JP7699335B2 - Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material - Google Patents
Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material Download PDFInfo
- Publication number
- JP7699335B2 JP7699335B2 JP2021014643A JP2021014643A JP7699335B2 JP 7699335 B2 JP7699335 B2 JP 7699335B2 JP 2021014643 A JP2021014643 A JP 2021014643A JP 2021014643 A JP2021014643 A JP 2021014643A JP 7699335 B2 JP7699335 B2 JP 7699335B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- transition metal
- metal element
- active material
- electrode active
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、正極活物質、正極材料及び該正極材料を備える二次電池、並びに、正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material, a positive electrode material, a secondary battery including the positive electrode material, and a method for producing the positive electrode active material.
次世代のリチウムイオン電池等の二次電池に対する要求は年々高まっており、近年では、高い安全性に加えて、高いエネルギー密度及び高いサイクル特性を実現することも求められている。このような次世代二次電池の高い要求に応えるべく、各種の電極材料を改良するための開発が盛んに行われており、様々な高性能電極(正極および負極)活物質材料が開発されている(例えば、特許文献1等を参照)。
Demands for next-generation secondary batteries such as lithium-ion batteries are increasing year by year, and in recent years, in addition to high safety, there is also a demand for high energy density and high cycle characteristics. In order to meet these high demands for next-generation secondary batteries, active development efforts have been made to improve various electrode materials, and various high-performance electrode (positive and negative) active material materials have been developed (see, for example,
例えば、二次元層状硫化物MS2(Mは金属原子を示す)は、積み重ねられた層間のファンデルワールス力が弱いため、エネルギー貯蔵用途の有望な電極材料として、ますます注目を集めている。この観点から、最近、電池の電極材料としてのMS2の性能を向上させるためのナノ構造の設計が重要視されている。 For example, two-dimensional layered sulfide MS2 (where M represents a metal atom) has attracted increasing attention as a promising electrode material for energy storage applications due to the weak van der Waals forces between the stacked layers. In this regard, much attention has been paid recently to the design of nanostructures to improve the performance of MS2 as a battery electrode material.
しかしながら、MS2は、その層間間隔(0.615nm)は大きいにもかかわらず導電率が低い。このため、クーロン効率を向上させることが難しく、また、容量も大きくすることが難しいので、電池のサイクル特性に問題があり、エネルギー貯蔵分野への応用が制限されているのが実情であった。このような観点から、MS2を使用した電極材料では、そのサイクル特性をさらに向上させることが求められていた。 However, MS2 has low electrical conductivity despite its large interlayer spacing (0.615 nm). For this reason, it is difficult to improve the coulombic efficiency and to increase the capacity, which causes problems in the cycle characteristics of the battery and limits its application in the field of energy storage. From this perspective, there has been a demand for further improvement in the cycle characteristics of electrode materials using MS2 .
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、二次電池に優れたサイクル特性をもたらすことができる正極活物質、この正極活物質を含む正極材料並びに正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and aims to provide a positive electrode active material that can provide a secondary battery with excellent cycle characteristics, a positive electrode material containing this positive electrode active material, and a method for producing the positive electrode active material.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の遷移金属元素の硫化物を構成成分とすることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into achieving the above objective, the inventors discovered that the above objective could be achieved by using sulfides of specific transition metal elements as constituent components, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項1
遷移金属元素M1の硫化物と、前記遷移金属元素M1以外の少なくとも1種の遷移金属元素M2とを含有する、正極活物質。
項2
前記遷移金属元素M1は、Mo、W又はVである、項1に記載の正極活物質。
項3
前記遷移金属元素M2は、Mo、W及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種である、項1又は2に記載の正極活物質。
項4
前記硫化物は、前記遷移金属元素M1の一部が前記遷移金属元素M2に置き換えられている、項1~3のいずれか1項に記載の正極活物質。
項5
積層構造を有する、項1~4のいずれか1項に記載の正極活物質。
項6
項1~5のいずれか1項に記載の正極活物質を含む、正極材料。
項7
項6に記載の正極材料を備えた、二次電池。
項8
項1~5のいずれか1項に記載の正極活物質の製造方法であって、
遷移金属元素M1源と、遷移金属元素M2源と、硫黄源と、溶媒とを含む原料を加熱処理することで生成物を得る工程Aと、
前記工程Aで得られた生成物を焼成する工程Bと、
を備える、正極活物質の製造方法。
That is, the present invention includes, for example, the subject matter described in the following sections.
A positive electrode active material comprising a sulfide of a transition metal element M1 and at least one transition metal element M2 other than the transition metal element M1.
Section 2
Item 2. The positive electrode active material according to
Section 3
Item 3. The positive electrode active material according to
Section 4
Item 4. The positive electrode active material according to any one of
Section 5
Item 5. The positive electrode active material according to any one of
Item 6
Item 6. A positive electrode material comprising the positive electrode active material according to any one of
Section 7
Item 7. A secondary battery comprising the positive electrode material according to item 6.
Section 8
Item 6. A method for producing a positive electrode active material according to any one of
A step A of obtaining a product by heat-treating a raw material including a transition metal element M1 source, a transition metal element M2 source, a sulfur source, and a solvent;
A step B of calcining the product obtained in the step A;
The method for producing a positive electrode active material comprises the steps of:
本発明の正極活物質は、二次電池に優れたサイクル特性をもたらすことができる。 The positive electrode active material of the present invention can provide secondary batteries with excellent cycle characteristics.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 The embodiments of the present invention will be described in detail below. In this specification, the expressions "contain" and "include" include the concepts of "contain," "include," "consist essentially of," and "consist only of."
1.正極活物質
本発明の正極活物質は、遷移金属元素M1の硫化物と、前記遷移金属元素M1以外の少なくとも1種の遷移金属元素M2とを含有する。本発明の正極活物質は、種々の二次電池を構成するための正極材料として使用することができ、二次電池に優れたサイクル特性をもたらすことができる。
The positive electrode active material of the present invention contains a sulfide of a transition metal element M1 and at least one transition metal element M2 other than the transition metal element M1. The positive electrode active material of the present invention can be used as a positive electrode material for constituting various secondary batteries, and can provide the secondary batteries with excellent cycle characteristics.
遷移金属元素M1は、各種の遷移金属元素を例示することができる。二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、遷移金属元素M1は、Mo、W又はVであることが好ましい。 The transition metal element M1 can be exemplified by various transition metal elements. In terms of being more likely to provide the secondary battery with excellent cycle characteristics, the transition metal element M1 is preferably Mo, W, or V.
従って、遷移金属元素M1の硫化物は、各種の遷移金属元素の硫化物を例示することができ、二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、Moの硫化物、Wの硫化物又はVの硫化物であることが好ましい。 Therefore, the sulfide of the transition metal element M1 can be exemplified by sulfides of various transition metal elements, and is preferably a sulfide of Mo, a sulfide of W, or a sulfide of V, since these tend to provide the secondary battery with better cycle characteristics.
