JP6441114B2 - Copper-containing composite polyanion composite oxide, method for producing the same, and secondary battery using the same - Google Patents

Copper-containing composite polyanion composite oxide, method for producing the same, and secondary battery using the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池に使用され得る銅系の正極材料に関し、特に、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物、その製造方法、及びそれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a copper-based positive electrode material that can be used in a secondary battery such as a lithium ion battery, and more particularly to a copper-containing composite polyanion composite oxide, a method for producing the same, and a secondary battery using the same.

リチウム等のアルカリ金属、マグネシウム等のアルカリ土類金属、これらの合金、又は、これらの化合物等を負極活物質とする非水電解質二次電池は、正極活物質からの負極金属イオンの脱離(デインターカレーション)反応、又は、正極活物質への負極金属イオンの挿入(インターカレーション)反応によって、その大放電容量と充電可逆性とが確保されている。   A non-aqueous electrolyte secondary battery using an alkaline metal such as lithium, an alkaline earth metal such as magnesium, an alloy thereof, or a compound thereof as a negative electrode active material is used for desorption of negative electrode metal ions from the positive electrode active material ( The large discharge capacity and charge reversibility are ensured by the deintercalation reaction or the insertion (intercalation) reaction of the negative electrode metal ions into the positive electrode active material.

リチウムイオン電池は、作動電位が高く、高エネルギー密度が達成され得る。そのようなリチウムイオン電池の正極材料には、主に層状遷移金属複合酸化物が用いられている。例えば、民生用で普及しているLiCoOが、リチウムイオン正極材料の代表的なものとして知られている。希少元素であるCoの使用量を削減したLiNi1−x−yCoAl(NCA)、又はLiNi1/3Co1/3Mn1/3(NCM)等も開発され、一部実用化されている。しかし、これらはいずれもα−NaFeO型構造といわれる層状の結晶構造を有しており、遷移金属イオンの3価/4価間の酸化還元反応を用いているため、充電状態で昇温すると遷移金属イオンが容易に還元され酸素を放出するという熱安定性の面での問題があった。 Lithium ion batteries have a high operating potential and a high energy density can be achieved. Layered transition metal composite oxides are mainly used as positive electrode materials for such lithium ion batteries. For example, LiCoO 2 that is widely used for consumer use is known as a typical lithium ion positive electrode material. Rare and is Co LiNi 1-x-y Co x Al y O 2 with a reduced amount of (NCA), or LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) and the like are also developed, Some have been put to practical use. However, these all have a layered crystal structure called an α-NaFeO 2 type structure and use a redox reaction between trivalent and tetravalent transition metal ions, so when the temperature rises in the charged state There was a problem in terms of thermal stability that transition metal ions were easily reduced and released oxygen.

この問題を解決するために、3価/4価間の酸化還元反応の代わりに2価/3価間の酸化還元反応を用い、酸素をリン(P)と強固に共有結合させることで熱安定性を改善した系としてオリビン型LiCoPO又はLiFePO等のリン酸塩化合物が、正極活物質として提案されている(例えば、下記特許文献1、2及び下記非特許文献1参照)。化学的な安定性に優れるポリアニオン系の化合物である鉄オリビン(LiFePO)は、二次電池の正極材料として実用化されている。 In order to solve this problem, heat stability is achieved by using a divalent / trivalent redox reaction instead of a trivalent / 4 tetravalent redox reaction, and strongly covalently bonding oxygen to phosphorus (P). As systems having improved properties, phosphate compounds such as olivine-type LiCoPO 4 or LiFePO 4 have been proposed as positive electrode active materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 below). Iron olivine (LiFePO 4 ), which is a polyanionic compound having excellent chemical stability, has been put into practical use as a positive electrode material for secondary batteries.

特許第3484003号明細書Japanese Patent No. 3484003 特許第3523397号明細書Japanese Patent No. 3523397

岡田,荒井,山木,電気化学および工業物理化学, 65, No.10, p.802-808 (1997).Okada, Arai, Yamaki, Electrochemistry and Industrial Physical Chemistry, 65, No.10, p.802-808 (1997).

しかし、LiFePOは、作動電圧が3.3Vと低く、容量が170mAh/gという限界があり、二次電池の高エネルギー密度化には不十分な特性であった。 However, LiFePO 4 has a low operating voltage of 3.3 V and a capacity of 170 mAh / g, which is insufficient for increasing the energy density of the secondary battery.

したがって、多電子反応が可能であり、化学的な熱安定性に優れたポリアニオン系であり、二次電池の正極材料として使用された場合に、LiFePOよりも高容量を示す材料が期待されている。自動車産業及び電器産業等で電池の大型化が必要となる中で、熱安定性を有する高エネルギー密度材料への期待は高く、将来的に大きな市場が期待されている。 Therefore, a polyanion system capable of multi-electron reaction, excellent in chemical thermal stability, and having a higher capacity than LiFePO 4 when used as a positive electrode material of a secondary battery is expected. Yes. In the automobile industry and the electric appliance industry, etc., it is necessary to increase the size of the battery. Therefore, there is a high expectation for a high energy density material having thermal stability, and a large market is expected in the future.

したがって、本発明は、多電子反応が可能な銅系材料であり、二次電池の電極活物質として使用された場合に従来よりも高容量特を示す新規な材料である銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物、その製造方法、及びそれを用いた二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is a copper-based material which can multi-electron reaction, the copper-containing composite polyanionic is a novel material exhibiting a high capacity characteristics than conventional when used as an electrode active material for a secondary battery It is an object to provide a composite oxide, a method for producing the same, and a secondary battery using the same.

本発明の第1の局面に係る銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、一般式Li2−xCuVO(0≦x<1又は1<x<2)で表される。 The copper-containing composite polyanion composite oxide according to the first aspect of the present invention is represented by the general formula Li 2-x CuVO 4 (0 ≦ x <1 or 1 <x <2).

好ましくは、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をバナジウム原子に置換えて得られる四面体であるVO四面体と、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をリチウム原子で置換えて得られる四面体であるLiO四面体と、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子を銅原子で置換えて得られる四面体であるCuO四面体とを含み、VO四面体、LiO四面体、及びCuO四面体は、頂点に位置する酸素原子を共有する。 Preferably, the copper-containing composite polyanionic composite oxide is a VO 4 tetrahedron, which is a tetrahedron obtained by substituting a sulfur atom with an oxygen atom and a zinc atom with a vanadium atom in ZnS having a wurtzite structure, and wurtzite. In the ZnS of the ore structure, LiO 4 tetrahedron, which is a tetrahedron obtained by replacing sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with lithium atoms, and in the ZnS of wurtzite structure, the sulfur atoms are replaced with oxygen atoms. And a CuO 4 tetrahedron that is a tetrahedron obtained by substituting a zinc atom with a copper atom, and the VO 4 tetrahedron, the LiO 4 tetrahedron, and the CuO 4 tetrahedron share an oxygen atom located at the apex.

