JP7613401B2 - Positive electrode active material and fluoride ion battery - Google Patents
Positive electrode active material and fluoride ion battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP7613401B2 JP7613401B2 JP2022045056A JP2022045056A JP7613401B2 JP 7613401 B2 JP7613401 B2 JP 7613401B2 JP 2022045056 A JP2022045056 A JP 2022045056A JP 2022045056 A JP2022045056 A JP 2022045056A JP 7613401 B2 JP7613401 B2 JP 7613401B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- electrode active
- positive electrode
- material layer
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本開示は、正極活物質およびフッ化物イオン電池に関する。 This disclosure relates to positive electrode active materials and fluoride ion batteries.
高電圧かつ高エネルギー密度な電池として、例えばLiイオン電池が知られている。Liイオン電池は、Liイオンをキャリアとして用いるカチオンベースの電池である。例えば、特許文献1には、リチウムイオン電池用の正極として、金属フッ化物または金属塩化物が用いられることが開示されている。 For example, Li-ion batteries are known as high-voltage, high-energy density batteries. Li-ion batteries are cation-based batteries that use Li ions as carriers. For example, Patent Document 1 discloses that metal fluorides or metal chlorides are used as the positive electrodes for lithium-ion batteries.
一方、アニオンベースの電池として、フッ化物イオンをキャリアとして用いるフッ化物イオン電池が知られている。非特許文献1では、正極活物質にBiF3、SnF2、CuF2またはKBiF4を用い、負極活物質にCe金属を用いたフッ化物イオン電池が開示されており、正極活物質にCuF2を用い、負極活物質にCe金属を用いた場合に最も電池電圧が高くなることが開示されている。 On the other hand, as an anion-based battery, a fluoride ion battery using fluoride ions as a carrier is known. Non-Patent Document 1 discloses a fluoride ion battery using BiF3 , SnF2 , CuF2 or KBiF4 as a positive electrode active material and Ce metal as a negative electrode active material, and discloses that the battery voltage is highest when CuF2 is used as a positive electrode active material and Ce metal is used as a negative electrode active material.
エネルギー密度向上の観点から、フッ化物イオン電池の更なる電池電圧の向上が望まれている。本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、充放電電位が高い正極活物質を提供することを主目的とする。 From the viewpoint of improving the energy density, it is desirable to further improve the battery voltage of fluoride ion batteries. The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and the main object of the present invention is to provide a positive electrode active material with a high charge/discharge potential.
上記課題を解決するために、本開示においては、フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質であって、CuX(Xは、Cl、BrまたはIである)である、正極活物質を提供する。 To solve the above problems, the present disclosure provides a positive electrode active material for use in a fluoride ion battery, the positive electrode active material being CuX (X is Cl, Br, or I).
本開示によれば、フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質が、1価の銅イオンを含むハロゲン化銅であることにより、充放電電位を高くできる。 According to the present disclosure, the positive electrode active material used in a fluoride ion battery is a copper halide containing monovalent copper ions, which allows the charge/discharge potential to be increased.
上記開示において、上記正極活物質は、CuClを少なくとも含んでいてもよい。 In the above disclosure, the positive electrode active material may contain at least CuCl.
上記開示において、上記正極活物質は、CuBrを少なくとも含んでいてもよい。 In the above disclosure, the positive electrode active material may contain at least CuBr.
上記開示において、上記正極活物質は、CuIを少なくとも含んでいてもよい。 In the above disclosure, the positive electrode active material may contain at least CuI.
また、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、上記正極活物質層が、上述の正極活物質を含有する、フッ化物イオン電池を提供する。 The present disclosure also provides a fluoride ion battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, in which the positive electrode active material layer contains the above-mentioned positive electrode active material.
本開示によれば、上述した活物質を用いることで、電池電圧の高いフッ化物イオン電池となる。 According to the present disclosure, by using the above-mentioned active material, a fluoride ion battery with a high battery voltage can be obtained.
本開示においては、充放電電位が高い正極活物質を提供することができるという効果を奏する。 The present disclosure has the effect of providing a positive electrode active material with a high charge/discharge potential.
以下、本開示における正極活物質およびフッ化物イオン電池について、詳細に説明する。 The positive electrode active material and fluoride ion battery in this disclosure are described in detail below.
A.正極活物質
本開示における正極活物質は、フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質であって、CuX(Xは、Cl、BrまたはIである)である。
A. Positive Electrode Active Material The positive electrode active material in this disclosure is a positive electrode active material for use in fluoride ion batteries and is CuX (X is Cl, Br, or I).