遷移金属元素M1の硫化物は、二次電池に特に優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、Moの硫化物(例えば、MoS2)であることが特に好ましい。 The sulfide of the transition metal element M1 is particularly preferably a sulfide of Mo (for example, MoS 2 ) in that it is likely to impart particularly excellent cycle characteristics to the secondary battery.
本発明の正極活物質は、前述のように、遷移金属元素M1の硫化物に加えて、遷移金属元素M1とは異なる遷移金属元素M2をさらに含有する。正極活物質に含まれる遷移金属元素M2は、1種のみであってもよいし、2種以上を含むこともできる。 As described above, the positive electrode active material of the present invention further contains a transition metal element M2 different from the transition metal element M1 in addition to the sulfide of the transition metal element M1. The positive electrode active material may contain only one type of transition metal element M2, or may contain two or more types.
遷移金属元素M2は、各種の遷移金属元素を例示することができ、中でも、二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、遷移金属元素M2は、Mo、W及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、少なくともVであることがより好ましい。 The transition metal element M2 can be exemplified by various transition metal elements, and among them, the transition metal element M2 is preferably at least one selected from the group consisting of Mo, W, and V, and more preferably at least V, in that it is likely to provide the secondary battery with superior cycle characteristics.
本発明の正極活物質において、遷移金属元素M2の存在状態は特に限定的ではない。例えば、遷移金属元素M2は、前記硫化物中の遷移金属元素M1と置き換えられて存在することができる(つまり、遷移金属元素M2も硫黄と結合し得る)。具体的には、前記硫化物は、前記遷移金属元素M1の一部が前記遷移金属元素M2に置き換えられた構造を有することができる(つまり、本発明の正極活物質において、遷移金属元素M2は、例えば、遷移金属元素M1の硫化物のフレームワーク中に存在することができる)。この場合、正極活物質は、二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすい。 In the positive electrode active material of the present invention, the state of existence of the transition metal element M2 is not particularly limited. For example, the transition metal element M2 can be present by replacing the transition metal element M1 in the sulfide (i.e., the transition metal element M2 can also be bonded to sulfur). Specifically, the sulfide can have a structure in which a part of the transition metal element M1 is replaced by the transition metal element M2 (i.e., in the positive electrode active material of the present invention, the transition metal element M2 can be present, for example, in the framework of the sulfide of the transition metal element M1). In this case, the positive electrode active material is likely to provide a secondary battery with better cycle characteristics.
遷移金属元素M2が遷移金属元素M1の硫化物のフレームワーク中に存在することは、例えば、公知の種々の方法で判断することができ、例として、正極活物質のXRDスペクトルから判断することができる。 The presence of the transition metal element M2 in the framework of the sulfide of the transition metal element M1 can be determined, for example, by various known methods, for example, from the XRD spectrum of the positive electrode active material.
正極活物質において、遷移金属元素M1及び遷移金属元素M2の存在比率は特に限定されない。例えば、正極活物質中における遷移金属M1と遷移金属M2とのモル比、M1:M2は1:0.2~1:5であることが好ましく、1:1~1:4であることがより好ましい。これにより、正極活物質はより優れたサイクル特性を二次電池にもたらすことができる。 In the positive electrode active material, the ratio of the transition metal element M1 to the transition metal element M2 is not particularly limited. For example, the molar ratio of the transition metal M1 to the transition metal M2 in the positive electrode active material, M1:M2, is preferably 1:0.2 to 1:5, and more preferably 1:1 to 1:4. This allows the positive electrode active material to provide the secondary battery with better cycle characteristics.
正極活物質において、遷移金属元素M1、遷移金属元素M2及び硫黄原子は、正極活物質の全体にわたって均一に分散して存在していることが好ましい。正極活物質における遷移金属元素M1、遷移金属元素M2及び硫黄原子の分散状態は、例えば、SEM画像に基づく元素マッピングによって把握することができる。 In the positive electrode active material, the transition metal element M1, the transition metal element M2, and the sulfur atoms are preferably uniformly dispersed throughout the positive electrode active material. The dispersion state of the transition metal element M1, the transition metal element M2, and the sulfur atoms in the positive electrode active material can be understood, for example, by element mapping based on SEM images.
正極活物質は、遷移金属元素M1の硫化物と、遷移金属元素Mとを必須の成分として含む限り、本発明の効果が阻害されない程度に他の成分を含むことができる。例えば、正極活物質は、遷移金属元素M1及びM2以外の他の金属を含むことができ、例として、正極活物質に不可避的に含まれる金属元素を挙げることができる。正極活物質が遷移金属元素M1の硫化物及び遷移金属元素M2以外を含む場合、その含有割合は、遷移金属元素M1の硫化物及び遷移金属元素M2の総質量に対して5質量%以下、好ましくは1質量%以下、より好ましくはて0.1質量%以下である。 As long as the positive electrode active material contains the sulfide of the transition metal element M1 and the transition metal element M as essential components, it can contain other components to the extent that the effects of the present invention are not impaired. For example, the positive electrode active material can contain metals other than the transition metal elements M1 and M2, and examples include metal elements that are inevitably contained in the positive electrode active material. When the positive electrode active material contains other metals than the sulfide of the transition metal element M1 and the transition metal element M2, the content ratio of the other metals is 5 mass% or less, preferably 1 mass% or less, and more preferably 0.1 mass% or less, based on the total mass of the sulfide of the transition metal element M1 and the transition metal element M2.
正極活物質は、例えば、粉末等の固体状であるが、その形状は特に限定されず、種々の形状を形成することができる。中でも、正極活物質は、積層構造を有していることが好ましく、より具体的には、正極活物質は、複数の層が層状に積み重なって形成される、いわゆる、レイヤーバイレイヤー構造を有していることが好ましい。これにより、正極活物質は、二次電池にさらに優れたサイクル特性をもたらすことができる。特に、レイヤーバイレイヤー構造は、電池充放電中における正極材料の体積膨張に対してバッファー効果をもたらすことができ、加えて、電極材料中のイオン拡散チャネルも提供しやすくなり、イオンの快速拡散に有利である。その他、正極活物質は、ナノフラワー構造を形成することもできる。 The positive electrode active material is, for example, a solid such as a powder, but the shape is not particularly limited and can be formed into various shapes. In particular, the positive electrode active material preferably has a laminated structure, and more specifically, the positive electrode active material preferably has a so-called layer-by-layer structure in which multiple layers are stacked in layers. This allows the positive electrode active material to provide the secondary battery with even better cycle characteristics. In particular, the layer-by-layer structure can provide a buffer effect against the volume expansion of the positive electrode material during battery charge and discharge, and in addition, it is easy to provide an ion diffusion channel in the electrode material, which is advantageous for rapid ion diffusion. In addition, the positive electrode active material can also form a nanoflower structure.
