[发明专利]钠过渡金属聚阴离子及其制造方法

说明书

本发明的目的在于，提供一种适合作为钠二次电池的正极活性材料的钠过渡金属聚阴离子及其简便的制造方法。所述钠过渡金属聚阴离子的纯度为90质量％以上，晶粒粒径为以上且以下，并且由通式Na_3‑xMPO₄CO₃(M为选自Fe、Mn、Ni和Co中的至少一种，且0≤x≤2)表示。

技术领域

本公开涉及一种适合作为钠二次电池的正极活性材料的钠过渡金属聚阴离子及其制造方法。

背景技术

钠二次电池不使用作为稀有金属的锂，因此作为后锂二次电池而备受关注。作为钠二次电池的正极活性材料，研究了包含过渡金属氧化物、聚阴离子或氟离子等抗衡阴离子与钠的含钠过渡金属的材料。含钠过渡金属的材料之中，含钠的过渡金属聚阴离子被期待表现出高充放电容量。

非专利文献1中，报道了一种具有碳磷锰钠石(sidorenkite)结构(或者也称为碳磷钠铁矿(bonshtedtite)结构)的含钠的过渡金属磷酸碳酸盐(Na₃MPO₄CO₃ M＝Fe,Mn,Ni,Co等)存在作为钠离子电极材料而发挥功能的可能性。

非专利文献2和专利文献1中，公开了通过水热法得到的含钠的锰磷酸碳酸盐(Na₃MnPO₄CO₃)作为钠二次电池的正极材料的电化学特性。其电化学容量在首次充放电中为120mAh/g以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-520383号公报

非专利文献

非专利文献1：H.Chen等人，Journal of the American Chemical Society,134,19619-19627(2012)

非专利文献2：H.Chen等人，Chemistry of Materials,25,2777-2786(2013)

发明内容

发明要解决的技术问题

本公开的目的在于，提供一种适合作为钠二次电池的正极活性材料的钠过渡金属聚阴离子、及其简便的制造方法中的至少1种。

用于解决技术问题的手段

本发明人等针对钠过渡金属聚阴离子反复进行了研究。其结果发现，将通过将包含钠源、过渡金属源、磷酸源、碳酸源和水的组合物在特定的条件下进行水热处理而得到的钠过渡金属聚阴离子用作钠二次电池的正极活性材料，由此能够构成以往没有的高容量的钠二次电池。

即，本公开的主旨如下所述。

[1]一种钠过渡金属聚阴离子，其纯度为90质量％以上，晶粒粒径为以上且以下，而且由通式Na_3-xMPO₄CO₃(M为选自Fe、Mn、Ni和Co中的至少一种，且0≤x≤2)表示。

[2]根据上述[1]所述的钠过渡金属聚阴离子，其中，晶格常数分别是a为以上且以下，b为以上且以下，且c为以上且以下。

[3]根据上述[1]或[2]中任一项所述的钠过渡金属聚阴离子，其中，所述通式Na_3-xMPO₄CO₃中的M为Fe和Mn中的至少1种。

[4]上述[1]至[3]中任一项所述的钠过渡金属聚阴离子的制造方法，其特征在于，具有：将含有钠源、过渡金属源、磷酸源、碳酸源和水的组合物进行水热处理的步骤，水热处理温度为140℃以上且280℃以下，且该组合物的pH为7.5以上。

[5]根据上述[4]所述的钠过渡金属聚阴离子的制造方法，其中，水热处理温度为150℃以上且250℃以下，且所述组合物的pH为9.0以上且12.0以下。