JPWO2015147326A1 - Electrode active material - Google Patents
Electrode active material Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2015147326A1 JPWO2015147326A1 JP2016510583A JP2016510583A JPWO2015147326A1 JP WO2015147326 A1 JPWO2015147326 A1 JP WO2015147326A1 JP 2016510583 A JP2016510583 A JP 2016510583A JP 2016510583 A JP2016510583 A JP 2016510583A JP WO2015147326 A1 JPWO2015147326 A1 JP WO2015147326A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- electrode active
- compound
- secondary battery
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 claims abstract description 10
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims abstract description 10
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 125000003373 pyrazinyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 85
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 16
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 229940125898 compound 5 Drugs 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 13
- -1 radialene compound Chemical class 0.000 description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 7
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 6
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- QFSYADJLNBHAKO-UHFFFAOYSA-N 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone Chemical compound OC1=CC(=O)C(O)=CC1=O QFSYADJLNBHAKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 125000004043 oxo group Chemical group O=* 0.000 description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M chlorosilver;silver Chemical compound [Ag].[Ag]Cl GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N Pyrazine Chemical group C1=CN=CC=N1 KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000004683 dihydrates Chemical class 0.000 description 2
- SXWPCWBFJXDMAI-UHFFFAOYSA-L disodium;3,4,5,6-tetraoxocyclohexene-1,2-diolate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C1=C([O-])C(=O)C(=O)C(=O)C1=O SXWPCWBFJXDMAI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 2
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGQOCLATAPFASR-UHFFFAOYSA-N tetrahydroxy-1,4-benzoquinone Chemical compound OC1=C(O)C(=O)C(O)=C(O)C1=O DGQOCLATAPFASR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- ZYAMKYAPIQPWQR-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2-pentafluoro-3-methoxypropane Chemical compound COCC(F)(F)C(F)(F)F ZYAMKYAPIQPWQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXLYGWXKAVCTPX-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5,6-hexamethylidenecyclohexane Chemical class C=C1C(=C)C(=C)C(=C)C(=C)C1=C PXLYGWXKAVCTPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UUAMLBIYJDPGFU-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethoxypropane Chemical compound COCCCOC UUAMLBIYJDPGFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDSPTFQIOAEIII-UHFFFAOYSA-N 2,3,4a,6,7,8a-hexahydro-[1,4]dioxino[2,3-b][1,4]dioxine-2,3,6,7-tetrol Chemical compound O1C(O)C(O)OC2OC(O)C(O)OC21 BDSPTFQIOAEIII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SVPKNMBRVBMTLB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dichloronaphthalene-1,4-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(Cl)=C(Cl)C(=O)C2=C1 SVPKNMBRVBMTLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DOMLQXFMDFZAAL-UHFFFAOYSA-N 2-methoxycarbonyloxyethyl methyl carbonate Chemical compound COC(=O)OCCOC(=O)OC DOMLQXFMDFZAAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCTQNZRJAGLDPD-UHFFFAOYSA-N 3-(difluoromethoxy)-1,1,2,2-tetrafluoropropane Chemical compound FC(F)OCC(F)(F)C(F)F PCTQNZRJAGLDPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound CN1CCOC1=O VWIIJDNADIEEDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014033 C-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014570 C—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N Disodium Chemical compound [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010238 LiAlCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012513 LiSbF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N Phenazine Natural products C1=CC=CC2=NC3=CC=CC=C3N=C21 PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- VQAKHHWRJABLOL-UHFFFAOYSA-N benzo[g]quinoxaline-5,10-dione Chemical compound C1=CN=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=N1 VQAKHHWRJABLOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004657 carbamic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229940125782 compound 2 Drugs 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007766 curtain coating Methods 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000007607 die coating method Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- RCIJMMSZBQEWKW-UHFFFAOYSA-N methyl propan-2-yl carbonate Chemical compound COC(=O)OC(C)C RCIJMMSZBQEWKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- UIFXPOUSHBMMEG-UHFFFAOYSA-N nonacene Chemical group C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC6=CC7=CC8=CC9=CC=CC=C9C=C8C=C7C=C6C=C5C=C4C=C3C=C21 UIFXPOUSHBMMEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- UNUVOQUVNRHMOA-UHFFFAOYSA-L sodium squarate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C1=C([O-])C(=O)C1=O UNUVOQUVNRHMOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
Abstract
良好な充放電特性を有し、コストの面でも優れた新しいタイプの有機化合物を含む電極活物質を提供する。ピラジン環にシクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が縮合した構造の有機化合物であって、当該シクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が、OX基(Xは、H、Na、Li、1/2Mg、または無しのいずれか)で置換されていてもよい有機化合物を含むことを特徴とする二次電池用の電極活物質から成り、水系ナトリウムイオン二次電池や水系マグネシウムイオン二次電池において良好な充放電特性を発揮する。Provided is an electrode active material containing a new type of organic compound having good charge / discharge characteristics and excellent cost. An organic compound having a structure in which a cyclohexane ring and / or a benzene ring are condensed to a pyrazine ring, wherein the cyclohexane ring and / or benzene ring is an OX group (X is H, Na, Li, 1 / 2Mg, or none) A secondary battery electrode active material characterized by containing an organic compound that may be substituted by any one), and has good charge / discharge characteristics in aqueous sodium ion secondary batteries and aqueous magnesium ion secondary batteries Demonstrate.
Description
本発明は、二次電池の技術分野に属し、特に、有機系材料から成る新規な電極活物質およびそれを用いる二次電池に関する。 The present invention belongs to the technical field of secondary batteries, and particularly relates to a novel electrode active material made of an organic material and a secondary battery using the same.
近年、二次電池として、高コストパフォーマンスを志向する大型蓄電池が望まれている。特に、電解液溶媒を、これまでの非水系から水系溶媒に置き換えることが出来れば、コストが安く安全な水を利用することになり、経済性や安全性の点でも有利である。 In recent years, as a secondary battery, a large-sized storage battery that aims at high cost performance is desired. In particular, if the electrolyte solvent can be replaced with a water-based solvent from a conventional non-aqueous solvent, it is possible to use safe water at low cost, which is advantageous in terms of economy and safety.
このような水系電解質二次電池に用いられる電極活物質としては、例えば、金属亜鉛を正極とするナトリウムイオン二次電池用の負極活物質に用いられる、NaTi2(PO4)3がある(非特許文献1参照)。また、金属マグネシウム電極を負極として、マグネシウムイオン二次電池用の正極活物質に用いられる、組成式MgxM11-yM2yO2またはMgxM11-yM2yO2・nH2O(M1はMn、Feから選ばれる少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷移金属、Alから選ばれる少なくとも1種;0<x≦0.5;0≦y<0.4;nは0.4〜0.6)で表され、結晶構造が層状構造を有するものもある(特許文献1参照)。しかし、これらの電極活物質は、レアメタルをはじめとする金属を含む無機材料を用いることから、資源問題や廃棄問題を伴うものである。As an electrode active material used for such an aqueous electrolyte secondary battery, for example, there is NaTi 2 (PO 4 ) 3 used for a negative electrode active material for a sodium ion secondary battery having metallic zinc as a positive electrode (non-contained) Patent Document 1). Further, the composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 or Mg x M1 1-y M2 y O 2 .nH 2 O used as a positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery using a metal magnesium electrode as a negative electrode. (M1 is at least one selected from Mn and Fe; M2 is a transition metal excluding M1 and at least one selected from Al; 0 <x ≦ 0.5; 0 ≦ y <0.4; 4 to 0.6), and the crystal structure has a layered structure (see Patent Document 1). However, these electrode active materials involve resource problems and disposal problems because they use inorganic materials including metals such as rare metals.
このため、金属を含まないメタルフリーな電極活物質が、より望まれている。このような電極活物質としては、有機化合物を含む有機系電極活物質が提案されており、例えば、リチウムイオン二次電池用の正極活物質に用いられる、シクロアルカンに結合したピラジン構造を構成単位中に含有した非アセン系構造の有機化合物(特許文献2参照)、ヘテロ芳香族基を有するラジアレン化合物(非特許文献2参照)、6電子移動を呈するトリキノキサリニレン化合物(非特許文献3参照)、および多原子レドックス系有機分子(非特許文献4および非特許文献5参照)などが提案されている。
For this reason, the metal free electrode active material which does not contain a metal is desired more. As such an electrode active material, an organic electrode active material containing an organic compound has been proposed. For example, a pyrazine structure bonded to a cycloalkane used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is a structural unit. Organic compounds having a non-acene structure contained therein (see Patent Document 2), Radialene compounds having a heteroaromatic group (see Non-Patent Document 2), triquinoxalinylene compounds exhibiting 6-electron transfer (see Non-Patent Document 3) ), And polyatomic redox organic molecules (see Non-Patent
この他、ナトリウムイオン電池用の正極に用いられる、ロジゾン酸二ナトリウム、スクアリン酸二ナトリウム、およびクロコン酸二ナトリウム等のオキソカーボン酸 塩(特許文献3、非特許文献6、および非特許文献7参照)、およびナトリウムイオン電池用の負極に用いられるテレフタル酸(非特許文献8参照)なども提案されている。
In addition, oxocarbonic acid salts such as disodium rhodizonate, disodium squarate, and disodium croconate used for positive electrodes for sodium ion batteries (see
しかし、これらの有機系電極活物質は、専ら非水系の電解液に用いられるものであり、水系の電解液に用いられる有機系電極活物質は、現在のところ、未だ知られていない。また、これらの有機系電極活物質は、非特許文献7に記載のロジゾン酸二ナトリウムが非水系で、300mAh/gの可逆容量を示した以外は、二次電池としての十分な充放電特性が示されてはいない。 However, these organic electrode active materials are exclusively used for non-aqueous electrolytes, and the organic electrode active materials used for aqueous electrolytes are not yet known. In addition, these organic electrode active materials have sufficient charge / discharge characteristics as a secondary battery except that disodium rhodizonate described in Non-Patent Document 7 is non-aqueous and exhibits a reversible capacity of 300 mAh / g. Not shown.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、水系電解質二次電池を構築することができ、優れた充放電特性やサイクル特性を発揮できる、有機化合物を含む電極活物質を提供することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems. An electrode active material containing an organic compound, which can construct a water-based electrolyte secondary battery and can exhibit excellent charge / discharge characteristics and cycle characteristics, is provided. It is to provide.
本発明者らは、鋭意研究の結果、水系電解質二次電池を構築可能な、有機化合物からなる電極活物質であって、従来よりも優れた充放電特性やサイクル特性を発揮できる電極活物質を新たに見出した。さらに、この電極活物質と、公知の対向電極を選択して組み合わせることにより、高い充放電特性を発揮する水系電解質二次電池を構築できることを見出した。 As a result of diligent research, the present inventors have developed an electrode active material made of an organic compound capable of constructing a water-based electrolyte secondary battery, and an electrode active material capable of exhibiting charge / discharge characteristics and cycle characteristics superior to those of the prior art. Newly found. Furthermore, it has been found that a water-based electrolyte secondary battery exhibiting high charge / discharge characteristics can be constructed by selecting and combining this electrode active material and a known counter electrode.
かくして、本発明に従えば、ピラジン環にシクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が縮合した構造の有機化合物であって、当該シクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が、OX基(Xは、H、Na、Li、1/2Mg、または無しのいずれか)で置換されていてもよい有機化合物を含むことを特徴とする二次電池用の電極活物質が提供される。 Thus, according to the present invention, an organic compound having a structure in which a cyclohexane ring and / or a benzene ring is condensed to a pyrazine ring, wherein the cyclohexane ring and / or the benzene ring is an OX group (X is H, Na, Li). An electrode active material for a secondary battery is provided, which includes an organic compound that may be substituted with any one of, ½ Mg, or none.
本発明に係る電極活物質は、ピラジン環にシクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が縮合した構造の有機化合物であって、当該シクロヘキサン環及び/又はベンゼン環が、OX基(Xは、H、Na、Li、1/2Mg、または無しのいずれか)で置換されていてもよい有機化合物を含むことを特徴としている。 The electrode active material according to the present invention is an organic compound having a structure in which a cyclohexane ring and / or a benzene ring are condensed to a pyrazine ring, and the cyclohexane ring and / or the benzene ring is an OX group (X is H, Na, It is characterized by containing an organic compound which may be substituted with Li, 1 / 2Mg, or none).
本願に係る電極活物質に含まれる前記有機化合物を構成するピラジン環の個数は、特に限定されないが、例えば、1〜3とすることができる。シクロヘキサン環の個数については、特に限定されないが、例えば、0〜1とすることができる。ベンゼン環の個数については、特に限定されないが、1〜3とすることができる。 Although the number of the pyrazine rings which comprise the said organic compound contained in the electrode active material which concerns on this application is not specifically limited, For example, it can be set to 1-3. Although it does not specifically limit about the number of a cyclohexane ring, For example, it can be set as 0-1. The number of benzene rings is not particularly limited, but may be 1 to 3.
OX基としては、OH基、ONa基、OLi基、O(1/2Mg)基、またはO基(オキソ基)のいずれかである。本発明に係る電極活物質を構成する有機化合物の一部に、このようなOX基が置換基として含まれていることが好ましいが、必ずしも含まれていなくてもよい。OX基が前記有機化合物に含まれる場合には、その個数は、2〜4であることが好ましく、例えば、2または4とすることができる。 The OX group is any one of an OH group, an ONa group, an OLi group, an O (1 / 2Mg) group, or an O group (oxo group). Such an OX group is preferably included as a substituent in a part of the organic compound constituting the electrode active material according to the present invention, but it is not always necessary. When the OX group is contained in the organic compound, the number is preferably 2 to 4, and can be 2 or 4, for example.
このようなことから、本発明に係る電極活物質を構成する有機化合物としては、例えば、下記から選択することができる。 Therefore, the organic compound constituting the electrode active material according to the present invention can be selected from the following, for example.
前記有機化合物にOX基が含まれる場合には、二次電池としての優れた電池特性が得られるという観点から、水溶液(水系電解質)との親和性の高いOH基や、C=O結合を有するO基(オキソ基)であることが、より好ましい。このようなことから、本発明に係る電極活物質を構成する有機化合物としては、上記の有機化合物のうち、下記のいずれかであることがより好ましい。 When the organic compound contains an OX group, it has an OH group having a high affinity with an aqueous solution (aqueous electrolyte) and a C═O bond from the viewpoint of obtaining excellent battery characteristics as a secondary battery. O group (oxo group) is more preferable. Therefore, the organic compound constituting the electrode active material according to the present invention is more preferably one of the following organic compounds.