正極活物質を製造する方法は特に限定されない。例えば、後記する工程A及び工程Bを備える製造方法によって、本発明の正極活物質を製造することができる。 The method for producing the positive electrode active material is not particularly limited. For example, the positive electrode active material of the present invention can be produced by a production method including steps A and B described below.
2.正極活物質の製造方法
本発明の正極活物質の製造方法は、例えば、下記の工程A及び工程Bを備えることができる。
工程A:遷移金属元素M1源と、遷移金属元素M2源と、硫黄源と、溶媒とを含む原料を加熱処理することで生成物を得る工程。
工程B:前記工程Aで得られた生成物を焼成する工程。
2. Method for Producing Positive Electrode Active Material The method for producing a positive electrode active material of the present invention may include, for example, the following steps A and B.
Step A: A step of obtaining a product by heat-treating a raw material including a source of a transition metal element M1, a source of a transition metal element M2, a sulfur source, and a solvent.
Step B: A step of calcining the product obtained in step A.
上記工程A及び工程Bを備える製造方法により、正極活物質を製造することができ、例えば、前述の本発明の正極活物質を製造することができる。 The manufacturing method including the above-mentioned steps A and B can produce a positive electrode active material, for example, the above-mentioned positive electrode active material of the present invention can be produced.
(工程A)
工程Aは、遷移金属元素M1源と、遷移金属元素M2源と、硫黄源と、溶媒とを含む原料を加熱処理する工程である。
(Process A)
Step A is a step of heat-treating a raw material including a source of a transition metal element M1, a source of a transition metal element M2, a sulfur source, and a solvent.
遷移金属元素M1は、各種の遷移金属元素を例示することができ、中でも、二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、遷移金属元素M1は、Mo、W又はVであることが好ましい。 The transition metal element M1 can be exemplified by various transition metal elements, and among them, the transition metal element M1 is preferably Mo, W or V, since these tend to provide the secondary battery with better cycle characteristics.
遷移金属元素M2は、各種の遷移金属元素を例示することができ、中でも、二次電池により優れたサイクル特性をもたらしやすいという点で、遷移金属元素M2は、Mo、W及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、少なくともVであることがより好ましい。 The transition metal element M2 can be exemplified by various transition metal elements, and among them, the transition metal element M2 is preferably at least one selected from the group consisting of Mo, W, and V, and more preferably at least V, in that it is likely to provide the secondary battery with superior cycle characteristics.
遷移金属元素M1源(以下、単に「M1源」と表記する)は、遷移金属元素M1単体であってもよいし、遷移金属元素M1を含む化合物であってもよいが、遷移金属元素M1を含む化合物であることが好ましい。 The transition metal element M1 source (hereinafter simply referred to as "M1 source") may be the transition metal element M1 alone or a compound containing the transition metal element M1, but is preferably a compound containing the transition metal element M1.
遷移金属元素M1を含む化合物の種類は特に限定されず、例えば、遷移金属元素M1を含む各種無機化合物を挙げることができる。遷移金属元素M1を含む無機化合物としては、例えば、遷移金属元素M1の酸化物、遷移金属元素M1のオキソアニオンを含む化合物(金属酸塩)の他、遷移金属元素M1の硝酸塩、硫酸塩、塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等を挙げることができ、中でも、遷移金属元素M1を含む無機化合物は、遷移金属元素M1のオキソアニオンを含む化合物であることが好ましい。 The type of compound containing the transition metal element M1 is not particularly limited, and examples thereof include various inorganic compounds containing the transition metal element M1. Examples of inorganic compounds containing the transition metal element M1 include oxides of the transition metal element M1, compounds containing an oxoanion of the transition metal element M1 (metal acid salts), as well as nitrates, sulfates, chlorides, chlorates, perchlorates, carbonates, hydrogencarbonates, phosphates, and hydrogenphosphates of the transition metal element M1. Among these, it is preferable that the inorganic compound containing the transition metal element M1 is a compound containing an oxoanion of the transition metal element M1.
具体的な遷移金属元素M1のオキソアニオンを含む化合物として、バナジン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等を挙げることができる。塩の種類は特に限定されず、例えば、アンモニウム塩、アルカリ金属塩等が挙げられる。バナジン酸塩としては、例えば、メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3)が挙げられる。モリブデン酸塩としては、例えば、モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)が挙げられる。タングステン酸塩としては、例えば、メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3)が挙げられる Specific examples of compounds containing an oxoanion of a transition metal element M1 include vanadates, molybdates, tungstates, etc. The type of salt is not particularly limited, and examples include ammonium salts and alkali metal salts. Examples of vanadates include sodium metavanadate (NaVO 3 ). Examples of molybdates include sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ). Examples of tungstates include sodium metavanadate (NaVO 3 ).
M1源は、遷移金属元素M1の各種有機化合物を挙げることもでき、例えば、遷移金属元素M1の酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩及びコハク酸塩等を挙げることができる。 The M1 source can be various organic compounds of the transition metal element M1, such as acetates, oxalates, formates, and succinates of the transition metal element M1.
遷移金属元素M2源(以下、単に「M2源」と表記する)は、遷移金属元素M2単体であってもよいし、遷移金属元素M2を含む化合物であってもよいが、遷移金属元素M2を含む化合物であることが好ましい。 The source of the transition metal element M2 (hereinafter simply referred to as "M2 source") may be the transition metal element M2 alone or a compound containing the transition metal element M2, but is preferably a compound containing the transition metal element M2.
遷移金属元素M2を含む化合物の種類は特に限定されず、例えば、遷移金属元素M2を含む各種無機化合物を挙げることができる。遷移金属元素M2を含む無機化合物としては、例えば、遷移金属元素M2の酸化物、遷移金属元素M2のオキソアニオンを含む化合物(金属酸塩)の他、遷移金属元素M2の硝酸塩、硫酸塩、塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等を挙げることができ、中でも、遷移金属元素M2を含む無機化合物は、遷移金属元素M2のオキソアニオンを含む化合物であることが好ましい。 The type of compound containing the transition metal element M2 is not particularly limited, and examples thereof include various inorganic compounds containing the transition metal element M2. Examples of inorganic compounds containing the transition metal element M2 include oxides of the transition metal element M2, compounds containing oxoanions of the transition metal element M2 (metal acid salts), as well as nitrates, sulfates, chlorides, chlorates, perchlorates, carbonates, hydrogencarbonates, phosphates, and hydrogenphosphates of the transition metal element M2. Among these, it is preferable that the inorganic compound containing the transition metal element M2 is a compound containing an oxoanion of the transition metal element M2.
具体的な遷移金属元素M2のオキソアニオンを含む化合物として、バナジン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩等を挙げることができる。塩の種類は特に限定されず、例えば、アンモニウム塩、アルカリ金属塩等が挙げられる。バナジン酸塩としては、例えば、メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3)が挙げられる。モリブデン酸塩としては、例えば、モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)が挙げられる。タングステン酸塩としては、例えば、メタバナジン酸ナトリウム(NaVO3)が挙げられる。 Specific examples of compounds containing an oxoanion of a transition metal element M2 include vanadates, molybdates, tungstates, and the like. The type of salt is not particularly limited, and examples thereof include ammonium salts and alkali metal salts. Examples of vanadates include sodium metavanadate (NaVO 3 ). Examples of molybdates include sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ). Examples of tungstates include sodium metavanadate (NaVO 3 ).
