JP2002025555A - Magnesium composite oxide for positive electrode active material of magnesium secondary battery, method for producing the same, and magnesium secondary battery using the same - Google Patents
Magnesium composite oxide for positive electrode active material of magnesium secondary battery, method for producing the same, and magnesium secondary battery using the sameInfo
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マグネシウムを可逆的に吸蔵・脱離可能な活
物質材料を提供し、またその活物質材料の製造方法を提
供する。マグネシウムをキャリアとした新しいタイプの
ロッキングチェア型マグネシウム二次電池を提供する。
【解決手段】 その活物質材料は、組成式MgxM11-y
M2yO2またはMgxM11- yM2yO2・nH2O(M1はM
n、Feから選ばれる少なくとも1種;M2は前記M1を
除く遷移金属、Alから選ばれる少なくとも1種)で表
され、結晶構造が層状構造を有するマグネシウム複合酸
化物であり、前駆体であるAzM11-yM2yO2またはAz
M11-yM2yO2・nH2O(Aはアルカリ金属)を合成し
た後、それらをMg塩水溶液中でイオン交換して合成す
る。その活物質材料を正極活物質に用いて二次電池を構
成する。
(57) [Summary]
PROBLEM TO BE SOLVED: To reversibly store and release magnesium.
Provide material materials and provide methods for manufacturing the active material materials.
Offer. A new type of magnesium carrier
A rocking chair type magnesium secondary battery is provided.
The active material has a composition formula of Mg.xM11-y
M2yOTwoOr MgxM11- yM2yOTwo・ NHTwoO (M1 is M
at least one selected from n and Fe;
Excluding transition metals and at least one selected from Al)
Magnesium complex acid having a layered crystal structure
A, which is a compound and a precursorzM11-yM2yOTwoOr Az
M11-yM2yOTwo・ NHTwoO (A is an alkali metal)
After that, they are synthesized by ion exchange in an aqueous solution of Mg salt.
You. A secondary battery is constructed using the active material as a positive electrode active material.
To achieve.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウムをキ
ャリアとするロッキングチェア型のマグネシウム二次電
池を構成することのできる正極活物質用マグネシウム複
合酸化物、その製造方法、およびそれを正極活物質とし
て構成されるロッキングチェア型のマグネシウム二次電
池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnesium composite oxide for a positive electrode active material which can constitute a rocking chair type magnesium secondary battery using magnesium as a carrier, a method for producing the same, and the use of the same as a positive electrode active material. The present invention relates to a rocking chair type magnesium secondary battery configured.
【0002】[0002]
【従来の技術】パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、リチウム二次電池が実
用化され広く普及するに至っている。このリチウム二次
電池は、一般に、正極活物質にLiCoO2リチウム遷
移金属複合酸化物を用いた正極と、負極活物質に金属リ
チウム、炭素材料等を用いた負極と、リチウウム塩を支
持塩としてこれを有機溶媒に溶解した電解液とから構成
されており、充電時には正極から脱離したリチウムが負
極に吸蔵され、逆に放電時には負極から脱離したリチウ
ムが正極に吸蔵されるという電池反応を繰り返す二次電
池である。つまり、リチウムをキャリアとするロッキン
グチェア型の二次電池である。2. Description of the Related Art With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries have been put into practical use as a power source for these equipment, and have spread widely. I have. This lithium secondary battery generally includes a positive electrode using a LiCoO 2 lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode using metal lithium, a carbon material, or the like as a negative electrode active material, and a lithium salt as a supporting salt. And an electrolyte solution in which an organic solvent is dissolved.The battery reaction in which lithium desorbed from the positive electrode is occluded by the negative electrode during charging and lithium desorbed from the negative electrode is occluded by the positive electrode during discharging is repeated. It is a secondary battery. That is, it is a rocking chair type secondary battery using lithium as a carrier.
【0003】このリチウム二次電池は、負極活物質とし
て用いる金属リチウムあるいは炭素材料はリチウムとの
反応電位が低く、また、電解液に非水系の電解液を利用
していることから、作動電圧が高く、高エネルギー密度
であるという利点を有し、小型携帯機器用電源として、
その用途を急速に拡大している。In this lithium secondary battery, the operating voltage is low because metallic lithium or a carbon material used as a negative electrode active material has a low reaction potential with lithium and uses a non-aqueous electrolytic solution as an electrolytic solution. It has the advantages of high energy density and high power,
Its applications are expanding rapidly.
【0004】しかし、リチウム二次電池のキャリアとな
るリチウムは極めて活性であり、例えば空気中で水分と
反応して燃焼するといった危険性がある。このことは、
リチウム二次電池の製造工程において、水分のないドラ
イな環境といった充分な配慮を必要とし、製造コストの
増大にもつながっている。そこで、キャリアとなる物質
を変更した新しいタイプのロッキングチェア型二次電池
が待ち望まれている。However, lithium, which is a carrier of a lithium secondary battery, is extremely active, and there is a risk that, for example, it reacts with moisture in air and burns. This means
In the manufacturing process of the lithium secondary battery, sufficient consideration such as a dry environment without moisture is required, which leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, a new type of rocking chair type secondary battery in which a substance serving as a carrier is changed has been desired.
【0005】本発明者は、リチウムに代え、マグネシウ
ムをキャリアとしたロッキングチェア型二次電池を模索
した。これまで、マグネシウムを用いた電池は、例えば
特開平5−225978号公報に示すように、放電のみ
が可能な一次電池しか存在していない。この理由は、マ
グネシウムを可逆的に吸蔵・脱離可能な良好な正極活物
質が見出されていないためである。The present inventor has sought a rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier instead of lithium. Until now, as for the battery using magnesium, for example, as shown in JP-A-5-225978, there is only a primary battery that can only be discharged. The reason for this is that no favorable positive electrode active material capable of reversibly inserting and extracting magnesium has been found.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、鋭意研
究、度重なる実験の結果、一部のマグネシウム複合酸化
物がマグネシウムを吸蔵・脱離可能な正極活物質となり
得るとの知見を得た。本発明は、この知見に基づくもの
であり、マグネシウムをキャリアとした新しい着想のロ
ッキングチェア型二次電池を構成することができる正極
活物質材料を提供することを課題とし、また、その簡便
な製造方法を提供することを課題とし、さらに、この正
極活物質材料を用いて構成したマグネシウム二次電池を
提供することを課題としている。As a result of intensive studies and repeated experiments, the present inventors have found that some magnesium composite oxides can be used as a positive electrode active material capable of occluding and releasing magnesium. . The present invention is based on this finding, and has an object to provide a positive electrode active material that can constitute a rocking chair type secondary battery with a new idea using magnesium as a carrier. It is another object of the present invention to provide a method, and further to provide a magnesium secondary battery formed using the positive electrode active material.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】(1)本発明のマグネシ
ウム二次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物は、
組成式MgxM11-yM2yO2またはMgxM11-yM2yO2・
nH2O(M1はMn、Feから選ばれる少なくとも1
種;M2は前記M1を除く遷移金属、Alから選ばれる少
なくとも1種;0<x≦0.5;0≦y<0.4;nは
0.4〜0.6)で表され、結晶構造が層状構造を有す
ることを特徴とする。Means for Solving the Problems (1) The magnesium composite oxide for a positive electrode active material of a magnesium secondary battery according to the present invention comprises:
Composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 or Mg x M1 1-y M2 y O 2 ·
nH 2 O (M1 is at least one selected from Mn and Fe)
Species; M2 is at least one selected from transition metals other than M1 and Al; 0 <x ≦ 0.5; 0 ≦ y <0.4; n is 0.4 to 0.6); The structure is characterized by having a layered structure.
【0008】このマグネシウム複合酸化物は、例えばリ
チウム二次電池用正極活物質として用いられているLi
CoO2の結晶構造である層状岩塩構造と類似の結晶構
造を有する。層状岩塩構造LiCoO2は、六方晶系の
結晶構造であり、この結晶構造は、リチウム原子からな
る層(Li層)−酸素原子からなる層(O層)−コバル
ト原子からなる層(Co層)−酸素原子からなる層(O
層)の順に各層が繰り返し積層された結晶構造である。
本発明のマグネシウム複合酸化物は、マグネシウム原子
からなる層(Mg層)−O層−M1原子からなる(M2が
存在する場合はM2原子を含む、以下同様)層(M1層)
−O層の順に各層が繰り返し積層された結晶構造となっ
ており、Co層がM1層に対応し、あたかもLi層がM
g層に置き換わった結晶構造となっている。なお、水和
水を含む場合、O層−M1層−O層の3層を複合層と呼
ぶ場合において、複合層と複合層との層間に二重の層を
形成して存在し、その水和水の層間にマグネシウム層が
位置する構造となる。[0008] This magnesium composite oxide is, for example, Li used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
It has a crystal structure similar to the layered rock salt structure, which is the crystal structure of CoO 2 . The layered rock salt structure LiCoO 2 has a hexagonal crystal structure, which is composed of a layer composed of lithium atoms (Li layer) -a layer composed of oxygen atoms (O layer) -a layer composed of cobalt atoms (Co layer). A layer composed of oxygen atoms (O
Layer) in the order of layers.
The magnesium composite oxide of the present invention comprises a layer composed of magnesium atoms (Mg layer) -O layer-a layer composed of M1 atoms (including M2 atoms when M2 is present, the same applies hereinafter) (M1 layer)
-O layer has a crystal structure in which each layer is repeatedly laminated in order, with the Co layer corresponding to the M1 layer and the Li layer
The crystal structure has been replaced with the g layer. In the case where hydration water is contained, when the three layers of the O layer, the M1 layer and the O layer are referred to as a composite layer, a double layer is formed between the composite layers and exists. The structure is such that the magnesium layer is located between the layers of Japanese water.
【0009】このような結晶構造を有する本発明のマグ
ネシウム複合酸化物では、そのMg層に存在するマグネ
シウム原子がイオンとなって脱離し、逆に、マグネシウ
ムイオンがMg層のサイトに吸蔵されるといった可逆的
反応が容易に実現される。したがって、本発明のマグネ
シウム複合酸化物は、マグネシウムをキャリアとしたロ
ッキングチェア型の二次電池を構成することのできる良
好な正極活物質材料となる。 (2)本発明のマグネシウム二次電池正極活物質用マグ
ネシウム複合酸化物の製造方法は、上記本発明のマグネ
シウム複合酸化物を製造するための製造方法であって、
組成式AzM11-yM2yO2またはAzM11-yM2yO2・nH
2O(Aはアルカリ金属から選ばれる少なくとも1種;
0<z≦1)で表され、結晶構造が層状構造を有するア
ルカリ金属複合酸化物を合成するアルカリ金属複合酸化
物合成工程と、そのアルカリ金属複合酸化物をMg塩水
溶液中でイオン交換して、上記本発明のマグネシウム複
合酸化物を合成するマグネシウム複合酸化物合成工程と
を含んでなることを特徴とする。In the magnesium composite oxide of the present invention having such a crystal structure, magnesium atoms present in the Mg layer are desorbed as ions, and conversely, magnesium ions are occluded at sites of the Mg layer. A reversible reaction is easily realized. Therefore, the magnesium composite oxide of the present invention is a favorable cathode active material that can constitute a rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier. (2) The method for producing a magnesium composite oxide for a magnesium secondary battery positive electrode active material of the present invention is a production method for producing the magnesium composite oxide of the present invention,
Formula A z M1 1-y M2 y O 2 or A z M1 1-y M2 y O 2 · nH
2 O (A is at least one selected from alkali metals;
0 <z ≦ 1), and an alkali metal composite oxide synthesizing step of synthesizing an alkali metal composite oxide having a layered crystal structure, and ion-exchanging the alkali metal composite oxide in an aqueous Mg salt solution. And a step of synthesizing the magnesium composite oxide of the present invention.
【0010】上記本発明のマグネシウム複合酸化物は、
その製造方法を特に限定するものではないが、上記本発
明の製造方法によって製造することができる。つまり、
本発明の製造方法は、まず最初に上述した六方晶系の層
状岩塩構造を有するAzM11- yM2yO2またはAzM11-y
M2yO2・nH2Oを合成した後、このAzM11-yM2yO 2
またはAzM11-yM2yO2・nH2Oのアルカリ金属層
(A層)に存在するアルカリ金属をマグネシウムとイオ
ン交換することで、Mg層−O層−M1層−O層の順に
各層が繰り返し積層された上述の結晶構造を有する本発
明のマグネシウム複合酸化物を製造する方法である。M
g塩水溶液中でのイオン交換は極めて簡便なプロセスで
あることから、本発明の製造方法は、簡便かつ安価な製
造方法となる。 (3)本発明のマグネシウム二次電池は、上記本発明の
マグネシウム複合酸化物を正極活物質として用いること
を特徴とする。上記本発明のマグネシウム複合酸化物を
正極活物質として用いることで、マグネシウムをキャリ
アとした新しいタイプのロッキングチェア型二次電池を
実現するものである。[0010] The magnesium composite oxide of the present invention comprises:
Although the manufacturing method is not particularly limited, the present invention
It can be manufactured by the manufacturing method described above. That is,
The production method of the present invention firstly comprises the hexagonal layer described above.
A having a rock-salt structurezM11- yM2yOTwoOr AzM11-y
M2yOTwo・ NHTwoAfter synthesizing O, this AzM11-yM2yO Two
Or AzM11-yM2yOTwo・ NHTwoO alkali metal layer
The alkali metals present in (A layer)
By replacing the layers, the Mg layer-O layer-M1 layer-O layer
The present invention having the above-described crystal structure in which each layer is repeatedly laminated
This is a method for producing a magnesium composite oxide. M
gIon exchange in salt solution is a very simple process
Therefore, the production method of the present invention is simple and inexpensive.
Manufacturing method. (3) The magnesium secondary battery of the present invention is
Using magnesium composite oxide as positive electrode active material
It is characterized by. The magnesium composite oxide of the present invention
By using it as a positive electrode active material, magnesium can be carried
A new type of rocking chair rechargeable battery
It will be realized.
【0011】リチウム二次電池が極めて活性なリチウム
をキャリアとするのと異なり、本発明のマグネシウム二
次電池ではキャリアをマグネシウムとすることから、二
次電池の製造工程において水分のないドライな環境を必
要とせず、製造コスト面および製造時における安全面に
おいて優れた二次電池となる。[0011] Unlike a lithium secondary battery using extremely active lithium as a carrier, the magnesium secondary battery of the present invention uses magnesium as a carrier. The secondary battery is not required, and is excellent in manufacturing cost and safety during manufacturing.
【0012】また、本発明のマグネシウム二次電池で
は、負極活物質に金属マグネシウム、マグネシウム合金
等を用いることができる。そのため、リチウム二次電池
では実現できなかった負極と電池ケースの一体化、つま
り、負極活物質となるマグネシウム等にて電池ケースを
作製することができ、かなりの軽量化を図ることができ
るというメリットを有する。Further, in the magnesium secondary battery of the present invention, metallic magnesium, a magnesium alloy or the like can be used as the negative electrode active material. Therefore, there is an advantage that the negative electrode and the battery case can be integrated with each other, which could not be realized with the lithium secondary battery, that is, the battery case can be manufactured using magnesium or the like which is a negative electrode active material, thereby achieving a considerable reduction in weight. Having.
【0013】さらにまた、リチウム二次電池においては
リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水系電解液を使用し
なければならなかったが、本発明のマグネシウム二次電
池では、支持塩としてのマグネシウム塩を水に溶解した
水系電解液をも使用できる。したがって、この場合、不
燃性の構成要素によって二次電池が構成できることか
ら、本発明のマグネシウム二次電池は安全性に優れた二
次電池となる。Further, in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent has to be used. However, in the magnesium secondary battery of the present invention, a magnesium salt as a supporting salt is used. An aqueous electrolyte dissolved in water can also be used. Therefore, in this case, since the secondary battery can be configured by the nonflammable components, the magnesium secondary battery of the present invention is a secondary battery having excellent safety.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下に、本発明のマグネシウム二
次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物、それを製
造するための本発明の製造方法、それを正極活物質に用
いた本発明のマグネシウム二次電池のそれぞれの実施形
態について詳しく説明する。 (1)マグネシウム複合酸化物 (a)組成 本発明のマグネシウム複合酸化物は、水和水を含まない
場合、その組成をMg xM11-yM2yO2(M1はMn、F
eから選ばれる少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷
移金属、Alから選ばれる少なくとも1種;0<x≦
0.5;0≦y<0.4)とする。また、本発明のマグ
ネシウム複合酸化物は水和水(層間水)を含むものでも
よく、その場合MgxM11-yM2yO2・nH2O(nは
0.4〜0.6)という組成式となる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The magnesium disulfide of the present invention is described below.
Magnesium composite oxide for secondary battery positive electrode active material
The production method of the present invention for producing
Each embodiment of the magnesium secondary battery of the present invention
The state will be described in detail. (1) Magnesium composite oxide (a) Composition The magnesium composite oxide of the present invention does not contain water of hydration.
If the composition is Mg xM11-yM2yOTwo(M1 is Mn, F
at least one selected from e; M2 is a transition excluding M1
Transfer metal, at least one selected from Al; 0 <x ≦
0.5; 0 ≦ y <0.4). In addition, the mug of the present invention
Nesium composite oxides contain water of hydration (interlayer water)
Well, in that case MgxM11-yM2yOTwo・ NHTwoO (n is
0.4-0.6).
【0015】具体的に組成式MgxM11-yM2yO2には、
中心金属M1のサイトを他元素で置換せず、かつ、中心
金属M1をMnとするMgxMnO2、FeとするMgxF
eO 2、MnおよびFeの両者をa:1−aの比とする
MgxMnaFe1-aO2(0<a<1)が含まれる。ま
た、中心金属M1のサイトの一部をM2で置換したMgx
M11-yM2yO2(y>0)も含まれ、この場合M2はM1
を除く遷移金属およびAlから選ばれる1種単独で置換
するものでもよく、2種以上で置換するものであっても
よい。Specifically, the composition formula MgxM11-yM2yOTwoIn
Do not replace the site of the central metal M1 with another element, and
Mg with metal M1 as MnxMnOTwo, Fe and MgxF
eO Two, Mn and Fe both have a ratio of a: 1-a
MgxMnaFe1-aOTwo(0 <a <1). Ma
In addition, Mg in which a part of the site of the central metal M1 is substituted with M2x
M11-yM2yOTwo(Y> 0), where M2 is M1
With one selected from transition metals and Al other than
Or two or more substitutions
Good.
【0016】中心金属となるM1には、MnおよびFe
を選択できるが、Mnには、Feと比較して3価が安定
であり、結晶性が良好なつまり安定化した層状構造を有
するマグネシウム複合酸物を得ることができるという利
点があることから、この利点を考慮する場合、M1をM
nとすることが望ましい。また、Feには、資源量が多
く安価であるという利点があることから、この利点を考
慮する場合、M1をFeとすることが望ましい。M1 serving as the central metal includes Mn and Fe
However, Mn has an advantage that it is stable in trivalence as compared with Fe and has a good crystallinity, that is, a magnesium complex acid having a stabilized layered structure can be obtained. Considering this advantage, M1 is
Desirably n. Further, Fe has the advantage of being inexpensive with a large amount of resources. Therefore, in consideration of this advantage, it is desirable that M1 be Fe.
【0017】中心金属M1のサイトの一部を置換するM2
は、マグネシウム複合酸化物の結晶構造を安定化する機
能を果たし、AlおよびM1を除く遷移金属から選ばれ
る少なくとも1種であるが、具体的には、Al、Co、
Ni等を選択できる。Co、Niには層状構造を安定化
するという利点があることから、この利点を考慮する場
合、M2をCo、Niのうちの少なくとも1種とするこ
とが望ましい。また、Alには3価で安定である、固溶
量が大きいという利点があることから、この利点を考慮
する場合、M2をAlとすることが望ましい。M2 substituting a part of the site of the central metal M1
Has a function of stabilizing the crystal structure of the magnesium composite oxide, and is at least one selected from transition metals other than Al and M1. Specifically, Al, Co,
Ni or the like can be selected. Since Co and Ni have the advantage of stabilizing the layered structure, it is desirable to consider M2 as at least one of Co and Ni in consideration of this advantage. Further, since Al has the advantages of being trivalent and stable and having a large solid solution amount, it is desirable to set M2 to Al in consideration of this advantage.
【0018】マグネシウム複合酸化物中のMgの存在割
合、つまりMgxM11-yM2yO2におけるxの値は、0<
x≦0.5となる。x=0、x>0.5となる組成は理
論上考えられない。二次電池中において正極活物質とし
て機能する場合、その充電状態によってxの値は変化す
る。正極活物質としてより良好な機能を果たすために
は、0.2≦x≦0.5であることがより望ましい。The content ratio of Mg in the magnesium composite oxide, that is, the value of x in Mg x M 11 -y M 2 y O 2 is 0 <
x ≦ 0.5. A composition that satisfies x = 0 and x> 0.5 cannot be theoretically considered. When functioning as a positive electrode active material in a secondary battery, the value of x changes depending on the state of charge. In order to achieve a better function as the positive electrode active material, it is more preferable that 0.2 ≦ x ≦ 0.5.
【0019】中心金属のM2での置換割合、つまりMgx
M11-yM2yO2におけるyの値は、y<0.4とする。
y≧0.4の場合は、中心金属であるM1が層間に位置
するランダム構造となりやすく、後述するMg層−O層
−M1層−O層という層状構造の周期性がなくなり、正
極活物質としての性能が低下するからである。なお、よ
り良好な特性の正極活物質とするには、y≦0.2とす
るのが望ましい。The substitution ratio of the central metal with M 2, that is, Mg x
The value of y in M1 1-y M2 y O 2 is the y <0.4.
In the case of y ≧ 0.4, the central metal M1 is likely to have a random structure in which it is located between layers, and the periodicity of a layered structure of Mg layer-O layer-M1 layer-O layer described later is lost, and as a positive electrode active material. This is because the performance of the device is reduced. In order to obtain a positive electrode active material having better characteristics, it is desirable that y ≦ 0.2.
【0020】なお、本発明のマグネシウム複合酸化物で
は、その製造工程において、不可避的に結晶中に若干の
不純物が侵入する場合もある。したがって、本発明のマ
グネシウム複合酸物を表す組成式MgxM11-yM2yO2ま
たはMgxM11-yM2yO2・nH2Oは、このような不可
避の不純物を含むことを排除するものではない。同様
に、本明細書中に記載されている種々の組成式について
も、不可避の不純物を含むことを排除するものではな
い。In the magnesium composite oxide of the present invention, in the manufacturing process, some impurities may inevitably enter the crystal. Thus, the composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 or Mg x M1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O which represents the magnesium complex acid of the invention, to include impurities such unavoidable It is not excluded. Similarly, the various composition formulas described in this specification do not exclude inclusion of unavoidable impurities.
【0021】(b)結晶構造 本発明のマグネシウム複合酸化物は、その結晶構造を層
状構造とする。ここでいう層状構造とは、六方晶系に属
する層状構造で、いわゆるバーネサイト型の結晶構造を
意味する。同じ原子あるいは同種の原子が1つの層を形
成し、この層が規則正しく積層された結晶構造を有す
る。それぞれの層は、マグネシウム原子からなるMg
層、中心金属であるM1(M2が存在する場合はM2をも
含む)原子からなるM1層、酸素原子からなるO層であ
り、それらがMg層−O層−M1層−O層の順にくり返
し積層されている。(B) Crystal Structure The magnesium composite oxide of the present invention has a crystal structure of a layered structure. The layered structure referred to here is a layered structure belonging to a hexagonal system and means a so-called birnessite type crystal structure. The same atoms or the same kind of atoms form one layer, and this layer has a crystal structure in which the layers are regularly stacked. Each layer is made of Mg consisting of magnesium atoms.
A layer, an M1 layer composed of M1 atoms (including M2 if M2 is present) as a central metal, and an O layer composed of oxygen atoms. These layers are repeated in the order of Mg layer-O layer-M1 layer-O layer. It is laminated.
【0022】リチウム二次電池の正極活物質として一般
的な組成式LiCoO2で表されるリチウムコバルト複
合酸化物は、規則配列層状岩塩構造と呼ばれる六方晶系
の結晶構造を有しており、上述したように、Li層−O
層−中心金属層(Co層)−O層の順にくり返し積層さ
れている。本発明のマグネシウム複合酸化物の結晶構造
は、言い換えれば、この層状岩塩構造においてLi層が
Mg層に置き換わった結晶構造を有する。ただし、リチ
ウムは1価であり、マグネシウムは2価であるため、M
g層に位置するマグネシウム原子の最大数は、Li層に
位置するリチウム原子の最大数の1/2となる。The lithium-cobalt composite oxide represented by the general composition formula LiCoO 2 as a positive electrode active material of a lithium secondary battery has a hexagonal crystal structure called an ordered layered rock salt structure. As described above, the Li layer-O
The layers are repeatedly laminated in the order of layer-center metal layer (Co layer) -O layer. In other words, the crystal structure of the magnesium composite oxide of the present invention has a crystal structure in which the Li layer is replaced by the Mg layer in the layered rock salt structure. However, since lithium is monovalent and magnesium is divalent, M
The maximum number of magnesium atoms located in the g layer is の of the maximum number of lithium atoms located in the Li layer.
【0023】本発明のマグネシウム複合酸化物が水和水
を含むものである場合、その水和水は、後に詳しく説明
する図7(b)に示すように、O層−M1層−O層とい
う3層を複合層と呼ぶ場合において、複合層と複合層と
の層間に二重の層を形成して存在し、その水和水の層間
にMg層が位置する構造となる。When the magnesium composite oxide of the present invention contains water of hydration, the water of hydration is divided into three layers of O layer-M1 layer-O layer as shown in FIG. Is called a composite layer, a double layer is formed between the composite layers, and the Mg layer is located between the layers of the water of hydration.
【0024】本発明のマグネシウム複合酸化物を正極活
物質として用いた場合、充電によって、マグネシウム原
子はMg層内を移動し、結晶端部から結晶外にイオンと
なって離脱する。また放電時には、マグネシウムイオン
が結晶端部から挿入し、Mg層内を移動して所定のサイ
トに吸蔵される。言い換えれば、リチウム二次電池の正
極活物質である上記リチウムコバルト複合酸化物の機能
と同じ機能であり、キャリアとなる原子が、リチウムか
らマグネシウムに置き換っただけの違いである。このよ
うな機能を果たすことで、本発明のマグネシウム複合酸
化物は、全く新しいロッキングチェア型マグネシウム二
次電池を構成できる正極活物質材料となる。When the magnesium composite oxide of the present invention is used as a positive electrode active material, magnesium atoms move in the Mg layer due to charging, and are separated from the crystal end as ions outside the crystal. At the time of discharge, magnesium ions are inserted from the crystal end, move in the Mg layer, and are occluded at a predetermined site. In other words, the function is the same as the function of the lithium-cobalt composite oxide, which is the positive electrode active material of the lithium secondary battery, except that the carrier atoms are replaced by magnesium instead of lithium. By fulfilling such a function, the magnesium composite oxide of the present invention becomes a positive electrode active material that can constitute a completely new rocking chair type magnesium secondary battery.
【0025】(c)水和水の有無 上述したように、本発明のマグネシウム複合酸化物は、
水和水を含む組成式MgxM11-yM2yO2・nH2Oで表
されるものであってもよく、また、水和水を含まない組
成式MgxM11-yM2yO2で表されるものであってもよ
い。ただし、水和水を含まないものの方が結晶性が高
く、結晶構造が強固であるといえる。したがって、マグ
ネシウムの吸蔵・脱離に伴う結晶構造の崩壊という現象
を考慮すれば、充放電に伴うサイクル劣化少ないマグネ
シウム二次電池を構成できるという点で、水和水を含ま
ない組成式MgxM11-yM2yO2で表されるものであるこ
とがより望ましい。(C) Presence or absence of water of hydration As described above, the magnesium composite oxide of the present invention comprises:
Be those represented by the composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O containing water of hydration may also composition formula does not contain water of hydration Mg x M1 1-y M2 y It may be represented by O 2 . However, those containing no water of hydration have higher crystallinity and a stronger crystal structure. Therefore, taking into account the phenomenon of crystal structure collapse accompanying occlusion and desorption of magnesium, a magnesium secondary battery with less cycle deterioration due to charge and discharge can be constructed, and the composition formula Mg x M1 containing no water of hydration can be obtained. and more preferably it is represented by 1-y M2 y O 2.
【0026】後にマグネシウム二次電池の構成の項で詳
しく説明するが、非水系電解液を構成要素とするマグネ
シウム二次電池の場合は、電解液の溶媒として水を用い
ていないことから、充放電を繰り返しても正極活物質と
なるマグネシウム複合酸化物内に水和水が取り込まれる
ことがない。したがって、そのことを考慮すれば、非水
系電解液を用いたマグネシウム二次電池の場合は、特
に、水和水を含まない組成式MgxM11-yM2yO2で表さ
れるものが望ましい。 (2)マグネシウム複合酸化物の製造方法 上記本発明のマグネシウム複合酸化物は、その製造方法
を特に限定するものではない。ただし、以下に説明する
本発明の製造方法によれば簡便に製造することが可能で
ある。その本発明の製造方法は、前駆体となるとなるア
ルカリ金属複合酸化物を合成するアルカリ金属複合酸化
物合成工程と、そのアルカリ金属複合酸化物から最終生
成物であるマグネシウム複合酸化物を合成するマグネシ
ウム複合酸化物合成工程とを含んでなる。As will be described later in detail in the section of the structure of the magnesium secondary battery, in the case of a magnesium secondary battery having a non-aqueous electrolyte as a constituent element, since water is not used as a solvent for the electrolyte, the charge and discharge are not performed. Is repeated, water of hydration is not taken into the magnesium composite oxide serving as the positive electrode active material. Therefore, in consideration of the above, in the case of a magnesium secondary battery using a non-aqueous electrolyte, in particular, the one represented by the composition formula Mg x M 11 -y M 2 y O 2 containing no water of hydration may be used. desirable. (2) Production method of magnesium composite oxide The production method of the magnesium composite oxide of the present invention is not particularly limited. However, according to the manufacturing method of the present invention described below, it is possible to manufacture easily. The production method of the present invention comprises an alkali metal composite oxide synthesis step for synthesizing an alkali metal composite oxide to be a precursor, and magnesium for synthesizing a magnesium composite oxide as a final product from the alkali metal composite oxide. A composite oxide synthesis step.
【0027】(a)アルカリ金属複合酸化物合成工程 アルカリ金属複合酸化物合成工程は、組成式AzM11-y
M2yO2またはAzM11- yM2yO2・nH2O(Aはアルカ
リ金属から選ばれる少なくとも1種;M1はMn、Fe
から選ばれる少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷移
金属、Alから選ばれる少なくとも1種;0<x≦0.
5;0≦y<0.4;0<z≦1;nは0.4〜0.
6)で表され、結晶構造が層状構造を有するアルカリ金
属複合酸化物を合成する工程である。この工程では、マ
グネシウム複合酸化物の前駆体となる六方晶系の層状岩
塩構造を有するアルカリ金属複合酸化物を合成する。こ
のアルカリ金属複合酸化物合成工程における合成方法
は、特に限定するものでなく、種々の方法にて合成する
ことが可能である。以下に、その例として、2つの合成
方法によるそれぞれのアルカリ金属複合酸化物合成工程
について説明する。(A) Step of synthesizing alkali metal composite oxide The step of synthesizing the alkali metal composite oxide is carried out according to the composition formula AzM11-y
M2yOTwoOr AzM11- yM2yOTwo・ NHTwoO (A is an arca
At least one metal selected from the group consisting of M and Mn;
At least one selected from the group consisting of: M2 is a transition other than M1
At least one selected from metal and Al; 0 <x ≦ 0.
5; 0 ≦ y <0.4; 0 <z ≦ 1; n is 0.4-0.
6) The alkali gold having a layered structure represented by 6)
This is a step of synthesizing a metal complex oxide. In this process,
Hexagonal layered rock as precursor of gnesium composite oxide
An alkali metal composite oxide having a salt structure is synthesized. This
Method for Synthesis of Alkali Metal Complex Oxide
Is not particularly limited, and is synthesized by various methods.
It is possible. Below, as an example, two synthesis
Of each alkali metal composite oxide by the method
Will be described.
【0028】(i)第一のアルカリ金属複合酸化物合成
工程 上記アルカリ金属複合酸化物合成工程として、次の態様
の工程を採用することができる。その工程は、M1を陽
イオンとする塩を水に溶解したM1塩水溶液と、必要に
応じて混合するM2を陽イオンとする塩を水に溶解した
M2塩水溶液と、AOHをH2O2水溶液に溶解したアル
カリ金属水酸化物H2O2水溶液とを混合して混合溶液と
し、該混合溶液中に組成式AzM11-yM2yO2・nH2O
で表され結晶構造が層状構造を有するアルカリ金属複合
酸化物を析出させる析出工程を含んなる合成工程であ
る。(I) First Step of Synthesizing Alkali Metal Composite Oxide As the step of synthesizing the alkali metal composite oxide, the following steps can be employed. The process includes the M1 aqueous salt solution the salt and cations dissolved in water M1, and M2 aqueous salt solution the salt and cations dissolved in water M2 mixing as necessary, AOH the H 2 O 2 An aqueous solution of an alkali metal hydroxide H 2 O 2 dissolved in an aqueous solution is mixed to form a mixed solution, and the composition formula A z M 11 -y M 2 y O 2 .nH 2 O is added to the mixed solution.
This is a synthesis step including a precipitation step of depositing an alkali metal composite oxide having a layered structure represented by the following formula:
【0029】上記析出工程において、M1源となるM1を
陽イオンとする塩は、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等を用い
ることができる。具体的には、M1をMnとする場合に
は、硝酸マンガン、硫酸マンガン、酢酸マンガン等を、
M1をFeとする場合には、硝酸鉄、硫酸鉄、酢酸鉄等
を、M1をMnおよびFeとする場合には、それらを混
合して用いればよい。なお、M1をMnおよびFeとす
る場合、Mn塩とFe塩とは生成するアルカリ金属複合
酸化物におけるMnとFeとの組成割合に応じた割合で
混合すればよい。In the above-mentioned precipitation step, nitrates, sulfates, acetates and the like can be used as the salt having M1 as a M1 source as a cation. Specifically, when M1 is Mn, manganese nitrate, manganese sulfate, manganese acetate, etc.
