JP6857444B2 - Method for manufacturing electrodes for non-aqueous secondary batteries, non-aqueous secondary batteries and electrodes for non-aqueous secondary batteries - Google Patents
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Description
本発明は、非水系二次電池用電極及び非水系二次電池に関する。 The present invention relates to electrodes for non-aqueous secondary batteries and non-aqueous secondary batteries.
従来、リチウム二次電池用の負極として、黒鉛負極が知られている。しかしながら、炭素負極は、リチウム吸蔵電位がリチウム電位に近い(Li+/Li基準で0〜0.2V程度)ため、リチウム吸蔵時に炭素表面にリチウム金属が析出しやすい。そこで、本発明者らは、2以上の芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を非水系二次電池用電極の電極活物質に用いることを提案している(例えば特許文献1)。特許文献1の非水系二次電池用電極では、黒鉛負極よりも高い電位(Li+/Li基準で0.8〜1.0V程度)でリチウムイオンの吸蔵放出が行われる電極活物質を用いるため、リチウム吸蔵時において、黒鉛負極に比してリチウム金属が析出しにくい。
Conventionally, a graphite negative electrode is known as a negative electrode for a lithium secondary battery. However, since the lithium storage potential of the carbon negative electrode is close to the lithium potential ( about 0 to 0.2 V based on Li + / Li), lithium metal is likely to be deposited on the carbon surface during lithium storage. Therefore, the present inventors have formed a skeleton in which an alkali metal element is coordinated with an organic skeleton layer containing an aromatic compound which is a dicarboxylic acid anion having two or more aromatic ring structures and oxygen contained in the carboxylic acid anion. It has been proposed to use a layered structure having an alkali metal element layer to be formed as an electrode active material for an electrode for a non-aqueous secondary battery (for example, Patent Document 1). Since the electrode for a non-aqueous secondary battery of
しかしながら、特許文献1の非水系二次電池用電極では、耐水性が低いことがあった。また、電位が低くなりすぎると(例えばLi+/Li基準で0.5V以下など)、電位−容量曲線が変化するなど電気化学特性が変化してしまうことがあった。このため、特許文献1の非水系二次電池用電極と同等の電気化学特性を有し、水に溶解しにくく、かつ、Li+/Li基準で0Vという低電位に曝されても電気化学特性の変化が小さい非水系二次電池用電極が望まれていた。
However, the electrode for a non-aqueous secondary battery of
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、非水溶性で耐還元性の高い非水系二次電池用電極を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery which is water-insoluble and has high reduction resistance.
上述した目的を達成するために鋭意研究し、本発明者らは、2以上のカルボン酸アニオン部を有する芳香族化合物を用い、そのカルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素を配位させて構造体を作製した。そうしたところ、構造体は、水に溶解しにくく、かつ、Li+/Li基準で0Vという低電位に曝されても電気化学特性の変化が小さいことを見いだし、本発明を完成するに至った。 In earnest research to achieve the above-mentioned object, the present inventors used an aromatic compound having two or more carboxylic acid anion portions, and arranged an alkaline earth metal element in oxygen contained in the carboxylic acid anion portion. The structure was prepared by arranging. As a result, they have found that the structure is difficult to dissolve in water and that the change in electrochemical properties is small even when exposed to a low potential of 0 V on the basis of Li + / Li, and have completed the present invention.
即ち、本発明の非水系二次電池用電極は、
芳香族環構造と2以上のカルボン酸アニオン部とを有する芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ土類金属元素層と、を有する層状構造体を電極活物質として備えたものである。
That is, the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is
An alkali that forms a skeleton by coordinating an alkaline earth metal element with oxygen contained in an organic skeleton layer containing an aromatic compound having an aromatic ring structure and two or more carboxylic acid anion portions. It is provided with a layered structure having an earth metal element layer as an electrode active material.
また、本発明の非水系二次電池は、上述した非水系二次電池用電極を備えたものである。 Further, the non-aqueous secondary battery of the present invention is provided with the above-mentioned electrode for the non-aqueous secondary battery.
本発明では、非水溶性で耐還元性の高い非水系二次電池用電極を提供することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、電極に用いる層状構造体の結晶の構造がより安定しており、水に溶解しにくかったり、低電位に曝されても結晶構造が変化しにくいためと推察される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an electrode for a non-aqueous secondary battery that is water-insoluble and has high reduction resistance. The reason why such an effect can be obtained is that, for example, the crystal structure of the layered structure used for the electrode is more stable, it is difficult to dissolve in water, and the crystal structure does not easily change even when exposed to a low potential. It is inferred that.
