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JP6741390B2 - Positive electrode material, paste and sodium ion battery - Google Patents
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JP6741390B2 - Positive electrode material, paste and sodium ion battery - Google Patents

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Description

本発明は、正極材料、ペースト及びナトリウムイオン電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode material, a paste and a sodium ion battery.

近年、電力負荷平準化、非常用電源としての利用、再生可能エネルギーの安定化等、エネルギーコスト削減や環境負荷低減への取り組みにおいて、定置型二次電池の検討が行われている。特に、このような取り組みでは、安価な材料を使用したナトリウムイオン二次電池が検討されている(例えば、特許文献1、2参照)。
また、電子伝導性を高めるために、有機物の熱分解により、正極活物質の粒子の表面を炭素質材料で均一に被覆し、この正極活物質の電流密度を向上させた正極材料が知られている(例えば、特許文献3参照)。
In recent years, stationary secondary batteries have been studied in efforts to reduce energy costs and reduce environmental load such as power load leveling, use as an emergency power source, and stabilization of renewable energy. In particular, in such efforts, sodium ion secondary batteries using inexpensive materials have been studied (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Further, there is known a positive electrode material in which the surface of the particles of the positive electrode active material is uniformly coated with a carbonaceous material by thermal decomposition of an organic substance in order to enhance the electron conductivity, and the current density of the positive electrode active material is improved. (For example, see Patent Document 3).

新規のナトリムイオン電池用の正極活物質である、構造内の2つのMOが稜共有してなるM10二量体結晶構造を有するNa(SOで表わされるナトリウム硫酸塩化合物を含む正極活物質(Na(SO(但し、MはFe、Mn、Co、Ni等の遷移金属元素))が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
この正極活物質は、従来の単斜晶構造やナシコン型構造のナトリウム硫酸塩化合物と異なり、正極材料として用いた場合、3.6V vs.Na以上で放電反応を起こす上に、Na、Fe、S、O等の資源量が豊富な元素から構成される低コスト材料であるので、ナトリウムイオン電池用正極活物質として非常に有望な材料として期待されている。
Sodium represented by Na x M y (SO 4 ) y having a M 2 O 10 dimer crystal structure in which two MO 6 in the structure share edges, which is a positive electrode active material for a novel sodium ion battery A positive electrode active material containing a sulfate compound (Na 2 M 2 (SO 4 ) 3 (where M is a transition metal element such as Fe, Mn, Co, or Ni)) has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). ).
This positive electrode active material is different from the conventional sodium sulfate compound having a monoclinic structure or a Nasicon type structure, and when used as a positive electrode material, 3.6 V vs. Since it is a low-cost material composed of elements with abundant resources such as Na, Fe, S, and O in addition to causing a discharge reaction with Na or more, it is a very promising material as a positive electrode active material for sodium ion batteries. Is expected.

特表2000−509193号公報Japanese Patent Publication No. 2000-509193 特開2009−266821号公報JP, 2009-266821, A 特開2001−015111号公報JP 2001-015111 A

https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34490.html 216.Materials Exploration in Na-Fe-S-O System: Crystal Structure(17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014)https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34490.html 216.Materials Exploration in Na-Fe-S-O System: Crystal Structure (17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014) https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper35323.html 217.Comparative Studies of Li Versus Na System: Phase Diagram and New Polyanion Cathodes(17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014)https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper35323.html 217.Comparative Studies of Li Versus Na System: Phase Diagram and New Polyanion Cathodes (17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014) https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html 218.Materials Exploration in Na-Fe-S-O System: Synthesis and Electrochemistry(17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014)https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html 218.Materials Exploration in Na-Fe-S-O System: Synthesis and Electrochemistry (17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014) https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper35663.html 219.Na-Fe-S-O System As Cathode Materials for Na-Ion Batteries: An Ab Initio Study(17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014)https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper35663.html 219.Na-Fe-S-O System As Cathode Materials for Na-Ion Batteries: An Ab Initio Study (17th International Meeting on Lithium Batteries, 2014)

しかしながら、新規の結晶構造を有する、ナトリウム硫酸塩化合物を含む正極活物質については、電子伝導性が低く、水への溶解性に問題があるため、高速充放電レートにおける放電容量等の電池特性やサイクル特性を向上させるためには、ナトリウム硫酸塩化合物粒子表面に炭素質材料を均一に被覆する必要がある。
また、従来、有機物の熱分解により、正極活物質の粒子の表面を炭素質材料で均一に被覆しているが、ナトリウム硫酸塩化合物を含む正極活物質は熱安定性が低いため、低温プロセスにより炭素質材料を被覆する必要がある。
However, a positive electrode active material containing a sodium sulfate compound having a novel crystal structure has low electron conductivity and has a problem of solubility in water, and therefore battery characteristics such as discharge capacity at a fast charge/discharge rate and In order to improve the cycle characteristics, it is necessary to uniformly coat the surface of the sodium sulfate compound particles with the carbonaceous material.
Further, conventionally, the surface of the particles of the positive electrode active material is uniformly coated with the carbonaceous material by the thermal decomposition of the organic matter, but the positive electrode active material containing the sodium sulfate compound has low thermal stability, so that the low temperature process It is necessary to coat the carbonaceous material.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐水性に優れ、電子伝導性が高く、ナトリウムイオン二次電池に好適に用いられる正極材料、ペースト及びナトリウムイオン電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a positive electrode material, a paste, and a sodium ion battery that are excellent in water resistance, have high electron conductivity, and are preferably used in a sodium ion secondary battery. To aim.

本発明の正極材料は、構造内の2つのMOが稜共有して二量体を形成したM10二量体結晶構造を有するNa(SO(但し、MはSc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Agの群から選択される1種または2種以上、1.6≦x≦2.4、1.6≦y≦2.4、2.4≦z≦3.6)で表されるナトリウム硫酸塩化合物を含有してなる正極活物質粒子と、該正極活物質粒子の表面を被覆する炭素質被膜とからなる炭素質電極活物質複合粒子を含み、前記正極活物質粒子の表面における前記炭素質被膜の被覆率は、60%以上、前記炭素質被膜の平均厚さが2.1nm以上かつ16.3nm以下、前記炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率が0.71質量%以上かつ7.12質量%以下であることを特徴とする。 The positive electrode material of the present invention, Na x M y (SO 4 ) z having two M 2 MO 6 were formed edge-sharing to dimers O 10 dimeric crystal structure in the structure (where, M is One or more selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag; 1.6≦x≦2.4, 1.6≦y≦2.4, 2.4≦z≦3.6), and positive electrode active material particles containing a sodium sulfate compound, A carbonaceous electrode active material composite particle comprising a carbonaceous coating covering the surface of the positive electrode active material particles, wherein the carbonaceous coating has a coverage of 60% or more on the surface of the positive electrode active material particles. Has an average thickness of 2.1 nm or more and 16.3 nm or less, and the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles is 0.71% by mass or more and 7.12% by mass or less. To do.

本発明のペーストは、本発明の正極材料と、導電助剤と、結着剤と、を含有してなることを特徴とする。 The paste of the present invention is characterized by containing the positive electrode material of the present invention, a conductive auxiliary agent, and a binder.

本発明のナトリウムイオン電池は、本発明のペーストを用いて集電体の一主面に正極が形成されてなる電極板を備えてなることを特徴とする。 The sodium ion battery of the present invention is characterized by comprising an electrode plate having a positive electrode formed on one main surface of a current collector using the paste of the present invention.

本発明の正極材料によれば、構造内の2つのMOが稜共有して二量体を形成したM10二量体結晶構造を有するNa(SO で表されるナトリウム硫酸塩化合物を含有してなる正極活物質粒子の一次粒子の表面における炭素質被膜の被覆率が高いので、耐水性に優れ、電子伝導性が高いため、ナトリウムイオン二次電池に好適に用いることができる。これにより、電池容量のサイクル劣化を大幅に改善できる。 According to the positive electrode material of the present invention, two MO 6 in the structure are represented by Na x M y (SO 4 ) z having an M 2 O 10 dimer crystal structure in which a ridge is shared to form a dimer. The high coverage of the carbonaceous coating on the surface of the primary particles of the positive electrode active material particles containing the sodium sulfate compound, which is excellent in water resistance and electron conductivity, makes it suitable for sodium ion secondary batteries. Can be used. Thereby, cycle deterioration of battery capacity can be significantly improved.