上記の有機化合物のうち、複数の環が全体として直列状に縮合した構造を有する化合物(いわゆるアセン系化合物)のほうが、複数の環が全体として折れ曲がった非直列状に縮合した構造を有する化合物(いわゆる非アセン系化合物)よりも優れた充放電特性が得られることから、下記のアザアセン系化合物を用いることがより好ましい。 Among the above organic compounds, a compound having a structure in which a plurality of rings are condensed in series as a whole (so-called acene compound) is a compound having a structure in which a plurality of rings are bent in a whole in a non-series configuration ( It is more preferable to use the following azaacene compounds because charge / discharge characteristics superior to those of so-called non-acene compounds) can be obtained.
ここでいうアザアセン系化合物とは、上述した複数の環が全体として直列状に縮合した構造を有するアセン系化合物を構成する環に、窒素原子を含むヘテロ環(ピラジン環)が一部に含まれている構造を意味している。すなわち、前記有機化合物を構成する、ベンゼン環(必須)と、ピラジン環(必須)と、シクロヘキサン環(任意)とから構成される複数の環が、全体として直列状に縮合した構造を有していることを意味している。 As used herein, an azaacene compound includes a heterocycle (pyrazine ring) containing a nitrogen atom in a ring constituting an acene compound having a structure in which a plurality of rings described above are condensed in series as a whole. Means the structure. That is, a plurality of rings composed of a benzene ring (essential), a pyrazine ring (essential), and a cyclohexane ring (arbitrary) constituting the organic compound have a structure condensed in series as a whole. It means that
これらのアザアセン系化合物は、いずれも、水系ナトリウムイオン二次電池の電極活物質として、優れた電池特性を発揮するものである。このうち、優れた充放電特性を発揮できるという点からは、2つのオキソ基を有する、化合物1-a-1(テトラアザペンタセンジオン)および化合物2-1(1,4-ジアザアントラキノン:DAAQ)が、より好ましい。これらの化合物は、2つのオキソ基を有することから、特に、アザアセンジオン系化合物ということができる。さらに、このアザアセンジオン系化合物のうち、より良好な充放電特性を発揮できるという点から、特に好ましいのは、化合物1-a-1である。 Any of these azaacene compounds exhibit excellent battery characteristics as electrode active materials for aqueous sodium ion secondary batteries. Among these, from the viewpoint of exhibiting excellent charge / discharge characteristics, compound 1-a-1 (tetraazapentacenedione) and compound 2-1 (1,4-diazaanthraquinone: DAAQ having two oxo groups ) Is more preferred. Since these compounds have two oxo groups, they can be particularly referred to as azaacenedione compounds. Furthermore, among these azaacenedione compounds, compound 1-a-1 is particularly preferable because it can exhibit better charge / discharge characteristics.
本発明に係る電極活物質としてのアザアセンジオン系化合物が示す優れた充放電特性については、そのメカニズムは詳細には解明されていないが、アザアセンジオン系化合物内の隣接するC=Nの二重結合が連動し(化合物によってはC=Oの二重結合も含めて連動し)、2価イオン(例えば、マグネシウムイオン)と可逆的に結合及び解離することによって、良好なレドックス活性が2価カチオンに発現されるものと推察される。 Although the mechanism of the excellent charge / discharge characteristics of the azaacenedione compound as the electrode active material according to the present invention has not been elucidated in detail, the adjacent C═N two in the azaacenedione compound is not yet elucidated. When the double bond is interlocked (in some compounds, including the C = O double bond), it is reversibly bound to and dissociated with a divalent ion (for example, magnesium ion), so that good redox activity is divalent. It is assumed that it is expressed by a cation.
本発明に係る電極活物質は、水系電解質二次電池(特に、水系リチウムイオン二次電池、水系ナトリウムイオン二次電池、および水系マグネシウムイオン二次電池)の負極に適用できる。本発明に係る電極活物質は、適した対向電極(対極)の種類を選定することによって、正極活物質としても負極活物質としても利用することができるという優れた特性を有する。これらの水系電解質二次電池の報告例は、現時点では多くはみられない。例えば、水系ナトリウム二次電池の負極に関しては、NaTi2(PO4)3および吸着反応にて充放電が進行する活性炭についての報告があるのみで、その実用化はされていない状況である。The electrode active material according to the present invention can be applied to the negative electrode of an aqueous electrolyte secondary battery (particularly, an aqueous lithium ion secondary battery, an aqueous sodium ion secondary battery, and an aqueous magnesium ion secondary battery). The electrode active material which concerns on this invention has the outstanding characteristic that it can utilize as both a positive electrode active material and a negative electrode active material by selecting the kind of suitable counter electrode (counter electrode). There are not many reports on these water-based electrolyte secondary batteries at present. For example, regarding the negative electrode of the aqueous sodium secondary battery, there are only reports on NaTi 2 (PO 4) 3 and activated carbon that is charged and discharged by an adsorption reaction, and it has not been put into practical use.
このように、本発明に係る電極活物質が示す高い汎用性および優れた特性については、そのメカニズムは詳細には解明されていないが、次のようなことが推察される。すなわち、本発明に係る電極活物質は、有機化合物特有の多電子反応を示すと共に、疎水性を有するものであり、さらには電解液に難溶解であることも相俟って、水の電圧範囲内での駆動に限定される水系電解質二次電池であっても、十分な作動電圧が得られ、特に低電圧の領域であっても、十分な充放電動作が行えているものと推察される。また、水系マグネシウムイオン二次電池については、現在のところ実用化までの報告は無いが、マグネシウムイオンの価数は二価であることから、一価のリチウムイオンやナトリウムイオンよりも、高い充放電特性が期待されるものである。 Thus, although the mechanism is not elucidated in detail about the high versatility and the outstanding characteristic which the electrode active material which concerns on this invention shows, the following things are guessed. That is, the electrode active material according to the present invention exhibits a multi-electron reaction peculiar to an organic compound, is hydrophobic, and is hardly soluble in an electrolyte solution. Even in the case of a water-based electrolyte secondary battery that is limited to driving in the water, a sufficient operating voltage is obtained, and it is assumed that a sufficient charge / discharge operation can be performed even in a low voltage region. . In addition, there is no report on practical use of water-based magnesium ion secondary batteries at present, but since the valence of magnesium ions is divalent, the charge / discharge is higher than that of monovalent lithium ions and sodium ions. Characteristics are expected.
なお、上述したように、本発明に係る電極活物質は、水系電解質の二次電池に適用することが好ましいものであるが、この他にも、非水系電解質の二次電池に適用することも可能である。 As described above, the electrode active material according to the present invention is preferably applied to a secondary battery of an aqueous electrolyte, but may also be applied to a secondary battery of a non-aqueous electrolyte. Is possible.
