JPWO2013099967A1 - Oxide and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

本発明の酸化物は、コランダム型構造を有し、化学式(Fe1−xMx)2O3(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされる。非水系二次電池用活物質として用いた場合、優れた充放電サイクル特性を有する。The oxide of the present invention has a corundum structure and is represented by a chemical formula (Fe1-xMx) 2O3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). When used as an active material for non-aqueous secondary batteries, it has excellent charge / discharge cycle characteristics.

Description

本発明は、酸化物およびその製造方法に関し、さらに詳しくは酸化鉄と少なくとも1種の典型金属元素の酸化物との固溶体からなる酸化物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an oxide and a method for producing the same, and more particularly to an oxide comprising a solid solution of iron oxide and an oxide of at least one typical metal element and a method for producing the same.

非水系二次電池として、リチウム二次電池が実用化されており、広く普及している。更に近年、リチウム二次電池は、ポータブル電子機器用の小型のものだけでなく、車載用や電力貯蔵用等の大容量のデバイスとしても注目されている。そのため、安全性やコスト、寿命等の要求がより高くなっている。   As a non-aqueous secondary battery, a lithium secondary battery has been put into practical use and widely used. Further, in recent years, lithium secondary batteries are attracting attention not only as small-sized batteries for portable electronic devices but also as large-capacity devices for on-vehicle use and power storage. Therefore, demands for safety, cost, life, etc. are higher.

リチウム二次電池は、その主たる構成要素として正極、負極、電解液、セパレータ、及び外装材を有する。また、上記正極は、正極活物質、導電材、集電体及びバインダー(結着剤)により構成される。   The lithium secondary battery has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and an exterior material as main components. The positive electrode includes a positive electrode active material, a conductive material, a current collector, and a binder (binder).

一般に、正極活物質としては、LiCoOに代表される層状遷移金属酸化物が用いられている。しかしながら、層状遷移金属酸化物は、満充電状態において、150℃前後の比較的低温で酸素脱離を起こし易く、当該酸素脱離により電池の熱暴走反応が起こり得る。従って、このような正極活物質を有する電池をポータブル電子機器に用いる場合、電池の発熱、発火等の事故が発生する恐れがある。また、LiCoOは希少金属であるCoを含むため、より低コストな正極活物質が必要とされている。In general, a layered transition metal oxide typified by LiCoO 2 is used as the positive electrode active material. However, the layered transition metal oxide easily causes oxygen desorption at a relatively low temperature of about 150 ° C. in a fully charged state, and the thermal desorption reaction of the battery can occur due to the oxygen desorption. Therefore, when a battery having such a positive electrode active material is used for a portable electronic device, there is a risk that an accident such as heat generation or ignition of the battery may occur. Further, since LiCoO 2 contains Co, which is a rare metal, a lower cost positive electrode active material is required.

これに対し、酸化鉄(Fe)をリチウム二次電池の活物質として用いることが検討されている。酸化鉄は安価であるだけでなく、1モル当たり6モルのリチウムイオンが充放電反応に関与することから高容量が期待できる。しかしながら、酸化鉄は、不可逆容量が大きく、充放電サイクル特性が不十分であるという問題がある。On the other hand, the use of iron oxide (Fe 2 O 3 ) as an active material for lithium secondary batteries has been studied. Iron oxide is not only inexpensive, but a high capacity can be expected because 6 moles of lithium ions per mole are involved in the charge / discharge reaction. However, iron oxide has a problem that its irreversible capacity is large and charge / discharge cycle characteristics are insufficient.

そこで、充放電サイクル特性を向上させるため、α−Feの超微粒子を用いる方法(特許文献1)や、平均粒子径が1〜10nmの範囲で、かつ粒子径の分布幅が1〜10nmの範囲である酸化鉄超微粒子を用いる方法(特許文献2)や、γ−FeO(OH)と導電助剤との混合材料を熱処理して製造した複合材料を用いる方法(特許文献3)、共沈法により製造したα−FeとAlの混合物を用いる方法(非特許文献1)等が提案されている。Therefore, in order to improve the charge / discharge cycle characteristics, a method using ultrafine particles of α-Fe 2 O 3 (Patent Document 1), an average particle size in the range of 1 to 10 nm, and a particle size distribution width of 1 to A method using iron oxide ultrafine particles in the range of 10 nm (Patent Document 2), a method using a composite material produced by heat-treating a mixed material of γ-FeO (OH) and a conductive additive (Patent Document 3), A method using a mixture of α-Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 produced by a coprecipitation method (Non-patent Document 1) has been proposed.

特開2003−257426号公報JP 2003-257426 A 特開2008−204777号公報JP 2008-204777 A 特開2008−243414号公報JP 2008-243414 A

第47回電池討論会要旨集3F−1947th Battery Symposium Abstracts 3F-19

しかしながら、上記の特許文献のいずれの方法でも、充放電サイクル特性は不十分であり、実用的観点からはより一層の充放電サイクル特性の向上が必要とされている。     However, in any of the above-mentioned patent documents, the charge / discharge cycle characteristics are insufficient, and further improvement of the charge / discharge cycle characteristics is required from a practical viewpoint.

そこで、本発明は、優れた充放電サイクル特性を与える酸化物およびその製造方法を提供することを目的とした。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxide that provides excellent charge / discharge cycle characteristics and a method for producing the same.

Feは、以下の式で示される酸化還元反応に基づいて充放電を行うことが知られている。例えば、正極に用いた場合、初回の放電時にはFeは還元されてFeとなる。しかし充電時には生成したFeがFeに戻りきれず別様の結晶成長、すなわち不可逆な結晶が析出し不可逆容量の原因となる。充放電の繰り返しとともに、元の位置に復帰しきれないFeが増加する結果、不可逆容量が増大し、充放電サイクル特性が低下する。It is known that Fe 2 O 3 performs charge and discharge based on an oxidation-reduction reaction represented by the following formula. For example, when used for the positive electrode, Fe 2 O 3 is reduced to Fe during the first discharge. However, at the time of charging, the generated Fe cannot return to Fe 2 O 3 and the crystal growth is different, that is, irreversible crystals are deposited, causing irreversible capacity. As charge / discharge is repeated, Fe that cannot be returned to the original position increases, resulting in an increase in irreversible capacity and deterioration in charge / discharge cycle characteristics.

Figure 2013099967
Figure 2013099967

これに対し、本発明者らは、Feの充放電サイクル特性を向上させるべく検討する過程において、活物質に電気化学的に活性な金属酸化物と電気化学的に不活性な酸化物との固溶体を用いると、充放電サイクル特性が向上することを見出した。
本発明は上記の本発明者らの知見に基づいて完成されたものであり、本発明の酸化物は、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有することを特徴とするものである。
On the other hand, in the process of studying to improve the charge / discharge cycle characteristics of Fe 2 O 3 , the present inventors have made the active material an electrochemically active metal oxide and an electrochemically inactive oxide. It was found that the charge / discharge cycle characteristics are improved when a solid solution is used.
The present invention has been completed based on the above findings of the present inventors, and the oxide of the present invention has the chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical species). It is a metal element and has a corundum type structure represented by 0 <x <1).

また、本発明の製造方法は、γ−Feと少なくとも1種の金属酸化物との混合物をメカノケミカル合成法で合成し、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を製造することを特徴とするものである。In addition, the production method of the present invention synthesizes a mixture of γ-Fe 2 O 3 and at least one metal oxide by a mechanochemical synthesis method, and has a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (provided that M is at least one metal element, and 0 <x <1)), and is characterized by producing an oxide having a corundum structure represented by:

また、本発明の非水系二次電池用活物質は、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物からなることを特徴とするものである。The active material for a non-aqueous secondary battery of the present invention has a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). It is characterized by comprising an oxide having a corundum type structure represented by

また、本発明の非水系二次電池は、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を正極活物質として含む正極、負極および非水系電解質を含むことを特徴とするものである。The nonaqueous secondary battery of the present invention is represented by the chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). It includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte that include an oxide having a corundum structure as a positive electrode active material.

また、本発明の別の非水系二次電池は、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を負極活物質として含む負極、正極および非水系電解質を含むことを特徴とするものである。 Another non-aqueous secondary battery of the present invention has a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). It includes a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte that include the oxide having a corundum type structure as a negative electrode active material.

本発明は酸化鉄と少なくとも1種の典型金属酸化物との固溶体からなる新規な酸化物を提供するものである。該酸化物を活物質として使用することにより、高容量で充放電特性に優れた非水系二次電池を提供することができる。   The present invention provides a novel oxide comprising a solid solution of iron oxide and at least one typical metal oxide. By using the oxide as an active material, a non-aqueous secondary battery having a high capacity and excellent charge / discharge characteristics can be provided.

