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JP6758191B2 - Manufacturing method of positive electrode active material for power storage device and electrode sheet - Google Patents

Manufacturing method of positive electrode active material for power storage device and electrode sheet Download PDF

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JP6758191B2
JP6758191B2 JP2016557718A JP2016557718A JP6758191B2 JP 6758191 B2 JP6758191 B2 JP 6758191B2 JP 2016557718 A JP2016557718 A JP 2016557718A JP 2016557718 A JP2016557718 A JP 2016557718A JP 6758191 B2 JP6758191 B2 JP 6758191B2
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Description

本発明は、蓄電デバイス用正極活物質及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a power storage device and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池は、携帯電子端末や電気自動車等に不可欠な、高容量で軽量な電源としての地位を確立しており、その正極活物質として、一般式LiFePOで表されるオリビン型結晶を含む活物質が注目されている。しかし、リチウムは世界的な原材料の高騰などの問題が懸念されているため、その代替としてナトリウムを使用した、ナトリウムイオン二次電池の研究が近年行われている。Lithium-ion secondary batteries have established themselves as a high-capacity, lightweight power source that is indispensable for portable electronic terminals and electric vehicles, and as their positive electrode active material, olivine-type crystals represented by the general formula LiFePO 4 Active materials including are attracting attention. However, since lithium is concerned about problems such as soaring prices of raw materials worldwide, research on sodium-ion secondary batteries using sodium as an alternative has been conducted in recent years.

リチウムイオンとナトリウムイオンのレドックス基準電位はナトリウムがリチウムより0.3V高いため、正極活物質のアルカリイオンをリチウムからナトリウムにするとナトリウム系正極活物質では作動電位が低下する。このため、ナトリウムイオン二次電池はリチウムイオン二次電池と同等の高エネルギー密度化を達成するために高電圧化もしくは高容量化が求められている。例えば、非特許文献1にはNa(Fe1−yMn)P(0≦y≦1)からなる正極活物質が開示されている。Since sodium has a redox reference potential of 0.3 V higher than that of lithium, the operating potential of the sodium-based positive electrode active material decreases when the alkaline ion of the positive electrode active material is changed from lithium to sodium. Therefore, the sodium ion secondary battery is required to have a high voltage or a high capacity in order to achieve a high energy density equivalent to that of the lithium ion secondary battery. For example, Non-Patent Document 1 discloses a positive electrode active material composed of Na 2 (Fe 1-y Mn y ) P 2 O 7 (0 ≦ y ≦ 1).

Prabeer Barpanda et al., Solid State Ionics, 2014(DOI:10.1016/j.ssi.2014.03.011)Prabeer Barpanda et al., Solid State Ionics, 2014 (DOI: 10.1016 / j.ssi.2014.03.011)

非特許文献1に記載のNa(Fe1−yMn)Pからなる正極活物質は、Mnの割合が大きくなるに従い急激な容量低下が起こることが報告されている。したがって、上記活物質は、実仕様に耐えうる充放電特性を有していないという課題があった。It has been reported that the positive electrode active material composed of Na 2 (Fe 1-y Mn y ) P 2 O 7 described in Non-Patent Document 1 undergoes a rapid decrease in volume as the proportion of Mn increases. Therefore, there is a problem that the above-mentioned active material does not have charge / discharge characteristics that can withstand actual specifications.

本発明の目的は、充放電特性に優れた蓄電デバイス用正極活物質及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a power storage device having excellent charge / discharge characteristics and a method for producing the same.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表され、非晶質相を30質量%以上含有する酸化物材料を含有することを特徴とする。 At least one positive electrode active material for a power storage device has the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M is selected from the group consisting of Cr, Fe, Co and Ni of the present invention, 1. An oxide material represented by 2 ≦ x ≦ 2.3, 0.95 ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8) and containing 30% by mass or more of an amorphous phase. It is characterized by containing.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、非晶質相を含有することにより、ナトリウムイオン伝導性が向上するだけでなく、繰り返し充放電に伴うMnを含む結晶の歪みの発生や、Mn成分の外部への溶出を抑制することが可能となる。従って、本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、充放電特性やサイクル特性に優れている。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention not only improves sodium ion conductivity by containing an amorphous phase, but also causes distortion of crystals including Mn due to repeated charging and discharging, and causes Mn components. It is possible to suppress elution to the outside. Therefore, the positive electrode active material for a power storage device of the present invention is excellent in charge / discharge characteristics and cycle characteristics.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、さらに、導電性炭素を含有することが好ましい。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention preferably further contains conductive carbon.

正極活物質が導電性炭素を含有することにより、酸化物材料間の電子導電パスを確保することが可能となり、充放電特性を向上させることができる。 Since the positive electrode active material contains conductive carbon, it is possible to secure an electron conductive path between the oxide materials and improve charge / discharge characteristics.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、質量%で、前記酸化物材料 80〜99.5%、及び前記導電性炭素 0.5〜20%を含有することが好ましい。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention preferably contains 80 to 99.5% of the oxide material and 0.5 to 20% of the conductive carbon in mass%.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、一般式NaMnPで表される三斜晶系結晶を含むことが好ましい。The positive electrode active material for a power storage device of the present invention preferably contains a triclinic crystal represented by the general formula Na 2 MnP 2 O 7 .

NaMnPで表される三斜晶系結晶は、充放電に伴って発生する酸化還元電位が高く、蓄電デバイス用正極活物質として用いた場合、高い充放電容量及び放電電圧を示す。The triclinic crystal represented by Na 2 MnP 2 O 7 has a high oxidation-reduction potential generated by charge / discharge, and exhibits a high charge / discharge capacity and discharge voltage when used as a positive electrode active material for a power storage device. ..

本発明の電極シートの製造方法は、一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表される酸化物材料に対し、導電性炭素を添加し、粉砕しながら混合することにより、非晶質を含有する前記酸化物材料を含む蓄電デバイス用正極活物質粉末を得る正極活物質粉末作製工程、前記蓄電デバイス用正極活物質粉末にバインダーを添加してスラリーを得るスラリー化工程、及び、前記スラリーをシート化するシート化工程、を備えることを特徴とする。 Method of manufacturing an electrode sheet of the present invention have the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M is Cr, Fe, transition metal elements of at least one selected from the group consisting of Co and Ni , 1.2 ≦ x ≦ 2.3, 0.95 ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8), conductive carbon is added to the oxide material. Then, by mixing while crushing, a positive electrode active material powder for a power storage device containing the oxide material containing an amorphous phase is obtained, and a binder is added to the positive electrode active material powder for a power storage device. It is characterized by comprising a slurrying step of adding and obtaining a slurry, and a sheeting step of forming the slurry into a sheet.