M2源は、遷移金属元素M2の各種有機化合物を挙げることもでき、例えば、遷移金属元素M1の酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩及びコハク酸塩等を挙げることができる。 The M2 source can be various organic compounds of the transition metal element M2, such as acetates, oxalates, formates, and succinates of the transition metal element M1.
工程Aで使用する硫黄源は硫黄単体であってもよいし、硫黄を含む化合物であってもよいが、硫黄を含む化合物であることが好ましい。 The sulfur source used in step A may be elemental sulfur or a compound containing sulfur, but is preferably a compound containing sulfur.
硫黄を含む化合物としては、例えば、公知の硫黄化合物を広く挙げることができ、例えば、チオアセトアミド(CH3CSNH2)、チオ尿素(SC(NH2)2)、システイン(C3H7NO2S)、チオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)、硫化アンモニウム((NH4)2S)、硫化ナトリウム(Na2S)等を挙げることができる。なお、硫黄を含む化合物としては、硫黄元素の一部が、Se及び/又はTe元素に置き換えられてもよい。 Examples of the sulfur-containing compound include a wide variety of known sulfur compounds, such as thioacetamide (CH 3 CSNH 2 ), thiourea (SC(NH 2 ) 2 ), cysteine (C 3 H 7 NO 2 S), sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3 ), ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S), sodium sulfide (Na 2 S), etc. In addition, in the sulfur-containing compound, part of the sulfur element may be replaced with Se and/or Te element.
硫黄源は1種単独で使用することができ、あるいは、2種以上を併用することもできる。 The sulfur source can be used alone or in combination of two or more types.
工程Aで使用する原料は、M1源、M2源及び硫黄源の他、溶媒を含む。溶媒としては水を使用することができる他、各種有機溶媒も使用することができる。有機溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、オレイン酸、エチレングリコール、オクタデセン、エチレンジアミン等を挙げることができる。工程Aで使用する溶媒は、水と有機溶媒との混合物とすることもできる。 The raw materials used in step A include the M1 source, M2 source, and sulfur source as well as a solvent. As the solvent, water can be used, and various organic solvents can also be used. Examples of organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), oleic acid, ethylene glycol, octadecene, and ethylenediamine. The solvent used in step A can also be a mixture of water and an organic solvent.
溶媒は、各種添加剤を含むことができる。添加剤としては、アンモニア水の他、ポリビニルピロリドン(PVP)、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)、ラウリルスルホン酸ナトリウム(SDS)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等の分散安定剤や界面活性剤を含むことができる。溶媒が添加剤を含むことで、前述のレイヤーバイレイヤー構造を有する正極活物質が得られやすくなる。溶媒が添加剤を含む場合、溶媒の全質量に対して添加剤の含有割合は、5質量%以下とすることができ、好ましくは3質量&以下、より好ましくは1質量%以下である。 The solvent may contain various additives. In addition to aqueous ammonia, additives may include dispersion stabilizers and surfactants such as polyvinylpyrrolidone (PVP), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium lauryl sulfonate (SDS), and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). When the solvent contains an additive, it becomes easier to obtain a positive electrode active material having the layer-by-layer structure described above. When the solvent contains an additive, the content of the additive relative to the total mass of the solvent can be 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less.
工程Aで使用する原料において、M1源、M2源、硫黄源及び溶媒の含有割合は特に限定されない。例えば、工程Aで使用する原料において、遷移金属元素M1と遷移金属元素M2とのモル比、M1:M2が1:0.2~1:5となるように、好ましくは1:1~1:4となるように、M1源及びM2源が含まれることが好ましい。これにより、得られる正極活物質はより優れたサイクル特性を二次電池にもたらすことができる。 In the raw materials used in step A, the content ratios of the M1 source, M2 source, sulfur source, and solvent are not particularly limited. For example, it is preferable that the raw materials used in step A contain the M1 source and the M2 source such that the molar ratio of the transition metal element M1 to the transition metal element M2, M1:M2, is 1:0.2 to 1:5, preferably 1:1 to 1:4. This allows the resulting positive electrode active material to provide a secondary battery with better cycle characteristics.
また、工程Aで使用する原料において、硫黄源の含有割合は、遷移金属元素M1の硫化物が形成されやすく、所望の正極活物質が得られやすいという点で、M1源及びM2源の総モル数に対して1~30モル%とすることが好ましく、2~15モル%とすることがより好ましく、3~10モル%とすることがさらに好ましい。 In addition, in the raw materials used in step A, the content of the sulfur source is preferably 1 to 30 mol % relative to the total number of moles of the M1 source and the M2 source, more preferably 2 to 15 mol %, and even more preferably 3 to 10 mol %, in that this makes it easier to form a sulfide of the transition metal element M1 and easier to obtain the desired positive electrode active material.
工程Aで使用する原料に含まれる溶媒の量は特に限定されない。例えば、原料中の遷移金属元素M1の濃度が1~1000mMとなるように原料中の溶媒の使用量を調節することができ、より好ましい濃度は10~500mM、さらに好ましい濃度は20~100mMである。 The amount of solvent contained in the raw materials used in step A is not particularly limited. For example, the amount of solvent used in the raw materials can be adjusted so that the concentration of the transition metal element M1 in the raw materials is 1 to 1000 mM, more preferably 10 to 500 mM, and even more preferably 20 to 100 mM.
工程Aでは、前記原料を加熱処理する。これによって、硫化物を含む生成物が生成する。加熱処理の方法として、例えば、原料を容器内に収容して容器を密閉し、該容器内を加熱する方法が挙げられる。原料中の溶媒が水である場合、いわゆる水熱合成法となる。 In step A, the raw materials are heat-treated. This produces a product containing sulfides. One method of heat treatment is, for example, to place the raw materials in a container, seal the container, and heat the container. When the solvent in the raw materials is water, this is known as hydrothermal synthesis.
工程Aでの加熱処理時の容器内の温度は特に制限されず、例えば、100~400℃とすることができ、150~250℃であることが好ましい。加熱時間も特に限定されず、加熱温度に応じて適宜決定することができ、例えば、6~40時間とすることができる。加熱処理時の容器内の圧力も適宜設定することができる。 The temperature inside the container during the heat treatment in step A is not particularly limited and can be, for example, 100 to 400°C, and is preferably 150 to 250°C. The heating time is also not particularly limited and can be appropriately determined depending on the heating temperature, and can be, for example, 6 to 40 hours. The pressure inside the container during the heat treatment can also be set appropriately.