合成したγ−FeのXRDパターンを示す図である。It shows the XRD pattern of the synthesized γ-Fe 2 O 3. 合成例1の複合材料のXRDパターンを示す図である。6 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 1. FIG. 合成例2の複合材料のXRDパターンを示す図である。6 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 2. FIG. 合成例3の複合材料のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the composite material of the synthesis example 3. FIG. 合成例4の複合材料のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the composite material of the synthesis example 4. 合成例5の複合材料のXRDパターンを示す図である。10 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 5. FIG. 合成例6の複合材料のXRDパターンを示す図である。10 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 6. FIG. 合成例7の複合材料のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the composite material of the synthesis example 7. 合成例8の複合材料のXRDパターンを示す図である。10 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 8. FIG. 合成例9の複合材料のXRDパターンを示す図である。10 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 9. FIG. 合成例10の複合材料のXRDパターンを示す図である。14 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 10. FIG. 合成例11の複合材料のXRDパターンを示す図である。14 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 11. FIG. 合成例12の複合材料のXRDパターンを示す図である。14 is a diagram showing an XRD pattern of a composite material of Synthesis Example 12. FIG. 合成例13の複合材料のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the composite material of the synthesis example 13. 合成例14の複合材料のXRDパターンを示す図である。It is a figure which shows the XRD pattern of the composite material of the synthesis example 14. 比較例1のγ−FeのXRDパターンを示す図である。4 is a diagram showing an XRD pattern of γ-Fe 2 O 3 of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のα−FeのXRDパターンを示す図である。6 is a diagram showing an XRD pattern of α-Fe 2 O 3 of Comparative Example 2. FIG. 実施例1の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of Example 1. FIG. 実施例1の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 1. FIG. 実施例2の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 2. FIG. 実施例3の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 3. FIG. 実施例4の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 4. FIG. 実施例5の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 5. FIG. 実施例6の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 6. 実施例7の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 7. 実施例8の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 8. 実施例9の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 9. FIG. 実施例10の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycling characteristics of Example 10. FIG. 実施例11の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 11. FIG. 実施例12の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 12. 実施例13の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 13. 実施例14の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of Example 14. 比較例1の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the comparative example 1. 比較例1の充放電サイクル特性を示す図である。5 is a diagram showing charge / discharge cycle characteristics of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the comparative example 2. 比較例2の充放電サイクル特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic of the comparative example 2.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の酸化物には、酸化鉄と少なくとも1種の典型金属元素の酸化物との固溶体からなるものを用いる。ここで、酸化鉄は電気化学的に活性な金属酸化物に相当し、典型金属元素の酸化物は電気化学的に不活性な酸化物に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As the oxide of the present invention, an oxide comprising a solid solution of iron oxide and an oxide of at least one typical metal element is used. Here, iron oxide corresponds to an electrochemically active metal oxide, and an oxide of a typical metal element corresponds to an electrochemically inactive oxide.

なお、電気化学的に活性な金属酸化物とは、リチウム二次電池の充放電時に酸化および還元される金属酸化物である。また、電気化学的に不活性な酸化物とは、リチウム二次電池の充放電時に、リチウムをインターカレートせず、かつリチウムと合金を形成せず、かつ酸化および還元されない酸化物である。   The electrochemically active metal oxide is a metal oxide that is oxidized and reduced during charging and discharging of the lithium secondary battery. The electrochemically inactive oxide is an oxide that does not intercalate lithium, does not form an alloy with lithium, and is not oxidized or reduced during charging and discharging of a lithium secondary battery.

また、本発明において、固溶体を形成する典型金属元素の酸化物は、第1族、第2族、第13族、第14族の金属元素の酸化物またはそれら組み合わせ、より好ましくは第2族金属元素および/または第13族金属元素の酸化物である。具体例を挙げると、Al、SiO、MgO、CaO、Ga、BaO、SrO、またはそれらの組み合わせ、より好ましくはAl、Gaまたはそれらの組み合わせ、さらに好ましくはAlである。In the present invention, the oxide of the typical metal element forming the solid solution is an oxide of a metal element of Group 1, Group 2, Group 13, Group 14, or a combination thereof, more preferably a Group 2 metal. It is an oxide of an element and / or a Group 13 metal element. Specific examples include Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO, Ga 2 O 3 , BaO, SrO, or combinations thereof, more preferably Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 or combinations thereof, Al 2 O 3 is preferable.

本発明の酸化物は微細結晶相を含む。微細結晶相は、平均結晶粒径が500nm以下、好ましくは100nm以下の結晶粒子を含み、その結晶構造はコランダム型構造である。平均結晶粒径はScherrerの式により、X線回折のピークの半値幅から求めることができる。また、電子顕微鏡写真から算出することもできる。   The oxide of the present invention contains a fine crystalline phase. The fine crystal phase includes crystal particles having an average crystal grain size of 500 nm or less, preferably 100 nm or less, and the crystal structure thereof is a corundum type structure. The average crystal grain size can be determined from the half-value width of the peak of X-ray diffraction by the Scherrer equation. It can also be calculated from an electron micrograph.

本発明の酸化物はコランダム型構造を有する酸化物で、化学式(Fe1−xで表わされる。ここで、元素Mは少なくとも1種の典型金属元素で第1族、第2族、第13族、第14族の金属元素の酸化物またはそれら組み合わせである。元素Mの具体例を挙げると、Al、Si、Mg、Ca、Ga、Ba、Sr、およびそれらの組み合わせ、より好ましくはAl、Gaおよびそれらの組み合わせ、さらに好ましくはAlである。Mが1種の具体例としては、(Fe1−xAlや(Fe1−xGaを挙げることができる。また、xは、0<x<1、好ましくは、0.25<x<1、より好ましくは、0.25<x<0.75、さらに好ましくは、0.4<x<0.67、さらに好ましくは0.4<x≦0.6、さらに好ましくは0.43≦x≦0.6である。xがx=0であると、非水系二次電池の活物質として用いた場合、不可逆容量が大きくなるからであり、xがx=1であると、非水系二次電池の活物質として用いた場合、容量がほぼゼロになるからである。0.25<x<0.75である場合、非水系二次電池の活物質として用いると、サイクル特性がより向上するので、より好ましい。0.4<x<0.67である場合、非水系二次電池の活物質として用いると、サイクル特性がさらに向上し、不可逆容量もさらに抑制されるので、さらに好ましい。0.43≦x≦0.6である場合、非水系二次電池の活物質として用いると、サイクル特性がさらに向上し、不可逆容量もさらに抑制されるので、さらに好ましい。The oxide of the present invention is an oxide having a corundum structure, and is represented by the chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 . Here, the element M is at least one typical metal element and is an oxide of a metal element belonging to Group 1, Group 2, Group 13, Group 14, or a combination thereof. Specific examples of the element M include Al, Si, Mg, Ca, Ga, Ba, Sr, and combinations thereof, more preferably Al, Ga, and combinations thereof, and more preferably Al. Specific examples of M of one type include (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 and (Fe 1-x Ga x ) 2 O 3 . X is 0 <x <1, preferably 0.25 <x <1, more preferably 0.25 <x <0.75, and still more preferably 0.4 <x <0.67. More preferably, 0.4 <x ≦ 0.6, and further preferably 0.43 ≦ x ≦ 0.6. When x is x = 0, the irreversible capacity increases when used as an active material for a non-aqueous secondary battery. When x is x = 1, it is used as an active material for a non-aqueous secondary battery. This is because the capacity becomes almost zero. When 0.25 <x <0.75, it is more preferable to use as an active material for a non-aqueous secondary battery because the cycle characteristics are further improved. When 0.4 <x <0.67, it is more preferable to use it as an active material for a non-aqueous secondary battery since cycle characteristics are further improved and irreversible capacity is further suppressed. When 0.43 ≦ x ≦ 0.6, it is more preferable to use it as an active material for a non-aqueous secondary battery because the cycle characteristics are further improved and the irreversible capacity is further suppressed.