一般に、蓄電デバイス用正極活物質は、導電性炭素または導電性炭素源となる有機物と混合、焼結して正極として使用される。これにより、正極活物質間に導電性炭素からなる導電パスが形成され、良好な充放電特性が得られる。しかしながら、一般式Na(Mn1−aで表される正極活物質は、導電性炭素と混合して焼結すると、導電性炭素が正極活物質に含まれるMn元素により酸化されて二酸化炭素として外部に放出されやすい。そのため、正極活物質間に導電性炭素からなる導電パスが形成されにくく、十分な充放電特性が得られないことがある。Generally, the positive electrode active material for a power storage device is used as a positive electrode by mixing and sintering with conductive carbon or an organic substance serving as a conductive carbon source. As a result, a conductive path made of conductive carbon is formed between the positive electrode active materials, and good charge / discharge characteristics can be obtained. However, the positive electrode active material represented by the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z, the sintering was mixed with conductive carbon, conductive carbon contained in the positive electrode active material Mn It is easily oxidized by elements and released to the outside as carbon dioxide. Therefore, it is difficult to form a conductive path made of conductive carbon between the positive electrode active materials, and sufficient charge / discharge characteristics may not be obtained.

一方、本発明の製造方法によれば、一般式Na(Mn1−aで表される正極活物質と導電性炭素とを、粉砕しながら混合することによりエネルギーを付与することができるため、導電性炭素との焼結を伴うことなく比較的低温で複合化することができる。そのため、複合化時においてMn元素による導電性炭素の酸化が生じにくく、導電性炭素を良好な状態で正極活物質中に分散させることができる。また、粉砕、混合工程を経ることにより、酸化物材料同士が互いに反応して非晶質相が形成されやすくなる。加えて、導電性炭素は粉砕助剤となるため、粉砕、混合時における酸化物材料の凝集を抑制し、非晶質相の形成を促進する。On the other hand, the energy by the production method of the present invention, the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O positive electrode active material represented by z and conductive carbon, is mixed with pulverized Can be imparted, so that it can be composited at a relatively low temperature without being involved in sintering with conductive carbon. Therefore, oxidation of the conductive carbon by the Mn element is unlikely to occur at the time of compounding, and the conductive carbon can be dispersed in the positive electrode active material in a good state. Further, by going through the pulverization and mixing steps, the oxide materials react with each other to easily form an amorphous phase. In addition, since conductive carbon serves as a pulverization aid, it suppresses aggregation of the oxide material during pulverization and mixing, and promotes the formation of an amorphous phase.

以上の通り、本発明の製造方法によれば、酸化物材料が非晶質相を含有するとともに、内部に導電性炭素が良好な状態で分散されてなるため、充放電特性に優れた電極シートを得ることが可能となる。 As described above, according to the production method of the present invention, the oxide material contains an amorphous phase and conductive carbon is dispersed inside in a good state, so that the electrode sheet has excellent charge / discharge characteristics. Can be obtained.

本発明の電極シートの製造方法において、酸化物材料として、溶融固化物を用いることが好ましい。 In the method for producing an electrode sheet of the present invention, it is preferable to use a molten solidified product as the oxide material.

上記構成によれば、正極活物質の均質性を高めることが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to enhance the homogeneity of the positive electrode active material.

本発明の電極シートの製造方法において、酸化物材料として、溶融固化物に熱処理を施して得られた結晶化物を用いることが好ましい。
本発明の電極シートの製造方法においては、前記正極活物質粉末作製工程において、前記酸化物材料に対し、前記導電性炭素を添加し、遊星ボールミルにより粉砕しながら混合することが好ましい。
In the method for producing an electrode sheet of the present invention, it is preferable to use a crystallized product obtained by heat-treating a molten solidified product as an oxide material.
In the method for producing an electrode sheet of the present invention, it is preferable to add the conductive carbon to the oxide material and mix it while pulverizing it with a planetary ball mill in the positive electrode active material powder manufacturing step.

本発明によれば、高電圧系元素であるMnを含むことで高電圧化が達成され、非晶質相を含むことで容量が向上し、良好なサイクル特性が得られる高エネルギー密度である蓄電デバイス用正極活物質を得ることができる。 According to the present invention, high voltage can be achieved by containing Mn, which is a high voltage system element, capacity can be improved by containing an amorphous phase, and storage with a high energy density can obtain good cycle characteristics. A positive electrode active material for a device can be obtained.

実施例1において得られた溶融固化物の粉末X線回折パターンを示すチャートである。6 is a chart showing a powder X-ray diffraction pattern of the molten solidified product obtained in Example 1. 実施例1において得られた酸化物材料の粉末X線回折パターンを示すチャートである。It is a chart which shows the powder X-ray diffraction pattern of the oxide material obtained in Example 1. FIG. 実施例1において得られた正極活物質の粉末X線回折パターンを示すチャートである。It is a chart which shows the powder X-ray diffraction pattern of the positive electrode active material obtained in Example 1. FIG. 実施例1において作製された試験電池の充放電曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge curve of the test battery produced in Example 1.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表され、非晶質相を含有する酸化物材料を含有することを特徴とする。At least one positive electrode active material for a power storage device has the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M is selected from the group consisting of Cr, Fe, Co and Ni of the present invention, 1. It is represented by 2 ≦ x ≦ 2.3, 0.95 ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8), and contains an oxide material containing an amorphous phase. It is characterized by.

上記一般式中のNaは、電池の充放電の際に正極活物質と負極活物質との間を移動するナトリウムイオンの供給源となる。 Na in the above general formula serves as a supply source of sodium ions that move between the positive electrode active material and the negative electrode active material during charging and discharging of the battery.

