JP6529005B2 - Secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関する。さらに詳しくは、本発明は、電力の貯蔵、ハイブリッド車や電気自動車の電源などに好適に用いることができる二次電池、これに用いられる正極活物質および正極に関する。   The present invention relates to a secondary battery. More specifically, the present invention relates to a secondary battery that can be suitably used for storage of electric power, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle, and a positive electrode active material and a positive electrode used therefor.

近年、二次電池の小型化および高容量化が望まれている。そこで、例えば、一般式(X):
MgxMO2 (X)
で表わされるマグネシウム化合物を正極活物質として含有する非水電解質電池などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, miniaturization and higher capacity of secondary batteries have been desired. Thus, for example, general formula (X):
Mg x MO 2 (X)
Non-aqueous electrolyte batteries etc. which contain the magnesium compound represented by these as a positive electrode active material are proposed (for example, refer patent document 1).

特開2001−76720号公報JP 2001-76720 A

しかし、高い容量を確保することができる新たな二次電池が望まれている。   However, new secondary batteries capable of securing high capacity are desired.

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、高い容量を確保することができる新たな二次電池、これに用いられる正極活物質および正極を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the prior art, and an object of the present invention is to provide a new secondary battery capable of securing a high capacity, and a positive electrode active material and a positive electrode used therefor.

本発明は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極と、正極活物質を含む正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、放電終了時において、前記正極活物質が、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有していることを特徴とする二次電池を提供する。本実施形態に係る二次電池は、放電終了時において、正極活物質が、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有しているので、高容量を確保することができる。   The present invention comprises a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, a positive electrode containing a positive electrode active material, and an electrolytic solution interposed between the positive electrode and the negative electrode, and at the end of the discharge, the positive electrode The present invention provides a secondary battery characterized in that the active material contains a transition metal complex oxide having a rock salt structure. In the secondary battery according to the present embodiment, since the positive electrode active material contains the transition metal composite oxide having a rock salt structure at the end of the discharge, a high capacity can be secured.

また、本発明は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池に用いるための正極活物質であって、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有していることを特徴とする正極活物質を提供する。本実施形態に係る正極活物質によれば、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有しているので、金属マグネシウムまたはマグネシウム合金を含有する負極を備える二次電池において、高容量を確保することができる。   Further, the present invention is a positive electrode active material for use in a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, which comprises a transition metal composite oxide having a rock salt structure. The present invention provides a positive electrode active material characterized by According to the positive electrode active material according to the present embodiment, since the transition metal composite oxide having the rock salt structure is contained, in the secondary battery including the negative electrode containing metal magnesium or a magnesium alloy, high capacity is ensured. Can.

さらに、本発明は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池に用いるための正極であって、前記正極が、前述した正極活物質を含むことを特徴とする正極を提供する。本実施形態に係る正極は、前記正極活物質を含んでいるので、前記正極と同様の作用効果を得ることができる。   Furthermore, the present invention is a positive electrode for use in a secondary battery comprising a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, wherein the positive electrode includes the above-described positive electrode active material. I will provide a. Since the positive electrode according to the present embodiment contains the positive electrode active material, it is possible to obtain the same effect as that of the positive electrode.

本発明の二次電池、正極活物質および正極によれば、高い容量を確保することができるという優れた効果が奏される。   According to the secondary battery, the positive electrode active material, and the positive electrode of the present invention, an excellent effect of ensuring a high capacity is exhibited.

本発明の一実施形態に係る二次電池の構成を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the structure of the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る二次電池の充放電プロセスにおける正極活物質に含まれる遷移金属複合酸化物の結晶構造の変化を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the change of the crystal structure of the transition metal complex oxide contained in the positive electrode active material in the charging / discharging process of the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る二次電池の放電反応前後における正極活物質の組織構造の変化を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the change of the structure | tissue structure of the positive electrode active material before and behind the discharge reaction of the secondary battery concerning one Embodiment of this invention. 実施例1において、マグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 1, it is a X-ray-diffraction figure which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of magnesium cobalt complex oxide. 実施例1〜6で用いられた電気化学セルの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the electrochemical cell used in Examples 1-6. (A)は実施例1において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラム、(B)は得られたマグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムである。(A) is a cyclic voltammogram when a process of inserting and removing a magnesium cation is performed using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide in Example 1 (B 2.) is a cyclic voltammogram when the lithium cation is inserted and removed using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing the obtained magnesium-cobalt composite oxide. (A)実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、所定電位を維持しながら、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のクロノアンペロメトリ−サイクリックボルタモグラム(上段)およびその電気量変化を示す図(下段)、(B)は実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、所定電位を維持しながら、リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のクロノアンペロメトリ−サイクリックボルタモグラム(上段)およびその電気量変化を示す図(下段)である。(A) In Example 2, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide, the process of inserting and removing a magnesium cation while maintaining a predetermined potential The chronoamperometry-cyclic voltammogram (upper stage) and the figure (lower stage) showing the change in electric quantity thereof in Example 2 (B) is an electrochemical having a working electrode including an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide. It is a figure (lower stage) which shows the chronoamperometry cyclic voltammogram (upper stage) at the time of performing insertion and detachment | desorption process of lithium cation, maintaining a predetermined | prescribed electric potential using a cell (lower stage). 実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルの充放電特性を調べた結果を示す図である。In Example 2, it is a figure which shows the result of having investigated the charge / discharge characteristic of the electrochemical cell which has a working electrode containing the electrode material containing magnesium cobalt complex oxide. 実施例2において、放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 2, it is a X-ray-diffraction figure which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of magnesium cobalt complex oxide at the time of completion | finish of discharge, and full charge. 実施例2において、大容量の放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 2, it is a X-ray-diffraction figure which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of the magnesium cobalt complex oxide at the time of completion | finish of discharge of a large capacity, and full charge. 実施例3において、得られたマグネシウムマンガン複合酸化物産物AのX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 3, it is a X-ray-diffraction diagram which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of obtained magnesium manganese complex oxide product A. FIG. 実施例3において、マグネシウムマンガン複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、1.5〜4.5Vの範囲で、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムである。In Example 3, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-manganese composite oxide and performing a process of inserting and removing a magnesium cation in the range of 1.5 to 4.5 V Cyclic voltammograms. 実施例4において、得られたマグネシウム鉄複合酸化物のX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 4, it is a X-ray-diffraction diagram which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of the obtained magnesium iron complex oxide. 実施例4において、マグネシウム鉄複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2〜3.8Vの範囲でマグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムである。In Example 4, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing magnesium iron complex oxide, cyclic when magnesium cation is inserted and removed in the range of 2 to 3.8 V It is a voltammogram. 実施例5において、得られた産物AのX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 5, it is a X-ray-diffraction diagram which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of obtained product A. 実施例5において、CoCo24(Co34)を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2Vに維持しながら放電を行なったときの電位と電流の関係を調べた結果を示す図である。In Example 5, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing CoCo 2 O 4 (Co 3 O 4 ), the relationship between potential and current when discharging is performed while maintaining at 2 V is investigated. It is a figure which shows the result. 実施例5において、CoCo24を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2Vに維持しながら放電を行なったときのQ−t曲線を示す図である。In Example 5, a diagram illustrating a Q-t curve when using an electrochemical cell having a working electrode comprising an electrode material containing CoCo 2 O 4, was subjected to discharge while maintaining the 2V. 実施例5において、電気化学セルの作用電極の電極材料のX線回折を調べた結果を示すX線回折図である。In Example 5, it is a X-ray-diffraction diagram which shows the result of having investigated the X-ray diffraction of the electrode material of the working electrode of an electrochemical cell. 実施例6において、電解液としてグライム化合物を含有する電解液を有し、かつマグネシウムコバルト複合酸化物(Mg2Co24)を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムである。In Example 6, using an electrochemical cell having an electrolytic solution containing a glyme compound as an electrolytic solution and having a working electrode containing an electrode material containing magnesium cobalt composite oxide (Mg 2 Co 2 O 4 ), It is a cyclic voltammogram at the time of performing the insertion and elimination process of magnesium cation. 実施例6において、電解液としてグライム化合物を含有する電解液を有し、かつマグネシウムコバルト複合酸化物(Mg2Co24)を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを2Vで保持したときのQ−t曲線を示す図である。In Example 6, an electrochemical cell having an electrolytic solution containing a glyme compound as an electrolytic solution and having a working electrode containing an electrode material containing magnesium cobalt composite oxide (Mg 2 Co 2 O 4 ) was 2 V at 2 V It is a figure which shows the Qt curve when hold | maintaining.

[二次電池の構成]
本発明の一実施形態に係る二次電池は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極と、正極活物質を含む正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、放電終了時において、前記正極活物質が、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有していることを特徴としている。
[Configuration of secondary battery]
A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode containing metal magnesium, metal lithium or a magnesium lithium alloy, a positive electrode containing a positive electrode active material, and an electrolytic solution interposed between the positive electrode and the negative electrode. The device is characterized in that, at the end of the discharge, the positive electrode active material contains a transition metal complex oxide having a rock salt structure.

なお、本明細書において、「遷移金属複合酸化物」には、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物およびスピネル構造を有する遷移金属複合酸化物の両方が包含される。また、本明細書において、「岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物」を、「岩塩型遷移金属複合酸化物」と表記し、「スピネル構造を有する遷移金属複合酸化物」を「スピネル型遷移金属複合酸化物」と表記することもある。   In the present specification, “transition metal complex oxide” includes both transition metal complex oxides having a rock salt structure and transition metal complex oxides having a spinel structure. In the present specification, “transition metal complex oxide having rock salt structure” is described as “rock salt type transition metal complex oxide”, and “transition metal complex oxide having spinel structure” is “spinel type transition metal”. It may be described as "complex oxide".

本実施形態に係る二次電池は、放電終了時において、前記岩塩型遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質が用いられているので、3価のカチオンであるマグネシウムカチオン、またはマグネシウムカチオンとリチウムカチオンとの双方を電荷担体として利用することができる。したがって、本実施形態に係る二次電池によれば、高容量を確保することができる。本実施形態に係る二次電池は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウム合金を含有する負極と、放電終了時において、前記岩塩型遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極とが用いられているので、高い作動電圧を確保することができる。また、本実施形態に係る二次電池は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウム合金を含有する負極が用いられているため、高いエネルギー密度を確保することができ、しかも取り扱い性に優れている。   In the secondary battery according to the present embodiment, since the positive electrode active material containing the rock salt type transition metal complex oxide is used at the end of discharge, the magnesium cation which is a trivalent cation, or the magnesium cation and lithium are used. Both cations and can be used as charge carriers. Therefore, according to the secondary battery concerning this embodiment, high capacity is securable. The secondary battery according to the present embodiment uses a negative electrode containing metal magnesium, metal lithium or a magnesium alloy, and a positive electrode containing a positive electrode active material containing the rock salt type transition metal composite oxide at the end of discharge. Therefore, a high operating voltage can be secured. In addition, since the secondary battery according to the present embodiment uses the negative electrode containing metal magnesium, metal lithium or a magnesium alloy, a high energy density can be secured, and the handling property is excellent.

まず、添付図面を参照して、本実施形態に係る二次電池の構成を説明する。本実施形態に係る二次電池の構成を図1に示す。図1に示される二次電池1は、電池本体2と、この電池本体2を中温域(50〜300℃)の動作温度に保持するための保温部3とを備えている。かかる二次電池1は、各種機器(図中、21)に接続されて用いることができる。   First, the configuration of a secondary battery according to the present embodiment will be described with reference to the attached drawings. The configuration of the secondary battery according to the present embodiment is shown in FIG. The secondary battery 1 shown in FIG. 1 includes a battery body 2 and a heat retaining portion 3 for holding the battery body 2 at an operation temperature of a medium temperature range (50 to 300 ° C.). The secondary battery 1 can be used by being connected to various devices (21 in the figure).

電池本体2は、図示しない密閉可能な電池容器内に、負極11と、正極12と、負極11および正極12の間に介在する電解液13と、負極11および正極12が互いに接触しないように離隔するためのセパレータ14とを備えている。電解液13は、負極11および正極12の間に介在している。これにより、負極11および正極12は、電気的に接続されている。負極11、正極12およびセパレータ14は、正極12における正極材料層12bの表面と負極11における負極材料層11bの表面とがセパレータ14を介して対向するように配置されている。これにより、負極11および正極12は、互いに直接接触しないように配置されている。   The battery body 2 is separated in a sealable battery container (not shown) so that the negative electrode 11, the positive electrode 12, the electrolytic solution 13 interposed between the negative electrode 11 and the positive electrode 12, the negative electrode 11 and the positive electrode 12 do not contact each other. And a separator 14 for the purpose. The electrolytic solution 13 is interposed between the negative electrode 11 and the positive electrode 12. Thereby, the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are electrically connected. The negative electrode 11, the positive electrode 12 and the separator 14 are disposed such that the surface of the positive electrode material layer 12 b of the positive electrode 12 and the surface of the negative electrode material layer 11 b of the negative electrode 11 face each other with the separator 14 interposed therebetween. Thus, the negative electrode 11 and the positive electrode 12 are disposed so as not to be in direct contact with each other.

負極11は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する電極である。図1に示される二次電池1では、負極11は、集電体11aと、負極材料層11bとを備える電極である。かかる負極11は、例えば、負極材料を集電体11aに塗布して負極材料層11bを形成することなどによって製造することができる。集電体11aを構成する材料は、負極材料の種類、電解液13の種類などによって異なることから、負極材料の種類、電解液13の種類などに応じて適宜選択することが好ましい。集電体11aを構成する材料としては、例えば、アルミニウム、白金、炭素材料、モリブデン、タングステンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。集電体11aの形状としては、例えば、板状、リボン状,箔体状,ワイヤー状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。負極材料は、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を負極活物質として含有する。負極材料は、必要により、導電助剤および結着剤をさらに含有していてもよい。前記導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素粉体;酸素欠損型チタン酸化物、金属微粉体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記正極材料中における導電助剤の含有率は、導電助剤の種類などによって異なることから、導電助剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。前記結着剤は、中温域(50〜300℃)の温度で用いることができるものであればよい。前記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの熱可塑性フッ素樹脂;ガラス、ポリイミドなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。負極材料中における結着剤の含有率は、結着剤の種類などによって異なることから、結着剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。なお、本発明においては、負極は、集電体を含まず、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金からなる電極であってもよい。   The negative electrode 11 is an electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium-lithium alloy. In the secondary battery 1 shown in FIG. 1, the negative electrode 11 is an electrode including a current collector 11 a and a negative electrode material layer 11 b. The negative electrode 11 can be manufactured, for example, by applying a negative electrode material to the current collector 11a to form the negative electrode material layer 11b. The material of the current collector 11 a is preferably selected according to the type of the negative electrode material, the type of the electrolytic solution 13, and the like because it varies depending on the type of the negative electrode material, the type of the electrolytic solution 13, and the like. As a material which constitutes current collection object 11a, although aluminum, platinum, a carbon material, molybdenum, tungsten, etc. are mentioned, for example, the present invention is not limited only to this illustration. Examples of the shape of the current collector 11a include a plate, a ribbon, a foil, and a wire, but the present invention is not limited to such examples. The negative electrode material contains metal magnesium, metal lithium or a magnesium lithium alloy as a negative electrode active material. The negative electrode material may further contain a conductive aid and a binder, if necessary. Examples of the conductive aid include carbon powder such as acetylene black and ketjen black; oxygen deficient titanium oxide, metal fine powder and the like, but the present invention is not limited to such examples. Absent. The content of the conductive auxiliary in the positive electrode material is preferably determined according to the type of the conductive auxiliary, because it varies depending on the type of the conductive auxiliary and the like. The binder may be any one that can be used at a temperature in the medium temperature range (50 to 300 ° C.). Examples of the binder include thermoplastic fluorine resins such as polyvinylidene fluoride; glass, polyimide and the like, but the present invention is not limited to such examples. The content of the binder in the negative electrode material is preferably determined in accordance with the type of the binder because it varies depending on the type of the binder and the like. In the present invention, the negative electrode may not be a current collector, and may be an electrode made of metal magnesium, metal lithium or a magnesium lithium alloy.