When M1 is Fe, iron nitrate, iron sulfate, iron acetate and the like may be used. When M1 is Mn and Fe, a mixture of these may be used. When M1 is Mn and Fe, the Mn salt and the Fe salt may be mixed at a ratio corresponding to the composition ratio of Mn and Fe in the resulting alkali metal composite oxide.
【0030】M1のサイトの一部をM2で置換する場合、
M2を陽イオンとする塩を水に溶解させたM2塩水溶液を
混合する。その場合、M1源となるM1を陽イオンとする
塩と同様に、M2源となるM2を陽イオンとする塩も、硝
酸塩、硫酸塩、酢酸塩等を用いることができる。When a part of the site of M1 is replaced with M2,
An M2 salt aqueous solution in which a salt having M2 as a cation is dissolved in water is mixed. In this case, similar to a salt having M1 as a cation as M1 source, a salt having M2 as a cation as cation may be a nitrate, a sulfate or an acetate.
【0031】上記M1を陽イオンとする塩および上記M2
を陽イオンとする塩のいずれの塩も、硝酸塩であること
がより望ましい。硝酸塩を用いた場合は、中和反応にと
って望ましい強酸であると同時に、生成物中にイオンが
残留しないという利点があるからである。A salt wherein M1 is a cation and M2
More preferably, any of the salts having a cation as a cation is a nitrate. This is because the use of nitrate is a strong acid which is desirable for the neutralization reaction and has the advantage that no ions remain in the product.
【0032】M1のサイトの一部をM2で置換する場合、
M1塩水溶液とM2塩水溶液との混合比は、M1とM2との
モル比が、得ようとするアルカリ金属複合酸化物の組成
AzM11-yM2yO2・nH2Oに応じて、1−y:yとな
るように混合すればよい。また、M1塩水溶液およびM2
塩水溶液の濃度は、0.2〜5Mであるのが望ましい。
これは、0.2M未満の場合は析出量が少なく、また、
5Mを超える場合には、酸素の発生が多くなり危険を伴
う可能性があるからである。When replacing a part of the site of M1 with M2,
M1 mixing ratio of the aqueous salt solution and the M2 salt solution, the molar ratio of M1 and M2, according to the composition A z M1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O in the alkali metal composite oxide to be obtained , 1-y: y. M1 salt solution and M2
The concentration of the salt aqueous solution is desirably 0.2 to 5M.
This is because when less than 0.2M, the amount of precipitation is small,
If it exceeds 5M, the generation of oxygen increases, which may be dangerous.
【0033】アルカリ金属源としては、アルカリ金属水
酸化物AOHを用いる。そしてAOHを溶解させる溶媒
としてH2O2水溶液を用いるのは、水溶性のM12+を不
溶性のM13+に酸化させるためである。このH2O2水溶
液の濃度は、反応の安全性を考え、AOHを溶解してア
ルカリ金属水酸化物H2O2水溶液とした結果において1
〜10wt%となるような濃度とすることが望ましい。
またH2O2水溶液に溶解させるAOHの濃度は、均一な
反応を行うために、0.2〜5Mであることが望まし
い。As the alkali metal source, an alkali metal hydroxide AOH is used. And using aqueous H 2 O 2 solution as the solvent for dissolving the AOH is for oxidizing M1 2+ soluble in M1 3+ insoluble. The concentration of the aqueous H 2 O 2 solution is considered a safety reactions, in result of the alkali metal hydroxide aqueous solution of H 2 O 2 by dissolving AOH 1
It is desirable to set the concentration to be 10 wt% to 10 wt%.
The concentration of AOH dissolved in the aqueous solution of H 2 O 2 is desirably 0.2 to 5 M in order to perform a uniform reaction.
【0034】アルカリ金属複合酸化物合成工程において
は、結晶性が良好でアルカリ金属含有量の多い材料を得
ることができるという点を考慮すれば、アルカリ金属を
Liとする組成式LizM11-yM2yO2またはLizM1
1-yM2yO2・nH2Oで表されるリチウム複合酸化物を
合成することが望ましい。その場合、本析出工程におい
て、アルカリ金属水酸化物にはLiOHを用い、Liz
M11-yM2yO2・nH2Oで表されるリチウム複合酸化物
を析出させればよい。また、アルカリ含有量は若干少な
くなるが安価であるという利点を考慮する場合において
は、アルカリ金属をNaとする組成式NazM11-yM2y
O2またはNazM11-yM2yO2・nH2Oで表されるナト
リウム複合酸化物を合成することが望ましい。この場合
はアルカリ金属水酸化物にはNaOHを用い、NazM1
1-yM2yO2・nH2Oで表されるリチウム複合酸化物を
析出させればよい。The alkali metal in the composite oxide synthesis step, considering that it can crystallinity obtain more material good alkali metal content, composition formula is an alkali metal and Li Li z M1 1- y M2 y O 2 or Li z M1
It is desirable to synthesize a lithium composite oxide represented by 1-y M2 y O 2 .nH 2 O. In this case, in this precipitation step, LiOH is used for the alkali metal hydroxide, and Li z is used.
The M1 1-y M2 y O 2 · nH lithium composite oxide represented by 2 O it is sufficient to deposit. Also, in consideration of the advantage that the alkali content is slightly reduced but inexpensive, a composition formula of Na z M11 -y M2 y in which the alkali metal is Na is taken into consideration.
O 2 or Na z M1 1-y M2 y O it is desirable to 2 · nH sodium complex oxide represented by 2 O synthesized. In this case, NaOH is used as the alkali metal hydroxide, and Na z M1
What is necessary is just to deposit a lithium composite oxide represented by 1-y M2 y O 2 .nH 2 O.
【0035】本析出工程におけるM1塩水溶液およびM2
塩水溶液とアルカリ金属水酸化物H 2O2水溶液との混合
割合は、得ようとするアルカリ金属複合酸化物の組成A
zM1 1-yM2yO2・nH2Oに応じて変更する。ただし、
(M1+M2):Aがモル比で1:3〜1:10の割合と
なるように混合させることが望ましい。1:3を超えて
上記好適範囲を外れる場合は、MnO2の副相が生成さ
れる場合があり、また、1:10を超えて上記好適範囲
を外れる場合には、Mnの一部が4価まで酸化され、L
i2MnO3が副生する可能性があるからである。なお、
結晶性が良好で、単一相のものを得やすいという点を考
慮すれば、(M1+M2):Aがモル比で1:5程度とな
るように混合することがより望ましい。ちなみに、上記
好適範囲の混合割合で混合する場合において、アルカリ
金属AをLiとするときには概ね0.4≦z≦0.7と
なるリチウム複合酸化物が、アルカリ金属AをNaとす
るときには概ね0.2≦z≦0.4となるナトリウム複
合酸化物が析出する。The M1 salt aqueous solution and M2 in this precipitation step
Salt solution and alkali metal hydroxide H TwoOTwoMixing with aqueous solution
The ratio is determined by the composition A of the alkali metal composite oxide to be obtained.
zM1 1-yM2yOTwo・ NHTwoChange according to O. However,
(M1 + M2): A is in a molar ratio of 1: 3 to 1:10.
It is desirable to mix as much as possible. Beyond 1: 3
If it is out of the above preferred range, MnOTwoA subphase is formed
In some cases, and the preferred range exceeding 1:10
Is outside the range, a part of Mn is oxidized to tetravalent, and L
iTwoMnOThreeIs a by-product. In addition,
Considering that the crystallinity is good and it is easy to obtain a single phase
Taking into account, the molar ratio of (M1 + M2): A is about 1: 5.
It is more desirable to mix them in such a manner. By the way, the above
When mixing at a mixing ratio in a preferred range, alkali
When the metal A is Li, approximately 0.4 ≦ z ≦ 0.7
The lithium composite oxide becomes Na as the alkali metal A.
When the sodium compound is approximately 0.2 ≦ z ≦ 0.4
A composite oxide precipitates.
【0036】本析出工程では、M1塩水溶液と、必要に
応じて混合するM2塩水溶液と、アルカリ金属水酸化物
H2O2水溶液とを均一に混合することによって行う。混
合の方法は特に限定するものではない。混合の均一性を
確保するために、混合は攪拌しながら行うことが望まし
い。攪拌の方法は特に限定されるものではなく、通常の
溶液を攪拌させる公知の方法に従えばよい。析出反応を
生じさせるための反応温度は、発熱反応を伴うという理
由から、10〜30℃で行うのが望ましい。また、その
反応は1〜30分間行えばよく、比較的迅速な工程とな
る。[0036] In this precipitation step is carried out with M1 aqueous salt solution, and M2 salt solution to be mixed as needed, by uniformly mixing the alkali metal hydroxide aqueous H 2 O 2. The method of mixing is not particularly limited. In order to ensure the uniformity of mixing, it is desirable to perform the mixing while stirring. The method of stirring is not particularly limited, and a known method of stirring a normal solution may be used. The reaction temperature for causing the precipitation reaction is desirably 10 to 30 ° C. because it involves an exothermic reaction. The reaction may be performed for 1 to 30 minutes, which is a relatively quick process.
【0037】M1のサイトの一部をM2で置換したアルカ
リ金属複合酸化物を合成する場合、M1塩水溶液、M2塩
水溶液、アルカリ金属水酸化物H2O2水溶液の3つの水
溶液を一度に混合する態様だけでなく、M1塩およびM2
塩を溶解させた水溶液を予め調製し、この水溶液とアル
カリ金属水酸化物H2O2水溶液とを混合する態様あって
もよい。したがって、本析出工程における溶液の混合
は、この態様のものをも含むことを意味する。[0037] If a portion of the M1 sites synthesizing alkali metal composite oxide was replaced with M2, mixed M1 aqueous salt solution, M2 salt solution, three aqueous solutions of alkali metal hydroxide aqueous solution of H 2 O 2 at a time In addition to M1 salts and M2
There may be a mode in which an aqueous solution in which a salt is dissolved is prepared in advance, and this aqueous solution is mixed with an aqueous solution of an alkali metal hydroxide H 2 O 2 . Therefore, the mixing of the solution in the precipitation step means that this embodiment is also included.
【0038】本析出工程において析出したアルカリ金属
複合酸化物は、上記混合溶液中に沈殿物として得られ
る。したがって、最終生成物として水和水を含む組成式
MgxM11-yM2yO2・nH2Oを製造しようとする場合
は、沈殿物として得られたAzM11-yM2yO2・nH2O
で表されるアルカリ金属複合酸化物を、水洗、濾過、必
要に応じ乾燥して、次工程であるマグネシウム複合酸化
物合成工程に供すればよい。The alkali metal composite oxide deposited in the present precipitation step is obtained as a precipitate in the above mixed solution. Therefore, when attempting to produce a composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O containing water of hydration as the final product was obtained as a precipitate A z M1 1-y M2 y O 2・ nH 2 O
May be washed with water, filtered, dried if necessary, and then subjected to the next step of synthesizing a magnesium composite oxide.
【0039】上記析出工程において析出したアルカリ金
属複合酸化物は、実際には、組成式AzM11-yM2yO2・
nH2O(nは0.4〜0.6)で表され、水和水を含
んでいる。水和水を含まない組成式AzM11-yM2yO2で
表されるアルカリ金属複合酸化物を合成する場合、アル
カリ金属複合酸化物合成工程は、上記析出工程後、析出
後の混合溶液中において70℃以上の温度で熟成させる
水熱工程を含んでなる工程とすることが望ましい。つま
り、析出後、そのまま所定範囲の温度に保持するという
いわゆるエージングを行なえばよい。The alkali metal composite oxide deposited in the above-mentioned deposition step is actually composed of the composition formula A z M 11 -y M 2 y O 2.
nH 2 O (n is 0.4 to 0.6) is represented by, contain water of hydration. When synthesizing a alkali metal composite oxide represented by a composition formula A z M1 1-y M2 y O 2 containing no water of hydration, alkali metal composite oxide synthesis step, after the deposition process, mixing after precipitation It is desirable to have a step including a hydrothermal step of aging at a temperature of 70 ° C. or higher in the solution. That is, after deposition, so-called aging may be performed, in which the temperature is maintained in a predetermined range.
【0040】保持する温度つまり熟成温度を70℃以上
とするのは、70℃未満の場合は、熟成反応が進行しな
いからである。なお、熟成温度が120℃を超える場合
には、組成式A2MnO3で表されるアルカリ金属複合酸
化物等が副生する。したがって、層状構造の略単一相か
らなるアルカリ金属複合酸化物を合成するという意味に
おいて、熟成温度は120℃以下であることが望まし
い。The temperature to be maintained, that is, the aging temperature is set to 70 ° C. or higher because if the temperature is lower than 70 ° C., the aging reaction does not proceed. When the aging temperature exceeds 120 ° C., an alkali metal composite oxide represented by the composition formula A 2 MnO 3 is by-produced. Therefore, the ripening temperature is desirably 120 ° C. or lower in the sense of synthesizing an alkali metal composite oxide composed of a substantially single phase having a layered structure.
【0041】熟成させる時間は、熟成温度等の条件によ
って異なるものとなるが、熟成反応が完全に終了し得る
時間であればよく、通常、6時間以上行えばよい。反応
終了後も熟成を行うことは、アルカリ金属複合酸化物合
成工程全体を引き延ばすことにつながるため、できるだ
け短い時間とするのが望ましい。The aging time varies depending on the conditions such as the aging temperature and the like, but may be any time at which the aging reaction can be completely completed, and usually may be performed for 6 hours or more. Since aging after the completion of the reaction leads to prolongation of the entire alkali metal composite oxide synthesis step, it is desirable that the time be as short as possible.
【0042】熟成は、具体的には、例えば、所定の容器
に上記析出工程を経た混合溶液を入れ、所定温度で所定
時間保持すればよく、その後、水冷することによりある
いはその容器内で徐冷することにより、室温付近にまで
降温させてから取り出すようにして行うことができる。
ただし、熟成温度が100℃付近あるいは100℃以上
となると混合溶液自体の蒸発が問題となるため、この溶
液の蒸発を防止すべく、100℃付近では還流器等によ
って、100℃以上となる場合はオートクレーブ容器等
によって加圧下で行う必要がある。より簡便な装置で熟
成工程を行うといった観点からすれば、熟成温度は70
℃以上90℃以下の範囲とするのが望ましい。For aging, specifically, for example, the mixed solution having undergone the above-described precipitation step may be placed in a predetermined container and maintained at a predetermined temperature for a predetermined time, and then cooled with water or gradually cooled in the container. By doing so, the temperature can be lowered to around room temperature and then taken out.
However, if the aging temperature is around 100 ° C. or more than 100 ° C., evaporation of the mixed solution itself becomes a problem. It is necessary to carry out under pressure by an autoclave container or the like. From the viewpoint of performing the aging step with a simpler apparatus, the aging temperature is 70
It is desirable that the temperature be in the range of not less than 90 ° C.
【0043】本水熱工程において得られたアルカリ金属
複合酸化物は、水和水が除去された組成式AzM11-yM2
yO2で表されるものであると同時に、その結晶性が高め
られている。なお、組成式中のzの値も変化する。具体
的なzの値の変化の一例を示せば、上記析出工程で得ら
れた水和水を含むアルカリ金属複合酸化物の組成式中の
zの値が0.3≦z≦0.7である場合、熟成温度80
℃、熟成時間12時間の条件で行う本水熱工程を経たア
ルカリ金属複合酸化物では、大凡z≧0.9となる。な
お、条件によっては、上記M1層中にアルカリ金属Aの
原子が侵入する場合もある。その場合は、zの値が若干
ではあるが1を超え得る。このような場合については、
1を超える量に相当するアルカリ金属Aは、前述した不
可避の不純物となるものと考えられ、また、そのように
解釈する。The alkali metal complex oxide obtained in this hydrothermal process, the composition formula of water of hydration has been removed A z M1 1-y M2
At the same time as those represented by y O 2, crystallinity is enhanced it. Note that the value of z in the composition formula also changes. If an example of a specific change in the value of z is shown, the value of z in the composition formula of the alkali metal composite oxide containing water of hydration obtained in the above precipitation step is 0.3 ≦ z ≦ 0.7. In some cases, ripening temperature 80
In the case of an alkali metal composite oxide that has undergone the present hydrothermal step performed under the conditions of ° C. and an aging time of 12 hours, z ≧ 0.9 is approximately satisfied. Note that, depending on conditions, atoms of the alkali metal A may enter the M1 layer. In that case, the value of z may exceed 1, although slightly. In such cases,
The alkali metal A corresponding to an amount exceeding 1 is considered to be the inevitable impurity described above, and is interpreted as such.
【0044】本水熱工程においても、水和水を含まない
アルカリ金属複合酸化物は沈殿物として得られる。した
がって、水洗、濾過、必要に応じ乾燥して、次工程であ
るマグネシウム複合酸化物合成工程に供すればよい。In the present hydrothermal step, the alkali metal composite oxide containing no water of hydration is obtained as a precipitate. Therefore, it may be washed with water, filtered, dried if necessary, and then subjected to the next step of synthesizing the magnesium composite oxide.