Mnは、正極活物質に対し高電圧を付与する成分である。具体的には、電池の充放電に伴いナトリウムイオンが正極活物質から脱離したり、正極活物質に吸蔵する際に、Mnイオンの価数が変化することによりレドックス反応が生じる。このレドックス反応に起因して、正極活物質が高い酸化還元電位を示す。 Mn is a component that applies a high voltage to the positive electrode active material. Specifically, a redox reaction occurs due to a change in the valence of Mn ions when sodium ions are desorbed from the positive electrode active material or occluded in the positive electrode active material as the battery is charged and discharged. Due to this redox reaction, the positive electrode active material exhibits a high redox potential.

M(Cr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種)もMnと同様に、電池の充放電の際に価数変化することにより、ナトリウムイオンが正極活物質から脱離したり、正極活物質に吸蔵したりする際に、正極活物質の酸化還元電位を高める役割を有する。Niは特に高い酸化還元電位を示すことから好ましい。一方、Feは充放電において高い構造安定化を有するため好ましい。 Similar to Mn, M (at least one selected from the group consisting of Cr, Fe, Co, and Ni) also undergoes a valence change during charging and discharging of the battery, so that sodium ions are desorbed from the positive electrode active material. It has a role of increasing the redox potential of the positive electrode active material when it is stored in the positive electrode active material. Ni is preferable because it exhibits a particularly high redox potential. On the other hand, Fe is preferable because it has high structural stability in charge and discharge.

Ozは3次元網目構造を有して正極活物質の構造を安定化させる効果を有する。P 2 Oz has a three-dimensional network structure and has an effect of stabilizing the structure of the positive electrode active material.

一般式Na(Mn1−aにおける各係数の範囲を上記の通り規定した理由について以下に説明する。The reason why the range of each coefficient in the general formula Na x (Mn 1-a M a ) y P 2 Oz is defined as described above will be described below.

xは1.2≦x≦2.3であり、1.3≦x≦2.25であることが好ましく、1.5≦x≦2.2であることがより好ましい。xが小さすぎると、吸蔵、放出に関与するナトリウムイオンが少なくなるため、充放電容量が低下する傾向にある。一方、xが大きすぎると、NaPO等の充放電に関与しない異種結晶が析出しやすくなるため充放電容量が低下する傾向にある。x is 1.2 ≦ x ≦ 2.3, preferably 1.3 ≦ x ≦ 2.25, and more preferably 1.5 ≦ x ≦ 2.2. If x is too small, the amount of sodium ions involved in occlusion and release decreases, and the charge / discharge capacity tends to decrease. On the other hand, if x is too large, dissimilar crystals that are not involved in charging / discharging such as Na 3 PO 4 are likely to precipitate, so that the charging / discharging capacity tends to decrease.

yは0.95≦y≦1.6であり、0.95≦y≦1.4であることが好ましく、0.95≦y≦1.25であることがより好ましい。yが小さすぎると、レドックス反応を起こす遷移金属元素が少なくなることにより、吸蔵、放出に関与するナトリウムイオンが少なくなるため充放電容量が低下する傾向にある。一方、yが大きすぎると、NaMnPO等の充放電に関与しない異種結晶が析出しやすくなるため充放電容量が低下する傾向にある。y is 0.95 ≦ y ≦ 1.6, preferably 0.95 ≦ y ≦ 1.4, and more preferably 0.95 ≦ y ≦ 1.25. If y is too small, the number of transition metal elements that cause the redox reaction is reduced, and the sodium ions involved in occlusion and release are reduced, so that the charge / discharge capacity tends to decrease. On the other hand, if y is too large, dissimilar crystals that are not involved in charging / discharging such as NamnPO 4 tend to precipitate, so that the charging / discharging capacity tends to decrease.

aは0≦a≦0.9であり、0≦a≦0.5であることが好ましく、0≦a≦0.3であることがより好ましい。aが小さいほど、充放電に伴って発生する酸化還元電位が高く、蓄電デバイス用正極活物質として用いた場合、高い充放電容量及び放電電圧を示しやすくなる。特にa=0であることが好ましい。 a is 0 ≦ a ≦ 0.9, preferably 0 ≦ a ≦ 0.5, and more preferably 0 ≦ a ≦ 0.3. The smaller a is, the higher the redox potential generated by charging / discharging is, and when used as a positive electrode active material for a power storage device, it is easy to show a high charging / discharging capacity and discharging voltage. In particular, it is preferable that a = 0.

zは7≦z≦8であり、7≦z≦7.8であることが好ましく、7≦z≦7.5であることがより好ましい。zが小さすぎると、Mn及びMの価数が2価より小さくなって、充放電に伴い金属が析出しやすくなる。析出した金属は電解質中に溶出し、負極側で金属デンドライトとして析出するため、内部短絡の原因となる。一方、zが大きすぎると、Mn及びMの価数が2価より大きくなって、電池の充放電に伴うレドックス反応が起こりにくくなる。その結果、吸蔵、放出されるナトリウムイオンが少なくなるため、容量が低下する傾向にある。 z is 7 ≦ z ≦ 8, preferably 7 ≦ z ≦ 7.8, and more preferably 7 ≦ z ≦ 7.5. If z is too small, the valences of Mn and M become smaller than divalent, and metal tends to precipitate with charging and discharging. The precipitated metal elutes into the electrolyte and precipitates as metal dendrite on the negative electrode side, which causes an internal short circuit. On the other hand, if z is too large, the valences of Mn and M become larger than divalent, and the redox reaction associated with the charging and discharging of the battery is less likely to occur. As a result, the amount of sodium ions occluded and released is reduced, so that the capacity tends to decrease.

一般式Na(Mn1−aで表される酸化物材料の具体例としては、NaMnP、Na(Mn1−aFe)P(0<a≦0.8、さらには0.2≦a≦0.8)、Na(Mn1−aNi)P(0<a≦0.8、さらには0.2≦a≦0.8)で表されるものが挙げられる。なかでも、NaMnPで表される三斜晶系結晶は、充放電に伴って発生する酸化還元電位が高く、蓄電デバイス用正極活物質として用いた場合、高い充放電容量(理論値97.5mAh)及び放電電圧(理論値3.7V)を示す。Specific examples of the general formula Na x (Mn 1-a M a) oxide material represented by y P 2 O z, Na 2 MnP 2 O 7, Na 2 (Mn 1-a Fe a) P 2 O 7 (0 <a ≦ 0.8, further 0.2 ≦ a ≦ 0.8), Na 2 (Mn 1-a Ni a ) P 2 O 7 (0 <a ≦ 0.8, further 0. Those represented by 2 ≦ a ≦ 0.8) can be mentioned. Among them, the triclinic crystal represented by Na 2 MnP 2 O 7 has a high oxidation-reduction potential generated by charging / discharging, and when used as a positive electrode active material for a power storage device, has a high charge / discharge capacity (theory). The value 97.5 mAh) and the discharge voltage (theoretical value 3.7 V) are shown.