正極12は、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有している正極活物質を含む電極である。図1に示される二次電池1では、正極12は、集電体12aと、放電終了時において、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有している正極活物質を含む正極材料層12bとを備える電極である。このように、正極12は、放電完了時において、前記岩塩型遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を含んでいるため、高容量を確保することができる。正極材料は、必要により、導電助剤および結着剤をさらに含有していてもよい。正極材料における導電助剤および結着剤は、負極材料における導電助剤および結着剤と同じである。かかる正極12は、例えば、正極材料を集電体12aに塗布して正極材料層12bを形成すること;パルスレーザー堆積法、スパッタリング法、液相合成法などによって直接的に集電体に正極材料を堆積させて正極材料層12bを形成することなどによって製造することができる。   The positive electrode 12 is an electrode containing a positive electrode active material containing a transition metal composite oxide having a rock salt structure. In the secondary battery 1 shown in FIG. 1, the positive electrode 12 includes a current collector 12a and a positive electrode material layer 12b including a positive electrode active material containing a transition metal composite oxide having a rock salt structure at the end of discharge. And an electrode. As described above, since the positive electrode 12 includes the positive electrode active material containing the rock salt type transition metal composite oxide when the discharge is completed, a high capacity can be secured. The positive electrode material may further contain a conductive aid and a binder, as required. The conductive aid and the binder in the positive electrode material are the same as the conductive aid and the binder in the negative electrode material. For example, the positive electrode 12 is formed by applying a positive electrode material to the current collector 12a to form the positive electrode material layer 12b; the positive electrode material is directly applied to the current collector by a pulse laser deposition method, a sputtering method, a liquid phase synthesis method or the like. Can be deposited to form the positive electrode material layer 12b.

正極活物質は、金属マグネシウムまたはマグネシウム合金を含有する負極を備える二次電池に用いるための正極活物質であり、岩塩型遷移金属複合酸化物を含有することを特徴としている。かかる正極活物質によれば、前記岩塩型遷移金属複合酸化物を含有しているため、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウム合金を含有する負極を備える二次電池において、高容量を確保することができる。   The positive electrode active material is a positive electrode active material for use in a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium or a magnesium alloy, and is characterized by containing a rock salt type transition metal complex oxide. According to such a positive electrode active material, since the rock salt type transition metal composite oxide is contained, high capacity can be secured in a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium alloy. .

前記岩塩型遷移金属複合酸化物は、放電終了時に岩塩構造を有しており、満充電時にスピネル構造を有する化合物になる。前記岩塩型遷移金属複合酸化物としては、例えば、式(I):
LiaMg1+b1 24 (I)
〔式中、M1はマンガン原子、コバルト原子または鉄原子を示し、aは0〜2の数、bは0〜1の数を示し、aおよびbは式(II):
a+2b=2 (II)
(式中、aおよびbは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる化合物;式(III):
LicMgdCoCo24 (III)
〔式中、cは0〜2の数、dは0〜1の数を示し、cおよびdは式(IV):
c+2d=2 (IV)
(式中、cおよびdは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。式(I)で表わされる化合物および式(III)で表わされる遷移金属複合化合物は、カチオンの脱離および挿入に伴って構造相転移を起こし、放電終了時に岩塩構造を有しており、満充電時にスピネル構造を有する化合物となる点で共通の性質を有している。
The rock salt type transition metal complex oxide has a rock salt structure at the end of discharge, and becomes a compound having a spinel structure at full charge. As the rock salt type transition metal complex oxide, for example, formula (I):
Li a Mg 1 + b M 1 2 O 4 (I)
[Wherein, M 1 represents a manganese atom, a cobalt atom or an iron atom, a represents the number of 0 to 2, b represents the number of 0 to 1, and a and b represent the formula (II):
a + 2b = 2 (II)
(In the formula, a and b are as defined above)
To satisfy
A compound represented by the formula (III):
Li c Mg d CoCo 2 O 4 (III)
[Wherein, c represents a number of 0 to 2, d represents a number of 0 to 1, and c and d represent a group of formula (IV):
c + 2d = 2 (IV)
(Wherein c and d are the same as above)
To satisfy
Although the compound etc. which are represented by are mentioned, this invention is not limited only to this illustration. The compound represented by the formula (I) and the transition metal complex compound represented by the formula (III) undergo a structural phase transition with the detachment and insertion of a cation, have a rock salt structure at the end of the discharge, and are fully charged It has common properties in that it sometimes becomes a compound having a spinel structure.

式(I)で表わされる化合物としては、例えば、Mg2Mn24、Mg2Co2、Mg2Fe24、MgCoCo24、Li2MgMn24、Li2MgCo24、Li2MgFe24、式(Ia):
LiaMg1+bMn24 (Ia)
(式中、aおよびbは、前記と同じ)
で表わされる化合物、式(Ib):
LiaMg1+bCo24 (Ib)
(式中、aおよびbは、前記と同じ)
で表わされる化合物、式(Ic):
LiaMg1+bFe24 (Ic)
(式中、aおよびbは、前記と同じ)
で表わされる化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
Examples of the compound represented by formula (I), for example, Mg 2 Mn 2 O 4, Mg 2 Co 2 O 4, Mg 2 Fe 2 O 4, MgCoCo 2 O 4, Li 2 MgMn 2 O 4, Li 2 MgCo 2 O 4 , Li 2 MgFe 2 O 4 , Formula (Ia):
Li a Mg 1 + b Mn 2 O 4 (Ia)
(Wherein, a and b are as defined above)
A compound represented by the formula (Ib):
Li a Mg 1 + b Co 2 O 4 (Ib)
(Wherein, a and b are as defined above)
A compound represented by the formula (Ic):
Li a Mg 1 + b Fe 2 O 4 (Ic)
(Wherein, a and b are as defined above)
Although the compound etc. which are represented by are mentioned, this invention is not limited only to this illustration.

式(III)で表わされる化合物としては、例えば、MgCoCo24、Li2CoCo24、式(IIIa):
LicMgdCoCo24 (IIIa)
(式中、cおよびdは、前記と同じ)
で表わされる化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
Examples of the compound represented by the formula (III) include MgCoCo 2 O 4 , Li 2 CoCo 2 O 4 , a formula (IIIa):
Li c Mg d CoCo 2 O 4 (IIIa)
(Wherein, c and d are as defined above)
Although the compound etc. which are represented by are mentioned, this invention is not limited only to this illustration.

具体的には、負極が、金属マグネシウムを含有する負極の場合、放電終了時において、前記正極活物質は、例えば、Mg2Mn24、Mg2Co2、Mg2Fe24、MgCoCo24などの式(I)で表わされる化合物またはMgCoCo24などの式(III)で表わされる化合物を含有している。この場合、前記正極活物質は、満充電時には、表1の右欄に示される化合物になる。 Specifically, when the negative electrode is a negative electrode containing metallic magnesium, the positive electrode active material is, for example, Mg 2 Mn 2 O 4 , Mg 2 Co 2 O 4 , Mg 2 Fe 2 O 4 at the end of discharge. Or a compound represented by Formula (I) such as MgCoCo 2 O 4 or a compound represented by Formula (III) such as MgCoCo 2 O 4 . In this case, the positive electrode active material is the compound shown in the right column of Table 1 when fully charged.

また、負極が、金属リチウム負極の場合、放電終了時において、前記正極活物質は、例えば、Li2MgMn24、Li2MgCo24、Li2MgFe24などの式(I)で表わされる化合物またはLi2CoCo24などの式(III)で表わされる化合物を含有している。この場合、前記正極活物質は、満充電時には、表2の右欄に示される化合物になる。 When the negative electrode is a metal lithium negative electrode, the positive electrode active material is, for example, a compound of formula (I) such as Li 2 MgMn 2 O 4 , Li 2 MgCo 2 O 4 , Li 2 MgFe 2 O 4 at the end of discharge. Or a compound represented by Formula (III) such as Li 2 CoCo 2 O 4 . In this case, the positive electrode active material is a compound shown in the right column of Table 2 when fully charged.

さらに、負極が、マグネシウムリチウム合金負極の場合、放電終了時において、前記正極活物質は、例えば、LiaMg1+bMn24〔式(Ia)〕、LiaMg1+bCo24〔式(Ib)〕、LiaMg1+bFe24〔式(Ic)〕などの式(I)で表わされる化合物またはLicMgdCoCo24〔式(IIIa)〕などの式(III)で表わされる化合物を含有している。この場合、前記正極活物質は、満充電時には、表3の右欄に示される化合物になる。なお、表中、aおよびb、cおよびdは、前記と同じである。 Furthermore, the negative electrode, if the magnesium lithium alloy negative electrode, at the time of the end of discharge, the positive electrode active material, for example, Li a Mg 1 + b Mn 2 O 4 [Formula (Ia)], Li a Mg 1 + b Co 2 A compound represented by the formula (I) such as O 4 [formula (Ib)], Li a Mg 1 + b Fe 2 O 4 [formula (Ic)], etc. or Li c Mg d CoCo 2 O 4 [formula (IIIa)] Etc. are contained in the compound represented by formula (III). In this case, the positive electrode active material becomes a compound shown in the right column of Table 3 when fully charged. In the table, a and b, c and d are the same as above.

式(I)において、M1は、マンガン原子、コバルト原子または鉄原子である。マンガン原子、コバルト原子および鉄原子は、同一周期の遷移金属イオンであり、カチオンの脱挿入時に、2価から3価もしくは3価から2価への遷移、3価から4価もしくは4価から3価への遷移などをおこすことが可能であるため、本実施形態に係る二次電池においては、電気化学的に同様の挙動を示す。これらのなかでは、より高い容量を確保する観点から、マンガン原子およびコバルト原子が好ましい。また、3価から4価もしくは4価から3価への遷移が容易であることおよび廉価で、かつ入手が容易であることから、マンガン原子がより好ましい。また、aは、0〜2の数である。bは、0〜1の数である。ただし、aおよびbは、式(II)を満足する数である。 In formula (I), M 1 is a manganese atom, a cobalt atom or an iron atom. Manganese atoms, cobalt atoms and iron atoms are transition metal ions of the same cycle, and during deintercalation of cations, transition from divalent to trivalent or trivalent to divalent, trivalent to tetravalent or tetravalent to trivalent The secondary battery according to the present embodiment exhibits the same electrochemical behavior because it is possible to cause a transition to a valence. Among these, manganese atoms and cobalt atoms are preferred from the viewpoint of securing a higher capacity. In addition, a manganese atom is more preferable because the transition from trivalent to tetravalent or tetravalent to trivalent is easy, inexpensive and easily available. Moreover, a is a number of 0-2. b is a number from 0 to 1; However, a and b are numbers which satisfy Formula (II).

前記式(I)で表わされる遷移金属複合酸化物は、例えば、
(A)イオン種を含む溶液を緩衝液に添加して共沈物を得る工程、
(B)工程(A)で得られた共沈物に対して熱処理を施して式(V):
MgM1 24 (V)
(式中、M1は前記と同じ)
で表わされるマグネシウム化合物を得る工程、および
(C)工程(B)で得られた式(V)で表わされる化合物の構造内に少なくともマグネシウムカチオンを挿入する工程
を含む方法などによって得ることができる。
The transition metal complex oxide represented by the formula (I) is, for example,
(A) adding a solution containing an ionic species to a buffer to obtain a coprecipitate;
(B) The coprecipitate obtained in step (A) is subjected to a heat treatment to give a compound of formula (V):
MgM 1 2 O 4 (V)
(Wherein, M 1 is the same as above)
And a process including the step of inserting at least a magnesium cation in the structure of the compound represented by the formula (V) obtained in the step (B), and the like.

工程(A)では、イオン種を含む溶液を緩衝液に添加し、必要により、得られた混合物を撹拌することによって共沈物を得る。工程(A)では、共沈物の生成が容易であることから、イオン種を含む溶液を、緩衝液に滴下することが好ましい。   In step (A), a coprecipitate is obtained by adding a solution containing ionic species to a buffer and, if necessary, stirring the obtained mixture. In the step (A), it is preferable to add a solution containing an ionic species to the buffer solution because coprecipitation is easy to form.

前記「イオン種を含む溶液」は、カチオンとして、マグネシウムカチオンと、マンガンカチオン、コバルトカチオンまたは鉄カチオンとを含む溶液であればよい。前記「イオン種を含む溶液」としては、例えば、イオン種を与える化合物を、水、エチレングリコールなどの溶媒に溶解させた溶液などが挙げられる。前記「イオン種を与える化合物」には、マグネシウムカチオンを与える化合物、マンガンカチオンを与える化合物、コバルトカチオンを与える化合物および鉄カチオンを与える化合物が包含される。マグネシウムカチオンを与える化合物としては、例えば、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム,塩化マグネシウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。マンガンカチオンを与える化合物としては、例えば、硝酸マンガン、硫酸マンガン,塩化マンガンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。コバルトカチオンを与える化合物としては、例えば、硝酸コバルト、硫酸コバルト,塩化コバルトなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。コバルトカチオンを与える化合物;硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄などの鉄カチオンを与える化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記「イオン種を含む溶液」としては、具体的には、例えば、硝酸マグネシウム〔Mg(NO3)〕の水溶液と式(VIa):
1(NO3) (VIa)
(式中、M1は前記と同じ)
で表わされる遷移金属塩の水溶液との混合液;Mg(SO)と式(VIb):
1(SO) (VIb)
(式中、M1は前記と同じ)
で表わされる遷移金属塩とが配合された混合水溶液;MgCl2と式(VIc):
1Cl2 (VIc)
(式中、M1は前記と同じ)
で表わされる遷移金属塩とが配合された混合水溶液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
The “solution containing ion species” may be a solution containing magnesium cation and manganese cation, cobalt cation or iron cation as a cation. Examples of the “solution containing an ion species” include a solution in which a compound giving an ion species is dissolved in a solvent such as water or ethylene glycol. The above-mentioned "compound giving ion species" includes a compound giving a magnesium cation, a compound giving a manganese cation, a compound giving a cobalt cation and a compound giving an iron cation. As a compound which gives a magnesium cation, although magnesium nitrate, magnesium sulfate, magnesium chloride etc. are mentioned, for example, this invention is not limited only to this illustration. As a compound which gives a manganese cation, although manganese nitrate, manganese sulfate, manganese chloride etc. are mentioned, for example, this invention is not limited only to this illustration. As a compound which gives a cobalt cation, although cobalt nitrate, cobalt sulfate, cobalt chloride etc. are mentioned, for example, the present invention is not limited only to this illustration. Compounds giving cobalt cation; compounds giving iron cation such as iron nitrate, iron sulfate, iron chloride and the like can be mentioned, but the present invention is not limited to such examples. Specifically, the “solution containing an ionic species” is, for example, an aqueous solution of magnesium nitrate [Mg (NO 3 )] and the formula (VIa):
M 1 (NO 3 ) (VIa)
(Wherein, M 1 is the same as above)
A mixture of a transition metal salt with an aqueous solution represented by the formula: Mg (SO 4 ) and the formula (VIb):
M 1 (SO 4 ) (VIb)
(Wherein, M 1 is the same as above)
A mixed aqueous solution containing the transition metal salt represented by the formula: MgCl 2 and the formula (VIc):
M 1 Cl 2 (VIc)
(Wherein, M 1 is the same as above)
Although the mixed aqueous solution etc. with which the transition metal salt represented by these was mix | blended etc. are mentioned, this invention is not limited only to this illustration.