本発明のペーストによれば、本発明の正極材料を含有しているので、このペーストを集電体の一主面に塗布して正極を形成し、電極板とした場合に、高容量かつ高エネルギー密度である電極板を提供することができる。 Since the paste of the present invention contains the positive electrode material of the present invention, when this paste is applied to one main surface of the current collector to form a positive electrode and used as an electrode plate, it has a high capacity and high capacity. An electrode plate having an energy density can be provided.

本発明のナトリウムイオン電池によれば、本発明の正極材料を含有するペーストを用いて集電体の一主面に正極が形成されてなる電極板を備えているので、高容量かつ高エネルギー密度であるナトリウムイオン電池を提供することができる。 According to the sodium ion battery of the present invention, since the positive electrode is formed on one main surface of the current collector by using the paste containing the positive electrode material of the present invention, a high capacity and a high energy density are obtained. It is possible to provide a sodium ion battery.

本発明の正極材料、ペースト及びナトリウムイオン電池を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
Modes for carrying out the positive electrode material, paste, and sodium ion battery of the present invention will be described.
It should be noted that this mode is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the invention unless otherwise specified.

[正極材料]
本実施形態の正極材料は、構造内の2つのMOが稜共有して二量体を形成したM10二量体結晶構造を有するNa(SO (但し、MはSc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Agの群から選択される1種または2種以上、1.6≦x≦2.4、1.6≦y≦2.4、2.4≦z≦3.6)で表されるナトリウム硫酸塩化合物を含有してなる正極活物質粒子と、該正極活物質粒子の表面を被覆する炭素質被膜とからなる炭素質電極活物質複合粒子を含むことを特徴とする。
[Cathode material]
The positive electrode material of the present embodiment has a Na x M y (SO 4 ) z (provided that M 2 O 10 dimer crystal structure has a structure in which two MO 6 in the structure share edges to form a dimer) Is one or more selected from the group of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag. , 1.6≦x≦2.4, 1.6≦y≦2.4, 2.4≦z≦3.6), and positive electrode active material particles containing the sodium sulfate compound. It is characterized in that it contains carbonaceous electrode active material composite particles comprising a carbonaceous coating film covering the surface of the positive electrode active material particles.

本実施形態において、Na(SO で表されるナトリウム硫酸塩化合物の粒子は、非特許文献3(https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html)に記載されている、NaSOと、FeSO(無水)とを原料とする製造方法(合成方法)に基づいて作製されるものである。 In the present embodiment, Na x M y (SO 4 ) particles of sodium sulfate compounds represented by z, the non-patent document 3 (https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html ), which is produced based on the production method (synthesis method) using Na 2 SO 4 and FeSO 4 (anhydrous) as raw materials.

Mについては、Fe、Mn、Co、Niが、高い放電電位等の点から好ましい。
また、Na(SO は、Na(SOであることが好ましく、NaFe(SOであることがより好ましい。
Regarding M, Fe, Mn, Co, and Ni are preferable from the viewpoint of high discharge potential and the like.
Further, Na x M y (SO 4 ) z is preferably Na 2 M 2 (SO 4) is 3, Na 2 Fe 2 (SO 4) and more preferably 3.

本実施形態では、炭素質被膜が、後述する500℃以下の低温プロセスによって形成されたことが好ましい。炭素質被膜が、500℃以下の低温プロセスによって形成されることにより、熱安定性の低い、上記のナトリウム硫酸塩化合物を含む正極活物質粒子を、熱により劣化させることなく、高い被覆率で炭素質被膜を形成することができる。
ここで、炭素質とは、炭素単体または炭素を主成分とする炭素材料のことである。
また、「正極活物質粒子の表面が炭素質被膜で被覆されている」とは、正極活物質粒子の表面を炭素質からなる被膜(炭素質被膜)にて覆っている状態の他、正極活物質粒子の表面に炭素単体からなる粒子または炭素を主成分とする炭素材料からなる粒子が複数個付着または結合している状態、正極活物質粒子の表面に炭素単体からなる粒子または炭素を主成分とする炭素材料からなる粒子が複数個凝集してなる凝集体が複数個付着または結合している状態、のいずれか1種以上の状態を有するということである。
In the present embodiment, it is preferable that the carbonaceous film is formed by a low temperature process of 500° C. or lower described later. Since the carbonaceous film is formed by a low temperature process of 500° C. or lower, the positive electrode active material particles containing the above sodium sulfate compound, which have low thermal stability, do not deteriorate due to heat and have a high carbon coverage. A quality coating can be formed.
Here, the carbonaceous material means a carbon simple substance or a carbon material containing carbon as a main component.
Further, "the surface of the positive electrode active material particles is covered with a carbonaceous film" means that the surface of the positive electrode active material particles is covered with a film made of carbonaceous material (carbonaceous film). A state in which a plurality of particles made of simple carbon or particles made of a carbon material containing carbon as a main component are attached or bonded to the surface of the substance particles, particles made of simple carbon or a main component of carbon on the surface of the positive electrode active material particles That is, a state in which a plurality of agglomerates formed by aggregating a plurality of particles of a carbon material are attached or bonded to each other is provided.

炭素質被膜で被覆された正極活物質粒子(炭素質電極活物質複合粒子)の一次粒子の平均粒子径は、0.05μm以上かつ20μm以下が好ましく、より好ましくは0.1μm以上かつ5μm以下である。
ここで、炭素質電極活物質複合粒子の一次粒子の平均粒子径は、0.05μm以上かつ20μm以下が好ましい理由は、炭素質電極活物質複合粒子の一次粒子の平均粒子径が0.05μm未満では、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するばかりでなく、炭素被覆が困難となり、十分な被覆率の一次粒子を得ることができず、電解液への遷移金属イオン溶出の抑制効果が十分に得られないからである。一方、炭素質電極活物質複合粒子の一次粒子の平均粒子径が20μmを超えると、炭素質電極活物質複合粒子内でのナトリウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって、内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくないばかりか、本実施形態のペーストを用いて塗膜を形成した場合に、塗膜にダマ状やブツ状の異物やスジ状の凹みが発生し、均一な厚さの塗膜を得られないからである。
The average particle diameter of the primary particles of the positive electrode active material particles (carbonaceous electrode active material composite particles) coated with the carbonaceous film is preferably 0.05 μm or more and 20 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. is there.
Here, the average particle size of the primary particles of the carbonaceous electrode active material composite particles is preferably 0.05 μm or more and 20 μm or less because the average particle size of the primary particles of the carbonaceous electrode active material composite particles is less than 0.05 μm. Then, not only does the required carbon mass increase due to the increase in the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles, the charge/discharge capacity is reduced, but also carbon coating becomes difficult, and primary particles with a sufficient coverage ratio are obtained. This is because it cannot be obtained, and the effect of suppressing transition metal ion elution into the electrolytic solution cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the average particle size of the primary particles of the carbonaceous electrode active material composite particles exceeds 20 μm, it takes time for the sodium ions or electrons to move within the carbonaceous electrode active material composite particles, so that the internal resistance increases. Not only unfavorably, the output characteristics are deteriorated and the output characteristics are deteriorated.However, when a coating film is formed using the paste of the present embodiment, lump-like or lump-like foreign matter or streak-shaped dents are generated in the coating film, and the coating is uniform. This is because a coating film having a different thickness cannot be obtained.

本実施形態の正極材料では、炭素質被膜によって、正極材料から電解液へ遷移金属イオンが溶出するのを抑制する点、および、正極活物質粒子同士の間でイオン伝導性を高める点から、炭素質電極活物質複合粒子が、炭素質被膜で被覆された正極活物質粒子の一次粒子を複数個凝集した凝集粒子からなり、かつ、その一次粒子間に炭素質被膜を介在させてなることが好ましい。
炭素質電極活物質複合粒子を、炭素質被膜で被覆された正極活物質粒子の一次粒子を複数個凝集した凝集粒子とした場合、この凝集粒子の平均凝集粒子径は、0.5μm以上かつ100μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上かつ20μm以下である。
In the positive electrode material of the present embodiment, the carbonaceous film suppresses the elution of transition metal ions from the positive electrode material into the electrolytic solution, and improves the ionic conductivity between the positive electrode active material particles. It is preferable that the composite electrode active material particles are agglomerated particles obtained by aggregating a plurality of primary particles of the positive electrode active material particles coated with a carbonaceous coating, and the carbonaceous coating is interposed between the primary particles. ..
When the carbonaceous electrode active material composite particles are aggregated particles obtained by aggregating a plurality of primary particles of the positive electrode active material particles coated with a carbonaceous film, the average aggregated particle size of the aggregated particles is 0.5 μm or more and 100 μm or more. The following is preferable, and more preferably 1 μm or more and 20 μm or less.

