[发明专利]钠二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及钠二次电池。

背景技术

作为二次电池，锂二次电池是代表性的二次电池。为了削减二氧化碳排放量，人们需求能源效率的提高和自然能源的利用，例如在运输领域中，为了尽量减少被认为是最大的二氧化碳排放原因的内燃机的操作，人们希望有电动汽车、混合动力汽车等二次电池的应用。另外，风力发电、太阳能发电等自然能源的利用中，有其电力供应量随时间变动等的问题，为了抑制该问题，人们希望将多余的电力储藏在二次电池中，作为平常用电源用途利用。作为这些用途中使用的二次电池，人们需求大容量且可用于长期反复充放电的大型二次电池。锂二次电池在市售电池中具有大的能量密度，作为手机或笔记本电脑等的电源广泛使用，但作为上述的大型二次电池使用时，需要庞大量的电池材料，锂二次电池还可能出现资源性的问题等。例如大量使用稀有的锂化合物，这些稀有金属的供应会出现问题。

与此相对，作为可以解决电池材料供应问题的二次电池，人们研究了钠二次电池。钠二次电池具有可掺杂且去掺杂钠离子的正极、和可掺杂且去掺杂钠离子的负极。钠二次电池中，可由供应量丰富且低成本的材料构成，通过将其实用化，有望可大量供应大型二次电池。

使用石墨等的石墨化度高的结构的碳材料作为锂二次电池中的负极活性物质，这已经实用化，对于上述碳材料，人们尝试作为钠二次电池中的负极活性物质应用。但是，上述碳材料是难以掺杂且去掺杂钠离子的材料，在制造钠二次电池时，如上所述，直接使用锂二次电池的活性物质是非常困难的。日本特开平11-40156号公报中，为解决该问题，提出在钠二次电池，在负极活性物质石墨中插入钠离子的同时也插入锂离子。

发明内容

但是，日本特开平11-40156号公报公开的钠二次电池中，使用石墨等的石墨化度高的碳材料作为活性物质，与钠离子一起使用锂离子，因此，对于消除稀有金属锂的使用的课题，并不是根本性解决。并且，离子半径比锂离子大的钠离子是半强制地掺杂、去掺杂在石墨中，因此石墨的层间的扩张、收缩幅度增大，随着该充放电循环的反复进行，石墨结构容易被破坏，从充放电循环特性的角度考虑仍不足够，并不能充分经受作为二次电池的使用。

本发明是针对上述以往的情况而设，其课题在于提供充放电特性优异的钠二次电池。

本发明人为解决上述课题，反复深入试验、研究，完成了本发明。即，本发明提供<1>-<19>。

<1>钠二次电池，该钠二次电池含有第1电极和具碳材料的第2电极，该碳材料满足选自要件1、要件2、要件3和要件4的一个以上。

要件1：由拉曼分光测定得到的R值(＝ID/IG)为1.07以上3以下。

<拉曼分光测定>

对于碳材料照射波长532nm的激光，进行拉曼分光测定，由此得到的拉曼光谱(纵轴(y)是任意单位的散射光强度，横轴(x)是拉曼位移波数(cm^-1))中，横轴1300-1400cm^-1范围和横轴1570-1620cm^-1范围分别各具有1个峰，对于该光谱的600-1740cm^-1波数范围，使用2个洛仑兹函数和1个基线函数进行拟合，从得到的拟合函数中除去基线函数，得到的拟合光谱中，以横轴1300-1400cm^-1范围的纵轴最大值为ID、以横轴1570-1620cm^-1范围的纵轴最大值为IG，将ID除以IG，得到R值(＝ID/IG)。

要件2：由X射线小角度散射测定得到的A值为-0.5以上0以下，且σ_A值为0以上0.010以下。

<X射线小角度散射测定>

对碳材料进行X射线小角度散射测定，对于得到的X射线小角度散射光谱(横轴为波数q(nm^-1)，纵轴为S(散射强度I的常用对数：log(I)))的0.6nm^-1以上1.8nm^-1以下的q的范围，通过最小二乘法进行线性拟合，得到直线的斜率A值和A值的标准偏差σ_A值。

要件3：对于具有将85重量份碳材料和15重量份聚偏1，1-二氟乙烯混合得到的电极混合剂的电极，钠离子的掺杂且去掺杂后电极中的碳材料实质上不存在10nm以上的微孔。

要件4：由差示热分析测定得到的Q₁值为800焦耳/g以下。

<差示热分析测定>