JP2012169160A - Electrode for sodium secondary battery and sodium secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】ナトリウム二次電池の高出力化への期待はあるものの、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる炭素材料を電極活物質として含む電極において、放電負荷特性向上に対する検討は行われておらず、放電負荷特性を向上させる技術については未だ不明であった。
【解決手段】ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能な炭素材料を主成分として含む電極合剤を集電体に担持した電極であって、前記電極合剤の空隙率が25%以上50%以下であるナトリウム二次電池用電極。
【選択図】なしAlthough there is an expectation for higher output of a sodium secondary battery, in order to improve discharge load characteristics in an electrode including a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions as an electrode active material. However, the technology for improving the discharge load characteristics has not yet been clarified.
An electrode in which an electrode mixture containing a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions as a main component is supported on a current collector, the porosity of the electrode mixture being 25% or more and 50% or less. An electrode for a sodium secondary battery.
[Selection figure] None
Description
本発明は、ナトリウム二次電池用電極およびナトリウム二次電池に関する。 The present invention relates to an electrode for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery.
ナトリウム二次電池は水系電解液の電池と比較して高い電圧が発生できるため、高エネルギー密度電池として好適である。しかも、ナトリウムは資源量が豊富でしかも安価な材料であることから、これを実用化することにより、大型電源を大量に供給できることが期待されている。 A sodium secondary battery is suitable as a high energy density battery because it can generate a higher voltage than a battery of an aqueous electrolyte. Moreover, since sodium is an abundant and inexpensive material, it is expected that large-scale power can be supplied in large quantities by putting it into practical use.
ナトリウム二次電池は、通常、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる正極活物質を含む正極と、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる負極活物質を含む負極と、電解質とを備える。 A sodium secondary battery usually includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of doping and dedoping sodium ions, a negative electrode including a negative electrode active material capable of doping and dedoping sodium ions, and an electrolyte. .
電極は、集電体と該集電体上に形成された電極合剤とを含む。電極合剤は、正極活物質、負極活物質などの電極活物質およびバインダーを含み、負極活物質として炭素材料を、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFと呼ぶことがある。)を用いた電極が提案されている(特許文献1)。上記材料を用い、優れた放電負荷特性を得ることができれば、高出力が要求される電動工具や電気自動車駆動用電源への適用が可能となる。 The electrode includes a current collector and an electrode mixture formed on the current collector. The electrode mixture includes an electrode active material such as a positive electrode active material and a negative electrode active material, and a binder. A carbon material is used as the negative electrode active material, and an electrode using polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF) as the binder. Has been proposed (Patent Document 1). If an excellent discharge load characteristic can be obtained using the above materials, it can be applied to a power tool or a power source for driving an electric vehicle that requires high output.
しかしながら、ナトリウム二次電池の高出力化への期待はあるものの、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる炭素材料を電極活物質として含む電極において、放電負荷特性向上に対する検討は行われておらず、放電負荷特性を向上させる技術については未だ不明であった。 However, although there is an expectation for higher output of a sodium secondary battery, there has been no study on improvement of discharge load characteristics in an electrode including a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions as an electrode active material. However, the technology for improving the discharge load characteristics has not yet been clarified.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ね、本発明に至った。すなわち、本発明は、下記の発明を提供するものである。 The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems, and have reached the present invention. That is, the present invention provides the following inventions.
ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能な炭素材料を主成分として含む電極合剤を集電体に担持した電極であって、前記電極合剤の空隙率が25%以上50%以下であるナトリウム二次電池用電極。 An electrode in which an electrode mixture containing a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions as a main component is supported on a current collector, and the porosity of the electrode mixture is 25% or more and 50% or less. Battery electrode.
本発明のナトリウム二次電池用電極を用いれば、電池の放電負荷特性を向上させることができ、優れた出力特性を示す二次電池を製造することができる。 If the electrode for sodium secondary batteries of this invention is used, the discharge load characteristic of a battery can be improved and the secondary battery which shows the outstanding output characteristic can be manufactured.
<本発明のナトリウム二次電池用電極>
本発明のナトリウム二次電池用電極は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能な炭素材料を主成分として含む電極合剤を集電体に担持した電極であって、前記電極合剤の空隙率が25%以上50%以下である。
<Electrode for sodium secondary battery of the present invention>
An electrode for a sodium secondary battery of the present invention is an electrode in which a current collector carries an electrode mixture containing a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions as a main component, and the porosity of the electrode mixture is It is 25% or more and 50% or less.
前記電極合剤の空隙率は、好ましくは30%以上45%以下である。 The porosity of the electrode mixture is preferably 30% or more and 45% or less.
前記電極合剤の密度は、0.80g/cm3以上1.25g/cm3以下が好ましく、より好ましくは、0.90g/cm3以上1.15g/cm3以下である。 The density of the electrode mixture is preferably 0.80 g / cm 3 or more and 1.25 g / cm 3 or less, more preferably 0.90 g / cm 3 or more and 1.15 g / cm 3 or less.
電極合剤の空隙率は、電極合剤中において空隙が占める体積割合を示し、式1により算出する。 The porosity of the electrode mixture indicates the volume ratio occupied by the voids in the electrode mixture, and is calculated by Equation 1.
空隙率の測定方法として、アルキメデス法を用いる。具体的には電極合剤体積を測定し、該電極合剤に対し適当な液体を空隙内に含浸させ、その含浸量より算出する。ここで適当な液体としては、温度に対する密度が既知の液体を示し、例えば水が挙げられる。分解した電池から得られた電極合剤の場合、電極合剤が電解液で濡れているため、電解液を構成する溶媒で残留電解質等を十分に洗浄除去、乾燥した後、上記操作を行い、空隙率を測定する。 The Archimedes method is used as a method for measuring the porosity. Specifically, the volume of the electrode mixture is measured, and an appropriate liquid is impregnated into the gap with respect to the electrode mixture, and the amount is calculated from the impregnation amount. Here, as the appropriate liquid, a liquid having a known density with respect to temperature is exemplified, and water is an example. In the case of the electrode mixture obtained from the decomposed battery, since the electrode mixture is wet with the electrolyte solution, the residual electrolyte etc. are sufficiently washed away with the solvent constituting the electrolyte solution, dried, and then the above operation is performed. Measure porosity.
前記電極合剤の厚みは、25μm以上130μm以下が好ましく、より好ましくは、40μm以上100μm以下である。 The thickness of the electrode mixture is preferably 25 μm or more and 130 μm or less, and more preferably 40 μm or more and 100 μm or less.
・<電極活物質>
本発明において、電極活物質は、炭素材料を主成分とし、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる。
・ <Electrode active material>
In the present invention, the electrode active material is mainly composed of a carbon material, and can be doped and dedoped with sodium ions.
前記炭素材料は、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機材料焼成体などが挙げられる。該炭素材料は、好ましくは非黒鉛化炭素材料(「ハードカーボン」ともいう)である。この中でも特に非黒鉛化炭素材料からなるカーボンマイクロビーズを挙げることができ、具体的には、日本カーボン社製のICB(商品名:ニカビーズ)が挙げられる。
炭素材料を構成する粒子の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、または微粒子の凝集体形状などが挙げられる。炭素材料を構成する粒子の形状が球状である場合、その平均粒径は好ましくは0.01μm以上30μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上20μm以下である。
Examples of the carbon material include carbon black, pyrolytic carbons, carbon fiber, and a fired organic material. The carbon material is preferably a non-graphitized carbon material (also referred to as “hard carbon”). Among these, carbon microbeads made of a non-graphitized carbon material can be mentioned, and specifically, ICB (trade name: Nika beads) manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd. can be mentioned.
Examples of the shape of the particles constituting the carbon material include a flake shape such as natural graphite, a spherical shape such as mesocarbon microbeads, a fibrous shape such as graphitized carbon fiber, and an aggregate shape of fine particles. When the shape of the particles constituting the carbon material is spherical, the average particle diameter is preferably 0.01 μm or more and 30 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less.
本発明のナトリウム二次電池において、ナトリウムイオンのドープかつ脱ドープがスムーズに行われるためには、電極活物質としての炭素材料は、好ましくは、賦活処理が行われていない炭素材料であり、特に好ましくは非賦活型炭素材料である。非賦活型炭素材料は、炭素材料について不活性化処理が行われた炭素材料である。
「不活性化処理」は、炭素材料の表面官能基を除去するための処理を意味し、具体的な処理方法としては、不活性ガス雰囲気下、600℃以上2000℃以下(好ましくは、800℃以上1800℃以下)の温度で熱処理する方法が挙げられる。
賦活型炭素材料を電極活物質として使用した場合には、ナトリウムイオンのドープかつ脱ドープがスムーズに行われず、不可逆容量が大きくなる場合がある。
In the sodium secondary battery of the present invention, in order to smoothly dope and dedope sodium ions, the carbon material as the electrode active material is preferably a carbon material that has not been activated. Non-activated carbon materials are preferred. The non-activated carbon material is a carbon material that has been subjected to a deactivation treatment for the carbon material.
“Inactivation treatment” means treatment for removing the surface functional groups of the carbon material, and a specific treatment method is 600 ° C. or more and 2000 ° C. or less (preferably 800 ° C. in an inert gas atmosphere). The method of heat-processing at the temperature of 1800 degrees C or less) is mentioned.
When an activated carbon material is used as an electrode active material, sodium ions are not doped and undoped smoothly, and the irreversible capacity may increase.
前記有機材料焼成体としては、種々の有機材料の炭化(焼成)により得られる炭素材料のうち、ナトリウムイオンでドープされることができかつ脱ドープされることができる炭素材料を用いればよい。好適な炭素材料である非黒鉛化炭素材料は、グラファイト結晶構造になりにくい有機材料を焼成して得ることができる。
該有機材料焼成体の原料となる有機材料としては、石油や石炭等の天然鉱物資源、これら資源を原料として合成した各種合成樹脂(熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など)、石油ピッチ、石炭ピッチ、紡糸用ピッチなどの種々のプラント残渣油、木材等の植物由来の有機材料等を挙げることができ、これらを単独または2種以上用いることが可能である。
As the organic material fired body, among carbon materials obtained by carbonization (firing) of various organic materials, a carbon material that can be doped with sodium ions and can be dedoped may be used. A non-graphitized carbon material, which is a suitable carbon material, can be obtained by firing an organic material that is unlikely to have a graphite crystal structure.
Organic materials used as raw materials for the organic material fired body include natural mineral resources such as petroleum and coal, various synthetic resins synthesized from these resources (thermosetting resin, thermoplastic resin, etc.), petroleum pitch, and coal pitch. And various plant residue oils such as spinning pitch, plant-derived organic materials such as wood, etc., and these can be used alone or in combination of two or more.
上記合成樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シアネート樹脂、ケトン樹脂などを挙げることができ、これらを単独または2種以上用いることが可能である。これらの樹脂は硬化剤、添加剤を含有してもよい。硬化方法は、例えばフェノール樹脂を用いる場合では、熱硬化法、熱酸化法、エポキシ硬化法、イソシアネート硬化法などが挙げられる。エポキシ樹脂を用いた場合では、フェノール樹脂硬化法、酸無水物硬化法、アミン硬化法等が挙げられる。 As the synthetic resin, phenol resin, resorcinol resin, furan resin, epoxy resin, urethane resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, bismaleimide resin, benzoxazine resin, polyacrylonitrile resin, polystyrene resin, Polyamide resins, cyanate resins, ketone resins, and the like can be given, and these can be used alone or in combination of two or more. These resins may contain a curing agent and an additive. Examples of the curing method include a thermosetting method, a thermal oxidation method, an epoxy curing method, and an isocyanate curing method when a phenol resin is used. In the case of using an epoxy resin, a phenol resin curing method, an acid anhydride curing method, an amine curing method, and the like can be given.