本発明の第2の局面に係る銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、一般式LiCuVOで表され、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をバナジウム原子に置換えて得られる四面体であるVO四面体と、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をリチウム原子で置換えて得られる四面体であるLiO四面体と、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子を銅原子で置換えて得られる四面体であるCuO四面体とを含み、VO四面体、LiO四面体、及びCuO四面体は、頂点に位置する酸素原子を共有する。 The copper-containing composite polyanion composite oxide according to the second aspect of the present invention is represented by the general formula LiCuVO 4 , and in the ZnS having a wurtzite structure, a sulfur atom is replaced with an oxygen atom and a zinc atom is replaced with a vanadium atom. A tetrahedral VO 4 tetrahedron, a wurtzite structure ZnS, and a LiO 4 tetrahedron that is a tetrahedron obtained by replacing sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with lithium atoms, and wurtzite. In an ore-type ZnS, CuO 4 tetrahedron, which is a tetrahedron obtained by substituting sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with copper atoms, includes VO 4 tetrahedron, LiO 4 tetrahedron, and CuO 4. The tetrahedron shares an oxygen atom located at the apex.

本発明の第3の局面に係る銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法は、上記の何れかの銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法である。この製造方法は、Li、Cu及びVOのモル比が、2−x:1:1(0≦x<2)となるように、Li源物質、Cu源物質、及びVO源物質を混合して混合物を生成する第1ステップと、混合物が溶解しない所定温度まで混合物を加熱することにより、混合物に化学反応を起こさせる第2ステップと、第2ステップに続き、混合物を低温液化ガスにより冷却する第3ステップを含む。 The method for producing a copper-containing composite polyanion composite oxide according to the third aspect of the present invention is a method for producing any one of the above copper-containing composite polyanion composite oxides. In this manufacturing method, the Li source material, the Cu source material, and the VO 4 source material are mixed so that the molar ratio of Li, Cu, and VO 4 is 2-x: 1: 1 (0 ≦ x <2). The first step of generating a mixture, the second step of causing the mixture to chemically react by heating the mixture to a predetermined temperature at which the mixture does not dissolve, and the second step followed by cooling the mixture with a low-temperature liquefied gas Including a third step.

好ましくは、第2ステップは、大気よりも還元性の雰囲気で行なわれる。   Preferably, the second step is performed in an atmosphere that is more reducing than the atmosphere.

より好ましくは、第2ステップは、窒素若しくはアルゴンの気流中、又は、還元剤が配置された大気中で行なわれる。   More preferably, the second step is performed in a stream of nitrogen or argon, or in an atmosphere where a reducing agent is disposed.

さらに好ましくは、所定温度は、510℃以上800℃以下の温度である。   More preferably, the predetermined temperature is a temperature of 510 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.

好ましくは、Li源物質は、LiOであり、Cu源物質は、CuOであり、且つ、VO源物質は、VOである。 Preferably, the Li source material is Li 2 O, the Cu source material is CuO, and the VO 4 source material is VO 2 .

より好ましくは、Li源物質は、LiCOであり、Cu源物質は、CuOであり、且つ、VO源物質は、Vである。 More preferably, the Li source material is Li 2 CO 3 , the Cu source material is Cu 2 O, and the VO 4 source material is V 2 O 5 .

本発明の第4の局面に係る二次電池は、上記の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を正極活物質として含む。   The secondary battery which concerns on the 4th aspect of this invention contains said copper containing composite polyanion type complex oxide as a positive electrode active material.

好ましくは、二次電池は、リチウム又はナトリウムを負極活物質として含む。   Preferably, the secondary battery includes lithium or sodium as a negative electrode active material.

本発明によれば、一般式Li2−xCuVO(0≦x<2)で表される銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を二次電池の正極活物質として使用することによって、LiFePO等のオリビン型リン酸系ポリアニオンを用いた従来の正極よりも、容量が大きい二次電池を実現することができる。 According to the present invention, by using a copper-containing composite polyanion-based composite oxide represented by the general formula Li 2-x CuVO 4 (0 ≦ x <2) as a positive electrode active material of a secondary battery, LiFePO 4 and the like A secondary battery having a larger capacity than the conventional positive electrode using the olivine-type phosphate polyanion can be realized.

また、本銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を正極材料として用いる場合、負極はLiに限らず、Naを用いることができる。したがって、従来よりも高容量のリチウム電池及びナトリウム電池を実現することができる。   Moreover, when using this copper containing composite polyanion type complex oxide as a positive electrode material, not only Li but Na can be used for a negative electrode. Therefore, it is possible to realize a lithium battery and a sodium battery with higher capacity than before.

また、本銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、希少元素であるCoを含まず、資源的に豊富な銅系の材料であり、環境への負荷が小さい。   In addition, the present copper-containing composite polyanion composite oxide does not contain Co which is a rare element, is a resource-rich copper-based material, and has a low environmental load.

公知のウルツ鉱(ZnS)型構造の結晶構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the crystal structure of a well-known wurtzite (ZnS) type structure. 本発明の実施の形態に係るLi2−xCuVO(0≦x<2)の結晶構造を示す斜視図である。Is a perspective view showing the crystal structure of Li 2-x CuVO 4 according to the embodiment of the present invention (0 ≦ x <2). LiCuVOの示差熱分析の結果を示すグラフである。Is a graph showing the results of differential thermal analysis of the Li 2 CuVO 4. LiCuVOの合成の際に不純物として生成され得るLiCuVOの結晶構造を示す斜視図である。Is a perspective view showing the crystal structure of LiCuVO 4, which may be produced as an impurity during the synthesis of Li 2 CuVO 4. 実施例6で得られたLiCuVOの粉末のX線(銅Kα線)回折のRietveld解析結果を示すグラフである。6 is a graph showing a Rietveld analysis result of X-ray (copper Kα ray) diffraction of Li 2 CuVO 4 powder obtained in Example 6. FIG. 実施例2で得られた試料の粉末のX線(銅Kα線)回折のLe Bail解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the Le Bail analysis result of the X-ray (copper K alpha ray) diffraction of the powder of the sample obtained in Example 2. 作製したコイン型二次電池の概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the produced coin-type secondary battery. 実施例8で作製されたコイン型リチウム電池の充放電曲線を示すグラフである。10 is a graph showing a charge / discharge curve of a coin-type lithium battery produced in Example 8. 実施例9で作製されたコイン型リチウム電池の充放電曲線を示すグラフである。10 is a graph showing a charge / discharge curve of a coin-type lithium battery produced in Example 9.

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   In the following embodiments, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

(非水電解質二次電池用電極活物質)
本発明の実施の形態に係る二次電池用電極活物質は、一般式Li2−xCuVOで表される銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物である。ここで、xは、0≦x<2の範囲内の任意の値である。
(Electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery)
The electrode active material for a secondary battery according to the embodiment of the present invention is a copper-containing composite polyanion composite oxide represented by a general formula Li 2-x CuVO 4 . Here, x is an arbitrary value within the range of 0 ≦ x <2.

銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の結晶構造は、公知のウルツ鉱(ZnS)型構造を母体としている。図1を参照して、ウルツ鉱型構造は、亜鉛(Zn)を中心に4つの硫黄(S)が配位したZnS四面体が、四面体の頂点に位置するSを共有し、Zn層の間にジグザグなS層が挟まった結晶構造である。即ち、ウルツ鉱型構造は、硫化物イオンが六方最密構造(正六角柱の上面及び底面の各角及び中心に原子が存在し、さらに六角柱の内部で高さ1/2の位置に3つの原子が存在する構造)をなし、隣接する4つの硫化物イオンによる四面体空隙に亜鉛イオンが存在する構造である。 The crystal structure of the copper-containing composite polyanion composite oxide is based on a known wurtzite (ZnS) structure. Referring to FIG. 1, the wurtzite structure has a ZnS 4 tetrahedron in which four sulfur (S) coordinates around zinc (Zn) share S located at the apex of the tetrahedron, and a Zn layer. The crystal structure has a zigzag S layer sandwiched between them. In other words, the wurtzite structure has a hexagonal close-packed structure in which sulfide ions are present at each corner and center of the top surface and bottom surface of the regular hexagonal column, and further at three height positions within the hexagonal column. In this structure, zinc ions are present in tetrahedral voids formed by four adjacent sulfide ions.

銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、Sを酸素(O)に置換え、Znをバナジウム(V)に置換えた構造であるVO四面体と、Sを酸素(O)に置換え、Znをリチウム(Li)で置換えた構造であるLiO四面体と、Sを酸素(O)に置換え、Znを銅(Cu)で置換えた構造であるCuO四面体とを有する。この構造で、LiはVのモル数の最大2倍まで脱離可能である。そのため本銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の一般式は、上記の様にLi2−xCuVO(0≦x<2)で表される。なお、上記の結晶構造は、後述する実験により作製した試料に関して、公知のRietveld解析を実行することにより確認されたものである。 The copper-containing composite polyanion-based composite oxide includes a VO 4 tetrahedron having a structure in which W is substituted with oxygen (O) and Zn is replaced with vanadium (V) in ZnS having a wurtzite structure, and S is oxygen (O ) And a LiO 4 tetrahedron having a structure in which Zn is replaced by lithium (Li) and a CuO 4 tetrahedron having a structure in which S is replaced by oxygen (O) and Zn is replaced by copper (Cu). . With this structure, Li can be desorbed up to twice the number of moles of V. Therefore, the general formula of the present copper-containing composite polyanion-based composite oxide is represented by Li 2-x CuVO 4 (0 ≦ x <2) as described above. In addition, said crystal structure was confirmed by performing well-known Rietveld analysis regarding the sample produced by the experiment mentioned later.

(銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法)
上記した銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物(一般式Li2−xCuVO(0≦x<2))は、Li源物質、Cu源物質、及びVO源物質を、Li、Cu及びVOのモル比が2−x:1:1(0≦x<2)となるように混合して混合物を生成し、生成された混合物に化学反応を起こさせることにより製造され得る。
(Method for producing copper-containing composite polyanion composite oxide)
The above-described copper-containing composite polyanion-based composite oxide (general formula Li 2-x CuVO 4 (0 ≦ x <2)) includes Li source material, Cu source material, and VO 4 source material, Li, Cu, and VO 4. To form a mixture by causing a molar ratio of 2-x: 1: 1 (0 ≦ x <2), and a chemical reaction is caused to occur in the resulting mixture.

混合物の化学反応は、大気よりも還元性の雰囲気で行なわれることが好ましい。混合物の化学反応は、例えば、窒素若しくはアルゴンの気流中、又は、還元剤が配置された大気中で行なわれることがより好ましい。また、混合物が溶解しない所定温度まで混合物を加熱することにより化学反応を起こさせることがさらに好ましい。   The chemical reaction of the mixture is preferably performed in a reducing atmosphere rather than air. The chemical reaction of the mixture is more preferably performed, for example, in a nitrogen or argon stream or in an atmosphere where a reducing agent is disposed. Further, it is more preferable to cause a chemical reaction by heating the mixture to a predetermined temperature at which the mixture does not dissolve.

図3に示すLiCuVOの示差熱分析(Differential Thermal Analysis:DTA)の結果では、502.6℃において部分分解に由来すると思われるピークが観測される。また、800℃以上においても、別の相転移に由来するピークと、融解に対応すると思われるピークとが観測される(各ピークを、矢印及び温度を付して示す)。 In the results of differential thermal analysis (DTA) of Li 2 CuVO 4 shown in FIG. 3, a peak that is thought to be derived from partial decomposition is observed at 502.6 ° C. Even at 800 ° C. or higher, a peak derived from another phase transition and a peak that seems to correspond to melting are observed (each peak is shown with an arrow and a temperature).

したがって、本銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の合成は、510℃以上800℃以下の温度で実行されることが望ましい。より望ましくは560℃以上720℃以下の温度、さらに望ましくは580℃以上650℃以下の温度で実行されることが望ましい。   Therefore, it is desirable that the synthesis of the copper-containing composite polyanionic composite oxide is performed at a temperature of 510 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. More preferably, it is carried out at a temperature of 560 ° C. or higher and 720 ° C. or lower, more preferably 580 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.

加熱して混合物に化学反応を起こさせた場合には、加熱後に急冷することが好ましい。例えば、実施例として後述するように、約1gのペレットを用いる場合、アルゴンガス中での室温への急冷では分解反応が生じ、単相のLiCuVOを得ることは困難であった。一方、実施例として後述するように、液体窒素(−196℃の液体冷媒)に試料を投下することにより、単相のLiCuVOを得ることができた。したがって、混合物を加熱して化学反応を起こさせた後、混合物を急冷することが好ましい。 When a chemical reaction is caused in the mixture by heating, it is preferable to quench the mixture after heating. For example, as will be described later in Examples, when about 1 g of pellets is used, a rapid reaction to room temperature in argon gas causes a decomposition reaction, making it difficult to obtain single-phase Li 2 CuVO 4 . On the other hand, as will be described later in Examples, single-phase Li 2 CuVO 4 could be obtained by dropping the sample into liquid nitrogen (liquid refrigerant at −196 ° C.). Therefore, it is preferable to quench the mixture after heating the mixture to cause a chemical reaction.

急冷速度は試料の量と冷媒の特性とで決まるので、試料の量と溶媒の温度熱容量との関係から、適切な冷却法を使用すればよい。液体窒素を用いた急冷法に限定されず、液体酸素、液体ヘリウム、液体水素等の常温・常圧で気体である元素の液体(低温液化ガス:Cryogenic Liquid)を用いて冷却してもよい。   Since the rapid cooling rate is determined by the amount of the sample and the characteristics of the refrigerant, an appropriate cooling method may be used from the relationship between the amount of the sample and the temperature and heat capacity of the solvent. The method is not limited to the rapid cooling method using liquid nitrogen, and cooling may be performed using elemental liquid (low temperature liquefied gas: cryogenic liquid) such as liquid oxygen, liquid helium, liquid hydrogen, etc. at normal temperature and normal pressure.

(銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を用いた電極)
上記した銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物は、二次電池用電極に用いることができる。具体的には、電極活物質として、上記した銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の粉末を用いる。電極中における本活物質(銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物)の含有量は、用いる活物質の種類、結着材(バインダー)、及び導電材の使用量等に応じて適宜設定すればよい。また、電極においては、電極活物質として所定の電極特性が得られる限り、上記の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を単独で使用しても、公知の電極活物質との混合物として使用してもよい。
(Electrode using copper-containing complex polyanion complex oxide)
The copper-containing composite polyanion composite oxide described above can be used for a secondary battery electrode. Specifically, the above-described copper-containing composite polyanion composite oxide powder is used as the electrode active material. What is necessary is just to set suitably content of this active material (copper containing composite polyanion type complex oxide) in an electrode according to the kind of active material to be used, a binder (binder), the usage-amount of a electrically conductive material, etc. In addition, in the electrode, as long as predetermined electrode characteristics can be obtained as an electrode active material, the above copper-containing composite polyanion composite oxide may be used alone or as a mixture with a known electrode active material. Good.

(銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を用いた電極の製造方法)
上記した二次電池用電極の製造方法は、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を用いる以外は、公知の電極の製造方法と同様である。例えば、上記の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の粉末を必要に応じて公知の結着材と混合する。さらに、公知の導電材と混合することが好ましく、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の電気伝導性を考慮すると、導電材と十分に混合することがより好ましい。
(Method for producing electrode using copper-containing composite polyanion composite oxide)
The manufacturing method of the above-mentioned electrode for secondary batteries is the same as the manufacturing method of a well-known electrode except using a copper containing composite polyanion type complex oxide. For example, the copper-containing composite polyanion composite oxide powder is mixed with a known binder as necessary. Furthermore, it is preferable to mix with a well-known electrically conductive material, and considering the electrical conductivity of a copper containing composite polyanion type complex oxide, it is more preferable to mix sufficiently with the electrically conductive material.

得られた混合粉末を、ステンレス鋼製等の支持体上に圧着成形する、又は金属製容器に充填することによって、二次電池用電極を製造することができる。また、例えば、この混合粉末を有機溶剤と混合して得られたスラリーをアルミニウム又はステンレス等の金属基板上に塗布する等の方法によっても、二次電池用電極を製造することができる。   An electrode for a secondary battery can be produced by pressure-molding the obtained mixed powder on a support made of stainless steel or the like, or filling a metal container. For example, the electrode for secondary batteries can be manufactured also by the method of apply | coating the slurry obtained by mixing this mixed powder with the organic solvent on metal substrates, such as aluminum or stainless steel.

ここで、公知の結着材は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、又は、ニトロセルロース等である。公知の導電材は、例えば、アセチレンブラック、カーボン、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛、又はニードルコークス等である。有機溶剤は、例えば、N−メチルピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、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、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、又はテトラヒドロフラン等である。   Here, known binders include, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, polyvinyl acetate, Polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, or the like. Known conductive materials are, for example, acetylene black, carbon, graphite, natural graphite, artificial graphite, or needle coke. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone, toluene, cyclohexane, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran.

二次電池用電極の厚さは、通常1〜10000μm、好ましくは3〜200μm、より好ましくは5〜100μm程度である。厚過ぎると導電性が低下する傾向にあり、薄過ぎると容量が低下する傾向にある。なお、塗布及び乾燥によって得られた電極は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密されてもよい。   The thickness of the secondary battery electrode is usually about 1 to 10,000 μm, preferably about 3 to 200 μm, and more preferably about 5 to 100 μm. If it is too thick, the conductivity tends to decrease, and if it is too thin, the capacity tends to decrease. The electrode obtained by coating and drying may be consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

(銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を用いた非水電解質二次電池)
本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池は、上記した銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を電極として用いる以外は、公知の非水電解質二次電池における構成要素を採用することができる。上記した銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を用いた電極は、通常正極として使用することが可能である。この場合、負極には、電極活物質として公知の負極活物質を使用することが可能である。負極には、リチウム、ナトリウム、及びそれらの混合物からなる群の中から選択される1つの物質、又は、その含有物を用いることが好ましい。
(Nonaqueous electrolyte secondary battery using copper-containing composite polyanion composite oxide)
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment of the present invention can employ constituent elements in known non-aqueous electrolyte secondary batteries except that the above-described copper-containing composite polyanion-based composite oxide is used as an electrode. . An electrode using the above-described copper-containing composite polyanion-based composite oxide can usually be used as a positive electrode. In this case, a known negative electrode active material can be used for the negative electrode as the electrode active material. For the negative electrode, it is preferable to use one substance selected from the group consisting of lithium, sodium, and a mixture thereof, or a content thereof.

なお、本非水電解質二次電池における負極活物質には、リチウム及びナトリウム等のアルカリ金属、アルカリ金属の化合物、又はアルカリ金属の合金等の他、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出することが可能な材料(例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、Li2.5CO0.5N、LiTi12等)も含まれる。 The negative electrode active material in the non-aqueous electrolyte secondary battery can occlude and release alkali metal ions in addition to alkali metals such as lithium and sodium, alkali metal compounds, or alkali metal alloys. Materials (for example, graphite, hard carbon, soft carbon, Li 2.5 CO 0.5 N, Li 4 Ti 5 O 12 and the like) are also included.

負極の製造方法は公知の方法と同じである。例えば、上記した方法と同様にして製造することができる。即ち、負極活物質の粉末を必要に応じて公知の結着材、さらに必要に応じて公知の導電材と混合した後、この混合粉末をシート状に成形し、これをステンレス、及び銅等の導電体網(集電体)に圧着すればよい。また、例えば、上記の混合粉末を公知の有機溶剤と混合して得られたスラリーを、銅等の金属基板上に塗布することにより負極を製造することができる。   The manufacturing method of the negative electrode is the same as a known method. For example, it can be produced in the same manner as described above. That is, the negative electrode active material powder is mixed with a known binder, if necessary, with a known conductive material, if necessary, and then the mixed powder is formed into a sheet, which is made of stainless steel, copper, or the like. What is necessary is just to crimp | bond to a conductor net | network (current collector). For example, a negative electrode can be manufactured by apply | coating the slurry obtained by mixing said mixed powder with a well-known organic solvent on metal substrates, such as copper.

その他の構成要素としては、公知の非水電解質二次電池に使用されるものを構成要素として使用することができる。以下に例示する。   As another component, what is used for a well-known nonaqueous electrolyte secondary battery can be used as a component. Examples are given below.

電解液は通常、電解質及び溶媒を含む。電解液の溶媒は、非水系であればよく、特に制限されない。電解液の溶媒には、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、アミン類、エステル類、アミド類、又はリン酸エステル化合物等を使用することができる。これらの代表的なものを列挙すると、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルホルメート、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、エチルメチルカーボネート、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、リン酸トリメチル、及びリン酸トリエチル等を使用することができる。なお、これらは1種又は2種以上を混合して用いることができる。   The electrolytic solution usually includes an electrolyte and a solvent. The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is non-aqueous. As the solvent of the electrolytic solution, for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, amines, esters, amides, or phosphate ester compounds are used. can do. These representatives are listed as follows: 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, ethylene carbonate, vinylene carbonate, methyl formate, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, acetonitrile, γ-butyrolactone, dimethylformamide, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, ethyl methyl carbonate, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl Ether, sulfolane, methylsulfolane, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc. It can be used. In addition, these can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.

電解液としては、上記の溶媒に、負極活物質中のアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンが、上記の正極活物質と、又は、上記の正極活物質及び負極活物質と電気化学反応するために移動することができる電解質物質を使用することができる。電解液として、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiAsF、LiB(C、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、又はLiN(SOCF等を使用することができる。電解液に可溶であれば、塩化リチウム、又は臭化リチウム等を用いることもできる。また、Na塩ではNaClO、NaPF、NaBF、CFSONa、NaAsF、NaB(C、CHSONa、CFSONa、NaN(SOCF、NaN(SO、NaC(SOCF、NaN(SOCF等種々の塩を使用可能である。電解液に可溶であれば、塩化ナトリウム、又は臭化ナトリウム等を用いることもできる。なお、公知の固体電解質、例えば、ナシコン構造を有するLiTi(PO等をも使用できる。 As the electrolytic solution, an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion in the negative electrode active material electrochemically reacts with the positive electrode active material or the positive electrode active material and the negative electrode active material in the solvent. Electrolyte materials that can be transferred to can be used. Examples of the electrolyte include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, and LiN ( SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , or LiN (SO 3 CF 3 ) 2 can be used. If it is soluble in the electrolyte, lithium chloride, lithium bromide, or the like can be used. Further, NaClO 4 in Na salt, NaPF 6, NaBF 4, CF 3 SO 3 Na, NaAsF 6, NaB (C 6 H 5) 4, CH 3 SO 3 Na, CF 3 SO 3 Na, NaN (SO 2 CF 3 ) 2 , NaN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , NaC (SO 2 CF 3 ) 3 , NaN (SO 3 CF 3 ) 2, and other various salts can be used. If it is soluble in the electrolytic solution, sodium chloride, sodium bromide, or the like can also be used. A known solid electrolyte such as LiTi 2 (PO 4 ) 3 having a NASICON structure can also be used.

また、セパレータ、電池ケース他、構造材料等の要素についても公知の各種材料を使用でき、特に制限はない。例えば、正極と負極との間にセパレータを使用する場合には、微多孔性の高分子フィルムが用いられ得る。例えば、ナイロン(登録商標)、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリブテン等のポリオレフィン高分子よりなるものが用いられ得る。セパレータの化学的及び電気化学的安定性の観点からは、ポリオレフィン系高分子が好ましい。電池セパレータの目的の1つである自己閉塞温度の観点からは、ポリエチレン製であることが望ましい。   Various known materials can also be used for elements such as separators, battery cases, and other structural materials, and there is no particular limitation. For example, when a separator is used between the positive electrode and the negative electrode, a microporous polymer film can be used. For example, those made of polyolefin polymers such as nylon (registered trademark), cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and polybutene can be used. From the viewpoint of the chemical and electrochemical stability of the separator, polyolefin polymers are preferred. From the viewpoint of self-occluding temperature, which is one of the purposes of the battery separator, it is desirable that the separator is made of polyethylene.

ポリエチレンセパレータの場合、高温形状維持性の観点から超高分子量ポリエチレンであることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、より好ましくは100万、さらに好ましくは150万である。分子量の上限は、好ましくは500万、より好ましくは400万、さらに好ましくは300万である。分子量が大き過ぎると、流動性が低過ぎて、加熱されたときにセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。   In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of high temperature shape maintenance, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and even more preferably 1,500,000. The upper limit of the molecular weight is preferably 5 million, more preferably 4 million, and even more preferably 3 million. This is because if the molecular weight is too large, the fluidity is too low and the pores of the separator may not close when heated.

本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池は、上記した電池要素を用いて公知の方法で組立てることができる。なお、電池の外形形状についても特に制限されることはない。例えば、円筒型、角型、コイン型等種々の形状、及びサイズを適宜採用することができる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment of the present invention can be assembled by a known method using the battery element described above. The outer shape of the battery is not particularly limited. For example, various shapes and sizes such as a cylindrical shape, a square shape, and a coin shape can be appropriately employed.

以下に実験結果を示し、本発明の有効性を示す。二次電池用の正極活物質として使用可能な銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を作製した。   The experimental results are shown below to show the effectiveness of the present invention. A copper-containing composite polyanion composite oxide that can be used as a positive electrode active material for a secondary battery was prepared.

LiO、CuO、及びVを2:1:1のモル比で秤量し、メノウ乳鉢でよく混合し、直径10mmで約1gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、700℃の温度で、12時間アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を電気炉の中で徐冷(自然冷却)した。 Li 2 O, Cu 2 O, and V 2 O 5 were weighed at a molar ratio of 2: 1: 1 and mixed well in an agate mortar to produce pellets of about 1 g with a diameter of 10 mm. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the prepared pellets were placed on the platinum sheet and fired at 700 ° C. for 12 hours in an argon atmosphere. After firing, the sample was gradually cooled (natural cooling) in an electric furnace.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、LiCuVOに、不純物としてLiCuVOとCuOとが含まれている混合相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a mixed phase in which Li 2 CuVO 4 contained LiCuVO 4 and CuO as impurities.

LiCuVOは、一般式Li2−xCuVO(0≦x<2)において、x=1の場合に該当する。その結晶構造は、図4に示すように、中心にバナジウムイオンが位置するVO四面体は含まれているが、Li及びCuの何れも、Oによって形成される四面体の中心には位置していない。即ち、LiCuVOの結晶構造は、LiO四面体及びCuO四面体の何れも含まず、図2に示した結晶構造とは異なる。 LiCuVO 4 corresponds to the case of x = 1 in the general formula Li 2-x CuVO 4 (0 ≦ x <2). As shown in FIG. 4, the crystal structure includes a VO 4 tetrahedron in which vanadium ions are located at the center, but both Li and Cu are located at the center of the tetrahedron formed by O. Not. That is, the crystal structure of LiCuVO 4 does not include both the LiO 4 tetrahedron and the CuO 4 tetrahedron, and is different from the crystal structure shown in FIG.

LiO、CuO、V及びVを4:4:1:1のモル比で秤量し、ボールミルで48時間混合し、直径10mmで約1gのペレットを作製した。作製したペレットを白金製ルツボに入れ、石英ガラス管で真空封入した。この封入管を、700℃の温度で、8時間焼成後、電気炉の中で徐冷した。 Li 2 O, CuO, V 2 O 5 and V 2 O 3 were weighed at a molar ratio of 4: 4: 1: 1 and mixed in a ball mill for 48 hours to produce pellets having a diameter of 10 mm and about 1 g. The produced pellet was put into a platinum crucible and vacuum-sealed with a quartz glass tube. The sealed tube was baked at 700 ° C. for 8 hours and then gradually cooled in an electric furnace.

封入管から取出した試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、LiCuVOに、不純物としてLiCuVOが含まれている混合相であることが確認できた。 The sample taken out from the enclosed tube was pulverized with an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a mixed phase in which Li 2 CuVO 4 contained LiCuVO 4 as an impurity.

LiCO、CuO、及びVを2:1:1のモル比で秤量し、メノウ乳鉢でよく混合し、直径10mmで約1gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、460℃の温度で、6時間焼成し、さらに、700℃の温度で、6時間アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を電気炉の中で徐冷した。 Li 2 CO 3 , Cu 2 O, and V 2 O 5 were weighed at a molar ratio of 2: 1: 1 and mixed well in an agate mortar to prepare pellets of about 1 g with a diameter of 10 mm. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the prepared pellets were placed on the platinum sheet, fired at a temperature of 460 ° C. for 6 hours, and further fired at a temperature of 700 ° C. for 6 hours in an argon atmosphere. . After firing, the sample was gradually cooled in an electric furnace.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、LiCuVOに、不純物としてCuOが含まれている混合相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a mixed phase in which Cu 2 O was contained as an impurity in Li 2 CuVO 4 .

LiCO、CuO、及びVを2:1:1のモル比で秤量し、メノウ乳鉢でよく混合し、直径10mmで約0.2gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、600℃の温度で、1時間、アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を電気炉の中で徐冷(自然冷却)した。 Li 2 CO 3 , Cu 2 O, and V 2 O 5 were weighed at a molar ratio of 2: 1: 1 and mixed well in an agate mortar to prepare pellets having a diameter of 10 mm and about 0.2 g. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the produced pellets were placed on the platinum sheet and fired at 600 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. After firing, the sample was gradually cooled (natural cooling) in an electric furnace.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、LiCuVOに、不純物としてLiCuVOが含まれている混合相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a mixed phase in which Li 2 CuVO 4 contained LiCuVO 4 as an impurity.

LiCO、CuO、及びVを2:1:1のモル比で秤量し、メノウ乳鉢でよく混合し、直径10mmで約1gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、600℃の温度で、12時間アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を600℃の電気炉から取出し、室温環境下で急冷した。 Li 2 CO 3 , Cu 2 O, and V 2 O 5 were weighed at a molar ratio of 2: 1: 1 and mixed well in an agate mortar to prepare pellets of about 1 g with a diameter of 10 mm. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the prepared pellets were placed on the platinum sheet and fired at 600 ° C. for 12 hours in an argon atmosphere. After firing, the sample was taken out from an electric furnace at 600 ° C. and rapidly cooled in a room temperature environment.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、LiCuVOに、不純物としてCuOが含まれている混合相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a mixed phase in which Cu 2 O was contained as an impurity in Li 2 CuVO 4 .

LiCO、CuO、及びVを2:1:1のモル比で秤量し、メノウ乳鉢でよく混合し、直径10mmで約1gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、600℃の温度で、1時間アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を600℃の電気炉から取出し、ただちに液体窒素で急冷した。 Li 2 CO 3 , Cu 2 O, and V 2 O 5 were weighed at a molar ratio of 2: 1: 1 and mixed well in an agate mortar to prepare pellets of about 1 g with a diameter of 10 mm. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the produced pellets were placed on the platinum sheet and fired at 600 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. After firing, the sample was removed from the electric furnace at 600 ° C. and immediately cooled with liquid nitrogen.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定した。その結果、得られた試料は、不純物を含まないLiCuVO単相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed that the obtained sample was a Li 2 CuVO 4 single phase containing no impurities.