正極活物質におけるNa(Mn1−a結晶の含有量は99質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることがさらに好ましく、80質量%以下であることが特に好ましく、70質量%以下であることが最も好ましい。NaMnP結晶の含有量が多すぎると、非晶質相が少なくなり、後述の効果が得られにくくなる。The content of Na x (Mn 1-a M a ) y P 2 Oz crystals in the positive electrode active material is preferably 99% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and 85% by mass or less. It is more preferably 80% by mass or less, and most preferably 70% by mass or less. If the content of Na 2 MnP 2 O 7 crystals is too large, the amorphous phase will be reduced, and it will be difficult to obtain the effects described below.

酸化物材料における非晶質相の含有量は1質量%以上が好ましく、10%質量以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、30質量%以上が特に好ましい。非晶質相の含有量が少なすぎると、ナトリウムイオン伝導性が低下しやすくなる。また、繰り返し充放電に伴い、Mnを含む結晶の歪みが発生したり、Mn成分が外部へ溶出しやすくなる。結果として、充放電特性(特に高速充放電特性)やサイクル特性が低下し易くなる。 The content of the amorphous phase in the oxide material is preferably 1% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, further preferably 20% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more. If the content of the amorphous phase is too small, the sodium ion conductivity tends to decrease. Further, with repeated charging and discharging, distortion of the crystal containing Mn is generated, and the Mn component is likely to be eluted to the outside. As a result, charge / discharge characteristics (particularly high-speed charge / discharge characteristics) and cycle characteristics are likely to deteriorate.

酸化物材料におけるNa(Mn1−a結晶及び非晶質相の含有量は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で10〜60°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線と非晶質ハローにピーク分離することで求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜45°におけるブロードな回折線(非晶質ハロー)をピーク分離して求めた積分強度をIa、10〜60°において検出されるNa(Mn1−a結晶由来の結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和をIc、その他の結晶に由来する結晶性回折線から求めた積分強度の総和をIoとした場合、Na(Mn1−a結晶の含有量Xc及び非晶質相の含有量Xgは次式から求められる。The content of Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z crystal and amorphous phases in the oxide material, 10 to 60 ° in 2θ values obtained by powder X-ray diffractometry using CuKα ray It is obtained by separating the peaks into a crystalline diffraction line and an amorphous halo in the diffraction line profile of. Specifically, the integrated intensity obtained by peak-separating the broad diffraction line (amorphous halo) at 10 to 45 ° from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile is Ia10. ~60 Na x (Mn 1-a M a) detected in ° y P 2 O z the sum of integrated intensity of crystalline diffraction lines was determined by peak separation from crystalline Ic, crystals derived from the other crystalline If the Io the sum of integrated intensity determined from sex diffraction line, Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z content Xg content Xc and amorphous phase of the crystals determined by: Be done.

Xc=[Ic/(Ic+Ia+Io)]×100(質量%)
Xg=100−[100×(Ic+Io)/(Ic+Ia+Io)](質量%)
Xc = [Ic / (Ic + Ia + Io)] x 100 (mass%)
Xg = 100- [100 × (Ic + Io) / (Ic + Ia + Io)] (mass%)

Na(Mn1−a結晶の結晶子サイズが小さいほど、放電容量を向上させることができる。具体的には、Na(Mn1−a結晶の結晶子サイズは100nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることがさらに好ましい。下限については特に限定されないが、現実的には1nm以上、さらには2nm以上である。結晶子サイズは、CuKα線を用いた粉末X線回折の解析結果からシェラーの式に従って求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、Na(Mn1−a結晶に由来する2θ=22.3°付近に確認される回折線をピーク分離して求めた半値全幅β(FWHM)とブラック角θから、次式からNa(Mn1−a結晶の結晶子サイズεが求められる。As the crystallite size of the Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z crystal is small, it is possible to improve the discharge capacity. Specifically, it is preferable that the crystallite size of the Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z crystal is 100nm or less, more preferably 60nm or less, further not more 50nm or less preferable. The lower limit is not particularly limited, but in reality, it is 1 nm or more, and further 2 nm or more. The crystallite size is determined according to Scheller's formula from the analysis result of powder X-ray diffraction using CuKα ray. Specifically, confirmation from all scattering curve obtained by subtracting the background, in the vicinity of 2 [Theta] = 22.3 ° derived from the Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z crystals from the diffraction line profile the diffraction line from the Bragg angle θ and the full width at half maximum beta (FWHM) obtained by peak separation is, Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z crystallite size ε crystal is determined from the following equation ..

ε=Kλ/βicosθ
(シェラー定数K=0.85、X線波長λ=1.541)
ε = Kλ / βicosθ
(Sheller constant K = 0.85, X-ray wavelength λ = 1.541)

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、導電性炭素を含むことが好ましい。それにより、酸化物材料間の電子導電パスを確保することが可能となり、充放電特性を向上させることができる。導電性炭素としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等の高導電性カーボンブラック、グラファイト等のカーボン粉末、炭素繊維などを用いることができる。なかでも、電子伝導性が高いアセチレンブラックが好ましい。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention preferably contains conductive carbon. As a result, it is possible to secure an electron conductive path between the oxide materials, and it is possible to improve the charge / discharge characteristics. As the conductive carbon, highly conductive carbon black such as acetylene black or Ketjen black, carbon powder such as graphite, carbon fiber or the like can be used. Of these, acetylene black, which has high electron conductivity, is preferable.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、質量%で、酸化物材料 80〜99.5%、導電性炭素 0.5〜20%を含有することが好ましく、酸化物材料 85〜98%、炭素材料 2〜15%を含有することが好ましい。酸化物材料と導電性炭素の含有量を上記の範囲に規制することにより、高い充放電容量と良好なサイクル特性とを有する正極活物質が得られやすくなる。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention preferably contains 80 to 99.5% of an oxide material and 0.5 to 20% of conductive carbon in mass%, and 85 to 98% of an oxide material and carbon. It preferably contains 2 to 15% of the material. By regulating the contents of the oxide material and the conductive carbon within the above range, it becomes easy to obtain a positive electrode active material having a high charge / discharge capacity and good cycle characteristics.