本開示によれば、フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質が、1価の銅イオンを含むハロゲン化銅であることにより、充放電電位を高くできる。ここで、非特許文献1には、正極活物質にCuF2を用い、負極活物質にCe金属を用いた電池の放電電位が2.7V程度であることが記載されている。CuF2においては、0価の金属銅(Cu)と2価の銅イオン(Cu2+)との間の反応を利用している。なお、銅(2価銅)のフッ化物において、1価の銅イオン(Cu+)は安定に存在することができない。 According to the present disclosure, the positive electrode active material used in the fluoride ion battery is a copper halide containing monovalent copper ions, so that the charge/discharge potential can be increased. Here, Non-Patent Document 1 describes that the discharge potential of a battery using CuF 2 as the positive electrode active material and Ce metal as the negative electrode active material is about 2.7 V. In CuF 2 , the reaction between zero-valent metallic copper (Cu) and divalent copper ions (Cu 2+ ) is utilized. Note that in copper (divalent copper) fluoride, monovalent copper ions (Cu + ) cannot exist stably.
一方、本開示におけるCuX(Xは、Cl、BrまたはIである)は、1価の銅イオンが安定に存在することができるハロゲン化銅である。そのため、1価の銅イオン(Cu+)と2価の銅イオン(Cu2+)との間の酸化還元により反応電位が貴な電位にシフトするため、CuF2よりも高い充放電電位を有することができる。 On the other hand, CuX (X is Cl, Br, or I) in the present disclosure is a copper halide in which monovalent copper ions can exist stably. Therefore, the reaction potential shifts to a more noble potential due to oxidation-reduction between monovalent copper ions (Cu + ) and divalent copper ions (Cu 2+ ), and thus the charge-discharge potential is higher than that of CuF2 .
本開示における正極活物質は、CuCl、CuBrおよびCuIのうちのいずれか1種であってもよく、または、2種以上の混合物であってもよい。正極活物質は、CuClを少なくとも含んでいることが好ましい。この場合、正極活物質は、CuClのみを含んでいてもよく、CuClと、CuBrおよびCuIの少なくとも一方とを含んでいてもよい。また、正極活物質は、CuBrを少なくとも含んでいることが好ましい。この場合、正極活物質は、CuBrのみを含んでいてもよく、CuBrと、CuClおよびCuIの少なくとも一方とを含んでいてもよい。また、正極活物質は、CuIを少なくとも含んでいることが好ましい。この場合、正極活物質は、CuIのみを含んでいてもよく、CuIと、CuClおよびCuBrの少なくとも一方とを含んでいてもよい。また、本開示における正極活物質は、通常、フッ化物イオン電池の充電時にフッ素化され、放電時に脱フッ素化される。 The positive electrode active material in the present disclosure may be any one of CuCl, CuBr, and CuI, or may be a mixture of two or more of them. The positive electrode active material preferably contains at least CuCl. In this case, the positive electrode active material may contain only CuCl, or may contain CuCl and at least one of CuBr and CuI. In addition, the positive electrode active material preferably contains at least CuBr. In this case, the positive electrode active material may contain only CuBr, or may contain CuBr and at least one of CuCl and CuI. In addition, the positive electrode active material preferably contains at least CuI. In this case, the positive electrode active material may contain only CuI, or may contain CuI and at least one of CuCl and CuBr. In addition, the positive electrode active material in the present disclosure is usually fluorinated during charging of a fluoride ion battery and defluorinated during discharging.
本開示における正極活物質の形状としては、例えば粒子状(正極活物質粒子)が挙げられる。正極活物質粒子の具体的な形状としては、例えば、真球状、楕円球状等が挙げられる。正極活物質粒子の平均粒子径(D50)は、例えば、10nm以上50μm以下の範囲内であることが好ましく、中でも20nm以上10μm以下の範囲内であることが好ましい。なお、正極活物質粒子の平均粒子径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察(例えば、n≧20)等により測定することができる。また、BET比表面積の測定値から算出することもできる。 The shape of the positive electrode active material in the present disclosure may be, for example, particulate (positive electrode active material particles). Specific shapes of the positive electrode active material particles may be, for example, spherical, elliptical, etc. The average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material particles is preferably, for example, in the range of 10 nm to 50 μm, and more preferably in the range of 20 nm to 10 μm. The average particle diameter of the positive electrode active material particles can be measured, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM) (for example, n≧20). It can also be calculated from the measured value of the BET specific surface area.
B.フッ化物イオン電池
図1は、本開示におけるフッ化物イオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるフッ化物イオン電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有する。本開示においては、正極活物質層1が、上記「A.正極活物質」
に記載した正極活物質を含有することを大きな特徴とする。
B. Fluoride-ion battery Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride-ion battery in the present disclosure. The fluoride-ion battery 10 shown in Fig. 1 has a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, an electrolyte layer 3 formed between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2, a positive electrode current collector 4 that collects current from the positive electrode active material layer 1, a negative electrode current collector 5 that collects current from the negative electrode active material layer 2, and a battery case 6 that houses these members. In the present disclosure, the positive electrode active material layer 1 is a fluoride-ion battery having a positive electrode active material layer 2 and a negative electrode active material layer 3 formed therebetween.