本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、正極と負極の間に介在するイオン伝導媒体と、を備えている。この非水系二次電池は、例えば、アルカリ金属を吸蔵・放出する正極活物質を有する正極と、アルカリ金属を吸蔵・放出する負極活物質を有する負極と、正極と負極との間に介在しアルカリ金属イオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えているものとしてもよい。本発明の非水系二次電池は、負極及び正極の少なくとも一方に、本発明の層状構造体を電極活物質として備えている。本発明の層状構造体は、芳香族環構造と2以上のカルボン酸アニオン部とを有する芳香族化合物を含む有機骨格層と、そのカルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ土類金属元素層と、を有している。この本発明の層状構造体は、負極活物質とするのが好ましい。また、充放電により吸蔵・放出されるアルカリ金属は、例えば、Li,Na及びKなどのうちいずれか1以上とすることができる。ここでは、説明の便宜のため、層状構造体を負極活物質とし、充放電により吸蔵・放出されるアルカリ金属をLiとした非水系二次電池を以下主として説明する。 The non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an ion conduction medium interposed between the positive electrode and the negative electrode. In this non-aqueous secondary battery, for example, a positive electrode having a positive electrode active material that occludes and releases an alkali metal, a negative electrode having a negative electrode active material that occludes and releases an alkali metal, and an alkali interposed between the positive electrode and the negative electrode. It may be provided with an ion conduction medium for conducting metal ions. The non-aqueous secondary battery of the present invention includes the layered structure of the present invention as an electrode active material on at least one of a negative electrode and a positive electrode. In the layered structure of the present invention, an organic skeleton layer containing an aromatic compound having an aromatic ring structure and two or more carboxylic acid anion portions, and an alkaline earth metal element are arranged in oxygen contained in the carboxylic acid anion portion. It has an alkaline earth metal element layer that forms a skeleton. The layered structure of the present invention is preferably a negative electrode active material. Further, the alkali metal occluded and released by charging and discharging can be, for example, any one or more of Li, Na, K and the like. Here, for convenience of explanation, a non-aqueous secondary battery in which the layered structure is used as the negative electrode active material and the alkali metal occluded and released by charging and discharging is Li will be mainly described below.
負極は、本発明の層状構造体を電極活物質として備えている。図1は、本発明の層状構造体の構造の一例を示す説明図である。この層状構造体は、有機骨格層と、アルカリ土類金属元素層と、を有している。この層状構造体は、芳香族化合物のπ電子相互作用により層状に形成され、空間群P21/cに帰属される単斜晶型の結晶構造を有するものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。 The negative electrode includes the layered structure of the present invention as an electrode active material. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the layered structure of the present invention. This layered structure has an organic skeleton layer and an alkaline earth metal element layer. It is structurally stable that this layered structure is formed in layers by the π-electron interaction of aromatic compounds and has a monoclinic crystal structure belonging to the space group P2 1 / c. Yes, preferred.
有機骨格層は、芳香族環構造と2以上のカルボン酸アニオン部とを有する芳香族化合物を含む。芳香族環構造は、1つの芳香族環を備えていてもよいし、2以上の芳香族環を備えていてもよい。2以上の芳香族環を備えた芳香族環構造は、例えば、ビフェニルなど2以上の芳香族環が結合した芳香族多環化合物としてもよいし、ナフタレンやアントラセン、ピレンなど2以上の芳香族環が縮合した縮合多環化合物としてもよい。芳香族環構造を構成する芳香族環は、五員環や六員環、八員環としてもよく、六員環が好ましい。また、芳香族環は、1以上5以下とするのが好ましい。芳香族環が1以上では層状構造を形成しやすいなど、結晶構造を安定化しやすく、芳香族環が5以下ではエネルギー密度をより高めることができる。有機骨格層は2以上のカルボン酸アニオン部を有するものであればよいが、偶数個のカルボン酸アニオン部を有することが好ましく、2つのカルボン酸アニオン部を有するジカルボン酸アニオンであることがより好ましい。また、有機骨格層は、例えば、カルボン酸アニオン部のうちの2つが芳香族環構造の対角位置に結合されている芳香族化合物を含むものとすることが好ましい。すなわち、有機骨格層は、カルボン酸アニオン部の一方と他方とが芳香族環構造の対角位置に結合されている芳香族化合物を含むものとすることが好ましい。こうすれば、有機骨格層とアルカリ土類金属元素層とによる層状構造を形成しやすいなど、結晶構造を安定化しやすい。カルボン酸アニオン部が結合されている対角位置とは、一方のカルボン酸アニオン部の結合位置から他方のカルボン酸アニオン部の結合位置までが最も遠い位置としてもよく、例えば芳香族環構造がナフタレンであれば2,6位が挙げられ、ピレンであれば2,7位が挙げられる。 The organic skeleton layer contains an aromatic compound having an aromatic ring structure and two or more carboxylic acid anion portions. The aromatic ring structure may include one aromatic ring or may include two or more aromatic rings. The aromatic ring structure having two or more aromatic rings may be, for example, an aromatic polycyclic compound in which two or more aromatic rings such as biphenyl are bonded, or two or more aromatic rings such as naphthalene, anthracene, and pyrene. May be a condensed polycyclic compound obtained by condensing. The aromatic ring constituting the aromatic ring structure may be a five-membered ring, a six-membered ring, or an eight-membered ring, and a six-membered ring is preferable. The aromatic ring is preferably 1 or more and 5 or less. When the number of aromatic rings is 1 or more, it is easy to form a layered structure, and the crystal structure is easily stabilized. When the number of aromatic rings is 5 or less, the energy density can be further increased. The organic skeleton layer may have two or more carboxylic acid anion portions, but preferably has an even number of carboxylic acid anion portions, and more preferably a dicarboxylic acid anion having two carboxylic acid anion portions. .. Further, it is preferable that the organic skeleton layer contains, for example, an aromatic compound in which two of the carboxylic acid anion portions are bonded at diagonal positions of the aromatic ring structure. That is, it is preferable that the organic skeleton layer contains an aromatic compound in which one and the other of the carboxylic acid anion portions are bonded at diagonal positions of the aromatic ring structure. In this way, the crystal structure can be easily stabilized, for example, a layered structure can be easily formed by the organic skeleton layer and the alkaline earth metal element layer. The diagonal position to which the carboxylic acid anion portion is bonded may be the position farthest from the bonding position of one carboxylic acid anion portion to the bonding position of the other carboxylic acid anion portion. For example, the aromatic ring structure is naphthalene. If so, the 2nd and 6th places are listed, and if it is pyrene, the 2nd and 7th places are listed.