工程Aにおいて、加熱処理が終了した後は、適宜の方法で生成物を取り出すことができる。例えば、生成物は固形分として得られる場合、固形分を遠心分離等の方法で分離し、洗浄及び乾燥することで、生成物を固形物として得ることができる。 In step A, after the heat treatment is completed, the product can be extracted by an appropriate method. For example, if the product is obtained as a solid, the solid can be separated by a method such as centrifugation, washed, and dried to obtain the product as a solid.
(工程B)
工程Bでは、前記工程Aで得られた生成物を焼成する。斯かる焼成により、目的の正極活物質が得られる。
(Process B)
In step B, the product obtained in step A is calcined. By such calcination, the target positive electrode active material is obtained.
工程Bにおいて、焼成の方法は特に限定的ではなく、公知の焼成方法を広く採用することができる。例えば、焼成処理の温度は、200~1000℃とすることができ、220~800℃であることが好ましく、250~600℃であることがより好ましく、280~500℃であることがさらに好ましい。 In step B, the firing method is not particularly limited, and any known firing method can be widely adopted. For example, the firing temperature can be 200 to 1000°C, preferably 220 to 800°C, more preferably 250 to 600°C, and even more preferably 280 to 500°C.
焼成の時間は、焼成温度によって適宜選択すればよく、例えば、0.5~5時間とすることができる。工程2において、焼成を行う際の昇温速度も特に限定されず、適宜設定することができ、例えば、1~10℃/分である。 The firing time may be appropriately selected depending on the firing temperature, and may be, for example, 0.5 to 5 hours. In step 2, the heating rate during firing is not particularly limited and may be appropriately set, for example, 1 to 10°C/min.
焼成処理は、空気中及び不活性ガス雰囲気中のいずれで行ってもよい。焼成処理は、例えば、市販の加熱炉等の公知の加熱装置を使用することができる。 The calcination process may be carried out in air or in an inert gas atmosphere. For example, a commercially available heating furnace or other known heating device may be used for the calcination process.
工程Bでの焼成処理によって、例えば、残存している副生成物や硫黄源等の未反応原料が除去され、目的の正極活物質を純度よく得ることができ、また、得られる正極活物質の結晶度を高めることができる。 By the calcination treatment in step B, for example, remaining by-products and unreacted raw materials such as sulfur sources are removed, the desired positive electrode active material can be obtained with high purity, and the crystallinity of the resulting positive electrode active material can be increased.
上記工程A及び工程Bを備える製造方法によれば、簡便な工程で容易に本発明の正極活物質を得ることができる。 The manufacturing method including the above-mentioned steps A and B makes it possible to easily obtain the positive electrode active material of the present invention through a simple process.
3.正極材料
本発明の正極材料は、上記正極活物質を含む限り、他の成分を含むこともでき、例えば、二次電池(特にリチウム二次電池)の正極材料に使用されている公知の成分を挙げることができる。例えば、本発明の正極材料は、上記正極活物質の他、導電助剤及びバインダーを含むことができる。
3. Positive electrode material The positive electrode material of the present invention may contain other components as long as it contains the positive electrode active material, for example, known components used in the positive electrode material of secondary batteries (particularly lithium secondary batteries). For example, the positive electrode material of the present invention may contain a conductive assistant and a binder in addition to the positive electrode active material.
導電助剤は、例えば、二次電池の電極材料を形成するために使用されている公知の導電助剤を広く挙げることができる。導電助剤としては、例えば、各種の炭素材料が例示され、天然黒鉛、人造黒鉛、導電性カーボンブラック、グラフェン、炭素繊維等を挙げることができる。炭素繊維としては、例えば、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等が挙げられる。導電助剤は、その他、銅、ニッケル等の金属粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等を使用することもできる。 The conductive assistant may be, for example, a wide variety of known conductive assistants used to form electrode materials for secondary batteries. Examples of the conductive assistant include various carbon materials, such as natural graphite, artificial graphite, conductive carbon black, graphene, and carbon fibers. Examples of carbon fibers include carbon nanofibers and carbon nanotubes. Other conductive assistants that may be used include metal powders such as copper and nickel, metal fibers, and conductive ceramic materials.
バインダー例えば、二次電池の電極材料を形成するために使用されている公知のバインダーを広く挙げることができる。バインダーとしては、例えば、各種樹脂材料を挙げることができ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。 Binder: For example, a wide range of known binders used to form electrode materials for secondary batteries can be used. Examples of binders include various resin materials, specifically polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber (SBR), polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polyethylene, polypropylene, etc.
正極材料において、正極活物質の含有割合は特に限定されない。例えば、正極材料に含まれる正極活物質、導電助剤及びバインダーの全質量に対して、正極活物質が50~95質量%含まれることが好ましく、60~90質量%含まれることがより好ましい。 In the positive electrode material, the content ratio of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, the positive electrode active material is preferably contained in an amount of 50 to 95 mass%, and more preferably 60 to 90 mass%, of the total mass of the positive electrode active material, conductive additive, and binder contained in the positive electrode material.
正極材料において、導電助剤の含有割合は特に限定されない。例えば、正極材料に含まれる正極活物質、導電助剤及びバインダーの全質量に対して、導電助剤が3~30質量%含まれることが好ましく、5~20質量%含まれることがより好ましい。 The content ratio of the conductive assistant in the positive electrode material is not particularly limited. For example, the conductive assistant is preferably contained in an amount of 3 to 30 mass %, and more preferably 5 to 20 mass %, of the total mass of the positive electrode active material, conductive assistant, and binder contained in the positive electrode material.
正極材料において、バインダーの含有割合は特に限定されない。例えば、正極材料に含まれる正極活物質、導電助剤及びバインダーの全質量に対して、バインダー3~30質量%含まれることが好ましく、5~20質量%含まれることがより好ましい。 The content of the binder in the positive electrode material is not particularly limited. For example, the binder is preferably contained in an amount of 3 to 30 mass %, and more preferably 5 to 20 mass %, based on the total mass of the positive electrode active material, conductive additive, and binder contained in the positive electrode material.
正極材料は、正極活物質、導電助剤及びバインダーのみで構成されていてもよいし、その他の成分が含まれていてもよい。 The positive electrode material may consist of only a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder, or may contain other components.
正極材料の調製方法は特に限定されず、例えば、公知の正極材料の調製方法を広く採用することができる。例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダーを所定の割合にて、適宜の方法で混合することで、正極材料を調製することができる。正極材料を調製するにあたっては、正極活物質、導電助剤及びバインダーを分散させるべく、溶媒を使用することもできる。溶媒としては、水の他、各種の有機溶媒、例えば、炭素数1~3の低級アルコール化合物、NMP(N-メチル-2-ピロリドン)等を挙げることができる。正極材料が溶媒を含む場合は、例えば、スラリー状やペースト状となる。 The method for preparing the positive electrode material is not particularly limited, and for example, any known method for preparing a positive electrode material can be widely adopted. For example, the positive electrode material can be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive assistant, and the binder in a predetermined ratio by an appropriate method. When preparing the positive electrode material, a solvent can be used to disperse the positive electrode active material, the conductive assistant, and the binder. Examples of the solvent include water and various organic solvents, such as lower alcohol compounds having 1 to 3 carbon atoms and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). When the positive electrode material contains a solvent, it is, for example, in the form of a slurry or a paste.