有機材料は、好ましくは芳香環を有する有機材料である。該有機材料を用いることにより、ナトリウムイオンでドープされることができかつ脱ドープされることができる炭素材料を、収率よく得ることができる。これにより環境負荷が小さく、製造コストも小さくすることもでき、工業的な利用価値がより高い。 The organic material is preferably an organic material having an aromatic ring. By using the organic material, a carbon material that can be doped with sodium ions and can be dedope can be obtained with high yield. Thereby, the environmental load is small, the manufacturing cost can be reduced, and the industrial utility value is higher.
芳香環を有する有機材料としては、例えば、上記合成樹脂の中で、フェノール樹脂(ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂など)、エポキシ樹脂(ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂など)、アニリン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂を挙げることができ、これらを単独または2種以上用いることが可能である。これらの樹脂は、硬化剤、添加剤を含有してもよい。 Examples of the organic material having an aromatic ring include, among the above synthetic resins, phenol resins (such as novolac type phenol resins and resol type phenol resins), epoxy resins (such as bisphenol type epoxy resins and novolac type epoxy resins), and aniline resins. , Bismaleimide resins and benzoxazine resins, and these can be used alone or in combination of two or more. These resins may contain a curing agent and an additive.
芳香環を有する有機材料としては、好ましくはフェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを重合させて製造された有機材料である。該有機材料は、芳香環を有する有機材料の中でも安価であり、工業的な生産量も多いことから、これを炭化して得られる炭素材料は好ましい炭素材料である。 The organic material having an aromatic ring is preferably an organic material produced by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound. Since the organic material is inexpensive among organic materials having an aromatic ring and has a large industrial production amount, a carbon material obtained by carbonizing the organic material is a preferable carbon material.
フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを重合させて得られる有機材料としては、フェノール樹脂が挙げられる。フェノール樹脂は安価であり、工業的な生産量も多く、炭素材料の原料として好ましい。フェノール樹脂を炭化して得られる炭素材料を、本発明のナトリウム二次電池の電極活物質として用いた場合、ナトリウム二次電池の充放電容量、充放電を繰り返した際の放電容量が特に大きいため、フェノール樹脂を炭化して得られる炭素材料は好ましい。フェノール樹脂は、三次元架橋が発達した構造を有し、該樹脂を炭化して得られる炭素材料も、該構造に由来した特異な三次元架橋が発達した構造を有する炭素材料となっているものと推定される。これにより、前記の放電容量が特に大きくなるものと考えられる。 Examples of the organic material obtained by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound include phenol resins. Phenolic resins are inexpensive and have a large industrial production amount, which is preferable as a raw material for carbon materials. When the carbon material obtained by carbonizing the phenol resin is used as the electrode active material of the sodium secondary battery of the present invention, the charge / discharge capacity of the sodium secondary battery is particularly large when the charge / discharge is repeated. A carbon material obtained by carbonizing a phenol resin is preferable. Phenol resin has a structure in which three-dimensional crosslinking is developed, and the carbon material obtained by carbonizing the resin is also a carbon material having a structure in which unique three-dimensional crosslinking is derived from the structure. It is estimated to be. Thereby, it is considered that the discharge capacity is particularly increased.
フェノールまたはその誘導体としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、キシレノール、ピロガロール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、p−フェニルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、p−tert−オクチルフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール等を挙げることができ、これらを単独または2種以上用いることが可能である。 Examples of phenol or derivatives thereof include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, catechol, resorcinol, hydroquinone, xylenol, pyrogallol, bisphenol A, bisphenol F, p-phenylphenol, p-tert-butylphenol, p-tert-octylphenol, α-naphthol, β-naphthol and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more.
アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等を挙げることができ、これらを単独または2種以上用いることが可能である。 Examples of the aldehyde compound include formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, furfural, glyoxal, n-butyraldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde, benzaldehyde, crotonaldehyde, acrolein, tetraoxymethylene, Examples thereof include phenylacetaldehyde, o-tolualdehyde, salicylaldehyde, and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.
フェノール樹脂は、例えば、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂などが挙げられる。レゾール型フェノール樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とが塩基性触媒の存在下で重合することにより得ることができる。ノボラック型フェノール樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とが酸性触媒の存在下で重合することにより得ることができる。 Examples of the phenol resin include a resol type phenol resin and a novolac type phenol resin. The resol type phenol resin can be obtained by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound in the presence of a basic catalyst. The novolac type phenol resin can be obtained by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound in the presence of an acidic catalyst.
自硬性のレゾール型フェノール樹脂を用いる場合は、該レゾール型フェノール樹脂に、酸や硬化剤を添加してもよいし、硬化度を低下させるためにノボラック型フェノール樹脂を添加してもよい。これらを組合せて該レゾール型フェノール樹脂に添加してもよい。 When a self-hardening resol type phenol resin is used, an acid or a curing agent may be added to the resol type phenol resin, or a novolac type phenol resin may be added to reduce the degree of curing. These may be combined and added to the resol type phenol resin.
ノボラック型フェノール樹脂としては、メチレン基結合位置がオルソ位とパラ位とが同程度のランダムノボラックと呼ばれているタイプ(このタイプは、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを、公知の有機酸および/または無機酸の触媒を用いて、常圧100℃で数時間縮合反応させ、得られた縮合物から水および未反応モノマーを除去する方法により得られる。)と、オルソ位でのメチレン基結合の多いハイオルソノボラックと呼ばれているタイプ(このタイプは、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを、酢酸亜鉛、酢酸鉛、ナフテン酸亜鉛等の金属塩触媒を用いて、弱酸性下で付加縮合反応させ、直接あるいは酸触媒を添加して、さらに脱水しながら縮合反応を行い、必要に応じて未反応物を除去する方法により得られる。)が知られている。 As the novolak type phenol resin, a type called a random novolak having the same methylene group bonding position at the ortho-position and the para-position (this type comprises a known organic acid and phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound). And / or a method of removing water and unreacted monomers from the resulting condensate by carrying out a condensation reaction at 100 ° C. for several hours using an inorganic acid catalyst) and a methylene group bond at the ortho position. Type called high ortho novolac (this type is an addition condensation of phenol or its derivative and aldehyde compound under weak acidity using metal salt catalyst such as zinc acetate, lead acetate, zinc naphthenate, etc. A method of reacting, adding a direct or acid catalyst, conducting a condensation reaction while further dehydrating, and removing unreacted materials as necessary More is obtained.) It is known.
芳香環を分子構造中に有する有機材料としては、他にも多種多様な有機材料を利用することができる。 Various other organic materials can be used as the organic material having an aromatic ring in the molecular structure.
合成樹脂は、モノマーが重合した高分子であることが一般的である。芳香環を有する有機材料として、数個〜数十個程度のモノマーが重合した有機材料を用いることもできる。 The synthetic resin is generally a polymer in which monomers are polymerized. As the organic material having an aromatic ring, an organic material in which several to several tens of monomers are polymerized can be used.
フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とが重合する際には、副生物が生成したり、未重合物が残存したりする場合もある。これらの副生物、未重合物を、有機材料として、利用することもでき、廃棄物を減らすことにより環境負荷を低減できるとともに、炭素材料を安価に得ることができ、工業的な利用価値がより高い。 When phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound are polymerized, a by-product may be generated or an unpolymerized product may remain. These by-products and unpolymerized materials can also be used as organic materials, and by reducing waste, the environmental impact can be reduced, and carbon materials can be obtained at low cost, resulting in more industrial utility value. high.
植物由来の有機材料として、木材等を挙げることができる。これらを炭化して得られる木炭は、電極活物質に用いる炭素材料として好ましい。木材として、廃棄材木、おが屑等の木材加工プロセスにおいて発生する廃棄木材、森林の間伐木材等を利用することもできる。木材の構成成分としては一般にセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの3種が主成分として挙げられ、リグニンは、芳香環を有する有機材料であり、好ましい。 Wood etc. can be mentioned as a plant-derived organic material. Charcoal obtained by carbonizing these is preferable as a carbon material used for the electrode active material. As the timber, waste timber, waste timber generated in a wood processing process such as sawdust, forest thinned timber, and the like can also be used. As the constituent components of wood, three types of cellulose, hemicellulose and lignin are generally mentioned as the main components, and lignin is an organic material having an aromatic ring and is preferable.
木材としては、ソテツ類、イチョウ類、針葉樹類(スギ、ヒノキ、アカマツ等)、マオウ類等の裸子植物、広葉樹類(ミズナラ、ブナ、ポプラ、ハルニレ、カシ等)、草本植物、ヤシ類、竹類等の被子植物等が挙げられる。 Wood includes cycads, ginkgo, conifers (cedar, cypress, red pine, etc.), maize, etc., broadleaf trees (Mizunara, beech, poplar, haruni, oak, etc.), herbaceous plants, palms, bamboo Angiosperms and the like such as
上記の木材の中でも、スギは建築材料として広く用いられており、その加工プロセスにおいてスギのおが屑が発生する。スギのおが屑は好ましい有機材料であり、環境負荷を低減できるとともに安価に炭素材料を得ることができる。カシを炭化して得られる備長炭も、電極活物質に用いる炭素材料として好ましい。 Among the above-mentioned wood, cedar is widely used as a building material, and cedar sawdust is generated in the processing process. Cedar sawdust is a preferable organic material, and can reduce the environmental load and obtain a carbon material at a low cost. Bincho charcoal obtained by carbonizing oak is also preferable as the carbon material used for the electrode active material.
電極活物質に用いる炭素材料として、プラント残渣油の炭化(焼成)により得られる炭素材料を用いることにより、資源を有効活用することができ、工業的な利用価値がより高い。 By using a carbon material obtained by carbonization (firing) of plant residue oil as the carbon material used for the electrode active material, resources can be effectively used and industrial utility value is higher.
プラント残渣油としては、エチレンなど各種石油化学製品の製造時に発生する各種残渣油を挙げることができる。より具体的には、蒸留残渣油、流動接触分解残渣油、それらの水素化脱硫油、あるいはそれらの混合油から成る石油系重質油を挙げることができる。これらの中でも、芳香環を有する石油化学製品の製造時に発生する残渣油が好ましく、具体的には、該残渣油としてレゾルシノール製造時に発生する残渣油を挙げることができる。 Examples of plant residual oil include various residual oils generated during the manufacture of various petrochemical products such as ethylene. More specifically, there can be mentioned petroleum heavy oil composed of distillation residue oil, fluid catalytic cracking residue oil, hydrodesulfurized oil thereof, or mixed oil thereof. Among these, a residual oil generated during the production of a petrochemical product having an aromatic ring is preferable, and specific examples of the residual oil include a residual oil generated during the production of resorcinol.
電極活物質に用いる炭素材料は、上述の種々の有機材料のうち、1種以上の有機材料を炭化(焼成)して得ることができる。炭化の温度は、800℃以上2500℃以下であることが好ましい。炭化は、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。有機材料をそのまま炭化してもよいし、有機材料を400℃以下の酸化性ガスの存在下で加熱して得られる加熱物を、不活性ガス雰囲気下で炭化してもよい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴンなどを挙げることができ、酸化性ガスとしては、空気、H2O、CO2、O2などを挙げることができる。炭化は、減圧下で行ってもよい。これらの加熱、炭化は、例えば、ロータリーキルン、ローラーハースキルン、プッシャーキルン、多段炉、流動炉などの設備を用いて行えばよい。ロータリーキルンは、汎用的に用いられる設備である。 The carbon material used for the electrode active material can be obtained by carbonizing (baking) one or more organic materials among the above-described various organic materials. The carbonization temperature is preferably 800 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower. Carbonization is preferably performed in an inert gas atmosphere. The organic material may be carbonized as it is, or a heated product obtained by heating the organic material in the presence of an oxidizing gas of 400 ° C. or lower may be carbonized in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen and argon, and examples of the oxidizing gas include air, H 2 O, CO 2 , and O 2 . Carbonization may be performed under reduced pressure. These heating and carbonization may be performed using equipment such as a rotary kiln, a roller hearth kiln, a pusher kiln, a multistage furnace, and a fluidized furnace. A rotary kiln is a general-purpose facility.