この有機骨格層は、一般式(1)で示される構造を含む芳香族化合物により構成されているものとしてもよい。但し、Rは1以上の芳香族環を有する上記芳香族環構造であるものとしてもよい。具体的には、有機骨格層は、次式(2)〜(4)のうちいずれか1以上の芳香族化合物を備えているものとしてもよい。但し、式(2)〜(4)において、nは1以上5以下の整数、mは0以上3以下の整数であることが好ましい。nが1以上5以下では、有機骨格層の大きさが好適であり、より充放電容量を高めることができる。また、mが0以上3以下では、有機骨格層の大きさが好適であり、より充放電容量を高めることができる。この式(2)〜(4)において、これらの芳香族化合物は、その構造中に置換基、ヘテロ原子を有してもよい。具体的には、芳香族化合物の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、芳香族化合物の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。例えば、有機骨格層は、次式(5)〜(11)のうちいずれか1以上の芳香族化合物を備えているものとしてもよい。 The organic skeleton layer may be composed of an aromatic compound containing a structure represented by the general formula (1). However, R may have the above aromatic ring structure having one or more aromatic rings. Specifically, the organic skeleton layer may include any one or more aromatic compounds of the following formulas (2) to (4). However, in the formulas (2) to (4), it is preferable that n is an integer of 1 or more and 5 or less, and m is an integer of 0 or more and 3 or less. When n is 1 or more and 5 or less, the size of the organic skeleton layer is suitable, and the charge / discharge capacity can be further increased. Further, when m is 0 or more and 3 or less, the size of the organic skeleton layer is suitable, and the charge / discharge capacity can be further increased. In the formulas (2) to (4), these aromatic compounds may have a substituent and a hetero atom in their structure. Specifically, instead of the hydrogen of the aromatic compound, a halogen, a chain or cyclic alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a sulfonyl group, an amino group, a cyano group, a carbonyl group and an acyl group. , An amide group or a hydroxyl group may be used as a substituent, or a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of the carbon of the aromatic compound may be used. For example, the organic skeleton layer may include any one or more aromatic compounds of the following formulas (5) to (11).
アルカリ土類金属元素層は、例えば図1に示すように、カルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素が配位して骨格を形成している。このアルカリ土類金属元素は、Ca及びMgのうちの少なくとも一方としてもよいが、このうちCaが好ましい。Caでは、層状構造体の作製がより容易である。アルカリ土類金属元素層に含まれるアルカリ土類金属元素は、層状構造体の骨格を形成することから、充放電に伴うイオン移動には関与しないものと推察される。このように構成された層状構造体は、構造においては、図1に示すように、有機骨格層とこの有機骨格層の間に存在するCa層(アルカリ土類金属元素層)とにより形成されている。また、エネルギー貯蔵メカニズムにおいては、層状構造体の有機骨格層がレドックス(e-)サイト、Ca層がイオン(例えばLi+)吸蔵サイトとして機能するものと考えられる。 As shown in FIG. 1, for example, the alkaline earth metal element layer forms a skeleton in which the alkaline earth metal element is coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid anion portion. The alkaline earth metal element may be at least one of Ca and Mg, of which Ca is preferable. With Ca, it is easier to make a layered structure. Since the alkaline earth metal element contained in the alkaline earth metal element layer forms the skeleton of the layered structure, it is presumed that it is not involved in the ion movement associated with charging and discharging. As shown in FIG. 1, the layered structure thus constructed is formed of an organic skeleton layer and a Ca layer (alkaline earth metal element layer) existing between the organic skeleton layers. There is. Further, in the energy storage mechanism, it is considered that the organic skeleton layer of the layered structure functions as a redox (e − ) site and the Ca layer functions as an ion (for example, Li + ) occlusion site.
本発明の層状構造体は、より具体的には、有機骨格層がテレフタル酸構造を含む芳香族化合物により構成され、アルカリ土類金属元素層に含まれるアルカリ土類金属元素がCaである、式(12)で示されるものであることがより好ましい。 More specifically, in the layered structure of the present invention, the organic skeleton layer is composed of an aromatic compound containing a terephthalic acid structure, and the alkaline earth metal element contained in the alkaline earth metal element layer is Ca. It is more preferable that it is the one shown in (12).