【0045】以上、析出工程および必要に応じて行う水
熱工程とを含む態様の上記アルカリ金属複合酸化物合成
工程は、固液相間の反応による合成方法と異なり、溶液
反応により合成されることで、原料物質の充分な混合が
確保され、組成の均一性および結晶性に優れた層状構造
のアルカリ金属複合酸化物複合酸化物を簡便に合成でき
る工程となる。また、水和水を除去する上記水熱工程を
採用する場合は、合成されるアルカリ金属複合酸化物の
結晶性がより高いものとなる。さらにこの水熱工程は焼
成等とは異なる比較的低温度の処理であるため、高温加
熱をする場合ほどのエネルギーを必要としない。したが
って、水熱工程を採用する場合であっても、本アルカリ
金属複合酸化物合成工程は、燃費の小さなひいては製造
コストの安い合成工程となる。As described above, unlike the synthesis method based on the reaction between the solid and liquid phases, the synthesis process of the alkali metal composite oxide, which includes the precipitation step and the hydrothermal step performed as necessary, is performed by a solution reaction. As a result, a sufficient mixing of the raw materials can be ensured, and the alkali metal composite oxide composite oxide having a layered structure having excellent composition uniformity and crystallinity can be easily synthesized. Further, when the above-mentioned hydrothermal step of removing water of hydration is adopted, the alkali metal composite oxide to be synthesized has higher crystallinity. Further, since the hydrothermal process is a process at a relatively low temperature different from firing or the like, it does not require as much energy as heating at a high temperature. Therefore, even when the hydrothermal process is adopted, the present alkali metal composite oxide synthesis process is a synthesis process with low fuel consumption and hence low production cost.
【0046】(ii)第二のアルカリ金属複合酸化物合成
工程 中心元素M1をMnとし組成式MgxMn1-yM2yO2また
はMgxMn1-yM2yO 2・nH2Oで表されるマグネシウ
ム複合酸化物を製造する場合であって、かつ、前駆体と
して、アルカリ金属Aに少なくともLiを含む組成式L
i1-bA’bM11 -yM2yO2またはLi1-bA’bM11-yM2
yO2・nH2O(A’はLiを除くアルカリ金属から選
ばれる少なくとも1種;0≦b<1)で表されアルカリ
金属複合酸化物を合成する場合には、アルカリ金属複合
酸化物合成工程として、次の態様の工程を採用すること
ができる。(Ii) Synthesis of second alkali metal composite oxide
Process The central element M1 is Mn and the composition formula is Mg.xMn1-yM2yOTwoAlso
Is MgxMn1-yM2yO Two・ NHTwoMagnesium represented by O
In the case of producing a complex oxide, and the precursor and
The composition formula L containing at least Li in the alkali metal A
i1-bA 'bM11 -yM2yOTwoOr Li1-bA 'bM11-yM2
yOTwo・ NHTwoO (A 'is selected from alkali metals except Li)
At least one kind; alkali represented by 0 ≦ b <1)
When synthesizing a metal composite oxide, use an alkali metal composite
As the oxide synthesizing step, the following steps are employed.
Can be.
【0047】その工程は、A’MnO4水溶液とLi化
合物とを混合して混合水溶液を調整する水溶液調整工程
と、前記混合水溶液を加熱して組成式Li1-bA’bM1
1-yM2yO2・nH2Oで表されるアルカリ金属複合酸化
物を生成する水熱工程とを含んなる合成工程である。上
記第一のアルカリ金属複合酸化物合成工程と同様に、水
溶液からの析出および熟成という反応を利用しているた
め、原料物質の充分な混合が確保され、組成の均一性お
よび結晶性に優れた層状構造のアルカリ金属複合酸化物
を簡便に合成できる。また水熱工程は焼成等とは異なる
比較的低温度の処理であるため、同様に製造コストの安
い合成工程となる。In this step, an aqueous solution of A′MnO 4 and a Li compound are mixed to prepare a mixed aqueous solution, and the mixed aqueous solution is heated to form a composition Li 1-b A ′ b M1
And a hydrothermal step of producing an alkali metal composite oxide represented by 1-y M2 y O 2 .nH 2 O. As in the first alkali metal composite oxide synthesis step, since the reaction of precipitation and aging from the aqueous solution is used, sufficient mixing of the raw materials is ensured, and the composition has excellent uniformity and crystallinity. An alkali metal composite oxide having a layered structure can be easily synthesized. In addition, the hydrothermal process is a relatively low-temperature process different from calcination or the like, and thus is a synthesis process with a similarly low production cost.
【0048】水溶液調整工程は、マンガンおよびアルカ
リ金属源となるA’MnO4水溶液とリチウム源となる
Li化合物とを、得ようとするLi1-bA’bM11-yM2y
O2またはLi1-bA’bM11-yM2yO2・nH2OのLi
/A’の組成比に応じた量で混合する工程である。つま
り、両者の混合割合は、Li化合物中のLiとA’Mn
O4中のA’とがモル比で1−b:bとなるような割合
とすればよい。In the aqueous solution adjusting step, an aqueous solution of A'MnO 4 serving as a source of manganese and an alkali metal and a Li compound serving as a source of lithium are obtained by mixing Li 1 -b A ' b M11 -y M2 y
O 2 or Li 1-b A ′ b M11 -y M2 y O 2 .nH 2 O Li
This is a step of mixing in an amount corresponding to the composition ratio of / A ′. That is, the mixing ratio of both is Li and A′Mn in the Li compound.
The ratio may be such that A ′ in O 4 is 1-b: b in a molar ratio.
【0049】Li化合物とA’MnO4との反応は水溶
液中で行われるため、Li化合物は水溶性であることが
好ましく、水溶液として混合させるのが望ましい。水溶
性のリチウム化合物としては、例えばLiCl、LiO
H、LiNO3、酢酸リチウム、酪酸リチウム、蓚酸リ
チウム、クエン酸リチウム等を用いることができる。な
お、A’MnO4水溶液の濃度は、0.1M〜0.3M
程度であることが望ましく、また、Li化合物を水溶液
として混合させる場合、そのLi化合物水溶液の濃度
は、0.1M〜5M程度とするのが望ましい。Since the reaction between the Li compound and A′MnO 4 is performed in an aqueous solution, the Li compound is preferably water-soluble, and is preferably mixed as an aqueous solution. Examples of the water-soluble lithium compound include LiCl, LiO
H, LiNO 3 , lithium acetate, lithium butyrate, lithium oxalate, lithium citrate and the like can be used. The concentration of the A'MnO 4 aqueous solution is 0.1 M to 0.3 M.
And when the Li compound is mixed as an aqueous solution, the concentration of the Li compound aqueous solution is preferably about 0.1 M to 5 M.
【0050】水熱工程は、上記混合水溶液を所定温度に
加熱して上記アルカリ金属複合酸化物を水溶液中から析
出させて生成する工程である。飽和水蒸気圧下で、12
0〜250℃で長時間かけて行うことが望ましい。加熱
温度が120℃未満ではA’MnO4とLi化合物との
反応が進まず、250℃を超えると反応等にかかるコス
トが上昇するため好ましくない。より望ましくは、20
0℃以下とするのがよい。なお、水溶液の蒸発を避ける
ため、オートクレーブ等の装置を用いるのが望ましい。The hydrothermal step is a step in which the mixed aqueous solution is heated to a predetermined temperature to precipitate the alkali metal composite oxide from the aqueous solution to produce the mixed solution. Under saturated steam pressure, 12
It is desirable to carry out at 0 to 250 ° C. for a long time. If the heating temperature is lower than 120 ° C., the reaction between A′MnO 4 and the Li compound does not proceed, and if it exceeds 250 ° C., the cost for the reaction and the like increases, which is not preferable. More preferably, 20
The temperature is preferably set to 0 ° C. or lower. In order to avoid evaporation of the aqueous solution, it is desirable to use a device such as an autoclave.
【0051】生成されたアルカリ金属複合酸化物は、反
応容器内に沈殿物として生成される。この沈殿物を、水
洗、濾過、必要に応じ乾燥を行い、次工程に供すればよ
い。このような工程を経る本合成方法は、取り扱いの容
易な水溶液原料を混合し200℃付近の穏やかな一段反
応を起こさせるだけで均一な複合酸化物が得られ、非常
に簡便かつ実用的な合成方法である。The produced alkali metal composite oxide is formed as a precipitate in the reaction vessel. This precipitate may be washed with water, filtered, dried if necessary, and then subjected to the next step. In this synthesis method that goes through such a process, a homogeneous composite oxide can be obtained only by mixing an aqueous solution material that is easy to handle and causing a gentle one-step reaction at around 200 ° C., which is a very simple and practical synthesis method. Is the way.
【0052】水熱工程を完了して合成されたアルカリ金
属複合酸化物は、水和水を含み、組成式Li1-bA’bM
11-yM2yO2・nH2O(nは0.4〜0.6)で表され
るものとなっている。上述したように、結晶性をより高
めるためには、水和水を除去することがより望ましい。
水和水除去の方法は特に限定するものではない。水和水
を含まない組成式Li1-bA’bM11-yM2yO2で表され
るアルカリ金属複合酸化物を合成する場合、例えば、ア
ルカリ金属複合酸化物合成工程は、上記水熱工程後、水
熱工程で生成された組成式Li1-bA’bM11-yM2yO2
・nH2Oで表されるアルカリ金属複合酸化物を加熱し
て水和水を除去する加熱脱水工程含んでなる工程とする
ことができる。The alkali metal composite oxide synthesized after the completion of the hydrothermal step contains water of hydration and has a composition formula of Li 1-b A ′ b M
1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O (n is 0.4 to 0.6) has a one represented by. As described above, in order to further increase the crystallinity, it is more desirable to remove water of hydration.
The method of removing hydration water is not particularly limited. When synthesizing an alkali metal composite oxide represented by the composition formula Li 1-b A ′ b M11 -y M2 y O 2 that does not contain hydration water, for example, the alkali metal composite oxide synthesizing step is performed using the above-mentioned water. After the heating step, the composition formula Li 1-b A ′ b M11 -y M2 y O 2 generated in the hydrothermal step
A step including a heat dehydration step of heating an alkali metal composite oxide represented by nH 2 O to remove water of hydration can be provided.
【0053】この加熱脱水工程を行う場合は、100〜
250℃の温度で行われることが好ましい。脱水のため
の加熱温度が100℃未満では、脱水が不完全となり、
250℃を超えると得られる複アルカリ金属合酸化物の
結晶構造が層状からスピネル構造に転移するという不具
合を生じるためである。さらに、脱水工程は大気雰囲気
中で行われることが好ましい。この脱水工程が減圧下で
なされると、結晶が還元される可能性があるためであ
る。When performing the heating and dehydrating step,
It is preferably performed at a temperature of 250 ° C. If the heating temperature for the dehydration is less than 100 ° C., the dehydration becomes incomplete,
If the temperature is higher than 250 ° C., the crystal structure of the obtained double alkali metal oxide is disadvantageously changed from a layered structure to a spinel structure. Further, the dehydration step is preferably performed in an air atmosphere. If the dehydration step is performed under reduced pressure, the crystals may be reduced.
【0054】(b)マグネシウム複合酸化物合成工程 マグネシウム複合酸化物合成工程は、上記アルカリ金属
複合酸化物合成工程で得られた上記アルカリ金属複合酸
化物をMg塩水溶液中でイオン交換して、マグネシウム
複合酸化物を合成する工程である。つまり、前駆体であ
るアルカリ金属複合酸化物中のアルカリ金属をマグネシ
ウムにイオン交換し、最終生成物であるマグネシウム複
合酸化物を合成する工程である。(B) Magnesium Composite Oxide Synthesis Step In the magnesium composite oxide synthesis step, the alkali metal composite oxide obtained in the alkali metal composite oxide synthesis step is ion-exchanged in an aqueous Mg salt solution to obtain a magnesium composite oxide. This is a step of synthesizing a composite oxide. In other words, this is a step in which the alkali metal in the alkali metal composite oxide as the precursor is ion-exchanged to magnesium to synthesize the magnesium composite oxide as the final product.
【0055】本工程で用いるMg塩水溶液の溶質となる
Mg塩には、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫
酸マグネシウム等を用いることができる。この中でも、
酸性塩では結晶中のMnが溶出する場合があるという点
を考慮すれば、塩化マグネシウム(MgCl2)を用い
ることが望ましい。As the solute of the aqueous Mg salt solution used in this step, magnesium chloride, magnesium nitrate, magnesium sulfate or the like can be used. Among them,
In consideration of the fact that Mn in crystals may be eluted with an acidic salt, it is desirable to use magnesium chloride (MgCl 2 ).
【0056】Mg塩水溶液の濃度は、1〜5M程度とす
ることが望ましい。この好適範囲にのものと比較して、
1M未満の場合では、アルカリ金属AとMgとの平衡が
Mg側に偏らないためイオン交換が不充分となる。この
ことに鑑みれば、上記好適範囲内において、その濃度は
高いほうがより望ましいが、5Mを超える場合では、理
由は不明であるが、結晶が溶解することがあるからであ
る。It is desirable that the concentration of the aqueous Mg salt solution is about 1 to 5M. Compared to those in this preferred range,
If it is less than 1M, the ion exchange becomes insufficient because the equilibrium between the alkali metal A and Mg is not biased toward the Mg side. In view of this, it is more desirable that the concentration be higher within the above-mentioned preferred range. However, if the concentration exceeds 5M, the crystal may be dissolved, although the reason is unknown.
【0057】本工程の具体的な方法は、特に限定するも
のではなく、例えば、上記Mg塩水溶液が入った所定の
容器内に、上記アルカリ金属複合酸化物を投入して分散
させ、所定温度で、所定時間中、攪拌しつつイオン交換
を行えばよい。The specific method of this step is not particularly limited. For example, the above-mentioned alkali metal composite oxide is charged and dispersed in a predetermined vessel containing the above-mentioned aqueous solution of Mg salt, and is then dispersed at a predetermined temperature. The ion exchange may be performed while stirring for a predetermined time.
【0058】アルカリ金属複合酸化物の投入量は、Mg
塩水溶液中のMgに対してアルカリ金属複合酸化物中の
Aがモル比でMg:A=10:1〜100:1となる量
とするのが望ましい。この好適範囲の投入量と比較すれ
ば、アルカリ金属複合酸化物が多すぎる場合は、理由は
不明であるが、結晶が溶解する可能性が生じ、また、ア
ルカリ金属複合酸化物が少なすぎる場合は、イオン交換
が完全に進行せずAが残存する相が存在する可能性が生
じる。The input amount of the alkali metal composite oxide is Mg
It is preferable that the molar ratio of A in the alkali metal composite oxide to Mg in the aqueous salt solution is Mg: A = 10: 1 to 100: 1. Compared with the preferable range, if the amount of the alkali metal composite oxide is too large, the reason is unknown, but the possibility of dissolution of the crystal occurs, and if the alkali metal composite oxide is too small, In addition, there is a possibility that a phase in which ion exchange does not completely proceed and A remains is present.
【0059】イオン交換を行う場合の反応温度は、20
〜50℃とするのが望ましい。この好適範囲の温度に対
し、反応温度が高すぎる場合は、結晶が溶解し易くな
り、また、反応温度が低すぎる場合は、イオン交換がし
にくくなる。さらには反応時間は6時間以上とすること
が望ましい。反応時間が短すぎる場合は、イオン交換が
不充分となる。また、あまり反応時間を長くすること
は、本工程自体の時間をいたずらに長くするだけであ
り、迅速な工程を確保するという点を考慮すれば、反応
時間はできるだけ短くすることが望ましい。具体的に
は、6〜24時間程度行うことが望ましい。The reaction temperature for performing ion exchange is 20
It is desirably set to 5050 ° C. When the reaction temperature is too high with respect to the temperature in this preferred range, the crystals are easily dissolved, and when the reaction temperature is too low, ion exchange becomes difficult. Further, the reaction time is desirably 6 hours or more. If the reaction time is too short, ion exchange will be insufficient. Further, making the reaction time too long only unnecessarily lengthens the time of the present step itself, and it is desirable to make the reaction time as short as possible in consideration of securing a quick step. Specifically, it is desirable to carry out for about 6 to 24 hours.
【0060】本工程を経て得られたマグネシウム複合酸
化物は、反応させるアルカリ金属複合酸化物が水和水を
含む組成式AzM11-yM2yO2・nH2Oで表されるもの
の場合は、水和水を含む組成式MgxM11-yM2yO2・n
H2Oで表されるものとなり、反応させるアルカリ金属
複合酸化物が水和水を含まない組成式AzM11-yM2yO2
で表されるものの場合は、水和水を含まない組成式Mg
xM11-yM2yO2で表されるものとなる。[0060] Magnesium composite oxide obtained through the present process, although the alkali metal complex oxide for the reaction represented by the composition formula A z M1 1-y M2 y O 2 · nH 2 O containing water of hydration If the composition formula including water of hydration Mg x M1 1-y M2 y O 2 · n
H 2 represented as the result at O, 1-y M2 formula A z M1 alkali metal complex oxide is reacted is free of water of hydration y O 2
In the case of those represented by the formula Mg containing no water of hydration
x M11 -y M2 y O 2 .