炭化(焼成)して得られた炭素材料は、必要に応じて粉砕されてもよい。粉砕は、例えば、衝撃摩擦粉砕機、遠心力粉砕機、ボールミル(チューブミル、コンパウンドミル、円錐形ボールミル、ロッドミル)、振動ミル、コロイドミル、摩擦円盤ミルまたはジェットミルなどの微粉砕用の粉砕機を用いて行うことができる。ボールミルは、一般的に用いられる粉砕機である。粉砕時には、炭素材料への金属粉の混入を抑制するために、これらの粉砕機における炭素材料との接触部分は、アルミナ、メノウなど、非金属材料の材質で構成されていてもよい。粉砕により、炭素材料は、それを構成する粒子の平均粒径が、通常50μm以下、好ましくは30μm以下、とりわけ好ましくは10μm以下になるように、粉砕される。 The carbon material obtained by carbonization (firing) may be pulverized as necessary. The pulverization is, for example, an impact friction pulverizer, a centrifugal pulverizer, a ball mill (tube mill, compound mill, conical ball mill, rod mill), vibration mill, colloid mill, friction disk mill, or jet mill. Can be used. A ball mill is a pulverizer generally used. At the time of pulverization, in order to suppress the mixing of the metal powder into the carbon material, the contact portion with the carbon material in these pulverizers may be made of a non-metallic material such as alumina or agate. By the pulverization, the carbon material is pulverized so that the average particle size of the particles constituting the carbon material is usually 50 μm or less, preferably 30 μm or less, particularly preferably 10 μm or less.
・<バインダー>
バインダーとしては、例えば、フッ素化合物の重合体が挙げられる。フッ素化合物としては、例えば、フッ素化アルキル(炭素数1〜18)(メタ)アクリレート、パーフルオロアルキル(メタ)アクリレート[例えば、パーフルオロドデシル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−オクチル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリレート]、パーフルオロアルキル置換アルキル(メタ)アクリレート[例えばパーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート]、パーフルオロオキシアルキル(メタ)アクリレート[例えば、パーフルオロドデシルオキシエチル(メタ)アクリレート及びパーフルオロデシルオキシエチル(メタ)アクリレートなど]、フッ素化アルキル(炭素数1〜18)クロトネート、フッ素化アルキル(炭素数1〜18)マレート及びフマレート、フッ素化アルキル(炭素数1〜18)イタコネート、フッ素化アルキル置換オレフィン(炭素数2〜10程度、フッ素原子数1〜17程度)、例えばパーフロオロヘキシルエチレン、炭素数2〜10程度、及びフッ素原子の数1〜20程度の二重結合炭素にフッ素原子が結合したフッ素化オレフィン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンなどが挙げられる。また、結合剤として、フッ素化合物と後述のフッ素原子を含まないエチレン性二重結合を含む単量体との共重合体を挙げることもできる。
・ <Binder>
Examples of the binder include a polymer of a fluorine compound. Examples of the fluorine compound include fluorinated alkyl (C1-18) (meth) acrylate, perfluoroalkyl (meth) acrylate [for example, perfluorododecyl (meth) acrylate, perfluoro n-octyl (meth) acrylate, Perfluoro n-butyl (meth) acrylate], perfluoroalkyl-substituted alkyl (meth) acrylate [for example, perfluorohexylethyl (meth) acrylate, perfluorooctylethyl (meth) acrylate], perfluorooxyalkyl (meth) acrylate [ For example, perfluorododecyloxyethyl (meth) acrylate and perfluorodecyloxyethyl (meth) acrylate, etc.], fluorinated alkyl (C1-C18) crotonate, fluorinated alkyl (carbon Number 1-18) Malate and fumarate, fluorinated alkyl (carbon number 1-18) itaconate, fluorinated alkyl-substituted olefin (about 2-10 carbon atoms, about 1-17 fluorine atoms) such as perfluorohexylethylene, carbon Examples include fluorinated olefins, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and the like in which fluorine atoms are bonded to double bond carbons of about 2 to 10 and about 1 to 20 fluorine atoms. Examples of the binder include a copolymer of a fluorine compound and a monomer containing an ethylenic double bond that does not contain a fluorine atom, which will be described later.
バインダーのその他の例示としては、非フッ素系重合体を挙げることができる。非フッ素系重合体は、フッ素を含まない重合体である。本発明における電極は、非フッ素系重体を有することが好ましく、ナトリウム二次電池の初期不可逆容量を減少させることができる。非フッ素系重合体の例示としては、フッ素原子を含まないエチレン性二重結合を含む単量体の付加重合体が挙げられる。かかる単量体としては、例えば、(シクロ)アルキル(炭素数1〜22)(メタ)アクリレート[例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、iso−ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート等];芳香環含有(メタ)アクリレート[例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート等];アルキレングリコールもしくはジアルキレングリコール(アルキレン基の炭素数2〜4)のモノ(メタ)アクリレート[例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート];(ポリ)グリセリン(重合度1〜4)モノ(メタ)アクリレート;多官能(メタ)アクリレート[例えば、(ポリ)エチレングリコール(重合度1〜100)ジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコール(重合度1〜100)ジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス(4−ヒドロキシエチルフェニル)プロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等]などの(メタ)アクリル酸エステル系単量体;(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミド系誘導体[例えば、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等]などの(メタ)アクリルアミド系単量体;(メタ)アクリロニトリル、2−シアノエチル(メタ)アクリレート、2−シアノエチルアクリルアミド等のシアノ基含有単量体;スチレン及び炭素数7〜18のスチレン誘導体[例えば、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−ヒドロキシスチレン及びジビニルベンゼン等]などのスチレン系単量体;炭素数4〜12のアルカジエン[例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等]などのジエン系単量体;カルボン酸(炭素数2〜12)ビニルエステル[例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル及びオクタン酸ビニル等]、カルボン酸(炭素数2〜12)(メタ)アリルエステル[例えば、酢酸(メタ)アリル、プロピオン酸(メタ)アリルおよびオクタン酸(メタ)アリル等]などのアルケニルエステル系単量体;グリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アリルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有単量体;炭素数2〜12のモノオレフィン[例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−オクテンおよび1−ドデセン等]のモノオレフィン類;塩素、臭素またはヨウ素原子含有単量体、塩化ビニル及び塩化ビニリデンなどのフッ素以外のハロゲン原子含有単量体;アクリル酸、メタクリル酸などの(メタ)アクリル酸およびそのアルカリ塩;ブタジエン、イソプレンなどの共役二重結合含有単量体などが挙げられる。また、付加重合体として、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体またはエチレン・プロピレン共重合体などの共重合体でもよい。また、カルボン酸ビニルエステル重合体は、ポリビニルアルコールなどのように、部分的または完全にケン化されていてもよい。 Other examples of the binder include non-fluorinated polymers. The non-fluorine polymer is a polymer that does not contain fluorine. The electrode in the present invention preferably has a non-fluorinated heavy body, and can reduce the initial irreversible capacity of the sodium secondary battery. Examples of non-fluorine polymers include monomer addition polymers containing ethylenic double bonds that do not contain fluorine atoms. Examples of such monomers include (cyclo) alkyl (C1-22) (meth) acrylate [for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, iso-butyl (Meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, octadecyl (meth) acrylate, etc.]; aromatic ring-containing (meth) acrylate [for example, benzyl (Meth) acrylate, phenylethyl (meth) acrylate, etc.]; mono (meth) acrylate of alkylene glycol or dialkylene glycol (alkylene group having 2 to 4 carbon atoms) [for example, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2- Hi Roxypropyl (meth) acrylate, diethylene glycol mono (meth) acrylate]; (poly) glycerin (degree of polymerization 1 to 4) mono (meth) acrylate; polyfunctional (meth) acrylate [for example, (poly) ethylene glycol (degree of polymerization 1) ~ 100) di (meth) acrylate, (poly) propylene glycol (degree of polymerization 1-100) di (meth) acrylate, 2,2-bis (4-hydroxyethylphenyl) propane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri ( (Meth) acrylate monomers such as (meth) acrylate]; (meth) acrylamide (meth) acrylamide, (meth) acrylamide derivatives [eg, N-methylol (meth) acrylamide, diacetone acrylamide, etc.] Acrylamide monomer; ) Cyano group-containing monomers such as acrylonitrile, 2-cyanoethyl (meth) acrylate, 2-cyanoethylacrylamide; styrene and styrene derivatives having 7 to 18 carbon atoms [for example, α-methylstyrene, vinyltoluene, p-hydroxystyrene and Styrene monomers such as divinylbenzene] Diene monomers such as alkadienes having 4 to 12 carbon atoms [for example, butadiene, isoprene, chloroprene, etc.]; Carboxylic acid (2 to 12 carbon atoms) vinyl esters [for example, , Vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and vinyl octoate, etc.], carboxylic acid (2 to 12 carbon atoms) (meth) allyl ester [for example, (meth) allyl acetate, (meth) allyl propionate and octanoic acid ( Alkenyl ester monomers such as (meth) allyl etc.]; Epoxy group-containing monomers such as cidyl (meth) acrylate and (meth) allyl glycidyl ether; monoolefins having 2 to 12 carbon atoms [for example, ethylene, propylene, 1-butene, 1-octene and 1-dodecene, etc.] Monoolefins; chlorine, bromine or iodine atom-containing monomers, halogen atom-containing monomers other than fluorine such as vinyl chloride and vinylidene chloride; (meth) acrylic acid such as acrylic acid and methacrylic acid and alkali salts thereof; butadiene And conjugated double bond-containing monomers such as isoprene. The addition polymer may be a copolymer such as an ethylene / vinyl acetate copolymer, a styrene / butadiene copolymer, or an ethylene / propylene copolymer. The carboxylic acid vinyl ester polymer may be partially or completely saponified, such as polyvinyl alcohol.
バインダーのその他の例示としては、例えば、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロースなどの多糖類及びその誘導体;フェノール樹脂;メラミン樹脂;ポリウレタン樹脂;尿素樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;ポリアミドイミド樹脂;石油ピッチ;石炭ピッチなどが挙げられる。バインダーとしては複数種のバインダーを使用してもよい。 Other examples of the binder include, for example, polysaccharides such as starch, methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose, nitrocellulose, and derivatives thereof; phenol resin; melamine resin; polyurethane resin A urea resin; a polyamide resin; a polyimide resin; a polyamideimide resin; a petroleum pitch; and a coal pitch. A plurality of types of binders may be used as the binder.
本発明の電極におけるバインダーの配合割合としては、炭素材料100重量部に対し、通常0.5〜30重量部程度、好ましくは2〜20重量部程度である。 The blending ratio of the binder in the electrode of the present invention is usually about 0.5 to 30 parts by weight, preferably about 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material.
<電極の製造方法>
本発明の電極について説明する。本発明の電極は、例えば、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能な炭素材料、バインダーおよび必要に応じて導電材等を含む電極合剤が、集電体に担持されているものであり、通常、シート状である。本発明の電極の製造方法としては、例えば、炭素材料、バインダーおよび導電材等に溶剤を添加してなる電極合剤ペーストを、集電体に、塗工、または浸漬し、乾燥する方法を挙げることができる。乾燥により、電極合剤ペーストにおける溶媒は除去され、集電体には、電極合剤が結着され、電極が得られる。
<Method for producing electrode>
The electrode of the present invention will be described. The electrode of the present invention is, for example, an electrode mixture containing a carbon material that can be doped and dedoped with sodium ions, a binder and, if necessary, a conductive material, etc. carried on a current collector, It is in the form of a sheet. Examples of the method for producing the electrode of the present invention include a method in which an electrode mixture paste formed by adding a solvent to a carbon material, a binder, a conductive material, and the like is applied to a current collector or dipped in a current collector and then dried. be able to. By drying, the solvent in the electrode mixture paste is removed, and the electrode mixture is bound to the current collector to obtain an electrode.
