JP6260218B2 - Aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、水溶液系二次電池に関し、より詳しくは、リチウムイオン及び/又はナトリウムイオンが溶解された水溶液系二次電池に関する。   The present invention relates to an aqueous secondary battery, and more particularly to an aqueous secondary battery in which lithium ions and / or sodium ions are dissolved.

従来、この種の水溶液系二次電池としては、チタン及びリンを含む複合化合物(例えばLiTi2(PO43やNaTi2(PO43など)を負極活物質として含む負極と、ナトリウムイオンが溶解された水溶液である電解液とを備えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電池では、ナトリウムイオンを含む水溶液系電解液で作動することができる。また、水溶液系二次電池としては、Na32(PO43で表される正極活物質と、例えばLiTi2(PO43やNaTi2(PO43などの負極活物質とを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電池は、正極及び負極において、ナトリウムイオンを吸蔵放出することができ、耐久性が高く、非水系二次電池や水溶液系リチウム二次電池に比して、より高出力であり、より高レート特性を有している。例えば、水溶液中のナトリウムイオンは、水和水との相互作用が比較的小さいため、電極反応であるナトリウムイオンの挿入脱離の際の脱水和エネルギーが小さく、リチウムイオンと比較して早い挿入脱離特性を示すからである。 Conventionally, as this type of aqueous secondary battery, a negative electrode containing a composite compound containing titanium and phosphorus (for example, LiTi 2 (PO 4 ) 3 or NaTi 2 (PO 4 ) 3 ) as a negative electrode active material, sodium ion And an electrolytic solution that is an aqueous solution in which is dissolved (for example, see Patent Document 1). This battery can be operated with an aqueous electrolyte containing sodium ions. As the aqueous secondary battery, a negative electrode active material such as Na 3 V 2 (PO 4) and the positive electrode active material represented by 3, for example, LiTi 2 (PO 4) 3 and NaTi 2 (PO 4) 3 Have been proposed (see, for example, Patent Document 1). This battery can occlude and release sodium ions in the positive electrode and the negative electrode, has high durability, and has higher output and higher rate than non-aqueous secondary batteries and aqueous lithium secondary batteries. It has characteristics. For example, sodium ions in an aqueous solution have a relatively small interaction with hydration water, so that the dehydration energy during insertion and desorption of sodium ions, which is an electrode reaction, is small, and the insertion and desorption is faster than lithium ions. It is because it shows a separation characteristic.

特開2011−86402号公報JP 2011-86402 A 特開2012−3928号公報JP 2012-3928 A

しかしながら、上述の特許文献1、2の水溶液系二次電池では、比較的安定に動作することができるが、非水系リチウム二次電池などに比してサイクル耐久性が低いことがあった。水溶液系二次電池では、利用することができる活物質の種類が現状では少なく、充放電することができるか否かの検討が行われているところであり、サイクル耐久性の向上の検討はまだ十分ではなかった。   However, the aqueous secondary batteries of Patent Documents 1 and 2 described above can operate relatively stably, but the cycle durability may be lower than that of a non-aqueous lithium secondary battery or the like. In the case of aqueous secondary batteries, there are currently only a few types of active materials that can be used, and whether or not they can be charged / discharged is being investigated. It wasn't.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、サイクル耐久性をより向上することができる水溶液系二次電池を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the aqueous solution type secondary battery which can improve cycling durability more.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、リチウムイオン及びナトリウムイオンを電荷担体として用いる水溶液系電池において、電解液に亜鉛イオン及び鉛イオンのうちいずれか一方を含むものとすると、サイクル耐久性をより向上することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to achieve the above-described object, the inventors of the present invention assume that in an aqueous battery using lithium ions and sodium ions as charge carriers, the electrolyte contains either one of zinc ions and lead ions. Thus, the present inventors have found that the cycle durability can be further improved and completed the present invention.

即ち、本発明の水溶液系二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在しリチウムイオン及び/又はナトリウムイオンが溶解され、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも一方を含む水溶液である電解液と、を備えたものである。   That is, the aqueous secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a lithium ion and / or sodium ion dissolved between the positive electrode and the negative electrode, and at least one of zinc ion and lead ion. And an electrolytic solution that is an aqueous solution.

本発明の水溶液系二次電池は、サイクル耐久性をより向上することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、水溶液の電解液では、充放電時に水の電気分解が生じる不具合がある。本発明の水溶液系二次電池では、電解液に含まれている亜鉛イオンや鉛イオンが、単体のイオン又はOH-を一部取り入れたアニオンとして負極活物質及び導電材の表面に吸着することにより、負極の水素発生反応の過電圧を上昇させ、充放電を行う負極上での水素発生をより抑制し、正負極の容量バランスのずれをより抑制することが推測される。このため、サイクル耐久性をより向上することができるものと考えられる。 The aqueous secondary battery of the present invention can further improve cycle durability. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, an aqueous electrolyte solution has a problem that electrolysis of water occurs during charging and discharging. In the aqueous secondary battery of the present invention, zinc ions and lead ions contained in the electrolytic solution are adsorbed on the surface of the negative electrode active material and the conductive material as anion or a part of an OH ion. It is presumed that the overvoltage of the hydrogen generation reaction of the negative electrode is increased, hydrogen generation on the negative electrode that is charged and discharged is further suppressed, and the deviation in capacity balance between the positive and negative electrodes is further suppressed. For this reason, it is thought that cycle durability can be improved more.

本発明の水溶液系二次電池10の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the aqueous solution type secondary battery 10 of this invention.

本発明の水溶液系二次電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に介在しリチウムイオン及び/又はナトリウムイオンが溶解され、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも一方を含む水溶液である電解液と、を備えている。なお、電解液にリチウムイオンが溶解されている場合は、水溶液系リチウム二次電池であり、電解液にナトリウムイオンが溶解されている場合は、水溶液系ナトリウム二次電池である。   The aqueous secondary battery of the present invention is an aqueous solution containing at least one of zinc ions and lead ions, which is interposed between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode, in which lithium ions and / or sodium ions are dissolved. An electrolyte solution. In addition, when lithium ion is melt | dissolved in electrolyte solution, it is an aqueous solution type lithium secondary battery, and when sodium ion is melt | dissolved in electrolyte solution, it is an aqueous solution type sodium secondary battery.