ここで、凝集粒子の平均凝集粒子径を上記の範囲とした理由は、平均凝集粒子径が0.5μm未満では、凝集粒子が細かすぎるために舞い易くなり、正極形成用ペーストを作製する際に取り扱いが困難になるからである。一方、平均凝集粒子径が100μmを超えると、電池用正極を作製した際に、乾燥後の正極の膜厚を超える大きさの凝集粒子が存在する可能性が高くなり、したがって、正極の膜厚の均一性を保持することができなくなるからである。 Here, the reason for setting the average agglomerated particle diameter of the agglomerated particles to the above range is that when the average agglomerated particle diameter is less than 0.5 μm, the agglomerated particles are too fine and thus easily fly, and when the positive electrode forming paste is produced. It is difficult to handle. On the other hand, when the average agglomerated particle diameter exceeds 100 μm, there is a high possibility that agglomerated particles having a size exceeding the thickness of the dried positive electrode will be present when the positive electrode for a battery is produced, and therefore, the thickness of the positive electrode This is because it becomes impossible to maintain the uniformity of.

凝集粒子の平均凝集粒子径は、炭素質被膜で被覆されている、正極活物質粒子の平均粒子径の測定方法と同様で、SEM等を用いて観察してもよく、水等に分散させてレーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて個数平均粒子径を測定してもよい。 The average agglomerated particle size of the agglomerated particles is the same as the method for measuring the average particle size of the positive electrode active material particles coated with a carbonaceous film, and may be observed using an SEM or the like, or dispersed in water or the like. The number average particle diameter may be measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device or the like.

凝集体の体積密度は、水銀ポロシメーターを用いて測定することができ、この凝集粒子を中実とした場合の体積密度の40体積%以上かつ95体積%以下が好ましく、より好ましくは60体積%以上かつ90体積%以下である。 The volume density of the aggregate can be measured using a mercury porosimeter, and is preferably 40% by volume or more and 95% by volume or less, more preferably 60% by volume or more of the volume density when the aggregated particles are solid. And 90% by volume or less.

このように、凝集粒子の体積密度を40体積%以上とすることで、凝集粒子が緻密化することにより凝集粒子の強度が増し、例えば、本実施形態の正極材料をバインダー、導電助剤、溶媒と混合して電極スラリーを調製する際に凝集粒子が崩れ難くなり、その結果、電極スラリーの粘度の上昇が抑制され、かつ流動性が保たれることにより、塗工性が良くなるとともに、電極スラリーの塗膜における電極材料の充填性の向上を図ることもできる。 As described above, by setting the volume density of the aggregated particles to 40% by volume or more, the aggregated particles are densified to increase the strength of the aggregated particles, and, for example, the positive electrode material of the present embodiment includes the binder, the conductive additive, and the solvent. Aggregated particles are less likely to collapse when preparing an electrode slurry by mixing with, as a result, increase in viscosity of the electrode slurry is suppressed, and by maintaining fluidity, coatability is improved and the electrode is It is also possible to improve the filling property of the electrode material in the slurry coating film.

正極活物質粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、透過電子顕微鏡(TEM)、エネルギー分散型X線分光器(EDX)等を用いて測定することができる。
本実施形態における正極活物質粒子では、ナトリウムイオン電池の正極材料として用いる際にナトリウムイオンの脱挿入に関わる反応を正極活物質粒子の表面全体で均一に行うために、その表面の60%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上が炭素質被膜にて被覆されていることが好ましい。
ここで、正極活物質粒子の表面における炭素質被膜の被覆率を60%以上とした理由は、被覆率が60%未満では、正極活物質粒子の表面が露出して水分が吸着し易くなり、この吸着した水分により生成するフッ化水素酸により電池構成部材が劣化し、また、充放電による水の分解によりガス発生が発生して電池内の内圧が増大し、電池が破壊するおそれがあるので好ましくないからである。
本実施形態において、正極活物質粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて得られる正極活物質粒子断面の粒子表面長さに対して、炭素質被膜で覆われている表面長さの割合を測定し、50個の粒子に対して同様に測定して平均した値とする。
The coverage of the carbonaceous film on the surface of the positive electrode active material particles can be measured using a transmission electron microscope (TEM), an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX), or the like.
In the positive electrode active material particles in the present embodiment, 60% or more of the surface of the positive electrode active material particles is used in order to uniformly carry out the reaction relating to the insertion and removal of sodium ions when used as the positive electrode material of a sodium ion battery. More preferably, 80% or more, and even more preferably 90% or more, is covered with a carbonaceous film.
Here, the reason why the coverage of the carbonaceous coating on the surface of the positive electrode active material particles is 60% or more is that when the coverage is less than 60%, the surface of the positive electrode active material particles is exposed and water is easily adsorbed, The hydrofluoric acid generated by the adsorbed water may deteriorate the battery constituent members, and the decomposition of water by charging/discharging may generate gas to increase the internal pressure in the battery, which may damage the battery. This is because it is not preferable.
In the present embodiment, the coverage of the carbonaceous coating on the surface of the positive electrode active material particles is the carbonaceous coating with respect to the particle surface length of the cross section of the positive electrode active material particles obtained by using a transmission electron microscope (TEM). The ratio of the known surface length is measured, and 50 particles are similarly measured and averaged.

この炭素質中の酸素量は、末端または末端近傍に水酸基(−OH)、カルボニル基(>C=O)、カルボキシル基(−COOH)、エーテル結合、エステル結合のいずれか1種を含む酸素含有官能基の量に依存する。
そこで、この炭素質中の酸素含有率は、5.0質量%以下が好ましく、より好ましくは3.0質量%以下である。
The amount of oxygen in this carbonaceous material contains oxygen containing at least one of a hydroxyl group (-OH), a carbonyl group (>C=O), a carboxyl group (-COOH), an ether bond, and an ester bond at or near the end. It depends on the amount of functional groups.
Therefore, the oxygen content in the carbonaceous material is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less.

ここで、炭素質中の酸素含有率を5.0質量%以下とした理由は、炭素質中の酸素含有率が5.0質量%を超えると、充電時に炭素質中に存在する酸素含有官能基が酸化されて発生するガスにより、ナトリウムイオン電池内の内圧が増大し、その結果、ナトリウムイオン電池の破壊を引き起こすおそれがあるので好ましくないからである。
また、炭素質中の酸素含有率が5.0質量%を超えると、炭素質中の酸素含有官能基に吸着する水分量が増大し、ナトリウムイオン電池とした際に残存する水分により電解質であるNaPFが分解し、この分解により生成するフッ化水素酸が電池構成部材を劣化させる虞が生じるので好ましくないからである。
Here, the reason why the oxygen content in the carbonaceous material is 5.0% by mass or less is that when the oxygen content in the carbonaceous material exceeds 5.0% by mass, the oxygen-containing functional groups present in the carbonaceous material during charging. This is because the gas generated by the oxidation of the groups increases the internal pressure in the sodium ion battery, and as a result, the sodium ion battery may be destroyed, which is not preferable.
When the oxygen content in the carbonaceous material exceeds 5.0% by mass, the amount of water adsorbed on the oxygen-containing functional group in the carbonaceous material increases, and the water content in the sodium ion battery causes an electrolyte. This is because NaPF 6 is decomposed and hydrofluoric acid generated by this decomposition may deteriorate the battery constituent members, which is not preferable.