【0061】前駆体であるアルカリ金属複合酸化物の組
成式AzM11-yM2yO2またはAzM1 1-yM2yO2・nH2
O中のzの値と、最終生成物であるマグネシウム複合酸
化物の組成式MgxM11-yM2yO2またはMgxM11-yM2
yO2・nH2O中のxの値との関係は、適正条件下の本
工程におけるイオン交換によってAとMgとが略完全に
交換することから、x≒(1/2)zとなる。A set of alkali metal composite oxides as precursors
Formula AzM11-yM2yOTwoOr AzM1 1-yM2yOTwo・ NHTwo
The value of z in O and the magnesium complex acid as the final product
Formula MgxM11-yM2yOTwoOr MgxM11-yM2
yOTwo・ NHTwoThe relationship with the value of x in O
A and Mg are almost completely separated by ion exchange in the process
Because of the replacement, x か ら (1 /) z.
【0062】最終生成物であるマグネシウム複合酸化物
の組成式MgxM11-yM2yO2またはMgxM11-yM2yO2
・nH2O中のxの値を所望のものとする場合、つま
り、マグネシウム複合酸化物におけるMgの存在割合を
所望のものとする場合には、前駆体であるアルカリ金属
複合酸化物の組成式AzM11-yM2yO2またはAzM11-y
M2yO2・nH2O中のzの値、つまり、アルカリ金属A
の存在割合をコントロールすればよい。zの値をコント
ロールするには、適正な条件を選択して上記アルカリ金
属複合酸化物合成工程を行えばよい。Compositional formula Mg x M 11 -y M 2 y O 2 or Mg x M 11 -y M 2 y O 2 of magnesium composite oxide as final product
When the value of x in nH 2 O is a desired value, that is, when the content ratio of Mg in the magnesium composite oxide is desired, the composition formula of the alkali metal composite oxide as a precursor A z M1 1-y M2 y O 2 or A z M1 1-y
The value of z in M2 y O 2 · nH 2 O, that is, the alkali metal A
What is necessary is just to control the existence ratio. In order to control the value of z, an appropriate condition may be selected to perform the alkali metal composite oxide synthesis step.
【0063】本工程を経て得られたマグネシウム複合酸
化物は、上述したような層状構造を有する結晶を有し、
電気化学的な手段によって可逆的なマグネシウムの吸蔵
・脱離が可能なマグネシウム複合酸化物となる。また、
本工程は、室温または室温に近い温度下、水溶液中で攪
拌保持するという極めて簡便な工程であることから、本
発明のマグネシウム複合酸化物の製造方法自体が簡便と
なる。なお、本工程を経て得られたマグネシウム複合酸
化物は、水溶液中に粉末状に存在するため、続いて水
洗、濾過、乾燥という工程を行い、マグネシウム二次電
池用正極活物質材料とすればよい。 (3)マグネシウム二次電池 本発明のマグネシウム二次電池は、上記本発明のマグネ
シウム複合酸化物を正極活物質とするマグネシウム二次
電池であり、マグネシウムをキャリアとするロッキング
チェア型の二次電池である。その構成は、上記マグネシ
ウム複合酸化物を活物質とする正極と、負極と、電解液
と要構成要素とする。The magnesium composite oxide obtained through this step has crystals having a layered structure as described above,
It becomes a magnesium composite oxide capable of reversibly inserting and extracting magnesium by electrochemical means. Also,
Since this step is a very simple step of stirring and holding in an aqueous solution at room temperature or a temperature close to room temperature, the method for producing the magnesium composite oxide of the present invention itself becomes simple. Since the magnesium composite oxide obtained through this step is present in the form of a powder in an aqueous solution, it may be subsequently washed with water, filtered, and dried to obtain a positive electrode active material for a magnesium secondary battery. . (3) Magnesium Secondary Battery The magnesium secondary battery of the present invention is a magnesium secondary battery using the magnesium composite oxide of the present invention as a positive electrode active material, and is a rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier. is there. The structure includes a positive electrode using the magnesium composite oxide as an active material, a negative electrode, an electrolytic solution, and essential components.
【0064】(a)正極 正極は、正極活物質となる上記マグネシウム複合酸化物
の粉状体に導電材および結着剤を混合し、ペースト状の
正極合材を調整し、例えば、金属箔製集電体表面にこの
正極合材を塗工して形成することができる。(A) Positive Electrode The positive electrode is prepared by mixing a powder of the magnesium composite oxide as a positive electrode active material with a conductive material and a binder to prepare a paste-like positive electrode mixture. The positive electrode mixture can be formed by coating the surface of the current collector.
【0065】導電材は、正極の電気伝導性を確保するた
めのものであり、カーボンブラック、アセチレンブラッ
ク、黒鉛等の炭素物質粉状体の1種又は2種以上を混合
したものを用いることができる。結着剤は、活物質粒子
および導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすもので、テ
フロン(登録商標)、ポリテトラフルオロエチレン、ポ
リフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポ
リプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いる
ことができる。正極合材は、塗工時の都合により、粘度
調整等の目的で溶剤を添加して調整することもでき、そ
の場合の溶剤には、N−メチル−2−ピロリドン等の有
機溶剤を用いることができる。集電体は、正極反応に似
対して電気化学的に安定な物質を用いるのが望ましく、
例えばアルミニウム等を用いることができる。The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and may be one or a mixture of two or more of carbonaceous powders such as carbon black, acetylene black and graphite. it can. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and is made of a fluorinated resin such as Teflon (registered trademark), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, fluororubber, or a heat-resistant resin such as polypropylene or polyethylene. A plastic resin can be used. The positive electrode mixture can also be adjusted by adding a solvent for the purpose of viscosity adjustment or the like, depending on the convenience of coating, and in that case, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone is used. Can be. For the current collector, it is desirable to use a substance that is electrochemically stable against the positive electrode reaction,
For example, aluminum or the like can be used.
【0066】金属箔製集電体に塗工して形成された正極
は、シート状のものなるが、このシート状の正極は、作
製しようとするとする電池の形状等に応じ、種々厚さと
することができ、また、裁断等の手段により種々の大き
さのものとすることができる。また、必要に応じ、正極
合材の密度を高めるべく、プレス等の手段で加圧したも
のであってもよい。The positive electrode formed by coating the current collector made of metal foil has a sheet-like shape. The sheet-like positive electrode has various thicknesses according to the shape of the battery to be manufactured. It can be made into various sizes by means such as cutting. If necessary, the positive electrode mixture may be pressurized by means such as a press in order to increase the density.
【0067】(b)負極 正極に対向させる負極を構成する活物質は、その種類を
特に限定するものではない。マグネシウムを可逆的に吸
蔵(析出)・脱離可能であり、その反応電位が上記正極
活物質となるマグネシウム複合酸化物の反応電位より低
いものであればよい。反応電位が充分に低く、充分な可
逆的吸蔵(析出)・脱離能を有する物質としては、金属
マグネシウム、マグネシウム合金が挙げられ、本発明の
マグネシウム二次電池では、これら、金属マグネシウ
ム、マグネシウム合金を負極活物質として用いることが
望ましい。マグネシウム合金としては、具体的には、M
g−Al系合金、Mg−Zn系合金、Mg−Mn系合金
等を用いることができる。(B) Negative Electrode The type of the active material constituting the negative electrode facing the positive electrode is not particularly limited. It suffices that magnesium can be reversibly inserted (precipitated) and desorbed, and its reaction potential is lower than the reaction potential of the magnesium composite oxide serving as the positive electrode active material. Examples of the substance having a sufficiently low reaction potential and sufficient reversible occlusion (precipitation) / desorption ability include magnesium metal and magnesium alloy. In the magnesium secondary battery of the present invention, these magnesium metal, magnesium alloy Is desirably used as a negative electrode active material. As a magnesium alloy, specifically, M
A g-Al alloy, a Mg-Zn alloy, a Mg-Mn alloy, or the like can be used.
【0068】金属マグネシウムまたはマグネシウム合金
を負極活物質として用いる場合、例えば、金属マグネシ
ウム等の材料をを箔状あるいは板状の形状に成形して、
負極とし、上記正極と対向させて電池を構成すればよ
い。When metal magnesium or a magnesium alloy is used as the negative electrode active material, for example, a material such as metal magnesium is formed into a foil or plate shape.
What is necessary is just to constitute a battery by setting it as a negative electrode and facing the said positive electrode.
【0069】(c)電解液 電解液は、キャリアとなるマグネシウムをイオン状態で
含む液体であり、支持塩となるマグネシウム塩を溶媒に
溶解したものである。本発明のマグネシウム二次電池に
おいては、有機溶媒を用いた非水系電解液および水を溶
媒に用いた水系電解液のいずれによっても電池を構成す
ることができる。(C) Electrolyte The electrolyte is a liquid containing magnesium as a carrier in an ionic state, and is obtained by dissolving a magnesium salt as a supporting salt in a solvent. In the magnesium secondary battery of the present invention, the battery can be constituted by any of a non-aqueous electrolyte using an organic solvent and an aqueous electrolyte using water as a solvent.
【0070】非水系電解液とする場合、支持塩となるマ
グネシウム塩には、Mg(BF4)2、Mg(PF6)2、
Mg(ClO4)2、Mg(CF3SO3)2、Mg(As
F6) 2等を用いることがでる。また、有機溶媒には、非
プロトン系有機溶媒を用いることができる。例えば、環
状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環
状エーテルあるいは鎖状エーテル等の1種または2種以
上からなる混合溶媒を用いることができる。環状カーボ
ネートの例示としてはエチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカー
ボネート等が、鎖状カーボネートの例示としてはジメチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチル
カーボネート等が、環状エステルの例示としてはガンマ
ブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等が、環状エー
テルの例示としてはテトラヒドロフラン、2−メチルテ
トラヒドロフラン等が、鎖状エーテルの例示としてはジ
メトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル
等がそれぞれ挙げられる。これらのもののうちいずれか
1種を単独で用いることも、また2種以上を混合させて
用いることもできる。非水電解液中の支持塩濃度は、
0.8〜1.5Mとすることが望ましい。In the case of using a non-aqueous electrolyte, the
Mg (BF)Four)Two, Mg (PF6)Two,
Mg (ClOFour)Two, Mg (CFThreeSOThree)Two, Mg (As
F6) TwoEtc. can be used. In addition, organic solvents include
Protic organic solvents can be used. For example, a ring
Carbonate, chain carbonate, cyclic ester, ring
Or two or more ethers or chain ethers
A mixed solvent consisting of the above can be used. Annular carb
Examples of the nitrate include ethylene carbonate and propylene.
Carbonate, butylene carbonate, vinylene car
Carbonates, etc., are exemplified by dimethyl carbonate.
Leucarbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl
Examples of cyclic esters include carbonates such as gamma
Butyrolactone, gamma valerolactone, etc.
Examples of ter include tetrahydrofuran, 2-methyl
Trahydrofuran and the like are examples of linear ethers
Methoxyethane, ethylene glycol dimethyl ether
And the like. Any of these things
One type can be used alone, or two or more types can be mixed
It can also be used. The supporting salt concentration in the non-aqueous electrolyte is
It is desirable to be 0.8-1.5M.
【0071】水系電解液とする場合、支持塩となるマグ
ネシウム塩には、Mg(OH)2、MgCl2、Mg(N
O3)2等を用いることができる。金属マグネシウムある
いはマグネシウム合金を負極活物質とする負極におい
て、その負極の劣化(酸化)を防止できるという利点を
有することから、上記支持塩の中でも、Mg(OH) 2
を用いることがより望ましい。水系電解液の場合、支持
塩濃度は、電解液の電導度を高くできるという理由か
ら、飽和濃度あるいはそれに近い濃度とすることが望ま
しい。In the case of using an aqueous electrolyte, a mug serving as a supporting salt is used.
Nesium salts include Mg (OH)Two, MgClTwo, Mg (N
OThree)TwoEtc. can be used. There is metallic magnesium
Or negative electrode using magnesium alloy as negative electrode active material
The advantage that the deterioration (oxidation) of the negative electrode can be prevented.
Therefore, among the above supporting salts, Mg (OH) Two
It is more desirable to use Support for aqueous electrolyte
Is salt concentration the reason why electrolyte conductivity can be increased?
Therefore, it is desirable to set the concentration at or near the saturation concentration.
New
【0072】非水系電解液を用いるメリットは、マグネ
シウム二次電池が水の分解電位を超える電池電圧を達成
できることにあり、パワー密度の高いマグネシウム二次
電池となる。このメリットを活かすことを考慮した場
合、本発明のマグネシウム二次電池においては、非水系
電解液を用いることが望ましい。ちなみに、負極に金属
リチウムを用いたマグネシウム二次電池の場合、水系電
解液を使用したものでは、約1.1V〜約1.6Vの間
で充放電が可能であるのに対して、非水系電解液を使用
したものでは、約1.1V〜約3.0Vの間で充放電が
可能である。An advantage of using a non-aqueous electrolytic solution is that the magnesium secondary battery can achieve a battery voltage exceeding the decomposition potential of water, which results in a high power density magnesium secondary battery. In consideration of taking advantage of this merit, it is desirable to use a non-aqueous electrolyte in the magnesium secondary battery of the present invention. Incidentally, in the case of a magnesium secondary battery using metallic lithium for the negative electrode, a battery using an aqueous electrolyte can be charged and discharged between about 1.1 V to about 1.6 V, whereas a non-aqueous battery can be used. In the case of using an electrolytic solution, charging and discharging can be performed between about 1.1 V to about 3.0 V.
【0073】水系電解液を用いるメリットは、その安全
性である。つまり、有機溶媒を用いていないため、例え
ば過充電等の原因でマグネシウム二次電池の温度が上昇
するような場合でも、出火等の危険性が少ない。したが
って、安全性を重視したマグネシウム二次電池を構成す
るような場合にあっては、本発明のマグネシウム二次電
池では、非水系電解液を用いることが望ましい。An advantage of using an aqueous electrolyte is its safety. That is, since no organic solvent is used, there is little risk of fire or the like even when the temperature of the magnesium secondary battery rises due to, for example, overcharging. Therefore, in the case where a magnesium secondary battery with an emphasis on safety is configured, it is desirable to use a non-aqueous electrolyte in the magnesium secondary battery of the present invention.
【0074】(d)その他の構成要素等 本発明のマグネシウム二次電池は、上記正極と上記負極
とを対向させて電極体を形成し、この電極体を電池ケー
スに電解液とともに挿設して作製すればよい。正極と負
極とを対向させる際、両者の間にセパレータを挟装す
る。セパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持
するものであり、非水系電解液を用いる場合には、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜、不織布、
紙等を用いることが、水系電解液の場合は、不織布、紙
等を用いることができる。(D) Other components, etc. In the magnesium secondary battery of the present invention, the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other to form an electrode body, and this electrode body is inserted into a battery case together with an electrolytic solution. What is necessary is just to manufacture. When the positive electrode and the negative electrode face each other, a separator is interposed between the two. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte, and when using a non-aqueous electrolyte, a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene, a nonwoven fabric,
When paper or the like is used as the aqueous electrolyte, nonwoven fabric, paper, or the like can be used.
【0075】本発明のマグネシウム二次電池は、その形
状、大きさ等を特に限定するものではなく、円筒型、積
層型、コイン型、カード型等、種々のものとすることが
できる。電池ケースは、作製しようとする電池の形状等
に応じて、適正なものを採用すればよい。電池ケースに
は、正極外部端子、負極外部端子を設けてもよく、ま
た、電池ケースの一部が正極外部端子、負極外部端子を
兼ねる形式のものであってもよい。いずれの形状、形式
等を採用する場合であっても、上記電極体を電池ケース
に収納し、正極および負極からそれぞれ正極外部端子お
よび負極外部端子までの間を電気的に接続し、電解液を
注入し、そして電池ケースを密閉して電池系を外部と離
隔し、マグネシウム二次電池が完成される。The shape and size of the magnesium secondary battery of the present invention are not particularly limited, and may be various types such as a cylindrical type, a stacked type, a coin type and a card type. An appropriate battery case may be used depending on the shape of the battery to be manufactured and the like. The battery case may be provided with a positive electrode external terminal and a negative electrode external terminal, and a part of the battery case may be of a type that also serves as a positive electrode external terminal and a negative electrode external terminal. Regardless of which shape, type, etc. is adopted, the above-mentioned electrode body is housed in a battery case, and electrical connection is made between the positive electrode and the negative electrode to the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal, respectively, and the electrolytic solution is discharged. Inject, and then close the battery case to separate the battery system from the outside to complete the magnesium secondary battery.