蓄電デバイス用正極活物質の形状は特に限定されないが、粉末状であることが好ましい。その場合、蓄電デバイス用正極活物質の平均粒子径は0.1〜20μm、0.3〜15μm、0.5〜10μm、特に0.6〜5μmであることが好ましい。また、最大粒子径は150μm以下、100μm以下、75μm以下、特に55μm以下であることが好ましい。平均粒子径または最大粒子径が大きすぎると、充放電時においてナトリウムイオンの吸蔵および放出が行いにくくなるため、充放電容量が低下する傾向にある。一方、平均粒子径が小さすぎると、ペースト化した際に粉末の分散状態に劣り、均一な電極を製造することが困難になる傾向がある。 The shape of the positive electrode active material for the power storage device is not particularly limited, but it is preferably in the form of powder. In that case, the average particle size of the positive electrode active material for the power storage device is preferably 0.1 to 20 μm, 0.3 to 15 μm, 0.5 to 10 μm, and particularly preferably 0.6 to 5 μm. The maximum particle size is preferably 150 μm or less, 100 μm or less, 75 μm or less, and particularly preferably 55 μm or less. If the average particle size or the maximum particle size is too large, it becomes difficult to occlude and release sodium ions during charging / discharging, so that the charging / discharging capacity tends to decrease. On the other hand, if the average particle size is too small, the powder is inferior in the dispersed state when it is made into a paste, and it tends to be difficult to produce a uniform electrode.

ここで、平均粒子径と最大粒子径は、それぞれ一次粒子のメジアン径でD50(50%体積累積径)とD99(99%体積累積径)を示し、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された値をいう。 Here, the average particle diameter and the maximum particle diameter indicate D50 (50% volume cumulative diameter) and D99 (99% volume cumulative diameter), respectively, in the median diameter of the primary particles, and were measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device. The value.

次に、本発明の蓄電デバイス用正極活物質の製造方法について説明する。本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、例えば、一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表される酸化物材料に対し、導電性炭素を添加し、粉砕しながら混合することにより製造することができる。Next, a method for producing the positive electrode active material for a power storage device of the present invention will be described. The positive electrode active material for an electricity storage device of the present invention, for example, the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M is Cr, Fe, at least one selected from the group consisting of Co and Ni Conductivity with respect to the transition metal element, the oxide material represented by 1.2 ≦ x ≦ 2.3, 0.95 ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8) It can be produced by adding carbon and mixing while pulverizing.

一般式Na(Mn1−aで表される酸化物材料は、各構成成分の原料粉末(酸化物等)の溶融固化物や固相反応物等を用いることができる。特に、酸化物材料として溶融固化物を用いた場合、均質性に優れた正極活物質が得られやすくなるため好ましい。As the oxide material represented by the general formula Na x (Mn 1-a M a ) y P 2 Oz , a melt-solidified product of the raw material powder (oxide, etc.) of each component, a solid-phase reaction product, or the like is used. Can be done. In particular, when a molten solidified product is used as the oxide material, it is preferable because a positive electrode active material having excellent homogeneity can be easily obtained.

溶融固化物は以下のようにして製造することができる。まず、一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Mn、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素)の組成となるように原料粉末を調製して原料バッチ得る。次に、得られた原料バッチを溶融する。溶融温度は原料バッチが均質に溶融されるよう適宜調整すればよい。具体的には、溶融温度は800℃以上が好ましく、900℃以上であることがより好ましい。上限は特に限定されないが、溶融温度が高すぎるとエネルギーロス、ナトリウム成分の蒸発につながるため、1500℃以下であることが好ましく、1400℃以下であることがより好ましい。The molten solidified product can be produced as follows. First, the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M is Cr, Fe, Mn, of at least one transition metal element selected from the group consisting of Co and Ni) to a composition of Prepare the raw material powder and obtain the raw material batch. Next, the obtained raw material batch is melted. The melting temperature may be appropriately adjusted so that the raw material batch is uniformly melted. Specifically, the melting temperature is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher. The upper limit is not particularly limited, but if the melting temperature is too high, energy loss and evaporation of the sodium component will occur. Therefore, the temperature is preferably 1500 ° C. or lower, and more preferably 1400 ° C. or lower.

得られた溶融物を成形することにより、溶融固化物を得る。成形方法としては特に限定されず、例えば、溶融物を一対の冷却ロール間に流し込み、急冷しながらフィルム状に成形してもよいし、あるいは、溶融物を鋳型に流し出し、インゴット状に成形しても構わない。溶融固化物は、非晶質体であっても、結晶体であってもよく、結晶相と非晶質相の混合物であってもよい。 A molten solidified product is obtained by molding the obtained molten product. The molding method is not particularly limited, and for example, the melt may be poured between a pair of cooling rolls and molded into a film shape while quenching, or the melt may be poured into a mold and molded into an ingot shape. It doesn't matter. The melt-solidified product may be an amorphous substance, a crystalline substance, or a mixture of a crystalline phase and an amorphous phase.

なお、非晶質体からなる溶融固化物を所定温度で所定時間熱処理することにより結晶化させてもよい(結晶化ガラス)。熱処理は、例えば温度の制御が可能な電気炉中で行われる。熱処理温度は、非晶質体のガラス転移温度以上であることが好ましく、結晶化温度以上であることがより好ましい。具体的には、350℃以上であることが好ましく、400℃以上であることがより好ましい。熱処理時間は、非晶質体の結晶化が十分に進行するよう適宜調整される。具体的には、20〜300分間であることが好ましく、30〜240分間であることがより好ましい。 The molten solidified product made of an amorphous material may be crystallized by heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time (crystallized glass). The heat treatment is performed, for example, in an electric furnace in which the temperature can be controlled. The heat treatment temperature is preferably equal to or higher than the glass transition temperature of the amorphous material, and more preferably equal to or higher than the crystallization temperature. Specifically, it is preferably 350 ° C. or higher, and more preferably 400 ° C. or higher. The heat treatment time is appropriately adjusted so that the crystallization of the amorphous substance proceeds sufficiently. Specifically, it is preferably 20 to 300 minutes, and more preferably 30 to 240 minutes.