炭素質被膜の厚み(平均値)は、0.1nm以上かつ20nm以下であることが好ましい。
炭素質被膜の厚みを上記の範囲とした理由は、炭素質被膜の厚みが0.1nm未満であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成することができなくなり、その結果、導電性が低下し、正極材料としての導電性を確保することができなくなるからである。一方、炭素質被膜の厚みが20nmを超えると、電池活性、例えば、正極材料の単位質量あたりの電池容量が低下するからである。
The thickness (average value) of the carbonaceous coating is preferably 0.1 nm or more and 20 nm or less.
The reason for setting the thickness of the carbonaceous coating within the above range is that when the thickness of the carbonaceous coating is less than 0.1 nm, the thickness of the carbonaceous coating is too thin to form a film having a desired resistance value. This is because it becomes impossible, and as a result, the conductivity decreases, and the conductivity as the positive electrode material cannot be secured. On the other hand, when the thickness of the carbonaceous coating exceeds 20 nm, the battery activity, for example, the battery capacity per unit mass of the positive electrode material, decreases.

本実施形態の正極材料では、炭素質被膜によって、正極材料から電解液へ遷移金属イオンが溶出するのを抑制する点、および、正極活物質粒子同士の間でイオン伝導性を高める点から、炭素質電極活物質複合粒子が、炭素質被膜で被覆された正極活物質粒子の一次粒子を複数個凝集した凝集粒子からなり、かつ、その一次粒子間に炭素質被膜を介在させてなることが好ましい。 In the positive electrode material of the present embodiment, the carbonaceous film suppresses the elution of transition metal ions from the positive electrode material into the electrolytic solution, and improves the ionic conductivity between the positive electrode active material particles. It is preferable that the composite electrode active material particles are agglomerated particles obtained by aggregating a plurality of primary particles of the positive electrode active material particles coated with a carbonaceous coating, and the carbonaceous coating is interposed between the primary particles. ..

炭素質電極活物質複合粒子の比表面積は、0.1m/g以上かつ30m/g以下であることが好ましく、より好ましくは0.2m/g以上かつ20m/g以下である。
ここで、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積を0.1m/g以上かつ30m/g以下と限定した理由は、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が0.1m/g未満では、炭素質電極活物質複合粒子内でのナトリウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。一方、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が30m/gを超えると、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するので好ましくない。
The specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles is preferably 0.1 m 2 /g or more and 30 m 2 /g or less, and more preferably 0.2 m 2 /g or more and 20 m 2 /g or less.
Here, the reason why the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles is limited to 0.1 m 2 /g or more and 30 m 2 /g or less is that the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles is 0.1 m 2 /g. If it is less than the above range, it takes time for the sodium ions or electrons to move within the carbonaceous electrode active material composite particles, which increases the internal resistance and deteriorates the output characteristics, which is not preferable. On the other hand, when the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles exceeds 30 m 2 /g, the required carbon mass increases due to the increase in the specific surface area of the carbonaceous electrode active material composite particles, and the charge/discharge capacity decreases. Is not preferred.

なお、ここでいう「内部抵抗」とは、主として電子抵抗とナトリウムイオン移動抵抗とを合算したものであり、電子抵抗は炭素量、炭素の密度及び結晶性に比例し、ナトリウムイオン移動抵抗は炭素量、炭素の密度及び結晶性に反比例する。
内部抵抗の評価方法としては、例えば、電流休止法等が用いられる。この電流休止法では、内部抵抗は、配線抵抗、接触抵抗、電荷移動抵抗、ナトリウムイオン移動抵抗、正負電極におけるナトリウム反応抵抗、正負極間距離によって定まる極間抵抗、ナトリウムイオンの溶媒和、脱溶媒和に関わる抵抗およびナトリウムイオンのSEI(Solid Electrolyte Interface)移動抵抗の総和として測定される。
The "internal resistance" used here is mainly a sum of electronic resistance and sodium ion transfer resistance. Electronic resistance is proportional to the amount of carbon, carbon density and crystallinity, and sodium ion transfer resistance is carbon. Inversely proportional to amount, carbon density and crystallinity.
As a method of evaluating the internal resistance, for example, a current rest method or the like is used. In this current quiescent method, the internal resistance is wiring resistance, contact resistance, charge transfer resistance, sodium ion transfer resistance, sodium reaction resistance at positive and negative electrodes, interelectrode resistance determined by the distance between positive and negative electrodes, solvation of sodium ions, desolvation. It is measured as the sum of the resistance related to the sum and the SEI (Solid Electrolyte Interface) migration resistance of sodium ions.

炭素質電極活物質複合粒子の含水率は、5質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2.5質量%以下である。
ここで、炭素質電極活物質複合粒子の含水率を5質量%以下とした理由は、含水率が5質量%を超えると、この炭素質電極活物質複合粒子を用いてナトリウムイオン電池としたときに、残存する水分により電解質であるNaPFが分解し、これにより生成するフッ化水素酸が電池構成部材を劣化させるので好ましくないからである。
The water content of the carbonaceous electrode active material composite particles is preferably 5% by mass or less, and more preferably 2.5% by mass or less.
Here, the reason why the water content of the carbonaceous electrode active material composite particles is 5% by mass or less is that when the water content exceeds 5% by mass, when the carbonaceous electrode active material composite particles are used in a sodium ion battery. In addition, the residual water decomposes NaPF 6 which is an electrolyte, and hydrofluoric acid generated thereby deteriorates the battery constituent member, which is not preferable.

炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、0.3質量%以上かつ8.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以上かつ5.0質量%以下である。
ここで、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率を0.3質量%以上かつ8.0質量%以下とした理由は、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率が0.3質量%未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となるので好ましくない。一方、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率が8.0質量%を超えると、炭素中をナトリウムイオンが移動する距離が増加し、ナトリウムイオンが炭素質被膜中を拡散する際にナトリウムイオンの拡散速度の遅い炭素質被膜中を移動する距離が長くなり、よって、高速充放電レートにおける電圧低下が無視できなくなるので好ましくないからである。
The carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles is preferably 0.3% by mass or more and 8.0% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less. is there.
Here, the reason why the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles is 0.3% by mass or more and 8.0% by mass or less is that the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles is 0.3% by mass. If it is less than mass %, the discharge capacity at a high charge/discharge rate becomes low when a battery is formed, and it becomes difficult to realize sufficient charge/discharge rate performance, which is not preferable. On the other hand, when the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles exceeds 8.0% by mass, the distance that sodium ions move in the carbon increases, and when sodium ions diffuse in the carbonaceous film, sodium is diffused. This is because the distance that the ions move in the carbonaceous coating film having a slow diffusion rate becomes long, and hence the voltage drop at a high charge/discharge rate cannot be ignored, which is not preferable.

[電極材料の製造方法]
本実施形態の電極材料の製造方法は特に限定されないが、例えば、500℃以下の低温プロセスによって、Na(SO 粒子(一次粒子)の表面を炭素質被膜で被覆する工程を有する方法が挙げられる。
[Method of manufacturing electrode material]
The method for producing the electrode material of the present embodiment is not particularly limited. For example, a step of coating the surface of the Na x M y (SO 4 ) z particles (primary particles) with a carbonaceous film by a low temperature process of 500° C. or lower is performed. The method of having is mentioned.

Na(SO 粒子は、非特許文献3(https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html)に記載されている、NaSOと、FeSO(無水)とを原料とする製造方法(合成方法)に基づいて作製される。 Na x M y (SO 4 ) z particles are described in Non-Patent Document 3 (https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html), Na 2 SO 4 and FeSO. 4 (anhydrous) is used as a raw material and is produced based on a production method (synthesis method).

Na(SO 粒子の表面を炭素質被膜で被覆する方法としては、500℃以下の低温プロセスによって、Na(SO 粒子の表面に炭素質被膜を形成することができれば、特に限定されないが、例えば、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition、CVD)、物理気相成長(Physical Vapor Deposition、PVD)を用いた蒸着法、スパッタリングにより炭素質被膜を形成する方法、ビーズミルや遊星ミルを用いて、Na(SO 粒子と炭素源とを混合する方法、Na(SO 粒子と炭素源とを衝突させて、炭素質被膜を形成するハオブリダイゼーション法、Na(SO 粒子と炭素源とを混合した後、この混合物を加熱して、炭化させる方法等が挙げられる。 As a method for coating the surface of the Na x M y (SO 4) z particles carbonaceous coating, by 500 ° C. or less of a low temperature process to form a carbonaceous coating on the surface of the Na x M y (SO 4) z particles If possible, it is not particularly limited. using a bead mill or a planetary mill, a method of mixing the Na x M y (SO 4) z particles and carbon source, to collide with the Na x M y (SO 4) z particles and a carbon source, a carbonaceous coating A hybridization method for forming the mixture, a method of mixing Na x M y (SO 4 ) z particles and a carbon source, and then heating the mixture to carbonize the mixture are exemplified.