本発明の水溶液系二次電池の正極は、リチウムイオンを吸蔵放出する正極活物質を含むものとしてもよい。また、本発明の水溶液系二次電池の正極は、ナトリウムイオンを吸蔵放出する正極活物質を含むものとしてもよい。この正極活物質は、水溶液中でアルカリ(リチウムやナトリウム)イオンを吸蔵放出可能なものであれば特に限定されずに用いることができるが、例えば、リン酸鉄リチウム及びプルシアンブルー類似体のうち少なくとも一方を含むものとしてもよい。このうち、充電時の上限電圧をより高めることができ、サイクル耐久性をより向上することができることから、プルシアンブルー類似体がより好ましい。リン酸鉄リチウムは、リチウムイオンを吸蔵放出するものであり、基本組成式LiFePO4としてもよい。また、ナトリウムを含むプルシアンブルー類似体は、ナトリウムイオンを吸蔵放出するものである。このプルシアンブルー類似体は、例えば、ナトリウムを含み更にニッケル、銅、マンガン及び亜鉛のうち1以上を含むものとしてもよい。この正極活物質は、基本組成式Na2NiFe(CN)6や、基本組成式Na2CuFe(CN)6、基本組成式Na2MnFe(CN)6、基本組成式Na2Zn3[Fe(CN)62のプルシアンブルー類似体としてもよく、このうち、基本組成式Na2MnFe(CN)6及び基本組成式Na2Zn3[Fe(CN)62のプルシアンブルー類似体がより好ましい。また、正極活物質は、基本組成式NaxyzFe(CN)6・aH2O(但し、MはMn及びZnのうち1以上、0.5<x≦2.0、0≦y≦0.50、1.0≦z≦2.0、aは任意の数)で表されるプルシアンブルー類似体であるものとしてもよい。このとき、プルシアンブルー類似体は、Kを含まないものとしてもよいが、Kを含む方がより好ましい。例えば、上記基本組成式において、0.05≦y≦0.20であることが好ましい。なお、リン酸鉄リチウム及びプルシアンブルー類似体は、基本組成式における各元素の一部が他の元素で置換されていてもよいし、化学量論組成のものだけでなく、一部の元素が欠損または過剰となる非化学量論組成のものであってもよい。本発明の水溶液系二次電池において、正極活物質としては、上述したプルシアンブルー類似体を単独で又は2種以上を組み合わせたものを用いてもよく、その他の化合物を含んでもよい。 The positive electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may include a positive electrode active material that absorbs and releases lithium ions. The positive electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may contain a positive electrode active material that occludes and releases sodium ions. The positive electrode active material can be used without particular limitation as long as it can occlude and release alkali (lithium or sodium) ions in an aqueous solution. For example, at least one of lithium iron phosphate and Prussian blue analogs can be used. One may be included. Among these, the Prussian blue analog is more preferable because the upper limit voltage during charging can be further increased and cycle durability can be further improved. Lithium iron phosphate occludes and releases lithium ions and may have the basic composition formula LiFePO 4 . In addition, Prussian blue analogs containing sodium occlude and release sodium ions. The Prussian blue analog may include, for example, sodium and further one or more of nickel, copper, manganese, and zinc. This positive electrode active material includes basic composition formula Na 2 NiFe (CN) 6 , basic composition formula Na 2 CuFe (CN) 6 , basic composition formula Na 2 MnFe (CN) 6 , basic composition formula Na 2 Zn 3 [Fe ( CN) 6 ] 2 may be a Prussian blue analogue, of which the Prussian blue analogue of the basic composition formula Na 2 MnFe (CN) 6 and the basic composition formula Na 2 Zn 3 [Fe (CN) 6 ] 2 is more preferable. The positive electrode active material has a basic composition formula Na x K y M z Fe (CN) 6 .aH 2 O (where M is one or more of Mn and Zn, 0.5 <x ≦ 2.0, 0 ≦ It may be a Prussian blue analog represented by y ≦ 0.50, 1.0 ≦ z ≦ 2.0, and a is an arbitrary number). At this time, the Prussian blue analog may not contain K, but it is more preferable to contain K. For example, in the above basic composition formula, it is preferable that 0.05 ≦ y ≦ 0.20. In addition, lithium iron phosphate and Prussian blue analogs may have a part of each element in the basic composition formula substituted with other elements, and not only in a stoichiometric composition, but also in some elements. It may have a non-stoichiometric composition that is deficient or excessive. In the aqueous secondary battery of the present invention, as the positive electrode active material, the above-mentioned Prussian blue analogs may be used alone or in combination of two or more, or other compounds may be included.

正極活物質としてのプルシアンブルー類似体は、ニッケルイオン、銅イオン、マンガンイオン及び亜鉛イオンのうちいずれか1以上を含む水溶液とヘキサシアノ鉄(II)酸ナトリウム水溶液とを混合することにより作製することができる。これらのイオンを含む水溶液としては、例えば、硝酸塩水溶液、硫酸塩水溶液などが挙げられる。この水溶液の混合は、例えば、室温(20℃や25℃)で行うことができる。また、この水溶液の混合は、例えば、窒素、希ガスなど、不活性雰囲気中で行うことが好ましい。また、水溶液の混合後、所定時間、撹拌することがより好ましい。こうすれば、生成する粉体の粒度を調整することができる。   The Prussian blue analog as the positive electrode active material can be prepared by mixing an aqueous solution containing any one or more of nickel ions, copper ions, manganese ions and zinc ions with an aqueous solution of sodium hexacyanoferrate (II). it can. Examples of the aqueous solution containing these ions include a nitrate aqueous solution and a sulfate aqueous solution. Mixing of this aqueous solution can be performed at room temperature (20 degreeC or 25 degreeC), for example. The aqueous solution is preferably mixed in an inert atmosphere such as nitrogen or a rare gas. Further, it is more preferable to stir for a predetermined time after mixing the aqueous solutions. In this way, the particle size of the generated powder can be adjusted.