なお、非晶質体の熱処理は大気雰囲気、不活性雰囲気、還元雰囲気のいずれで行ってもよいもよいが、特に還元雰囲気中が行うことが好ましく、それにより溶融固化物におけるMn及びMを2価にすることができる。還元雰囲気は、例えば水素雰囲気等が挙げられる。あるいは、窒素やアルゴンなどの不活性ガス中に水素等の還元性ガスを含む混合ガスを用いてもよく、その際の還元性ガスの含有量は2体積%以上であることが好ましい。 The heat treatment of the amorphous body may be carried out in any of an air atmosphere, an inert atmosphere and a reducing atmosphere, but it is particularly preferable to carry out the heat treatment in the reducing atmosphere, whereby Mn and M in the molten solidified product are 2 Can be valued. Examples of the reducing atmosphere include a hydrogen atmosphere and the like. Alternatively, a mixed gas containing a reducing gas such as hydrogen in an inert gas such as nitrogen or argon may be used, and the content of the reducing gas at that time is preferably 2% by volume or more.

酸化物材料と導電性炭素とを粉砕しながら混合する方法としては、乳鉢、らいかい機、ボールミル、アトライター、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、ビーズミルなどの一般的な粉砕機を用いる方法が挙げられる。なかでも、遊星型ボールミルを使用するのが好ましい。遊星型ボールミルは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転し、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができ、酸化物材料中に導電性炭素を均質に分散させることが可能となるだけなく、酸化物材料中に非晶質相が形成されやすくなる。 As a method of mixing the oxide material and conductive carbon while crushing, a general crusher such as a mortar, a mortar, a ball mill, an attritor, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, or a bead mill is used. The method to be used can be mentioned. Of these, it is preferable to use a planetary ball mill. In the planetary ball mill, the base rotates while the pot rotates, and it is possible to efficiently generate extremely high impact energy, and it is possible to uniformly disperse conductive carbon in the oxide material. Not only that, an amorphous phase is likely to be formed in the oxide material.

本発明の正極活物質は、水系溶媒、非水系溶媒、イオン液体等の電解液を用いたナトリウムイオン二次電池に使用可能である。また、固体電解質を用いた全固体ナトリウムイオン二次電池にも使用可能である。 The positive electrode active material of the present invention can be used in a sodium ion secondary battery using an electrolytic solution such as an aqueous solvent, a non-aqueous solvent, or an ionic liquid. It can also be used in an all-solid-state sodium-ion secondary battery using a solid electrolyte.

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples. The present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
(a)溶融工程
リン酸水素ナトリウム(NaHPO)、酸化マンガン(Mn)を原料とし、モル%で、NaO 33.3%、MnO 33.3%、P 33.3%の組成となるように原料粉末を調合し、1050℃にて15分間、大気雰囲気中にて溶融を行った。その後、鉄板上に流し込み急冷することで、溶融固化物を得た。この溶融固化物を遊星ボールミルFritch社製P7で粉砕し、粉末状の溶融固化物を得た。得られた溶融固化物について粉末X線回折パターンを確認したところ、結晶性の回折線は確認されず非晶質体であることが確認された(図1)。
(Example 1)
(A) Melting step Using sodium hydrogen phosphate (NaH 2 PO 4 ) and manganese oxide (Mn 3 O 4 ) as raw materials, in mol%, Na 2 O 33.3%, Mn O 2 33.3%, P 2 O. The raw material powder was prepared so as to have a composition of 5 33.3%, and melted in an air atmosphere at 1050 ° C. for 15 minutes. Then, it was poured onto an iron plate and rapidly cooled to obtain a molten solidified product. This molten solidified product was pulverized with a planetary ball mill P7 manufactured by Fritch, Inc. to obtain a powdered molten solidified product. When the powder X-ray diffraction pattern of the obtained molten solidified product was confirmed, no crystalline diffraction line was confirmed and it was confirmed that it was an amorphous substance (FIG. 1).

得られた溶融固化物を、Hを5体積%含有するArガス雰囲気中で463℃、3時間焼成を行うことにより酸化物材料を得た。この酸化物材料について粉末X線回折パターンを確認したところ、NaMnP結晶(三斜晶系空間群P1)が析出していることが確認された(図2)。The obtained molten solidified product was calcined at 463 ° C. for 3 hours in an Ar gas atmosphere containing 5% by volume of H 2 to obtain an oxide material. When the powder X-ray diffraction pattern of this oxide material was confirmed, it was confirmed that Na 2 MnP 2 O 7 crystals (triclinic space group P1) were precipitated (FIG. 2).

(b)粉砕・混合工程
上記で得られた酸化物材料と、導電性炭素としてアセチレンブラック(電気化学工業社製、デンカブラック)を、質量%で、酸化物材料90%、アセチレンブラック10%の割合で秤量し、遊星ボールミルFritch社製P7に投入した。大気雰囲気中で、800rpm、30分間粉砕及び混合して蓄電デバイス用正極活物質を得た。得られた正極活物質について、粉末X線回折パターンを確認したところ、非晶質相を含むことが確認された(図3)。
(B) Grinding / Mixing Step The oxide material obtained above and acetylene black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as conductive carbon are used in mass% of 90% of the oxide material and 10% of acetylene black. It was weighed at a ratio and put into P7 manufactured by Fritch, a planetary ball mill. A positive electrode active material for a power storage device was obtained by pulverizing and mixing at 800 rpm for 30 minutes in an air atmosphere. When the powder X-ray diffraction pattern of the obtained positive electrode active material was confirmed, it was confirmed that it contained an amorphous phase (FIG. 3).

さらに、解析・定量ソフトとしてMaterials Data Inc.製JADE Ver.6.0を用いて、前記回折線プロファイルのデータ解析を行った。まず、10〜60°の範囲における回折線プロファイルからバックグラウンの回折プロファイルを差し引いて回折プロファイルを得た後、既述の方法で非晶質相の含有量、NaMnP結晶含有量、NaMnP結晶の結晶子サイズを求めた。結果を表1に示す。Furthermore, as analysis / quantification software, Materials Data Inc. Made by JADE Ver. Data analysis of the diffraction line profile was performed using 6.0. First, the diffraction profile of the background is subtracted from the diffraction line profile in the range of 10 to 60 ° to obtain a diffraction profile, and then the amorphous phase content and the Na 2 MnP 2 O 7 crystal content are obtained by the method described above. , Na 2 MnP 2 O 7 crystal crystallite size was determined. The results are shown in Table 1.