本発明の層状構造体は、3つの異なるカルボン酸アニオン部の酸素及び4つの水分子と、アルカリ土類金属元素と、が7配位を形成する次式(13)の構造を備えているものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。式(13)の層状構造体は、芳香族環構造Rと芳香族環構造Rに結合した2以上のカルボン酸アニオン部(−COO-)とを有する芳香族化合物を含む有機骨格層と、そのカルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素Mが配位して骨格を形成するアルカリ土類金属元素層と、を有している。この層状構造体は、Rとして2以上の芳香族環構造を有しており、複数あるRのうち2以上が同じであってもよいし、1以上が異なっていてもよい。また、この層状構造体は、Mとして2以上のアルカリ土類金属元素を有しており、複数あるMのうち2以上が同じであってもよいし、1以上が異なっていてもよい。アルカリ土類金属元素Mは、単独でカルボン酸アニオン部に配位していてもよいし、Mg,Li,Naなどと塩を形成したアルカリ土類金属塩としてカルボン酸アニオン部に含まれる酸素に配位していてもよい。このように、アルカリ土類金属元素によって有機骨格層が結合した構造を有することが好ましい。 The layered structure of the present invention has a structure of the following formula (13) in which oxygen in three different carboxylic acid anion portions, four water molecules, and an alkaline earth metal element form a seven coordination. Is structurally stable and is preferable. Layered structure of formula (13), 2 or more carboxylic acid anion moiety attached to an aromatic ring structure R and an aromatic ring structure R (-COO -) and organic framework layer containing an aromatic compound having a, its It has an alkaline earth metal element layer in which an alkaline earth metal element M coordinates with oxygen contained in the carboxylic acid anion portion to form a skeleton. This layered structure has two or more aromatic ring structures as R, and two or more of the plurality of Rs may be the same, or one or more may be different. Further, this layered structure has two or more alkaline earth metal elements as M, and two or more of the plurality of Ms may be the same, or one or more may be different. The alkaline earth metal element M may be independently coordinated with the carboxylic acid anion portion, or may be added to the oxygen contained in the carboxylic acid anion portion as an alkaline earth metal salt formed with a salt of Mg, Li, Na or the like. It may be coordinated. As described above, it is preferable to have a structure in which the organic skeleton layer is bonded by the alkaline earth metal element.
本発明の層状構造体は、BET比表面積が1m2/g以下であるものとしてもよい。こうしたものでは電解液の還元分解による不可逆容量をおさえることができるため、好ましい。このBET比表面積は、1m2/g以上10m2/g以下であることがより好ましい。 The layered structure of the present invention may have a BET specific surface area of 1 m 2 / g or less. Such a material is preferable because it can suppress the irreversible volume due to the reductive decomposition of the electrolytic solution. The BET specific surface area is more preferably 1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less.
本発明の層状構造体は、アルカリ金属を吸蔵放出可能であり、アルカリ金属を吸蔵放出する電極活物質として用いることができる。 The layered structure of the present invention can occlude and release alkali metals, and can be used as an electrode active material that occludes and releases alkali metals.
負極は、例えば層状構造体からなる負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。導電材は、負極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。負極活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。このうち、負極の集電体は、アルミニウム金属とすることがより好ましい。即ち、層状構造体は、アルミニウム金属の集電体に形成されていることが好ましい。アルミニウムは、豊富に存在し、耐食性に優れるからである。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。 For the negative electrode, for example, a negative electrode active material composed of a layered structure, a conductive material, and a binder are mixed, and an appropriate solvent is added to form a paste-like negative electrode mixture, which is applied and dried on the surface of the current collector. , If necessary, it may be formed by compression to increase the electrode density. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the negative electrode, and for example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, scaly graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, etc. One or a mixture of one or more of Ketjen black, carbon whisker, graphite coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, carbon black and acetylene black are preferable as the conductive material from the viewpoint of electron conductivity and coatability. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and is, for example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluororubber, or polypropylene. Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene-propylene-diemmer (EPDM), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Further, an aqueous dispersion of cellulose-based binder or styrene-butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used. Examples of the solvent for dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-. Organic solvents such as dimethylaminopropylamine, ethylene oxide and tetrahydrofuran can be used. Further, a dispersant, a thickener or the like may be added to water, and the active material may be slurried with a latex such as SBR. As the thickener, for example, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose can be used alone or as a mixture of two or more kinds. Examples of the coating method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. As the current collector, copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., as well as for the purpose of improving adhesiveness, conductivity and reduction resistance. For example, a material having a surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can also be used. Of these, it is more preferable that the current collector of the negative electrode is made of aluminum metal. That is, it is preferable that the layered structure is formed of an aluminum metal current collector. This is because aluminum is abundant and has excellent corrosion resistance. For these, it is also possible to oxidize the surface. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded body, a lath body, a porous body, a foam body, and a fiber group forming body. As the thickness of the current collector, for example, one having a thickness of 1 to 500 μm is used.
正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、Li(1-a)MnO2(0<a<1など、以下同じ)、Li(1-a)Mn2O4などのリチウムマンガン複合酸化物、Li(1-a)CoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、Li(1-a)NiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、LiV2O3などのリチウムバナジウム複合酸化物、V2O5などの遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiV2O3などが好ましい。また、正極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ負極で例示したものを用いることができる。正極の集電体には、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状は、負極と同様のものを用いることができる。 For the positive electrode, for example, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and an appropriate solvent is added to form a paste-like positive electrode mixture, which is applied and dried on the surface of the current collector, and if necessary. It may be formed by compression in order to increase the electrode density. As the positive electrode active material, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , and FeS 2 , Li (1-a) MnO 2 (0 <a <1, etc., the same applies hereinafter), Li (1-a) Mn. Lithium manganese composite oxides such as 2 O 4 , lithium cobalt composite oxides such as Li (1-a) CoO 2 , lithium nickel composite oxides such as Li (1-a) NiO 2 , lithium such as LiV 2 O 3 Vanadium composite oxides, transition metal oxides such as V 2 O 5 and the like can be used. Of these, lithium transition metal composite oxides, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiV 2 O 3 , are preferred. Further, as the conductive material, the binder, the solvent and the like used for the positive electrode, those exemplified for the negative electrode can be used. The current collector of the positive electrode includes aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., as well as aluminum for the purpose of improving adhesiveness, conductivity and oxidation resistance. A surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, it is also possible to oxidize the surface. The shape of the current collector can be the same as that of the negative electrode.
イオン伝導媒体としては、支持塩を含む非水系電解液や非水系ゲル電解液などを用いることができる。非水電解液の溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。なお、環状カーボネート類は、比誘電率が比較的高く、電解液の誘電率を高めていると考えられ、鎖状カーボネート類は、電解液の粘度を抑えていると考えられる。 As the ion conduction medium, a non-aqueous electrolytic solution containing a supporting salt, a non-aqueous gel electrolytic solution, or the like can be used. Examples of the solvent for the non-aqueous electrolytic solution include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes, dioxolanes and the like, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, and methyl-t. Chain carbonates such as -butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, Chain esters such as methyl butyrate, ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, furans such as tetrahydrofuran and methyl tetrahydrofuran, sulfolane, tetramethylsulfolane and the like. Examples thereof include sulfolanes, dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Of these, a combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable. According to this combination, not only the cycle characteristics that express the battery characteristics by repeated charging and discharging are excellent, but also the viscosity of the electrolytic solution, the electric capacity of the obtained battery, the battery output, etc. can be balanced. it can. It is considered that the cyclic carbonates have a relatively high relative permittivity and increase the dielectric constant of the electrolytic solution, and the chain carbonates suppress the viscosity of the electrolytic solution.
支持塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この電解質塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。電解質塩の濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 Supporting salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSiF 6 , LiAlF 4 , LiSCN, LiClO. 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlCl 4 and the like. Of these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable to use one selected salt or a combination of two or more salts from the viewpoint of electrical characteristics. The concentration of this electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less. When the concentration of the electrolyte salt is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and when the concentration of the electrolyte salt is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Further, a flame retardant such as phosphorus or halogen may be added to this non-aqueous electrolytic solution.
また、液状のイオン伝導媒体の代わりに、固体のイオン伝導性ポリマーをイオン伝導媒体として用いることもできる。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと非水系電解液とを組み合わせて用いることもできる。また、イオン伝導媒体としては、イオン伝導性ポリマーのほか、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダーによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。 Further, instead of the liquid ion conductive medium, a solid ion conductive polymer can be used as the ion conductive medium. As the ionic conductive polymer, for example, a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride and a supporting salt can be used. Further, an ionic conductive polymer and a non-aqueous electrolyte solution can be used in combination. Further, as the ion conductive medium, in addition to the ion conductive polymer, an inorganic solid electrolyte, a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte, an inorganic solid powder bound by an organic binder, or the like can be used.
本発明の非水系二次電池は、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、非水系二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 The non-aqueous secondary battery of the present invention may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of a non-aqueous secondary battery. For example, a polymer non-woven fabric such as a polypropylene non-woven fabric or a polyphenylene sulfide non-woven fabric, or a thin olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. Examples include microporous membranes. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明の非水系二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図2は、本発明の非水系二次電池20の一例を示す模式図である。この非水系二次電池20は、カップ形状の電池ケース21と、正極活物質を有しこの電池ケース21の下部に設けられた正極22と、負極活物質を有し正極22に対してセパレータ24を介して対向する位置に設けられた負極23と、絶縁材により形成されたガスケット25と、電池ケース21の開口部に配設されガスケット25を介して電池ケース21を密封する封口板26と、を備えている。この非水系二次電池20は、正極22と負極23との間の空間にイオン伝導媒体27が満たされている。正極22及び負極23の少なくとも一方は、芳香族環構造と2以上のカルボン酸アニオン部とを有する芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオン部に含まれる酸素にアルカリ土類金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ土類金属元素層と、を有する層状構造体を電極活物質として含んでいる。
The shape of the non-aqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Further, it may be applied to a large-sized vehicle used for an electric vehicle or the like. FIG. 2 is a schematic view showing an example of the non-aqueous
本発明では、非水溶性で耐還元性の高い非水系二次電池用電極を提供することができる。また、例えば、本発明の層状構造体が非水溶性であるため水系塗工で電極を形成できるし、本発明の層状構造体の還元性が高いためLi+/Li基準で0.5V以下などの低電位でに曝されても電気化学特性が変化しない。また、負極に用いた場合、充放電電位がリチウム金属基準で0.5V以上1.0Vの範囲を示すため、電池の作動電圧低下に伴う大幅なエネルギー密度の低下を抑えることができる一方、リチウム金属の析出も抑制することができる。また、負極に用いた場合、特許文献1の非水系二次電池用電極と同等程の高い放電容量が得られる。この層状構造体は、有機骨格層が酸化還元部位及びリチウムイオンの吸蔵部位として機能するものと推察される。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an electrode for a non-aqueous secondary battery that is water-insoluble and has high reduction resistance. Further, for example, since the layered structure of the present invention is water-insoluble, electrodes can be formed by water-based coating, and since the layered structure of the present invention has high reducing property, 0.5 V or less based on Li + / Li, etc. The electrochemical properties do not change when exposed to the low potential of. Further, when used for the negative electrode, the charge / discharge potential shows a range of 0.5 V or more and 1.0 V based on the lithium metal, so that it is possible to suppress a significant decrease in energy density due to a decrease in the operating voltage of the battery, while lithium. Metal precipitation can also be suppressed. Further, when used for a negative electrode, a high discharge capacity equivalent to that of the electrode for a non-aqueous secondary battery of
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば上述した実施形態では、非水系二次電池として説明したが、非水系二次電池用電極としてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the non-aqueous secondary battery has been described, but the electrode may be a non-aqueous secondary battery.
以下では、本発明の非水系二次電池を具体的に作製した例について、実施例として説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 Hereinafter, an example in which the non-aqueous secondary battery of the present invention is specifically produced will be described as an example. It goes without saying that the present invention is not limited to the following examples, and can be carried out in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
[実施例1]
層状構造体としてのテレフタル酸カルシウム塩(式(12)参照)を、以下のように合成した。テレフタル酸(0.1mol)と水酸化カルシウム(0.1mol)とを、水200mL中に分散し、80℃の水浴で4時間加熱撹拌することでテレフタル酸カルシウム塩の結晶を得た。結晶を濾過で分取して、室温で風乾した。
[Example 1]
A calcium terephthalate salt (see formula (12)) as a layered structure was synthesized as follows. Terephthalic acid (0.1 mol) and calcium hydroxide (0.1 mol) were dispersed in 200 mL of water and heated and stirred in a water bath at 80 ° C. for 4 hours to obtain crystals of calcium terephthalic acid. The crystals were filtered off and air dried at room temperature.
[比較例1]
層状構造体としてのテレフタル酸リチウム塩を、以下のように合成した。メタノール50mLにLiOH・H2Oを0.01525mol溶解させた溶液に、テレフタル酸を0.00694mol加えて、室温で攪拌した。テレフタル酸を加えた直後は完全に溶解した溶液状態を呈したが、20分程度攪拌を続けると結晶が析出を始めた。攪拌を1昼夜続けると析出した結晶が成長し、長さ10μm程度の柱状結晶を呈した。メタノールを蒸発させた後、120℃で真空乾燥を行い、テレフタル酸リチウム塩を得た。
[Comparative Example 1]
Lithium terephthalate as a layered structure was synthesized as follows. To a solution prepared by dissolving 0.01525 mol of LiOH · H 2 O in 50 mL of methanol, 0.00694 mol of terephthalic acid was added, and the mixture was stirred at room temperature. Immediately after the addition of terephthalic acid, the solution was completely dissolved, but after stirring for about 20 minutes, crystals began to precipitate. When stirring was continued for one day and night, the precipitated crystals grew and exhibited columnar crystals having a length of about 10 μm. After evaporating methanol, vacuum drying was performed at 120 ° C. to obtain a lithium terephthalate salt.
[比較例2]
層状構造体としての2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム塩を、以下のように合成した。メタノール50mLにLiOH・H2Oを0.01525mol溶解させた溶液に、2,6−ナフタレンジカルボン酸を0.00694mol加えて、室温で攪拌した。2,6−ナフタレンジカルボン酸を加えた直後は完全に溶解した溶液状態を呈したが、20分程度攪拌を続けると結晶が析出を始めた。攪拌を1昼夜続けると析出した結晶が成長し、長さ10μm程度の柱状結晶を呈した。メタノールを蒸発させた後、120℃で真空乾燥を行い、2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム塩を得た。
[Comparative Example 2]
A
[X線回折測定]
実施例1及び比較例1,2の層状構造体の粉末X線回折測定を行った。測定は、放射線としてCuKα線(波長1.54051Å)を使用し、X線回折装置(リガク製RINT2200)を用いて行った。また、測定は、X線の単色化にはグラファイトの単結晶モノクロメーターを用い、印加電圧を40kV、電流30mAに設定し、4°/分の走査速度で2θ=10°〜60°の角度範囲で行った。図3は、実施例1の層状構造体のX線回折測定結果である。図3に示すように、実施例1は、空間群P21/cに帰属される単斜晶を仮定した時の110,011,130,200,211,190面に相当するピークが明確に現れていることから、図1に示した、Ca層と有機骨格層とからなる層状構造を形成していると推察された。また、実施例1は、空間群P21/cに帰属される単斜晶であることから、3つの異なるカルボン酸アニオン部の酸素及び4つの水分子と、アルカリ土類金属元素と、が7配位を形成する構造であり、有機骨格の部分でπ電子共役雲による相互作用が働いているものと推察された。
[X-ray diffraction measurement]
Powder X-ray diffraction measurement of the layered structures of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was performed. The measurement was performed using a CuKα ray (wavelength 1.54051 Å) as radiation and using an X-ray diffractometer (RINT2200 manufactured by Rigaku). For the measurement, a graphite single crystal monochromator was used to monochromate the X-rays, the applied voltage was set to 40 kV, the current was set to 30 mA, and the scanning speed was 4 ° / min, and the angle range was 2θ = 10 ° to 60 °. I went there. FIG. 3 is an X-ray diffraction measurement result of the layered structure of Example 1. As shown in FIG. 3, in Example 1, peaks corresponding to the 110,011,130,200,21,190 planes clearly appear when the monoclinic crystals belonging to the space group P2 1 / c are assumed. Therefore, it was inferred that the layered structure composed of the Ca layer and the organic skeleton layer shown in FIG. 1 was formed. Further, since Example 1 is a monoclinic crystal belonging to the space group P2 1 / c, oxygen and four water molecules of three different carboxylic acid anion portions and an alkaline earth metal element are seven. It is a structure that forms a coordination, and it is speculated that the interaction by the π-electron conjugated cloud is working in the part of the organic skeleton.
なお、例えば、Crystal Growth & Design, Vol. 8, No. 2, 2008, pp685-689において、2,6−ナフタレンジカルボン酸カルシウム塩などでも、空間群P21/cに帰属される単斜晶型の結晶構造を有し、Ca層と有機骨格層とが層状構造を形成していることが明らかにされている。 For example, in Crystal Growth & Design, Vol. 8, No. 2, 2008, pp685-689, even the calcium salt of 2,6-naphthalenedicarboxylic acid is a monoclinic type belonging to the space group P2 1 / c. It has been clarified that the Ca layer and the organic skeleton layer form a layered structure.
[水に対する構造体の溶解度測定]
25℃に調温した100mLのイオン交換蒸留水をスターラで撹拌しながら、実施例1及び比較例1,2の構造体を0.1g〜1.0g程度投入し、目視により溶解状態を確認した。溶解しない場合には投入後、2時間後にも溶解していないことを確認した。こうして溶解量を測定し、溶解度を求めた。実施例1の構造体(テレフタル酸カルシウム塩)は水に溶解しなかったが、比較例1の構造体(テレフタル酸リチウム塩)、比較例2の構造体(2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム塩)は水に溶解し、その溶解度はいずれも約10質量%であった。
[Measurement of structure solubility in water]
While stirring 100 mL of ion-exchange distilled water whose temperature was adjusted to 25 ° C. with a stirrer, about 0.1 g to 1.0 g of the structures of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was added, and the dissolved state was visually confirmed. .. If it did not dissolve, it was confirmed that it did not dissolve even 2 hours after the addition. In this way, the amount of dissolution was measured and the solubility was determined. The structure of Example 1 (calcium terephthalate) was not dissolved in water, but the structure of Comparative Example 1 (lithium terephthalate) and the structure of Comparative Example 2 (
[リチウム吸蔵脱離時の電位−容量曲線計測]
実施例1の層状構造体(テレフタル酸カルシウム塩)、比較例1の層状構造体(テレフタル酸リチウム塩)、比較例2の層状構造体(2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム塩)を、それぞれ活物質として用いた。活物質を70質量%、導電助剤としてカーボンブラックを15質量%、バインダとしてPVdFを15質量%、分散媒として少量のNMPを混合後、集電箔のCu箔に塗布・乾燥・プレスによる高密度化を行い電極を得た。
[Measurement of potential-capacity curve during lithium occlusion / detachment]
The layered structure of Example 1 (calcium terephthalate), the layered structure of Comparative Example 1 (lithium terephthalate), and the layered structure of Comparative Example 2 (
得られた電極を作用極とし、対極にリチウム金属を用いてコインセルを作製した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(EC:DMC:EMC=30:40:30体積%)にLiPF6が1Mとなるように添加した非水系電解液を用いた。セパレータとしては、微多孔性ポリプロピレン膜を用いた。 A coin cell was produced using the obtained electrode as a working electrode and a lithium metal as the counter electrode. As the electrolytic solution, LiPF 6 is set to 1 M in a mixed solvent (EC: DMC: EMC = 30: 40: 30% by volume) of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). The non-aqueous electrolyte solution added to was used. A microporous polypropylene membrane was used as the separator.