{本発明に係る電極活物質の製造方法}
本発明に係る電極活物質は、公知の手法を用いて製造することができる。例えば、上述した化合物1-aを得るためには、公知文献(Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965)と公知文献(J. Chem. Soc. 1951, 3211)あるいは公知文献(Chem. Comm. 2010, 46, 2977)を参考にして合成することができるが、例えば、公知文献(Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965)と公知文献(J. Chem. Soc. 1951, 3211)に沿って、o-フェニレンジアミンと2,5-ジヒドロキシ-1,4-ベンゾキノンの脱水縮合とそれに引き続く酸化反応によって化合物1-aを合成することができる。この他、例えば、化合物2については、公知文献(Z. Naturforsch. 1991, 46b, 326)に沿って合成することができる。また、化合物5については、市販品をそのまま使ってもよい。{Method for producing electrode active material according to the present invention}
The electrode active material according to the present invention can be produced using a known method. For example, in order to obtain the above-mentioned compound 1-a, known literature (Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965) and known literature (J. Chem. Soc. 1951, 3211) or known literature (Chem. Comm. 2010, 46, 2977) can be synthesized with reference to known literature (Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965) and known literature (J. Chem. Soc. 1951, 3211). Accordingly, compound 1-a can be synthesized by dehydration condensation of o-phenylenediamine and 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone and subsequent oxidation reaction. In addition, for example,
このように、本発明に係る電極活物質は、公知の製法によって得られ、高いエネルギー密度が得られるという優れた特徴を有する。このように優れた効果を奏するメカニズムは、詳細には解明されていないが、充放電反応において、本発明に係る電極活物質に含まれるC=N結合や、OX基と炭素との結合(例えば、C=O結合やC−OH結合など)の存在によって、電子の移動が円滑化され、充放電に係る酸化還元反応が効率的に進行するものと推察される。 Thus, the electrode active material according to the present invention is obtained by a known production method and has an excellent feature that a high energy density is obtained. Although the mechanism that exhibits such an excellent effect has not been elucidated in detail, in the charge / discharge reaction, a C═N bond contained in the electrode active material according to the present invention, a bond between an OX group and carbon (for example, The presence of C═O bond, C—OH bond, etc.) facilitates the movement of electrons, and it is presumed that the oxidation-reduction reaction related to charge / discharge proceeds efficiently.
本発明に係る電極活物質は、一つの態様として、水系ナトリウムイオン二次電池の正極または負極としてそのまま用いてもよいが、電極の導電性(レート特性)を向上させるために、公知の導電材との複合体を形成させてもよい。特に、炭素源を添加して混合することが好ましい。 In one embodiment, the electrode active material according to the present invention may be used as it is as a positive electrode or a negative electrode of an aqueous sodium ion secondary battery. In order to improve the conductivity (rate characteristic) of the electrode, a known conductive material is used. A complex may be formed. In particular, it is preferable to add and mix a carbon source.
すなわち、本発明に従えば、レート特性を向上させる観点から、上記で得られた電極活物質を、不活性雰囲気下で炭素微粒子と共に粉砕・混合することにより、カーボンコートすることができる。不活性雰囲気としては、真空、窒素ガスやアルゴンガス等を用いることができ、例えば、アルゴンガスを用いることができる。 That is, according to the present invention, from the viewpoint of improving the rate characteristics, the electrode active material obtained above can be carbon coated by pulverizing and mixing together with carbon fine particles in an inert atmosphere. As the inert atmosphere, vacuum, nitrogen gas, argon gas, or the like can be used. For example, argon gas can be used.
このような炭素源の添加は複数回(例えば2段階)に分けて行ってもよい。この場合、第1段階では粉砕・混合、第2段階ではカーボンコートを主な狙いとすることが多い。 第1段階では、炭素源として、アセチレンブラック、グラファイトまたは、カーボンナノチューブなどを使用することができ、このうち特に、取り扱いの容易性などからアセチレンブラックを用いることが好ましい。第2段階では、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック等を使用することができるが、電極として使用する際の導電性の高さからアセチレンブラックが好適である。(例えば、後述の実施例参照) Such addition of the carbon source may be performed in a plurality of times (for example, in two stages). In this case, the primary aim is often pulverization / mixing in the first stage and carbon coating in the second stage. In the first stage, acetylene black, graphite, carbon nanotube, or the like can be used as the carbon source, and among these, acetylene black is particularly preferable from the viewpoint of ease of handling. In the second stage, furnace black, channel black, acetylene black, ketjen black, thermal black, and the like can be used, but acetylene black is preferred because of its high conductivity when used as an electrode. (For example, see the examples below)
本発明に従えば、以上のようにして得られた水系ナトリウムイオン二次電池用電極が提供される。 According to the present invention, an aqueous sodium ion secondary battery electrode obtained as described above is provided.
図1(a)は、本発明の一態様として、水系ナトリウムイオン二次電池の層構成の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。なお、本発明に係わる水系電解質二次電池は、必ずしもこの例のみに限定されるものではない。
水系電解質二次電池10は、正極活物質層2および正極集電体4を備える正極6と負極活物質層3および負極集電体5を備える負極7と、正極6と負極7に挟持される電解質層1を備える。FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a layer configuration of an aqueous sodium ion secondary battery as one embodiment of the present invention, and is a diagram schematically illustrating a cross section cut in a stacking direction. The aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not necessarily limited to this example.
An aqueous electrolyte
このように、本発明では、一態様として、電極活物質を含有する正極と負極、その間に介在する電解質を備える水系電解質二次電池が提供され、高いエネルギー密度を発揮する。エネルギー密度が高く、低コストで製造でき、さらに取り扱いが容易な水系ナトリウム
イオン二次電池が提供される。Thus, in one aspect of the present invention, an aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode and a negative electrode containing an electrode active material and an electrolyte interposed therebetween is provided, and exhibits high energy density. Provided is an aqueous sodium ion secondary battery that has high energy density, can be manufactured at low cost, and is easy to handle.
本発明に使用される電極は、好ましくは上述した電極活物質を含む電極活物質層を備えるものであり、通常、これに加えて電極集電体、および当該電極集電体に接続された電極リードを備える。 The electrode used in the present invention preferably comprises an electrode active material layer containing the above-described electrode active material, and in addition to this, an electrode current collector, and an electrode connected to the electrode current collector Provide leads.
[集電体]
集電体としては、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス、銅等の導電体が用いられる。集電体の形状は、箔状、網状および多孔体状等が挙げられる。これらのなかでも、二次電池の正極作動電位において安定であり、薄膜に加工し易く、安価であるという点から、アルミニウム箔が好ましい。[Current collector]
As the current collector, a conductor such as aluminum, titanium, nickel, stainless steel, or copper is used. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a net shape, and a porous shape. Among these, aluminum foil is preferable because it is stable at the positive electrode operating potential of the secondary battery, easily processed into a thin film, and inexpensive.
[バインダー]
バインダーとしては、熱可塑性樹脂が用いられ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」と言うことがある。)、ポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」と言うことがある。)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体および四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体等のフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、1種または2種以上が組み合わされて用いられる。[binder]
As the binder, a thermoplastic resin is used. Specifically, polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as “PVDF”), polytetrafluoroethylene (hereinafter sometimes referred to as “PTFE”). Fluorine resins such as tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer, hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer and tetrafluoroethylene / perfluorovinyl ether copolymer; polyethylene And polyolefin resins such as polypropylene. These thermoplastic resins are used alone or in combination of two or more.
[水系電解質二次電池用電極の製造方法]
水系電解質二次電池用電極は、集電体に、活物質、導電材およびバインダーを含む電極合材を担持(積層)することによって製造される。
集電体に、電極合材を担持する方法としては、(1)電極合材を加圧成形する方法、(2)有機溶媒等と電極合材を混合して、電極合材のペーストを調製し、そのペーストを、集電体に塗工し、さらに、集電体に塗工したペーストを乾燥した後、プレスする等して固着する方法が挙げられる。[Method for producing electrode for aqueous electrolyte secondary battery]
The electrode for an aqueous electrolyte secondary battery is manufactured by supporting (stacking) an electrode mixture containing an active material, a conductive material, and a binder on a current collector.