前記「イオン種を含む溶液」中における「イオン種を与える化合物」の含有量は、当該化合物の種類などによって異なることから、当該化合物の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。なお、式(V)で表わされる化合物を高い収率で得る観点から、前記「イオン種を含む溶液」中におけるマグネシウムカチオン(Mgカチオン)に対するマンガンカチオン、コバルトカチオンまたは鉄カチオン(Mカチオン)のモル比(Mgカチオン/Mカチオン)が、好ましくは1/1〜1/2、より好ましくは1/1.5〜1/2である。   The content of the “compound giving ion species” in the “solution containing ion species” varies depending on the type of the compound and the like, and is preferably appropriately determined according to the type of the compound and the like. In addition, from the viewpoint of obtaining the compound represented by the formula (V) in high yield, the molar amount of manganese cation, cobalt cation or iron cation (M cation) with respect to magnesium cation (Mg cation) in the “solution containing ionic species”. The ratio (Mg cation / M cation) is preferably 1/1 to 1/2, more preferably 1 / 1.5 to 1/2.

前記緩衝液としては、当該緩衝液に前記「イオン種を含む溶液」を添加したときに共沈物を生成させるのに適した性質、例えば、当該緩衝液に前記「イオン種を含む溶液」を添加したときに得られる混合液のpHをアルカリ性領域(好ましくはpH10〜13)に保つ性質を有するものであればよい。前記緩衝液としては、例えば、炭酸ナトリウム緩衝液、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記緩衝液のpHは、 沈殿析出をさせる観点から、好ましくは10以上、より好ましくは11以上であり、十分な収率を確保する観点から、好ましくは13以下、より好ましくは12以下である。   As the buffer, properties suitable for forming a coprecipitate when the “solution containing the ionic species” is added to the buffer, for example, the “solution containing the ionic species” in the buffer What is necessary is just to have the property to keep the pH of the mixed solution obtained when added in the alkaline region (preferably pH 10 to 13). Examples of the buffer include sodium carbonate buffer, acetate buffer, phosphate buffer, citrate buffer, borate buffer, tartaric acid buffer and the like, but the present invention is limited to only such examples. It is not something to be done. The pH of the buffer solution is preferably 10 or more, more preferably 11 or more from the viewpoint of precipitation, and preferably 13 or less, more preferably 12 or less from the viewpoint of securing a sufficient yield.

工程(A)において、前記緩衝液の温度は、共沈物の生成に適した温度であればよく、通常、共沈物の中に含まれる不純物(例えば、ナトリウム炭酸塩など)を溶解させて除去する観点から、好ましくは25℃以上、より好ましくは70℃以上であり、当該緩衝液の沸騰を抑制する観点から、好ましくは99℃以下、より好ましくは90℃以下である。   In the step (A), the temperature of the buffer may be a temperature suitable for the formation of coprecipitate, and usually, the impurities (eg, sodium carbonate etc.) contained in the coprecipitate are dissolved It is preferably 25 ° C. or more, more preferably 70 ° C. or more from the viewpoint of removal, and preferably 99 ° C. or less, more preferably 90 ° C. or less from the viewpoint of suppressing boiling of the buffer solution.

工程(A)において、前記緩衝液100質量部あたりのイオン種を含む溶液の量は、緩衝液の種類、イオン種を含む溶液の種類などによって異なることから、緩衝液の種類、イオン種を含む溶液の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。前記緩衝液100質量部あたりのイオン種を含む溶液の量は、共沈時に溶液のpHを一定に保つために必要なアニオン量を確保する観点から、通常、好ましくは1〜5質量部、より好ましくは3〜4質量部である。   In the step (A), the amount of the solution containing the ion species per 100 parts by mass of the buffer solution varies depending on the type of the buffer solution, the type of the solution containing the ion species, etc. It is preferable to determine appropriately according to the type of solution and the like. The amount of the solution containing the ion species per 100 parts by mass of the buffer solution is usually preferably 1 to 5 parts by mass, from the viewpoint of securing the amount of anion required to keep the pH of the solution constant during coprecipitation. Preferably, it is 3 to 4 parts by mass.

つぎに、工程(B)では、前記工程(A)で得られた共沈物を、必要により、乾燥させ、当該共沈物に対して熱処理を施して式(V)で表わされる化合物を得る。前記共沈物に対する熱処理は、例えば、共沈物を、1〜10℃/minで350〜650℃まで昇温させ、350〜650℃に2〜24時間保持した後、冷却することなどによって行なうことができる。   Next, in step (B), the coprecipitate obtained in step (A) is dried if necessary, and the coprecipitate is heat-treated to obtain a compound represented by formula (V) . The heat treatment for the coprecipitate is performed, for example, by raising the temperature of the coprecipitate to 350 to 650 ° C. at 1 to 10 ° C./min, maintaining the temperature at 350 to 650 ° C. for 2 to 24 hours, and cooling. be able to.

その後、工程(C)では、工程(B)で得られた式(V)で表わされる化合物の構造内に少なくともマグネシウムカチオンを挿入する。マグネシウムカチオンは、例えば、正極として式(V)で表わされる化合物を集電体に担持させた電極と、負極として金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金からなる電極と、正極および負極の間に介在し、マグネシウムカチオンを含有する溶液を含有する電解液とを用い、放電を行なうことにより、式(V)で表わされる化合物の構造内に挿入させることができる。放電は、例えば、定電流試験、一定電位走査などで行なうことができる。   Thereafter, in step (C), at least a magnesium cation is inserted into the structure of the compound represented by formula (V) obtained in step (B). The magnesium cation is, for example, an electrode having the compound represented by the formula (V) supported on a current collector as a positive electrode, an electrode made of metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy as a negative electrode, and interposed between the positive electrode and the negative electrode. Can be inserted into the structure of the compound represented by the formula (V) by discharge using an electrolytic solution containing a solution containing magnesium cation. The discharge can be performed by, for example, a constant current test, a constant potential scan, or the like.

式(III)において、cは、0〜2の数である。dは、0〜1の数である。ただし、cおよびdは、式(IV)を満足する数である。   In formula (III), c is a number of 0-2. d is a number from 0 to 1; However, c and d are numbers which satisfy Formula (IV).

式(III)で表わされる遷移金属複合化合物は、例えば、カチオンの濃度比および酸素量を規定した条件で焼成する工程を含む方法などによって製造することができる。   The transition metal complex compound represented by the formula (III) can be produced, for example, by a method including the step of calcining under the conditions in which the concentration ratio of cations and the amount of oxygen are defined.

電解液13は、電解液が、カチオンとしてマグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む溶液を含有する電解液である。電解液13は、前記中温域の温度で液体である電解液であればよい。電解液13は、負極11の種類、正極12の種類などによって異なることから、負極11の種類、正極12の種類などに応じて適宜選択することが好ましい。かかる電解液13としては、例えば、マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種のカチオンとアニオンとからなるイオン液体;マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種のカチオンとグライム化合物などのグリコールエーテル化合物とを含む溶液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。   The electrolytic solution 13 is an electrolytic solution containing a solution containing at least one selected from the group consisting of a magnesium cation and a lithium cation as a cation. The electrolytic solution 13 may be an electrolytic solution which is liquid at the temperature of the above-mentioned medium temperature range. Since the electrolytic solution 13 varies depending on the type of the negative electrode 11, the type of the positive electrode 12, and the like, it is preferable to appropriately select the electrolytic solution 13 according to the type of the negative electrode 11, the type of the positive electrode 12, and the like. As the electrolytic solution 13, for example, an ionic liquid comprising at least one cation selected from the group consisting of magnesium cation and lithium cation and an anion; at least one kind selected from the group consisting of magnesium cation and lithium cation Although the solution etc. which contain a cation and glycol ether compounds, such as a glyme compound, etc. are mentioned, this invention is not limited only to this illustration.

前記カチオンは、マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種のカチオンである。   The cation is at least one cation selected from the group consisting of a magnesium cation and a lithium cation.

前記アニオンとしては、例えば、式(VII):   Examples of the anion include those represented by the formula (VII):

(式中、R1およびR2はそれぞれ独立してハロゲン原子またはハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基を示す)
で表わされるスルホニルアミドアニオン、式(VIII):
(Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having a halogen atom)
A sulfonylamide anion represented by the formula (VIII):

(式中、R3は、ハロゲン原子または当該ハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基を示す)
で表わされるスルホナートアニオン、式(IX):
(AlX1 3q1 (IX)
(式中、X2はハロゲン原子、qは1〜2の数を示す)
で表わされるハロゲノアミネートアニオン、非配位性ハロゲン化物アニオン、金属ハロゲン錯アニオンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
(Wherein, R 3 represents a halogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having the halogen atom)
A sulfonate anion represented by the formula (IX):
(AlX 1 3 ) q X 1 (IX)
(Wherein, X 2 represents a halogen atom and q represents a number of 1 to 2)
And the like. However, the present invention is not limited to such examples.

式(VII)において、R1およびR2は、それぞれ独立してハロゲン原子または当該ハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基である。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記ハロゲン原子のなかでは、より高い質量エネルギー密度を確保する観点から、フッ素原子が好ましい。ハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基における炭素数は、クラスター化合物の原子配列構造の空隙内への溶媒の侵入を抑制するのに適した疎水性および十分な熱的安定性を確保する観点から、1以上であり、高い起電力を得るのに適した電解液の粘性を確保する観点から、8以下、好ましくは2以下である。ハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基としては、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘプチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基などの炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基;パークロロメチル基、パークロロエチル基、パークロロプロピル基、パークロロブチル基、パークロロペンチル基、パークロロヘプチル基、パークロロヘキシル基、パークロロオクチル基などの炭素数1〜8のパークロロアルキル基;パーブロモメチル基、パーブロモエチル基、パーブロモプロピル基、パーブロモブチル基、パーブロモペンチル基、パーブロモヘプチル基、パーブロモヘキシル基、パーブロモオクチル基などの炭素数1〜8のパーブロモアルキル基;パーヨードメチル基、パーヨードエチル基、パーヨードプロピル基、パーヨードブチル基、パーヨードペンチル基、パーヨードヘプチル基、パーヨードヘキシル基、パーヨードオクチル基などの炭素数1〜8のパーヨードアルキル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基のなかでは、高い起電力を得るのに適した電解液の粘性を確保する観点から、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基がより好ましく、パーフルオロメチル基がさらに好ましい。式(VII)で表わされるスルホニルアミドアニオンとしては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)アミドアニオンなどのビス(ハロゲノスルホニル)アミドアニオン;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオンなどのビス(ハロゲノアルキルスルホニル)アミドアニオンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 In Formula (VII), R 1 and R 2 each independently represent a halogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having the halogen atom. As a halogen atom, although a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom etc. are mentioned, for example, this invention is not limited only to this illustration. Among the halogen atoms, a fluorine atom is preferable from the viewpoint of securing a higher mass energy density. The carbon number in the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having a halogen atom ensures hydrophobicity and sufficient thermal stability suitable for suppressing the penetration of the solvent into the void of the atomic arrangement structure of the cluster compound From the viewpoint, it is 1 or more, and from the viewpoint of securing the viscosity of the electrolytic solution suitable for obtaining high electromotive force, it is 8 or less, preferably 2 or less. As a C1-C8 alkyl group which has a halogen atom, a perfluoromethyl group, perfluoroethyl group, perfluoropropyl group, perfluorobutyl group, perfluoropentyl group, perfluoroheptyl group, perfluorohexyl group is mentioned, for example Group, a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms such as perfluorooctyl group; perchloromethyl group, perchloroethyl group, perchloropropyl group, perchlorobutyl group, perchloropentyl group, perchloroheptyl group, perchloroheptyl group Perchloroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms, such as chlorohexyl group and perchlorooctyl group; perbromomethyl group, perbromoethyl group, perbromopropyl group, perbromobutyl group, perbromopentyl group, perbromoheptyl group , Perbromohexyl group, perbromooctyl group Perfluoroalkyl groups having 1 to 8 carbon atoms, such as periomethyl group, periodoethyl group, periodopyl group, periodobutyl group, periodobutyl group, perioptopentyl group, periodoheptyl group, periodihexyl group, periodine Although a C1-C8 periodalkyl group etc., such as an octyl group, etc. are mentioned, this invention is not limited only to this illustration. Among the C1-C8 alkyl groups having these halogen atoms, a C1-C8 perfluoroalkyl group is preferable from the viewpoint of securing the viscosity of the electrolytic solution suitable for obtaining a high electromotive force, A C1-C4 perfluoroalkyl group is more preferable, and a perfluoromethyl group is more preferable. As the sulfonylamide anion represented by the formula (VII), for example, bis (halogenosulfonyl) amide anions such as bis (fluorosulfonyl) amide anions; bis (halogenoalkylsulfonyl) amides such as bis (trifluoromethylsulfonyl) amide anions Although an anion etc. are mentioned, this invention is not limited only to this illustration.

式(VIII)において、R3は、ハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基である。式(VIII)におけるアルキル基の炭素数は、高い起電力を得るのに適した電解液の粘性を確保するから、1〜8、好ましくは1〜6、より好ましくは1〜4である。式(VIII)におけるハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基は、式(VII)におけるハロゲン原子を有する炭素数1〜8のアルキル基と同様である。式(VIII)で表わされるスルホナートアニオンとしては、例えば、トリフルオロメチルスルホナートアニオン、ペンタフルオロエチルスルホナートアニオンなどのハロゲノアルキルスルホナートアニオンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 In formula (VIII), R 3 is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having a halogen atom. The carbon number of the alkyl group in the formula (VIII) is 1 to 8, preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 4 to ensure the viscosity of the electrolyte suitable for obtaining a high electromotive force. The C1-C8 alkyl group which has a halogen atom in Formula (VIII) is the same as the C1-C8 alkyl group which has a halogen atom in Formula (VII). Examples of the sulfonate anion represented by the formula (VIII) include, for example, halogenoalkylsulfonate anions such as trifluoromethylsulfonate anion and pentafluoroethylsulfonate anion, and the like, but the present invention is limited to only such examples. It is not something to be done.