前記電極合剤ペーストに用いられる溶剤は、例えば、有機溶媒を用いることができ、極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド類;イソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコールなどのアルコール類;プロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類などが挙げられる。非極性溶媒としてヘキサン、トルエンなどが挙げられる。また、溶剤として、水を用いることもでき、電極製造コストを抑えるためには水を用いるほうが好ましい。 As the solvent used in the electrode mixture paste, for example, an organic solvent can be used. As polar solvents, amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, dimethylformamide; isopropyl alcohol, ethyl Examples include alcohols such as alcohol and methyl alcohol; ethers such as propylene glycol dimethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. Examples of the nonpolar solvent include hexane and toluene. Moreover, water can also be used as a solvent, and it is more preferable to use water in order to suppress electrode manufacturing cost.
本発明の電極の集電体の材料としては、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、金、銀、白金、アルミニウム合金またはステンレス等の金属、例えば、炭素素材、活性炭繊維、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、銅、スズ、鉛またはこれらの合金をプラズマ溶射、アーク溶射することによって形成されたもの、例えば、ゴムまたはスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体(SEBS)など樹脂に導電材を分散させた導電性フィルムなどが挙げられる。集電体の形状としては、例えば、箔状、平板状、メッシュ状、ネット状、ラス状、パンチング状およびエンボス状であるもの並びにこれらを組み合わせたもの(例えば、メッシュ状平板など)等が挙げられる。集電体表面にエッチング処理により凹凸を形成させてもよい。 Examples of the material for the current collector of the electrode of the present invention include metals such as nickel, aluminum, titanium, copper, gold, silver, platinum, aluminum alloy, and stainless steel, such as carbon materials, activated carbon fibers, nickel, aluminum, and zinc. Copper, tin, lead or alloys thereof are formed by plasma spraying or arc spraying, for example, rubber or resin such as styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS) is dispersed in a conductive material. Examples include conductive films. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a flat plate shape, a mesh shape, a net shape, a lath shape, a punching shape, an embossed shape, and a combination thereof (for example, a mesh-like flat plate). It is done. Concavities and convexities may be formed on the surface of the current collector by etching.
本発明の電極合剤ペーストを、集電体へ塗布する方法としては特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等の方法が挙げられる。また、塗布後に行う乾燥としては、熱処理によって行ってもよいし、送風乾燥、真空乾燥などにより行ってもよい。熱処理により乾燥を行う場合には、その温度は、通常50〜150℃程度である。また、乾燥後にプレスを行ってもよい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法を挙げることができる。以上に挙げた方法により、本発明の電極を製造することができる。また、電極の厚みは、通常5〜500μm程度である。 The method for applying the electrode mixture paste of the present invention to a current collector is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. Moreover, as drying performed after application | coating, you may carry out by heat processing, and you may carry out by ventilation drying, vacuum drying, etc. When drying is performed by heat treatment, the temperature is usually about 50 to 150 ° C. Moreover, you may press after drying. Examples of the pressing method include a mold press and a roll press. By the method mentioned above, the electrode of the present invention can be manufactured. Moreover, the thickness of an electrode is about 5-500 micrometers normally.
<本発明のナトリウム二次電池>
ナトリウム二次電池は、第1電極と第2電極とを有し、通常、さらに電解質、セパレータを有する。本発明のナトリウム二次電池は、第1電極が本発明のナトリウム二次電池用電極である。第2電極がナトリウム金属またはナトリウム合金を有する場合には、第1電極は正極として作用し、第2電極がナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能なナトリウム含有遷移金属化合物を有する場合には、第1電極は負極として作用する。
<Sodium secondary battery of the present invention>
A sodium secondary battery has a first electrode and a second electrode, and usually further includes an electrolyte and a separator. In the sodium secondary battery of the present invention, the first electrode is the electrode for the sodium secondary battery of the present invention. When the second electrode has sodium metal or a sodium alloy, the first electrode acts as a positive electrode, and when the second electrode has a sodium-containing transition metal compound that can be doped and dedoped with sodium ions, The electrode acts as a negative electrode.
ナトリウム二次電池は、通常、負極、セパレータ及び正極を、積層および巻回することによって得られる電極群を、この電極群を電池缶内に収納し、電解質を含有する有機溶媒からなる電解液を電極群に含浸させることによって、製造することができる。 A sodium secondary battery usually has an electrode group obtained by laminating and winding a negative electrode, a separator, and a positive electrode. The electrode group is housed in a battery can, and an electrolyte solution composed of an organic solvent containing an electrolyte is used. It can be manufactured by impregnating the electrode group.
ここでこの電極群の形状としては例えば、この電極群を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面が、円、楕円、長方形、角がとれたような長方形等となるような形状を挙げることができる。また、電池の形状としては、例えば、ペーパー型、コイン型、円筒型、角型などの形状を挙げることができる。 Here, as the shape of the electrode group, for example, a cross section when the electrode group is cut in a direction perpendicular to the winding axis is a circle, an ellipse, a rectangle, a rectangle with rounded corners, or the like. The shape can be mentioned. In addition, examples of the shape of the battery include a paper shape, a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape.
<本発明のナトリウム二次電池−正極>
本発明のナトリウム二次電池において、前記第2電極がナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能なナトリウム含有遷移金属化合物を有する場合には、本発明のナトリウム二次電池用電極は負極として作用し、該第2電極は正極として作用する。該正極としては、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができるナトリウム含有遷移金属化合物を含む正極合剤を、正極集電体に担持した電極を用いることができる。
<Sodium secondary battery of the present invention-positive electrode>
In the sodium secondary battery of the present invention, when the second electrode has a sodium-containing transition metal compound that can be doped and dedoped with sodium ions, the sodium secondary battery electrode of the present invention acts as a negative electrode, The second electrode acts as a positive electrode. As the positive electrode, an electrode in which a positive electrode mixture containing a sodium-containing transition metal compound capable of doping and dedoping sodium ions is supported on a positive electrode current collector can be used.
前記ナトリウム含有遷移金属化合物としては、次の化合物を挙げることができる。
すなわち、NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2およびNaCoO2等のNaM1 a1O2で表される酸化物、Na0.44Mn1-a2M1 a2O2で表される酸化物、Na0.7Mn1-a2M1 a2O2.05で表される酸化物(M1は1種以上の遷移金属元素、0<a1<1、0≦a2<1);
Na6Fe2Si12O30およびNa2Fe5Si12O30等のNabM2 cSi12O30で表される酸化物(M2は1種以上の遷移金属元素、2≦b≦6、2≦c≦5);
Na2Fe2Si6O18およびNa2MnFeSi6O18等のNadM3 eSi6O18で表される酸化物(M3は1種以上の遷移金属元素、2≦d≦6、1≦e≦2);
Na2FeSiO6等のNafM4 gSi2O6で表される酸化物(M4は遷移金属元素、MgおよびAlからなる群より選ばれる1種以上の元素、1≦f≦2、1≦g≦2)
NaFePO4、NaMnPO4、Na3Fe2(PO4)3等のリン酸塩;
Na2FePO4F、Na2VPO4F、Na2MnPO4F、Na2CoPO4F、Na2NiPO4F等のフッ化リン酸塩;
NaFeSO4F、NaMnSO4F、NaCoSO4F、NaFeSO4F等のフッ化硫酸塩;
NaFeBO4、Na3Fe2(BO4)3等のホウ酸塩;
Na3FeF6、Na2MnF6等のNahM5F6で表されるフッ化物(M5は1種以上の遷移金属元素、2≦h≦3);等が挙げられ、これらは1種あるいは2種以上を混合して使用することができる。
Examples of the sodium-containing transition metal compound include the following compounds.
That, NaFeO 2, NaMnO 2, NaNiO 2 and NaCoO oxide represented by NaM 1 a1 O 2, such as 2, oxide represented by Na 0.44 Mn 1-a2 M 1 a2 O 2, Na 0.7 Mn 1- an oxide represented by a2 M 1 a2 O 2.05 (M 1 is one or more transition metal elements, 0 <a1 <1, 0 ≦ a2 <1);
Oxides represented by Na b M 2 c Si 12 O 30 such as Na 6 Fe 2 Si 12 O 30 and Na 2 Fe 5 Si 12 O 30 (M 2 is one or more transition metal elements, 2 ≦ b ≦ 6, 2 ≦ c ≦ 5);
Na 2 Fe 2 Si 6 O 18 and Na 2 MnFeSi 6 O 18 Na d M 3 e Si 6 O 18 oxide represented by such (M 3 is one or more transition metal elements, 2 ≦ d ≦ 6, 1 ≦ e ≦ 2);
Na 2 FeSiO Na f M 4 g Si oxide represented by 2 O 6, such as 6 (M 4 is at least one element selected from the group consisting of transition metal elements, Mg and Al, 1 ≦ f ≦ 2, 1 ≦ g ≦ 2)
Phosphates such as NaFePO 4 , NaMnPO 4 , Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 ;
Fluorophosphates such as Na 2 FePO 4 F, Na 2 VPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 NiPO 4 F;
Fluorosulfates such as NaFeSO 4 F, NaMnSO 4 F, NaCoSO 4 F, NaFeSO 4 F;
Borates such as NaFeBO 4 and Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ;
Na 3 FeF 6, Na 2 fluorides represented by Na h M 5 F 6 of MnF 6 such (M 5 is one or more transition metal elements, 2 ≦ h ≦ 3); and the like, which is 1 Species or a mixture of two or more can be used.
この中でも、好ましくは、NaM1O2(M1は1種以上の遷移金属元素を示す。)で表される酸化物である。その好適な具体例としては、α-NaFeO2型の構造を有するNaMnO2、NaNiO2、NaCoO2およびNaFe1-p-qMnpNiqO2(p、qは次の関係を満たす値である。0≦p+q≦1,0≦p≦1,0≦q≦1)等の酸化物が挙げられる。 Among these, an oxide represented by NaM 1 O 2 (M 1 represents one or more transition metal elements) is preferable. Preferable specific examples thereof include NaMnO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2, and NaFe 1 -pq Mn p Ni q O 2 having a α-NaFeO 2 type structure (p and q are values satisfying the following relationship). And oxides such as 0 ≦ p + q ≦ 1, 0 ≦ p ≦ 1, 0 ≦ q ≦ 1).
上記ナトリウム遷移金属化合物では、発明の効果を損なわない範囲で、上記遷移金属元素の一部を、上記遷移金属元素以外の金属元素で置換してもよい。置換することにより、本発明の電池の特性が向上する場合がある。上記遷移金属元素以外の金属としてはLi、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Zn、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、YbおよびLu等の金属元素が挙げられる。 In the sodium transition metal compound, a part of the transition metal element may be substituted with a metal element other than the transition metal element as long as the effects of the invention are not impaired. By substitution, the characteristics of the battery of the present invention may be improved. Examples of metals other than the transition metal elements include Li, K, Ag, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Ga, In, Zn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, and Tb. , Ho, Er, Tm, Yb and Lu.
正極集電体としては、導電性が高く薄膜に加工しやすいものであればよく、Al、Ni、ステンレス、Cuなどの金属などを用いることができる。正極集電体の形状としては、例えば、箔状、平板状、メッシュ状、ネット状、ラス状、パンチングメタル状およびエンボス状であるもの並びにこれらを組み合わせたもの(例えば、メッシュ状平板など)等が挙げられる。 The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity and can be easily processed into a thin film, and metals such as Al, Ni, stainless steel, and Cu can be used. Examples of the shape of the positive electrode current collector include a foil shape, a flat plate shape, a mesh shape, a net shape, a lath shape, a punching metal shape, an embossed shape, and a combination thereof (for example, a mesh flat plate). Is mentioned.