本発明の水溶液系二次電池の正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合して正極材とし、集電体の表面に圧着してもよいし、この正極材に適当な溶剤を加えてペースト状としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極に含まれる導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。正極活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、水や有機溶剤を用いることができる。有機溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどを用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどを用いることができる。このうち、導電性や耐腐食性を考慮すると、アルミニウム、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも1種で形成されていることが好ましい。この集電体は、2種類以上を複合して用いてもよい。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。   The positive electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may be, for example, a positive electrode material obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, and may be pressure-bonded to the surface of the current collector. A paste obtained by adding a suitable solvent may be applied to the surface of the current collector and dried, and may be compressed to increase the electrode density as necessary. The conductive material contained in the positive electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the positive electrode. For example, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite) or artificial graphite, acetylene black , Carbon black, ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) or a mixture of two or more thereof can be used. Among these, as the conductive material, carbon black and acetylene black are preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorine-containing resin such as fluorine rubber, or polypropylene, Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene-propylene-dienemer (EPDM), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), etc. alone or as a mixture of two or more Can be used. As a solvent for dispersing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, water or an organic solvent can be used. As the organic solvent, for example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like can be used. Examples of the application method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. As the current collector, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, a conductive polymer, conductive glass, or the like can be used. Among these, in consideration of conductivity and corrosion resistance, it is preferably formed of at least one selected from aluminum, nickel and titanium. Two or more types of current collectors may be used in combination. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm.

本発明の水溶液系二次電池の負極は、リチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含むものとしてもよい。また、本発明の水溶液系二次電池の負極は、ナトリウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含むものとしてもよい。この負極活物質は、水溶液中でアルカリ(リチウムやナトリウム)イオンを吸蔵放出可能なものであれば特に限定されずに用いることができるが、例えば、チタン及びリンを含む複合化合物としてもよい。この複合化合物は、例えば、AxTi2(PO43(但し、Aはアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる1種以上であり、Xは0以上3以下である)であるものとしてもよい。この元素Aは、リチウム及びナトリウムであることが好ましい。例えば、この複合化合物は、NASICON型構造を有する基本組成式LiTi2(PO43及び基本組成式NaTi2(PO43のうち少なくとも一方であることが好ましい。LiTi2(PO43及びNaTi2(PO43は、リチウムイオン及びナトリウムイオンを吸蔵放出することができ、例えばナトリウムイオンの挿入脱離電位が、共に−0.75V(vs.Ag/AgCl)程度である。これは、ナトリウムイオンを吸蔵放出する場合、負極における水素発生の過電圧を加味した負極電位としては良好な電位であり、より大きな電池電圧を実現することができ、好ましい。本発明の水溶液系二次電池において、負極活物質としては、NASICON型負極活物質を単独で又は2以上を組み合わせたものを用いてもよく、その他の化合物を含んでもよい。なお、負極活物質はNASICON型構造を有するものでなくてもよい。また、負極活物質は、その表面が導電相によりコーティングされていることが好ましい。上述した複合化合物は、絶縁体であることが多く、導電性を高めることが好ましい。この導電相は、導電性を高めることができるものであればよく、例えば、カーボン、金属、窒化物、ホウ化物、酸化物、導電性高分子などのうち1以上を用いることができる。 The negative electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may contain a negative electrode active material that occludes and releases lithium ions. The negative electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may contain a negative electrode active material that occludes and releases sodium ions. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release alkali (lithium or sodium) ions in an aqueous solution. For example, the negative electrode active material may be a composite compound containing titanium and phosphorus. The composite compound is, for example, A x Ti 2 (PO 4 ) 3 (where A is one or more selected from alkali metals and alkaline earth metals, and X is 0 or more and 3 or less). Also good. This element A is preferably lithium and sodium. For example, the composite compound is preferably at least one of a basic composition formula LiTi 2 (PO 4 ) 3 and a basic composition formula NaTi 2 (PO 4 ) 3 having a NASICON type structure. LiTi 2 (PO 4 ) 3 and NaTi 2 (PO 4 ) 3 can occlude and release lithium ions and sodium ions. For example, both insertion and desorption potentials of sodium ions are −0.75 V (vs. Ag / AgCl) grade. This is preferable because, when sodium ions are occluded and released, the potential of the negative electrode taking into account the overvoltage of hydrogen generation at the negative electrode is a favorable potential, and a larger battery voltage can be realized. In the aqueous secondary battery of the present invention, as the negative electrode active material, a NASICON negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more, or other compounds may be included. Note that the negative electrode active material may not have a NASICON type structure. Further, the surface of the negative electrode active material is preferably coated with a conductive phase. The composite compound described above is often an insulator and preferably has high conductivity. The conductive phase is not particularly limited as long as it can increase conductivity, and for example, one or more of carbon, metal, nitride, boride, oxide, conductive polymer, and the like can be used.

本発明の水溶液系二次電池の負極は、例えば負極活物質と導電材と結着材とを混合して負極材とし、集電体の表面に圧着してもよいし、この負極材に適当な溶剤を加えてペースト状としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極で例示したものを用いることができる。負極の集電体には、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子及び導電性ガラスなどを用いることができる。このうち、導電性や耐腐食性を考慮すると、アルミニウム、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも1種で形成されていることが好ましい。この集電体は、2種類以上を複合したりして用いてもよい。集電体の形状は、正極と同様のものを用いることができる。   The negative electrode of the aqueous secondary battery of the present invention may be prepared by, for example, mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder to form a negative electrode material, which may be pressure-bonded to the surface of the current collector. A paste obtained by adding a suitable solvent may be applied to the surface of the current collector and dried, and may be compressed to increase the electrode density as necessary. As the conductive material, binder, solvent and the like used for the negative electrode, those exemplified for the positive electrode can be used. For the current collector of the negative electrode, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, baked carbon, a conductive polymer, conductive glass, or the like can be used. Among these, in consideration of conductivity and corrosion resistance, it is preferably formed of at least one selected from aluminum, nickel and titanium. This current collector may be used in combination of two or more. The shape of the current collector can be the same as that of the positive electrode.