(c)ナトリウムイオン二次電池の作製
上記にて得られた正極活物質に対し、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いて、正極活物質:バインダー=95:5(質量比)となるように秤量し、これらをN−メチルピロリドンに分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー化した。
(C) Preparation of Sodium Ion Secondary Battery The positive electrode active material obtained above is weighed using polyvinylidene fluoride as a binder so that the positive electrode active material: binder = 95: 5 (mass ratio). After dispersing these in N-methylpyrrolidone, the mixture was sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to form a slurry.

次に、隙間50μmのドクターブレードを用いて、正極集電体である厚さ20μmのアルミ箔上に、得られたスラリーをコートし、乾燥機にて70℃で乾燥後、一対の回転ローラー間に通し、1t/cmでプレスすることにより電極シートを得た。電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、160℃で6時間乾燥させ、円形の作用極を得た。Next, using a doctor blade with a gap of 50 μm, the obtained slurry is coated on an aluminum foil having a thickness of 20 μm, which is a positive electrode current collector, dried at 70 ° C. in a dryer, and then between a pair of rotating rollers. An electrode sheet was obtained by passing through and pressing at 1 t / cm 2 . The electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and dried at 160 ° C. for 6 hours to obtain a circular working electrode.

次に、得られた作用極を、コインセルの下蓋の上に、アルミ箔面を下に向けて載置し、その上に200℃で8時間乾燥させたガラスフィルター、60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜(ヘキストセラニーズ社製 セルガード#2400)からなるセパレータ、及び、対極である金属ナトリウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M NaPF溶液/EC:DEC=1:1(EC=エチレンカーボネート DEC=ジエチルカーボネート)を用いた。なお試験電池の組み立ては露点温度−70℃以下、酸素濃度0.2ppm未満のアルゴン雰囲気環境下で行った。Next, the obtained working electrode was placed on the lower lid of the coin cell with the aluminum foil surface facing down, and the glass filter was dried at 200 ° C. for 8 hours, and the pressure was reduced at 60 ° C. for 8 hours. A test battery was prepared by laminating a separator made of a dry polypropylene porous membrane having a diameter of 16 mm (Celguard # 2400 manufactured by Hoechst Ceramics) and metallic sodium as a counter electrode. As the electrolytic solution, 1M NaPF 6 solution / EC: DEC = 1: 1 (EC = ethylene carbonate DEC = diethyl carbonate) was used. The test battery was assembled in an argon atmosphere environment with a dew point temperature of −70 ° C. or lower and an oxygen concentration of less than 0.2 ppm.

(d)充放電試験
充放電試験は次のように行った。30℃で開回路電圧(OCV)から4.5VまでCC(定電流)充電(正極活物質からのナトリウムイオン放出)を行い、正極活物質の単位質量中に充電された電気量(充電容量)を求めた。次に、4.5Vから2VまでCC放電(正極活物質へのナトリウムイオン吸蔵)させ、正極活物質の単位質量中に放電された電気量(初回放電容量)を求めた。以降は、2V〜4.5Vで繰り返しCC充放電させて充放電容量を求めた。なお、充電と放電のCレートは0.1C(=0.07mA)で行った。また、放電容量維持率として、繰り返し充放電させた際の初回放電容量対する50サイクル目の放電容量の割合を求めた。結果を表1に示す。なお、図4に実施例1の充放電曲線を示す。
(D) Charge / discharge test The charge / discharge test was performed as follows. CC (constant current) charging (release of sodium ions from the positive electrode active material) is performed from the open circuit voltage (OCV) to 4.5 V at 30 ° C., and the amount of electricity charged in the unit mass of the positive electrode active material (charging capacity). Asked. Next, CC discharge (sodium ion storage in the positive electrode active material) was performed from 4.5 V to 2 V, and the amount of electricity discharged (initial discharge capacity) in the unit mass of the positive electrode active material was determined. After that, CC charge / discharge was repeatedly performed at 2 V to 4.5 V to determine the charge / discharge capacity. The C rate for charging and discharging was 0.1 C (= 0.07 mA). Further, as the discharge capacity retention rate, the ratio of the discharge capacity in the 50th cycle to the initial discharge capacity when repeatedly charged and discharged was obtained. The results are shown in Table 1. Note that FIG. 4 shows the charge / discharge curve of Example 1.

(比較例1)
炭酸水素ナトリウム(NaHCO)、シュウ酸マンガン(MnC)、リン酸ニアンモニウム((NHHPO)を原料とし、モル%で、NaO 33.3%、MnO 33.3%、P 33.3%の組成となるように原料粉末を調合して原料バッチを作製した。原料バッチの固形分濃度が30質量%になるようにエタノールを添加して、実施例1で使用した遊星ボールミルを用いて、500rpm、1時間、湿式粉砕混合を行った。
(Comparative Example 1)
Sodium bicarbonate (NaHCO 3), manganese oxalate (MnC 2 O 4), the diammonium phosphate ((NH 4) 2 HPO 4 ) as a raw material, in mol%, Na 2 O 33.3%, MnO 2 33 Raw material powders were mixed so as to have a composition of .3% and P 2 O 5 33.3% to prepare a raw material batch. Ethanol was added so that the solid content concentration of the raw material batch was 30% by mass, and wet pulverization and mixing was carried out at 500 rpm for 1 hour using the planetary ball mill used in Example 1.