正極合剤は導電材を含有してもよく、導電材としては炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの繊維状炭素材料などを挙げることができる。通常、電極合剤中の導電材の割合は、電極活物質100重量部に対して5〜20重量部である。導電材として上述のような、微粒の炭素材料、繊維状炭素材料を用いる場合には、この割合を下げることも可能である。 The positive electrode mixture may contain a conductive material, and a carbon material can be used as the conductive material. Examples of the carbon material include fibrous carbon materials such as graphite powder, carbon black, and carbon nanotubes. Usually, the ratio of the conductive material in the electrode mixture is 5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. In the case where the fine carbon material or the fibrous carbon material as described above is used as the conductive material, this ratio can be lowered.
前記の正極に用いられるバインダーとしては、前記本発明の電極に用いられるバインダーと同様のものを挙げられる。 Examples of the binder used for the positive electrode include the same binders as those used for the electrode of the present invention.
正極は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる正極活物質を含む正極合剤を、正極集電体に担持することで製造される。正極集電体に正極合剤を担持する方法としては、例えば、正極活物質、導電材、バインダーおよび溶媒からなる正極合剤ペーストを作製、混練し、得られた正極合剤ペーストを、集電体へ塗布、乾燥する方法が挙げられる。正極合剤ペーストを、集電体へ塗布する方法としては特に制限されない。例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等の方法が挙げられる。また、塗布後に行う乾燥としては、熱処理によって行ってもよいし、送風乾燥、真空乾燥などにより行ってもよい。熱処理により乾燥を行う場合には、その温度は、通常50〜150℃程度である。また、乾燥後にプレスを行ってもよい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法を挙げることができる。以上に挙げた方法により、本発明の電極を製造することができる。また、電極合剤の厚みは、通常5〜500μm程度である。 The positive electrode is manufactured by supporting a positive electrode mixture containing a positive electrode active material capable of doping and dedoping sodium ions on a positive electrode current collector. As a method for supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector, for example, a positive electrode mixture paste comprising a positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent is prepared and kneaded. The method of apply | coating to a body and drying is mentioned. The method for applying the positive electrode mixture paste to the current collector is not particularly limited. Examples thereof include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. Moreover, as drying performed after application | coating, you may carry out by heat processing, and you may carry out by ventilation drying, vacuum drying, etc. When drying is performed by heat treatment, the temperature is usually about 50 to 150 ° C. Moreover, you may press after drying. Examples of the pressing method include a mold press and a roll press. By the method mentioned above, the electrode of the present invention can be manufactured. The thickness of the electrode mixture is usually about 5 to 500 μm.
<本発明のナトリウム二次電池−セパレータ>
本発明のナトリウム二次電池で用いることができるセパレータとしては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質フィルム、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いた単層または積層セパレータとしてもよい。セパレータとしては、例えば特開2000−30686号公報、特開平10−324758号公報等に記載のセパレータを挙げることができる。セパレータの厚みは、電池の体積エネルギー密度が上がり、内部抵抗が小さくなるという点で、機械的強度が保たれる限り薄いほど好ましい。セパレータの厚みは一般に、5〜200μm程度が好ましく、より好ましくは5〜40μm程度である。
<Sodium Secondary Battery-Separator of the Present Invention>
Examples of the separator that can be used in the sodium secondary battery of the present invention include porous films, nonwoven fabrics, woven fabrics, and the like made of materials such as polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, fluororesins, and nitrogen-containing aromatic polymers. A material having a form can be used. Moreover, it is good also as a single layer or laminated separator which used 2 or more types of these materials. Examples of the separator include separators described in JP 2000-30686 A, JP 10-324758 A, and the like. The thickness of the separator is preferably as thin as possible as long as the mechanical strength is maintained in that the volume energy density of the battery is increased and the internal resistance is reduced. In general, the thickness of the separator is preferably about 5 to 200 μm, more preferably about 5 to 40 μm.
セパレータは、好ましくは、熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムを有する。二次電池においては、通常、正極−負極間の短絡等が原因で電池内に異常電流が流れた際に、電流を遮断して、過大電流が流れることを阻止する(シャットダウンする。)ことが重要である。したがってセパレータは、通常の使用温度を越えた場合に、できるだけ低温でシャットダウンする(セパレータが、熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムを有する場合には、多孔質フィルムの微細孔を閉塞する。)こと、およびシャットダウンした後、ある程度の高温まで電池内の温度が上昇しても、その温度により破膜することなく、シャットダウンした状態を維持すること、換言すれば、耐熱性が高いことが求められる。セパレータとして、耐熱樹脂を含有する耐熱多孔層と熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムとが積層されてなる積層多孔質フィルムを有するセパレータを用いることにより、本発明の二次電池の熱破膜をより防ぐことが可能となる。ここで、耐熱多孔層は、多孔質フィルムの両面に積層されていてもよい。 The separator preferably has a porous film containing a thermoplastic resin. In a secondary battery, normally, when an abnormal current flows in the battery due to a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, the current is interrupted to prevent an excessive current from flowing (shut down). is important. Therefore, the separator shuts down at the lowest possible temperature when the normal use temperature is exceeded (when the separator has a porous film containing a thermoplastic resin, the micropores of the porous film are blocked). Even after the shutdown, even if the temperature in the battery rises to a certain high temperature, it is required to maintain the shutdown state without breaking the film due to the temperature, in other words, to have high heat resistance. By using a separator having a laminated porous film in which a heat resistant porous layer containing a heat resistant resin and a porous film containing a thermoplastic resin are laminated as a separator, the thermal breakage of the secondary battery of the present invention It becomes possible to prevent more. Here, the heat-resistant porous layer may be laminated on both surfaces of the porous film.
<本発明のナトリウム二次電池−セパレータ−積層多孔質フィルムセパレータ>
以下、耐熱樹脂を含有する耐熱多孔層と熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムとが積層されてなる積層多孔質フィルムからなるセパレータについて説明する。ここで、このセパレータの厚みは、通常40μm以下、好ましくは20μm以下である。また、耐熱多孔層の厚みをA(μm)、多孔質フィルムの厚みをB(μm)としたときには、A/Bの値が、0.1〜1であることが好ましい。また更に、このセパレータは、イオン透過性の観点から、ガーレー法による透気度において、透気度が50〜300秒/100ccであることが好ましく、50〜200秒/100ccであることがさらに好ましい。このセパレータの空孔率は、通常30〜80体積%、好ましくは40〜70体積%である。
<Sodium secondary battery-separator-laminated porous film separator of the present invention>
Hereinafter, a separator composed of a laminated porous film in which a heat resistant porous layer containing a heat resistant resin and a porous film containing a thermoplastic resin are laminated will be described. Here, the thickness of this separator is usually 40 μm or less, preferably 20 μm or less. Moreover, when the thickness of the heat resistant porous layer is A (μm) and the thickness of the porous film is B (μm), the value of A / B is preferably 0.1-1. Furthermore, from the viewpoint of ion permeability, this separator preferably has an air permeability of 50 to 300 seconds / 100 cc, more preferably 50 to 200 seconds / 100 cc in terms of air permeability by the Gurley method. . The porosity of this separator is usually 30 to 80% by volume, preferably 40 to 70% by volume.
(耐熱多孔層)
積層多孔質フィルムにおいて、耐熱多孔層は、耐熱樹脂を含有する。イオン透過性をより高めるために、耐熱多孔層の厚みは、1〜10μm、さらには1〜5μm、特に1〜4μmという薄い耐熱多孔層であることが好ましい。また、耐熱多孔層は微細孔を有し、その孔のサイズ(直径)は通常3μm以下、好ましくは1μm以下である。さらに、耐熱多孔層は、後述のフィラーを含有することもできる。
(Heat resistant porous layer)
In the laminated porous film, the heat resistant porous layer contains a heat resistant resin. In order to further improve the ion permeability, the heat-resistant porous layer is preferably a thin heat-resistant porous layer having a thickness of 1 to 10 μm, more preferably 1 to 5 μm, and particularly 1 to 4 μm. The heat-resistant porous layer has fine pores, and the size (diameter) of the pores is usually 3 μm or less, preferably 1 μm or less. Furthermore, the heat resistant porous layer can also contain a filler described later.
耐熱多孔層に含有される耐熱樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホンおよびポリエーテルイミドを挙げることができ、耐熱性をより高めるためには、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルホンおよびポリエーテルイミドが好ましく、ポリアミド、ポリイミドおよびポリアミドイミドがより好ましい。さらにより好ましくは、耐熱樹脂は、芳香族ポリアミド(パラ配向芳香族ポリアミド、メタ配向芳香族ポリアミド)、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミドイミド等の含窒素芳香族重合体であり、とりわけ好ましくは芳香族ポリアミドであり、特に好ましくはパラ配向芳香族ポリアミド(以下、パラアラミドということがある。)である。また、耐熱樹脂としては、ポリ−4−メチルペンテン−1および環状オレフィン系重合体を挙げることもできる。これらの耐熱樹脂を用いることにより、耐熱性を高めること、すなわち熱破膜温度を高めることができる。 Examples of the heat resistant resin contained in the heat resistant porous layer include polyamide, polyimide, polyamideimide, polycarbonate, polyacetal, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, aromatic polyester, polyethersulfone and polyetherimide. In order to further improve the heat resistance, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyethersulfone and polyetherimide are preferable, and polyamide, polyimide and polyamideimide are more preferable. Even more preferably, the heat-resistant resin is a nitrogen-containing aromatic polymer such as aromatic polyamide (para-oriented aromatic polyamide, meta-oriented aromatic polyamide), aromatic polyimide, aromatic polyamideimide, and particularly preferably aromatic. Polyamide, particularly preferably para-oriented aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as para-aramid). Examples of the heat resistant resin include poly-4-methylpentene-1 and cyclic olefin polymers. By using these heat resistant resins, the heat resistance can be increased, that is, the thermal film breaking temperature can be increased.
熱破膜温度は、耐熱樹脂の種類に依存するが、通常、熱破膜温度は160℃以上である。耐熱樹脂として、上記含窒素芳香族重合体を用いることにより、熱破膜温度を最大400℃程度にまで高めることができる。また、ポリ−4−メチルペンテン−1を用いる場合には最大250℃程度、環状オレフィン系重合体を用いる場合には最大300℃程度にまで、熱破膜温度をそれぞれ高めることができる。 The thermal film breaking temperature depends on the kind of the heat-resistant resin, but the thermal film breaking temperature is usually 160 ° C. or higher. By using the nitrogen-containing aromatic polymer as the heat-resistant resin, the thermal film breaking temperature can be increased to about 400 ° C. at the maximum. Further, when poly-4-methylpentene-1 is used, the thermal film breaking temperature can be increased up to about 250 ° C., and when a cyclic olefin-based polymer is used up to about 300 ° C., respectively.
上記パラアラミドは、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合により得られるものであり、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば、4,4’−ビフェニレン、1,5−ナフタレン、2,6−ナフタレン等のような反対方向に同軸または平行に延びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。パラアラミドとしては、パラ配向型またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミド、具体的には、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(4,4’−ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン−4,4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン−2,6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2−クロロ−パラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体が例示される。 The para-aramid is obtained by condensation polymerization of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and the amide bond is in the para position of the aromatic ring or an oriented position equivalent thereto (for example, 4,4 ′ -Substantially consisting of repeating units bonded in the opposite direction, such as biphenylene, 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene, etc., in an orientation extending coaxially or in parallel. As para-aramid, para-aramid having a para-orientation type or a structure according to para-orientation type, specifically, poly (paraphenylene terephthalamide), poly (parabenzamide), poly (4,4′-benzanilide terephthalamide) , Poly (paraphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic amide), poly (paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly (2-chloro-paraphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide / 2 An example is a 1,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer.
上記芳香族ポリイミドとしては、芳香族の二酸無水物とジアミンの縮重合で製造される全芳香族ポリイミドが好ましい。二酸無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4―ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンおよび3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。ジアミンとしては、オキシジアニリン、パラフェニレンジアミン、ベンゾフェノンジアミン、3,3’−メチレンジアニリン、3,3’−ジアミノベンソフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォンおよび1,5−ナフタレンジアミンが挙げられる。また、溶媒に可溶なポリイミドが好適に使用できる。このようなポリイミドとしては、例えば、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合物のポリイミドが挙げられる。 The aromatic polyimide is preferably a wholly aromatic polyimide produced by condensation polymerization of an aromatic dianhydride and a diamine. Specific examples of the dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic acid Examples include dianhydrides, 2,2′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride. Examples of the diamine include oxydianiline, paraphenylenediamine, benzophenonediamine, 3,3′-methylenedianiline, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, and 1,5-naphthalenediamine. Can be mentioned. Moreover, a polyimide soluble in a solvent can be preferably used. Examples of such a polyimide include a polycondensate polyimide of 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine.
上記芳香族ポリアミドイミドとしては、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるもの、芳香族二酸無水物および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるものが挙げられる。芳香族ジカルボン酸の具体例としてはイソフタル酸およびテレフタル酸が挙げられる。また芳香族二酸無水物の具体例としては、無水トリメリット酸が挙げられる。芳香族ジイソシアネートの具体例としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、オルソトリレンジイソシアネートおよびm−キシレンジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aromatic polyamideimide include those obtained from condensation polymerization using aromatic dicarboxylic acid and aromatic diisocyanate, and those obtained from condensation polymerization using aromatic diacid anhydride and aromatic diisocyanate. Can be mentioned. Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid include isophthalic acid and terephthalic acid. Specific examples of the aromatic dianhydride include trimellitic anhydride. Specific examples of the aromatic diisocyanate include 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, orthotolylene diisocyanate, and m-xylene diisocyanate.
耐熱多孔層に含有されていてもよいフィラーは、有機粉末、無機粉末またはこれらの混合物のいずれから選ばれるものであってよい。フィラーを構成する粒子は、その平均粒子径が、0.01〜1μmであることが好ましい。フィラーの形状としては、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状および繊維状が挙げられ、いずれの粒子も用いることができるが、均一な孔を形成しやすいことから、略球状粒子であることが好ましい。 The filler that may be contained in the heat-resistant porous layer may be selected from any of organic powder, inorganic powder, or a mixture thereof. The average particle diameter of the particles constituting the filler is preferably 0.01 to 1 μm. Examples of the shape of the filler include a substantially spherical shape, a plate shape, a columnar shape, a needle shape, a whisker shape, and a fibrous shape, and any particle can be used. Preferably there is.
フィラーとしての有機粉末としては、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単独または2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリオレフィン;ポリメタクリレート等の有機物からなる粉末が挙げられる。有機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの有機粉末の中でも、化学的安定性の点で、ポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。 Examples of the organic powder as the filler include, for example, styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, methyl acrylate and the like alone or in combination of two or more types; polytetrafluoroethylene, Fluororesin such as tetrafluoroethylene-6 fluorinated propylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, etc .; melamine resin; urea resin; polyolefin; powder made of organic matter such as polymethacrylate Can be mentioned. An organic powder may be used independently and can also be used in mixture of 2 or more types. Among these organic powders, polytetrafluoroethylene powder is preferable from the viewpoint of chemical stability.
フィラーとしての無機粉末としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の無機物からなる粉末が挙げられ、具体的に例示すると、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、または炭酸カルシウム等からなる粉末が挙げられる。無機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの無機粉末の中でも、化学的安定性の点で、アルミナ粉末が好ましい。フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子であることがより好ましく、フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子であり、かつその一部または全部が略球状のアルミナ粒子であることがさらにより好ましい。 Examples of inorganic powders as fillers include powders made of inorganic substances such as metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, and specific examples include alumina and silica. , Titanium dioxide, or calcium carbonate powder. An inorganic powder may be used independently and can also be used in mixture of 2 or more types. Among these inorganic powders, alumina powder is preferable from the viewpoint of chemical stability. It is more preferable that all of the particles constituting the filler are alumina particles, and it is even more preferable that all of the particles constituting the filler are alumina particles, and part or all of them are substantially spherical alumina particles.
耐熱多孔層におけるフィラーの含有量は、フィラーの材質の比重にもよるが、例えば、フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子である場合には、耐熱多孔層の総重量を100としたとき、フィラーの重量は、通常20〜95重量部、好ましくは30〜90重量部である。これらの範囲は、フィラーの材質の比重に依存して適宜設定できる。 The filler content in the heat-resistant porous layer depends on the specific gravity of the filler material. For example, when all of the particles constituting the filler are alumina particles, the total weight of the heat-resistant porous layer is 100, The weight of the filler is usually 20 to 95 parts by weight, preferably 30 to 90 parts by weight. These ranges can be appropriately set depending on the specific gravity of the filler material.
(多孔質フィルム)
積層多孔質フィルムにおいて、多孔質フィルムは、熱可塑性樹脂を含有する。この多孔質フィルムの厚みは、通常3〜30μmであり、さらに好ましくは3〜20μmである。多孔質フィルムは、上記耐熱多孔層と同様に、微細孔を有し、その孔のサイズは通常3μm以下、好ましくは1μm以下である。多孔質フィルムの空孔率は、通常30〜80体積%、好ましくは40〜70体積%である。非水電解質二次電池において、通常の使用温度を越えた場合には、多孔質フィルムは、それを構成する熱可塑性樹脂の軟化により、微細孔を閉塞する役割を果たす。
(Porous film)
In the laminated porous film, the porous film contains a thermoplastic resin. The thickness of this porous film is usually 3 to 30 μm, more preferably 3 to 20 μm. Similar to the heat resistant porous layer, the porous film has fine pores, and the pore size is usually 3 μm or less, preferably 1 μm or less. The porosity of the porous film is usually 30 to 80% by volume, preferably 40 to 70% by volume. In the nonaqueous electrolyte secondary battery, when the normal use temperature is exceeded, the porous film plays a role of closing the fine pores by softening the thermoplastic resin constituting the porous film.
多孔質フィルムに含有される熱可塑性樹脂としては、80〜180℃で軟化するものを挙げることができ、非水電解質二次電池における電解液に溶解しないものを選択すればよい。具体的には、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタンを挙げることができ、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。より低温で軟化してシャットダウンさせるためには、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンが好ましい。ポリエチレンとしては、具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン等のポリエチレンを挙げることができ、超高分子量ポリエチレンを挙げることもできる。多孔質フィルムの突刺し強度をより高めるためには、熱可塑性樹脂は、少なくとも超高分子量ポリエチレンを含有することが好ましい。また、多孔質フィルムの製造面において、熱可塑性樹脂は、低分子量(重量平均分子量1万以下)のポリオレフィンからなるワックスを含有することが好ましい場合もある。 Examples of the thermoplastic resin contained in the porous film include those that soften at 80 to 180 ° C., and those that do not dissolve in the electrolyte solution in the nonaqueous electrolyte secondary battery may be selected. Specifically, examples of the thermoplastic resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and thermoplastic polyurethane, and a mixture of two or more of these may be used. In order to soften and shut down at a lower temperature, polyethylene is preferable as the thermoplastic resin. Specific examples of the polyethylene include polyethylene such as low density polyethylene, high density polyethylene, and linear polyethylene, and also include ultrahigh molecular weight polyethylene. In order to further increase the puncture strength of the porous film, the thermoplastic resin preferably contains at least ultra high molecular weight polyethylene. In addition, in terms of production of the porous film, the thermoplastic resin may preferably contain a wax made of polyolefin having a low molecular weight (weight average molecular weight of 10,000 or less).
<本発明のナトリウム二次電池−電解液または固体電解質>
本発明のナトリウム二次電池で用いることができる電解液において、電解質としては、NaClO4、NaPF6、NaAsF6、NaSbF6、NaBF4、NaCF3SO3、NaN(SO2CF3)2、低級脂肪族カルボン酸ナトリウム塩、NaAlCl4などが挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用されてもいてもよい。これらの中でもフッ素を含むNaPF6、NaAsF6、NaSbF6、NaBF4、NaCF3SO3およびNaN(SO2CF3)2からなる群から選ばれた少なくとも1種を含むものを用いることが好ましい。また、本発明において、電解質は、有機溶媒に溶解された状態(液状)、すなわち、非水電解液として用いることが好ましい。
<Sodium secondary battery of the present invention-electrolyte or solid electrolyte>
In the electrolyte solution that can be used in the sodium secondary battery of the present invention, electrolytes include NaClO 4 , NaPF 6 , NaAsF 6 , NaSbF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (SO 2 CF 3 ) 2 , lower Examples thereof include aliphatic carboxylic acid sodium salt and NaAlCl 4, and a mixture of two or more of these may be used. Among these, it is preferable to use those containing at least one selected from the group consisting of NaPF 6 , NaAsF 6 , NaSbF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 and NaN (SO 2 CF 3 ) 2 containing fluorine. Moreover, in this invention, it is preferable to use electrolyte as the state (liquid state) melt | dissolved in the organic solvent, ie, a non-aqueous electrolyte.
本発明のナトリウム二次電池で用いることができる電解液において、有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、イソプロピルメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;または上記の有機溶媒にさらにフッ素置換基を導入したものを用いることができる。有機溶媒として、これらのうちの2種以上を混合して用いてもよい。 In the electrolyte solution that can be used in the sodium secondary battery of the present invention, examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4-trifluoromethyl. Carbonates such as -1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2 , 3,3-tetrafluoropropyldifluoromethyl ether, ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate and γ-butyrolactone; Nitriles such as tolyl and butyronitrile; amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; sulfolane, dimethyl sulfoxide and 1,3-propane sultone Sulfur-containing compounds such as those described above; or those obtained by further introducing a fluorine substituent into the above organic solvent can be used. Two or more of these may be mixed and used as the organic solvent.
非水電解液における電解質の濃度は、通常0.1〜2モル/L程度であり、好ましくは0.3〜1.5モル/L程度である。 The concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution is usually about 0.1 to 2 mol / L, preferably about 0.3 to 1.5 mol / L.
また、上記の電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物、ポリオルガノシロキサン鎖もしくはポリオキシアルキレン鎖の少なくとも1種以上を含む高分子化合物などの高分子電解質を用いることができる。また、高分子に非水電解質溶液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。またNa2S−SiS2、Na2S−GeS2、Na2S−P2S5、Na2S−B2S3などの硫化物電解質、またはNa2S−SiS2−Na3PO4、Na2S−SiS2−Na2SO4などの硫化物を含む無機化合物電解質、NaZr2(PO4)3などのNASICON型電解質を用いると、安全性をより高めることができることがある。また、本発明の非水電解質二次電池において、固体電解質を用いる場合には、固体電解質がセパレータの役割を果たす場合もあり、その場合には、セパレータを必要としないこともある。 A solid electrolyte may be used instead of the above electrolytic solution. As the solid electrolyte, for example, a polymer electrolyte such as a polyethylene oxide polymer compound, a polymer compound including at least one of a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain can be used. Moreover, what is called a gel type which hold | maintained the nonaqueous electrolyte solution in the polymer | macromolecule can also be used. Further, sulfide electrolytes such as Na 2 S—SiS 2 , Na 2 S—GeS 2 , Na 2 S—P 2 S 5 , Na 2 S—B 2 S 3 , or Na 2 S—SiS 2 —Na 3 PO 4. When using an inorganic compound electrolyte containing sulfide such as Na 2 S—SiS 2 —Na 2 SO 4 and a NASICON type electrolyte such as NaZr 2 (PO 4 ) 3 , safety may be further improved. In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, when a solid electrolyte is used, the solid electrolyte may serve as a separator, and in that case, the separator may not be required.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is changed.