4.二次電池
本発明の二次電池は、前記正極材料を備える限り、その他の構成は特に限定されず、例えば、公知の二次電池と同様の構成とすることができる。二次電池の種類は特に制限されず、例えば、リチウムイオン二次電池等を挙げることができる。
4. Secondary battery The secondary battery of the present invention is not particularly limited in other configurations as long as it includes the positive electrode material, and may have, for example, the same configuration as a known secondary battery. The type of the secondary battery is not particularly limited, and may be, for example, a lithium ion secondary battery.
二次電池は、例えば、正極、負極、電解質及びセパレータを備えることができる。電池の大きさ及び形状は、その用途に応じて適宜決定することができる。 The secondary battery may, for example, comprise a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. The size and shape of the battery may be determined appropriately depending on the application.
正極は、例えば、金属箔に前記正極活物質が担持された構造を有することができる。金属箔を形成するための金属としては、アルミニウム、チタン、白金、モリブデン、ステンレス、銅等が挙げられる。正極は公知の方法で作製することができ、例えば、金属箔上に前述の本発明の正極材料を塗布することで金属箔に正極活物質が担持された正極を形成することができる。 The positive electrode can have a structure in which the positive electrode active material is supported on a metal foil, for example. Examples of metals for forming the metal foil include aluminum, titanium, platinum, molybdenum, stainless steel, and copper. The positive electrode can be produced by a known method, and for example, a positive electrode in which the positive electrode active material is supported on the metal foil can be formed by applying the above-mentioned positive electrode material of the present invention onto the metal foil.
負極は、例えば、金属箔に負極活物質が担持された構造を有することができる。金属箔としては、アルミニウム、チタン、白金、モリブデン、ステンレス、銅等が挙げられる。負極活物質としては、Li、Na、K、Mg、Al、Zn等の金属;グラファイトおよび他の炭素材料;Si(C)ベース、Si(O)ベース又はSnベースの合金あるいは金属酸化物;金属硫化物;Li4Ti5O12;等を挙げることができる。負極は公知の方法で作製することができる。 The negative electrode may have a structure in which a negative electrode active material is supported on a metal foil. Examples of the metal foil include aluminum, titanium, platinum, molybdenum, stainless steel, and copper. Examples of the negative electrode active material include metals such as Li, Na, K, Mg, Al, and Zn; graphite and other carbon materials; Si(C)-based, Si(O)-based, or Sn-based alloys or metal oxides; metal sulfides; Li 4 Ti 5 O 12 ; and the like. The negative electrode may be prepared by a known method.
二次電池において、電解質の種類も特に限定されず、例えば、二次電池に使用される公知の電解質を使用することができる。電解質は固体電解質及び液体電解質のいずれでもよい。 In the secondary battery, the type of electrolyte is not particularly limited, and for example, a known electrolyte used in secondary batteries can be used. The electrolyte may be either a solid electrolyte or a liquid electrolyte.
液体電解質としては、電解質が溶媒に溶解した溶液を挙げることができる。電解質としては各種アルカリ塩を挙げることができ、例えば、NaPF6、NaClO4、NaCF3SO3、NaFSI、NaTFSI、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、LiCF3SO3、LiTFSI、LiFSI、KPF6、KFSI、KTFSI、KBF4等が挙げられ、その他、公知のマグネシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩等も挙げられる。溶媒は水、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸プロピル、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等が例示される。 The liquid electrolyte can be a solution in which the electrolyte is dissolved in a solvent.The electrolyte can be various alkali salts, such as NaPF6 , NaClO4, NaCF3SO3 , NaFSI , NaTFSI, LiPF6, LiClO4 , LiBF4 , LiBOB , LiAsF6 , LiCF3SO3 , LiTFSI, LiFSI, KPF6 , KFSI , KTFSI, KBF4 , etc. , and also known magnesium salts, aluminum salts, zinc salts, etc.The solvent can be water, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, propyl acetate, fluoroethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, etc.
固体電解質としては、硫化物系や酸化物系等の無機物材料や、PEO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料が挙げられる。 Solid electrolytes include inorganic materials such as sulfides and oxides, and polymeric materials such as PEO (polyethylene oxide).
セパレータとしては、二次電池に適用されている公知のセパレータを使用することができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂;ポリイミド;ポリビニルアルコール;末端アミノ化ポリエチレンオキシドポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;アクリル樹脂;ナイロン;芳香族アラミド;無機ガラス;セラミックス等で形成された材料を挙げることができる。セパレータは、多孔質膜、不織布、織布等の形態とすることができる。その他、セパレータとしては、各種の高分子膜、および無機電解質を挙げることができる。無機電解質としては、例えば、LiLaTiO3、Li7La3Zr2O12(LLZO)、Na3Zr2Si2PO12、Na11Sn2PS12、Na3PSe4等が挙げられる。 The separator may be a known separator used in secondary batteries, such as polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; polyimide; polyvinyl alcohol; fluororesins such as aminated polyethylene oxide polytetrafluoroethylene; acrylic resins; nylon; aromatic aramid; inorganic glass; ceramics. The separator may be in the form of a porous membrane, nonwoven fabric, woven fabric, or the like. Other examples of the separator include various polymer membranes and inorganic electrolytes. Examples of inorganic electrolytes include LiLaTiO 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 11 Sn 2 PS 12 , and Na 3 PSe 4 .
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
0.234gのNH4VO3と、0.3629gのNa2MoO4・2H2Oと、30mLの蒸留水と、28質量%濃度のアンモニア水0.25mlとを混合し、そこへ、2.402gのC2H5NSを添加し、1時間撹拌することで原料を調製した。
Example 1
0.234 g of NH 4 VO 3 , 0.3629 g of Na 2 MoO 4 ·2H 2 O, 30 mL of distilled water, and 0.25 ml of 28 mass% ammonia water were mixed, 2.402 g of C 2 H 5 NS was added thereto, and the mixture was stirred for 1 hour to prepare a raw material.
得られた原料を、テフロン(登録商標)で裏打ちされた50mL容量のオートクレーブに移して当該オートクレーブを密閉し、220℃で24時間加熱した(工程1)。その後、オートクレーブ内の生成物を遠心分離により回収し、蒸留水およびエタノールを使用して数回洗浄した後、真空オーブン内にて60℃で12時間にわたって生成物の乾燥処理を行った。最後に、アルゴン雰囲気下、300℃で1時間焼成し、目的の正極活物質を得た(工程2)。得られた正極活物質を「LS-VMS」と表記した。 The obtained raw materials were transferred to a 50 mL autoclave lined with Teflon (registered trademark), the autoclave was sealed, and heated at 220°C for 24 hours (step 1). The product in the autoclave was then collected by centrifugation, washed several times with distilled water and ethanol, and then dried in a vacuum oven at 60°C for 12 hours. Finally, the product was calcined at 300°C for 1 hour in an argon atmosphere to obtain the desired positive electrode active material (step 2). The obtained positive electrode active material was designated "LS-VMS".