また、上記の典型金属元素MにAlを用いた場合、a軸の格子定数は4.75〜5.04Å、c軸の格子定数が12.99〜13.75Åである。好ましくは、a軸の格子定数は4.75〜4.97Å、c軸の格子定数が12.99〜13.56Åである。より好ましくは、a軸の格子定数は4.82〜4.97Å、c軸の格子定数が13.18〜13.56Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は4.85〜4.93Å、c軸の格子定数が13.24〜13.45Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は4.86〜4.93Å、c軸の格子定数が13.29〜13.45Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は4.86〜4.92Å、c軸の格子定数が13.29〜13.43Åである。   When Al is used for the typical metal element M, the lattice constant of the a axis is 4.75 to 5.04 and the lattice constant of the c axis is 12.99 to 13.75. Preferably, the a-axis lattice constant is 4.75 to 4.97 Å, and the c-axis lattice constant is 12.99 to 13.56 Å. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.82 to 4.97Å and the lattice constant of the c axis is 13.18 to 13.56Å. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.85 to 4.93 and the lattice constant of the c axis is 13.24 to 13.45. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.86 to 4.93 and the lattice constant of the c axis is 13.29 to 13.45. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.86 to 4.92 Å, and the lattice constant of the c axis is 13.29 to 13.43 Å.

また、上記の典型金属元素MにGaを用いた場合、a軸の格子定数は4.97〜5.04Å、c軸の格子定数が13.42〜13.75Åである。好ましくは、a軸の格子定数は4.97〜5.03Å、c軸の格子定数が13.42〜13.68Åである。より好ましくは、a軸の格子定数は4.99〜5.03Å、c軸の格子定数が13.50〜13.68Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は4.99〜5.02Å、c軸の格子定数が13.53〜13.63Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は5.00〜5.02Å、c軸の格子定数が13.55〜13.63Åである。さらに好ましくは、a軸の格子定数は5.00〜5.015Å、c軸の格子定数が13.61〜13.63Åである。   When Ga is used for the typical metal element M, the a-axis lattice constant is 4.97 to 5.04 Å, and the c-axis lattice constant is 13.42 to 13.75 Å. Preferably, the a-axis lattice constant is 4.97 to 5.03 Å, and the c-axis lattice constant is 13.42 to 13.68 Å. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.99 to 5.03 and the lattice constant of the c axis is 13.50 to 13.68. More preferably, the lattice constant of the a axis is 4.99 to 5.02 and the lattice constant of the c axis is 13.53 to 13.63. More preferably, the lattice constant of the a axis is 5.00 to 5.02 and the lattice constant of the c axis is 13.55 to 13.63. More preferably, the lattice constant of the a axis is 5.00 to 5.015 and the lattice constant of the c axis is 13.61 to 13.63.

なお、化学式(Fe1−xは、以下の方法で導出できる。
まず、後述する実施例に係るFeとAlとの固溶体を製造する場合、FeとAlとの反応は以下の式で表すことができる。
The chemical formula (Fe 1-x M x) 2 O 3 can be derived in the following manner.
First, the reaction with the case of producing a solid solution of Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 according to the embodiment described below, Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 can be expressed by the following equation.

Figure 2013099967
Figure 2013099967

また、FeとGaとの固溶体を製造する場合、FeとGaとの反応は以下の式で表すことができる。In the production of the solid solution of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3, the reaction of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 can be expressed by the following equation.

Figure 2013099967
Figure 2013099967

また、酸化物をM と一般化すると、反応は以下の式で表すことができる。Further, when the oxide is generalized as M 1 2 O 3 , the reaction can be represented by the following formula.

Figure 2013099967
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また、酸化物がM とM との2種類あるとし、それらの割合を全体のx、xとすると、反応は以下の式で表すことができる。In addition, assuming that there are two types of oxides, M 1 2 O 3 and M 2 2 O 3, and the ratio thereof is x 1 and x 2 as a whole, the reaction can be expressed by the following formula.

Figure 2013099967
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この式をMの場合まで一般化すると、反応は以下の式で表すことができる。If this formula is generalized to the case of M n , the reaction can be expressed by the following formula.

Figure 2013099967
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ここで、xとMを以下のように定義すると、本発明の酸化物は、
一般的に化学式(Fe1−xで表すことができる。
Here, when x and M are defined as follows, the oxide of the present invention is
Generally, it can be represented by the chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 .

Figure 2013099967
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本発明の酸化物の平均粒径は1μm以下、好ましくは0.001〜0.5μm、より好ましくは0.001〜0.1μmである。平均粒径が1μmより大きいと、充放電特性が低下するからである。なお、本発明で用いる平均粒径は体積基準の平均粒径であり、例えば湿式レーザ法により求めた値を用いることができる。   The average particle size of the oxide of the present invention is 1 μm or less, preferably 0.001 to 0.5 μm, more preferably 0.001 to 0.1 μm. This is because if the average particle size is larger than 1 μm, the charge / discharge characteristics are deteriorated. The average particle size used in the present invention is a volume-based average particle size, and for example, a value obtained by a wet laser method can be used.

(製造方法)
本発明の酸化物を製造するには、メカノケミカル合成法を用いることができる。メカノケミカル合成法は、ミリング媒体存在下で反応混合物を攪拌して混合粉砕することにより、機械的エネルギーによって反応混合物同士の化学反応を促進する方法である。なお、この化学反応には、固相反応、化合物合成反応、酸化還元反応、イオン交換反応、結晶構造変換、微結晶相の形成およびアモルファス相の形成等が挙げられる。
(Production method)
A mechanochemical synthesis method can be used to produce the oxide of the present invention. The mechanochemical synthesis method is a method of promoting a chemical reaction between reaction mixtures by mechanical energy by stirring and mixing and grinding the reaction mixture in the presence of a milling medium. This chemical reaction includes solid phase reaction, compound synthesis reaction, redox reaction, ion exchange reaction, crystal structure conversion, formation of microcrystalline phase, formation of amorphous phase, and the like.

メカノケミカル合成法は、ミルには、転動ボールミル、遊星型ボールミル、振動ボールミル等のボールミルや、アトライタミル等を用い、ミリング媒体には、ステンレス製またはセラミック製の種々の形状、例えば、球状、楕円状、ロッド状等の媒体を用いることができる。セラミック製のミリング媒体としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、イットリア安定化ジルコニア、窒化ケイ素(Si)、炭化タングステン(WC)等を挙げることができる。なお、ミリング媒体には、反応混合物に対して化学的に不活性なものを選択して用いることが好ましい。The mechanochemical synthesis method uses a ball mill such as a rolling ball mill, a planetary ball mill, a vibration ball mill, or an attritor mill for the mill, and various shapes made of stainless steel or ceramic, for example, spherical or elliptical, for the milling medium. Or a rod-shaped medium can be used. Examples of the ceramic milling medium include aluminum oxide, zirconium oxide, yttria stabilized zirconia, silicon nitride (Si 3 N 4 ), tungsten carbide (WC), and the like. As the milling medium, it is preferable to select and use one that is chemically inert to the reaction mixture.

メカノケミカル合成の条件は、ミルの種類によって異なるので、本発明では特に限定するものではないが、遊星ボールミルを用いる場合には、回転数は200rpm以上、時間は10分から500時間の範囲で行うことができる。また、混合粉砕時の雰囲気は、大気雰囲気または不活性ガス雰囲気を用いることができる。   The conditions for the mechanochemical synthesis vary depending on the type of mill, and are not particularly limited in the present invention. However, when a planetary ball mill is used, the rotation speed is 200 rpm or more and the time is in the range of 10 minutes to 500 hours. Can do. Moreover, the atmosphere at the time of mixing and grinding can use an air atmosphere or an inert gas atmosphere.

本発明の製造方法では、メカノケミカル合成法でγ−Feと、少なくとも1種の典型金属元素の酸化物を反応させる。前述の通り、典型金属元素の酸化物は、第1族、第2族、第13族、第14族の金属元素の酸化物またはそれら組み合わせ、より好ましくは第2族金属元素および/または第13族金属元素の酸化物である。具体例を挙げると、Al、SiO、MgO、CaO、Ga、BaO、SrO、またはそれらの組み合わせ、より好ましくはAl、Gaまたはそれらの組み合わせ、さらに好ましくはAlである。In the production method of the present invention, γ-Fe 2 O 3 is reacted with an oxide of at least one typical metal element by a mechanochemical synthesis method. As described above, the oxide of the typical metal element is an oxide of a metal element of Group 1, Group 2, Group 13, Group 14, or a combination thereof, more preferably a Group 2 metal element and / or Group 13 metal oxide. It is an oxide of a group metal element. Specific examples include Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO, Ga 2 O 3 , BaO, SrO, or combinations thereof, more preferably Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 or combinations thereof, Al 2 O 3 is preferable.

また、本発明の製造方法では、メカノケミカル合成法でγ−Feと、少なくとも1種の遷移金属元素の酸化物を反応させてもよい。 遷移金属元素の酸化物は、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族の金属元素の酸化物またはそれら組み合わせ、より好ましくは第4族、第5族、第6族、第9族の金属元素の酸化物またはそれら組み合わせが良い。具体例を挙げると、Ti、V、Cr、Rhまたはそれら組み合わせである。さらに、γ−Feと、少なくとも1種の典型金属元素の酸化物と少なくとも1種の遷移金属元素の酸化物をあわせて反応させてもよい。In the production method of the present invention, γ-Fe 2 O 3 may be reacted with an oxide of at least one transition metal element by a mechanochemical synthesis method. Transition metal element oxides are Group 3, Group 4, Group 5, Group 6, Group 7, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12 metal elements Or an oxide of a metal element belonging to Group 4, Group 5, Group 6, or Group 9 or a combination thereof. Specific examples are Ti 2 O 3 , V 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Rh 2 O 3 or combinations thereof. Further, γ-Fe 2 O 3 may be reacted with an oxide of at least one typical metal element and an oxide of at least one transition metal element.

例えば、少なくとも1種の金属元素の酸化物にAlを用いる場合、γ−FeとAlの混合比は特に限定されることはない。原料のモル混合割合zを用いて、出発原料全体の式を(1−z)Fe+zAlと記述することができる。zは、0<z<1、好ましくは、0.25<z<1、より好ましくは、0.25<z<0.75、さらに好ましくは、0.4<z<0.67、さらに好ましくは0.4<z≦0.6、さらに好ましくは0.45≦z≦0.6である。zがz=0であると、非水系二次電池の活物質として用いた場合、不可逆容量が大きくなるからであり、zがz=1であると、非水系二次電池の活物質として用いた場合、容量がほぼゼロになるからである。For example, when Al 2 O 3 is used as an oxide of at least one metal element, the mixing ratio of γ-Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 is not particularly limited. The formula of the whole starting material can be described as (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 using the molar mixing ratio z of the raw materials. z is 0 <z <1, preferably 0.25 <z <1, more preferably 0.25 <z <0.75, still more preferably 0.4 <z <0.67, and still more preferably. Is 0.4 <z ≦ 0.6, more preferably 0.45 ≦ z ≦ 0.6. When z is z = 0, the irreversible capacity increases when used as an active material for a non-aqueous secondary battery. When z is z = 1, it is used as an active material for a non-aqueous secondary battery. This is because the capacity becomes almost zero.

また、γ−Feの1次粒子径は、500nm以下、好ましくは100nm以下である。これは、1次粒子径が小さくなるほど反応性が良くなるからである。500nmより大きいとメカノケミカルの反応性が低下するからである。The primary particle size of γ-Fe 2 O 3 is 500 nm or less, preferably 100 nm or less. This is because the smaller the primary particle size, the better the reactivity. This is because if it is larger than 500 nm, the mechanochemical reactivity decreases.

メカノケミカル合成法において、出発原料としてγ−Feを用いると、合成反応の時間とともにα−Feへと結晶構造が変化する。出発原料としてγ−Feを用いるのは、その変化の過程で典型金属酸化物との固溶体を形成させる反応性を高めるためである。出発原料としてα−Feを用いると、γ−Feがα−Feに変化するような、一旦原子配列が乱れる過程が起こりくい。そのため、固溶体を形成するための反応性が低く、γ―Feと比べて固溶体を形成しにくいからである。それにより、α−Feを出発原料に用いた場合に比べ、短時間で固溶体を製造できる。
同様に、出発原料としてγ−Alを用いてもよい。γ−Alを用いると、合成反応の時間とともにα−Alへと結晶構造が変化する。出発原料としてγ−Alを用いるのは、その変化の過程でα−Feとの固溶体を形成させる反応性を高めるためである。出発原料としてα−Alを用いると、γ−Alがα−Alに変化するような、一旦原子配列が乱れる過程が起こりくい。そのため、固溶体を形成するための反応性が低く、γ―Alと比べて固溶体を形成しにくいからである。それにより、α−Alを出発原料に用いた場合に比べ、短時間で固溶体を製造できる。
In the mechanochemical synthesis method, when γ-Fe 2 O 3 is used as a starting material, the crystal structure changes to α-Fe 2 O 3 with the time of the synthesis reaction. The reason why γ-Fe 2 O 3 is used as a starting material is to increase the reactivity of forming a solid solution with a typical metal oxide in the course of the change. When α-Fe 2 O 3 is used as a starting material, a process in which the atomic arrangement is once disturbed such that γ-Fe 2 O 3 changes to α-Fe 2 O 3 hardly occurs. Therefore, the reactivity for forming a solid solution is low, and it is difficult to form a solid solution as compared with γ-Fe 2 O 3 . Thereby, compared with the case of using the α-Fe 2 O 3 in the starting material can be prepared a solid solution in a short time.
Similarly, γ-Al 2 O 3 may be used as a starting material. When γ-Al 2 O 3 is used, the crystal structure changes to α-Al 2 O 3 with the time of the synthesis reaction. The reason why γ-Al 2 O 3 is used as a starting material is to increase the reactivity of forming a solid solution with α-Fe 2 O 3 in the course of the change. When α-Al 2 O 3 is used as a starting material, a process in which the atomic arrangement is once disturbed such that γ-Al 2 O 3 changes to α-Al 2 O 3 hardly occurs. Therefore, the reactivity for forming a solid solution is low, and it is difficult to form a solid solution as compared with γ-Al 2 O 3 . Thereby, compared with the case of using the α-Al 2 O 3 in the starting material can be prepared a solid solution in a short time.

(用途例)
本発明の酸化物は、酸化鉄系固溶体からなる酸化物として種々の用途が期待できる。特に、好ましい用途としては、非水系二次電池用の正極活物質または負極活物質である。例えば、本発明の酸化物を正極活物質とし、金属リチウムあるいはグラファイトを負極とするリチウム二次電池を作製することができる。その一態様としては、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を正極活物質として含む正極、負極および非水系電解質を含む非水系二次電池である。
(Application example)
The oxide of the present invention can be expected to be used in various ways as an oxide comprising an iron oxide solid solution. Particularly preferred applications are positive electrode active materials or negative electrode active materials for non-aqueous secondary batteries. For example, a lithium secondary battery in which the oxide of the present invention is used as a positive electrode active material and metal lithium or graphite is used as a negative electrode can be manufactured. As one embodiment thereof, an oxide having a corundum structure represented by a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). And a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.

また、本発明の酸化物を負極活物質とし、LiCoO、LiMn、LiMn1.5Ni0.5、LiFePO、LiMnPO等のリチウム含有複合酸化物を正極とするリチウム二次電池を作製することもできる。その一態様としては、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を負極活物質として含む負極、正極および非水系電解質を含む非水系二次電池である。Further, the lithium oxide containing the oxide of the present invention as a negative electrode active material and a lithium-containing composite oxide such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 as a positive electrode is used. A secondary battery can also be produced. As one embodiment thereof, an oxide having a corundum structure represented by a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). And a non-aqueous secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte.

本発明の非水系電解質二次電池は、正極と負極と非水系電解質とセパレータとを有する。以下、各構成材料について説明する。
(a)正極
正極は、公知の方法を用いて作製することができる。例えば、本発明の活物質と導電材とバインダーとを有機溶剤を用いて混練分散してペーストを得、該ペーストを集電体に塗布することによって作製できる。なお、正極活物質が十分に高い導電性を有する場合には、導電材は必ずしも添加する必要はない。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator. Hereinafter, each constituent material will be described.
(A) Positive electrode A positive electrode is producible using a well-known method. For example, the active material of the present invention, a conductive material and a binder can be kneaded and dispersed using an organic solvent to obtain a paste, and the paste can be applied to a current collector. Note that when the positive electrode active material has sufficiently high conductivity, the conductive material is not necessarily added.

バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース、スチレンーブタジエンゴム等を用いることができる。必要に応じてカルボキシメチルセルロース等の増粘材を使用することもできる。   As binders, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, styrene Butadiene rubber or the like can be used. If necessary, a thickener such as carboxymethylcellulose can also be used.

導電材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス等を用いることができる。   As the conductive material, acetylene black, ketjen black, natural graphite, artificial graphite, needle coke, or the like can be used.

集電体としては、連続孔を持つ発泡(多孔質)金属、ハニカム状に形成された金属、焼結金属、エキスパンドメタル、不織布、板、孔開きの板、箔等を用いることができる。   As the current collector, foamed (porous) metal having continuous pores, metal formed in a honeycomb shape, sintered metal, expanded metal, non-woven fabric, plate, perforated plate, foil, and the like can be used.

有機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等を用いることができる。バインダーに水溶性のものを使用する場合は溶媒として水を用いることもできる。   As the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, cyclohexane, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. are used. be able to. When a water-soluble binder is used, water can be used as a solvent.

正極の厚さは、0.01〜20mm程度が好ましい。厚すぎると導電性が低下し、薄すぎると単位面積当たりの容量が低下するので好ましくない。なお、塗布並びに乾燥によって得られた正極は、活物質の充填密度を高めるためローラープレス等により圧密してもよい。   The thickness of the positive electrode is preferably about 0.01 to 20 mm. If it is too thick, the conductivity is lowered, and if it is too thin, the capacity per unit area is lowered. The positive electrode obtained by coating and drying may be compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

(b)負極
負極は公知の方法により作製できる。例えば、本発明の活物質とバインダーと導電材とを混合し、得られた混合粉末をシート状に成形し、得られた成形体を集電体、例えばステンレスまたは銅製のメッシュ状集電体に圧着して作製できる。また、上記(a)正極で説明したようなペーストを用いる方法を用いて作製することができ、その場合、負極活物質と導電材とバインダーとを有機溶剤を用いて混練分散してペーストを得、該ペーストを集電体に塗布することによって作製できる。
(B) Negative electrode A negative electrode can be produced by a known method. For example, the active material of the present invention, a binder and a conductive material are mixed, the obtained mixed powder is formed into a sheet shape, and the obtained molded body is converted into a current collector, for example, a mesh-shaped current collector made of stainless steel or copper. Can be made by pressure bonding. Moreover, it can be produced using the method using the paste as described in the above (a) positive electrode. In that case, the negative electrode active material, the conductive material, and the binder are kneaded and dispersed using an organic solvent to obtain a paste. The paste can be produced by applying it to a current collector.

(c)非水系電解質
非水系電解質としては、例えば、有機電解液、ゲル状電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質、溶融塩等を用いることができる。
(C) Nonaqueous electrolyte As the nonaqueous electrolyte, for example, an organic electrolyte, a gel electrolyte, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a molten salt, or the like can be used.

有機電解液を構成する有機溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等を挙げることができ、これらの1種以上を混合して用いることができる。   Examples of the organic solvent constituting the organic electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate. Chain carbonates such as γ-butyrolactone (GBL), lactones such as γ-valerolactone, furans such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy Examples include ethers such as ethane, ethoxymethoxyethane, dioxane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, methyl formate, methyl acetate, and the like. Can.

また、PC、EC及びブチレンカーボネート等の環状カーボネート類は高沸点溶媒であるため、GBLと混合する溶媒として好適である。   Moreover, since cyclic carbonates such as PC, EC and butylene carbonate are high-boiling solvents, they are suitable as solvents to be mixed with GBL.

有機電解液を構成する電解質塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO)、ホウフッ化リチウム(LiBF)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、トリフルオロ酢酸リチウム(LiCFCOO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド(LiN(CFSO)等のリチウム塩を挙げることができ、これらの1種以上を混合して用いることができる。電解液の塩濃度は、0.5〜3mol/Lが好適である。The electrolyte salt constituting the organic electrolyte includes lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ). , Lithium salts such as lithium trifluoroacetate (LiCF 3 COO), lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), and a mixture of one or more of these Can do. The salt concentration of the electrolytic solution is preferably 0.5 to 3 mol / L.

(d)セパレータ
セパレータとしては、多孔質材料や不織布等の公知の材料を用いることができる。セパレータの材質としては、電解液中の有機溶媒に対して溶解したり膨潤したりしないものが好ましい。具体的には、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、エーテル系ポリマー、ガラス繊維等を挙げることができる。
(D) Separator As the separator, a known material such as a porous material or a nonwoven fabric can be used. As a material for the separator, a material that does not dissolve or swell in the organic solvent in the electrolytic solution is preferable. Specific examples include polyester polymers, polyolefin polymers (for example, polyethylene and polypropylene), ether polymers, and glass fibers.

(e)他の部材
電池容器のような他の部材についても公知の各種材料を使用でき、特に制限はない。
(E) Other members Various other known materials can be used for other members such as battery containers, and there is no particular limitation.

(f)二次電池の製造方法
二次電池は、例えば、正極と負極と、それらの間に挟まれたセパレータとからなる積層体を備えている。積層体は、例えば短冊状の平面形状を有していてもよい。また、円筒型や扁平型の電池を作製する場合は、積層体を巻き取って巻回体としてもよい。
(F) Manufacturing method of secondary battery The secondary battery includes a laminate including, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a separator sandwiched therebetween. The laminate may have, for example, a strip-like planar shape. In the case of producing a cylindrical or flat battery, the laminate may be wound to form a wound body.

積層体は、その1つ又は複数が電池容器の内部に挿入される。通常、正極及び負極は電池の外部導電端子に接続される。その後に、正極、負極及びセパレータを外気より遮断するために電池容器を密閉する。   One or more of the laminates are inserted into the battery container. Usually, the positive electrode and the negative electrode are connected to the external conductive terminal of the battery. Thereafter, the battery container is sealed to block the positive electrode, the negative electrode, and the separator from the outside air.

密封の方法は、円筒電池の場合、電池容器の開口部に樹脂製のパッキンを有する蓋をはめ込み、電池容器と蓋とをかしめる方法が一般的である。また、角型電池の場合、金属性の封口板と呼ばれる蓋を開口部に取りつけ、溶接を行う方法を使用できる。これらの方法以外に、結着剤で密封する方法、ガスケットを介してボルトで固定する方法も使用できる。更に、金属箔に熱可塑性樹脂を貼り付けたラミネート膜で密封する方法も使用できる。なお、密封時に電解質注入用の開口部を設けてもよい。有機電解液を用いる場合、その開口部から有機電解液を注入し、その後でその開口部を封止する。封止の前に通電し発生したガスを取り除いてもよい。   In the case of a cylindrical battery, the sealing method is generally a method in which a lid having a resin packing is fitted into the opening of the battery container and the battery container and the lid are caulked. In the case of a square battery, a method of attaching a lid called a metallic sealing plate to the opening and performing welding can be used. In addition to these methods, a method of sealing with a binder and a method of fixing with a bolt via a gasket can also be used. Furthermore, a method of sealing with a laminate film in which a thermoplastic resin is attached to a metal foil can also be used. An opening for electrolyte injection may be provided at the time of sealing. When using an organic electrolyte, the organic electrolyte is injected from the opening, and then the opening is sealed. Gas generated by energization before sealing may be removed.

本発明の酸化物が非水系二次電池用活物質として優れた効果を有する理由としては以下の理由が考えられる。
一般に、電気化学的に活性な金属酸化物は、放電時には還元されて単体金属となり、充電時には酸化されて金属酸化物に戻る。本発明によれば、活物質に、電気化学的に活性な金属酸化物と電気化学的に不活性な酸化物との固溶体を用いることで、電気化学的に不活性な酸化物が電気化学的に活性な金属酸化物の結晶骨格を保持できる。そのため、一旦金属に還元されて金属酸化物の結晶骨格が変化しても、酸化されて金属酸化物に戻る場合には、元の結晶骨格に戻ることができるので反応の可逆性が向上し、不可逆容量が低下する。さらに、活物質の平均粒径が1μm以下であるので、反応の可逆性がさらに向上する。これにより、容量の低下を抑制しながら繰り返し充放電を行うことが可能となり、充放電サイクル特性が向上する。
The reason why the oxide of the present invention has an excellent effect as an active material for a non-aqueous secondary battery can be considered as follows.
In general, an electrochemically active metal oxide is reduced to a single metal during discharge and is oxidized back to a metal oxide during charging. According to the present invention, by using a solid solution of an electrochemically active metal oxide and an electrochemically inactive oxide as the active material, the electrochemically inactive oxide is electrochemically converted. The active metal oxide crystal skeleton can be retained. Therefore, even if it is reduced to metal once and the crystal skeleton of the metal oxide changes, when it is oxidized and returns to the metal oxide, it can return to the original crystal skeleton, so the reversibility of the reaction is improved, Irreversible capacity is reduced. Furthermore, since the average particle size of the active material is 1 μm or less, the reversibility of the reaction is further improved. Thereby, it becomes possible to perform charging / discharging repeatedly, suppressing the fall of capacity | capacitance, and charging / discharging cycling characteristics improve.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to a following example.