<製造例1>(電極活物質C1の製造)
テトラフェニルカリックス[4]レゾルシナレーン(化合物(1):PCRA)の製造例
四つ口フラスコに、窒素気流下でレゾルシノール200g、メチルアルコール1.5L、ベンズアルデヒド194gを入れ氷冷し、攪拌しながら36%塩酸36.8gを滴下した。滴下終了後65℃に昇温し、その後同温度で5時間保温した。得られた反応混合物に水1Lを加え、沈殿を濾取し、濾液が中性になるまで水で洗浄し、乾燥後、テトラフェニルカリックス[4]レゾルシナレーン(PCRA)294gを得た。得られたPCRAをロータリーキルン中を空気雰囲気とし、300℃で1時間加熱し(以上前処理工程)、次いでロータリーキルンをアルゴン雰囲気に置換して、1000℃で4時間加熱した。次いで、ボールミル(メノウ製ボール、28rpm、5分間)で粉砕し、電極活物質C1を得た。
<Production Example 1> (Production of Electrode Active Material C 1 )
Example of production of tetraphenylcalix [4] resorcinarenes (compound (1): PCRA) In a four-necked flask, 200 g of resorcinol, 1.5 L of methyl alcohol and 194 g of benzaldehyde were placed in a nitrogen stream and cooled with ice. 36.8 g of hydrochloric acid was added dropwise. After completion of dropping, the temperature was raised to 65 ° C., and then kept at that temperature for 5 hours. 1 L of water was added to the obtained reaction mixture, and the precipitate was collected by filtration, washed with water until the filtrate became neutral, and dried to obtain 294 g of tetraphenylcalix [4] resorcinarenes (PCRA). The obtained PCRA was heated in an atmosphere of air in a rotary kiln at 300 ° C. for 1 hour (pretreatment step), and then the rotary kiln was replaced with an argon atmosphere and heated at 1000 ° C. for 4 hours. Then ground in a ball mill (agate balls, 28 rpm, 5 minutes), to obtain an electrode active material C 1.
<実施例1>(ナトリウム二次電池用電極E1の製造)
電極活物質として、製造例1におけるC1、バインダーとしてポリアクリル酸ナトリウム(Wako製、重合度 22,000〜70,000)、溶媒として水を用いた電極合剤ペーストを作製した。該バインダーを水に溶解させたバインダー液を作製し、電極活物質C1:バインダー:水=97:3:150(重量比)の組成となるように秤量し、ディスパーマット(VMA−GETZMANN社製)を用い攪拌、混合することで、電極合剤ペーストを得た。回転羽の回転条件は、2,000rpm、5分間とした。得られた電極合剤ペーストを、銅箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、ロールプレスを用いて、4cm幅に切断した電極を、ロールプレス(SA−602、テスター産業株式会社製)を用いて、0.5MPaで圧延することでナトリウム二次電池用電極E1を得た。
<Example 1> (Production of Sodium Secondary battery electrode E 1)
As an electrode active material, was prepared C 1, sodium polyacrylate as binders in Production Example 1 (Wako Ltd., polymerization degree 22,000~70,000), the electrode mixture paste using water as a solvent. A binder liquid in which the binder is dissolved in water is prepared, and weighed to have a composition of electrode active material C 1 : binder: water = 97: 3: 150 (weight ratio), and a disperse mat (manufactured by VMA-GETZMANN) ) Was used to stir and mix to obtain an electrode mixture paste. The rotation conditions of the rotating blades were 2,000 rpm for 5 minutes. The obtained electrode mixture paste was applied to a copper foil using a doctor blade, dried at 60 ° C. for 2 hours, and then cut into a 4 cm width using a roll press, and then the roll press (SA-602, using tester Sangyo Co., Ltd.), to obtain an electrode E 1 for sodium secondary batteries by rolling at 0.5 MPa.
<実施例2>(ナトリウム二次電池用電極E2の製造)
電極活物質として、市販の炭素材料粉末(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズ ICB−0510)を用いた以外は、実施例1と同様の操作にて、ナトリウム二次電池用電極E2を得た。
<Example 2> (Production of Sodium Secondary battery electrode E 2)
As an electrode active material, commercially available carbonaceous material powder (Nippon Carbon Co., Ltd., trade name: NICABEADS ICB-0510) except for using the obtained by the same procedure as in Example 1, a sodium secondary battery electrode E 2 It was.
<実施例3>(ナトリウム二次電池用電極E3の製造)
電極活物質として、市販の炭素材料粉末(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズ ICB−0510)を用い、プレスをしない以外は、実施例1と同様の操作にて、ナトリウム二次電池用電極E2を得た。
<Example 3> (Production of Sodium Secondary battery electrode E 3)
As an electrode active material, a commercially available carbon material powder (trade name: Nikabeads ICB-0510, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was used, and the electrode E for sodium secondary battery was operated in the same manner as in Example 1 except that it was not pressed. 2 was obtained.
<実施例4>(ナトリウム二次電池用電極E4の製造)
電極活物質として、市販の炭素材料粉末(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズ ICB−0510)を用い、4cm幅に切断した電極を、ロールプレス(SA−602、テスター産業株式会社製)を用いて、0.26MPaとした以外は、実施例1と同様の操作にて、ナトリウム二次電池用電極E4を得た。
<Example 4> (preparation of sodium secondary battery electrode E 4)
As an electrode active material, a commercially available carbon material powder (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., trade name: Nikabeads ICB-0510) was used, and an electrode cut into a 4 cm width was used using a roll press (SA-602, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.). Te, except that the 0.26MPa is in the same operation as in example 1 to obtain a electrode E 4 sodium secondary battery.
<実施例5>(ナトリウム二次電池用電極E5の製造)
電極活物質として、市販の炭素材料粉末(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズ ICB−0510)、バインダーとしてPVdF#1300(株式会社クレハ製)、溶媒としてNMP(リチウムバッテリーグレード、キシダ化学株式会社製)を用いた。該バインダーをNMPに溶解させたバインダー液を作製し、上記炭素材料:バインダー:NMP=90:10:100(重量比)の組成となるように秤量し、T.K.フィルミックス30−25型(プライミクス株式会社製)を用い攪拌、混合することで、電極合剤ペーストを得た。回転ホイールの回転条件は、5,000rpm、3分間とした。得られた電極合剤ペーストを、銅箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、2.5cm幅に切断した電極を、ロールプレス(SA−602、テスター産業株式会社製)を用いて、0.5MPaで4回圧延することでナトリウム二次電池用電極E5を得た。
<Example 5> (Production of Sodium Secondary battery electrode E 5)
As an electrode active material, a commercially available carbon material powder (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., trade name: Nikabeads ICB-0510), PVdF # 1300 (manufactured by Kureha) as a binder, and NMP (lithium battery grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as a solvent ) Was used. A binder solution in which the binder is dissolved in NMP is prepared, and weighed so that the composition of carbon material: binder: NMP = 90: 10: 100 (weight ratio) is obtained. K. An electrode mixture paste was obtained by stirring and mixing using a film mix 30-25 type (manufactured by PRIMIX Corporation). The rotation condition of the rotating wheel was 5,000 rpm for 3 minutes. The obtained electrode mixture paste was applied to a copper foil using a doctor blade, dried at 60 ° C. for 2 hours, and then cut to a width of 2.5 cm, and a roll press (SA-602, Tester Sangyo Co., Ltd.). Ltd.) was used to obtain an electrode E 5 for sodium secondary batteries by rolling 4 times with 0.5 MPa.
<実施例6>(ナトリウム二次電池用電極E6の製造)
炭素材料:バインダー:NMP=80:20:100(重量比)の組成となるように秤量し、プレス圧を0.025MPaとした以外は、実施例5と同様の操作にて、ナトリウム二次電池用電極E6を得た。
<Example 6> (Production of Sodium Secondary battery electrode E 6)
The sodium secondary battery was operated in the same manner as in Example 5 except that the composition was carbon material: binder: NMP = 80: 20: 100 (weight ratio) and the press pressure was 0.025 MPa. to obtain a use electrodes E 6.
<比較例1>(ナトリウム二次電池用電極D1の製造)
炭素材料:バインダー:NMP=80:20:100(重量比)の組成となるように秤量した以外は、実施例5と同様の操作にて、ナトリウム二次電池用電極D1を得た。
<Comparative Example 1> (Production of Sodium Secondary battery electrode D 1)
Carbon material: binder: NMP = 80: 20: 100 except that weighed so as to have the composition (weight ratio), in the same operation as in Example 5, to obtain a sodium secondary battery electrode D 1.
電池の作製:上記電極の電池評価にはコインセルを用いた。コインセル(宝泉株式会社製)の下側パーツの窪みに、銅箔を下に向けて電極を置き、そして電解液としての1MのNaPF6/プロピレンカーボネート、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質フィルム(厚み20μm)、および負極としての金属ナトリウム(アルドリッチ社製)を組み合わせて、電池を作製した。なお、電池の組み立てはアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。 Production of battery: Coin cells were used for battery evaluation of the electrodes. An electrode is placed in a depression of the lower part of a coin cell (manufactured by Hosen Co., Ltd.) with the copper foil facing downward, and 1M NaPF 6 / propylene carbonate as an electrolytic solution, polypropylene porous film as a separator (thickness 20 μm) ) And metallic sodium (manufactured by Aldrich) as a negative electrode were combined to produce a battery. The battery was assembled in a glove box in an argon atmosphere.
ナトリウム二次電池の評価、充放電条件:放電はレストポテンシャルから0.005Vまで0.05Cレート(20時間で完全放電する速度)でCC−CV(コンスタントカレント−コンスタントボルテージ:定電流−定電圧)放電を行った。充電は0.05Cレート(20時間で完全充電する速度)でCC(コンスタントカレント:定電流)充電を行い、電圧1.5Vでカットオフした。上記充放電を1サイクルした後は、放電負荷特性の試験として、0.005Vまで0.1CレートでCC(コンスタントカレント)放電、1.5Vまで5CレートでCC(コンスタントカレント)充電の充放電を行った。表1にナトリウム二次電池用電極E1〜E6、D1の空隙率、電極密度(←詳しい測定方法を記載してください。)、電極合剤厚み、それぞれの電極を用いて作製したナトリウム二次電池の放電負荷特性を示す。電極密度は、得られた電極合剤の重量、面積、厚みを計測し、電極合剤の重量を、電極合剤の体積(面積×厚み)で割ることで算出した。本発明では、放電負荷特性は、炭素材料からのナトリウムイオンの脱ドープ特性を示し、実施例1〜6および比較例1では、簡易的に、5Cレート充電時の充電容量を、0.05Cレート充電時の充電容量で除算することで算出した。 Evaluation and charging / discharging conditions of sodium secondary battery: Discharge is CC-CV (constant current-constant voltage: constant current-constant voltage) at 0.05C rate (rate of complete discharge in 20 hours) from rest potential to 0.005V Discharge was performed. Charging was performed at a rate of 0.05 C (speed of complete charging in 20 hours), and CC (constant current: constant current) charging was performed, and the voltage was cut off at 1.5 V. After one cycle of the above charging / discharging, as a test of the discharge load characteristics, CC (constant current) discharge at a 0.1 C rate up to 0.005 V, and CC (constant current) charging at a 5 C rate up to 1.5 V are performed. went. Table 1 Sodium secondary battery electrodes E 1 to E 6 , D 1 porosity, electrode density (← Describe detailed measurement method), electrode mixture thickness, sodium prepared using each electrode The discharge load characteristic of a secondary battery is shown. The electrode density was calculated by measuring the weight, area, and thickness of the obtained electrode mixture and dividing the weight of the electrode mixture by the volume (area × thickness) of the electrode mixture. In the present invention, the discharge load characteristic indicates the dedoping characteristic of sodium ions from the carbon material. In Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, the charge capacity at the time of 5C rate charging is simply 0.05C rate. It was calculated by dividing by the charge capacity at the time of charging.