コインセルは、室温において電位窓0.5−1.5V、電流20mA/g(活物質重量)で定電流放電/定電流充電を5サイクル実施し充放電容量と平均電位を測定した後、電位窓0−1.5V、活物質重量あたり電流20mA/g(活物質重量)で定電流放電/定電流充電を1サイクル実施し、充放電曲線が変化するか否かを調べた。図4に、実施例1の充放電曲線を示した。最初の5サイクルでは、実施例1及び比較例1,2のいずれも充放電特性が類似していた。このことから、実施例1の層状構造体において、有機骨格層内でのレドックスによって無機層(Ca層)近傍においてリチウムの吸蔵放出が行われていると推察された。 The coin cell is subjected to constant current discharge / constant current charging for 5 cycles at room temperature with a potential window of 0.5-1.5 V and a current of 20 mA / g (active material weight), and after measuring the charge / discharge capacity and average potential, the potential window is used. A constant current discharge / constant current charge was carried out for one cycle at 0-1.5 V and a current of 20 mA / g per active material weight (active material weight), and it was examined whether or not the charge / discharge curve changed. FIG. 4 shows the charge / discharge curve of Example 1. In the first 5 cycles, the charge / discharge characteristics of both Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were similar. From this, it was inferred that in the layered structure of Example 1, lithium was occluded and released in the vicinity of the inorganic layer (Ca layer) by redox in the organic skeleton layer.
表1に、実験結果をまとめた。表1より、実施例1及び比較例1,2の全ての活物質で高容量を示すことがわかった。また、実施例1及び比較例1,2の全ての活物質で平均電位は炭素負極よりも高く、リチウム金属が析出しにくいことがわかった。一方、比較例1,2のようにリチウム塩を用いた場合には、0Vまでの還元によって充放電曲線が変化したのに対し、実施例1のようにカルシウム塩を用いた場合には、充放電曲線が変化しなかった。これは、リチウム塩では結晶構造が変化(破壊)したのに対し、カルシウム塩では耐還元性が高いく結晶構造が変化しなかったためと推察された。カルシウム塩で結晶構造が変化しない理由としては、金属と酸素との間の配位結合と水素と酸素との間の水素結合の2つにより、強固な結合体となり、結晶構造が安定化するためと考えられる。また、比較例1,2に用いたリチウム塩は、水に10質量%程度溶解したのに対し、実施例1に用いたカルシウム塩は、水に溶解しなかった。以上のことから、実施例1で用いたテレフタル酸カルシウム塩は、高容量、中電位、高耐還元性、非水溶性を兼ね備えた新規な負極活物質として利用可能なことが確認された。 Table 1 summarizes the experimental results. From Table 1, it was found that all the active materials of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 showed high volumes. Further, it was found that the average potential of all the active materials of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was higher than that of the carbon negative electrode, and lithium metal was less likely to precipitate. On the other hand, when the lithium salt was used as in Comparative Examples 1 and 2, the charge / discharge curve was changed by the reduction to 0 V, whereas when the calcium salt was used as in Example 1, the charge / discharge curve was changed. The discharge curve did not change. It is presumed that this is because the crystal structure of the lithium salt changed (destroyed), whereas that of the calcium salt had high reduction resistance and the crystal structure did not change. The reason why the crystal structure does not change with the calcium salt is that the coordination bond between the metal and oxygen and the hydrogen bond between hydrogen and oxygen form a strong bond and stabilize the crystal structure. it is conceivable that. The lithium salt used in Comparative Examples 1 and 2 was dissolved in water in an amount of about 10% by mass, whereas the calcium salt used in Example 1 was not dissolved in water. From the above, it was confirmed that the calcium terephthalate salt used in Example 1 can be used as a novel negative electrode active material having high capacity, medium potential, high reduction resistance, and water insolubility.
本発明は、電池産業の分野に利用可能である。 The present invention is available in the field of the battery industry.
20 非水系二次電池、21 電池ケース、22 正極、23 負極、24 セパレータ、25 ガスケット、26 封口板、27 イオン伝導媒体。 20 non-aqueous secondary battery, 21 battery case, 22 positive electrode, 23 negative electrode, 24 separator, 25 gasket, 26 sealing plate, 27 ion conductive medium.
Claims (7)
テレフタル酸と水酸化カルシウムとを用いて前記層状構造体であるテレフタル酸カルシウム塩を得る工程を含む、
非水系二次電池用電極の製造方法。 An alkali that forms a skeleton by coordinating an alkaline earth metal element with oxygen contained in an organic skeleton layer containing an aromatic compound having an aromatic ring structure and two or more carboxylic acid anion portions. A method for manufacturing an electrode for a non-aqueous secondary battery, which comprises a layered structure having an earth metal element layer as an electrode active material.
A step of obtaining a calcium terephthalate salt which is the layered structure by using terephthalic acid and calcium hydroxide is included.
A method for manufacturing electrodes for non-aqueous secondary batteries.
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