式(IX)において、X1は、ハロゲン原子を示す。前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記ハロゲン原子のなかでは、軽量化を図るとともに耐腐食性を確保する観点から、フッ素原子および塩素原子が好ましく、塩素原子がより好ましい。式(IX)において、qは、1〜2の数である。式(IX)で表わされるハロゲノアルミネートアニオンとしては、例えば、テトラクロロアルミネートアニオン(AlCl4 -)、ヘプタクロロジアルミネートアニオン(Al2Cl7 -)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 In formula (IX), X 1 represents a halogen atom. As said halogen atom, although a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom etc. are mentioned, for example, this invention is not limited only to this illustration. Among the halogen atoms, fluorine atoms and chlorine atoms are preferable, and chlorine atoms are more preferable, from the viewpoint of achieving weight reduction and securing corrosion resistance. In formula (IX), q is a number of 1 to 2. The halogenoalkyl aluminate anion represented by the formula (IX), for example, tetrachloro aluminate anions (AlCl 4 -), hepta-chloro-di aluminate anions (Al 2 Cl 7 -) but the like, the present invention is, It is not limited to only this example.

前記非配位性ハロゲン化物アニオンとしては、例えば、ヘキサフルオロホスフェートアニオン(PF6 -)、テトラフルオロボレートアニオン(BF4 -)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 Examples of the non-coordinating halide anion include, for example, hexafluorophosphate anion (PF 6 ), tetrafluoroborate anion (BF 4 ) and the like, but the present invention is limited to only such an example. is not.

前記金属ハロゲン錯アニオンとしては、例えば、ヘキサフルオロアルセナートアニオン(AsF6 -)、ヘキサフルオロニオベートアニオン(NbF6 -)、ヘキサフルオロタンタレートアニオン(TaF6 -)、ヘプタフルオロタングステネートアニオン(WF7 -)、ヘキサフルオロウラネートアニオン(UF6 -)、テトラフルオロオキソバナジウムアニオン(VOF4 -)、ペンタフルオロオキソモリブデンアニオン(MoOF5 -)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 As the metal halide complex anion, for example, hexafluoroarsenate anion (AsF 6 ), hexafluoroniobate anion (NbF 6 ), hexafluorotantalate anion (TaF 6 ), heptafluorotungstate anion (WF) 7 ), hexafluorouranate anion (UF 6 ), tetrafluorooxovanadium anion (VOF 4 ), pentafluorooxomolybdenum anion (MoOF 5 ), and the like, but the present invention is not limited thereto. It is not limited.

前記マグネシウムカチオンを含むイオン液体の具体例としては、マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とセシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔CsTFSA〕との混合液;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とDEMETFSAとの混合液;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とPP13TFSAとの混合液;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とP13TFSAとの混合液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 As specific examples of the ionic liquid containing the magnesium cation, magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2 ]; magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2 ] and cesium bis ( Mixed solution with trifluoromethylsulfonyl) amide [CsTFSA]; mixed solution of magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2 ] and DEMETFSA; magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) ) 2] and mixtures of PP13TFSA; magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2] and is a mixture and the like with P13TFSA, the present invention is limited only to those exemplified Not to.

前記マグネシウムカチオンとリチウムカチオンとを含むイオン液体の具体例としては、リチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔LiTFSA〕とリチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔LiTFSA〕とセシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔CsTFSA〕との混合物;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とリチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔LiTFSA〕とDEMETFSAとの混合液;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とリチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔LiTFSA〕とPP13TFSAとの混合液;マグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔Mg(TFSA)2〕とリチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド〔LiTFSA〕とP13TFSAとの混合液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 As a specific example of the ionic liquid containing the magnesium cation and the lithium cation, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (LiTFSA), lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (LiTFSA) and cesium bis (trifluoromethylsulfonyl) ) A mixture with an amide [CsTFSA]; a mixture of magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2 ] and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide [LiTFSA] and DEMETFSA; magnesium bis (trifluoro) methylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2] and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) mixture of amide [LiTFSA] and PP13TFSA; magnesium bis (G Fluoro methylsulfonyl) amide [Mg (TFSA) 2] and lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) but a mixed solution of the amide [LiTFSA] and P13TFSA and the like, and the present invention is to be limited only to those exemplified Absent.

前記グライム化合物は、アルキルグリコールの両末端の水酸基が同一の置換基で置換された対称グリコールエーテルである。ここで、前記置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜4のアルキル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記グリコールエーテル化合物としては、例えば、モノグライム〔エチレングリコールジメチルエーテル〕、エチルモノグライム〔エチレングリコールジエチルエーテル〕、ブチルモノグライム〔エチレングリコールジブチルエーテル〕、メチルジグライム〔ジエチレングリコールジメチルエーテル〕、エチルジグライム〔ジエチレングリコールジエチルエーテル〕、ブチルジグライム〔ジエチレングリコールジブチルエーテル〕、メチルトリグライム〔トリエチレングリコールジメチルエーテル〕、エチルトリグライム〔トリエチレングリコールジエチルエーテル〕、ブチルトリグライム〔トリエチレングリコールジエチルエーテル〕、メチルテトラグライム〔テトラエチレングリコールジメチルエーテル〕、エチルテトラグライム〔テトラエチレングリコールジエチルエーテル〕、ブチルテトラグライム〔テトラエチレングリコールジブチルエーテル〕などのグライム化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。   The glyme compound is a symmetrical glycol ether in which the hydroxyl groups at both ends of the alkyl glycol are substituted with the same substituent. Here, examples of the substituent include alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl, but the present invention is not limited to such examples. . Examples of the glycol ether compound include monoglyme (ethylene glycol dimethyl ether), ethyl monoglyme (ethylene glycol diethyl ether), butyl monoglyme (ethylene glycol dibutyl ether), methyl diglyme (diethylene glycol dimethyl ether), ethyl diglyme [diethylene glycol diethyl Ether], butyl diglyme [diethylene glycol dibutyl ether], methyl triglyme [triethylene glycol dimethyl ether], ethyl triglyme [tri ethylene glycol diethyl ether], butyl triglyme [triethylene glycol diethyl ether], methyl tetraglyme [tetra ethylene oxide Glycol dimethyl ether], ethyl tetraglyme Ethylene glycol diethyl ether], but glyme compound, such as butyl tetraglyme [tetraethylene glycol dibutyl ether], and the like, the present invention is not limited only to those exemplified.

セパレータ14としては、例えば、多孔質フィルム、多孔質ガラス、ガラスメッシュなどの多孔質体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。本実施形態に係る二次電池1では、負極11および正極12の間にセパレータ14を設けているが、負極11および正極12が互いに直接接触しないのであれば、セパレータ14を設けなくてもよい。   Examples of the separator 14 include porous films, porous glass, and porous bodies such as glass mesh, but the present invention is not limited to such examples. Although the separator 14 is provided between the negative electrode 11 and the positive electrode 12 in the secondary battery 1 according to the present embodiment, the separator 14 may not be provided if the negative electrode 11 and the positive electrode 12 do not contact each other directly.

保温部3は、電池本体2の側部を覆うように設けられている。電池本体2を加熱するためのヒータ3aと電池本体2の温度を前記動作温度に維持するための断熱部材3bとを備えている。ヒータ3aは、断熱部材3bの内部に設けられている。これにより、ヒータ3aの熱エネルギーの損失を抑制することができ、電池本体2の温度を低いエネルギー消費量で所定の動作温度に保持することができる。   The heat retaining portion 3 is provided to cover the side of the battery body 2. A heater 3a for heating the battery body 2 and a heat insulating member 3b for maintaining the temperature of the battery body 2 at the operating temperature are provided. The heater 3a is provided inside the heat insulating member 3b. Thereby, the loss of the heat energy of the heater 3a can be suppressed, and the temperature of the battery body 2 can be maintained at a predetermined operating temperature with a low energy consumption.

二次電池1の形状としては、例えば、円筒状、直方体状、円柱状、円板状などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。   Examples of the shape of the secondary battery 1 include, for example, a cylindrical shape, a rectangular solid shape, a cylindrical shape, and a disk shape, but the present invention is not limited to such examples.

本実施形態に係る二次電池は、前記中温域の動作温度で良好に用いることができる。前記動作温度は、通常、好ましくは50℃以上、より好ましくは80℃以上であり、好ましくは200℃以下である。   The secondary battery according to the present embodiment can be favorably used at the operating temperature of the above-mentioned intermediate temperature range. The operating temperature is usually preferably 50 ° C. or more, more preferably 80 ° C. or more, and preferably 200 ° C. or less.

つぎに、本実施形態の二次電池の充放電プロセスにおけるカチオンの挿入および脱離の機構を説明する。本発明の一実施形態に係る二次電池の充放電プロセスにおける正極活物質に含まれる遷移金属複合酸化物の結晶構造の変化を図2に示す。図2においては、金属マグネシウムを含有する負極を有するマグネシウム二次電池において、正極活物質として、放電終了時に岩塩型遷移金属複合酸化物であるMg2Co24を含有する正極活物質を用いた場合を例として挙げて説明する。図2中、(A)は満充電時(放電前)の正極活物質に含まれる遷移金属複合酸化物の結晶構造、(B)は(A)における正四面体領域A、(C)は放電終了時の正四面体領域Aに相当する領域、(D)は放電終了時の遷移金属複合酸化物の結晶構造を示す。また、図2中、「FCC Oフレーム」は面心立方格子構造における酸素原子で構成されるフレーム、「Co/Mg」はコバルト原子またはマグネシウム原子の存在位置を示す。また、本発明の一実施形態に係る二次電池の放電反応前後における正極活物質の組織構造の変化を図3に示す。 Below, the mechanism of insertion and detachment | desorption of the cation in the charging / discharging process of the secondary battery of this embodiment is demonstrated. The change of the crystal structure of the transition metal complex oxide contained in the positive electrode active material in the charging / discharging process of the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention is shown in FIG. In FIG. 2, in a magnesium secondary battery having a negative electrode containing metallic magnesium, a positive electrode active material containing Mg 2 Co 2 O 4 which is a rock salt type transition metal complex oxide at the end of discharge is used as a positive electrode active material. The case will be described as an example. In FIG. 2, (A) shows the crystal structure of the transition metal complex oxide contained in the positive electrode active material during full charge (before discharge), (B) shows the tetrahedral region A in (A), and (C) shows discharge. A region corresponding to the tetrahedron region A at the end, (D) shows the crystal structure of the transition metal complex oxide at the end of the discharge. Further, in FIG. 2, “FCC O frame” indicates a frame composed of oxygen atoms in a face-centered cubic lattice structure, and “Co / Mg” indicates the positions of cobalt atoms or magnesium atoms. Moreover, the change of the structure | tissue structure of the positive electrode active material before and behind the discharge reaction of the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention is shown in FIG.

本実施形態に係る二次電池において、放電終了時の正極活物質は、前記岩塩型遷移金属複合酸化物を含有している。前記岩塩型遷移金属複合酸化物は、図2(D)に示されるように、16c+16d八面体サイトを有する岩塩構造を有している。また、満充電時の二次電池の正極活物質は、スピネル型遷移金属複合酸化物であるMgCo24からなる。MgCo24は、かかる図2(A)に示されるように、16d八面体サイトと8a四面体サイトとを有するスピネル構造を有している。中温域(50〜300℃)での放電プロセスでは、図2(B)に示されるように、マグネシウム原子が16cサイトに挿入される。つぎに、8aサイトのコバルト原子またはマグネシウム原子が16cサイトに移動する。これにより、結晶構造内の原子が均一化され、図2(C)に示されるように、岩塩型遷移金属複合酸化物であるMg2Co24が生じる。一方、中温域(50〜300℃)での充電プロセスでは、マグネシウム原子は、放電プロセスにおけるマグネシウム原子とは逆の挙動を示す。このように、前記遷移金属複合酸化物は、中温域(50〜300℃)での放電プロセスでは、スピネル構造から岩塩構造への構造相転移を起こし、中温域(50〜300℃)での充電プロセスでは、岩塩構造からスピネル構造への構造相転移を起こす。このように、本実施形態に係る二次電池では、岩塩型遷移金属複合酸化物が、放電の進行に伴ってスピネル構造から岩塩構造への構造相転移を起こし、充電の進行に伴って岩塩構造からスピネル構造への構造相転移を起こす。岩塩構造およびスピネル構造は、結晶構造における単位格子の格子点の位置が同じである。したがって、前記遷移金属複合酸化物は、構造相転移に際し、当該遷移金属複合酸化物の結晶構造における単位格子の格子点の位置を維持していることから、優れた構造安定性を有する。 In the secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material at the end of the discharge contains the rock salt type transition metal composite oxide. The rock salt type transition metal complex oxide has a rock salt structure having 16c + 16d octahedral sites, as shown in FIG. 2 (D). In addition, the positive electrode active material of the secondary battery when fully charged is made of MgCo 2 O 4 which is a spinel type transition metal composite oxide. MgCo 2 O 4 has a spinel structure having 16 d octahedral sites and 8 a tetrahedral sites as shown in FIG. 2 (A). In the discharge process in the middle temperature range (50 to 300 ° C.), as shown in FIG. 2 (B), magnesium atoms are inserted into the 16 c site. Next, the cobalt atom or magnesium atom at the 8a site moves to the 16c site. As a result, the atoms in the crystal structure are homogenized, and as shown in FIG. 2C, Mg 2 Co 2 O 4 which is a rock salt type transition metal complex oxide is produced. On the other hand, in the charge process in the middle temperature range (50 to 300 ° C.), the magnesium atom behaves in reverse to the magnesium atom in the discharge process. Thus, in the discharge process in the medium temperature range (50 to 300 ° C.), the transition metal composite oxide undergoes a structural phase transition from a spinel structure to a rock salt structure, and charging in the medium temperature range (50 to 300 ° C.) The process causes a structural phase transition from rock salt structure to spinel structure. Thus, in the secondary battery according to the present embodiment, the rock salt type transition metal complex oxide causes a structural phase transition from the spinel structure to the rock salt structure with the progress of discharge, and the rock salt structure with the progress of charge. Causes a structural phase transition from spinel to spinel structure. The rock salt structure and the spinel structure have the same position of the lattice points of the unit cell in the crystal structure. Therefore, the transition metal complex oxide has excellent structural stability because it maintains the position of the lattice point of the unit cell in the crystal structure of the transition metal complex oxide during structural phase transition.

満充電時の二次電池の正極活物質は、図3に示されるように、スピネル型遷移金属複合酸化物(図3中、101)からなる。また、放電を行なった後(すなわち、マグネシウム原子の挿入後)の二次電池の正極活物質は、スピネル型遷移金属複合酸化物(図3中、101)と、岩塩型遷移金属複合酸化物(図3中、102)とが混在した状態となっている。本実施形態に係る二次電池では、正極活物質における岩塩型遷移金属複合酸化物の量は、放電の進行に伴い増大し、充電の進行に伴い減少する。   As shown in FIG. 3, the positive electrode active material of the fully charged secondary battery is made of a spinel type transition metal composite oxide (101 in FIG. 3). In addition, the positive electrode active material of the secondary battery after discharge (that is, after insertion of a magnesium atom) is a spinel type transition metal complex oxide (101 in FIG. 3) and a rock salt type transition metal complex oxide ( In FIG. 3, 102) is mixed. In the secondary battery according to the present embodiment, the amount of the rock salt type transition metal complex oxide in the positive electrode active material increases with the progress of the discharge and decreases with the progress of the charge.

以上説明したように、本実施形態に係る二次電池、正極および正極活物質によれば、高い容量を確保することができる。したがって、本実施形態に係る二次電池、正極および正極活物質は、航空機、ハイブリッド車、電気自動車などの輸送機器用の二次電池;モバイル機器用の二次電池;電力の貯蔵用の二次電池などに用いられることが期待されるものである。   As described above, according to the secondary battery, the positive electrode, and the positive electrode active material according to the present embodiment, a high capacity can be secured. Therefore, the secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode and the positive electrode active material are secondary batteries for transportation equipment such as aircraft, hybrid vehicles, and electric vehicles; secondary batteries for mobile equipment; secondary batteries for storage of electric power It is expected to be used for batteries and the like.

つぎに、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。なお、以下において、「Mg(TFSA)2」はマグネシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、「CsTFSA」はセシウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、「LiTFSA」はリチウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、「DEMETFSA」はN,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドを示す。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following, “Mg (TFSA) 2 ” is magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide, “CsTFSA” is cesium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide, “LiTFSA” is lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide "DEMETFSA" denotes N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide.

(実施例1)
(1)MgCo24の調製
0.16M硝酸マグネシウム水溶液50mLと0.32M硝酸コバルト水溶液50mLとの混合液100mLを、70℃に保たれた0.35M炭酸ナトリウム緩衝液(pH11)0.2Lに0.5時間かけて滴下した。滴下後、得られた混合液を500rpmで1時間撹拌し、共沈物を得た。
Example 1
(1) Preparation of MgCo 2 O 4 0.35 M sodium carbonate buffer solution (pH 11) 0.2 L maintained at 70 ° C. in 100 mL of a mixed solution of 50 mL of 0.16 M magnesium nitrate aqueous solution and 50 mL of 0.32 M cobalt nitrate aqueous solution The solution was dropped over 0.5 hours. After dropwise addition, the resulting mixture was stirred at 500 rpm for 1 hour to obtain a coprecipitate.

得られた共沈物を乾燥させた後、電気炉内に入れた。炉内の温度を5.5℃/minで350℃まで昇温させ、350℃で24時間保持することにより、前記共沈物を焼成した。その後、得られた産物を炉冷により冷却し、マグネシウムコバルト複合酸化物を得た。得られたマグネシウムコバルト複合酸化物をX線回折法によって分析した。   The resulting coprecipitate was dried and then placed in an electric furnace. The coprecipitate was fired by raising the temperature in the furnace to 350 ° C. at 5.5 ° C./min and holding it at 350 ° C. for 24 hours. Thereafter, the obtained product was cooled by furnace cooling to obtain a magnesium-cobalt composite oxide. The obtained magnesium cobalt composite oxide was analyzed by X-ray diffraction.

実施例1において、マグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を図4に示す。図中、(a)は実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折パターン、(b)はMgCo24のX線回折パターンを示す。 The result of examining the X-ray diffraction of the magnesium-cobalt composite oxide in Example 1 is shown in FIG. In the figure, (a) shows an X-ray diffraction pattern of the magnesium-cobalt composite oxide obtained in Example 1 (1), and (b) shows an X-ray diffraction pattern of MgCo 2 O 4 .

図4に示された結果から、実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物は、MgCo24であることがわかる。 The results shown in FIG. 4 indicate that the magnesium-cobalt composite oxide obtained in Example 1 (1) is MgCo 2 O 4 .

(2)電極材料の調製
実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物と、カーボンブラックとポリフッ化ビニリデンとをマグネシウムコバルト複合酸化物/カーボンブラック/ポリフッ化ビニリデン(質量比)が8/1/1となるように混合し、電極材料Aを得た。
(2) Preparation of electrode material Magnesium cobalt complex oxide obtained in Example 1 (1), carbon black and polyvinylidene fluoride, magnesium cobalt complex oxide / carbon black / polyvinylidene fluoride (mass ratio) 8 It mixed so that it might become / 1/1, and obtained the electrode material A.

(3)電気化学セルの構築
つぎに、アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、図5に示される三電極式の電気化学セル50を構築した。構築された電気化学セル50は、作用電極51と、マグネシウム製リボンからなる対極52と、参照電極53と、電解液54と、容器55と、容器55内を所定の動作温度に保持するための保温部56とから構成されている。作用電極51は、アルミニウム箔からなる集電体51aと、集電体51a上に設けられた電極材料層51bとを備えている。作用電極51において、電極材料層51bは、電極材料Aが10〜20μg/mm2となるように集電体51aの表面に電極材料Aを塗布することによって作製した。参照電極53は、リチウム箔からなる参照電極本体53aと、参照電解液53bと、参照電極本体53aを電解液54から隔離するガラス管部53cと、ガラス管部53cと一体的に形成され、当該ガラス管部53cの内部と外部との間の電気的接続を確保するための多孔質ガラス部53dとを備えている。参照電極本体53aは、作用電極51および対極52と電気的に接続しているが、電解液54と直接接触しないように構成されている。容器55は、容器本体55aと、蓋部55bとを備えている。保温部56は、ヒータ56aとアルミニウム製ブロック56bとを備えている。電気化学セル50の作用電極51、対極52および参照電極53は、それぞれ、電極リード61a,61b,61cを介してポテンショスタット61に接続されている。参照電解液53bは、0.5M LiTFSA含有DEMETFSAである。なお、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕である。
(3) Construction of Electrochemical Cell Next, a three-electrode electrochemical cell 50 shown in FIG. 5 was constructed in a glove box maintained in an argon gas atmosphere. The constructed electrochemical cell 50 holds the inside of the working electrode 51, the counter electrode 52 made of a magnesium ribbon, the reference electrode 53, the electrolyte solution 54, the container 55, and the container 55 at a predetermined operating temperature. The heat insulating unit 56 is constituted. The working electrode 51 includes a current collector 51a made of an aluminum foil and an electrode material layer 51b provided on the current collector 51a. In the working electrode 51, the electrode material layer 51b was produced by applying the electrode material A on the surface of the current collector 51a so that the electrode material A was 10 to 20 μg / mm 2 . The reference electrode 53 is integrally formed with a reference electrode body 53a made of lithium foil, a reference electrolyte solution 53b, a glass tube 53c separating the reference electrode body 53a from the electrolyte solution 54, and the glass tube 53c. A porous glass portion 53d is provided to secure the electrical connection between the inside and the outside of the glass tube portion 53c. The reference electrode main body 53 a is electrically connected to the working electrode 51 and the counter electrode 52, but is configured not to be in direct contact with the electrolyte solution 54. The container 55 includes a container body 55a and a lid 55b. The heat retaining portion 56 includes a heater 56a and an aluminum block 56b. The working electrode 51, the counter electrode 52 and the reference electrode 53 of the electrochemical cell 50 are connected to the potentiostat 61 via the electrode leads 61a, 61b and 61c, respectively. The reference electrolyte 53b is DEMETFSA containing 0.5 M LiTFSA. The electrolytic solution 54 is a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9].

(4)マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例1(3)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持しながら、放電(マグネシウムカチオンの挿入)および充電(マグネシウムカチオンの脱離)をこの順で繰り返し、サイクリックボルタンメトリを行なった。サイクリックボルタンメトリにおける走査速度は、1mV/sである。
(4) Verification of Insertion and Desorption Process of Magnesium Cation The electrochemical cell 50 obtained in Example 1 (3) and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300) Using the above, while maintaining the temperature (the temperature of the electrolytic solution) in the container 55 of the electrochemical cell 50 at 150 ° C., discharge (insertion of magnesium cation) and charge (desorption of magnesium cation) are repeated in this order, cyclic The voltammetry was performed. The scan rate in cyclic voltammetry is 1 mV / s.

実施例1において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムを図6(A)に示す。   In Example 1, using a electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide, a cyclic voltammogram when magnesium cation is inserted and removed is shown in FIG. 6 (A). Show.

図6(A)に示された結果から、作用電極51の電極材料Aに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、マグネシウムカチオンの挿入〔図6(A)中、矢印(a)〕および脱離〔図6(A)中、矢印(b)〕が起こっていることがわかる。   From the results shown in FIG. 6 (A), in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material A of the working electrode 51, insertion of magnesium cation [arrow (a) in FIG. 6 (A)] and detachment [ In FIG. 6 (A), it can be seen that the arrow (b)!

(5)電気化学セルの構築
実施例1(3)において、マグネシウム製リボンからなる対極52を用いる代わりに、リチウム製リボンからなる対極52を用いたこと、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕を用いる代わりに、LiTFSAとCsTFSAとの混合液〔LiTFSA/CsTFSA(原子比):1/9〕を用いたことを除き、実施例1(3)と同様の操作を行ない、電気化学セル50を得た。
(5) Construction of Electrochemical Cell In Example 1 (3), instead of using the magnesium-made ribbon counter electrode, the lithium-made ribbon-made counter electrode 52 was used, and Mg (TFSA) 2 was used as the electrolyte 54. Instead of using a mixed solution of Mg and CsTFSA (Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9), a mixed solution of LiTFSA and CsTFSA (LiTFSA / CsTFSA (atomic ratio): 1/9) is used The same operation as in Example 1 (3) was performed except that the electrochemical cell 50 was obtained.

(6)リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例1(4)において、実施例1(3)で得られた電気化学セル50を用いる代わりに、実施例1(5)で得られた電気化学セルを用いたことを除き、実施例1(4)と同様の操作を行ない、サイクリックボルタンメトリを行なった。
(6) Verification of Insertion and Desorption Process of Lithium Cation In Example 1 (4), the electrochemical cell obtained in Example 1 (5) was used instead of using the electrochemical cell 50 obtained in Example 1 (3). The same operation as in Example 1 (4) was performed except that an electrochemical cell was used, and cyclic voltammetry was performed.

実施例1において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムを図6(B)に示す。   In Example 1, a cyclic voltammogram when lithium cation is inserted and removed using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide is shown in FIG. 6 (B). Show.

図6(B)に示された結果から、作用電極51の電極材料Aに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、リチウムカチオンの挿入〔図6(B)中、矢印(a)〕および脱離〔図6(B)中、矢印(b)〕が起こっていることがわかる。   From the results shown in FIG. 6 (B), in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material A of the working electrode 51, insertion of lithium cation [arrow (a) in FIG. 6 (B)] and detachment [ In FIG. 6 (B), it can be seen that the arrow (b)!

(実施例2)
(1)マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例1(3)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持しながら、放電時における1.5V vs.Li+/Li(1.0V vs.Mg2+/Mg)で3時間の維持、5時間のレスト、充電時における4.0V vs.Li+/Li(3.5V vs.Mg2+/Mg)で10時間の維持および24時間のレストを行なう条件でサイクリックボルタンメトリ(走査速度:1mV/s)およびクロノアンペロメトリを行なった。
(Example 2)
(1) Verification of Insertion and Desorption Process of Magnesium Cation The electrochemical cell 50 obtained in Example 1 (3) and the electrochemical measurement apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300) While maintaining the temperature (the temperature of the electrolytic solution) in the container 55 of the electrochemical cell 50 at 150.degree. Maintain for 3 hours with Li + / Li ( 1.0 V vs. Mg 2+ / Mg), rest for 5 hours, 4.0 V vs. Perform cyclic voltammetry (scanning rate: 1mV / s) and chronoamperometry under conditions of maintenance for 10 hours and rest for 24 hours with Li + / Li ( 3.5 V vs. Mg 2+ / Mg) The

図7(A)は、実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、所定電位を維持しながら、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のクロノアンペロメトリ−サイクリックボルタモグラム(上段)およびその電気量変化(下段)を示す。図7(A)中、(a)は放電プロセス、(b)は5時間のレスト、(c)は充電プロセス、(d)は24時間のレストを示す。   FIG. 7 (A) shows that in Example 2, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide, the process of inserting and removing a magnesium cation while maintaining a predetermined potential. The chronoamperometry cyclic voltammogram (upper stage) and its electric charge change (lower stage) in the case of performing are shown. In FIG. 7 (A), (a) shows a discharge process, (b) shows a 5-hour rest, (c) shows a charge process, and (d) shows a 24-hour rest.

図7(A)に示された結果から、作用電極51の電極材料Aに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、マグネシウムカチオンの挿入および脱離が起こっており、約200mAh/gの容量が得られることがわかる。   From the results shown in FIG. 7A, in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material A of the working electrode 51, insertion and desorption of magnesium cations occur, and a capacity of about 200 mAh / g can be obtained I understand that.

(2)リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例1(5)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持しながら、放電時における2.0V vs.Li+/Li(1.5V vs.Mg2+/Mg)で2時間の維持、2時間のレスト、充電時における4.0V vs.Li+/Li(3.5V vs.Mg2+/Mg)で2時間の維持および5時間のレストを行なう条件でサイクリックボルタンメトリ(走査速度:1mV/s)およびクロノアンペロメトリを行なった。
(2) Verification of Insertion and Desorption Process of Lithium Cation The electrochemical cell 50 obtained in Example 1 (5) and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300) While maintaining the temperature (the temperature of the electrolytic solution) in the container 55 of the electrochemical cell 50 at 150.degree. C., 2.0 V vs. 2 hours maintenance with Li + / Li ( 1.5 V vs. Mg 2+ / Mg), 2 hours rest, 4.0 V vs. Perform cyclic voltammetry (scanning rate: 1mV / s) and chronoamperometry under conditions of maintenance for 2 hours and rest for 5 hours with Li + / Li ( 3.5 V vs. Mg 2+ / Mg) The

図7(B)は、実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、所定電位を維持しながら、リチウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のクロノアンペロメトリ−サイクリックボルタモグラム(上段)およびその電気量変化(下段)を示す。図7(B)中、(a)は放電プロセス、(b)は2時間のレスト、(c)は充電プロセス、(d)は5時間のレストを示す。   FIG. 7 (B) shows the process of inserting and removing lithium cations in Example 2 using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide while maintaining a predetermined potential. The chronoamperometry cyclic voltammogram (upper stage) and its electric charge change (lower stage) in the case of performing are shown. In FIG. 7 (B), (a) shows a discharge process, (b) shows a 2 hour rest, (c) shows a charge process, and (d) shows a 5 hour rest.

図7(B)に示された結果から、作用電極51の電極材料Aに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、リチウムカチオンの挿入および脱離が起こっており、約200mAh/gの容量が得られることがわかる。なお、図7(A)と図7(B)とを対比すると、充電挙動が異なることがわかる。かかる充電挙動の相違は、1価のリチウムカチオンと2価のマグネシウムカチオンとの差異のためであると考えらえる。また、これらの結果から、リチウムカチオンを電荷担体として用いる場合には、マグネシウムコバルト複合酸化物中の2つのコバルトカチオンの還元のために、2つのリチウムカチオンがスピネル構造に挿入され、スピネル構造の8bサイトなどが余分なリチウムカチオンの収容のために用いられると考えられる。   From the results shown in FIG. 7B, in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material A of the working electrode 51, insertion and detachment of lithium cations occur, and a capacity of about 200 mAh / g can be obtained I understand that. In addition, when FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B) are contrasted, it turns out that charge behavior differs. The difference in charge behavior is considered to be due to the difference between the monovalent lithium cation and the divalent magnesium cation. In addition, from these results, when lithium cation is used as a charge carrier, two lithium cations are inserted in the spinel structure to reduce two cobalt cations in the magnesium-cobalt composite oxide, and 8b of the spinel structure It is believed that sites etc. may be used to accommodate extra lithium cations.

(3)充放電試験
実施例1(3)で得られた電気化学セル50と、電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、充放電試験を行なった。充放電試験は、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕を用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持し、1/10Cのレートで、放電(マグネシウムカチオンの挿入)および充電(マグネシウムカチオンの脱離)をこの順で繰り返すことによって行なった。
(3) Charge / Discharge Test A charge / discharge test was carried out using the electrochemical cell 50 obtained in Example 1 (3) and an electrochemical measurement apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300). I did. In the charge / discharge test, a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9] is used as the electrolyte 54 in the container 55 of the electrochemical cell 50. The temperature (the temperature of the electrolyte) was maintained at 150 ° C., and discharge (insertion of magnesium cation) and charge (desorption of magnesium cation) were repeated in this order at a rate of 1/10 C.

実施例2において、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルの充放電特性を調べた結果を図8に示す。図中、(a)は1回目の充電を行なったときの充電曲線、(b)は2回目の充電を行なったときの充電曲線、(c)は3回目の充電を行なったときの充電曲線、(d)は4回目の充電を行なったときの充電曲線、(e)は1回目の放電を行なったときの放電曲線、(f)は2回目の放電を行なったときの放電曲線、(g)は3回目の放電を行なったときの放電曲線、(h)は4回目の放電を行なったときの放電曲線を示す。   The results of examining the charge / discharge characteristics of an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide in Example 2 are shown in FIG. In the figure, (a) is the charge curve for the first charge, (b) is the charge curve for the second charge, and (c) is the charge curve for the third charge. (D) is the charge curve for the fourth charge, (e) is the discharge curve for the first discharge, (f) is the discharge curve for the second discharge, (( g) shows a discharge curve when the third discharge is performed, and (h) shows a discharge curve when the fourth discharge is performed.

図8に示された結果から、作動電位は、1〜2.5V vs.Mg2+/Mgであり、引き出し可能な容量は、170mAh/gを超えることができることがわかる。また、図8に示された結果から、マグネシウムコバルト複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極を有する二次電池を用いることにより、可逆的に充放電反応を行なうことができることがわかる。   From the results shown in FIG. 8, the working potential is 1 to 2.5 V vs. It can be seen that Mg 2+ / Mg, and the extractable capacity can exceed 170 mAh / g. Further, it is understood from the results shown in FIG. 8 that the charge and discharge reaction can be reversibly performed by using the secondary battery having the positive electrode containing the positive electrode active material containing the magnesium-cobalt composite oxide.

(4)放電後のマグネシウムコバルト複合酸化物の構造解析
実施例1(3)で得られた電気化学セルを用いて充放電反応を行ない、120mAh/gの放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物をX線回折法によって分析した。
(4) Structural analysis of magnesium-cobalt composite oxide after discharge charge-discharge reaction is carried out using the electrochemical cell obtained in Example 1 (3), and magnesium cobalt at the end of discharge of 120 mAh / g and at full charge The complex oxide was analyzed by X-ray diffraction.

実施例2において、放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を図9に示す。図中、(a)は実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折パターン、(b)は120mAh/gの放電終了時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折パターン、(c)は満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折パターン、(d)はCoOのX線回折パターン、(e)はMgOのX線回折パターン、(f)はMgCo24のX線回折パターンを示す。 The results of examining the X-ray diffraction of the magnesium-cobalt composite oxide at the end of the discharge and at the time of the full charge in Example 2 are shown in FIG. In the figure, (a) is an X-ray diffraction pattern of the magnesium-cobalt composite oxide obtained in Example 1 (1), (b) is an X-ray diffraction pattern of the magnesium-cobalt composite oxide at the end of discharge of 120 mAh / g. , (C) is the X-ray diffraction pattern of magnesium cobalt complex oxide at full charge, (d) is the X-ray diffraction pattern of CoO, (e) is the X-ray diffraction pattern of MgO, (f) is MgCo 2 O 4 X-ray diffraction pattern of

図9に示される結果から、120mAh/gの放電でのマグネシウムカチオンの挿入後、マグネシウムコバルト複合酸化物は、スピネル相および岩塩相の2つの相を示すことが示唆される。また、リートベルド解析を行なったところ、実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物のスピネル構造の不規則度は、約0.43であるのに対し、120mAh/gの放電終了時のマグネシウムコバルト複合酸化物のうち、スピネル構造を有する化合物の不規則度は、約0.37であった。なお、岩塩構造を有するマグネシウムコバルト複合酸化物におけるマグネシウムカチオンおよびコバルトカチオンの位置占有率は、それぞれ、0.49および0.51である。これらの結果から、マグネシウムコバルト複合酸化物では、放電プロセスに際し、マグネシウムカチオンがスピネル構造における16c位置に挿入され、ついで、スピネル構造の8a位置に存在する元のカチオンが16c位置に押し出されることにより、スピネル構造から岩塩構造への構造相転移が起こると考えられる。一方、充電プロセスでは、岩塩構造からスピネル構造への構造相転移が起こると考えられる。   The results shown in FIG. 9 suggest that the magnesium-cobalt composite oxide exhibits two phases, a spinel phase and a rock salt phase, after magnesium cation insertion at a discharge of 120 mAh / g. Further, when Rietveld analysis was performed, the degree of disorder of the spinel structure of the magnesium-cobalt composite oxide obtained in Example 1 (1) is about 0.43, while at the end of the discharge of 120 mAh / g The degree of disorder of the compound having a spinel structure among the magnesium-cobalt composite oxides of the above was about 0.37. The position occupancy rates of magnesium cation and cobalt cation in the magnesium-cobalt composite oxide having a rock salt structure are 0.49 and 0.51, respectively. From these results, in the magnesium-cobalt composite oxide, the magnesium cation is inserted at the 16c position in the spinel structure during the discharge process, and then the original cation present at the 8a position of the spinel structure is extruded at the 16c position, A structural phase transition from spinel structure to rock salt structure is considered to occur. On the other hand, it is considered that structural phase transition from rock salt structure to spinel structure occurs in the charging process.

また、実施例1(3)で得られた電気化学セルを用いて充放電反応を行ない、170mAh/gの放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物をX線回折法によって分析した。さらに、実施例1(5)で得られた電気化学セルを用いて充放電反応を行ない、210mAh/gの放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物をX線回折法によって分析した。   Moreover, charge / discharge reaction was carried out using the electrochemical cell obtained in Example 1 (3), and the magnesium cobalt composite oxide at the end of discharge of 170 mAh / g and at the time of full charge was analyzed by X-ray diffraction method. Furthermore, charge / discharge reaction was carried out using the electrochemical cell obtained in Example 1 (5), and the magnesium cobalt composite oxide at the end of discharge of 210 mAh / g and at the time of full charge was analyzed by X-ray diffraction.

実施例2において、大容量の放電終了時および満充電時のマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折を調べた結果を図10に示す。図中、(a)は実施例1(1)で得られたマグネシウムコバルト複合酸化物のX線回折パターン、(b)は電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液を用いた場合において、170mAh/gの放電終了時の作用電極51の電極材料のX線回折パターン、(c)は電解液54として、LiTFSAとCsTFSAとの混合液を用いた場合において、210mAh/gの放電終了時の作用電極51の電極材料のX線回折パターン、(d)は電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液を用いた場合において、満充電時の作用電極51の電極材料のX線回折パターン、(e)はLiTFSAとCsTFSAとの混合液を用いた場合において、満充電時の作用電極51の電極材料のX線回折パターン、(f)はMgCo24のX線回折パターン、(g)はCoOのX線回折パターン、(h)はMgOのX線回折パターン、(i)はアルミニウムのX線回折パターンを示す。 In Example 2, the result of examining the X-ray diffraction of the magnesium cobalt composite oxide at the end of discharge of a large capacity and at the time of full charge is shown in FIG. In the figure, (a) is an X-ray diffraction pattern of the magnesium-cobalt composite oxide obtained in Example 1 (1), (b) is a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA as the electrolyte solution 54. In this case, the X-ray diffraction pattern of the electrode material of the working electrode 51 at the end of discharge of 170 mAh / g, (c) is 210 mAh / g when using a mixed solution of LiTFSA and CsTFSA as the electrolyte 54 The X-ray diffraction pattern of the electrode material of the working electrode 51 at the end of the discharge, (d) shows the working electrode 51 at full charge when the mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA is used as the electrolyte 54 The X-ray diffraction pattern of the electrode material, (e) shows the X-ray diffraction pattern of the electrode material of the working electrode 51 when fully charged, in the case of using a mixture of LiTFSA and CsTFSA ((e) f) shows the X-ray diffraction pattern of MgCo 2 O 4 , (g) shows the X-ray diffraction pattern of CoO, (h) shows the X-ray diffraction pattern of MgO, and (i) shows the X-ray diffraction pattern of aluminum.

図10に示された結果から、170〜210mAh/gの大容量の放電後、岩塩相のみが見られることが示唆される。これらの結果から、金属マグネシウムを含有する負極を備える二次電池の場合、作用電極51の電極材料は、放電終了時には岩塩構造を有するMg2Co24を含有していること、および岩塩構造を有するMg2Co24は、満充電時には、スピネル構造を有するMgCo24となることが示唆される。また、金属リチウムを含有する負極を備える二次電池の場合、作用電極51の電極材料は、放電終了時には岩塩構造を有するLi2MgCo24を含有していること、および岩塩構造を有するLi2MgCo24は、満充電時には、スピネル構造を有するMgCo24となることが示唆される。 The results shown in FIG. 10 suggest that only a rock salt phase can be seen after a high capacity discharge of 170-210 mAh / g. From these results, in the case of a secondary battery having a negative electrode containing metallic magnesium, the electrode material of the working electrode 51 contains Mg 2 Co 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge, and a rock salt structure It is suggested that, when fully charged, Mg 2 Co 2 O 4 having the following formula becomes MgCo 2 O 4 having a spinel structure. In addition, in the case of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic lithium, the electrode material of the working electrode 51 contains Li 2 MgCo 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge, and Li having a rock salt structure 2 MgCo 2 O 4 is in the fully-charged, it is suggested that the MgCo 2 O 4 having a spinel structure.

さらに、これらの結果から、MgCo24は、放電プロセスにおいて、マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンの双方を挿入することができるので、放電の進行によってMgCO24から生じるLiMg1+bCo24は、マグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池においても、正極活物質として用いることができることがわかる。 Furthermore, from these results, MgCo 2 O 4 can insert both magnesium cation and lithium cation in the discharge process, so Li a Mg 1 + b Co 2 generated from MgCO 2 O 4 by the progress of discharge It is understood that O 4 can be used as a positive electrode active material also in a secondary battery provided with a negative electrode containing a magnesium lithium alloy.

したがって、これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池の正極活物質として、放電終了時において、岩塩構造を有するMg2Co24、Li2MgCo24またはLiMg1+bCo24を含有する正極活物質を用いることにより、高い容量を確保することができることが示唆される。 Therefore, from these results, Mg 2 Co 2 O 4 having a rock salt structure, Li 2 MgCo, as a positive electrode active material of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, at the end of discharge It is suggested that high capacity can be secured by using a positive electrode active material containing 2 O 4 or Li a Mg 1 + b Co 2 O 4 .

(実施例3)
(1)MgMn24の調製
Mg2Mn24は、Mg2Co24において、コバルト原子がマンガン原子に置換されたものであり、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Co24と同様の挙動を示すと考えられる。そこで、まず、Mg2Mn24の前駆体であるMgMn24を調製した。
(Example 3)
(1) Preparation of MgMn 2 O 4 Mg 2 Mn 2 O 4 is obtained by substituting cobalt atoms with manganese atoms in Mg 2 Co 2 O 4 and contains metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium-lithium alloy The secondary battery provided with the negative electrode is considered to exhibit the same behavior as Mg 2 Co 2 O 4 . Therefore, first, to prepare a MgMn 2 O 4 which is a precursor of Mg 2 Mn 2 O 4.

実施例1(1)において、硝酸コバルト水溶液の代わりに、硝酸マンガン水溶液を用いたこと、共沈物の焼成温度を650℃としたことを除き、実施例1(1)と同様の操作を行ない、マグネシウムマンガン複合酸化物を得た。得られたマグネシウムマンガン複合酸化物をX線回折法によって分析した。   In Example 1 (1), the same operation as Example 1 (1) is carried out except that an aqueous solution of manganese nitrate is used instead of the aqueous solution of cobalt nitrate, and the firing temperature of the coprecipitate is 650 ° C. , A magnesium-manganese composite oxide was obtained. The obtained magnesium-manganese composite oxide was analyzed by X-ray diffraction.

実施例3において、得られたマグネシウムマンガン複合酸化物のX線回折を調べた結果を図11に示す。図中、(a)は実施例3(1)で得られたマグネシウムマンガン複合酸化物のX線回折パターン、(b)はMgMn24のICSDデータによるX線回折パターンを示す。 The result of examining the X-ray diffraction of the obtained magnesium-manganese composite oxide in Example 3 is shown in FIG. In the figure, (a) shows an X-ray diffraction pattern of the magnesium-manganese composite oxide obtained in Example 3 (1), and (b) shows an X-ray diffraction pattern according to ICSD data of MgMn 2 O 4 .

図11に示された結果から、実施例3(1)で得られたマグネシウムマンガン複合酸化物は、(b)に示されるMgMn24のICSDデータによるX線回折パターンと同様のピークを示すことから、MgMn24であることがわかる。 From the results shown in FIG. 11, the magnesium-manganese composite oxide obtained in Example 3 (1) exhibits a peak similar to the X-ray diffraction pattern by the ICSD data of MgMn 2 O 4 shown in (b) From this, it can be seen that it is MgMn 2 O 4 .

(2)電極材料の調製
実施例3(1)で得られたマグネシウムマンガン複合酸化物と、カーボンブラックとポリフッ化ビニリデンとをマグネシウムマンガン複合酸化物/カーボンブラック/ポリイミド(質量比)が8/1/1となるように混合し、電極材料Bを得た。
(2) Preparation of electrode material The magnesium manganese composite oxide obtained in Example 3 (1), carbon black and polyvinylidene fluoride, magnesium manganese composite oxide / carbon black / polyimide (mass ratio) was 8/1 The mixture was mixed to obtain an electrode material B.

(3)電気化学セルの構築
実施例1(3)において、電極材料Aの代わりに電極材料Bを用いたことを除き、実施例1(3)と同様の操作を行ない、電気化学セル50を得た。
(3) Construction of Electrochemical Cell In the same manner as in Example 1 (3) except that electrode material B was used instead of electrode material A in Example 1 (3), an electrochemical cell 50 was obtained. Obtained.

(4)マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例3(2)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持しながら、放電(マグネシウムカチオンの挿入)および充電(マグネシウムカチオンの脱離)をこの順で繰り返し、1.5〜4.5Vの範囲のサイクリックボルタンメトリ(走査速度:1mV/s)を行なった。なお、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕である。
(4) Verification of Insertion and Desorption Process of Magnesium Cation The electrochemical cell 50 obtained in Example 3 (2) and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300) Using the above, discharge (insertion of magnesium cation) and charge (desorption of magnesium cation) are repeated in this order while maintaining the temperature (the temperature of the electrolytic solution) in the container 55 of the electrochemical cell 50 at 150.degree. Cyclic voltammetry (scan rate: 1 mV / s) in the range of 5 to 4.5 V was performed. The electrolytic solution 54 is a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9].

実施例3において、マグネシウムマンガン複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、1.5〜4.5Vの範囲で、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムを図12に示す。   In Example 3, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-manganese composite oxide and performing a process of inserting and removing a magnesium cation in the range of 1.5 to 4.5 V The cyclic voltammogram of is shown in FIG.

図12に示された結果から、作用電極51の電極材料Bに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、マグネシウムカチオンの挿入〔図12中、矢印(a)および(b)〕および脱離〔図12中、矢印(c)および(d)〕が起こっていることがわかる。Mg2Mn24は、Mg2Co24において、コバルト原子がマンガン原子に置換されたものであるので、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Co24と同様の挙動を示すと考えられる。したがって、これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池の正極活物質として、放電終了時に岩塩構造を有するMg2Mn24、Li2MgMn24またはLiMg1+bMn24を含有する正極活物質を用いることにより、放電終了時に岩塩構造を有するMg2Co24を含有する正極活物質を用いた場合と同様の機構により、高い容量を確保することができることが示唆される。 From the results shown in FIG. 12, in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material B of the working electrode 51, insertion of magnesium cation (arrows (a) and (b) in FIG. 12) and detachment (FIG. 12) Inside, it can be seen that arrows (c) and (d)] are happening. Since Mg 2 Mn 2 O 4 is obtained by substituting cobalt atoms with manganese atoms in Mg 2 Co 2 O 4 , in a secondary battery comprising a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or magnesium lithium alloy, It is considered to exhibit the same behavior as Mg 2 Co 2 O 4 . Therefore, based on these results, Mg 2 Mn 2 O 4 and Li 2 MgMn 2 O having a rock salt structure at the end of discharge are used as a positive electrode active material of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or magnesium lithium alloy. by using the positive electrode active material containing 4 or Li a Mg 1 + b Mn 2 O 4, the same mechanism as in the case of using a positive electrode active material containing Mg 2 Co 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge Suggests that a high capacity can be secured.

なお、図12に示された結果から、マグネシウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質を用いた場合には、放電終了時から満充電時までの間に2回のマグネシウムカチオンの挿入が見られ、満充電時から放電終了時までの間に2回のマグネシウムカチオンの脱離が見られることがわかる。かかる結果から、岩塩構造を有するマグネシウムマンガン複合酸化物は、より多くのカチオンの挿入および脱離を行なうことができることが示唆される。   From the results shown in FIG. 12, when the positive electrode active material containing a magnesium-manganese composite oxide is used, insertion of magnesium cation is observed twice between the end of discharge and the time of full charge. It can be seen that two desorptions of magnesium cation are observed from the time of full charge to the time of discharge end. From these results, it is suggested that the magnesium-manganese composite oxide having a rock salt structure can perform insertion and desorption of more cations.

(実施例4)
(1)MgFe24の調製
Mg2Fe24は、Mg2Co24において、コバルト原子が鉄原子に置換されたものであり、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Fe24と同様の挙動を示すと考えられる。そこで、まず、Mg2Fe24の前駆体であるMgFe24を調製した。
(Example 4)
(1) Preparation of MgFe 2 O 4 Mg 2 Fe 2 O 4 is obtained by substituting cobalt atoms with iron atoms in Mg 2 Co 2 O 4 , and contains magnesium metal, lithium metal or magnesium lithium alloy The secondary battery provided with the negative electrode is considered to exhibit the same behavior as Mg 2 Fe 2 O 4 . Therefore, first, to prepare a MgFe 2 O 4 which is a precursor of Mg 2 Fe 2 O 4.

実施例1(1)において、硝酸コバルト水溶液の代わりに、硝酸鉄水溶液を用いたことを除き、実施例1(1)と同様の操作を行ない、マグネシウム鉄複合酸化物を得た。   In Example 1 (1), the same operation as in Example 1 (1) was performed except that an aqueous iron nitrate solution was used instead of the aqueous cobalt nitrate solution, to obtain a magnesium-iron composite oxide.

実施例4において、得られたマグネシウム鉄複合酸化物のX線回折を調べた結果を図13に示す。図中、(a)は実施例4(1)で得られたマグネシウム鉄複合酸化物のX線回折パターン、(b)はMgFe24のICSDデータによるX線回折パターンを示す。 The result of examining the X-ray diffraction of the obtained magnesium iron complex oxide in Example 4 is shown in FIG. In the figure, (a) shows an X-ray diffraction pattern of the magnesium-iron composite oxide obtained in Example 4 (1), and (b) shows an X-ray diffraction pattern according to ICSD data of MgFe 2 O 4 .

図13に示された結果から、実施例4(1)で得られたマグネシウム鉄複合酸化物は、(b)に示されるMgFe24のICSDデータによるX線回折パターンと同様のピークを示すことから、MgFe24であることがわかる。 From the results shown in FIG. 13, the magnesium iron complex oxide obtained in Example 4 (1) exhibits the same peak as the X-ray diffraction pattern by the ICSD data of MgFe 2 O 4 shown in (b) From this, it can be understood that it is MgFe 2 O 4 .

(2)電極材料の調製
実施例4(1)で得られたマグネシウム鉄複合酸化物と、カーボンブラックとポリフッ化ビニリデンとをマグネシウムマンガン複合酸化物/カーボンブラック/ポリフッ化ビニリデン(質量比)が8/1/1となるように混合し、電極材料Cを得た。
(2) Preparation of Electrode Material Magnesium iron complex oxide obtained in Example 4 (1), carbon black and polyvinylidene fluoride, magnesium manganese complex oxide / carbon black / polyvinylidene fluoride (mass ratio) 8 It mixed so that it might become / 1/1, and obtained the electrode material C.

(3)電気化学セルの構築
実施例1(3)において、電極材料Aの代わりに電極材料Cを用いたことを除き、実施例1(3)と同様の操作を行ない、電気化学セル50を得た。
(3) Construction of Electrochemical Cell In the same manner as in Example 1 (3) except that electrode material C was used instead of electrode material A in Example 1 (3), an electrochemical cell 50 was obtained. Obtained.

(4)マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスの検証
実施例4(2)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持しながら、放電(マグネシウムカチオンの挿入)および充電(マグネシウムカチオンの脱離)をこの順で繰り返し、2〜3.8Vの範囲でのサイクリックボルタンメトリ(走査速度:0.1mV/s)を行なった。なお、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕である。
(4) Verification of Insertion and Desorption Process of Magnesium Cation The electrochemical cell 50 obtained in Example 4 (2) and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300) 2), while maintaining the temperature (the temperature of the electrolytic solution) in the container 55 of the electrochemical cell 50 at 150 ° C., repeating discharge (insertion of magnesium cation) and charge (desorption of magnesium cation) in this order, Cyclic voltammetry (scan rate: 0.1 mV / s) in the range of 3.8 V was performed. The electrolytic solution 54 is a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9].

実施例4において、マグネシウム鉄複合酸化物を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2〜3.8Vの範囲でマグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムを図14に示す。   In Example 4, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing magnesium iron complex oxide, cyclic when magnesium cation is inserted and removed in the range of 2 to 3.8 V The voltammogram is shown in FIG.

図14に示された結果から、作用電極51の電極材料Bに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、マグネシウムカチオンの挿入〔図14中、矢印(a)〕および脱離〔図14中、矢印(b)〕が起こっていることがわかる。   From the results shown in FIG. 14, in the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material B of the working electrode 51, insertion of magnesium cation [arrow (a) in FIG. 14] and desorption [arrow in FIG. b) it can be seen that

(5)放電後のマグネシウム鉄複合酸化物の構造解析
また、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕を用い、200mAh/gの放電終了時および満充電時のマグネシウム鉄複合酸化物をX線回折法によって分析した。
(5) Structural analysis of magnesium iron complex oxide after discharge Further, as the electrolyte solution 54, a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9] The magnesium iron complex oxide at the end of discharge of 200 mAh / g and at full charge was analyzed by X-ray diffraction.

その結果、作用電極51の電極材料は、200mAh/gの放電終了時には岩塩構造を有するMg金属マグネシウムを含有する負極を備える二次電池の場合、Mg2Fe24を含有していること、および岩塩構造を有するMg2Fe24は、満充電時には、スピネル構造を有するMgFe24となることが示された。Mg2Fe24は、Mg2Co24において、コバルト原子が鉄原子に置換されたものであるので、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Co24と同様の挙動を示すと考えられる。したがって、これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池の正極活物質として、放電終了時に岩塩構造を有するMg2Fe24、Li2MgFe24またはLiMg1+bFe24を含有する正極活物質を用いることにより、放電終了時に岩塩構造を有するMg2Co24またはMg2Mn24を含有する正極活物質を用いた場合と同様の機構により、高い容量を確保することができることが示唆される。 As a result, the electrode material of the working electrode 51 contains Mg 2 Fe 2 O 4 in the case of a secondary battery provided with a negative electrode containing Mg metal magnesium having a rock salt structure at the end of discharge of 200 mAh / g. And Mg 2 Fe 2 O 4 having a rock salt structure was shown to be MgFe 2 O 4 having a spinel structure when fully charged. Since Mg 2 Fe 2 O 4 is obtained by substituting cobalt atoms with iron atoms in Mg 2 Co 2 O 4 , in a secondary battery provided with a negative electrode containing metal magnesium, metal lithium or magnesium lithium alloy, It is considered to exhibit the same behavior as Mg 2 Co 2 O 4 . Therefore, from these results, Mg 2 Fe 2 O 4 and Li 2 MgFe 2 O having a rock salt structure at the end of discharge are used as a positive electrode active material of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or magnesium lithium alloy by using the positive electrode active material containing 4 or Li a Mg 1 + b Fe 2 O 4, a positive electrode active material containing Mg 2 Co 2 O 4 or Mg 2 Mn 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge It is suggested that a high capacity can be secured by the same mechanism as that used.

以上の結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池の正極活物質として、放電終了時に岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物である式(I):
LiaMg1+b1 24 (I)
〔式中、M1はマンガン原子、コバルト原子または鉄原子を示し、aは0〜2の数、bは0〜1の数を示し、aおよびbは式(II):
a+2b=2 (II)
(式中、aおよびbは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる化合物を含有する正極活物質を用いることにより、高い容量を確保することができることが示唆される。
From the above results, as a positive electrode active material of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, a transition metal complex oxide having a rock salt structure at the end of the discharge:
Li a Mg 1 + b M 1 2 O 4 (I)
[Wherein, M 1 represents a manganese atom, a cobalt atom or an iron atom, a represents the number of 0 to 2, b represents the number of 0 to 1, and a and b represent the formula (II):
a + 2b = 2 (II)
(In the formula, a and b are as defined above)
To satisfy
It is suggested that high capacity can be secured by using a positive electrode active material containing a compound represented by

(実施例5)
(1)CoCo24の調製
MgCoCo24は、Mg2Co24において、2つのマグネシウム原子うちの1つがコバルト原子に置換されたものであり、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Co24と同様の挙動を示すと考えられる。そこで、まず、MgCoCo24の前駆体であるCoCo24を調製した。
(Example 5)
(1) Preparation of CoCo 2 O 4 MgCoCo 2 O 4 is one in which one of two magnesium atoms is substituted by a cobalt atom in Mg 2 Co 2 O 4 , and metal magnesium, metal lithium or magnesium lithium alloy in secondary battery comprising a negative electrode containing, believed to show similar behavior as Mg 2 Co 2 O 4. Therefore, first, to prepare a CoCo 2 O 4 which is a precursor of MgCoCo 2 O 4.

実施例1(1)において、0.16M硝酸マグネシウム水溶液50mLと0.32M硝酸コバルト水溶液50mLとの混合液100mLの代わりに、0.24M硝酸コバルト水溶液100mLを用いたことを除き、実施例1(1)と同様の操作を行ない、産物Aを得た。   Example 1 (except that 100 mL of 0.24 M cobalt nitrate aqueous solution was used instead of 100 mL of a mixed solution of 50 mL of 0.16 M magnesium nitrate aqueous solution and 50 mL of 0.32 M cobalt nitrate aqueous solution in Example 1 (1) The same operation as in 1) was performed to obtain a product A.

実施例5において、得られた産物AのX線回折を調べた結果を図15に示す。図中、(a)は実施例5(1)で得られた産物AのX線回折パターン、(b)はCo34(CoCo24)のICSDデータによるX線回折パターンを示す。 In Example 5, the result of examining the X-ray diffraction of the obtained product A is shown in FIG. In the figure, (a) shows the X-ray diffraction pattern of product A obtained in Example 5 (1), and (b) shows the X-ray diffraction pattern by ICSD data of Co 3 O 4 (CoCo 2 O 4 ).

図15に示された結果から、実施例5(1)で得られた産物Aは、(b)に示されるCoCo24のICSDデータによるX線回折パターンと同様のピークを示すことから、CoCo24であることがわかる。 From the results shown in FIG. 15, the product A obtained in Example 5 (1) exhibits the same peak as the X-ray diffraction pattern according to the ICSD data of CoCo 2 O 4 shown in (b). it can be seen that a CoCo 2 O 4.

(2)電極材料の調製
実施例5(1)で得られたCoCo24と、カーボンブラックとポリフッ化ビニリデンとをCoCo24/カーボンブラック/ポリフッ化ビニリデン(質量比)が8/1/1となるように混合し、電極材料Dを得た。
(2) Preparation of electrode material CoCo 2 O 4 obtained in Example 5 (1), carbon black and polyvinylidene fluoride, CoCo 2 O 4 / carbon black / polyvinylidene fluoride (mass ratio) 8/1 It mixed so that it might become / 1 and obtained the electrode material D.

(3)電気化学セルの構築
実施例1(3)において、電極材料Aの代わりに電極材料Dを用いたことを除き、実施例1(3)と同様の操作を行ない、電気化学セル50を得た。
(3) Construction of Electrochemical Cell In the same manner as in Example 1 (3) except that electrode material D was used instead of electrode material A in Example 1 (3), an electrochemical cell 50 was obtained. Obtained.

(4)マグネシウムカチオンの挿入の検証
実施例5(2)で得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を150℃に維持するとともに、2Vに維持し、放電(マグネシウムカチオンの挿入)を行なった。なお、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液〔Mg(TFSA)2/CsTFSA(原子比):1/9〕である。
(4) Verification of Insertion of Magnesium Cation Using the electrochemical cell 50 obtained in Example 5 (2) and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300), electrochemistry The temperature (the temperature of the electrolyte solution) in the container 55 of the cell 50 was maintained at 150 ° C., and was maintained at 2 V to perform discharge (insertion of magnesium cation). The electrolytic solution 54 is a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA [Mg (TFSA) 2 / CsTFSA (atomic ratio): 1/9].

実施例5において、CoCo24を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2Vに維持しながら放電を行なったときの電位と電流の関係を調べた結果を図16に示す。また、実施例5において、CoCo24を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、2Vに維持しながら放電を行なったときのQ−t曲線を図17に示す。 In Example 5, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing CoCo 2 O 4 , the relationship between potential and current when discharging was performed while maintaining at 2 V is shown in FIG. Show. Further, in Example 5, using an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing CoCo 2 O 4 , a Qt curve is shown in FIG. 17 when discharging is performed while maintaining at 2 V.

図16および図17に示された結果から、マグネシウムカチオンがCoCO24に挿入されており、190mAh/gの容量が得られることがわかる。 From the results shown in FIGS. 16 and 17, it can be seen that magnesium cation is inserted into CoCO 2 O 4 and a capacity of 190 mAh / g can be obtained.

つぎに、2Vで190mAh/gの放電終了時の作用電極の電極材料をX線回折法によって分析した。   Next, the electrode material of the working electrode at the end of discharge of 190 mAh / g at 2 V was analyzed by X-ray diffraction.

実施例5において、電気化学セルの作用電極の電極材料のX線回折を調べた結果を図18に示す。   The result of examining the X-ray diffraction of the electrode material of the working electrode of the electrochemical cell in Example 5 is shown in FIG.

図18に示された結果から、190mAh/gの放電後、岩塩相が見られることが示唆される。CoCo24にマグネシウムカチオンが挿入されることによって生じるMgCoCo24は、Mg2Co24において、2つのマグネシウム原子のうちの1つコバルト原子に置換されたものであるので、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、Mg2Co24と同様の挙動を示すと考えられる。したがって、これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池の正極活物質として、放電終了時に岩塩構造を有するMgCoCo24、Li2CoCo24またはLicMgdCoCo24を含有する正極活物質を用いることにより、放電終了時に岩塩構造を有するMg2Co24、Mg2Mn24またはMg2Fe24を含有する正極活物質を用いた場合と同様の機構により、高い容量を確保することができることが示唆される。 The results shown in FIG. 18 suggest that a rock salt phase can be seen after a discharge of 190 mAh / g. Since MgCoCo 2 O 4 produced by the insertion of a magnesium cation in CoCo 2 O 4 is a Mg 2 Co 2 O 4 substituted with one cobalt atom of two magnesium atoms, metal magnesium In a secondary battery including a negative electrode containing metal lithium or magnesium lithium alloy, it is considered that the same behavior as Mg 2 Co 2 O 4 is exhibited. Therefore, from these results, MgCoCo 2 O 4 , Li 2 CoCo 2 O 4 or MgCoCo 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge is used as a positive electrode active material of a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or magnesium lithium alloy. By using a positive electrode active material containing Li c Mg d CoCo 2 O 4 , a positive electrode containing Mg 2 Co 2 O 4 , Mg 2 Mn 2 O 4 or Mg 2 Fe 2 O 4 having a rock salt structure at the end of discharge The same mechanism as in the case of using the active material suggests that a high capacity can be secured.

(実施例6)
実施例1(2)において、電解液54として、Mg(TFSA)2とCsTFSAとの混合液、LiTFSA2とCsTFSAとの混合液などと同様に、中温域の動作温度で安定に使用することができる0.5M Mg(TFSA)2トリグライム溶液を用いたことを除き、実施例1(2)と同様に電気化学セル50を得た。得られた電気化学セル50と電気化学測定装置〔バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP−300〕とを用い、電気化学セル50の容器55内の温度(電解液の温度)を100℃に維持しながら、放電(マグネシウムカチオンの挿入)および充電(マグネシウムカチオンの脱離)をこの順で繰り返し、サイクリックボルタンメトリを行なった。サイクリックボルタンメトリにおける走査速度は、1mV/sである。
(Example 6)
In Example 1 (2), it can be stably used at an operating temperature in the intermediate temperature range as in the case of a mixed solution of Mg (TFSA) 2 and CsTFSA, a mixed solution of LiTFSA 2 and CsTFSA, etc. as the electrolytic solution 54 An electrochemical cell 50 was obtained in the same manner as in Example 1 (2) except that a 0.5 M Mg (TFSA) 2 triglyme solution was used. The temperature (the temperature of the electrolyte) in the container 55 of the electrochemical cell 50 is set to 100 using the obtained electrochemical cell 50 and the electrochemical measuring apparatus (Biologic (BioLogic), trade name: SP-300). Discharge (insertion of magnesium cation) and charge (desorption of magnesium cation) were repeated in this order, cyclic voltammetry was performed while maintaining the temperature at ° C. The scan rate in cyclic voltammetry is 1 mV / s.

実施例6において、電解液としてグライム化合物を含有する電解液を有し、かつマグネシウムコバルト複合酸化物(Mg2Co24)を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを用い、マグネシウムカチオンの挿入および脱離プロセスを行なった場合のサイクリックボルタモグラムを図19に示す。また、実施例6において、電解液としてグライム化合物を含有する電解液を有し、かつマグネシウムコバルト複合酸化物(Mg2Co24)を含有する電極材料を含む作用電極を有する電気化学セルを2Vで保持したときのQ−t曲線を図20に示す。 In Example 6, using an electrochemical cell having an electrolytic solution containing a glyme compound as an electrolytic solution and having a working electrode containing an electrode material containing magnesium cobalt composite oxide (Mg 2 Co 2 O 4 ), The cyclic voltammogram when the process of insertion and removal of magnesium cation is performed is shown in FIG. In Example 6, an electrochemical cell having a working electrode containing an electrode material containing a magnesium-cobalt composite oxide (Mg 2 Co 2 O 4 ) and having an electrolytic solution containing a glyme compound as the electrolytic solution The Qt curve when held at 2 V is shown in FIG.

図19および図20に示された結果から、マグネシウムカチオンとグライム化合物とを含む電解液を電解液として用いた場合にも、作用電極51の電極材料Aに含まれるマグネシウムコバルト複合酸化物において、マグネシウムカチオンの挿入および脱離が起こっており、105mAh/gの容量が得られることがわかる。これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極と、放電終了時において、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極とを備える二次電池において、電解液として、マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種のカチオンとアニオンとからなるイオン液体を用いる代わりに、マグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種のカチオンとグライム化合物などのグリコールエーテル化合物とを含む溶液を用いた場合にも、高い容量を確保することができることがわかる。   From the results shown in FIGS. 19 and 20, the magnesium-cobalt composite oxide contained in the electrode material A of the working electrode 51 is magnesium, even when an electrolytic solution containing a magnesium cation and a glyme compound is used as the electrolytic solution. It can be seen that cation insertion and removal occur, and a capacity of 105 mAh / g is obtained. From these results, a secondary battery comprising a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, and a positive electrode comprising a positive electrode active material containing a transition metal composite oxide having a rock salt structure at the end of discharge Instead of using an ionic liquid consisting of at least one cation selected from the group consisting of magnesium cation and lithium cation as an electrolyte, at least one kind selected from the group consisting of magnesium cation and lithium cation It is understood that high capacity can be secured also when using a solution containing a cation and a glycol ether compound such as a glyme compound.

したがって、これらの結果から、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極と、放電終了時において、岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を含む正極とを備える二次電池においては、当該カチオンとしてマグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含み、中温域で安定な電解液を用いることができることが示唆される。   Therefore, from these results, a secondary comprising a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, and a positive electrode comprising a positive electrode active material containing a transition metal composite oxide having a rock salt structure at the end of discharge In the battery, it is suggested that an electrolyte stable at an intermediate temperature range can be used, which contains at least one selected from the group consisting of a magnesium cation and a lithium cation as the cation.

以上説明したように、岩塩型遷移金属複合酸化物、例えば、式(I)で表わされる化合物、式(III)で表わされる化合物、より具体的には、例えば、Mg2Mn24、Mg2Co24、Mg2Fe24、MgCoCo24などは、放電終了時に岩塩構造を有しており、満充電時にスピネル構造を有する化合物となる。したがって、かかる岩塩型遷移金属複合酸化物は、カチオンの脱離および挿入に伴って構造相転移を起こし、放電終了時に岩塩構造を有しており、満充電時にスピネル構造を有するので、金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池において、岩塩型遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質として用いることにより、高い容量を確保することができる。したがって、本発明の一実施形態に係る二次電池、正極および正極活物質は、航空機、ハイブリッド車、電気自動車などの輸送機器用の二次電池;モバイル機器用の二次電池;電力の貯蔵用の二次電池などに用いられることが期待されるものである。 As described above, the rock salt type transition metal complex oxide, for example, the compound represented by the formula (I), the compound represented by the formula (III), more specifically, for example, Mg 2 Mn 2 O 4 , Mg 2 Co 2 O 4 , Mg 2 Fe 2 O 4 , MgCoCo 2 O 4 and the like have a rock salt structure at the end of the discharge, and become a compound having a spinel structure when fully charged. Accordingly, such a rock salt type transition metal complex oxide undergoes a structural phase transition with the detachment and insertion of a cation, and has a rock salt structure at the end of the discharge and a spinel structure at the time of full charge. In a secondary battery including a negative electrode containing metal lithium or magnesium lithium alloy, a high capacity can be secured by using as a positive electrode active material containing a rock salt type transition metal composite oxide. Therefore, the secondary battery, the positive electrode, and the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention are secondary batteries for transportation equipment such as aircraft, hybrid vehicles, and electric vehicles; secondary batteries for mobile equipment; It is expected to be used for secondary batteries and the like.

1 二次電池
2 電池本体
3 保温部
3a ヒータ
3b 断熱部材
11 負極
11b 負極材料層
11a 集電体
12 正極
12a 集電体
12b 正極材料層
13 電解液
14 セパレータ
50 電気化学セル
51 作用電極
51a 集電体
51b 電極材料層
52 対極
53 参照電極
53a 参照電極本体
53b 参照電解液
53c ガラス管部
53d 多孔質ガラス部
54 電解液
55 容器
55a 容器本体
55b 蓋部
56 保温部
56a ヒータ
56b アルミニウム製ブロック
61a,61b,61c 電極リード
61 ポテンショスタット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Secondary battery 2 Battery main body 3 Heat retention part 3a Heater 3b Heat insulation member 11 Negative electrode 11b Negative electrode material layer 11a Current collector 12 Positive electrode 12a Current collector 12b Positive electrode material layer 13 Electrolyte 14 Separator 50 Electrochemical cell 51 Working electrode 51a Current collection Body 51b Electrode material layer 52 Counter electrode 53 Reference electrode 53a Reference electrode body 53b Reference electrolyte 53c Glass tube 53d Porous glass portion 54 Electrolyte 55 Container 55a Container body 55b Cover 56 Heat retaining portion 56a Heater 56b Aluminum block 61a, 61b , 61c electrode lead 61 potentiostat

Claims (6)

金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極と、正極活物質を含む正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、
前記正極活物質が、放電終了時に岩塩構造を有し、かつ満充電時にスピネル構造を有する遷移金属複合酸化物を含有しており、
放電終了時において、前記遷移金属複合酸化物が、式(I):
Li Mg 1+b (I)
〔式中、M はコバルト原子を示し、aは0〜2の数、bは0〜1の数を示し、aおよびbは式(II):
a+2b=2 (II)
(式中、aおよびbは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる遷移金属複合酸化物、または式(III):
Li Mg CoCo (III)
〔式中、cは0〜2の数、dは0〜1の数を示し、cおよびdは式(IV):
c+2d=2 (IV)
(式中、cおよびdは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる遷移金属複合酸化物であることを特徴とする二次電池。
A negative electrode containing magnesium metal, lithium metal or a magnesium lithium alloy, a positive electrode containing a positive electrode active material, and an electrolytic solution interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode active material contains a transition metal composite oxide having a rock salt structure at the end of discharge and a spinel structure at full charge,
At the end of the discharge, the transition metal complex oxide has the formula (I):
Li a Mg 1 + b M 1 2 O 4 (I)
[Wherein, M 1 represents a cobalt atom, a represents a number of 0 to 2, b represents a number of 0 to 1, and a and b represent a formula (II):
a + 2b = 2 (II)
(In the formula, a and b are as defined above)
To satisfy
A transition metal complex oxide represented by or a formula (III):
Li c Mg d CoCo 2 O 4 (III)
[Wherein, c represents a number of 0 to 2, d represents a number of 0 to 1, and c and d represent a group of formula (IV):
c + 2d = 2 (IV)
(Wherein c and d are the same as above)
To satisfy
It is a transition metal complex oxide represented by and the secondary battery characterized by the above-mentioned.
前記岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物が、放電の進行に伴ってスピネル構造から岩塩構造への構造相転移を起こし、充電の進行に伴って岩塩構造からスピネル構造への構造相転移を起こす請求項1に記載の二次電池。 The transition metal complex oxide having the rock salt structure causes a structural phase transition from a spinel structure to a rock salt structure as the discharge progresses, and causes a structural phase transition from a rock salt structure to a spinel structure as the charging progresses. Item 2. The secondary battery according to item 1 . 前記電解液が、カチオンとしてマグネシウムカチオンおよびリチウムカチオンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む溶液を含有している請求項1又は2に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains a solution containing at least one selected from the group consisting of a magnesium cation and a lithium cation as a cation. 金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池に用いるための正極活物質であって、放電終了時に岩塩構造を有し、かつ満充電時にスピネル構造を有する遷移金属複合酸化物を含有しており、
放電終了時において、前記遷移金属複合酸化物が、式(I):
Li Mg 1+b (I)
〔式中、M はコバルト原子を示し、aは0〜2の数、bは0〜1の数を示し、aおよびbは式(II):
a+2b=2 (II)
(式中、aおよびbは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる遷移金属複合酸化物、または式(III):
Li Mg CoCo (III)
〔式中、cは0〜2の数、dは0〜1の数を示し、cおよびdは式(IV):
c+2d=2 (IV)
(式中、cおよびdは前記と同じ)
を満足する〕
で表わされる遷移金属複合酸化物であることを特徴とする正極活物質。
It is a positive electrode active material for use in a secondary battery provided with a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, which has a rock salt structure at the end of discharge and a spinel structure at full charge. Contains the
At the end of the discharge, the transition metal complex oxide has the formula (I):
Li a Mg 1 + b M 1 2 O 4 (I)
[Wherein, M 1 represents a cobalt atom, a represents a number of 0 to 2, b represents a number of 0 to 1, and a and b represent a formula (II):
a + 2b = 2 (II)
(In the formula, a and b are as defined above)
To satisfy
A transition metal complex oxide represented by or a formula (III):
Li c Mg d CoCo 2 O 4 (III)
[Wherein, c represents a number of 0 to 2, d represents a number of 0 to 1, and c and d represent a group of formula (IV):
c + 2d = 2 (IV)
(Wherein c and d are the same as above)
To satisfy
It is a transition metal complex oxide represented by and the positive electrode active material characterized by the above-mentioned.
前記岩塩構造を有する遷移金属複合酸化物が、放電の進行に伴ってスピネル構造から岩塩構造への構造相転移を起こし、充電の進行に伴って岩塩構造からスピネル構造への構造相転移を起こす化合物である請求項4に記載の正極活物質。 The transition metal complex oxide having a rock salt structure causes a structural phase transition from a spinel structure to a rock salt structure as the discharge progresses, and a compound causes a structural phase transition from a rock salt structure to a spinel structure as the charging progresses. The positive electrode active material according to claim 4, which is 金属マグネシウム、金属リチウムまたはマグネシウムリチウム合金を含有する負極を備える二次電池に用いるための正極であって、
前記正極が、請求項4又は5に記載の正極活物質を含むことを特徴とする正極。

A positive electrode for use in a secondary battery comprising a negative electrode containing metallic magnesium, metallic lithium or a magnesium lithium alloy, comprising:
The said positive electrode contains the positive electrode active material of Claim 4 or 5 , The positive electrode characterized by the above-mentioned.

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