CVDで用いられる炭素源としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、メタン、アセチレン等のガスが挙げられる。
PVD及びスパッタリングで用いられる炭素源としては、例えば、黒鉛やグラファイトのターゲット材が挙げられる。
ビーズミルや遊星ミルを用いる方法及びハオブリダイゼーション法で用いられる炭素源としては、例えば、アセチレンブラック、導電ファーネス、ケッチェンブラック、グラファイト、グラフェン、酸化グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素粉末が挙げられる。
Na(SO 粒子と炭素源の混合物を加熱して、炭化させる方法で用いられる炭素源としては、例えば、グルコース、ラクトースやスクロースなどの糖類、グリセリンやエチレングリコールなどの有機溶剤、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等のポリマー、ビニルピロリドン、ビニルアルコール等のモノマー、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素粉末等が挙げられる。
Examples of the carbon source used in the CVD include alcohols such as methanol, ethanol and propanol, and gases such as methane and acetylene.
Examples of carbon sources used in PVD and sputtering include graphite and graphite target materials.
Examples of the carbon source used in the method using a bead mill or a planetary mill and the hybridization method include carbon powder such as acetylene black, conductive furnace, Ketjen black, graphite, graphene, graphene oxide, fullerene, and carbon nanotube.
By heating a mixture of Na x M y (SO 4) z particles and the carbon source, the carbon source used in the method of carbonization, for example, glucose, lactose and sugars such as sucrose, organic solvents such as glycerin, ethylene glycol Polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyacrylic acid, monomers such as vinylpyrrolidone and vinyl alcohol, carbon powder such as acetylene black, graphite and carbon nanotubes.

これらの炭素質被膜の形成方法によれば、熱安定性の低い、上記のナトリウム硫酸塩化合物を含む正極活物質粒子を、熱により劣化させることなく、高い被覆率で炭素質被膜を形成することができる。 According to these methods for forming a carbonaceous film, a carbonaceous film having a low thermal stability and having a high coverage can be formed without degrading the positive electrode active material particles containing the sodium sulfate compound by heat. You can

[ペースト]
本実施形態のペーストは、本実施形態の正極材料と、導電助剤と、結着剤と、を含有してなることを特徴とする。
[paste]
The paste of this embodiment is characterized by containing the positive electrode material of this embodiment, a conductive auxiliary agent, and a binder.

正極材料は、正極材料と導電助剤と結着剤の合計質量を100質量%とした場合に、70質量%以上かつ98質量%以下含有されるのが好ましく、85質量%以上かつ95質量%以下含有されるのがより好ましい。
上記の範囲で正極材料が含有されることにより、電池特性に優れた正極を得ることができる。
The positive electrode material is preferably contained in an amount of 70% by mass or more and 98% by mass or less, and 85% by mass or more and 95% by mass, when the total mass of the positive electrode material, the conductive additive and the binder is 100% by mass. More preferably, it is contained below.
By containing the positive electrode material in the above range, a positive electrode having excellent battery characteristics can be obtained.

導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素の群から選択される1種または2種以上を用いることができる。 The conductive additive is not particularly limited, but is selected from the group of fibrous carbon such as acetylene black, Ketjen black, furnace black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, etc. 1 One kind or two or more kinds can be used.

導電助剤は、正極材料と導電助剤と結着剤の合計質量を100質量%とした場合に、0.5質量%以上かつ15質量%以下含有されるのが好ましく、1質量%以上かつ10質量%以下含有されるのがより好ましく、2質量%以上かつ8質量%以下含有されるのがさらに好ましい。
ここで、導電助剤の含有量を上記の範囲とした理由は、導電助剤の含有量が0.5質量%未満では、本実施形態のペーストを用いて正極を形成した場合に、電子伝導性が十分ではなく、電池容量や充放電レートが低下するので好ましくないからである。一方、導電助剤の含有量が15質量%を超えると、正極中に占める正極材料が相対的に減少し、単位体積あたりのナトリウムイオン電池の電池容量が低下するので好ましくないからである。
The conductive additive is preferably contained in an amount of 0.5% by mass or more and 15% by mass or less and 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode material, the conductive auxiliary agent and the binder. The content is more preferably 10% by mass or less, further preferably 2% by mass or more and 8% by mass or less.
Here, the reason for setting the content of the conductive additive in the above range is that when the content of the conductive additive is less than 0.5% by mass, when the positive electrode is formed using the paste of the present embodiment, the electron conductivity is reduced. This is not preferable because the battery does not have sufficient properties and the battery capacity and charge/discharge rate decrease. On the other hand, if the content of the conductive additive exceeds 15% by mass, the positive electrode material in the positive electrode is relatively decreased, and the battery capacity of the sodium ion battery per unit volume is reduced, which is not preferable.

結着剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン等の群から選択される1種または2種以上が挙げられる。 The binder is not particularly limited, but for example, one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, or the like, or Two or more types may be mentioned.

結着剤は、正極材料と導電助剤と結着剤の合計質量を100質量%とした場合に、0.5質量%以上かつ10質量%以下含有されるのが好ましく、1質量%以上かつ7質量%以下含有されるのがより好ましい。
ここで、結着剤の含有量を上記の範囲とした理由は、結着剤の含有量が0.5質量%未満では、本実施形態のペーストを用いて塗膜を形成した場合に、塗膜と集電体の結着性が十分ではなく、正極の圧延形成時等において塗膜の割れや脱落が生じる場合があり好ましくないからである。
また、電池の充放電過程において塗膜が集電体から剥離し、電池容量や充放電レートが低下する場合があるため好ましくないからである。
一方、結着剤の含有量が10質量%を超えると、正極材料の内部抵抗が増大し、高速充放電レートにおける電池容量が低下する場合があるため好ましくないからである。
The binder is preferably contained in an amount of 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, when the total mass of the positive electrode material, the conductive additive and the binder is 100% by mass. It is more preferable that the content is 7% by mass or less.
Here, the reason for setting the content of the binder to the above range is that when the content of the binder is less than 0.5% by mass, when the coating film is formed using the paste of the present embodiment, This is because the binding property between the film and the current collector is not sufficient, and the coating film may be cracked or fallen off during rolling formation of the positive electrode, which is not preferable.
Further, it is not preferable because the coating film may be peeled off from the current collector during the charge/discharge process of the battery, which may reduce the battery capacity and the charge/discharge rate.
On the other hand, if the content of the binder exceeds 10% by mass, the internal resistance of the positive electrode material may increase and the battery capacity at a high charge/discharge rate may decrease, which is not preferable.

溶媒は、ペーストを塗布しやすくするために適宜混合すればよい。溶媒の種類は特に限定されず、例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The solvent may be appropriately mixed in order to facilitate the application of the paste. The type of solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol and the like, ethyl acetate. , Butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, esters such as γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve ), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether and other ethers, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone, cyclohexanone and other ketones, dimethylformamide, N , N-dimethylacetoacetamide, amides such as N-methylpyrrolidone, and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.

溶媒は、ペースト中に30質量%以上かつ70質量%以下となるように混合されるのが好ましい。換言すれば、正極材料と導電助剤と結着剤の合計質量は、ペースト中に30質量%以上かつ70質量%以下となるように含有されるのが好ましく、40質量%以上かつ60質量%以下含有されるのがより好ましい。このような範囲で混合されることにより、正極形成に優れ、かつ電池特性に優れた、正極形成用のペーストを得ることができる。 The solvent is preferably mixed in the paste in an amount of 30% by mass or more and 70% by mass or less. In other words, the total mass of the positive electrode material, the conductive additive, and the binder is preferably contained in the paste so as to be 30% by mass or more and 70% by mass or less, and 40% by mass or more and 60% by mass. More preferably, it is contained below. By mixing in such a range, it is possible to obtain a paste for forming a positive electrode, which is excellent in forming a positive electrode and excellent in battery characteristics.