As a method for supporting the electrode mixture on the current collector, (1) a method of pressure-molding the electrode mixture, (2) mixing the organic solvent and the electrode mixture to prepare an electrode mixture paste The paste is applied to a current collector, and the paste applied to the current collector is dried and then fixed by pressing or the like.
集電体に、ペーストを塗工する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等が挙げられる。本発明では、これらの塗工法を、複数組み合わせて用いてもよい。 Examples of the method of applying the paste to the current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. In the present invention, a plurality of these coating methods may be used in combination.
本発明の電極に対向する電極(正極または負極)については、水系または非水系のリチウム、ナトリウム、またはマグネシウムの二次電池としての必要な特性において、選ぶことができる。 The electrode (positive electrode or negative electrode) facing the electrode of the present invention can be selected in the required characteristics as an aqueous or non-aqueous lithium, sodium, or magnesium secondary battery.
[水系電解質]
本発明における水系電解質とは、アルカリイオンを含有する物質からなる水溶液であって、アルカリイオンとして、主にナトリウムイオン、マグネシウムイオン、およびリチウムイオンを含有する。[Aqueous electrolyte]
The aqueous electrolyte in the present invention is an aqueous solution made of a substance containing alkali ions, and mainly contains sodium ions, magnesium ions, and lithium ions as alkali ions.
[非水系電解質]
本発明における非水系電解質とは、アルカリイオンを含有する物質からなる液体または固体であって、アルカリイオンとして、それ以外に他のアルカリイオンを含んでいてもよい。[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte in the present invention is a liquid or solid made of a substance containing alkali ions, and may contain other alkali ions as the alkali ions.
水系電解質に含有されるナトリウムイオンおよびマグネシウムイオンの含有割合は、アルカリイオン全体の50質量%以上であることが好ましい。電池特性からは、さらに多い方が望ましい。 The content ratio of sodium ions and magnesium ions contained in the aqueous electrolyte is preferably 50% by mass or more of the total alkali ions. From the battery characteristics, it is desirable to have more.
本発明における水系電解質は、通常、電解質および水系溶媒を含有する水系電解液として用いられる。
電解質としては、MgSO4やNa2SO4が可能である。この他、非水系電解液として、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4が挙げられる。これらは、2種以上を混合した混合物を使用してもよい。The aqueous electrolyte in the present invention is usually used as an aqueous electrolytic solution containing an electrolyte and an aqueous solvent.
As the electrolyte, MgSO 4 or Na 2 SO 4 can be used. In addition, as a non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiAsF 6,
本発明では、水系電解質以外にも、電解質に有機溶媒を用いる場合には、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、イソプロピルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタン等のカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドン等のカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンスルトン等の含硫黄化合物;または、前記の有機溶媒にさらにフッ素置換基を導入したもの等が用いられる。 In the present invention, in addition to the aqueous electrolyte, when an organic solvent is used for the electrolyte, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4-trifluoromethyl. Carbonates such as -1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2 , 3,3-tetrafluoropropyldifluoromethyl ether, ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate, γ-butyrolactone; acetonitrile, butyroni Nitriles such as ril; Amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; and sulfolane, dimethyl sulfoxide, 1,3-propane sultone and the like Sulfur compounds; or those obtained by further introducing a fluorine substituent into the organic solvent are used.
このようにして得られる水系ナトリウムイオン二次電池は、ハーフセルで得られた優れた電池特性から、従来のナトリウムイオン二次電池に比べて、充放電を繰り返した際の放電容量維持率が大きく、充放電サイクル特性に優れるものとなる。さらに、ナトリウムデンドライトの生成も抑制することができ、二次電池としての安定性に優れるものとなる。 The aqueous sodium ion secondary battery obtained in this way has a large discharge capacity maintenance rate when it is repeatedly charged and discharged, compared to the conventional sodium ion secondary battery, due to the excellent battery characteristics obtained in the half cell, Excellent charge / discharge cycle characteristics. Furthermore, the production | generation of sodium dendrite can also be suppressed and it becomes excellent in the stability as a secondary battery.
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(水系ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造)
以下、実施例1〜8では、本願発明に係る、水系ナトリウムイオン二次電池用電極活物質の製造を行い、二次電池としての電池特性を確認した。(Manufacture of electrode active material for aqueous sodium ion secondary battery)
Hereinafter, in Examples 1-8, the electrode active material for aqueous sodium ion secondary batteries according to the present invention was manufactured, and the battery characteristics as secondary batteries were confirmed.
(実施例1)
(化合物1-a-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物1-a-1を、公知文献(Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965)と公知文献(Chem. Comm. 2010, 46, 2977)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)と2,5-ジヒドロキシ-1,4-ベンゾキノン(AlfaAeser)の脱水縮合とそれに引き続く酸化反応によって合成した。この化合物1-a-1と、導電材として、アセチレンブラック(電気化学工業社製)、バインダーとして、ポリ テトラフルオロエチレン(ダイキン社製)を用い、これらが質量比で、化合物1-a-1:導電材:バインダー=50:45:5の組成となるように、それぞれを秤量した。その後、化合物1-a-1と導電材をメノウ乳鉢で十分に混合し、さらにバインダーを加え、引き続き均一になるように混合した後、その混合物を薄く延ばしてシート化した。シートを、ハンドプレスにより、集電体であるステンレスメッシュに十分に圧着し、さらに、乾燥機に入れて十分に乾燥して、第1電極(負極)を得た。なお、電池の組み立てを、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。Example 1
(Production of electrode composed of compound 1-a-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 1-a-1 was prepared according to known literature (Chem. Eur. J. 2009, 15, 3965) and known literature (Chem. Comm. 2010, 46, 2977). It was synthesized by dehydration condensation of o-phenylenediamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (AlfaAeser) followed by oxidation reaction. Using this compound 1-a-1, acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the conductive material, and polytetrafluoroethylene (manufactured by Daikin Co., Ltd.) as the binder, Each was weighed so that the composition was: conductive material: binder = 50: 45: 5. Thereafter, the compound 1-a-1 and the conductive material were sufficiently mixed in an agate mortar, a binder was further added, and the mixture was continuously mixed to be uniform, and then the mixture was thinly spread to form a sheet. The sheet was sufficiently pressure-bonded to a stainless steel mesh as a current collector by a hand press, and further placed in a dryer and sufficiently dried to obtain a first electrode (negative electrode). The battery was assembled in a glove box with an argon atmosphere.
<二次電池特性の測定>
水系電解液としてNa2SO4水溶液を用いて、本願発明に係る電極活物質(化合物1-a-1)を用いた水系ナトリウムイオン二次電池の充放電測定を行った。この充放電測定は、電解液に20mlの2M Na2SO4/H2O、対極に直径16mmの亜鉛金属(サンクメタル社製)、参照極に銀−塩化銀電極(ビー・エー・エス株式会社製)を用いて作製したビーカーセルにて、一定充放電電流密度(電流密度:0.1mA/cm2)の定電流モードに設定し室温(25 ℃)にて行った。<Measurement of secondary battery characteristics>
The aqueous sodium ion secondary battery using the electrode active material (compound 1-a-1) according to the present invention was measured using an aqueous Na 2 SO 4 solution as the aqueous electrolyte. In this charge / discharge measurement, 20 ml of 2M Na 2 SO 4 / H 2 O was used as the electrolyte, 16 mm diameter zinc metal (manufactured by Sank Metal Co., Ltd.) as the counter electrode, and a silver-silver chloride electrode as the reference electrode (BAS Co., Ltd.) In a beaker cell manufactured by using a company, a constant current mode of a constant charge / discharge current density (current density: 0.1 mA / cm 2 ) was set and performed at room temperature (25 ° C.).
充放電に伴う構造変化について、CuKα線を用いてX線回折測定(リガクTTRIIIを使用)して得られたex situ XRD結果を図1(b)に、ex situ FT-IR結果を図1(c)に示す。これらの結果から、特に大きな変化は認められなかった。 With regard to structural changes associated with charge and discharge, the ex situ XRD results obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα rays (using Rigaku TTRIII) are shown in FIG. 1B, and the ex situ FT-IR results are shown in FIG. c). From these results, no significant change was observed.
図2(a)および(b)に、亜鉛対極に対する化合物1-a-1の充放電特性を示す(電圧範囲:(a)−0.5〜0.5V、(b)−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、銀−塩化銀参照電極に対する電圧範囲−0.5〜0.5V及び−0.8〜0.5Vにて各々約1.5Na、2.7Na分の反応に値する131mAh/g、230mAh/gが観測され、その放電平坦部の電圧は対Na+/Na換算で2.5V、2.3Vに相当した。また、図2(c)に示すように、25サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。2A and 2B show the charge / discharge characteristics of compound 1-a-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage ranges: (a) -0.5 to 0.5 V, (b) -0.8 to 0.5 V). For the first reversible capacity, 131 mAh / degree of reaction of about 1.5 Na and 2.7 Na respectively in the voltage ranges -0.5 to 0.5 V and -0.8 to 0.5 V with respect to the silver-silver chloride reference electrode. g, 230 mAh / g was observed, and the voltage at the flat portion of the discharge was 2.5 V and 2.3 V in terms of Na + / Na. Further, as shown in FIG. 2 (c), since the charge / discharge capacity was stably maintained even when the number of cycles exceeded 25, it became clear that the aqueous sodium ion electrolyte exhibited good cycle characteristics.
(実施例2)
(化合物1-b-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物1-b-1を、公知文献(Tetrahedron 1969, 25, 3935)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)とロジゾン酸二水和物(AlfaAeser)の脱水縮合とそれに引き続く酸化反応によって合成した。この化合物1-b-1と、導電材として、アセチレンブラック(電気化学工業社製)、バインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン(ダイキン社製)を用い、これらが質量比で、化合物1-b-1:導電材:バインダー=50:45:5の組成となるように、それぞれを秤量した。後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 2)
(Production of electrode composed of compound 1-b-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 1-b-1 was mixed with o-phenylenediamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and rhodizone acid dihydrate (in accordance with known literature (
<二次電池特性の測定>
上記実施例1と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物1-b-1)を用いた水系ナトリウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図3(a)に、亜鉛対極に対する化合物1-b-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、265mAh/gが観測された。また、図3(b)に示すように、15サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 1, charge / discharge measurement of an aqueous sodium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 1-b-1) according to the present invention was performed.
FIG. 3A shows the charge / discharge characteristics of compound 1-b-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: -0.8 to 0.5 V). For the first reversible capacity, 265 mAh / g was observed. In addition, as shown in FIG. 3B, the charge / discharge capacity was stably maintained even after exceeding 15 cycles, and thus it became clear that the aqueous sodium ion electrolyte exhibited good cycle characteristics.
(実施例3)
(化合物1-cから成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物1-cを、公知文献(Tetrahedron 1969, 25, 3935)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)と化合物1-b-1の脱水縮合によって合成した。後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 3)
(Production of electrode composed of compound 1-c)
As an electrode active material according to the present invention, Compound 1-c was subjected to dehydration condensation of o-phenylenediamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and Compound 1-b-1 according to known literature (
<二次電池特性の測定>
上記実施例1と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物1-c)を用いた水系ナトリウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図3(c)に、亜鉛対極に対する化合物1-cの充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、240mAh/gが観測された。<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 1 above, charge / discharge measurement of an aqueous sodium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 1-c) according to the present invention was performed.
FIG. 3C shows the charge / discharge characteristics of the compound 1-c with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.5 V). For the first reversible capacity, 240 mAh / g was observed.
(実施例4)
(化合物2-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物2-1を、公知文献(Z. Naturforsch. 1991, 46b, 326)に沿って、2,3-ジクロロ-1,4-ナフトキノン(東京化成工業株式会社製)の塩素基をアミノ基に変換した後、グリオキサールトリマー2水和物(Aldrich)との脱水縮合を行うことによって合成した。この化合物2-1と、導電材として、アセチレンブラック(電気化学工業社製)、バインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン(ダイキン社製)を用い、これらが質量比で、化合物2-1:導電材:バインダー=50:45:5の組成となるように、それぞれを秤量した。後は、実施例1と同様の手順で行った。Example 4
(Production of electrode composed of compound 2-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 2-1 was prepared according to known literature (Z. Naturforsch. 1991, 46b, 326) according to 2,3-dichloro-1,4-naphthoquinone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). ) Was converted to an amino group and then synthesized by dehydration condensation with glyoxal trimer dihydrate (Aldrich). Using this compound 2-1 and acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, and polytetrafluoroethylene (manufactured by Daikin Co., Ltd.) as a binder, these are in a mass ratio. Each was weighed to have a composition of binder = 50: 45: 5. Thereafter, the same procedure as in Example 1 was performed.
<二次電池特性の測定>
図4(a)および(b)に、亜鉛対極に対する化合物2-1の充放電特性を示す(電圧範囲:(a)−0.5〜0.5V、(b)−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、電圧範囲−0.5〜0.5V及び−0.8〜0.5Vにて各々92mAh/g、185mAh/gが観測された。また、図4(c)に示すように、−0.5〜0.5Vの電圧範囲において、40サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
4A and 4B show the charge / discharge characteristics of Compound 2-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: (a) -0.5 to 0.5 V, (b) -0.8 to 0.5 V). As for the initial reversible capacity, 92 mAh / g and 185 mAh / g were observed in the voltage ranges of −0.5 to 0.5 V and −0.8 to 0.5 V, respectively. In addition, as shown in FIG. 4 (c), in the voltage range of −0.5 to 0.5V, the charge / discharge capacity was stably maintained even after exceeding 40 cycles. It became clear to show the characteristics.
(実施例5)
(化合物3-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物3-1を、公知文献(Tetrahedron 1969, 25, 3935)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)とロジゾン酸二水和物(AlfaAeser)の脱水縮合によって合成した。後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 5)
(Manufacture of electrode composed of compound 3-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 3-1 was prepared according to known literature (
<二次電池特性の測定>
図5(a)および(b)に、亜鉛対極に対する化合物3-1の充放電特性を示す(電圧範囲:(a)−0.8〜0.5V、(b)−0.9〜0.5V)。初回可逆容量については、電圧範囲−0.8〜0.5V及び−0.9〜0.5Vにて各々290mAh/g、480mAh/gが観測された。また、図5(c)に示すように、30サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
5A and 5B show the charge / discharge characteristics of Compound 3-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: (a) -0.8 to 0.5 V, (b) -0.9 to 0.5 V). As for the initial reversible capacity, 290 mAh / g and 480 mAh / g were observed in the voltage ranges of −0.8 to 0.5 V and −0.9 to 0.5 V, respectively. Moreover, as shown in FIG.5 (c), since charging / discharging capacity was stably maintained even if it exceeded 30 cycles, it became clear that a water-system sodium ion electrolyte solution shows a favorable cycle characteristic.
(実施例6)
(化合物4-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物4-1を、公知文献(Tetrahedron 1969, 25, 3935)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)とテトラヒドロキシ-1,4-ベンゾキノン(東京化成工業株式会社製)の脱水縮合とそれに引き続く酸化反応によって合成した。後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 6)
(Manufacture of electrodes consisting of compound 4-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 4-1 was prepared according to known literature (
<二次電池特性の測定>
図6(a)に、亜鉛対極に対する化合物4-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、300mAh/gが観測されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好な充放電特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
FIG. 6A shows the charge / discharge characteristics of Compound 4-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.5 V). With respect to the first reversible capacity, 300 mAh / g was observed, and thus it became clear that the aqueous sodium ion electrolyte exhibited good charge / discharge characteristics.
(実施例7)
(化合物5から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物5(東京化成工業株式会社製)を用い、後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 7)
(Manufacture of electrode composed of compound 5)
As the electrode active material according to the present invention, Compound 5 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and the subsequent procedure was the same as in Example 1.
<二次電池特性の測定>
上記実施例1と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物1-b-1)を用いた水系ナトリウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図6(b)に、亜鉛対極に対する化合物1-b-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.5V)。初回可逆容量については、350mAh/gが観測された。また、図6(c)に示すように、35サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 1, charge / discharge measurement of an aqueous sodium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 1-b-1) according to the present invention was performed.
FIG. 6B shows the charge / discharge characteristics of the compound 1-b-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.5 V). For the first reversible capacity, 350 mAh / g was observed. Moreover, as shown in FIG.6 (c), since charging / discharging capacity was stably maintained even if it exceeded 35 cycles, it became clear that a water-system sodium ion electrolyte solution shows a favorable cycle characteristic.
充放電に伴う構造変化について、CuKα線を用いてX線回折測定(リガクTTRIIIを使用)して得られたex situ XRD結果を、図6(d)に示す。充放電に伴う化合物5の構造変化を見ると、2Na放電時に大きく構造変化しているものの、充電末端では再度イニシャル構造に戻っていることが確認された。このことから化合物5は二相反応的に充放電が進行していることが示唆された。また、充放電に伴う構造変化について、ex situ FT-IR結果を、図6(e)に示す。FT-IR測定結果から、放電時、特に1300、1500付近に顕著な変化が認められたが、充電により可逆性よく初期状態にIRプロファイルが復帰していることが確認された。
About the structural change accompanying charging / discharging, the ex situ XRD result obtained by X-ray-diffraction measurement (using Rigaku TTRIII) using a CuK (alpha) ray is shown in FIG.6 (d). When the structural change of the
(実施例8)
(化合物6-1から成る電極の製造)
本願発明に係る電極活物質として、化合物6-1を、公知文献(Tetrahedron 1969, 25, 3935)に沿って、o-フェニレンジアミン(関東化学株式会社製)とテトラヒドロキシ-1,4-ベンゾキノン(東京化成工業株式会社製)の脱水縮合によって合成した。後は、実施例1と同様の手順で行った。(Example 8)
(Manufacture of electrodes consisting of compound 6-1)
As an electrode active material according to the present invention, compound 6-1 was prepared according to known literature (
<二次電池特性の測定>
上記実施例1と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物6-1)を用いた水系ナトリウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図7(a)に、亜鉛対極に対する化合物6-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.15〜1.7V)。初回可逆容量については、220mAh/gが観測された。また、図7(b)に示すように、25サイクルを超えても充放電容量は安定的に維持されたことから、水系ナトリウムイオン電解液で良好なサイクル特性を示すことが明らかとなった。<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 1 above, charge / discharge measurement of an aqueous sodium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 6-1) according to the present invention was performed.
FIG. 7A shows the charge / discharge characteristics of Compound 6-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.15 to 1.7 V). For the first reversible capacity, 220 mAh / g was observed. Further, as shown in FIG. 7 (b), the charge / discharge capacity was stably maintained even after exceeding 25 cycles, and thus it became clear that the aqueous sodium ion electrolyte exhibited good cycle characteristics.
(水系マグネシウムイオン二次電池用電極活物質としての測定)
以下の実施例では、上記で得た化合物1-a-1、化合物1-b-1、化合物c、化合物2-1、および化合物5および化合物cを用いて、本願発明に係る、水系マグネシウムイオン二次電池用電極活物質としての、充放電特性を確認した。(Measurement as an electrode active material for aqueous magnesium ion secondary batteries)
In the following examples, the aqueous magnesium ion according to the present invention is obtained using the compound 1-a-1, compound 1-b-1, compound c, compound 2-1,
(実施例9)
(化合物1-a-1から成る電極)
<二次電池特性の測定>
水系電解液としてMgSO4水溶液を用いて、本願発明に係る電極活物質(化合物1-a-1)を用いた水系マグネシウムイオン二次電池の充放電測定を行った。この充放電測定は、電解液に20mlの3M MgSO4/H2O、対極に直径16mmの亜鉛金属(サンクメタル社製)、参照極に銀−塩化銀電極(ビー・エー・エス株式会社製)を用いて作製したビーカーセルにて、一定充放電電流密度(電流密度:0.2mA/cm2)の定電流モードに設定し室温(25 ℃)にて行った。
図8(a)に、亜鉛対極に対する化合物1-a-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.6V)。初回可逆容量については、280mAh/gが観測された。また、充放電において3.6電子反応を奏するという優れた充放電特性が確認された。Example 9
(Electrode consisting of compound 1-a-1)
<Measurement of secondary battery characteristics>
Using an aqueous MgSO 4 solution as the aqueous electrolyte, charge / discharge measurement of an aqueous magnesium ion secondary battery using the electrode active material (compound 1-a-1) according to the present invention was performed. In this charge / discharge measurement, 20 ml of 3M MgSO 4 / H 2 O is used for the electrolyte, 16 mm diameter zinc metal (made by Sank Metal) is used for the counter electrode, and a silver-silver chloride electrode (made by BAS Co., Ltd.) is used for the reference electrode. ) Was set to a constant current mode at a constant charge / discharge current density (current density: 0.2 mA / cm 2 ) and performed at room temperature (25 ° C.).
FIG. 8A shows the charge / discharge characteristics of Compound 1-a-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.6 V). For the initial reversible capacity, 280 mAh / g was observed. Moreover, the outstanding charge / discharge characteristic that there exists a 3.6 electronic reaction in charging / discharging was confirmed.
(実施例10)
(化合物1-b-1から成る電極)
<二次電池特性の測定>
上記実施例9と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物1-b-1)を用いた水系マグネシウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図8(b)に、亜鉛対極に対する化合物1-b-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.7V)。初回可逆容量については、195mAh/gが観測された。また、充放電において2.6電子反応を奏するという優れた充放電特性が確認された。(Example 10)
(Electrode consisting of compound 1-b-1)
<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 9 above, charge / discharge measurement of an aqueous magnesium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 1-b-1) according to the present invention was performed.
FIG. 8B shows the charge / discharge characteristics of the compound 1-b-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.7 V). For the first reversible capacity, 195 mAh / g was observed. Moreover, the outstanding charging / discharging characteristic of having 2.6 electronic reaction in charging / discharging was confirmed.
(実施例11)
(化合物1-cから成る電極)
<二次電池特性の測定>
上記実施例9と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物1-c)を用いた水系マグネシウムイオン二次電池の充放電測定を行った。亜鉛対極に対する化合物1-cの充放電特性を図9(a)に示す(電圧範囲:−0.8〜0.6V)。初回可逆容量については、250mAh/gが観測された。(Example 11)
(Electrode consisting of compound 1-c)
<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 9 above, charge / discharge measurement of an aqueous magnesium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 1-c) according to the present invention was performed. The charge / discharge characteristics of compound 1-c with respect to the zinc counter electrode are shown in FIG. 9A (voltage range: -0.8 to 0.6 V). For the first reversible capacity, 250 mAh / g was observed.
(実施例12)
(化合物2-1から成る電極)
<二次電池特性の測定>
上記実施例9と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物2-1:DAAQ)を用いた水系マグネシウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図9(b)に、亜鉛対極に対する化合物2-1の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.6V)。初回可逆容量については、208mAh/gが観測された。(Example 12)
(Electrode consisting of Compound 2-1)
<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 9 above, charge / discharge measurement of an aqueous magnesium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 2-1: DAAQ) according to the present invention was performed.
FIG. 9B shows the charge / discharge characteristics of Compound 2-1 with respect to the zinc counter electrode (voltage range: −0.8 to 0.6 V). For the first reversible capacity, 208 mAh / g was observed.
(実施例13)
(化合物5から成る電極)
<二次電池特性の測定>
上記実施例9と同じ条件で、本願発明に係る電極活物質(化合物5)を用いた水系マグネシウムイオン二次電池の充放電測定を行った。
図10に、亜鉛対極に対する化合物5の充放電特性を示す(電圧範囲:−0.8〜0.6V)。10サイクル、20サイクル、30サイクル、とサイクルを加えるごとに、充放電容量が増大し、図中にはないが40サイクルでは93mAh/gとなることが確認された。(Example 13)
(Electrode consisting of Compound 5)
<Measurement of secondary battery characteristics>
Under the same conditions as in Example 9 above, charge / discharge measurement of a water-based magnesium ion secondary battery using the electrode active material (Compound 5) according to the present invention was performed.
FIG. 10 shows the charge / discharge characteristics of
以上の実施例では、ハーフセルで十分な電池特性が得られていることから、対向する電極を選定することによって、フルセルの二次電池としても上記と同様に、良好な電池特性が得られるものである。 In the above examples, sufficient battery characteristics are obtained in the half cell, and therefore, by selecting the opposite electrode, good battery characteristics can be obtained as a full cell secondary battery as described above. is there.
1 電解質層
2 正極層
3 負極層
4 正極集電体
5 負極集電体
6 正極
7 負極
10 水系電解質二次電池DESCRIPTION OF
Claims (6)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014070550 | 2014-03-28 | ||
JP2014070550 | 2014-03-28 | ||
PCT/JP2015/060019 WO2015147326A1 (en) | 2014-03-28 | 2015-03-30 | Electrode active material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2015147326A1 true JPWO2015147326A1 (en) | 2017-04-13 |
Family
ID=54195828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016510583A Pending JPWO2015147326A1 (en) | 2014-03-28 | 2015-03-30 | Electrode active material |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2015147326A1 (en) |
WO (1) | WO2015147326A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110212203A (en) * | 2019-05-22 | 2019-09-06 | 南京大学 | A kind of organic flow battery of basic hydroxide group azophenlyene class and preparation method |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019017846A1 (en) * | 2017-07-20 | 2019-01-24 | Agency For Science, Technology And Research | Hexaazatriphenylene derivative and graphene oxide composites |
CN113422053A (en) * | 2021-05-12 | 2021-09-21 | 暨南大学 | Battery negative electrode material based on tricyclic quinazoline and derivative thereof and application of battery negative electrode material in alkali metal ion battery |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3723140B2 (en) * | 2002-03-04 | 2005-12-07 | Necトーキン株式会社 | Power storage device using quinoxaline compound |
JP5692741B2 (en) * | 2010-09-30 | 2015-04-01 | 株式会社村田製作所 | Electrode active material and secondary battery |
JPWO2012121145A1 (en) * | 2011-03-10 | 2014-07-17 | 株式会社村田製作所 | Electrode active material, electrode, and secondary battery |
WO2013146930A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | 国立大学法人九州大学 | Sodium secondary battery active material, sodium secondary battery electrode, sodium secondary battery |
JP6456282B2 (en) * | 2013-03-11 | 2019-01-23 | パナソニック株式会社 | Electrode active material for power storage device and power storage device |
-
2015
- 2015-03-30 WO PCT/JP2015/060019 patent/WO2015147326A1/en active Application Filing
- 2015-03-30 JP JP2016510583A patent/JPWO2015147326A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110212203A (en) * | 2019-05-22 | 2019-09-06 | 南京大学 | A kind of organic flow battery of basic hydroxide group azophenlyene class and preparation method |
CN110212203B (en) * | 2019-05-22 | 2022-06-21 | 南京大学 | Alkaline hydroxyphenyloxazine organic flow battery and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015147326A1 (en) | 2015-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dall’Asta et al. | Aqueous processing of Na0. 44MnO2 cathode material for the development of greener Na-ion batteries | |
JP5348170B2 (en) | Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery | |
Damien et al. | Fluorinated graphene based electrodes for high performance primary lithium batteries | |
JP6423794B2 (en) | Positive electrode material for sodium ion secondary battery | |
WO2013031331A1 (en) | Positive electrode active material for sodium batteries and method for producing same | |
JP5897971B2 (en) | Electrode active material, electrode for non-aqueous secondary battery, non-aqueous secondary battery and method for producing electrode for non-aqueous secondary battery | |
JP2017076739A (en) | Method for manufacturing electrode material for electrochemical capacitor including layer compound | |
JP6120160B2 (en) | Cathode active material for sodium ion battery and method for producing the same | |
CN103928702B (en) | Charge storage element and its manufacture method | |
JP5312099B2 (en) | Method for producing positive electrode active material and positive electrode active material | |
WO2016167302A1 (en) | Method for producing sulfide solid electrolyte and sulfur-based material | |
KR102130528B1 (en) | Method for producing positive electrode active material, positive electrode prepared therefrom, and sodium ion secondary battery containing the same | |
KR102120071B1 (en) | Method for producing positive electrode active material having coating layer, positive electrode prepared therefrom, and sodium ion secondary battery containing the same | |
JP2016063171A (en) | Electrode material including layer compound | |
JP6273584B2 (en) | Composite metal oxide, method for producing composite metal oxide, and sodium secondary battery | |
JP2013229318A (en) | Positive electrode material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery | |
JP6264157B2 (en) | Nonaqueous secondary battery electrode and nonaqueous secondary battery | |
Wang et al. | Engineering the interplanar spacing of K-birnessite for ultra-long cycle Zn-ion battery through “hydrothermal potassium insertion” strategy | |
WO2015147326A1 (en) | Electrode active material | |
Jing et al. | MoS2-intercalated carbon hetero-layers bonded on graphene as electrode materials for enhanced sodium/potassium ion storage | |
CN110832682B (en) | Positive electrode active material for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same | |
JP2017045538A (en) | Positive electrode material for secondary cell containing silicate | |
JP5924316B2 (en) | Negative electrode active material for sodium ion battery and sodium ion battery | |
JP6346733B2 (en) | Electrode, non-aqueous secondary battery and electrode manufacturing method | |
Huang et al. | Electrochemical synthesis of Li-Mo-O compounds as novel and high performance anode materials for lithium-ion batteries |