(作製例1)
正極活物質として実施例1で得られたLS-VMSと、導電性添加剤としてsuperP(導電性カーボンブラック)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とからなる正極材料を準備した。この正極材料において、LS-VMS:superP:PVDF=8:1:1(質量比)とした。正極材料に、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を溶媒として添加し、12時間攪拌して均一に混合した。得られたスラリーをAl集電体(アルミニウム箔)にコーティングし、真空中120℃で12時間乾燥させることで、正極を製作した。この正極と、負極(銅箔付きリチウム金属)と、液体電解質と、この液体電解質をしみ込ませたセパレータ(Cytiva提供の「Whatman GF/Cガラス繊維ろ紙」)とを用い、公知の方法により、電池を組み立てた。電解質は、1Mヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)溶液とし、斯かる溶液の溶媒は、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネート混合溶媒(体積比1:1)とした。
(Preparation Example 1)
A positive electrode material was prepared, which consisted of the LS-VMS obtained in Example 1 as the positive electrode active material, superP (conductive carbon black) as the conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder. In this positive electrode material, the ratio of LS-VMS:superP:PVDF was 8:1:1 (mass ratio). N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added as a solvent to the positive electrode material, and the mixture was stirred for 12 hours to mix uniformly. The obtained slurry was coated on an Al current collector (aluminum foil), and dried in a vacuum at 120°C for 12 hours to produce a positive electrode. A battery was assembled by a known method using this positive electrode, a negative electrode (lithium metal with copper foil), a liquid electrolyte, and a separator ("Whatman GF/C glass fiber filter paper" provided by Cytiva) impregnated with the liquid electrolyte. The electrolyte was a 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) solution, and the solvent of this solution was a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio 1:1).
(作製例2)
正極活物質としてLS-VMSの代わりに市販のLiFePO4(HEOLOTECHNALOGYGROUP Co.Ltd,China)に変更したこと以外は作製例1と同様の方法で電池を組み立てた。
(Preparation Example 2)
A battery was assembled in the same manner as in Preparation Example 1, except that the positive electrode active material was changed from LS-VMS to commercially available LiFePO 4 (HEOLOTECHNALOGYGROUP Co. Ltd., China).
図1は、実施例1で得られたLS-VMSのSEM画像を示している。このSEM画像から、実施例1で得られたLS-VMSは層ごとの積層構造、つまり、レイヤーバイレイヤー構造を形成していることがわかった。 Figure 1 shows an SEM image of the LS-VMS obtained in Example 1. From this SEM image, it was found that the LS-VMS obtained in Example 1 formed a layer-by-layer structure, i.e., a layer-by-layer structure.
図2は、図1のSEM画像において、硫黄元素(S)、モリブデン元素(Mo)、および、バナジウム元素(V)の元素マッピング画像を示している。図2(B)は、図2(A)における枠内部分をS、Mo及びVそれぞれでマッピングした結果を示す画像である。図2のマッピング結果から、実施例1で得られたLS-VMSは、S、Mo及びVが正極活物質全体にわたって均一に分布していることが確認できた。 Figure 2 shows element mapping images of sulfur (S), molybdenum (Mo), and vanadium (V) in the SEM image of Figure 1. Figure 2(B) is an image showing the results of mapping the area within the frame in Figure 2(A) with S, Mo, and V. From the mapping results in Figure 2, it was confirmed that in the LS-VMS obtained in Example 1, S, Mo, and V are uniformly distributed throughout the entire positive electrode active material.
図3は、実施例1で得たLS-VMSのX線回折測定(XRD)結果を示している。X線回折測定には、Rigaku社製の「SmartLab」を使用し、2θ=10~100°の範囲でCu-Kα(λ=1.540Å)放射線源を使用して測定を行った。 Figure 3 shows the results of X-ray diffraction measurement (XRD) of the LS-VMS obtained in Example 1. For the X-ray diffraction measurement, a "SmartLab" manufactured by Rigaku Corporation was used, and the measurement was performed using a Cu-Kα (λ = 1.540 Å) radiation source in the range of 2θ = 10 to 100°.
図3のXRDスペクトルからわかるように、2θ=14.6°、2θ=32.9°、2θ=39.5°および2θ=58.3°に回折ピークが明確に観察された。これらの回折ピークはそれぞれ、2H-MoS2の(002)、(100)、(103)および(110)面に属するものであった(JCPDSNO.37-1492を参照した)。一方で、図3のXRDスペクトルにおいて、VS2を示す構造が見られないことが分かった。 As can be seen from the XRD spectrum in Figure 3, diffraction peaks were clearly observed at 2θ = 14.6°, 2θ = 32.9°, 2θ = 39.5° and 2θ = 58.3°. These diffraction peaks belonged to the (002), (100), (103) and (110) planes of 2H -MoS2, respectively (see JCPDS No. 37-1492). On the other hand, it was found that no structure indicating VS2 was observed in the XRD spectrum in Figure 3.
この結果、図4に示すように、実施例1で得たLS-VMSは、バナジウム元素(V)が二硫化モリブデン(MoS2)のフレームワークに入り込んだ構造を有していることが分かる。 As a result, as shown in FIG. 4, it is found that the LS-VMS obtained in Example 1 has a structure in which vanadium element (V) is embedded in the framework of molybdenum disulfide (MoS 2 ).
図5(A)は、作製例1で組み立てた電池を用いた定電流充放電試験の結果を、図5(B)は、作製例2で組み立てた電池を用いた定電流充放電試験の結果を示している。これらの測定には、LANDバッテリー試験システム「CT2001A」(Wuhan LAND electronics Co., Ltd. China)を使用して測定した。ここで、測定温度は30℃、印加電圧は1.5~3.5Vとした。 Figure 5 (A) shows the results of a constant current charge/discharge test using the battery assembled in Example 1, and Figure 5 (B) shows the results of a constant current charge/discharge test using the battery assembled in Example 2. These measurements were taken using a LAND battery test system "CT2001A" (Wuhan LAND electronics Co., Ltd. China). Here, the measurement temperature was 30°C, and the applied voltage was 1.5 to 3.5 V.