本発明の水溶液系二次電池において、水溶液系電解液は、リチウム塩を主電解質とするもの、あるいは、ナトリウム塩を主電解質とするものであれば、特に限定されない。リチウム塩としては、例えばLiNO3、Li2SO4、LiOH、LiCl、及びCH3COOLi等が挙げられ、このうちLiNO3やLi2SO4が水への溶解性の観点から好ましい。これらのリチウム塩は、それぞれ単独で用いることもできるが、2種以上を併用することもできる。また、ナトリウム塩としては、例えばNaNO3、Na2SO4、NaOH、NaCl、及びCH3COONa等が挙げられ、このうちNaNO3やNa2SO4が水への溶解性の観点から好ましい。これらのナトリウム塩は、それぞれ単独で用いることもできるが、2種以上を併用することもできる。水溶液系電解液は、アルカリイオン(リチウムイオン及び/又はナトリウムイオン)を1mol/L以上含有することが好ましい。こうすれば、電極反応の交換電流密度が十分に高くなると考えられ、高い出力特性を実現できるからある。なお、アルカリイオンの濃度は、溶解限界以下であることが好ましい。水溶液系電解液のpHは、3以上11以下であることが好ましい。水溶液系電解液のpHが3以上であれば、負極上での水素発生過電圧が小さくなりすぎないため、副反応である水素発生が電池反応に競合して充放電効率が低下することなどを抑制することができ、好ましい。また、水溶液系電解液のpHが11以下であれば、正極上での酸素発生過電圧が小さくなりすぎないため、副反応である酸素発生が電池反応に競合して充放電効率が低下することなどを抑制することができ、好ましい。また、水溶液系電解液のpHが3以上11以下であれば、例えば、正負極の集電体などから金属が溶出しすぎるのをより抑制することができ、好ましい。 In the aqueous secondary battery of the present invention, the aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it has a lithium salt as a main electrolyte or a sodium salt as a main electrolyte. Examples of the lithium salt include LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiOH, LiCl, and CH 3 COOLi. Among these, LiNO 3 and Li 2 SO 4 are preferable from the viewpoint of solubility in water. These lithium salts can be used alone or in combination of two or more. Examples of the sodium salt include NaNO 3 , Na 2 SO 4 , NaOH, NaCl, and CH 3 COONa. Among these, NaNO 3 and Na 2 SO 4 are preferable from the viewpoint of solubility in water. These sodium salts can be used alone or in combination of two or more. The aqueous electrolyte solution preferably contains 1 mol / L or more of alkali ions (lithium ions and / or sodium ions). This is because the exchange current density of the electrode reaction is considered to be sufficiently high, and high output characteristics can be realized. In addition, it is preferable that the density | concentration of an alkali ion is below a solubility limit. The pH of the aqueous electrolyte solution is preferably 3 or more and 11 or less. If the pH of the aqueous electrolyte is 3 or higher, the hydrogen generation overvoltage on the negative electrode does not become too small, so that hydrogen generation, which is a side reaction, competes with the battery reaction to reduce the charge / discharge efficiency. Can be preferred. Further, if the pH of the aqueous electrolyte is 11 or less, the oxygen generation overvoltage on the positive electrode does not become too small, so that oxygen generation, which is a side reaction, competes with the battery reaction and the charge / discharge efficiency decreases. Can be suppressed, which is preferable. Moreover, if pH of aqueous electrolyte solution is 3 or more and 11 or less, it can suppress more that a metal elutes from the collector of a positive / negative electrode etc., for example, and is preferable.

本発明の水溶液系二次電池において、水溶液系電解液は、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも一方を含む。この水溶液系電解液は、亜鉛イオンが0.01mol/L以上含まれていることが好ましく、0.05mol/L以上含まれていることがより好ましい。亜鉛イオンが0.01mol/L以上では、亜鉛イオンの添加効果、例えば、サイクル耐久性を向上する効果をより発現することができる。また、この水溶液系電解液は、亜鉛イオンが0.50mol/L未満の範囲で含まれていることが好ましく、0.20mol/L以下の範囲で含まれていることがより好ましい。亜鉛イオンが0.50mol/L未満の範囲では、負極上に亜鉛金属として析出することをより抑制でき、好ましい。また、水溶液系電解液は、鉛イオンが0.01mol/L以上含まれていることが好ましく、0.05mol/L以上含まれていることがより好ましい。鉛イオンが0.01mol/L以上では、鉛イオンの添加効果、例えば、サイクル耐久性を向上する効果をより発現することができる。また、この水溶液系電解液は、鉛イオンが0.50mol/L未満の範囲で含まれていることが好ましく、0.20mol/L以下の範囲で含まれていることがより好ましい。鉛イオンが0.50mol/L未満の範囲では、負極上に鉛金属として析出することをより抑制でき、好ましい。この水溶液系電解液は、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも1種を含むことが好ましく、2種を含むものとしてもよい。また、亜鉛イオン及び鉛イオンは、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、塩化物、酢酸塩などにより水溶液系電解液に添加されているものとしてもよい。このうち、硝酸塩及び硫酸塩が好ましい。即ち、亜鉛イオン及び鉛イオンの対アニオンは、硝酸イオン及び硫酸イオンのうち少なくとも一方としてもよい。   In the aqueous secondary battery of the present invention, the aqueous electrolyte contains at least one of zinc ions and lead ions. This aqueous electrolyte solution preferably contains 0.01 mol / L or more of zinc ions, and more preferably contains 0.05 mol / L or more. When the zinc ions are 0.01 mol / L or more, the effect of adding zinc ions, for example, the effect of improving cycle durability can be further expressed. The aqueous electrolyte solution preferably contains zinc ions in a range of less than 0.50 mol / L, and more preferably in a range of 0.20 mol / L or less. When the zinc ion is less than 0.50 mol / L, precipitation as zinc metal on the negative electrode can be further suppressed, which is preferable. The aqueous electrolyte solution preferably contains 0.01 mol / L or more of lead ions, and more preferably contains 0.05 mol / L or more. When the lead ion is 0.01 mol / L or more, the effect of adding lead ion, for example, the effect of improving cycle durability can be further expressed. The aqueous electrolyte solution preferably contains lead ions in a range of less than 0.50 mol / L, and more preferably in a range of 0.20 mol / L or less. In the range where lead ions are less than 0.50 mol / L, it is possible to further suppress the precipitation of lead metal on the negative electrode, which is preferable. This aqueous electrolyte solution preferably contains at least one of zinc ions and lead ions, and may contain two types. In addition, zinc ions and lead ions may be added to the aqueous electrolyte solution by nitrates, sulfates, hydroxides, chlorides, acetates, or the like. Of these, nitrates and sulfates are preferred. That is, the counter anion of zinc ion and lead ion may be at least one of nitrate ion and sulfate ion.