得られた試料粉末のX線(銅Kα線)回折のRietveld解析結果を図5に示す。図5において、最上段の相対強度のグラフは、図2に示した結晶構造に基づき計算された計算値である。2θ≦50(度)における各ピークのミラー指数hklを付記する。横軸は入射X線(銅Kα線)に対する観測角度(散乱角度)2θである。計算値のグラフに重ねたXのマーカーは、実測値を示す。図5の中断の縦のマーカーは、各ピークの位置を示し、最下段のグラフ(残差)は、測定値と計算値との差を示す。図5の残差から、図2に示した結晶構造が正しいことが確認できる。   The Rietveld analysis result of the X-ray (copper Kα ray) diffraction of the obtained sample powder is shown in FIG. In FIG. 5, the graph of the relative intensity at the uppermost stage is a calculated value calculated based on the crystal structure shown in FIG. The Miller index hkl of each peak at 2θ ≦ 50 (degrees) is added. The horizontal axis represents an observation angle (scattering angle) 2θ with respect to incident X-rays (copper Kα rays). The X marker superimposed on the calculated value graph indicates an actual measurement value. The vertical marker of interruption in FIG. 5 indicates the position of each peak, and the lowermost graph (residual) indicates the difference between the measured value and the calculated value. From the residual in FIG. 5, it can be confirmed that the crystal structure shown in FIG. 2 is correct.

参考に、上記の実施例2で得られた試料のX線(銅Kα線)回折のLe Bail解析結果を図6に示す。図6において、上段のグラフ、中断のマーカー、及び下段のグラフの意味は、図5と同じである。図6には、不純物であるLiCuVOによるピークが観測される。 For reference, FIG. 6 shows the results of Le Bail analysis of X-ray (copper Kα-ray) diffraction of the sample obtained in Example 2 above. In FIG. 6, the upper graph, the interruption marker, and the lower graph have the same meaning as in FIG. 5. In FIG. 6, a peak due to the impurity LiCuVO 4 is observed.

上記の実施例3及び5で得られた試料のそれぞれを用いて、直径10mmで約1gのペレットを作製した。アルミナ製のボートに白金製シートを敷き、作製したペレットを白金製シートの上に載せ、600℃の温度で、12時間アルゴン雰囲気下で焼成した。焼成後、試料を600℃の電気炉から取出し、ただちに液体窒素で急冷した。   Using each of the samples obtained in Examples 3 and 5 above, pellets having a diameter of 10 mm and about 1 g were prepared. A platinum sheet was laid on an alumina boat, and the prepared pellets were placed on the platinum sheet and fired at 600 ° C. for 12 hours in an argon atmosphere. After firing, the sample was removed from the electric furnace at 600 ° C. and immediately cooled with liquid nitrogen.

得られた試料をメノウ乳鉢で粉砕し、粉末X線回折法で同定し。その結果、何れの試料においても、不純物のCuOが消失し、LiCuVO単相であることが確認できた。 The obtained sample was pulverized in an agate mortar and identified by powder X-ray diffraction. As a result, in any of the samples, the impurity Cu 2 O disappeared and it was confirmed that the sample was Li 2 CuVO 4 single phase.

上記の実施例6又は7で得られたLiCuVOと、導電材のアセチレンブラック(以下、ABともいう)と、結着材のポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEともいう)とを重量比62:30:8で混合し、Alフィルムの上に載せ、ローラーを用いて潰した(手作業での粉砕)。潰した混合物を、直径14mmの円形状に打ち抜き、真空中で130℃、12時間乾燥させ、正極とした。Li金属シートを直径16mmの円形状に打ち抜いたものを負極に用い、有機炭酸塩溶剤にLiPFを1mol・dm−3溶かしたリチウム電池用電解液を電解質とした。露点を−60℃以下に制御したアルゴンガス雰囲気でCR2032型の二次電池を作製した(図7参照)。作製したコイン型二次電池は、正極ケース1、負極ケース2、ガスケット3、正極板4、負極板5、及びセパレータ6を備える。作製したコイン型二次電池、電池特性を評価した結果を図8に示す。図8において、縦軸は電圧(V)であり、横軸は容量(mAh/g)である。 Weight ratio of Li 2 CuVO 4 obtained in Example 6 or 7 above, acetylene black (hereinafter also referred to as AB) as a conductive material, and polytetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as PTFE) as a binder. The mixture was mixed at 62: 30: 8, placed on an Al film, and crushed using a roller (pulverization by hand). The crushed mixture was punched into a circular shape having a diameter of 14 mm and dried in a vacuum at 130 ° C. for 12 hours to obtain a positive electrode. A lithium metal sheet punched into a circular shape with a diameter of 16 mm was used as a negative electrode, and an electrolyte solution for lithium battery in which 1 mol · dm −3 of LiPF 6 was dissolved in an organic carbonate solvent was used as an electrolyte. A CR2032-type secondary battery was fabricated in an argon gas atmosphere with a dew point controlled to -60 ° C. or lower (see FIG. 7). The produced coin-type secondary battery includes a positive electrode case 1, a negative electrode case 2, a gasket 3, a positive electrode plate 4, a negative electrode plate 5, and a separator 6. FIG. 8 shows the evaluation results of the manufactured coin-type secondary battery and battery characteristics. In FIG. 8, the vertical axis represents voltage (V) and the horizontal axis represents capacity (mAh / g).

図8に示されているように、50時間率の測定でも、初期充放電容量は100mAh/g以下であり、目標とする特性を得ることはできなかった。   As shown in FIG. 8, even in the 50 hour rate measurement, the initial charge / discharge capacity was 100 mAh / g or less, and the target characteristics could not be obtained.

上記の実施例6又は7で得られたLiCuVOとABとを、ボールミルを用いて、約1時間30分間混合し、結着材のPTFEを添加し、実施例8と同様に、コインセルを作製した。LiCuVOと、ABと、PTFEとの重量比は、62:30:8である。作製したコインセルの電池特性を評価した結果を図9に示す。縦軸は電圧(V)であり、横軸は容量(mAh/g)である。 The Li 2 CuVO 4 and AB obtained in Example 6 or 7 above were mixed for about 1 hour and 30 minutes using a ball mill, and the binder PTFE was added. Was made. The weight ratio of Li 2 CuVO 4 , AB, and PTFE is 62: 30: 8. The results of evaluating the battery characteristics of the manufactured coin cell are shown in FIG. The vertical axis represents voltage (V), and the horizontal axis represents capacity (mAh / g).

図9に示されているように、50時間率で257mAh/gという優れた初期容量を実現することができ、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の正極材料としての有用性が示された。   As shown in FIG. 9, an excellent initial capacity of 257 mAh / g at a 50 hour rate could be realized, and the usefulness of the copper-containing composite polyanionic composite oxide as a positive electrode material was shown.