【0076】本発明のマグネシウム二次電池は、負極活
物質に金属マグネシウム、マグネシウム合金を採用する
場合、電池ケースの少なくとも一部分が金属マグネシウ
ムあるいはマグネシウム合金で形成され、電池ケースの
その部分が負極を兼ねる態様で実施することもできる。
リチウム二次電池にあっては、金属リチウム等は空気
中、特に水分を含む空気中において極めて活性であるた
め、このような電池ケースが負極を兼ねる態様は危険を
伴う。これに対し、本発明のマグネシウム二次電池で
は、金属マグネシウム等で電池ケースを構成した場合で
あっても、金属マグネシウム等は空気中で殆ど不活性で
あるため、安全である。したがって、電池ケースが負極
を兼ねる態様の本発明のマグネシウム二次電池は、電池
の重量が軽減され、エネルギー密度、パワー密度等に優
れたマグネシウム二次電池となる。 (4)以上、本発明のマグネシウム二次電池正極活物質
用マグネシウム複合酸化物、その製造方法およびそれを
用いたマグネシウム二次電池の実施形態について、説明
したが、上述した実施形態は一実施形態にすぎず、本発
明のマグネシウム二次電池正極活物質用マグネシウム複
合酸化物、その製造方法およびそれを用いたマグネシウ
ム二次電池は、上記実施形態を始めとして、当業者の知
識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実
施することができる。In the magnesium secondary battery of the present invention, when metal magnesium or a magnesium alloy is used as the negative electrode active material, at least a part of the battery case is formed of metal magnesium or a magnesium alloy, and the part of the battery case also functions as the negative electrode. It can also be implemented in embodiments.
In a lithium secondary battery, metallic lithium and the like are extremely active in the air, particularly in the air containing moisture, and therefore, such a mode in which the battery case also serves as the negative electrode involves risks. On the other hand, in the magnesium secondary battery of the present invention, even when the battery case is made of metal magnesium or the like, the metal magnesium or the like is almost inactive in the air, so that it is safe. Therefore, the magnesium secondary battery of the present invention in which the battery case also functions as the negative electrode is a magnesium secondary battery in which the weight of the battery is reduced and the energy density and the power density are excellent. (4) The embodiments of the magnesium composite oxide for a magnesium secondary battery positive electrode active material, the method for producing the same, and the magnesium secondary battery using the same according to the present invention have been described above. The magnesium composite oxide for a magnesium secondary battery positive electrode active material of the present invention, a method for producing the same, and a magnesium secondary battery using the same are described in the above embodiments and various other examples based on the knowledge of those skilled in the art. The present invention can be implemented in various forms with modifications and improvements.
【0077】[0077]
【実施例】上記実施形態に基づいて本発明のマグネシウ
ム複合酸化物を製造し、それを正極活物質に用いた上記
実施形態に基づく本発明のマグネシウム二次電池を作製
し、さらにその二次電池に充放電試験を行うことによ
り、その二次電池の評価を行った。また、他の種類の本
発明のマグネシウム複合酸化物をも製造し、いろいろな
角度からの検討を行った。以下に、行った実験について
記載する。 (1)実験1 (a)マグネシウム複合酸化物の製造およびその分析・
観察 組成式MgxMn0.9Al0.1O2で表される層状構造のマ
グネシウム複合酸化物を得るべく、上記実施形態に従う
析出工程と水熱工程とからなるリチウム複合酸化物合成
工程と、マグネシウム複合酸化物合成工程とを含んでな
る以下の方法により製造した。EXAMPLE A magnesium composite oxide of the present invention was produced based on the above embodiment, and a magnesium secondary battery of the present invention was produced based on the above embodiment using the same as a positive electrode active material. The secondary battery was evaluated by performing a charge / discharge test. In addition, other types of magnesium composite oxides of the present invention were also manufactured and studied from various angles. The following describes the experiments performed. (1) Experiment 1 (a) Production and analysis of magnesium composite oxide
Observation In order to obtain a magnesium composite oxide having a layered structure represented by the composition formula Mg x Mn 0.9 Al 0.1 O 2 , a lithium composite oxide synthesis step including a precipitation step and a hydrothermal step according to the above embodiment, and a magnesium composite oxidation step And a product synthesis step.
【0078】析出工程では、1Mの濃度のMn(N
O3)2水溶液27mLと1Mの濃度のAl(NO3)2水
溶液3mLとを混合し、この混合溶液に、1Mの濃度の
LiOH水溶液150mLと30wt%のH2O2水溶液
15mLを混合したLiOH/H 2O2水溶液を一気に混
合し、25℃の温度下、10分間反応させて沈殿物を析
出させた。この沈殿物は、組成分析の結果、組成式Li
0.5Mn0.9Al0.1O2・0.45H2Oで表されるリチ
ウム複合酸化物であることが確認できた。In the precipitation step, Mn (N
OThree)Two27 mL of aqueous solution and 1 M Al (NOThree)Twowater
3 mL of a solution, and add a 1M concentration
150 mL of LiOH aqueous solution and 30 wt% of HTwoOTwoAqueous solution
LiOH / H mixed with 15mL TwoOTwoMix the aqueous solution at once
The mixture was reacted at 25 ° C for 10 minutes to precipitate a precipitate.
Let out. As a result of composition analysis, this precipitate has a composition formula Li
0.5Mn0.9Al0.1OTwo・ 0.45HTwoLichi represented by O
It was confirmed that the composite oxide was a composite oxide.
【0079】次いで、この沈殿物を反応後の混合水溶液
ごとテフロンで内張りした容器に入れ、80℃の温度
下、15時間熟成する水熱工程を行った。水熱工程後、
沈殿物を、水洗、濾過し、乾燥させた。この得られた粉
末は、組成分析の結果、水和水が除去された組成式Li
Mn0.9Al0.1O2で表されるリチウム複合酸化物であ
った。Next, the precipitate was placed in a container lined with Teflon together with the mixed aqueous solution after the reaction, and a hydrothermal step of aging at 80 ° C. for 15 hours was performed. After the hydrothermal process,
The precipitate was washed with water, filtered and dried. As a result of the composition analysis, the obtained powder had a composition formula Li from which water of hydration was removed.
It was a lithium composite oxide represented by Mn 0.9 Al 0.1 O 2 .
【0080】このリチウム複合酸化物の走査型電子顕微
鏡(SEM)写真を図1に、そしてCuKα線を用いた
粉末法によるX線回折分析の結果得られたXRDパター
ンを図2に、それぞれ示す。ちなみに、図1は、20
0,000倍のSEM写真である。FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the lithium composite oxide, and FIG. 2 shows an XRD pattern obtained by X-ray diffraction analysis by a powder method using CuKα rays. By the way, FIG.
It is a SEM photograph of 0000 times.
【0081】図1のそれぞれの写真から判るように、得
られたリチウム複合酸化物は、略六角板状の結晶粒子か
らなる粉末であることが確認でき、その粒子は、六角面
の対角長が平均で約70nm、厚さが平均で約5nmで
あることが確認できた。また、図2のXRDパターンを
解析することにより、本リチウム複合酸化物の結晶構造
が六方晶系に属する層状岩塩構造であることが確認でき
た。As can be seen from the respective photographs in FIG. 1, the obtained lithium composite oxide was confirmed to be a powder composed of substantially hexagonal plate-like crystal particles, and the particles had a diagonal length of a hexagonal plane. Was about 70 nm on average, and the thickness was about 5 nm on average. Further, by analyzing the XRD pattern of FIG. 2, it was confirmed that the crystal structure of the present lithium composite oxide was a layered rock salt structure belonging to a hexagonal system.
【0082】この組成式LiMn0.9Al0.1O2で表さ
れる層状岩塩構造リチウム複合酸化物を、マグネシウム
複合酸化物合成工程に供した。本合成工程は、5Mの濃
度のMgCl2水溶液200mL中に、上記リチウム複
合酸化物の2gを投入して分散させ、室温(25℃)
で、10時間攪拌させてイオン交換を行うものである。
本合成工程により得られたマグネシウム複合酸化物は、
組成分析の結果、組成式Mg0.5Mn0.9Al0.1O2で表
されるものであった。The layered rock-salt-structured lithium composite oxide represented by the composition formula LiMn 0.9 Al 0.1 O 2 was subjected to a magnesium composite oxide synthesis step. In this synthesis step, 2 g of the above lithium composite oxide was added and dispersed in 200 mL of a 5M aqueous solution of MgCl 2 and dispersed at room temperature (25 ° C.).
Then, ion exchange is performed by stirring for 10 hours.
The magnesium composite oxide obtained by the present synthesis step is:
As a result of composition analysis, it was represented by the composition formula Mg 0.5 Mn 0.9 Al 0.1 O 2 .
【0083】このマグネシウム複合酸化物のSEM写真
を図3に、そしてCuKα線を用いた粉末法によるX線
回折分析の結果得られたXRDパターンを図4に、それ
ぞれ示す。ちなみに、図3は、200,000倍のSE
M写真である。FIG. 3 shows an SEM photograph of this magnesium composite oxide, and FIG. 4 shows an XRD pattern obtained as a result of X-ray diffraction analysis by a powder method using CuKα radiation. By the way, Fig. 3 shows SE of 200,000 times.
It is an M photograph.
【0084】図3のそれぞれの写真から判るように、得
られたマグネシウム複合酸化物は、略六角板状の結晶粒
子からなる粉末であることが確認でき、その粒子は、六
角面の対角長が平均で約70nm、厚さが平均で約5n
mであることが確認できた。上述した前駆体であるリチ
ウム複合酸化物を示す図1の写真と比較して明らかなよ
うに、結晶構造における基本骨格は維持されているもの
と考えられえる。図4のXRDパターンを解析すること
によって、本マグネシウム複合酸化物の結晶構造が、六
方晶系に属する層状構造であることが確認できた。図3
に示すリチウム複合酸化物のXRDパターンと比較する
ことによっても、結晶構造における基本骨格は維持され
ていることが判る。As can be seen from the respective photographs in FIG. 3, the obtained magnesium composite oxide was confirmed to be a powder composed of substantially hexagonal plate-like crystal particles, and the particles had a diagonal length of a hexagonal plane. Is about 70 nm on average, and the thickness is about 5 n on average
m was confirmed. As is clear from comparison with the photograph of FIG. 1 showing the above-described precursor lithium composite oxide, it can be considered that the basic skeleton in the crystal structure is maintained. By analyzing the XRD pattern of FIG. 4, it was confirmed that the crystal structure of the present magnesium composite oxide was a layered structure belonging to a hexagonal system. FIG.
It can be seen from the comparison with the XRD pattern of the lithium composite oxide shown in the above that the basic skeleton in the crystal structure is maintained.
【0085】図2のXRDパターンおよび図4のXRD
パターンの両者とも、2θ=18°(回折角をθとす
る、以下同様)付近には、それぞれの複合酸化物結晶の
(003)面による回折ピークが存在する。解析の結
果、前駆体であるリチウム複合酸化物の(003)面の
面間隔d(003)は4.70Åであり、本マグネシウム複
合酸化物の(003)面の面間隔d(003)は4.75Å
であった。したがって、c軸方向の格子定数(Li層
(Mg層)−O層−Mn層−O層が3回の繰り返された
長さ)は、リチウム複合酸化物が14.1Åである対し
て、マグネシウム複合酸化物が14.3Åとなる。この
ことは、リチウム複合酸化物のLi層に存在するLiが
イオン交換によって嵩高い(原子径の大きい)Mg原子
に置き換わることで、基本骨格を維持しつつ、Mg層−
O層−Mn層−O層が繰り返される層状構造のマグネシ
ウム複合酸化物が合成されることを表している。The XRD pattern of FIG. 2 and the XRD of FIG.
In both patterns, a diffraction peak due to the (003) plane of each composite oxide crystal exists near 2θ = 18 ° (the diffraction angle is θ, the same applies hereinafter). As a result of the analysis, spacing d of (003) plane of the lithium composite oxide is a precursor (003) is 4.70A, surface interval of (003) plane of the magnesium complex oxides d (003) 4 .75Å
Met. Therefore, the lattice constant in the c-axis direction (the length of repeating the Li layer (Mg layer) -O layer-Mn layer-O layer three times) is 14.1% for the lithium composite oxide and magnesium for the lithium composite oxide. The composite oxide becomes 14.3%. This means that Li present in the Li layer of the lithium composite oxide is replaced by bulky (large atomic diameter) Mg atoms by ion exchange, thereby maintaining the basic skeleton while maintaining the basic skeleton.
This indicates that a magnesium composite oxide having a layered structure in which an O layer-Mn layer-O layer is repeated is synthesized.
【0086】(b)マグネシウム二次電池の作製 マグネシウム複合酸化物を正極活物質に用いたマグネシ
ウム二次電池を作製した。正極は、組成式Mg0.5Mn
0.9Al0.1O2で表され層状構造を有する上記マグネシ
ウム複合酸化物の70重量部に、導電材としてケッチェ
ンブラックを25重量部、結着剤としてテフロンを5重
量部混合して正極合材を調整し、この正極合材を厚さ2
2μmのアルミニウム箔集電体の表面に加圧成形して正
極合材の厚さが50μmとなるシートを作製し、次い
で、このシートを直径15mmφに打ち抜いた円盤型の
ものを作製した。(B) Preparation of Magnesium Secondary Battery A magnesium secondary battery using a magnesium composite oxide as a positive electrode active material was prepared. The positive electrode has a composition formula of Mg 0.5 Mn
To 70 parts by weight of the magnesium composite oxide represented by 0.9 Al 0.1 O 2 and having a layered structure, 25 parts by weight of Ketjen black as a conductive material and 5 parts by weight of Teflon as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Adjust the thickness of this positive electrode mixture to a thickness of 2
A sheet having a thickness of the positive electrode mixture of 50 μm was produced by pressure molding on the surface of a 2 μm aluminum foil current collector, and then a disk-shaped sheet was punched out of this sheet to a diameter of 15 mmφ.
【0087】上記正極に対向させる負極には、金属マグ
ネシウムを用いた。金属マグネシウムは、厚さ0.1m
m、直径15mmφのものを作製した。上記正極と負極
との間に挟装するセパレータには、厚さ100μmの不
織布を用いた。マグネシウム二次電池は、コイン型電池
ケース(2016型)に、上記正極、負極、セパレータ
を組み込み、電解液を含浸させた後、この電池ケースを
密閉して完成させた。なお、電解液には、水系電解液で
ある飽和濃度のMg(OH)2水溶液を用いた。For the negative electrode facing the positive electrode, metallic magnesium was used. Metal magnesium is 0.1m thick
m and a diameter of 15 mmφ were produced. A non-woven fabric having a thickness of 100 μm was used for the separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The magnesium secondary battery was completed by incorporating the positive electrode, the negative electrode, and the separator in a coin-type battery case (2016 type), impregnating the electrolyte, and then sealing the battery case. Note that a saturated aqueous solution of Mg (OH) 2 , which is an aqueous electrolyte, was used as the electrolyte.
【0088】(c)充放電試験とマグネシウム二次電池
の評価 上記マグネシウム二次電池に対して充放電試験を行っ
た。充放電試験は、充電終止電圧1.6Vまで電流密度
0.25mA/cm2の定電流で充電を行い、次いで、
放電終止電圧1.1Vまで電流密度0.25mA/cm
2の定電流で放電を行う充放電サイクルを繰り返すもの
とした。(C) Charge / Discharge Test and Evaluation of Magnesium Secondary Battery A charge / discharge test was performed on the magnesium secondary battery. In the charge / discharge test, the battery was charged at a constant current of a current density of 0.25 mA / cm 2 up to a charge end voltage of 1.6 V.
Current density 0.25 mA / cm up to discharge end voltage 1.1 V
The charge / discharge cycle of discharging at a constant current of 2 was repeated.
【0089】この充放電試験の結果として、図5に、上
記マグネシウム二次電池の1サイクル目および2サイク
ル目の充放電曲線(電池端子間電圧と正極活物質あたり
の容量との関係を示す曲線)を示す。この充放電曲線か
ら判るように、1サイクル目は、充電容量が約45mA
h/g、放電容量が約55mAh/gであった。この容
量差が生じた理由は、現在のところ明らかとなっていな
いが、正極活物質であるマグネシウム複合酸化物の何ら
かの構造変化に起因するものと考えられる。これに対
し、2サイクル目では、充電容量、放電容量ともに約4
5mAh/gであり、容量差はほとんど存在していな
い。図示していないが、3サイクル目以降も、2サイク
ル目とほぼ同等の容量を示している。As a result of the charge / discharge test, FIG. 5 shows charge / discharge curves of the magnesium secondary battery at the first and second cycles (a curve showing the relationship between the voltage between battery terminals and the capacity per positive electrode active material). ). As can be seen from this charge / discharge curve, in the first cycle, the charge capacity was about 45 mA.
h / g, and the discharge capacity was about 55 mAh / g. Although the reason for the difference in capacity has not been elucidated at present, it is considered that the difference is caused by some structural change of the magnesium composite oxide as the positive electrode active material. On the other hand, in the second cycle, both the charge capacity and the discharge capacity were about 4
5 mAh / g, and there is almost no capacity difference. Although not shown, the capacity after the third cycle is substantially the same as that of the second cycle.
【0090】この結果から判断すれば、本発明のマグネ
シウム複合酸化物を正極活物質に用いた二次電池では、
相当の容量を可逆的に充放電可能な二次電池を構成する
ことのできると結論づけられる。なお、本実験において
作製したマグネシウム二次電池は、マグネシウムをキャ
リアとした全く新しいタイプのロッキングチェア型二次
電池である。 (2)実験2 本実験は、水和水を含む層状岩塩構造アルカリ金属複合
酸化物の前駆体をイオン交換して合成した水和水を含む
層状構造のマグネシウム複合酸化物に関するものであ
る。本マグネシウム複合酸化物は、上記実施形態に従う
析出工程を行いかつ水熱工程を行わないナトリウム複合
酸化物合成工程と、マグネシウム複合酸化物合成工程と
を含んでなる以下の方法により製造した。Judging from these results, in the secondary battery using the magnesium composite oxide of the present invention as the positive electrode active material,
It is concluded that a secondary battery capable of reversibly charging and discharging a considerable capacity can be formed. The magnesium secondary battery manufactured in this experiment is a completely new type rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier. (2) Experiment 2 This experiment relates to a magnesium composite oxide having a layered structure containing water of hydration and synthesized by ion-exchange of a precursor of a layered rock salt structure alkali metal composite oxide containing water of hydration. The present magnesium composite oxide was produced by the following method comprising a sodium composite oxide synthesizing step in which the precipitation step according to the above embodiment was performed and the hydrothermal step was not performed, and a magnesium composite oxide synthesizing step.
【0091】ナトリウム複合酸化物合成工程における析
出工程では、1Mの濃度のMn(NO3)2水溶液30m
Lに、1Mの濃度のNaOH水溶液150mLと30w
t%のH2O2水溶液15mLを混合したNaOH/H2
O2水溶液を一気に混合し、25℃の温度下、10分間
反応させて沈殿物を析出させた。この沈殿物は、組成分
析の結果、組成式Na0.3MnO2・0.5H2Oで表さ
れるナトリウム複合酸化物であることが確認できた。In the precipitation step in the step of synthesizing the sodium composite oxide, a 30M aqueous solution of Mn (NO 3 ) 2 having a concentration of 1M was used.
In L, 150 mL of 1 M NaOH aqueous solution and 30 w
NaOH / H 2 mixed with 15 mL of t% H 2 O 2 aqueous solution
An O 2 aqueous solution was mixed at once, and reacted at a temperature of 25 ° C. for 10 minutes to precipitate a precipitate. As a result of composition analysis, this precipitate was confirmed to be a sodium composite oxide represented by a composition formula of Na 0.3 MnO 2 .0.5H 2 O.
【0092】次に、上記合成工程で得られたナトリウム
複合酸化物を、マグネシウム複合酸化物合成工程に供し
た。本合成工程は、5Mの濃度のMgCl2水溶液20
0mL中に、そのナトリウム複合酸化物の2gを投入し
て分散させ、室温(25℃)で、10時間攪拌させてイ
オン交換を行うものである。本合成工程により得られた
マグネシウム複合酸化物は、組成分析の結果、組成式M
g0.15MnO2・0.5H2Oで表されるものであった。Next, the sodium composite oxide obtained in the above synthesis step was subjected to a magnesium composite oxide synthesis step. In this synthesis step, a 5M MgCl 2 aqueous solution 20 was used.
2 g of the sodium composite oxide is added and dispersed in 0 mL, and the mixture is stirred at room temperature (25 ° C.) for 10 hours to perform ion exchange. As a result of the composition analysis, the magnesium composite oxide obtained by the present synthesis process has a composition formula M
g 0.15 MnO 2 · 0.5H 2 O
【0093】前駆体である上記ナトリウム複合酸化物お
よび最終生成物である上記マグネシウム複合酸化物に対
してCuKα線を用いた粉末法によるX線回折分析を行
った。その結果得られたそれぞれのXRDパターンを図
6示す。ちなみに図中においては、組成式Na0.3Mn
O2・0.5H2Oで表されるナトリウム複合酸化物のX
RDパターンを「Na型」と、組成式Mg0.15MnO2
・0.5H2Oで表されるマグネシウム複合酸化物のX
RDパターンを「Mg型」と、それぞれ標記してある。
これらのXRDパターンを解析した結果、ナトリウム複
合酸化物およびマグネシウム複合酸化物のいずれの結晶
構造も層状構造であることが確認でき、結晶構造におけ
る基本骨格はイオン交換によっても維持されていること
が判る。The sodium composite oxide as a precursor and the magnesium composite oxide as a final product were subjected to X-ray diffraction analysis by a powder method using CuKα radiation. FIG. 6 shows the respective XRD patterns obtained as a result. Incidentally, in the figure, the composition formula Na 0.3 Mn
X of sodium composite oxide represented by O 2 · 0.5H 2 O
The RD pattern is defined as “Na type” and the composition formula is Mg 0.15 MnO 2
X of magnesium composite oxide represented by 0.5H 2 O
The RD pattern is indicated as “Mg type”.
As a result of analyzing these XRD patterns, it can be confirmed that the crystal structure of each of the sodium composite oxide and the magnesium composite oxide is a layered structure, and that the basic skeleton in the crystal structure is maintained by ion exchange. .
【0094】ところが、ナトリウム複合酸化物のXRD
パターンでは、2θ≒12°に、(003)面による回
折ピークが存在するのに対し、マグネシウム複合酸化物
のXRDパターンでは、2θ≒9°に、(003)面に
よる回折ピークが存在する。解析によれば、ナトリウム
複合酸化物の(003)面の面間隔d(003)は約7Åと
なり、マグネシウム複合酸化物の(003)面の面間隔
d(003)は約10Åとなる。したがって、Na層(Mg
層)−O層−Mn層−O層からなる4層の合計厚さが、
イオン交換により厚くなることを示している。However, the XRD of sodium composite oxide
In the pattern, a diffraction peak due to the (003) plane exists at 2θ ≒ 12 °, whereas in the XRD pattern of the magnesium composite oxide, a diffraction peak due to the (003) plane exists at 2θ ≒ 9 °. According to the analysis, spacing of (003) plane of sodium complex oxide d (003) is about 7Å next, magnesium composite oxide (003) face of the lattice spacing d (003) is about 10 Å. Therefore, the Na layer (Mg
Layer) -O layer-Mn layer-O layer
This indicates that the thickness is increased by ion exchange.
【0095】この理由を、図7を利用して説明する。図
7(a)は、水和水を含むナトリウム複合酸化物の結晶
構造を、図7(b)は、水和水を含むマグネシウム複合
酸化物の結晶構造を、それぞれ模式的に示す。それぞれ
の図において、上下にあたかもトラス構造のように記載
されている層は、O層−Mn層−O層からなる複合層を
表現している。The reason will be described with reference to FIG. FIG. 7A schematically shows a crystal structure of a sodium composite oxide containing water of hydration, and FIG. 7B schematically shows a crystal structure of a magnesium composite oxide containing water of hydration. In each of the drawings, layers described as a truss structure above and below represent a composite layer including an O layer-Mn layer-O layer.
【0096】水和水を含むナトリウム複合酸化物の場合
は、図7(a)に示すように、複合層の間に水和水とN
aとが混在する層が1層存在する。これに対して、水和
水を含むマグネシウム複合酸化物の場合は、図7(b)
に示すように、複合層の間に水和水が二重層となって存
在し、それらの水和水の層の間にMgからなる層が挿入
された格好で存在している。この結晶構造の違いは、ア
ルカリ金属に比べMgのほうが親水性が高いことに起因
する。したがって、水和水を含むナトリウム複合酸化物
のNaをMgにイオン交換して水和水を含むマグネシウ
ム複合酸化物を合成することで、結晶構造におけるc軸
長が伸びることは理論上正しいと考えられる。In the case of a sodium composite oxide containing water of hydration, as shown in FIG.
a is present in one layer. On the other hand, in the case of the magnesium composite oxide containing water of hydration, FIG.
As shown in Fig. 5, hydration water exists as a double layer between the composite layers, and a layer made of Mg is inserted between the layers of hydration water. This difference in crystal structure is due to the fact that Mg has a higher hydrophilicity than an alkali metal. Therefore, it is considered theoretically correct that the c-axis length in the crystal structure is extended by ion-exchanging Na of sodium composite oxide containing hydration water into Mg to synthesize magnesium composite oxide containing hydration water. Can be
【0097】合成した水和水を含む上記マグネシウム複
合酸化物の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を、図8に
示す。この写真によれば、本マグネシウム複合酸化物が
層状構造であることが、容易に確認できる。写真におい
て黒く観察される層は、O層−Mn層−O層からなる複
合層であり、白く観察される層は、水和水の二重層とそ
の間に存在するMg層である。複合層のピッチ(複合層
の繰り返し長さ)は、約10Åであり、このピッチは、
理論上(003)面の面間隔d(003)となる。本マグネ
シウム複合酸化物の場合、TEM写真から得られた面間
隔d(003)の値と、上記XRDパターンの解析結果から
得られた面間隔d(003)の値とは、略一致している。 (3)実験3 実験2により確かめられた現象であって、水和水を含む
アルカリ金属複合酸化物をイオン交換することにより合
成した水和水を含むマグネシウム複合酸化物の複合層ピ
ッチが伸長する現象を利用して、本発明の製造方法のマ
グネシウム複合酸化物合成工程におけるイオン交換の反
応時間について調査すべく実験を行ったした。以下、こ
の実験について説明する。FIG. 8 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of the synthesized magnesium composite oxide containing water of hydration. According to this photograph, it can be easily confirmed that the present magnesium composite oxide has a layered structure. The layer observed in black in the photograph is a composite layer composed of an O layer-Mn layer-O layer, and the layer observed in white is a double layer of hydration water and an Mg layer existing therebetween. The pitch of the composite layer (repetition length of the composite layer) is about 10 °, and this pitch is
Theoretically, the surface interval d (003) of the (003) surface is obtained. In the case of the present magnesium composite oxide, the value of the interplanar spacing d (003) obtained from the TEM photograph and the value of the interplanar spacing d (003) obtained from the analysis result of the XRD pattern substantially coincide with each other. . (3) Experiment 3 A phenomenon confirmed by Experiment 2, in which the composite layer pitch of the magnesium composite oxide containing hydrated water synthesized by ion-exchanging the alkali metal composite oxide containing water of hydration elongates. Using the phenomenon, an experiment was conducted to investigate the ion exchange reaction time in the magnesium composite oxide synthesis step of the production method of the present invention. Hereinafter, this experiment will be described.
【0098】まず、組成式MgxMnO2で表される層状
構造のマグネシウム複合酸化物を得るべく、上記実施形
態に従う析出工程を行うリチウム複合酸化物合成工程
と、マグネシウム複合酸化物合成工程とを含んでなる以
下の方法により製造した。First, in order to obtain a magnesium composite oxide having a layered structure represented by the composition formula Mg x MnO 2 , a lithium composite oxide synthesizing step and a magnesium composite oxide synthesizing step in which the deposition step according to the above embodiment is performed are described. It was prepared by the following method comprising:
【0099】析出工程では、1Mの濃度のMn(N
O3)2水溶液30mLに、1Mの濃度のLiOH水溶液
150mLと30wt%のH2O2水溶液15mLを混合
したLiOH/H2O2水溶液を一気に混合し、25℃の
温度下、10分間反応させて沈殿物を析出させた。次い
で、このリチウム複合酸化物を、マグネシウム複合酸化
物合成工程に供した。本合成工程は、5Mの濃度のMg
Cl2水溶液200mL中に、上記リチウム複合酸化物
の2gを投入して分散させ、室温(25℃)で、所定の
反応時間時間攪拌させてイオン交換を行うものである。
なお、上記所定の反応時間を1時間、6時間、24時間
(1日間)または5日間とする4種のマグネシウム複合
酸化物を製造した。In the precipitation step, Mn (N
An aqueous solution of LiOH / H 2 O 2 obtained by mixing 150 mL of a 1 M LiOH aqueous solution and 15 mL of a 30 wt% H 2 O 2 aqueous solution at once with 30 mL of an O 3 ) 2 aqueous solution is reacted at 25 ° C. for 10 minutes. To precipitate a precipitate. Next, this lithium composite oxide was subjected to a magnesium composite oxide synthesis step. In this synthesis step, a 5M Mg
In 200 mL of a Cl 2 aqueous solution, 2 g of the lithium composite oxide is charged and dispersed, and ion exchange is performed by stirring at room temperature (25 ° C.) for a predetermined reaction time.
In addition, four kinds of magnesium composite oxides in which the above-mentioned predetermined reaction time was 1 hour, 6 hours, 24 hours (1 day) or 5 days were produced.
【0100】上記リチウム複合酸化物および上記4種の
マグネシウム複合酸化物に対してCuKα線を用いた粉
末法によるX線回折分析を行った。この結果得られたそ
れぞれのXRDパターンを、図9示す。The lithium composite oxide and the four kinds of magnesium composite oxides were subjected to an X-ray diffraction analysis by a powder method using CuKα radiation. FIG. 9 shows the respective XRD patterns obtained as a result.
【0101】図9において最下段に掲げるリチウム複合
酸化物のXRDパターンでは、2θ≒12°に、(00
3)面による回折ピークが存在するのに対し、イオン交
換のための反応時間が異なるそれぞれのマグネシウム複
合酸化物のXRDパターンでは、2θ≒9°に、(00
3)面による回折ピークが存在する。しかし、下から2
段目に掲載した1時間のイオン交換を行ったマグネシウ
ム複合酸化物のXRDパターンでは、回折ピークはブロ
ードの状態となっており、イオン交換が完全には終了し
ていないことが判る。これに対し6時間以上のイオン交
換行った下から3段目、4段目および最上段に掲載した
マグネシウム複合酸化物のXRDパターンではかなりシ
ャープな回折ピークが得られており、これらのマグネシ
ウム複合酸化物はイオン交換をほとんど完了しているも
のであることが判る。In the XRD pattern of the lithium composite oxide shown at the bottom in FIG. 9, (00
3) While there is a diffraction peak due to the plane, the XRD patterns of the respective magnesium composite oxides having different reaction times for ion exchange show that 2θ ≒ 9 ° and (00
3) There is a diffraction peak due to the plane. However, from the bottom 2
In the XRD pattern of the magnesium composite oxide subjected to the one-hour ion exchange described in the column, the diffraction peak is in a broad state, indicating that the ion exchange has not been completely completed. On the other hand, the XRD patterns of the magnesium composite oxides listed in the third, fourth, and top rows from the bottom after performing the ion exchange for 6 hours or more show considerably sharp diffraction peaks. It turns out that the thing has almost completed the ion exchange.
【0102】本実験の結果より、本発明のマグネシウム
複合酸化物合成工程におけるイオン交換の反応時間は、
6時間以上であることが望ましいことが確認できる。ち
なみに、6時間を超えるイオン交換を行ったマグネシウ
ム複合酸化物は、6時間のイオン交換を行ったマグネシ
ウム複合酸化物とXRDパターンにおいて大差なく、結
晶構造の差異は殆どないものと考えられる。From the results of this experiment, the ion exchange reaction time in the magnesium composite oxide synthesis step of the present invention was as follows:
It can be confirmed that it is desirable that the time is 6 hours or more. Incidentally, it is considered that the magnesium composite oxide that has been subjected to ion exchange for more than 6 hours does not differ much in the XRD pattern from the magnesium composite oxide that has been subjected to ion exchange for 6 hours, and that there is almost no difference in crystal structure.
【0103】[0103]
【発明の効果】本発明のマグネシウム二次電池正極活物
質用マグネシウム複合酸化物は、結晶構造が上述したよ
うな層状構造を有するものである。このような本発明の
マネシウム複合酸化物は、マグネシウムの可逆的な吸蔵
・放出が可能であり、マグネシウムをキャリアとしたロ
ッキングチェア型の二次電池を構成することのできる良
好な正極活物質材料となる。The magnesium composite oxide for a positive electrode active material of a magnesium secondary battery according to the present invention has a layered structure as described above. Such a manesium composite oxide of the present invention is capable of reversibly occluding and releasing magnesium, and has a good positive electrode active material capable of forming a rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier. Become.
【0104】また、上記マグネシウム複合酸化物の製造
方法である本発明の製造方法は、層状構造のアルカリ金
属複合酸化物を前駆体として合成し、これをイオン交換
することにより層状構造のマグネシウム複合酸化物を合
成するものである。このようなプロセスは極めて簡便で
あるため、本発明の製造方法は、簡便かつ安価な製造方
法となる。さらに、本発明のマグネシウム二次電池は、
上記本発明のマグネシウム複合酸化物を正極活物質とし
て用いるものであり、マグネシウムをキャリアとした全
く新しいタイプのロッキングチェア型二次電池を実現す
るものである。Further, in the production method of the present invention, which is a method for producing the above-mentioned magnesium composite oxide, the alkali metal composite oxide having a layered structure is synthesized as a precursor, and the precursor is ion-exchanged to obtain a composite oxide having a layered structure. It synthesizes things. Since such a process is very simple, the manufacturing method of the present invention is a simple and inexpensive manufacturing method. Further, the magnesium secondary battery of the present invention,
The present invention uses the magnesium composite oxide of the present invention as a positive electrode active material, and realizes a completely new type rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier.
【図1】 実験1において、前駆体として合成したリチ
ウム複合酸化物のSEM写真を示す。FIG. 1 shows an SEM photograph of a lithium composite oxide synthesized as a precursor in Experiment 1.
【図2】 実験1において、前駆体として合成したリチ
ウム複合酸化物に対して行ったX線回折分析によって得
られたXRDパターンを示す。FIG. 2 shows an XRD pattern obtained by an X-ray diffraction analysis performed on a lithium composite oxide synthesized as a precursor in Experiment 1.
【図3】 実験1において、製造したマグネシウム複合
酸化物のSEM写真を示す。FIG. 3 shows an SEM photograph of a magnesium composite oxide produced in Experiment 1.
【図4】 実験1において、製造したマグネシウム複合
酸化物に対して行ったX線回折分析によって得られたX
RDパターンを示す。FIG. 4 is a graph showing X obtained by X-ray diffraction analysis performed on a manufactured magnesium composite oxide in Experiment 1.
3 shows an RD pattern.
【図5】 実験1において、作製したマグネシウム二次
電池の1サイクル目および2サイクル目の充放電曲線を
示す。FIG. 5 shows charge / discharge curves of the first and second cycles of the produced magnesium secondary battery in Experiment 1.
【図6】 実験2において、前駆体として合成した水和
水を含むナトリウム複合酸化物および製造した水和水を
含むマグネシウム複合酸化物に対して行ったX線回折分
析によって得られたそれぞれのXRDパターンを示す。FIG. 6 shows respective XRDs obtained by X-ray diffraction analysis performed on sodium composite oxide containing water of hydration synthesized as a precursor and magnesium composite oxide containing water of hydration produced in Experiment 2. Indicates a pattern.
【図7】 水和水を含むナトリウム複合酸化物の結晶構
造および水和水を含むマグネシウム複合酸化物の結晶構
造をそれぞれ模式的に示す。FIG. 7 schematically shows a crystal structure of a sodium composite oxide containing water of hydration and a crystal structure of a magnesium composite oxide containing water of hydration.
【図8】 実験2において、製造した水和水を含むマグ
ネシウム複合酸化物のTEM写真を示す。FIG. 8 shows a TEM photograph of the produced magnesium composite oxide containing water of hydration in Experiment 2.
【図9】 実験3において、イオン交換のための反応時
間を異ならせて製造したそれぞれのマグネシウム複合酸
化物に対して行ったX線回折分析よって得られたそれぞ
れのXRDパターンを示す。FIG. 9 shows each XRD pattern obtained by X-ray diffraction analysis performed on each magnesium composite oxide manufactured in Experiment 3 with different reaction times for ion exchange.
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年12月6日(2000.12.
6)[Submission date] December 6, 2000 (200.12.
6)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図1】 FIG.
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図3】 FIG. 3
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Fig. 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図8】 FIG. 8
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 右京 良雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 4G002 AA06 AB02 AD02 AE05 4G048 AA04 AA05 AB02 AC06 AD06 AE05 5H029 AJ01 AK03 AL11 AM00 AM02 AM07 CJ02 CJ08 CJ11 DJ16 DJ17 HJ02 HJ14 5H050 AA01 BA08 CA07 CB11 EA08 EA24 EA28 FA17 FA18 GA02 GA10 GA11 HA02 HA14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yoshio Ukyo F-term (reference) at Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 1 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi, Japan 4G002 AA06 AB02 AD02 AE05 4G048 AA04 AA05 AB02 AC06 AD06 AE05 5H029 AJ01 AK03 AL11 AM00 AM02 AM07 CJ02 CJ08 CJ11 DJ16 DJ17 HJ02 HJ14 5H050 AA01 BA08 CA07 CB11 EA08 EA24 EA28 FA17 FA18 GA02 GA10 GA11 HA02 HA14
Claims (9)
M11-yM2yO2・nH2O(M1はMn、Feから選ばれ
る少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷移金属、Al
から選ばれる少なくとも1種;0<x≦0.5;0≦y
<0.4;nは0.4〜0.6)で表され、結晶構造が
層状構造を有するマグネシウム二次電池正極活物質用マ
グネシウム複合酸化物。1. A composition formula of Mg x M11 -y M2 y O 2 or Mg x
M1 1-y M2 y at least one O 2 · nH 2 O (M1 is Mn, selected from Fe; M2 is a transition metal except the M1, Al
0 <x ≦ 0.5; 0 ≦ y
<0.4; n is 0.4 to 0.6), and a magnesium composite oxide for a magnesium secondary battery positive electrode active material having a layered crystal structure.
1-yM2yO2またはMg xMn1-yM2yO2・nH2Oで表さ
れる請求項1に記載のマグネシウム二次電池正極活物質
用マグネシウム複合酸化物。2. The method according to claim 1, wherein M1 is Mn, and the composition formula MgxMn
1-yM2yOTwoOr Mg xMn1-yM2yOTwo・ NHTwoRepresented by O
The positive electrode active material for a magnesium secondary battery according to claim 1, wherein
For magnesium composite oxide.
1-yAlyO2またはMg xM11-yAlyO2・nH2O(y
>0)で表される請求項1に記載のマグネシウム二次電
池正極活物質用マグネシウム複合酸化物。3. The method according to claim 2, wherein M2 is Al, and the composition formula MgxM1
1-yAlyOTwoOr Mg xM11-yAlyOTwo・ NHTwoO (y
The magnesium secondary battery according to claim 1, which is represented by> 0).
Pond Magnesium composite oxide for positive electrode active material.
yO2で表される請求項1に記載のマグネシウム二次電池
正極活物質用マグネシウム複合酸化物。4. A composition not containing hydration water and having a composition formula of Mg x M11 -y M2.
magnesium secondary battery positive electrode active material for magnesium composite oxide according to claim 1, which is represented by y O 2.
M11-yM2yO2・nH2O(M1はMn、Feから選ばれ
る少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷移金属、Al
から選ばれる少なくとも1種;0<x≦0.5;0≦y
<0.4;nは0.4〜0.6)で表され、結晶構造が
層状構造を有するマグネシウム二次電池正極活物質用マ
グネシウム複合酸化物の製造方法であって、 組成式AzM11-yM2yO2またはAzM11-yM2yO2・nH
2O(Aはアルカリ金属から選ばれる少なくとも1種;
0<z≦1)で表され、結晶構造が層状構造を有するア
ルカリ金属複合酸化物を合成するアルカリ金属複合酸化
物合成工程と、 前記アルカリ金属複合酸化物をMg塩水溶液中でイオン
交換して、前記マグネシウム複合酸化物を合成するマグ
ネシウム複合酸化物合成工程とを含んでなるマグネシウ
ム二次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物の製造
方法。5. A composition formula of Mg x M11 -y M2 y O 2 or Mg x
M1 1-y M2 y at least one O 2 · nH 2 O (M1 is Mn, selected from Fe; M2 is a transition metal except the M1, Al
0 <x ≦ 0.5; 0 ≦ y
<0.4; n is 0.4 to 0.6), and is a method for producing a magnesium composite oxide for a positive electrode active material of a magnesium secondary battery having a layered crystal structure, comprising a composition formula A z M1 1-y M2 y O 2 or A z M1 1-y M2 y O 2 · nH
2 O (A is at least one selected from alkali metals;
0 <z ≦ 1), an alkali metal composite oxide synthesizing step of synthesizing an alkali metal composite oxide having a crystal structure having a layered structure, and ion-exchanging the alkali metal composite oxide in an aqueous solution of Mg salt. A method for producing a magnesium composite oxide for a positive electrode active material of a magnesium secondary battery, comprising: a magnesium composite oxide synthesizing step of synthesizing the magnesium composite oxide.
は、 前記M1を陽イオンとする塩を水に溶解したM1塩水溶液
と、必要に応じて混合するM2を陽イオンとする塩を水
に溶解したM2塩水溶液と、AOHをH2O2水溶液に溶
解したアルカリ金属水酸化物H2O2水溶液とを混合して
混合溶液とし、該混合溶液中に組成式AzM11-yM2yO2
・nH2Oで表される前記アルカリ金属複合酸化物を析
出させる析出工程を含んなる請求項5に記載のマグネシ
ウム二次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物の製
造方法。6. The step of synthesizing an alkali metal composite oxide comprises dissolving an M1 salt aqueous solution obtained by dissolving a salt having M1 as a cation in water, and optionally dissolving a salt having M2 as a cation in water. M2 and salt aqueous solution, a AOH and H 2 O 2 alkali metal dissolved in an aqueous solution hydroxide aqueous H 2 O 2 solution and the mixture to the mixed solution, the composition formula in the mixed solution a z M1 1-y M2 y O 2
Manufacturing method of the alkali metal complex oxide magnesium secondary battery positive electrode active material for magnesium composite oxide according to claim 5 consisting comprise precipitation step to precipitate the · nH represented by 2 O.
記マグネシウム二次電池正極活物質用マグネシウム複合
酸化物の製造方法であって、 前記アルカリ金属複合酸化物合成工程は、 前記析出工程後、析出した前記組成式AzM11-yM2yO2
・nH2Oで表されるアルカリ金属複合酸化物を析出後
の前記混合溶液中において70℃以上の温度で熟成さ
せ、組成式AzM11-yM2yO2で表される前記アルカリ金
属複合酸化物を生成する水熱工程を含んでなる請求項6
に記載のマグネシウム二次電池正極活物質用マグネシウ
ム複合酸化物の製造方法。7. A method for producing a composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 with the magnesium secondary battery positive electrode active material for magnesium composite oxide represented, the alkali metal complex oxide synthesis step after the precipitation step, deposited the composition formula A z M1 1-y M2 y O 2
· The nH alkali metal composite oxide represented by 2 O in the mixed solution after the precipitation was aged at 70 ° C. or higher, the alkali metal represented by the composition formula A z M1 1-y M2 y O 2 7. A hydrothermal step for producing a composite oxide.
3. The method for producing a magnesium composite oxide for a magnesium secondary battery positive electrode active material according to 1.).
M11-yM2yO2・nH2O(M1はMn、Feから選ばれ
る少なくとも1種;M2は前記M1を除く遷移金属、Al
から選ばれる少なくとも1種;0<x≦0.5;0≦y
<0.4;nは0.4〜0.6)で表され、結晶構造が
層状構造を有するマグネシウム複合酸化物を、正極活物
質として用いたマグネシウム二次電池。8. The composition formula Mg x M11 -y M2 y O 2 or Mg x
M1 1-y M2 y at least one O 2 · nH 2 O (M1 is Mn, selected from Fe; M2 is a transition metal except the M1, Al
0 <x ≦ 0.5; 0 ≦ y
<0.4; n is 0.4 to 0.6), and a magnesium secondary battery using a magnesium composite oxide having a layered crystal structure as a positive electrode active material.
した水系電解液を含んで構成される請求項8に記載のマ
グネシウム二次電池。9. The magnesium secondary battery according to claim 8, comprising an aqueous electrolyte solution in which a magnesium salt serving as a supporting salt is dissolved in water.
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Cited By (21)
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---|---|---|---|---|
JP2002100344A (en) * | 2000-09-22 | 2002-04-05 | Sony Corp | Positive electrode and battery |
JP2005228589A (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Sony Corp | Electrochemical device and electrode |
US7201999B2 (en) | 2002-10-01 | 2007-04-10 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Secondary cell |
JP2007157416A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Sony Corp | Electrochemical device |
WO2009099061A1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Composite metal oxide and sodium rechargeable battery |
JP2013533577A (en) * | 2010-05-25 | 2013-08-22 | ペリオン テクノロジーズ インク. | Electrode material for magnesium battery |
JP2013182862A (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Magnesium battery |
JP2013191367A (en) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Magnesium cell |
WO2014017461A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | 国立大学法人京都大学 | Magnesium compound, method for producing same, positive electrode active material, positive electrode, and magnesium ion secondary battery |
US8790831B2 (en) | 2008-02-04 | 2014-07-29 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Powder for positive electrode active material, positive active electrode active material, and sodium secondary battery |
JP2014143194A (en) * | 2012-12-26 | 2014-08-07 | Showa Denko Kk | Positive electrode active material for magnesium ion secondary battery, method for producing the same, and magnesium ion secondary battery |
JP2014179336A (en) * | 2010-09-17 | 2014-09-25 | Lg Chem Ltd | Electrode for magnesium secondary battery, and magnesium secondary battery including the same |
US8877383B2 (en) | 2010-06-21 | 2014-11-04 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Magnesium-based battery |
KR20150033787A (en) * | 2013-09-23 | 2015-04-02 | 삼성전자주식회사 | cathode active material for magnesium secondary battery and cathode and magnesium secondary battery using the same |
WO2015153485A1 (en) * | 2014-04-01 | 2015-10-08 | The Research Foundation For The State University Of New York | Electrode materials for group ii cation-based batteries |
WO2016199732A1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-12-15 | 学校法人東京理科大学 | Positive electrode active material for magnesium secondary cell, positive electrode for magnesium secondary cell, and magnesium secondary cell |
US10122014B2 (en) | 2008-02-04 | 2018-11-06 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Mixed metal oxide and sodium secondary battery |
JP2019169467A (en) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Positive electrode active material for magnesium secondary battery and magnesium secondary battery using the same |
US10615452B2 (en) | 2011-06-22 | 2020-04-07 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | High voltage rechargeable magnesium cell |
US10658662B2 (en) | 2013-10-29 | 2020-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode active material for magnesium battery |
WO2021024661A1 (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Positive electrode active material, and battery |
-
2000
- 2000-07-05 JP JP2000204205A patent/JP2002025555A/en active Pending
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002100344A (en) * | 2000-09-22 | 2002-04-05 | Sony Corp | Positive electrode and battery |
US7201999B2 (en) | 2002-10-01 | 2007-04-10 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Secondary cell |
JP2005228589A (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Sony Corp | Electrochemical device and electrode |
JP2007157416A (en) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Sony Corp | Electrochemical device |
US10122014B2 (en) | 2008-02-04 | 2018-11-06 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Mixed metal oxide and sodium secondary battery |
WO2009099061A1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Composite metal oxide and sodium rechargeable battery |
CN101933179A (en) * | 2008-02-04 | 2010-12-29 | 住友化学株式会社 | Composite metal oxide and sodium secondary battery |
US9142860B2 (en) | 2008-02-04 | 2015-09-22 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Mixed metal oxide and sodium secondary battery |
US8790831B2 (en) | 2008-02-04 | 2014-07-29 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Powder for positive electrode active material, positive active electrode active material, and sodium secondary battery |
JP2013533577A (en) * | 2010-05-25 | 2013-08-22 | ペリオン テクノロジーズ インク. | Electrode material for magnesium battery |
US8877383B2 (en) | 2010-06-21 | 2014-11-04 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Magnesium-based battery |
JP2014179336A (en) * | 2010-09-17 | 2014-09-25 | Lg Chem Ltd | Electrode for magnesium secondary battery, and magnesium secondary battery including the same |
US10615452B2 (en) | 2011-06-22 | 2020-04-07 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | High voltage rechargeable magnesium cell |
JP2013182862A (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Magnesium battery |
JP2013191367A (en) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Magnesium cell |
WO2014017461A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | 国立大学法人京都大学 | Magnesium compound, method for producing same, positive electrode active material, positive electrode, and magnesium ion secondary battery |
JP2014143194A (en) * | 2012-12-26 | 2014-08-07 | Showa Denko Kk | Positive electrode active material for magnesium ion secondary battery, method for producing the same, and magnesium ion secondary battery |
KR20150033787A (en) * | 2013-09-23 | 2015-04-02 | 삼성전자주식회사 | cathode active material for magnesium secondary battery and cathode and magnesium secondary battery using the same |
KR102156318B1 (en) * | 2013-09-23 | 2020-09-16 | 삼성전자주식회사 | cathode active material for magnesium secondary battery and cathode and magnesium secondary battery using the same |
US10658662B2 (en) | 2013-10-29 | 2020-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode active material for magnesium battery |
WO2015153485A1 (en) * | 2014-04-01 | 2015-10-08 | The Research Foundation For The State University Of New York | Electrode materials for group ii cation-based batteries |
US10763491B2 (en) | 2014-04-01 | 2020-09-01 | The Research Foundation For The State University Of New York | Low-temperature synthesis process of making MgzMxOy, where M is Mn, V or Fe, for manufacture of electrode materials for group II cation-based batteries |
JP2017004770A (en) * | 2015-06-10 | 2017-01-05 | 学校法人東京理科大学 | Positive electrode active material for magnesium secondary battery, positive electrode for magnesium secondary battery, and magnesium secondary battery |
WO2016199732A1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-12-15 | 学校法人東京理科大学 | Positive electrode active material for magnesium secondary cell, positive electrode for magnesium secondary cell, and magnesium secondary cell |
US10256468B2 (en) | 2015-06-10 | 2019-04-09 | Tokyo University Of Science Foundation | Positive electrode active material for magnesium secondary battery, positive electrode for magnesium secondary battery, and magnesium secondary battery |
JP2019169467A (en) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Positive electrode active material for magnesium secondary battery and magnesium secondary battery using the same |
JP7170270B2 (en) | 2018-03-22 | 2022-11-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Positive electrode active material for magnesium secondary battery and magnesium secondary battery using the same |
WO2021024661A1 (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Positive electrode active material, and battery |
US12230795B2 (en) | 2019-08-07 | 2025-02-18 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Positive-electrode active material and battery |
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