本発明の水溶液系二次電池は、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。このセパレータには、水溶液系電解液が浸透してイオンが透過しやすいように、親水処理を施すのが好ましい。セパレータとしては、水溶液系ナトリウム二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   The aqueous secondary battery of the present invention may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is preferably subjected to a hydrophilic treatment so that the aqueous electrolyte solution can penetrate and ions can easily pass therethrough. The separator is not particularly limited as long as it is a composition that can withstand the range of use of an aqueous sodium secondary battery. For example, polymer nonwoven fabrics such as polypropylene nonwoven fabrics and polyphenylene sulfide nonwoven fabrics, and olefinic resins such as polyethylene and polypropylene are used. A thin microporous membrane can be mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明の水溶液系二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図1は、本発明の水溶液系二次電池10の一例を示す模式図である。この水溶液系二次電池10は、集電体11に正極活物質12を形成した正極シート13と、集電体14の表面に負極活物質17を形成した負極シート18と、正極シート13と負極シート18との間に設けられたセパレータ19と、正極シート13と負極シート18の間を満たす電解液20と、を備えたものである。この水溶液系二次電池10では、正極シート13と負極シート18との間にセパレータ19を挟み、これらを捲回して円筒ケース22に挿入し、正極シート13に接続された正極端子24と負極シートに接続された負極端子26とを配設して形成されている。ここでは、電解液20は、リチウムイオン及び/又はナトリウムイオンが溶解され、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも一方を含む水溶液である。   The shape of the aqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the aqueous solution type secondary battery 10 of the present invention. This aqueous secondary battery 10 includes a positive electrode sheet 13 in which a positive electrode active material 12 is formed on a current collector 11, a negative electrode sheet 18 in which a negative electrode active material 17 is formed on the surface of a current collector 14, a positive electrode sheet 13 and a negative electrode The separator 19 provided between the sheet 18 and the electrolytic solution 20 filling the space between the positive electrode sheet 13 and the negative electrode sheet 18 are provided. In this aqueous secondary battery 10, a separator 19 is sandwiched between a positive electrode sheet 13 and a negative electrode sheet 18, these are wound and inserted into a cylindrical case 22, and a positive electrode terminal 24 and a negative electrode sheet connected to the positive electrode sheet 13. And a negative electrode terminal 26 connected to each other. Here, the electrolytic solution 20 is an aqueous solution in which lithium ions and / or sodium ions are dissolved and contains at least one of zinc ions and lead ions.

以上詳述した本実施形態の水溶液系二次電池では、サイクル耐久性をより向上することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、水溶液の電解液では、充放電時に水の電気分解が生じる不具合がある。本発明の水溶液系二次電池では、電解液に含まれている亜鉛イオンや鉛イオンが、単体のイオン又はOH-を一部取り入れたアニオンとして負極活物質及び導電材の表面に吸着することにより、負極の水素発生反応の過電圧を上昇させ、充放電を行う負極上での水素発生をより抑制し、正負極の容量バランスのずれをより抑制することが推測される。このため、サイクル耐久性をより向上することができるものと考えられる。また、本実施形態の水溶液系ナトリウム二次電池では、地殻及び海水中などに豊富に含まれるナトリウムイオンと、比較的豊富に存在する亜鉛イオンや鉛イオンを含む水溶液を電解液として用いるため、資源量の面からも、コストや量産性の面でより優れている。更に、ナトリウムを含むプルシアンブルー類似体を正極活物質とするものにおいては、マンガンや亜鉛の硝酸塩とヘキサシアノ鉄(II)酸ナトリウム溶液とを混合することにより作製することができ、より容易な製造工程で製造することができる。 In the aqueous solution type secondary battery of the present embodiment described in detail above, cycle durability can be further improved. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, an aqueous electrolyte solution has a problem that electrolysis of water occurs during charging and discharging. In the aqueous secondary battery of the present invention, zinc ions and lead ions contained in the electrolytic solution are adsorbed on the surface of the negative electrode active material and the conductive material as anion or a part of an OH ion. It is presumed that the overvoltage of the hydrogen generation reaction of the negative electrode is increased, hydrogen generation on the negative electrode that is charged and discharged is further suppressed, and the deviation in capacity balance between the positive and negative electrodes is further suppressed. For this reason, it is thought that cycle durability can be improved more. In the aqueous sodium secondary battery of the present embodiment, an aqueous solution containing abundant sodium ions and relatively abundant zinc ions and lead ions in the earth's crust and seawater is used as an electrolyte solution. From the viewpoint of quantity, it is superior in terms of cost and mass productivity. Furthermore, in the case where the Prussian blue analog containing sodium is used as the positive electrode active material, it can be prepared by mixing a nitrate of manganese or zinc and a sodium hexacyanoferrate (II) solution, and an easier manufacturing process Can be manufactured.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

以下には、リチウムイオン又はナトリウムイオンが溶解され、亜鉛イオン又は鉛イオンを含む水溶液である電解液を備えた水溶液系二次電池を具体的に作製した例を、実施例として説明する。まず、活物質の作製方法について説明する。   Hereinafter, an example in which an aqueous solution type secondary battery including an electrolytic solution that is an aqueous solution containing zinc ions or lead ions and in which lithium ions or sodium ions are dissolved will be described as an example. First, a method for manufacturing an active material will be described.

<LiFePO4の作製>
出発原料として鉄の価数が2価であるフマル酸鉄、リン酸二水素リチウムをモル比でFe:Pが1:1となるように混合し、ペレット状に成形して650℃、Ar雰囲気下で16時間焼成することによりLiFePO4を作製した。
<Preparation of LiFePO 4 >
As a starting material, iron fumarate having a valence of iron and lithium dihydrogen phosphate are mixed at a molar ratio of Fe: P of 1: 1, and formed into a pellet shape at 650 ° C. in an Ar atmosphere. LiFePO 4 was produced by firing for 16 hours underneath.

<Na2MnFe(CN)6の作製>
硝酸マンガン及びヘキサシアノ鉄(II)酸ナトリウムをそれぞれ、脱酸素処理した脱イオン水に不活性雰囲気中で十分に溶解させた。硝酸マンガンが溶解された水溶液をヘキサシアノ鉄(II)酸ナトリウム水溶液に混合し、不活性雰囲気下で一晩撹拌した。得られた白色粉末を濾過、乾燥し、基本組成式Na2MnFe(CN)6の粉末を得た。得られた粉末の組成分析をICP分析で行い、熱重量測定により結晶水の量を測定し、鉄の含有モル数を1とした相対値で表すと、その組成式は、Na1.510.09Mn1.13Fe(CN)6・3.0H2Oであった。
<Preparation of Na 2 MnFe (CN) 6 >
Manganese nitrate and sodium hexacyanoferrate (II) were each sufficiently dissolved in deoxygenated deionized water in an inert atmosphere. The aqueous solution in which manganese nitrate was dissolved was mixed with an aqueous solution of sodium hexacyanoferrate (II) and stirred overnight under an inert atmosphere. The resulting white powder was filtered and dried to obtain a powder of the basic composition formula Na 2 MnFe (CN) 6 . The composition analysis of the obtained powder was performed by ICP analysis, the amount of water of crystallization was measured by thermogravimetry, and expressed as a relative value with the number of moles of iron taken as 1, the composition formula was Na 1.51 K 0.09 Mn 1.13 Fe (CN) 6 .3.0H 2 O.

<LiTi2(PO43の作製>
チタンイソプロポキシド、酢酸リチウム、リン酸二水素アンモニウムを原料として用いた。チタンイソプロポキシドを2−プロパノールで希釈した溶液と、酢酸リチウム及びリン酸二水素アンモニウムを水に溶解した溶液とをLiTi2(PO43の組成になるように混合し、チタンイソプロポキシドを加水分解した。得られた白濁溶液を真空乾燥し、白色の粉末を得た。得られた粉末を400℃で12時間熱処理したあと、700℃で16時間空気中で焼成し、LiTi2(PO43の粉末を得た。得られたLiTi2(PO43の粉末に、導電性を高めるべくカーボンコートを行った。炭素源としてのスクロースを溶解した水溶液にLiTi2(PO43の粉末を入れ、乾燥したのち、不活性雰囲気(Ar)中、650℃で4時間処理を行い、活物質粉末の表面に炭素をコートした。
<Preparation of LiTi 2 (PO 4 ) 3 >
Titanium isopropoxide, lithium acetate, and ammonium dihydrogen phosphate were used as raw materials. A solution in which titanium isopropoxide is diluted with 2-propanol and a solution in which lithium acetate and ammonium dihydrogen phosphate are dissolved in water are mixed so as to have a composition of LiTi 2 (PO 4 ) 3 , and titanium isopropoxide is mixed. Was hydrolyzed. The resulting cloudy solution was vacuum-dried to obtain a white powder. The obtained powder was heat-treated at 400 ° C. for 12 hours and then calcined in air at 700 ° C. for 16 hours to obtain a LiTi 2 (PO 4 ) 3 powder. The obtained LiTi 2 (PO 4 ) 3 powder was subjected to carbon coating to enhance conductivity. LiTi 2 (PO 4 ) 3 powder is put into an aqueous solution in which sucrose as a carbon source is dissolved, dried, and then treated at 650 ° C. for 4 hours in an inert atmosphere (Ar). Coated.

<NaTi2(PO43の作製>
原料として酢酸リチウムの代わりに酢酸ナトリウムを用いた以外はLiTi2(PO43の作製と同様の工程を経てNaTi2(PO43の粉末を得た。得られた粉末は、LiTi2(PO43と同様にカーボンコートを行った。
<Preparation of NaTi 2 (PO 4 ) 3 >
A powder of NaTi 2 (PO 4 ) 3 was obtained through the same process as the preparation of LiTi 2 (PO 4 ) 3 except that sodium acetate was used instead of lithium acetate as a raw material. The obtained powder was carbon coated in the same manner as LiTi 2 (PO 4 ) 3 .

[実施例1]
LiFePO4を正極活物質として含む正極、LiTi2(PO43を負極活物質として含む負極、LiNO3を電解質として含む水溶液である電解液とを用いた水溶液系二次電池を作製した。正極活物質を80質量%、導電材のカーボンブラックを10質量%、結着材としてカルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンゴムとの混合物を10質量%としてよく混合し、分散剤として水を適量加え、分散させてスラリー状正極合材とした。この正極合材を厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥させたあと、ロールプレスで高密度化し、正極シート電極とした。この正極シート電極を所定形状に切り出し、集電箔の露出部にAlタブを溶接した。次に、負極活物質を80質量%、導電材のカーボンブラックを10質量%、結着材としてカルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンゴムとの混合物を10質量%としてよく混合し、分散剤として水を適量加え、分散させてスラリー状負極合材とした。この負極合材を厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥させたあと、ロールプレスで高密度化し、負極シート電極とした。この負極シート電極を所定形状に切り出し、集電箔の露出部にAlタブを溶接した。作製した正・負極シート電極を親水処理を施したポリオレフィン製のセパレータを介してロール状に捲回し、円筒状のアルミラミネート外装体に挿入し、電解液を注入したあと、溶着して密閉した。この電池は、正極容量を負極容量より小さくした正極規制の電池とし200mAhの設計容量とした。電解液には、6mol/LのLiNO3水溶液に0.05mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた。電解液のpHは5であった。得られた水溶液系二次電池を実施例1とした。
[Example 1]
An aqueous secondary battery using a positive electrode containing LiFePO 4 as a positive electrode active material, a negative electrode containing LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a negative electrode active material, and an electrolytic solution which is an aqueous solution containing LiNO 3 as an electrolyte was produced. 80% by mass of the positive electrode active material, 10% by mass of carbon black as a conductive material, 10% by mass of a mixture of carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber as a binder, and mix well, and an appropriate amount of water is added and dispersed. Thus, a slurry-like positive electrode mixture was obtained. The positive electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and then densified with a roll press to obtain a positive electrode sheet electrode. The positive electrode sheet electrode was cut into a predetermined shape, and an Al tab was welded to the exposed portion of the current collector foil. Next, 80% by mass of the negative electrode active material, 10% by mass of carbon black as a conductive material, 10% by mass of a mixture of carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber as a binder are mixed well, and an appropriate amount of water is added as a dispersant. And dispersed to obtain a slurry-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried, and then densified with a roll press to obtain a negative electrode sheet electrode. This negative electrode sheet electrode was cut into a predetermined shape, and an Al tab was welded to the exposed portion of the current collector foil. The prepared positive / negative electrode sheet electrodes were wound into a roll shape through a polyolefin separator subjected to a hydrophilic treatment, inserted into a cylindrical aluminum laminate outer package, injected with an electrolytic solution, and then welded and sealed. This battery was a positive electrode regulated battery having a positive electrode capacity smaller than the negative electrode capacity, and a design capacity of 200 mAh. As the electrolytic solution, a 6 mol / L LiNO 3 aqueous solution in which 0.05 mol / L ZnSO 4 was dissolved was used. The pH of the electrolytic solution was 5. The obtained aqueous secondary battery was referred to as Example 1.

[実施例2、3]
電解液として6mol/LのLiNO3水溶液に、0.10mol/L、0.20mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、それぞれ実施例2、3とした。
[Examples 2 and 3]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 6 mol / L LiNO 3 aqueous solution was dissolved in 0.10 mol / L and 0.20 mol / L ZnSO 4 as the electrolytic solution. These were designated as Examples 2 and 3, respectively.

[実施例4]
電解液として2mol/LのLi2SO4水溶液に、0.05mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、実施例4とした。電解液のpHは5であった。
[Example 4]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 2 mol / L Li 2 SO 4 aqueous solution was dissolved in 0.05 mol / L ZnSO 4 as an electrolytic solution. It was set to 4. The pH of the electrolytic solution was 5.

[実施例5]
電解液として6mol/LのLiNO3水溶液に、0.05mol/LのPbSO4を溶解したものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、実施例5とした。
[Example 5]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 6 mol / L LiNO 3 aqueous solution was used and an 0.05 mol / L PbSO 4 solution was used as the electrolytic solution. did.

[実施例6]
正極活物質としてNa2MnFe(CN)6を用い、負極活物質としてNaTi2(PO43を用い、電解液として5mol/LのNaNO3水溶液に、0.05mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、実施例6とした。
[Example 6]
Na 2 MnFe (CN) 6 is used as the positive electrode active material, NaTi 2 (PO 4 ) 3 is used as the negative electrode active material, and 0.05 mol / L ZnSO 4 is dissolved in 5 mol / L NaNO 3 aqueous solution as the electrolyte. An aqueous solution type secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepared one was used, and Example 6 was obtained.

[実施例7]
電解液として2mol/LのNa2SO4水溶液に、0.05mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた以外は実施例6と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、実施例7とした。
[Example 7]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that a 2 mol / L Na 2 SO 4 aqueous solution was dissolved in 0.05 mol / L ZnSO 4 as the electrolyte. It was set to 7.

[実施例8]
電解液として5mol/LのNaNO3水溶液に、0.05mol/LのPbSO4を溶解したものを用いた以外は実施例6と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、実施例8とした。
[Example 8]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that a 5 mol / L NaNO 3 aqueous solution in which 0.05 mol / L PbSO 4 was dissolved was used as the electrolytic solution. did.

[比較例1]
電解液として6mol/LのLiNO3水溶液に、ZnSO4やPbSO4を溶解しないものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、比較例1とした。
[Comparative Example 1]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 6 mol / L LiNO 3 aqueous solution that did not dissolve ZnSO 4 or PbSO 4 was used as an electrolytic solution.

[比較例2]
電解液として6mol/LのLiNO3水溶液に、0.50mol/LのZnSO4を溶解したものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、比較例2とした。
[Comparative Example 2]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 6 mol / L LiNO 3 aqueous solution dissolved in 0.50 mol / L ZnSO 4 was used as the electrolytic solution. did.

[比較例3]
電解液として2mol/LのLi2SO4水溶液に、ZnSO4やPbSO4を溶解しないものを用いた以外は実施例1と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、比較例3とした。
[Comparative Example 3]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 2 mol / L Li 2 SO 4 aqueous solution that did not dissolve ZnSO 4 or PbSO 4 was used as an electrolytic solution. .

[比較例4]
電解液として5mol/LのNaNO3水溶液に、ZnSO4やPbSO4を溶解しないものを用いた以外は実施例6と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、比較例4とした。
[Comparative Example 4]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that a 5 mol / L NaNO 3 aqueous solution that did not dissolve ZnSO 4 or PbSO 4 was used as an electrolytic solution.

[比較例5]
電解液として2mol/LのNa2SO4水溶液に、ZnSO4やPbSO4を溶解しないものを用いた以外は実施例6と同様の方法で水溶液系二次電池を作製し、比較例5とした。作製した各実施例及び比較例の正極活物質、負極活物質、電解液、添加剤の種類及び添加量、電池性能評価の上限電圧及び下限電圧をまとめて表1に示す。
[Comparative Example 5]
An aqueous secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that a 2 mol / L Na 2 SO 4 aqueous solution that did not dissolve ZnSO 4 or PbSO 4 was used as an electrolytic solution. . Table 1 shows the positive electrode active material, the negative electrode active material, the electrolytic solution, the types and amounts of additives, the upper limit voltage and the lower limit voltage for battery performance evaluation of each example and comparative example.

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Figure 0006260218

(電池性能評価)
作製した各電池に対して、活性化処理を行った。まず、活物質に応じて設定した上限電圧と下限電圧との間を0.2Cで3サイクル充放電した。次に、上限電圧まで0.1Cで定電流充電後、定電圧充電し、その後、0.1Cで下限電圧まで定電流放電した。このとき得られた容量を初期容量(mAh)とした。表2に各電池の構成、上限電圧及び下限電圧を示す。また、活性化処理を行った各電池を用いて、サイクル耐久試験を行った。活物質に応じて設定した上限電圧と下限電圧との間を25℃、1Cで200サイクル充放電した。次に、上限電圧まで0.1Cで定電流充電後、定電圧充電し、その後0.1Cで下限電圧まで定電流放電し、得られた容量を耐久後容量(mAh)とした。また、(耐久後容量)/(初期容量)×100を容量維持率(%)とした。
(Battery performance evaluation)
The activation process was performed with respect to each produced battery. First, charging and discharging were performed for 3 cycles at 0.2 C between the upper limit voltage and the lower limit voltage set according to the active material. Next, after constant current charging at 0.1 C up to the upper limit voltage, constant voltage charging was performed, and then constant current discharging was performed up to the lower limit voltage at 0.1 C. The capacity obtained at this time was defined as the initial capacity (mAh). Table 2 shows the configuration, upper limit voltage, and lower limit voltage of each battery. Moreover, the cycle durability test was done using each battery which performed the activation process. Between the upper limit voltage and the lower limit voltage set according to the active material, 200 cycles were charged and discharged at 25 ° C. and 1 C. Next, constant current charging was performed at 0.1 C up to the upper limit voltage, followed by constant voltage charging, and then constant current discharging was performed at 0.1 C up to the lower limit voltage. Further, (capacity after endurance) / (initial capacity) × 100 was defined as a capacity retention rate (%).