図5(A)に示されるように、実施例1で得られたLS-VMSを正極活物質として備える作製例1の電池では、1000サイクル後、1Ag-1の高電流密度において約100%のクーロン効率であり、また、1000サイクル後、118mAhg-1の比容量を提供できることがわかる。これに対し、図5(B)に示すように、市販のLiFePO4を正極活物質として備える作製例2の電池では、1000サイクル後、低電流密度0.17Ag-1であってクーロン効率が約96.7%に留まり、また、1000サイクル後、の比容量も109mAhg-1に留まった。 As shown in Fig. 5A, the battery of Preparation Example 1 having the LS-VMS obtained in Example 1 as the positive electrode active material has a Coulombic efficiency of about 100% at a high current density of 1 Ag -1 after 1000 cycles, and can provide a specific capacity of 118 mAhg -1 after 1000 cycles. In contrast, as shown in Fig. 5B, the battery of Preparation Example 2 having commercially available LiFePO4 as the positive electrode active material has a Coulombic efficiency of only about 96.7% at a low current density of 0.17 Ag -1 after 1000 cycles, and also has a specific capacity of only 109 mAhg -1 after 1000 cycles.
以上より、実施例1で得られたLS-VMSを正極活物質として備える二次電池は、優れたサイクル特性を有していることがわかった。 From the above, it was found that the secondary battery using the LS-VMS obtained in Example 1 as the positive electrode active material has excellent cycle characteristics.
Claims (3)
前記遷移金属元素M1は、Mo、W又はVであり、
前記遷移金属元素M2は、Mo、W及びVからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記遷移金属元素M1および前記遷移金属元素M2は互いに異なり、
前記正極活物質は、積層構造を形成し、
遷移金属元素M1源と、遷移金属元素M2源と、硫黄源と、溶媒とを含む原料を加熱処理することで生成物を得る工程Aと、
前記工程Aで得られた生成物を焼成する工程Bと、
を備える、正極活物質の製造方法。 A method for producing a positive electrode active material containing a sulfide of a transition metal element M1 and at least one transition metal element M2 other than the transition metal element M1, comprising:
The transition metal element M1 is Mo, W or V;
The transition metal element M2 is at least one selected from the group consisting of Mo, W, and V,
The transition metal element M1 and the transition metal element M2 are different from each other,
The positive electrode active material forms a laminated structure,
A step A of obtaining a product by heat-treating a raw material including a transition metal element M1 source, a transition metal element M2 source, a sulfur source, and a solvent;
A step B of calcining the product obtained in the step A;
The method for producing a positive electrode active material comprises the steps of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021014643A JP7699335B2 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021014643A JP7699335B2 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022117878A JP2022117878A (en) | 2022-08-12 |
| JP7699335B2 true JP7699335B2 (en) | 2025-06-27 |
Family
ID=82750613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021014643A Active JP7699335B2 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7699335B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116835652A (en) * | 2023-07-07 | 2023-10-03 | 国纳之星(上海)纳米科技发展有限公司 | Preparation method of molybdenum disulfide nanospheres, and product and application thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000506519A (en) | 1996-02-09 | 2000-05-30 | チェング ピー―ワン | Delivery of bioactive molecules facilitated by receptor ligands |
| JP2000235856A (en) | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Lithium secondary battery |
| JP2000243455A (en) | 1998-12-25 | 2000-09-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Lithium secondary battery |
| JP2016058295A (en) | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 古河機械金属株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery |
| CN109378470A (en) | 2018-09-19 | 2019-02-22 | 昆明理工大学 | A kind of preparation method of vanadium-doped tungsten disulfide negative electrode material |
| CN110600734A (en) | 2019-09-11 | 2019-12-20 | 三峡大学 | Ternary WxMo1-xS2Sodium ion battery negative electrode material and preparation method thereof |
-
2021
- 2021-02-01 JP JP2021014643A patent/JP7699335B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000506519A (en) | 1996-02-09 | 2000-05-30 | チェング ピー―ワン | Delivery of bioactive molecules facilitated by receptor ligands |
| JP2000243455A (en) | 1998-12-25 | 2000-09-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Lithium secondary battery |
| JP2000235856A (en) | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Lithium secondary battery |
| JP2016058295A (en) | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 古河機械金属株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery |
| CN109378470A (en) | 2018-09-19 | 2019-02-22 | 昆明理工大学 | A kind of preparation method of vanadium-doped tungsten disulfide negative electrode material |
| CN110600734A (en) | 2019-09-11 | 2019-12-20 | 三峡大学 | Ternary WxMo1-xS2Sodium ion battery negative electrode material and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022117878A (en) | 2022-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Nanostructured Mo-based electrode materials for electrochemical energy storage | |
| CN106898750B (en) | Metal-sulfur battery based on sulfur-rich transition metal sulfide and preparation method thereof | |
| TWI445666B (en) | Method for producing lithium silicate compound | |
| JP6059019B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP7570614B2 (en) | Positive electrode material for alkali metal-sulfur battery and alkali metal-sulfur battery including the same | |
| KR20190080815A (en) | Cathode material with stable surface for secondary batteries and method for producing the same | |
| JP7618135B2 (en) | Anode active material, anode material, alkaline ion battery including said anode material, and method for manufacturing anode active material | |
| JP7407377B2 (en) | Magnesium ion secondary batteries, positive electrode active materials for magnesium ion secondary batteries, and positive electrodes for magnesium ion secondary batteries | |
| JP7394336B2 (en) | Negative electrode active material for secondary batteries | |
| WO2009116841A1 (en) | Cathode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery having the same | |
| JP5978024B2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| JP7699335B2 (en) | Positive electrode active material, positive electrode material, secondary battery including the positive electrode material, and method for manufacturing the positive electrode active material | |
| JP5625028B2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| KR101661896B1 (en) | Positive active material for lithium secondary battery, method of preparing same and a lithium secondary battery comprising the same | |
| CN102306773B (en) | Sulfur-molybdenum-magnesium compound of multi-element doped rechargeable magnesium battery anode material, and preparation method thereof | |
| JP7762901B2 (en) | Electrolyte additive for all-solid-state lithium-ion batteries, solid electrolyte and all-solid-state lithium-ion battery | |
| JP7742546B2 (en) | Non-aqueous magnesium battery | |
| CN112759874B (en) | A kind of preparation method of Se-doped vulcanized polyacrylonitrile material | |
| JP7349644B2 (en) | Additives for electrolytes, solid electrolytes and lithium ion secondary batteries | |
| CN102723486A (en) | Selenium-doped magnesium secondary battery cathode material | |
| WO2018195837A1 (en) | Metal-sulfur battery and preparation method therefor | |
| JP7569299B2 (en) | Positive electrode active material for lithium ion batteries, manufacturing method thereof, and lithium ion battery | |
| JP5988095B2 (en) | Precursor of positive electrode active material for lithium secondary battery and method for producing the same, positive electrode active material for lithium secondary battery using the precursor and method for producing the same, and lithium secondary battery using the positive electrode active material | |
| JP7828598B2 (en) | A negative electrode active material, a negative electrode material, an alkaline ion battery comprising the negative electrode material, and a method for manufacturing the negative electrode active material. | |
| CN106252643A (en) | Positive active material and battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231023 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240827 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240918 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241025 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250128 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250225 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250603 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250606 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7699335 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |