[发明专利]碱离子二次电池用正极活性物质

说明书

技术领域

本发明涉及用作钠离子二次电池等碱离子二次电池的电极材料的正极活性物质。

背景技术

近年来，锂离子二次电池在便携式电子终端、电动汽车等中确立了作为不可或缺的、高容量且轻量的电源的地位。另一方面，对于锂离子二次电池中使用的锂而言，世界范围内原材料昂贵等问题令人担心，因此，也进行了作为锂的替代使用了钠的钠离子二次电池的研究。

对于碱离子二次电池，为了实现高能量密度化，要求高电压化或高容量化。特别是，对于锂离子与钠离子的氧化还原基准电位，钠比锂高0.3V，因此，将正极活性物质的碱离子由锂变成钠时，动作电位降低。因此，对于钠离子二次电池，为了实现与锂离子二次电池等同的高能量密度化，高电压化或高容量化的需求较高。例如，非专利文献1中公开了由Na₂(Fe_1-yMn_y)P₂O₇(0≤y≤1)形成的正极活性物质。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Prabeer Barpanda et al.,Solid State Ionics,2014(DOI：10.1016/j.ssi.2014.03.011)

发明内容

发明要解决的问题

非专利文献1记载的由Na₂(Fe_1-yMn_y)P₂O₇形成的正极活性物质报告有，由于高电压化而随着增加Mn的含量而引起容量急剧降低。因此，存在如下课题：上述活性物质难以兼具高电压和高容量且能量密度低，故不具有能够耐受实际使用的充放电特性。

鉴于以上，本发明的目的在于，提供能量密度高，且充放电特性优异的碱离子(alkali ion)二次电池用正极活性物质。

用于解决问题的方案

本发明的碱离子二次电池用正极活性物质的特征在于，以下述氧化物换算的摩尔％计，含有：Na₂O+Li₂O 20～55％、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 10～60％、P₂O₅+SiO₂+B₂O₃ 20～55％，且含有非晶相50质量％以上。需要说明的是，本说明书中，“○+○+···”是指各成分的含量的总量。

本发明的碱离子二次电池用正极活性物质(以下，简称为正极活性物质)的特征在于含有非晶相50质量％以上，由此使碱离子(钠离子、锂离子)的扩散性优异。其结果，伴随充放电的碱离子的嵌入脱嵌变得容易，因此，使高容量化成为可能。另外，与由晶体形成的正极活性物质相比，组成设计的自由度高，因此，有能够容易实现高电压化、高容量化的优点。

对于本发明的碱离子二次电池用正极活性物质，优选的是，以下述氧化物换算的摩尔％计，含有：Na₂O+Li₂O 20～55％、FeO+MnO+NiO 10～60％、P₂O₅ 20～55％。

对于本发明的碱离子二次电池用正极活性物质，优选的是，以下述氧化物换算的摩尔％计，含有：Na₂O+Li₂O 20～55％、FeO 10～60％、P₂O₅ 20～55％。

对于本发明的碱离子二次电池用正极活性物质，以下述氧化物换算的摩尔％计，可以形成含有Na₂O 20～55％、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 10～60％、P₂O₅+SiO₂+B₂O₃ 20～55％的钠离子二次电池用正极活性物质。

或者，对于本发明的碱离子二次电池用正极活性物质，以下述氧化物换算的摩尔％计，可以形成含有Li₂O 20～55％、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 10～60％、P₂O₅+SiO₂+B₂O₃ 20～55％的锂离子二次电池用正极活性物质。