表1より、本発明のナトリウム二次電池用電極を用いることで、ナトリウム二次電池の放電負荷特性の向上が可能であることが分かった。 From Table 1, it was found that the discharge load characteristics of the sodium secondary battery can be improved by using the sodium secondary battery electrode of the present invention.
製造例2(積層多孔質フィルムの製造)
(1)耐熱多孔層用塗工液の製造
NMP4200gに塩化カルシウム272.7gを溶解した後、パラフェニレンジアミン132.9gを添加して完全に溶解させた。得られた溶液に、テレフタル酸ジクロライド243.3gを徐々に添加して重合し、パラアラミドを得て、さらにNMPで希釈して、濃度2.0重量%のパラアラミド溶液を得た。得られたパラアラミド溶液100gに、第1のアルミナ粉末2g(日本アエロジル社製、アルミナC,平均粒子径0.02μm)と第2のアルミナ粉末2g(住友化学株式会社製スミコランダム、AA03、平均粒子径0.3μm)とをフィラーとして計4g添加して混合し、ナノマイザーで3回処理し、さらに1000メッシュの金網で濾過、減圧下で脱泡して、耐熱多孔層用スラリー状塗工液を製造した。パラアラミドおよびアルミナ粉末の合計重量に対するアルミナ粉末(フィラー)の重量は、67重量%であった。
Production Example 2 (Production of laminated porous film)
(1) Manufacture of coating solution for heat-resistant porous layer After 272.7 g of calcium chloride was dissolved in 4200 g of NMP, 132.9 g of paraphenylenediamine was added and completely dissolved. To the obtained solution, 243.3 g of terephthalic acid dichloride was gradually added and polymerized to obtain para-aramid, which was further diluted with NMP to obtain a para-aramid solution having a concentration of 2.0% by weight. To 100 g of the obtained para-aramid solution, 2 g of first alumina powder (Nippon Aerosil Co., Ltd., alumina C, average particle size 0.02 μm) and 2 g of second alumina powder (Sumitomo Chemical Co., Ltd. Sumiko Random, AA03, average particles) 4 g in total as a filler is added and mixed, treated three times with a nanomizer, filtered through a 1000 mesh wire net, degassed under reduced pressure, and a slurry-like coating liquid for heat-resistant porous layer is obtained. Manufactured. The weight of the alumina powder (filler) with respect to the total weight of the para-aramid and the alumina powder was 67% by weight.
(2)積層多孔質フィルムの製造および評価
多孔質フィルムとしては、ポリエチレン製多孔質フィルム(膜厚12μm、透気度140秒/100cc、平均孔径0.1μm、空孔率50%)を用いた。厚み100μmのPETフィルムの上に上記ポリエチレン製多孔質フィルムを固定し、テスター産業株式会社製バーコーターにより、該多孔質フィルムの上に耐熱多孔層用スラリー状塗工液を塗工した。PETフィルム上の塗工された該多孔質フィルムを一体にしたまま、貧溶媒である水中に浸漬させ、パラアラミド多孔質膜(耐熱多孔層)を析出させた後、溶媒を乾燥させて、PETフィルムをはがして、耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムを得た。積層多孔質フィルムの厚みは16μmであり、パラアラミド多孔質膜(耐熱多孔層)の厚みは4μmであった。積層多孔質フィルムの透気度は180秒/100cc、空孔率は50%であった。積層多孔質フィルムにおける耐熱多孔層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察をしたところ、0.03〜0.06μm程度の比較的小さな微細孔と0.1〜1μm程度の比較的大きな微細孔とを有することがわかった。なお、積層多孔質フィルムの評価は、以下の(A)〜(C)のようにして行った。
(2) Production and Evaluation of Laminated Porous Film As the porous film, a polyethylene porous film (film thickness 12 μm, air permeability 140 seconds / 100 cc, average pore diameter 0.1 μm, porosity 50%) was used. . The polyethylene porous film was fixed on a PET film having a thickness of 100 μm, and the slurry-like coating liquid for heat-resistant porous layer was applied onto the porous film by a bar coater manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd. While the coated porous film on the PET film is integrated, it is immersed in a poor solvent of water to deposit a para-aramid porous film (heat-resistant porous layer), and then the solvent is dried to obtain a PET film. And a laminated porous film in which the heat resistant porous layer and the porous film were laminated was obtained. The thickness of the laminated porous film was 16 μm, and the thickness of the para-aramid porous film (heat resistant porous layer) was 4 μm. The laminated porous film had an air permeability of 180 seconds / 100 cc and a porosity of 50%. When the cross section of the heat-resistant porous layer in the laminated porous film was observed with a scanning electron microscope (SEM), a relatively small fine hole of about 0.03 to 0.06 μm and a relatively large fine of about 0.1 to 1 μm. It was found to have pores. In addition, evaluation of the laminated porous film was performed as follows (A)-(C).
(A)厚み測定
積層多孔質フィルムの厚み、多孔質フィルムの厚みは、JIS規格(K7130−1992)に従い、測定した。また、耐熱多孔層の厚みとしては、積層多孔質フィルムの厚みから多孔質フィルムの厚みを差し引いた値を用いた。
(B)ガーレー法による透気度の測定
積層多孔質フィルムの透気度は、JIS P8117に基づいて、株式会社安田精機製作所製のデジタルタイマー式ガーレー式デンソメータで測定した。
(C)空孔率
得られた積層多孔質フィルムのサンプルを一辺の長さ10cmの正方形に切り取り、重量W(g)と厚みD(cm)を測定した。サンプル中のそれぞれの層の重量(Wi;iは1からnの整数)を求め、Wiとそれぞれの層の材質の真比重(g/cm3)とから、それぞれの層の体積を求めて、次式より空孔率(体積%)を求めた。
空孔率(体積%)=100×{1−(W1/真比重1+W2/真比重2+・・+Wn/真比重n)/(10×10×D)}
(A) Thickness measurement The thickness of the laminated porous film and the thickness of the porous film were measured in accordance with JIS standards (K7130-1992). Moreover, as the thickness of the heat resistant porous layer, a value obtained by subtracting the thickness of the porous film from the thickness of the laminated porous film was used.
(B) Measurement of air permeability by Gurley method The air permeability of the laminated porous film was measured with a digital timer type Gurley type densometer manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho, based on JIS P8117.
(C) Porosity A sample of the obtained laminated porous film was cut into a square having a side length of 10 cm, and the weight W (g) and the thickness D (cm) were measured. The weight of each layer in the sample (Wi; i is an integer from 1 to n) is determined, and the volume of each layer is determined from Wi and the true specific gravity (g / cm 3 ) of the material of each layer. The porosity (volume%) was obtained from the following formula.
Porosity (volume%) = 100 × {1− (W1 / true specific gravity 1 + W2 / true specific gravity 2 + ·· + Wn / true specific gravity n) / (10 × 10 × D)}
上記実施例において、セパレータとして、製造例により得られたような積層多孔質フィルムを用いれば、熱破膜をより防ぐことのできるナトリウム二次電池を得ることができる。 In the said Example, if the laminated porous film as obtained by the manufacture example is used as a separator, the sodium secondary battery which can prevent a thermal membrane breakage can be obtained.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015176662A (en) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Cathode active material for sodium ion secondary battery |
| WO2016076387A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 住友電気工業株式会社 | Negative electrode composition for electric storage device, negative electrode comprising such composition, electric storage device, and method for producing negative electrode for electric storage device |
| WO2016157934A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | シャープ株式会社 | Sodium-ion cell |
| JP2017010802A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 住友電気工業株式会社 | Sodium ion secondary battery |
| US9755237B2 (en) | 2013-05-22 | 2017-09-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Negative-electrode active material for sodium-ion secondary battery, method for manufacturing said negative-electrode active material, and sodium-ion secondary battery |
| US9825297B2 (en) | 2013-05-22 | 2017-11-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Negative-electrode active material for sodium-ion secondary battery, method for manufacturing said negative-electrode active material, and sodium-ion secondary battery |
| US10651472B2 (en) | 2015-10-27 | 2020-05-12 | Institute Of Physics, The Chinese Academy Of Sciences | Sodium ion secondary battery anode material and preparing method and application thereof |
| CN117133912A (en) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Sodium ion layered oxide positive electrode material, positive electrode plate, battery and electricity utilization device |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1050298A (en) * | 1996-08-01 | 1998-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method of manufacturing the same |
| JP2004296305A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Lithium ion secondary battery |
| JP2004533706A (en) * | 2001-04-06 | 2004-11-04 | ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド | Sodium ion battery |
| JP2005050679A (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous solvent-based secondary battery |
| JP2005209591A (en) * | 2004-01-26 | 2005-08-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Negative electrode and non-aqueous type electrolyte secondary battery |
| JP2007134244A (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Sony Corp | battery |
| JP2009245940A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2009252705A (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-29 | Nec Tokin Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| WO2010013837A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 住友化学株式会社 | Sodium rechargeable battery |
| JP2010034044A (en) * | 2008-06-30 | 2010-02-12 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Sodium secondary battery |
| JP2012164638A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-30 | Gs Yuasa Corp | Negative electrode, electrode body, and electrical storage device |
-
2011
- 2011-02-15 JP JP2011029466A patent/JP2012169160A/en active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1050298A (en) * | 1996-08-01 | 1998-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method of manufacturing the same |
| JP2004533706A (en) * | 2001-04-06 | 2004-11-04 | ヴァレンス テクノロジー インコーポレーテッド | Sodium ion battery |
| JP2004296305A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Lithium ion secondary battery |
| JP2005050679A (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous solvent-based secondary battery |
| JP2005209591A (en) * | 2004-01-26 | 2005-08-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Negative electrode and non-aqueous type electrolyte secondary battery |
| JP2007134244A (en) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Sony Corp | battery |
| JP2009245940A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2009252705A (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-29 | Nec Tokin Corp | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2010034044A (en) * | 2008-06-30 | 2010-02-12 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Sodium secondary battery |
| WO2010013837A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 住友化学株式会社 | Sodium rechargeable battery |
| JP2012164638A (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-30 | Gs Yuasa Corp | Negative electrode, electrode body, and electrical storage device |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9755237B2 (en) | 2013-05-22 | 2017-09-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Negative-electrode active material for sodium-ion secondary battery, method for manufacturing said negative-electrode active material, and sodium-ion secondary battery |
| US9825297B2 (en) | 2013-05-22 | 2017-11-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Negative-electrode active material for sodium-ion secondary battery, method for manufacturing said negative-electrode active material, and sodium-ion secondary battery |
| JP2015176662A (en) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Cathode active material for sodium ion secondary battery |
| WO2016076387A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 住友電気工業株式会社 | Negative electrode composition for electric storage device, negative electrode comprising such composition, electric storage device, and method for producing negative electrode for electric storage device |
| JPWO2016076387A1 (en) * | 2014-11-13 | 2017-11-09 | 住友電気工業株式会社 | Negative electrode composition for power storage device, negative electrode and power storage device including the composition, and method for manufacturing negative electrode for power storage device |
| US10886531B2 (en) | 2014-11-13 | 2021-01-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Negative electrode composition for electric storage device, negative electrode including the composition, electric storage device, and method for producing negative electrode for electric storage device |
| WO2016157934A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | シャープ株式会社 | Sodium-ion cell |
| JP2017010802A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 住友電気工業株式会社 | Sodium ion secondary battery |
| US10651472B2 (en) | 2015-10-27 | 2020-05-12 | Institute Of Physics, The Chinese Academy Of Sciences | Sodium ion secondary battery anode material and preparing method and application thereof |
| CN117133912A (en) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Sodium ion layered oxide positive electrode material, positive electrode plate, battery and electricity utilization device |
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