酸化鉄合成(γ−Feの水溶液合成)
0.1M酢酸カリウム198mLと0.1M酢酸6mLとを混合して緩衝液を調製し、該緩衝液を入れたビーカーに、塩化第二鉄四水和物(FeCl・4HO)を0.7994g添加し、室温で酸素を吹き込みながら36分間攪拌した。次いで、その溶液を孔径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製のフィルターを用いて濾過した後、濾別した沈殿を70℃で24時間乾燥してγ−Fe粉を得た。このγ−Feをメノウ乳鉢で粉砕し、真空中で200℃、72時間の加熱処理を行った。ここで、酢酸カリウム、酢酸、塩化第二鉄四水和物は、シグマアルドリッチジャパン製のものを用いた。
Iron oxide synthesis (synthesis of aqueous solution of γ-Fe 2 O 3 )
A buffer solution was prepared by mixing 198 mL of 0.1 M potassium acetate and 6 mL of 0.1 M acetic acid, and ferric chloride tetrahydrate (FeCl 2 .4H 2 O) was added to the beaker containing the buffer solution. 7994 g was added and stirred for 36 minutes while blowing oxygen at room temperature. Next, the solution was filtered using a filter made of polytetrafluoroethylene having a pore size of 0.1 μm, and the precipitate separated by filtration was dried at 70 ° C. for 24 hours to obtain γ-Fe 2 O 3 powder. This γ-Fe 2 O 3 was pulverized in an agate mortar and heat-treated at 200 ° C. for 72 hours in a vacuum. Here, potassium acetate, acetic acid, and ferric chloride tetrahydrate used were those manufactured by Sigma-Aldrich Japan.

(X線回折(XRD)測定)
リガク社製のX線回折装置UltimaIVを用い、以下の条件で行った。
測定条件:
角度範囲 10〜80度
スキャンスピード 2度/分
サンプリング幅 0.04度
電圧 40kV
電流 40mA
(X-ray diffraction (XRD) measurement)
The measurement was performed under the following conditions using an X-ray diffractometer Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation.
Measurement condition:
Angular range 10-80 degrees Scan speed 2 degrees / minute Sampling width 0.04 degrees Voltage 40 kV
Current 40mA

図1に作製したγ−FeのXRDパターンを示す。γ−Feのピークのみ認められた。It shows the XRD pattern of γ-Fe 2 O 3 prepared in FIG. Only the peak of γ-Fe 2 O 3 was observed.

合成例1(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feは、合成例1で調製したものを用いた。γ−Alは、ストレムケミカル(Strem Chemical)社製のもの(純度97%)を用いた。
Synthesis Example 1 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
As γ-Fe 2 O 3 , the one prepared in Synthesis Example 1 was used. As the γ-Al 2 O 3 , a product (purity 97%) manufactured by Strem Chemical Co. was used.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.64となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ(Fritsch)社製の遊星型ボールミルP−6を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成条件は以下の通りである。
合成条件:
容器およびボール イットリウム安定化ジルコニア(YSZ)
回転数 600rpm
ボール径 5φ
ボール数 90個
混合時間 3時間
Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the entire starting raw material becomes z = 0.64 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill P-6 manufactured by Fritsch. The synthesis conditions are as follows.
Synthesis conditions:
Containers and balls Yttrium-stabilized zirconia (YSZ)
Rotation speed 600rpm
Ball diameter 5φ
Number of balls 90 pieces Mixing time 3 hours

(XRD測定)
角度範囲を20〜80度とした以外は、酸化鉄合成の場合と同様の条件で行った。
(XRD measurement)
Except for the angle range of 20 to 80 degrees, the same conditions as in the iron oxide synthesis were performed.

図2に作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。なお、32度付近のピークは、ミリング媒体としての容器およびボールから混入したZrOによるものである。FIG. 2 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 . The peak near 32 degrees is due to ZrO 2 mixed from a container and a ball as a milling medium.

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=51.04度)のピーク位置および反射指数116(2θ=56.00度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、化学式(Fe1−xAl(0<x<1)であらわされる固溶体のa軸およびc軸の格子定数の計算値を、JCPDSに与えられているα−Fe及びα−Alの格子定数を用いて、ベガード則に基づき、xの関数として与え、これを使って単位胞体積の計算値をxの関数として与えることができる。これが、メカノケミカル合成法により作製した固溶体の、実際の測定で得られた単位胞体積の測定値と等しくなるときのxの値を求めることができる。作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.538を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the above XRD pattern, the a-axis and c-axis gratings from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 51.04 degrees) and the reflection index 116 (2θ = 56.00 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Constants were calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, the calculated values of the lattice constants of the a-axis and c-axis of the solid solution represented by the chemical formula (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) are expressed as α-Fe 2 O given to JCPDS. Using the lattice constants of 3 and α-Al 2 O 3 , it is given as a function of x based on Vegard's law, and this can be used to give the calculated unit cell volume as a function of x. The value of x can be determined when this is equal to the measured value of the unit cell volume of the solid solution prepared by the mechanochemical synthesis method. When the value of x of the prepared solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, x = 0.538 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例2(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例1と同じものを用いた。
Synthesis Example 2 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 1.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.5となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成条件は以下の通りである。
合成条件:
容器およびボール Si
回転数 800rpm
ボール径 0.5φ
ボール数 80個
混合時間 40分
Γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting material is z = 0.5 in the formula (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 using the molar mixing ratio z of the raw materials γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. The synthesis conditions are as follows.
Synthesis conditions:
Container and ball Si 3 N 4
800 rpm
Ball diameter 0.5φ
Number of balls 80 Mixing time 40 minutes

(XRD測定)
角度範囲を20〜80度とした以外は、酸化鉄合成の場合と同様の条件で行った。
(XRD measurement)
Except for the angle range of 20 to 80 degrees, the same conditions as in the iron oxide synthesis were performed.

図3に作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 3 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.61度)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.44度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.392を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the above XRD pattern, the a-axis and c-axis lattices from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.61 degrees) and the reflection index 116 (2θ = 55.44 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Constants were calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.392 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例3(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feはシグマアルドリッチ社製のもの(純度98.7%)を用いた。γ−Alは、合成例1と同じものを用いた。
Synthesis Example 3 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
As γ-Fe 2 O 3 , Sigma-Aldrich (purity 98.7%) was used. γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 1.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.5となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成条件は以下の通りである。
合成条件:
容器およびボール Si
回転数 800rpm
処理時間 15分
休止時間 2分
サイクル数 2サイクル
ボール径 5φ
ボール数 80個
上記の条件で2回、合計60分間混合した。
Γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting material is z = 0.5 in the formula (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 using the molar mixing ratio z of the raw materials γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. The synthesis conditions are as follows.
Synthesis conditions:
Container and ball Si 3 N 4
800 rpm
Processing time 15 minutes Rest time 2 minutes Number of cycles 2 cycles Ball diameter 5φ
Number of balls: 80 The above conditions were mixed twice for a total of 60 minutes.

図4に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じのコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 4 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the same X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.82)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.60度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.452を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.82) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 55.60 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.552 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例4(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例3と同じものを用いた。
Synthesis Example 4 (Preparation of oxide by mechanochemical synthesis of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
gamma-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 3.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.5となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ混合条件で、8回、合計240分間混合した。Γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting material is z = 0.5 in the formula (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 using the molar mixing ratio z of the raw materials γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same mixing conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed 8 times for a total of 240 minutes.

図5に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 5 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.86)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.64度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.470を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.86) and the reflection index 116 (2θ = 55.64 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, the x value of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, and x = 0.470 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例5(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例3と同じものを用いた。
Synthesis Example 5 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
gamma-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 3.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.333となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、8回、合計240分間混合した。As will be z = 0.333 in using the molar mixing ratio z of raw material expression of the entire starting material (1-z) Fe 2 O 3 + zAl represented by expressions 2 O 3, and γ-Fe 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed 8 times for a total of 240 minutes.

図6に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 6 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.36)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.08度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.305を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.36) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 55.08 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the prepared solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.305 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例6(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例3と同じものを用いた。
Synthesis Example 6 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
gamma-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 3.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.667となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、8回、合計240分間混合した。As will be z = 0.667 in using the molar mixing ratio z of raw material expression of the entire starting material (1-z) Fe 2 O 3 + zAl represented by expressions 2 O 3, and γ-Fe 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed 8 times for a total of 240 minutes.

図7に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 7 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=51.43)のピーク位置および反射指数116(2θ=56.24度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.655を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 51.43) and the reflection index 116 (2θ = 56.24 degrees) in the corundum type structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, the x value of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, and x = 0.655 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例7(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feはアルファ社製の純度99%以上のものを用いた。γ−Alは、合成例1と同じものを用いた。
Synthesis Example 7 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
As the γ-Fe 2 O 3 , those having a purity of 99% or more manufactured by Alpha Co., Ltd. were used. γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 1.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.4となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ(Fritsch)社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting raw material becomes z = 0.4 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図8に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 8 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.56)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.31度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.371を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the above XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.56) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 55.31 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the prepared solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.371 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例8(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
Synthesis Example 8 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.6となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。As will be z = 0.6 in using the molar mixing ratio z of raw material expression of the entire starting material (1-z) Fe 2 O 3 + zAl represented by expressions 2 O 3, and γ-Fe 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図9に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 9 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=51.21)のピーク位置および反射指数116(2θ=56.01度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.583を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 51.21) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 56.01 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the prepared solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.583 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例9(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
Synthesis Example 9 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.5となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。Γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting material is z = 0.5 in the formula (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 using the molar mixing ratio z of the raw materials γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図10に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 10 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.88)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.67度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.479を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.88) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 55.67 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, the x value of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, and x = 0.479 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例10(γ−Feとβ‐Gaのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feは、合成例7と同じものを用いた。Gaは、和光純薬製の純度99.99%のもの(β‐Ga)を用いた。
Synthesis Example 10 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and β-Ga 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7. As Ga 2 O 3 , Wako Pure Chemical's 99.99% pure (β-Ga 2 O 3 ) was used.

原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zGaで示される式においてz=0.5となるように、γ−Feとβ−Gaを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the entire starting material is z = 0.5 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zGa 2 O 3 β-Ga 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図11に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−GaのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Gaの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 11 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 and the same X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Ga 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Ga 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=49.82)のピーク位置および反射指数116(2θ=54.56度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、化学式(Fe1−xGa(0<x<1)であらわされる固溶体のa軸およびc軸の格子定数の計算値を、JCPDSに与えられているα−Fe及びα−Gaの格子定数を用いて、ベガード則に基づき、xの関数として与え、これを使って単位胞体積の計算値をxの関数として与えることができる。これが、メカノケミカル合成法により作製した固溶体の、実際の測定で得られた単位胞体積の測定値と等しくなるときのxの値を求めることができる。作製した固溶体(Fe1−xGa(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.532を得た。この値は、γ−Feとβ−Gaの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 49.82) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 54.56 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, the calculated values of the lattice constants of the a-axis and c-axis of the solid solution represented by the chemical formula (Fe 1-x Ga x ) 2 O 3 (0 <x <1) are expressed as α-Fe 2 O given to JCPDS. Using the lattice constants of 3 and α-Ga 2 O 3 , based on Vegard's law, it is given as a function of x, and this can be used to give a calculated unit cell volume as a function of x. The value of x can be determined when this is equal to the measured value of the unit cell volume of the solid solution prepared by the mechanochemical synthesis method. When the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Ga x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, x = 0.532 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and β-Ga 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例11(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.45となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。
Synthesis Example 11 (Preparation of oxide by mechanochemical synthesis of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.
Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting raw material becomes z = 0.45 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図12に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 12 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=50.76)のピーク位置および反射指数116(2θ=55.51度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.437を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 50.76) and the reflection index 116 (2θ = 55.51 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, and x = 0.437 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例12(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.65となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。
Synthesis Example 12 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.
Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the whole starting raw material becomes z = 0.65 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図13に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 13 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=51.38)のピーク位置および反射指数116(2θ=56.19度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.637を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the above XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 51.38) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 56.19 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, and x = 0.537 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例13(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.05となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。
Synthesis Example 13 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.
Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the entire starting material is z = 0.05 in the formula represented by (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図14に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。FIG. 14 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. No peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=49.69)のピーク位置および反射指数116(2θ=54.29度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.077を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the a-axis and c-axis lattice constants from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 49.69) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 54.29 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Further, in the same manner as in Synthesis Example 1, when the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated, x = 0.077 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

合成例14(γ−Feとγ−Alのメカノケミカル合成法による酸化物作製)
γ−Feとγ−Alは、合成例7と同じものを用いた。
原料のモル混合割合zを用いて出発原料全体の式が(1−z)Fe+zAlで示される式においてz=0.95となるように、γ−Feとγ−Alを混合し、フリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温でメカノケミカル合成した。合成例3と同じ合成条件で、2回、合計60分間混合した。
Synthesis Example 14 (Oxide Preparation by Mechanochemical Synthesis Method of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 )
γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 7.
Using the molar mixing ratio z of the raw materials, γ-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 so that the formula of the entire starting raw material becomes z = 0.95 in the formula (1-z) Fe 2 O 3 + zAl 2 O 3 γ-Al 2 O 3 was mixed and mechanochemically synthesized at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same synthesis conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed twice for a total of 60 minutes.

図15に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークは認められなかった。これに対しコランダム型構造で指数付けができるピークが多数現れた。ピークは全て、コランダム型構造のα−FeのX線回折ピーク位置と同じコランダム型構造のα−AlのX線回折ピーク位置の間に観察された。これは、この酸化物がα−Feとα−Alの固溶体となっているためと考えられる。なお、コランダム型構造で指数付けのできない、27度付近、34度付近、36度付近、ならびに、41度付近のピーク等は、ミリング媒体および容器から混入したβ―Siによるものである。FIG. 15 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. peak attributed to γ-Fe 2 O 3 was observed. On the other hand, many peaks that can be indexed by the corundum structure appeared. All the peaks were observed between the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Al 2 O 3 and the X-ray diffraction peak position of the corundum structure α-Fe 2 O 3 . This is presumably because this oxide is a solid solution of α-Fe 2 O 3 and α-Al 2 O 3 . Incidentally, the peaks at around 27 degrees, around 34 degrees, around 36 degrees, and around 41 degrees, which cannot be indexed with the corundum structure, are due to β-Si 3 N 4 mixed from the milling medium and the container. .

上記XRDパターンから、コランダム型構造(六方格子)における反射指数024(2θ=52.38)のピーク位置および反射指数116(2θ=57.34度)のピーク位置からa軸およびc軸の格子定数を算出した。a軸およびc軸の格子定数、およびこの格子定数から求めた単位胞体積を表1に示す。さらに、合成例1と同様にして、作製した固溶体(Fe1−xAl(0<x<1)のxの値を算出したところ、x=0.957を得た。この値は、γ−Feとγ−Alの原料のモル混合割合に十分近く、固溶体合成反応が順調に行われたことを示している。From the XRD pattern, the lattice constants of the a-axis and c-axis from the peak position of the reflection index 024 (2θ = 52.38) and the peak position of the reflection index 116 (2θ = 57.34 degrees) in the corundum structure (hexagonal lattice). Was calculated. Table 1 shows the lattice constants of the a-axis and c-axis and the unit cell volume obtained from the lattice constant. Furthermore, when the value of x of the produced solid solution (Fe 1-x Al x ) 2 O 3 (0 <x <1) was calculated in the same manner as in Synthesis Example 1, x = 0.957 was obtained. This value is sufficiently close to the molar mixing ratio of the raw materials of γ-Fe 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 , indicating that the solid solution synthesis reaction was performed smoothly.

実施例1
(ビーカーセル作製)
合成例1で調製した複合材料に、複合材料:アセチレンブラック(AB):ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が70:30:2(重量比)となるよう、ABとPTFEを混合し、乳鉢ですりつぶした後、銅メッシュに圧着し、150℃の真空中で12時間乾燥して作用電極を作製した。
Example 1
(Beaker cell production)
AB and PTFE are mixed with the composite material prepared in Synthesis Example 1 so that the composite material: acetylene black (AB): polytetrafluoroethylene (PTFE) is 70: 30: 2 (weight ratio), and ground in a mortar. After that, it was pressure-bonded to a copper mesh and dried in a vacuum at 150 ° C. for 12 hours to produce a working electrode.

次に、アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で、対極と参照極に金属リチウムを用いる三電極系のビーカーセルを作製した。電解液には、1M LiClOのエチレンカーボネート−ジメトキシエタン(EC−DME=1:1(体積比))溶媒を用いた。Next, a three-electrode beaker cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was produced in a glove box under an argon atmosphere. As the electrolytic solution, 1M LiClO 4 ethylene carbonate-dimethoxyethane (EC-DME = 1: 1 (volume ratio)) solvent was used.

