JP5031192B2 - 非水電解質ナトリウム二次電池用正極活物質の製造方法 - Google Patents
非水電解質ナトリウム二次電池用正極活物質の製造方法 Download PDFInfo
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Description
この複合酸化物としては、具体的には、式(1)
NaFe1-xMxO2 (1)
(ただし、Mは1種以上の3価金属である。)で示される化合物が挙げられる。
本発明の正極活物質は、主にナトリウム化合物と鉄化合物とを含有する金属化合物混合物を、400℃以上900℃以下の温度範囲で加熱するにあたり、温度上昇中の100℃未満の温度範囲においては雰囲気を不活性雰囲気として加熱することにより製造することができる。
また、外装として負極または正極端子を兼ねる金属製ハードケースを用いずに、アルミニウムを含む積層シート等からなる袋状パッケージを用いてもよい。
電解液:プロピレンカーボネート(以下、PCということがある。)にNaClO4を1モル/リットルとなるように溶かしたもの(以下、1M NaClO4/PCと表すことがある。)
負極:金属ナトリウム
放電電流密度:0.1mA/cm2
この放電平坦部の放電電圧が、本発明の正極活物質を用いて製造された非水電解質ナトリウム二次電池においては、3.0V以上となる。
正極活物質と導電材のアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、50%プレス品)、バインダーのPTFE(ダイキン工業株式会社製、Polyflon TFE F−201L(商品名))を、活物質:導電材:バインダー=70:25:5(重量比)の組成となるように秤量し、まず活物質と導電材をメノウ乳鉢で十分に混合した後、バインダーを加えて引き続き均一になるように混合したものを均一な厚みの正方形になるように成形し、直径1.5cmのコルクボーラーでくり抜いて円形ペレットとした。該ペレットを正極集電体となるチタンエクスパンドメタルに乗せ、メノウ乳棒で軽く押さえた後、ハンドプレスにて十分に圧着し、正極ペレットを得た。
測定は、株式会社リガク製RINT2100HLR/PC型を使用し、以下の条件で行った。
X線 :CuKα
電圧−電流 :50kV−300mA
測定角度範囲:2θ=10〜80°
ステップ :0.01°
スキャンスピード:2°/分
(1)正極活物質の合成
アルゴン雰囲気のグローブボッックス内で、Na2O2(Fluka Chemie AG製)とFe3O4(Aldrich Chemical Company,Inc.製)をNaとFeがNaFeO2の化学量論比となるように秤取した後、メノウ乳鉢でよく混合した。得られた混合物をアルミナ製ルツボにいれ、あらかじめ真空ポンプで雰囲気を排気した後にアルゴンを導入して置換したグローブボックスに連結された電気炉に入れて、炉内の雰囲気をアルゴンにして昇温を開始した。100℃に達する直前に電気炉内を空気中に開放し、その後は空気雰囲気で加熱を行い、650℃で12時間保持し、取り出すことで、非水電解質ナトリウム二次電池用正極活物質E1を得た。E1の粉末X線回折測定結果を図1に示した。E1は六方晶の結晶構造を有しており、2.20Åのピーク強度を面間隔5.36Åのピーク強度で除した値は1.5であった。
E1を用いて試験電池を作製し、以下の条件で定電流充放電試験を実施した。
電流密度:0.1mA/cm2
走査電位範囲:1.5V−3.5V
得られた充放電曲線を図2に示した。約0.36Naの充電後、約0.3Naの放電に対応する、3.3V(vs.Na/Na+)の放電平坦部が確認された。
(1)正極活物質の合成
アルゴン雰囲気のグローブボッックス内で、Na2O2(Fluka Chemie AG製)とFe3O4(Aldrich Chemical Company,Inc.製)をNaとFeがNaFeO2の化学量論比となるように秤取した後、メノウ乳鉢でよく混合した。得られた混合物をアルミナ製ルツボにいれ、あらかじめ真空ポンプで雰囲気を排気した後にアルゴンを導入して置換したグローブボックスに連結された電気炉に入れて、炉内の雰囲気をアルゴンにして昇温を開始した。100℃に達する直前に電気炉内を空気中に開放し、その後は空気雰囲気で加熱を行い、650℃で12時間保持後、室温まで温度下降速度30℃/時間で降温し、電気炉から取り出すことで、非水電解質ナトリウム二次電池用正極活物質E2を得た。E2は六方晶の結晶構造を有しており、2.20Åのピーク強度を面間隔5.36Åのピーク強度で除した値は1.3であった。
E2を用いて試験電池を作製し、以下の条件で定電流充放電試験を実施した。
電流密度:0.2mA/cm2
走査電位範囲:1.5V−3.6V
約0.44Naの充電後、約0.34Naの放電に対応する、3.2V(vs.Na/Na+)の放電平坦部が確認された。
Claims (1)
- 主に酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩およびハロゲン化物からなる群より選ばれる1種以上のナトリウム化合物と酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩およびハロゲン化物からなる群より選ばれる1種以上の鉄化合物とを含有する金属化合物混合物を、400℃以上900℃以下の温度範囲で加熱するにあたり、温度上昇中の100℃未満の温度範囲においては雰囲気を不活性雰囲気として加熱することを特徴とする式NaFe1-xMxO2(ただし、MはAl、Ga、In、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Y、Nb、Mo、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、0≦x<0.5である。)で示される複合酸化物からなる非水電解質ナトリウム二次電池用正極活物質の製造方法。
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