharge potential of about 4 V (vs Li / Li + ). The theoretical capacity density is Li x Na (3-x ) which is considered to be the theoretically highest discharge state from the state of Fe 2 F 7 which is theoretically considered to be the highest charged state (ie, the state where n = 0). ) It shows a high value of 190 mAh / g as a lithium ion base up to the state of Fe 2 F 7 (that is, the state of n = 1). For this reason, the theoretical capacity density in consideration of voltage and electric capacity density is 700 Wh / kg (= 3.7 V × 190 mAh / g), and a high capacity density can be expected. This value is about 1.23 times the theoretical capacity density of LiFePO 4 570 Wh / kg (= 3.4 V × 170 mAh / g). Moreover, since sodium ions can be used as the incoming and outgoing alkali metals in addition to lithium ions, they can be used not only as positive electrode active materials for lithium ion batteries but also as positive electrode active materials for sodium ion batteries.
Metal fluorides can also be used as the positive electrode active material for sodium ion batteries. An example is FeF 3 having a perovskite structure. This compound has a theoretical capacity density of 220 mAh / g when one Li ion is inserted per molecule, and the theoretical capacity density of a phosphate-based positive electrode active material having a conventional olivine type crystal structure (for example, LiFePO 4 Has the advantage of having an energy density greater than 170 mAh / g).
In addition, as a positive electrode active material having a discharge potential and energy density (Wh / kg) larger than that of FeF 3 , (Li x K y Na 1-xy ) nMF3 (wherein x, y, and n are 0 or more and 1). M is any of Mn, Co, and Ni, and a part of M is substituted with one or more of Mg, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V, and In. May be used). This positive electrode active material has a fluorine-based perovskite structure, and M is Mn, Co, or Ni as a constituent element. In the fully charged state, it becomes MF 3 and M is considered to be a +3 state. In a complete discharge state, n = 1 and M is considered to be a +2 state. Since not only sodium ions but also lithium ions can enter and exit, it can be driven as a positive electrode active material for lithium ion batteries and sodium ion batteries.

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.

(正極の前処理)
ナトリウムイオン電池用正極は、ナトリウムイオン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ともできる。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ナトリ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。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 sodium ion battery is subjected to an immersion treatment step of immersing the positive electrode in a pretreatment electrolyte solution in which a sodium salt is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound before being incorporated in the sodium ion battery, Furthermore, a positive voltage processing step of applying a positive voltage to the electrodes can be performed. The electrode thus pretreated has a wide potential window even when used in an electrolyte solution containing no nitrile compound or an electrolyte solution with a small amount of nitrile compound added. It becomes difficult to disassemble. 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。
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。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode active material and a current collector.
The negative electrode active material 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.

集電体は汎用的な導電性金属材料、Cu、Al、Ni、Ti、SUS304、SUS316、SUS316L等で形成することができるが、電解液中のNa塩に応じて適宜選択する必要がある。   The current collector can be formed of a general-purpose conductive metal material, such as Cu, Al, Ni, Ti, SUS304, SUS316, and SUS316L. However, it is necessary to appropriately select the current collector according to the Na salt in the electrolytic solution.

(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、Na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 to prevent a short circuit therebetween, and allows the passage of Na 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。
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 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.

11a、21a、31a…正極活物質(第1の正極活物質)
11b、21b、31b…正極活物質(第2の正極活物質)
11、12…二次電池用正極(11…コーティング粒子、12…導電助剤)
13…集電体
11a, 21a, 31a ... positive electrode active material (first positive electrode active material)
11b, 21b, 31b ... positive electrode active material (second positive electrode active material)
11, 12 ... Positive electrode for secondary battery (11 ... Coating particle, 12 ... Conductive aid)
13 ... current collector

Claims (3)

インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な第1の正極活物質と、前記第1の正極活物質の周りを覆うように形成され、Na1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなる第2の正極活物質と、を備え、
前記第1の正極活物質は、NaNiPOF、NaCoPOF、NaMnPOF、NaFePOF、NaNiPO、NaCoPO、NaMnPO、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。)、(LiNa(3−x)Fe(式中、nは0以上1以下の数であり、xは0以上3以下の数であり、Feの一部はMg,Ni,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)からなる群より選ばれた1種以上であることを特徴とする二次電池用正極。
The first positive electrode active material capable of entering and exiting sodium ions by intercalation and the first positive electrode active material are formed so as to cover the periphery of the first positive electrode active material, and Na 1-x FePO 4 (however, a part of Fe is Co , Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti, and Zr may be substituted with one or more, and x represents a number from 0 to less than 1. Two positive electrode active materials,
The first positive electrode active material is Na 2 NiPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 FePO 4 F, NaNiPO 4 , NaCoPO 4 , NaMnPO 4 , NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2. , NaMnO 2 , NaFe 1-x M 1 x O 2 , NaNi 1-x M 1 x O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (where M 1 is 3 It is one or more elements selected from the group consisting of valent metals, and 0 ≦ x <0.5.), (Li x Na (3-x) ) n Fe 2 F 7 (where n is 0 The number is 1 or less, x is a number from 0 to 3, and a part of Fe is one or more of Mg, Ni, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V, and In. Selected from the group consisting of (optionally substituted) A positive electrode for a secondary battery, characterized in that the at least one.
インターカレーションによるナトリウムイオンの出入りが可能な正極活物質と、前記正極活物質の周りを覆うように形成され、前記正極活物質の腐食を防止する耐食性シェルと、前記正極活物質及び前記耐食性シェルのうち少なくとも前記耐食性シェルの表面に形成されたグラッシーカーボン皮膜及び/又は導電性ダイヤモンドライクカーボン皮膜とを備え、前記耐食性シェルはNa1−xFePO(ただし、Feの一部はCo、Ni、Mn、Fe、Mg、Cu、Cr、V、Li、Nb、Ti及びZrのうちの1種以上で置換されていてもよく、xは0以上1未満の数を示す)からなること、若しくは前記耐食性シェルはAl、Nb、Ta、ZrO、ZnO、AlF、HfF、BiOFからなる群より選ばれた1種以上からなることを特徴とする二次電池用正極。 A positive electrode active material capable of entering and exiting sodium ions by intercalation; a corrosion-resistant shell formed to cover the positive electrode active material and preventing corrosion of the positive electrode active material; the positive electrode active material and the corrosion-resistant shell At least a glassy carbon film and / or a conductive diamond-like carbon film formed on the surface of the corrosion-resistant shell, wherein the corrosion-resistant shell is Na 1-x FePO 4 (provided that a part of Fe is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Cu, Cr, V, Li, Nb, Ti and Zr may be substituted with one or more, and x represents a number from 0 to less than 1, or The corrosion-resistant shell is a group consisting of Al 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ZnO, AlF 3 , HfF 4 , and BiOF. A positive electrode for a secondary battery, comprising at least one selected from the above. 前記正極活物質は、NaNiPOF、NaCoPOF、NaMnPOF、NaFePOF、NaNiPO、NaCoPO、NaMnPO、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。)、(LiNa(3−x)Fe(式中、nは0以上1以下の数であり、xは0以上3以下の数であり、Feの一部はMg,Ni,Cu,Co,Mn,Al,Cr,Ga,V及びInの一種又は二種以上で置換されていてもよい)からなる群より選ばれた1種以上であることを特徴とする請求項2記載の二次電池用正極。 The positive electrode active material is Na 2 NiPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 FePO 4 F, NaNiPO 4 , NaCoPO 4 , NaMnPO 4 , NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2. NaFe 1-x M 1 x O 2 , NaNi 1-x M 1 x O 2 , NaCo 1-x M 1 x O 2 , NaMn 1-x M 1 x O 2 (where M 1 is a trivalent metal) 1 or more elements selected from the group consisting of 0 ≦ x <0.5.), (Li x Na (3-x) ) n Fe 2 F 7 (wherein n is 0 or more and 1 or less) X is a number of 0 or more and 3 or less, and a part of Fe is substituted with one or more of Mg, Ni, Cu, Co, Mn, Al, Cr, Ga, V and In. 1 type selected from the group consisting of A positive electrode for a secondary battery according to claim 2, characterized in that the top.
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