エバポレータを用いてエタノールを除去した後、30MPaでプレスすることで圧粉体を作製し、600℃、12時間、Hを5体積%含有するArガス雰囲気中で焼成を行った。得られた試料を、上記の遊星ボールミルを用いて500rpm、1時間乾式粉砕することで、正極活物質を得た。得られた正極活物質について粉末X線回折プロファイルを確認したところ、非晶質相は確認されずNaMnP結晶由来の回折線のみが確認された。回折線プロファイルから、既述の方法により非晶質相の含有量、NaMnP結晶含有量、NaMnP結晶の結晶子サイズを求めた。結果を表1に示す。After removing ethanol with an evaporator, to prepare a green compact by pressing at 30 MPa, 600 ° C., 12 hours, sintering was carried out in an Ar gas atmosphere containing H 2 5% by volume. The obtained sample was dry-pulverized at 500 rpm for 1 hour using the above planetary ball mill to obtain a positive electrode active material. When the powder X-ray diffraction profile of the obtained positive electrode active material was confirmed, no amorphous phase was confirmed, and only diffraction lines derived from Na 2 MnP 2 O 7 crystals were confirmed. From the diffraction line profile, the content of the amorphous phase by the method described above, Na 2 MnP 2 O 7 crystal content was determined crystallite size of Na 2 MnP 2 O 7 crystals. The results are shown in Table 1.

得られた正極活物質に、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを、導電助剤として高導電性カーボン(Timcal社製SuperC65)を、正極活物質:バインダー:導電助剤=75:5:20(質量比)となるように秤量し、これらをN−メチルピロリドンに分散した後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー化した。得られたスラリーを用いて、実施例1と同様にして試験電池を作製し、充放電試験を行った。結果を表1に示す。 The obtained positive electrode active material contains polyvinylidene fluoride as a binder, highly conductive carbon (Super C65 manufactured by Timcal) as a conductive auxiliary agent, and positive electrode active material: binder: conductive auxiliary agent = 75: 5: 20 (mass ratio). These were weighed so as to be, dispersed in N-methylpyrrolidone, and then sufficiently stirred with a rotating / revolving mixer to form a slurry. Using the obtained slurry, a test battery was prepared in the same manner as in Example 1, and a charge / discharge test was performed. The results are shown in Table 1.

Figure 0006758191
Figure 0006758191

表1に示すように、実施例1の正極活物質は非晶質相を含有するため、初回放電容量が93mAh/gと高く、放電容量維持率も82%と高かった。一方、比較例1の正極活物質は非晶質相を含まないため、初回放電容量が16mAh/gと低かった。なお、表1において、非晶質含有量、およびNaMnP結晶含有量は、いずれも質量%である。As shown in Table 1, since the positive electrode active material of Example 1 contained an amorphous phase, the initial discharge capacity was as high as 93 mAh / g, and the discharge capacity retention rate was also as high as 82%. On the other hand, since the positive electrode active material of Comparative Example 1 did not contain an amorphous phase, the initial discharge capacity was as low as 16 mAh / g. In Table 1, the amorphous content and the Na 2 MnP 2 O 7 crystal content are both mass%.

本発明の蓄電デバイス用正極活物質は、電気自動車、電気工具、バックアップ用非常電源等に用いられるナトリウムイオン二次電池用正極活物質として好適である。 The positive electrode active material for a power storage device of the present invention is suitable as a positive electrode active material for a sodium ion secondary battery used in an electric vehicle, an electric tool, an emergency power source for backup, and the like.

Claims (8)

一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表され、非晶質相を30質量%以上含有する酸化物材料を含有することを特徴とする蓄電デバイス用正極活物質。 At least one of the general formula Na x (Mn 1-a M a) y P 2 O z (M selected from the group consisting of Cr, Fe, Co and Ni, 1.2 ≦ x ≦ 2.3,0.95 For a power storage device represented by ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8) and containing an oxide material containing an amorphous phase in an amount of 30% by mass or more. Positive electrode active material. さらに、導電性炭素を含有することを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス用正極活物質。 The positive electrode active material for a power storage device according to claim 1, further comprising conductive carbon. 質量%で、前記酸化物材料 80〜99.5%、及び前記導電性炭素 0.5〜20%を含有することを特徴とする請求項2に記載の蓄電デバイス用正極活物質。 The positive electrode active material for a power storage device according to claim 2, wherein the oxide material contains 80 to 99.5% and the conductive carbon contains 0.5 to 20% in mass%. 一般式NaMnPで表される三斜晶系結晶を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用正極活物質。 The positive electrode active material for a power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the triclinic crystal represented by the general formula Na 2 MnP 2 O 7 is contained. 一般式Na(Mn1−a(MはCr、Fe、Co及びNiからなる群より選ばれた少なくとも一種の遷移金属元素、1.2≦x≦2.3、0.95≦y≦1.6、0≦a≦0.9、7≦z≦8)で表される酸化物材料に対し、導電性炭素を添加し、粉砕しながら混合することにより、非晶質を含有する前記酸化物材料を含む蓄電デバイス用正極活物質粉末を得る正極活物質粉末作製工程、
前記蓄電デバイス用正極活物質粉末にバインダーを添加してスラリーを得るスラリー化工程、及び、
前記スラリーをシート化するシート化工程、
を備えることを特徴とする電極シートの製造方法。
General formula Na x (Mn 1-a M a ) y P 2 Oz (M is at least one transition metal element selected from the group consisting of Cr, Fe, Co and Ni, 1.2 ≦ x ≦ 2.3 , 0.95 ≦ y ≦ 1.6, 0 ≦ a ≦ 0.9, 7 ≦ z ≦ 8), by adding conductive carbon to the oxide material and mixing while pulverizing. A step of producing a positive electrode active material powder for obtaining a positive electrode active material powder for a power storage device containing the oxide material containing an amorphous phase ,
A slurrying step of adding a binder to the positive electrode active material powder for a power storage device to obtain a slurry, and
Sheet making step of making the slurry into a sheet,
A method for manufacturing an electrode sheet, which comprises.
前記酸化物材料として、溶融固化物を用いることを特徴とする請求項5に記載の電極シートの製造方法。 The method for producing an electrode sheet according to claim 5, wherein a molten solidified product is used as the oxide material. 前記酸化物材料として、前記溶融固化物に熱処理を施して得られた結晶化物を用いることを特徴とする請求項6に記載の電極シートの製造方法。 The method for producing an electrode sheet according to claim 6, wherein a crystallized product obtained by subjecting the molten solidified product to heat treatment is used as the oxide material. 前記正極活物質粉末作製工程において、前記酸化物材料に対し、前記導電性炭素を添加し、遊星ボールミルにより粉砕しながら混合することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の電極シートの製造方法。 The invention according to any one of claims 5 to 7, wherein in the positive electrode active material powder manufacturing step, the conductive carbon is added to the oxide material and mixed while being pulverized by a planetary ball mill. Method of manufacturing electrode sheet.
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