実施例8及び9の比較から、ポリアニオン系材料である銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物(LiCuVO)は、電気伝導性に乏しいため、結晶粒径の微細化と導電材との適切な混合が、電極特性の発現に重要であることが明らかになった。 From the comparison of Examples 8 and 9, since the copper-containing composite polyanion composite oxide (Li 2 CuVO 4 ), which is a polyanion material, is poor in electrical conductivity, the crystal grain size is reduced and the conductive material is suitable. It became clear that mixing is important for the development of electrode properties.

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更して実施することができる。   The present invention has been described above by describing the embodiment. However, the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is implemented with various modifications. be able to.

1 正極ケース
2 負極ケース
3 ガスケット
4 正極板
5 負極板
6 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode case 2 Negative electrode case 3 Gasket 4 Positive electrode plate 5 Negative electrode plate 6 Separator

Claims (11)

一般式Li uVO 表され
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をバナジウム原子に置換えて得られる四面体であるVO 四面体と、
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をリチウム原子で置換えて得られる四面体であるLiO 四面体と、
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子を銅原子で置換えて得られる四面体であるCuO 四面体とを含み、
前記VO 四面体、前記LiO 四面体、及び前記CuO 四面体は、頂点に位置する酸素原子を共有する、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物。
It is represented by the general formula Li 2 C uVO 4
VO 4 tetrahedron, which is a tetrahedron obtained by substituting a sulfur atom with an oxygen atom and a zinc atom with a vanadium atom in ZnS having a wurtzite structure ,
LiO 4 tetrahedron which is a tetrahedron obtained by substituting sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with lithium atoms in ZnS having a wurtzite structure ,
In the ZnS of the wurtzite structure , including a CuO 4 tetrahedron that is a tetrahedron obtained by substituting sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with copper atoms ,
The VO 4 tetrahedron, the LiO 4 tetrahedron, and the CuO 4 tetrahedron are copper-containing complex polyanionic complex oxides that share an oxygen atom located at the apex .
一般式Li 2−x CuVO (0<x<2)で表され、
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をバナジウム原子に置換えて得られる四面体であるVO四面体と、
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子をリチウム原子で置換えて得られる四面体であるLiO四面体と、
ウルツ鉱型構造のZnSにおいて、硫黄原子を酸素原子に置換え、亜鉛原子を銅原子で置換えて得られる四面体であるCuO四面体とを含み、
前記VO四面体、前記LiO四面体、及び前記CuO四面体は、頂点に位置する酸素原子を共有する、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物。
Represented by the general formula Li 2-x CuVO 4 (0 <x <2),
VO 4 tetrahedron, which is a tetrahedron obtained by substituting a sulfur atom with an oxygen atom and a zinc atom with a vanadium atom in ZnS having a wurtzite structure,
LiO 4 tetrahedron which is a tetrahedron obtained by substituting sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with lithium atoms in ZnS having a wurtzite structure,
In the ZnS of the wurtzite structure, including a CuO 4 tetrahedron that is a tetrahedron obtained by substituting sulfur atoms with oxygen atoms and zinc atoms with copper atoms,
The VO 4 tetrahedron, the LiO 4 tetrahedron, and the CuO 4 tetrahedron are copper- containing complex polyanionic complex oxides that share an oxygen atom located at the apex.
請求項1に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法であって、
Li、Cu及びVOのモル比が、2:1:1となるように、Li源物質、Cu源物質、及びVO源物質を混合して混合物を生成する第1ステップと、
前記混合物が溶解しない所定温度まで前記混合物を加熱することにより、前記混合物に化学反応を起こさせる第2ステップと、
前記第2ステップに続き、前記混合物を低温液化ガスにより冷却する第3ステップを含む、銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。
A method for producing a copper-containing composite polyanionic composite oxide according to claim 1 ,
A first step of mixing a Li source material, a Cu source material, and a VO 4 source material to form a mixture such that a molar ratio of Li, Cu, and VO 4 is 2: 1: 1 ;
A second step of causing a chemical reaction in the mixture by heating the mixture to a predetermined temperature at which the mixture does not dissolve;
A method for producing a copper-containing composite polyanionic composite oxide, comprising a third step of cooling the mixture with a low-temperature liquefied gas following the second step.
前記第2ステップは、大気よりも還元性の雰囲気で行なわれる、請求項に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。 The method for producing a copper-containing composite polyanion-based composite oxide according to claim 3 , wherein the second step is performed in an atmosphere that is more reducing than air. 前記第2ステップは、窒素若しくはアルゴンの気流中、又は、還元剤が配置された大気中で行なわれる、請求項に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。 4. The method for producing a copper-containing composite polyanion composite oxide according to claim 3 , wherein the second step is performed in an air stream of nitrogen or argon or in an atmosphere in which a reducing agent is disposed. 前記所定温度は、510℃以上800℃以下の温度である、請求項からの何れか1項に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。 The method for producing a copper-containing composite polyanion-based composite oxide according to any one of claims 3 to 5 , wherein the predetermined temperature is a temperature of 510 ° C or higher and 800 ° C or lower. 前記Li源物質は、LiOであり、
前記Cu源物質は、CuOであり、且つ、
前記VO源物質は、VOである、請求項からの何れか1項に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。
The Li source material is Li 2 O,
The Cu source material is CuO, and
The method for producing a copper-containing composite polyanionic composite oxide according to any one of claims 3 to 6 , wherein the VO 4 source material is VO 2 .
前記Li源物質は、LiCOであり、
前記Cu源物質は、CuOであり、且つ、
前記VO源物質は、Vである、請求項からの何れか1項に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物の製造方法。
The Li source material is Li 2 CO 3 ,
The Cu source material is Cu 2 O, and
The method for producing a copper-containing composite polyanion-based composite oxide according to any one of claims 3 to 6 , wherein the VO 4 source material is V 2 O 5 .
正極活物質を含む二次電池であって、
前記正極活物質は、前記二次電池の放電状態において、請求項1に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を含む、二次電池。
A secondary battery including a positive electrode active material,
The positive active material, the the discharge state of the secondary battery, including a copper-containing complex polyanion-based composite oxide according to claim 1, the secondary battery.
リチウム又はナトリウムを負極活物質として含む、請求項に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , comprising lithium or sodium as a negative electrode active material. 請求項2に記載の銅含有複合ポリアニオン系複合酸化物を正極活物質として含み、  The copper-containing composite polyanionic composite oxide according to claim 2 is included as a positive electrode active material,
リチウムを負極活物質として含む、二次電池。  A secondary battery containing lithium as a negative electrode active material.
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