(実験結果)
表2に実施例1〜8及び比較例1〜5の電池性能評価の結果を示す。表2に示すように、比較例1、3〜5に比して、添加剤を添加した実施例1〜8では、容量維持率が約80%以上であり、より高い容量維持率を示した。特に、同じ電極及び電解液の組成で、添加剤を適量添加したものでは、容量維持率で10%以上の改善が確認された。これは、負極での水素発生を抑制することにより、正極と負極との容量ずれを小さくすることができたためであると推察された。一方、硫酸亜鉛を0.5mol/L添加した比較例2では、容量維持率が低下した。この理由は確認できていないが、おそらく、無視できない量の亜鉛の析出反応が起き、そのために容量維持率が低下したものと考えられた。電解液に、亜鉛イオンや鉛イオンを適量添加することによって、水溶液系リチウム二次電池及び水溶液系ナトリウム二次電池のサイクル耐久性をより向上することができることが明らかになった。また、亜鉛イオン及び鉛イオンの添加量は、0.05mol/L以上0.20mol/L以下の範囲が好ましく、0.10mol/L程度であることがより好ましいものと推察された。
(Experimental result)
Table 2 shows the results of battery performance evaluation of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5. As shown in Table 2, as compared with Comparative Examples 1 and 3 to 5, in Examples 1 to 8 to which the additive was added, the capacity maintenance rate was about 80% or more, and a higher capacity maintenance rate was shown. . In particular, with the same electrode and electrolyte composition, with an appropriate amount of additive added, an improvement of 10% or more in capacity retention was confirmed. This was presumed to be because the capacity shift between the positive electrode and the negative electrode could be reduced by suppressing the hydrogen generation at the negative electrode. On the other hand, in Comparative Example 2 in which zinc sulfate was added at 0.5 mol / L, the capacity retention rate was lowered. Although the reason for this has not been confirmed, it is considered that a precipitation reaction of zinc that cannot be ignored has probably occurred, and the capacity retention rate has therefore decreased. It was revealed that the cycle durability of the aqueous lithium secondary battery and aqueous sodium secondary battery can be further improved by adding appropriate amounts of zinc ions and lead ions to the electrolytic solution. Moreover, it was guessed that the addition amount of a zinc ion and lead ion has the preferable range of 0.05 mol / L or more and 0.20 mol / L or less, and it is more preferable that it is about 0.10 mol / L.

Figure 0006260218
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本発明は、電池産業に利用可能である。   The present invention is applicable to the battery industry.

10 水溶液系二次電池、11 集電体、12 正極活物質、13 正極シート、14 集電体、17 負極活物質、18 負極シート、19 セパレータ、20 電解液、22 円筒ケース、24 正極端子、26 負極端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Aqueous-type secondary battery, 11 Current collector, 12 Positive electrode active material, 13 Positive electrode sheet, 14 Current collector, 17 Negative electrode active material, 18 Negative electrode sheet, 19 Separator, 20 Electrolytic solution, 22 Cylindrical case, 24 Positive electrode terminal, 26 Negative terminal.

Claims (4)

リチウムイオン及び/又はナトリウムイオンを吸蔵放出する正極活物質としてリン酸鉄リチウム及びプルシアンブルー類似体のうち少なくとも一方を含む正極と、
リチウムイオン及び/又はナトリウムイオンを吸蔵放出する負極活物質としてチタン及びリンを含む複合化合物を含む負極と、
前記正極と前記負極との間に介在しリチウムイオン及び/又はナトリウムイオンが溶解され、亜鉛イオン及び鉛イオンのうち少なくとも一方を含む水溶液である電解液と、を備え、
前記電解液は、前記亜鉛イオン及び/又は前記鉛イオンが0.20mol/L以下の範囲で含まれており、
前記プルシアンブルー類似体は、基本組成式NaxyzFe(CN)6・aH2O(但し、MはMn及びZnのうち1以上、0.5<x≦2.0、0≦y≦0.50、1.0≦z≦2.0、aは任意の数)で表される、
水溶液系二次電池。
A positive electrode containing at least one of lithium iron phosphate and a Prussian blue analog as a positive electrode active material that occludes and releases lithium ions and / or sodium ions;
A negative electrode including a composite compound containing titanium and phosphorus as a negative electrode active material that occludes and releases lithium ions and / or sodium ions;
An electrolyte solution that is an aqueous solution that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and in which lithium ions and / or sodium ions are dissolved and contains at least one of zinc ions and lead ions,
The electrolytic solution contains the zinc ions and / or the lead ions in a range of 0.20 mol / L or less,
The Prussian blue analog has a basic composition formula Na x K y M z Fe (CN) 6 .aH 2 O (where M is one or more of Mn and Zn, 0.5 <x ≦ 2.0, 0 ≦ y ≦ 0.50, 1.0 ≦ z ≦ 2.0, and a is an arbitrary number)
Aqueous secondary battery.
前記電解液は、前記亜鉛イオン及び/又は前記鉛イオンが0.01mol/L以上の範囲で含まれている、請求項1に記載の水溶液系二次電池。 The electrolyte, the zinc ion and / or the lead ions is contained in a range on 0.01 mol / L or less, aqueous secondary battery according to claim 1. 前記電解液は、前記亜鉛イオン及び/又は前記鉛イオンが0.05mol/L以上の範囲で含まれている、請求項1又は2に記載の水溶液系二次電池。 The electrolyte, the zinc ion and / or the lead ions is contained in a range on 0.05 mol / L or less, aqueous secondary battery according to claim 1 or 2. 前記電解液は、硝酸イオン及び硫酸イオンのうち少なくとも一方を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。   The aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains at least one of nitrate ions and sulfate ions.
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