本実施形態のペーストの製造方法は、正極材料、導電助剤、結着剤、溶媒を均一に混合できる方法であれば特に限定されず、例えば、ボールミル、サンドミル、プラネタリー(遊星式)ミキサー、ペイントシェーカー、ホモジナイザー等の混錬機を用いた方法が挙げられる。 The method for producing the paste of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly mixing the positive electrode material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the solvent, and examples thereof include a ball mill, a sand mill, a planetary (planetary type) mixer, A method using a kneading machine such as a paint shaker or a homogenizer can be used.

[電極板]
本実施形態の電極板は、本実施形態のペーストを用いて集電体の一主面に正極が形成されてなることを特徴とする。この電極板は、ナトリウムイオン電池の正極に用いられるものである。
[Electrode plate]
The electrode plate of the present embodiment is characterized in that a positive electrode is formed on one main surface of a current collector using the paste of the present embodiment. This electrode plate is used for the positive electrode of a sodium ion battery.

本実施形態の電極板の製造方法は、本実施形態の正極材料を用いて集電体の一方の面に正極を形成できる方法であれば特に限定されない。
例えば、本実施形態のペーストを、集電体の一方の面に塗布して塗膜とし、この塗膜を乾燥し、次いで、加圧圧着することにより、集電体の一方の面に正極が形成された電極板を得ることができる。
The method for manufacturing the electrode plate of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a positive electrode on one surface of the current collector using the positive electrode material of the present embodiment.
For example, the paste of the present embodiment is applied to one surface of the current collector to form a coating film, the coating film is dried, and then pressure-bonded to obtain a positive electrode on one surface of the current collector. The formed electrode plate can be obtained.

[ナトリウムイオン電池]
本実施形態のナトリウムイオン電池は、本実施形態の電極板を備えてなることを特徴とする。
[Sodium ion battery]
The sodium ion battery of the present embodiment is characterized by including the electrode plate of the present embodiment.

本実施形態のナトリウムイオン電池は、本実施形態の電極板からなる正極と、負極と、セパレーターと、電解液と、を備えてなる。 The sodium ion battery according to the present embodiment includes a positive electrode including the electrode plate according to the present embodiment, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution.

本実施形態のナトリウムイオン電池では、負極、電解液、セパレーター等は特に限定されない。
負極としては、例えば、金属Na、炭素材料、Na合金、LiTi12、NaTi12、NaTi、スズ系合金、ケイ素化合物等の負極材料を用いることができる。
また、電解液とセパレーターの代わりに、固体電解質を用いても良い。
In the sodium ion battery of this embodiment, the negative electrode, the electrolytic solution, the separator and the like are not particularly limited.
As the negative electrode, for example, a negative electrode material such as metallic Na, a carbon material, a Na alloy, Li 4 Ti 5 O 12 , Na 4 Ti 5 O 12 , Na 2 Ti 3 O 7 , a tin-based alloy, or a silicon compound can be used. it can.
A solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution and the separator.

電解液は、例えば、エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを、体積比で1:1となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸ナトリウム(Na PF)を、例えば、濃度1モル/dmとなるように溶解することで作製することができる。
セパレーターとしては、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
As the electrolytic solution, for example, ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 1:1 and the obtained mixed solvent is mixed with sodium hexafluorophosphate (Na PF 4 ). 6 ) can be prepared by, for example, dissolving so that the concentration becomes 1 mol/dm 3 .
As the separator, for example, porous propylene can be used.

本実施形態のナトリウムイオン電池では、本実施形態の電極板を正極として用いたので、高容量かつ高エネルギー密度である。 In the sodium ion battery of this embodiment, since the electrode plate of this embodiment is used as the positive electrode, it has high capacity and high energy density.

以上説明したように、本実施形態の正極材料によれば、構造内の2つのMOが稜共有して二量体を形成したM10二量体結晶構造を有するNa(SO で表されるナトリウム硫酸塩化合物を含有してなる正極活物質粒子の一次粒子の表面における炭素質被膜の被覆率が高いので、耐水性に優れ、電子伝導性が高いため、ナトリウムイオン二次電池に好適に用いることができる。また、Na(SO と電解液とが直接接触する面積が低減し、電解液へ遷移金属イオンが溶出するのを抑制することができる。
さらに、Na(SO から溶出した遷移金属イオンが炭素質被膜に捕捉され、負極へ遷移金属イオンが泳動するのを抑制することができる。これら効果によって、負極に到達する遷移金属イオン量を低減することができ、電池容量のサイクル劣化を大幅に改善できる。
As described above, according to the positive electrode material of the present embodiment, Na x M y (having a M 2 O 10 dimer crystal structure in which two MO 6 in the structure share edges to form a dimer). SO 4 ) z, which has a high coverage of the carbonaceous coating on the surface of the primary particles of the positive electrode active material particles containing the sodium sulfate compound, is excellent in water resistance and has high electron conductivity. It can be suitably used for an ion secondary battery. Further, it is possible to a Na x M y (SO 4) z and electrolyte contacting area is reduced directly, the transition metal ions can be inhibited from eluting into the electrolyte.
Furthermore, it is possible to transition metal ions eluted from the Na x M y (SO 4) z are captured in the carbonaceous coating, a transition metal ion to the negative electrode can be inhibited from migration. Due to these effects, the amount of transition metal ions reaching the negative electrode can be reduced, and cycle deterioration of battery capacity can be significantly improved.

本実施形態のペーストによれば、本実施形態の正極材料を含有しているので、このペーストを集電体の一主面に塗布して正極を形成し、電極板とした場合に、高容量かつ高エネルギー密度である電極板を提供することができる。 The paste of the present embodiment contains the positive electrode material of the present embodiment. Therefore, when the paste is applied to one main surface of the current collector to form a positive electrode and used as an electrode plate, a high capacity Moreover, an electrode plate having a high energy density can be provided.

本実施形態の電極板によれば、本実施形態の正極材料を含有しているので、高容量かつ高エネルギー密度である電極板を提供することができる。 Since the electrode plate of the present embodiment contains the positive electrode material of the present embodiment, it is possible to provide an electrode plate having a high capacity and a high energy density.

本実施形態のナトリウムイオン電池によれば、本実施形態の正極材料を含有するペーストを用いて集電体の一主面に正極が形成されてなる電極板を備えているので、高容量かつ高エネルギー密度であるナトリウムイオン電池を提供することができる。 According to the sodium ion battery of the present embodiment, since the positive electrode is formed on the one main surface of the current collector using the paste containing the positive electrode material of the present embodiment, it has a high capacity and high capacity. An energy density sodium ion battery can be provided.

以下、実施例1〜6及び比較例1、2により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
(正極材料の作製)
非特許文献3(https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html)に記載されている方法により、平均一次粒径が5.84μmのNaFe(SOを作製した。
原料となるNaSOと、FeSO(無水)とを、直径5mmのジルコニアビーズとともにポットに入れ、ボールミル装置を用いて回転数300rpmで1時間混合した。このようにして得られた混合粉末をアルミナボードに入れ、管状加熱炉を用い、350℃にて12時間、アルゴン(Ar)気流中で加熱することにより、所望のNaFe(SOを得た。
このNaFe(SOの表面に、プラズマCVD法により、平均厚さ2.1nmの炭素質被膜を形成し、NaFe(SO粒子と、NaFe(SO粒子の表面を被覆する炭素質被膜とからなる炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例1の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、93%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、0.71質量%であった。
実施例1の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode material)
According to the method described in Non-Patent Document 3 (https://ecs.confex.com/ecs/imlb2014/webprogram/Paper34514.html), Na 2 Fe 2 (SO 4 ) having an average primary particle size of 5.84 μm. 3 was produced.
Na 2 SO 4 as a raw material and FeSO 4 (anhydrous) were put in a pot together with zirconia beads having a diameter of 5 mm, and mixed for 1 hour at a rotation speed of 300 rpm using a ball mill device. The mixed powder thus obtained was placed in an alumina board and heated in an argon (Ar) stream at 350° C. for 12 hours in a tubular heating furnace to obtain the desired Na 2 Fe 2 (SO 4 ) Got 3 .
A carbonaceous film having an average thickness of 2.1 nm is formed on the surface of the Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 by the plasma CVD method, and Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles and Na 2 Fe 2 ( A positive electrode material of Example 1 containing carbonaceous electrode active material composite particles composed of a carbonaceous coating film covering the surfaces of SO 4 ) 3 particles was obtained. The coverage of the carbonaceous film on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 93%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 0.71% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 1, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.