(充放電測定)
電流密度0.1A/gで、0.1〜3.5V (vs.Li/Li)の電位範囲で、充放電測定を行った。
(Charge / discharge measurement)
The charge / discharge measurement was performed at a current density of 0.1 A / g and in a potential range of 0.1 to 3.5 V (vs. Li + / Li).

実施例2
合成例2で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 2
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 2.

実施例3
合成例3で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 3
A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was prepared using the composite material prepared in Synthesis Example 3.

実施例4
合成例4で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 4
A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was prepared using the composite material prepared in Synthesis Example 4.

実施例5
合成例5で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 5
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 5.

実施例6
合成例6で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 6
A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was prepared using the composite material prepared in Synthesis Example 6.

実施例7
合成例7で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 7
A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was prepared using the composite material prepared in Synthesis Example 7.

実施例8
合成例8で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 8
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 8.

実施例9
合成例9で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 9
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 9.

実施例10
合成例10で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 10
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 10.

実施例11
合成例11で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 11
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 11.

実施例12
合成例12で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 12
A beaker cell was produced and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 12.

実施例13
合成例13で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 13
A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was prepared using the composite material prepared in Synthesis Example 13.

実施例14
合成例14で調製した複合材料を用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。
Example 14
Production of beaker cells and charge / discharge measurement were performed in the same manner as in Example 1 except that the working electrode was produced using the composite material prepared in Synthesis Example 14.

比較例1
γ−Feのみをフリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温で固相混合した。合成例3と同じ混合条件で、8回、合計240分間混合した。γ−Feは、合成例3と同じものを用いた。
Comparative Example 1
Only γ-Fe 2 O 3 was subjected to solid phase mixing at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same mixing conditions as in Synthesis Example 3, mixing was performed 8 times for a total of 240 minutes. gamma-Fe 2 O 3 were the same as those used in Synthesis Example 3.

図16に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。γ−Feに帰属されるピークおよびα−Feに帰属されるピークが確認できた。FIG. 16 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. A peak attributed to γ-Fe 2 O 3 and a peak attributed to α-Fe 2 O 3 were confirmed.

固相混合したγ−Feを用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that a working electrode was prepared using γ-Fe 2 O 3 mixed in a solid phase.

比較例2
α−Feのみをフリッチュ社製遊星型ボールミルプレミアムラインP−7を用いて室温で固相混合した。合成例3と同じ混合条件で、8回、合計240分間混合した。α−Feは、合成例3と同じものを用いた。
Comparative Example 2
Only α-Fe 2 O 3 was subjected to solid phase mixing at room temperature using a planetary ball mill premium line P-7 manufactured by Fritsch. Under the same mixing conditions as in Synthesis Example 3, the mixture was mixed 8 times for a total of 240 minutes. The same α-Fe 2 O 3 as in Synthesis Example 3 was used.

図17に、作製した酸化物のXRDパターンを示す。α−Feに帰属されるピークが確認できた。FIG. 17 shows an XRD pattern of the manufactured oxide. A peak attributed to α-Fe 2 O 3 was confirmed.

固相混合したα−Feを用いて作用電極を作製した以外は、実施例1と同様にしてビーカーセルの作製および充放電測定を行った。A beaker cell was prepared and charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1 except that a working electrode was prepared using α-Fe 2 O 3 mixed in a solid phase.

(結果)
図18に実施例1の充放電曲線、図33に比較例1の充放電曲線、図35に比較例2の充放電曲線を示す。いずれも0.1〜3.5V (vs.Li/Li)の電位範囲で充放電が可能であった。
(result)
FIG. 18 shows the charge / discharge curve of Example 1, FIG. 33 shows the charge / discharge curve of Comparative Example 1, and FIG. 35 shows the charge / discharge curve of Comparative Example 2. In either case, charging / discharging was possible in a potential range of 0.1 to 3.5 V (vs. Li + / Li).

図19〜図32に実施例1から14の充放電サイクル特性、図34に比較例1の充放電サイクル特性、図36に比較例2の充放電サイクル特性を示す。また、表2に一定サイクル後の比容量および比容量保持率(1サイクル目の比容量に対する所定サイクル後の比容量の比率(%))を示す。100サイクル目の比容量を比較すると、実施例1で約100mAh/g、実施例2で約75mAh/gであるのに対し、比較例1では3mAh/gであった。実施例1および実施例2の活物質量が比較例1の概ね半分であることを考慮すると、本発明によれば、不可逆容量を低減させて、充放電サイクル特性を向上することができる。特に、実施例1では、少なくとも500サイクルは可能であり、500サイクル目においても約200mAh/gという比容量を有し、優れた充放電サイクル特性を有していた。   19 to 32 show the charge / discharge cycle characteristics of Examples 1 to 14, FIG. 34 shows the charge / discharge cycle characteristics of Comparative Example 1, and FIG. 36 shows the charge / discharge cycle characteristics of Comparative Example 2. Table 2 shows the specific capacity and specific capacity retention after a certain cycle (ratio of specific capacity after a predetermined cycle to the specific capacity of the first cycle (%)). When the specific capacity at the 100th cycle was compared, it was about 100 mAh / g in Example 1 and about 75 mAh / g in Example 2, whereas it was 3 mAh / g in Comparative Example 1. Considering that the amount of active material of Example 1 and Example 2 is approximately half that of Comparative Example 1, according to the present invention, the irreversible capacity can be reduced and the charge / discharge cycle characteristics can be improved. In particular, in Example 1, at least 500 cycles were possible, and even at the 500th cycle, it had a specific capacity of about 200 mAh / g and had excellent charge / discharge cycle characteristics.

Figure 2013099967
Figure 2013099967

Figure 2013099967
Figure 2013099967

以上の通り、本発明の酸化物は、活物質に用いた場合の充放電特性を大きく向上させることができるので、より低コスト、高容量で充放電サイクル特性に優れた非水系二次電池を提供することが可能となる。   As described above, since the oxide of the present invention can greatly improve the charge / discharge characteristics when used in an active material, a non-aqueous secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics at a lower cost and higher capacity can be obtained. It becomes possible to provide.

Claims (14)

化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の典型金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物。An oxide having a corundum structure represented by a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one typical metal element, and 0 <x <1). 上記の元素Mが、第13族元素である請求項1記載の酸化物。   The oxide according to claim 1, wherein the element M is a Group 13 element. 上記の元素MがAlおよび/またはGaである請求項2記載の酸化物。   The oxide according to claim 2, wherein the element M is Al and / or Ga. 上記の元素MがAlである請求項2記載の酸化物。   The oxide according to claim 2, wherein the element M is Al. 上記の元素MがGaである請求項2記載の酸化物。   The oxide according to claim 2, wherein the element M is Ga. 上記のxの範囲が、0.4<x<0.67である請求項1記載の酸化物。   2. The oxide according to claim 1, wherein the range of x is 0.4 <x <0.67. γ−Feと少なくとも1種の金属酸化物との混合物をメカノケミカル合成法で合成し、化学式(Fe1−x(但し、Mは少なくとも1種の金属元素で、0<x<1である。)で表わされるコランダム型構造を有する酸化物を製造する、酸化物の製造方法。A mixture of γ-Fe 2 O 3 and at least one metal oxide was synthesized by a mechanochemical synthesis method, and a chemical formula (Fe 1-x M x ) 2 O 3 (where M is at least one metal element) , 0 <x <1). A method for producing an oxide, which produces an oxide having a corundum type structure represented by: 上記の金属酸化物が、典型金属元素の酸化物である請求項7記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, wherein the metal oxide is an oxide of a typical metal element. 上記の金属酸化物が、第2族元素および/または第13族元素の酸化物である請求項7記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, wherein the metal oxide is an oxide of a Group 2 element and / or a Group 13 element. 上記の金属酸化物が、γ−Alである請求項8記載の製造方法。The method according to claim 8, wherein the metal oxide is γ-Al 2 O 3 . 上記の金属酸化物が、Gaである請求項8記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 8, wherein the metal oxide is Ga 2 O 3 . 請求項1記載の酸化物からなる非水系二次電池用活物質。   An active material for a non-aqueous secondary battery comprising the oxide according to claim 1. 請求項1記載の酸化物を正極活物質として含む正極、負極および非水系電解質を含む非水系二次電池。   A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode comprising the oxide according to claim 1 as a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. 請求項1記載の酸化物を負極活物質として含む負極、正極および非水系電解質を含む非水系二次電池。   A nonaqueous secondary battery comprising a negative electrode comprising the oxide according to claim 1 as a negative electrode active material, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte.
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