(ナトリウムイオン電池の作製)
上記の正極材料と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)とを、質量比が85:10:5となるように混合し、さらに溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を加えて流動性を付与し、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーを厚み15μmのアルミニウム(Al)箔上に塗布し、乾燥した。その後、600kgf/cmの圧力にて加圧し、実施例1のナトリウムイオン電池の正極を作製した。
(Preparation of sodium ion battery)
The above positive electrode material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and acetylene black (AB) as a conductive additive are mixed in a mass ratio of 85:10:5, and N-methyl-as a solvent. 2-Pyrrolidinone (NMP) was added to impart fluidity to prepare a slurry.
Next, this slurry was applied onto an aluminum (Al) foil having a thickness of 15 μm and dried. Then, the positive pressure of the sodium ion battery of Example 1 was produced by applying a pressure of 600 kgf/cm 2 .

このナトリウムイオン電池の正極に対し、負極としてナトリウム金属を配置し、これら正極と負極の間に多孔質ポリプロピレンからなるセパレーターを配置し、電池用部材とした。
一方、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを1:1(質量比)にて混合し、さらに1MのNaPF溶液を加えて、ナトリウムイオン伝導性を有する電解質溶液を作製した。
次いで、上記の電池用部材を上記の電解質溶液に浸漬し、実施例1のナトリウムイオン電池を作製した。
Sodium metal was placed as a negative electrode on the positive electrode of this sodium ion battery, and a separator made of porous polypropylene was placed between the positive electrode and the negative electrode to obtain a battery member.
On the other hand, ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a ratio of 1:1 (mass ratio), and a 1M NaPF 6 solution was further added to prepare an electrolyte solution having sodium ion conductivity.
Then, the battery member was immersed in the electrolyte solution to prepare the sodium ion battery of Example 1.

(ナトリウムイオン電池の評価)
上記のナトリウムイオン電池の充放電特性の評価を行った。
ここでは、上記のナトリウムイオン電池について、60℃にて、1C電流値で充電電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行った後、定電圧充電に切り替えて電流値が0.01Cとなった時点で充電を終了した。その後、放電電流1Cでの放電を行い、電池電圧が2.5Vとなった時点で放電を終了した。その際の放電容量を測定し、初回放電容量とした。
また、同様の条件にて充放電を繰り返し、50サイクル目の放電容量を測定して、初回放電容量に対する容量維持率を算出した。評価結果を表2に示す。
(Evaluation of sodium ion battery)
The charge/discharge characteristics of the sodium ion battery described above were evaluated.
Here, the above-mentioned sodium ion battery was subjected to constant current charging at 60° C. until the charging voltage was 4.2 V at a 1 C current value, and then switched to constant voltage charging, and the current value was 0.01 C. The charging was terminated at the point of time. Then, discharging was performed at a discharging current of 1 C, and the discharging was terminated when the battery voltage reached 2.5 V. The discharge capacity at that time was measured and defined as the initial discharge capacity.
Further, charging and discharging were repeated under the same conditions, the discharge capacity at the 50th cycle was measured, and the capacity retention ratio with respect to the initial discharge capacity was calculated. The evaluation results are shown in Table 2.

[実施例2]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が7.63μmのNaFe(SOを作製した。
このNaFe(SOの表面に、熱CVD法により、平均厚さ5.9nmの炭素質被膜を形成し、炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例2の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、85%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、1.34質量%であった。
実施例2の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
また、実施例1と同様にして、実施例2の正極材料を用いて、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 7.63 μm was produced.
A carbonaceous film having an average thickness of 5.9 nm is formed on the surface of this Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 by a thermal CVD method to obtain a positive electrode material of Example 2 containing carbonaceous electrode active material composite particles. It was The coverage of the carbonaceous coating on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 85%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 1.34% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 2, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.
Also, a sodium ion battery was produced using the positive electrode material of Example 2 in the same manner as in Example 1, and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.

[実施例3]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が12.73μmのNaFe(SOを作製した。
このNaFe(SOの表面に、スパッタリング法により、平均厚さ7.1nmの炭素質被膜を形成し、炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例3の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、96%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、2.98質量%であった。
実施例3の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
また、実施例1と同様にして、実施例3の正極材料を用いて、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 12.73 μm was produced.
A carbonaceous coating having an average thickness of 7.1 nm was formed on the surface of this Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 by a sputtering method to obtain a positive electrode material of Example 3 containing carbonaceous electrode active material composite particles. .. The coverage of the carbonaceous film on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 96%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 2.98% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 3, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.
Further, in the same manner as in Example 1, a sodium ion battery was produced using the positive electrode material of Example 3, and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.

[実施例4]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が18.76μmのNaFe(SOを作製した。
次いで、NaFe(SO粒子と、炭素源としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム粉末とを、質量比で96.5:3.5となるように混合した。
次いで、この混合物を、遊星ボールミル装置により、2時間処理し、正極材料の前駆体を得た。
次いで、この前駆体を、アルゴン(Ar)気流中、450℃にて12時間熱処理することにより、カルボキシメチルセルロースナトリウム粉末を炭化し、NaFe(SOの表面に、平均厚さ12.6nmの炭素質被膜を形成し、炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例4の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、76%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、4.33質量%であった。
実施例4の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
また、実施例1と同様にして、実施例4の正極材料を用いて、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 18.76 μm was produced.
Then, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles and sodium carboxymethyl cellulose powder as a carbon source were mixed in a mass ratio of 96.5:3.5.
Then, this mixture was treated with a planetary ball mill for 2 hours to obtain a precursor of a positive electrode material.
Next, this precursor is heat-treated in an argon (Ar) gas stream at 450° C. for 12 hours to carbonize the sodium carboxymethylcellulose powder and to form an average thickness of 12 on the surface of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3. A carbonaceous film having a thickness of 0.6 nm was formed, and a positive electrode material of Example 4 containing carbonaceous electrode active material composite particles was obtained. The coverage of the carbonaceous film on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 76%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 4.33% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 4, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.
Also, in the same manner as in Example 1, a sodium ion battery was produced using the positive electrode material of Example 4, and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.

[実施例5]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が14.92μmのNaFe(SOを作製した。
次いで、NaFe(SO粒子と、炭素源としてのアセチレンブラック粉末とを、質量比で96.5:3.5となるように混合した。
次いで、この混合物を、遊星ボールミル装置により、2時間処理し、正極材料の前駆体を得た。
次いで、この前駆体を、アルゴン(Ar)気流中、450℃にて12時間熱処理することにより、NaFe(SOの表面に、平均厚さ8.7nmの炭素質被膜を形成し、炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例5の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、64%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、2.26質量%であった。
実施例5の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
また、実施例1と同様にして、実施例5の正極材料を用いて、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 14.92 μm was produced.
Then, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles and acetylene black powder as a carbon source were mixed in a mass ratio of 96.5:3.5.
Then, this mixture was treated with a planetary ball mill for 2 hours to obtain a precursor of a positive electrode material.
Next, this precursor is heat-treated at 450° C. for 12 hours in an argon (Ar) gas flow to form a carbonaceous film having an average thickness of 8.7 nm on the surface of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3. Then, a positive electrode material of Example 5 containing carbonaceous electrode active material composite particles was obtained. The coverage of the carbonaceous film on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 64%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 2.26% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 5, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.
Also, in the same manner as in Example 1, a sodium ion battery was produced using the positive electrode material of Example 5, and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.

[実施例6]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が9.96μmのNaFe(SOを作製した。
次いで、NaFe(SO粒子と、炭素源としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム粉末およびアセチレンブラック粉末とを、質量比で96:2.5:1.5となるように混合した。
次いで、この混合物を、遊星ボールミル装置により、2時間処理し、正極材料の前駆体を得た。
次いで、この前駆体を、アルゴン(Ar)気流中、450℃にて12時間熱処理することにより、カルボキシメチルセルロースナトリウム粉末を炭化し、NaFe(SOの表面に、平均厚さ16.3nmの炭素質被膜を形成し、炭素質電極活物質複合粒子を含む実施例6の正極材料を得た。この炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率は、87%であった。
得られた正極材料において、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率は、7.12質量%であった。
実施例6の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質被膜の平均厚さ、炭素質電極活物質複合粒子の表面における炭素質被膜の被覆率、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
また、実施例1と同様にして、実施例6の正極材料を用いて、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Example 6]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 9.96 μm was produced.
Next, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles were mixed with sodium carboxymethyl cellulose powder as a carbon source and acetylene black powder so that the mass ratio was 96:2.5:1.5.
Then, this mixture was treated with a planetary ball mill for 2 hours to obtain a precursor of a positive electrode material.
Then, this precursor is heat-treated at 450° C. for 12 hours in an argon (Ar) stream to carbonize sodium carboxymethyl cellulose powder, and to form an average thickness of 16 on the surface of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3. A carbonaceous film having a thickness of 0.3 nm was formed to obtain a positive electrode material of Example 6 containing carbonaceous electrode active material composite particles. The coverage of the carbonaceous film on the surface of the carbonaceous electrode active material composite particles was 87%.
In the obtained positive electrode material, the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles was 7.12% by mass.
Average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 in the positive electrode material of Example 6, average thickness of carbonaceous coating, coverage of carbonaceous coating on the surface of carbonaceous electrode active material composite particles, carbonaceous electrode Tables 1 and 2 show the carbon content and the like of the active material composite particles.
Also, in the same manner as in Example 1, a sodium ion battery was produced using the positive electrode material of Example 6, and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.

[比較例1]
実施例1と同様にして得られた、平均一次粒径が5.84μmのNaFe(SO粒子の表面を、炭素質被膜で被覆することなく、そのまま用いて、実施例1と同様にして、ナトリウムイオン電池を作製し、そのナトリウムイオン電池の評価を行った。評価結果を表2に示す。
また、比較例1の正極材料におけるNaFe(SOの平均一次粒径、炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率等を表1および表2に示す。
[Comparative Example 1]
The surface of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles having an average primary particle size of 5.84 μm obtained in the same manner as in Example 1 was used as it is without being coated with a carbonaceous film, and Example 1 was used. Similarly to the above, a sodium ion battery was produced and the sodium ion battery was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.
Tables 1 and 2 show the average primary particle diameter of Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 and the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles in the positive electrode material of Comparative Example 1.

[比較例2]
実施例1と同様にして、平均一次粒径が5.99μmのNaFe(SOを作製した。
次いで、NaFe(SO粒子と、炭素源としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム粉末とを、質量比で96.5:3.5となるように混合した。
次いで、この混合物を、遊星ボールミル装置により、2時間処理し、正極材料の前駆体を得た。
次いで、この前駆体を、アルゴン(Ar)気流中、550℃にて12時間熱処理した。
すると、結晶構造がNaFe(SOから変わってしまい、所望の正極材料が得られなかった。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 1, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 having an average primary particle size of 5.99 μm was produced.
Then, Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles and sodium carboxymethyl cellulose powder as a carbon source were mixed in a mass ratio of 96.5:3.5.
Then, this mixture was treated with a planetary ball mill for 2 hours to obtain a precursor of a positive electrode material.
Next, this precursor was heat-treated at 550° C. for 12 hours in an argon (Ar) stream.
Then, the crystal structure changed from Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 and the desired positive electrode material could not be obtained.

Figure 0006741390
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Figure 0006741390
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表2の結果から、実施例1〜6の正極材料は、450℃で熱処理することにより、NaFe(SO粒子が炭素質被膜で被覆されているので、電解液へ遷移金属イオンが溶出するのが抑制され、優れた充放電サイクル特性を示していることが分かった。 From the results shown in Table 2, the positive electrode materials of Examples 1 to 6 were heat-treated at 450° C., and thus Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles were coated with the carbonaceous film, so that the transition metals were added to the electrolytic solutions. It was found that the elution of ions was suppressed and excellent charge/discharge cycle characteristics were exhibited.

一方、比較例1の正極材料は、NaFe(SO粒子が炭素質被膜で被覆されていないので、電解液へ遷移金属イオンが溶出するのを抑制することができず、充放電サイクル特性が大きく低下していることが分かった。 On the other hand, in the positive electrode material of Comparative Example 1, since the Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles were not covered with the carbonaceous film, the transition metal ions could not be suppressed from eluting into the electrolytic solution, and the positive electrode material was not charged. It was found that the discharge cycle characteristics were significantly reduced.

本発明の正極材料は、500℃以下の低温プロセスによって、NaFe(SO粒子が炭素質被膜で被覆されているので、炭素質被膜の被覆率が高く、耐水性に優れ、電子伝導性が高いため、NaFe(SO粒子の有する、高容量かつ高エネルギー効果を充分に発揮することができるから、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性及び高速充放電特性が期待される次世代の二次電池に対しても適用することが可能であり、次世代の二次電池の場合、その効果は非常に大きなものである。 In the positive electrode material of the present invention, since the Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles are coated with the carbonaceous film by a low temperature process of 500° C. or less, the coverage of the carbonaceous film is high and the water resistance is excellent. Since the electron conductivity is high, the high capacity and high energy effect possessed by Na 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 particles can be sufficiently exerted, resulting in higher voltage, high energy density, high load characteristics and high speed charging. It can also be applied to a next-generation secondary battery that is expected to have discharge characteristics, and in the case of the next-generation secondary battery, its effect is extremely large.

Claims (5)

構造内の2つのMOが稜共有して二量体を形成したM10二量体結晶構造を有するNa(SO(但し、MはSc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Agの群から選択される1種または2種以上、1.6≦x≦2.4、1.6≦y≦2.4、2.4≦z≦3.6)で表されるナトリウム硫酸塩化合物を含有してなる正極活物質粒子と、該正極活物質粒子の表面を被覆する炭素質被膜とからなる炭素質電極活物質複合粒子を含み、
前記正極活物質粒子の表面における前記炭素質被膜の被覆率は、60%以上、
前記炭素質被膜の平均厚さが2.1nm以上かつ16.3nm以下、
前記炭素質電極活物質複合粒子の炭素の含有率が0.71質量%以上かつ7.12質量%以下であることを特徴とする正極材料。
Na x M y (SO 4 ) z (where M is Sc, Ti, V, Cr) having an M 2 O 10 dimer crystal structure in which two MO 6 in the structure share edges to form a dimer. , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, 1 or 2 or more, 1.6≦x≦2 .4, 1.6≦y≦2.4, 2.4≦z≦3.6), the positive electrode active material particles containing the sodium sulfate compound, and the surface of the positive electrode active material particles. Including carbonaceous electrode active material composite particles consisting of a carbonaceous coating to cover,
The coverage of the carbonaceous coating on the surface of the positive electrode active material particles is 60% or more,
The average thickness of the carbonaceous coating is 2.1 nm or more and 16.3 nm or less,
The positive electrode material, wherein the carbon content of the carbonaceous electrode active material composite particles is 0.71% by mass or more and 7.12% by mass or less.
前記炭素質被膜が、500℃以下の低温プロセスによって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の正極材料。 The positive electrode material according to claim 1, wherein the carbonaceous film is formed by a low temperature process of 500°C or lower. 前記炭素質電極活物質複合粒子は、前記炭素質被膜で被覆された前記正極活物質粒子の一次粒子を複数個凝集した凝集粒子からなり、かつ、前記一次粒子間に前記炭素質被膜を介在させてなることを特徴とする請求項1または2に記載の正極材料。 The carbonaceous electrode active material composite particles are agglomerated particles obtained by aggregating a plurality of primary particles of the positive electrode active material particles coated with the carbonaceous coating, and the carbonaceous coating is interposed between the primary particles. The positive electrode material according to claim 1 or 2, wherein 請求項1から3のいずれか1項に記載の正極材料と、導電助剤と、結着剤と、を含有してなることを特徴とするペースト。 A paste comprising the positive electrode material according to any one of claims 1 to 3, a conductive auxiliary agent, and a binder. 請求項4に記載のペーストを用いて集電体の一主面に正極が形成されてなる電極板を備えてなることを特徴とするナトリウムイオン電池。 A sodium ion battery comprising an electrode plate having a positive electrode formed on one main surface of a current collector using the paste according to claim 4.
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