The major feature of the present invention is that it contains the positive electrode active material described above.
本開示によれば、上述した正極活物質を用いることで、電池電圧が高いフッ化物イオン電池となる。 According to the present disclosure, by using the above-mentioned positive electrode active material, a fluoride ion battery with a high battery voltage can be obtained.
1.正極活物質層
本開示における正極活物質層は、少なくとも上述した正極活物質を含有する層である。正極活物質については、上記「A.正極活物質」に記載した内容と同様である。正極活物質層は、上述した正極活物質のみを含有していてもよく、他の活物質も含有していてもよい。後者の場合、活物質全体における上述した正極活物質の割合は、例えば85重量%以上であり、90重量%以上であってもよく、95重量%以上であってもよく、99重量%以上であってもよい。
1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer in the present disclosure is a layer containing at least the positive electrode active material described above. The positive electrode active material is the same as that described in "A. Positive electrode active material" above. The positive electrode active material layer may contain only the positive electrode active material described above, or may also contain other active materials. In the latter case, the ratio of the positive electrode active material described above in the entire active material is, for example, 85% by weight or more, may be 90% by weight or more, may be 95% by weight or more, or may be 99% by weight or more.
正極活物質層における正極活物質の含有量は、例えば、10重量%以上、90重量%以下であり、20重量%以上、80重量%以下であってもよく、30重量%以上、70重量%以下であってもよい。正極活物質の割合が少なすぎると、エネルギー密度が低下する可能性がある。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is, for example, 10% by weight or more and 90% by weight or less, or may be 20% by weight or more and 80% by weight or less, or may be 30% by weight or more and 70% by weight or less. If the proportion of the positive electrode active material is too small, the energy density may decrease.
また、正極活物質層は、必要に応じて導電材、バインダーおよび電解質の少なくとも一つをさらに含有していてもよい。 The positive electrode active material layer may further contain at least one of a conductive material, a binder, and an electrolyte, as necessary.
導電材としては、所望の電子伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料を挙げることができる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の繊維状炭素材料、グラフェン、グラファイト、フラーレン等を挙げることができる。 The conductive material is not particularly limited as long as it has the desired electronic conductivity, but examples of the conductive material include carbon materials. Examples of the carbon material include carbon black such as acetylene black, ketjen black, furnace black, and thermal black, carbon fiber, fibrous carbon materials such as carbon nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF), graphene, graphite, and fullerene.
正極活物質層における導電材の含有量は、例えば1重量%以上であり、5重量%以上であってもよく、10重量%以上であってもよい。一方、導電材の含有量は、例えば20重量%以下であり、15重量%以下であってもよい。導電材の割合が少なすぎると良好な電子伝導パスが形成されない可能性があり、導電材の割合が多すぎると、相対的に活物質の割合が少なくなり、エネルギー密度が低下する可能性がある。 The content of the conductive material in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more, and may be 5% by weight or more, or 10% by weight or more. On the other hand, the content of the conductive material is, for example, 20% by weight or less, and may be 15% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too small, a good electron conduction path may not be formed, and if the proportion of the conductive material is too high, the proportion of the active material may be relatively small, and the energy density may decrease.
バインダーとしては、化学的、電気的に安定なものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダーが挙げられる。 There are no particular limitations on the binder as long as it is chemically and electrically stable, but examples include fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).
電解質については、後述する「3.電解質層」に記載する内容と同様である。正極活物質層における電解質の含有量は、例えば5重量%以上であり、10重量%以上であってもよい。一方、電解質の含有量は、例えば70重量%以下であり、40重量%以下であってもよい。電解質の割合が少なすぎると、正極活物質層の深部までフッ化物イオンを低抵抗で拡散することができなくなる可能性がある。電解質の割合が多すぎると、相対的に活物質の割合が少なくなり、エネルギー密度が低下する可能性がある。 The electrolyte is the same as that described in "3. Electrolyte Layer" below. The electrolyte content in the positive electrode active material layer is, for example, 5% by weight or more, and may be 10% by weight or more. On the other hand, the electrolyte content is, for example, 70% by weight or less, and may be 40% by weight or less. If the proportion of electrolyte is too small, it may not be possible to diffuse fluoride ions deep into the positive electrode active material layer with low resistance. If the proportion of electrolyte is too high, the proportion of active material will be relatively small, and the energy density may decrease.
正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
2.負極活物質層
本開示における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、必要に応じて、導電材、電解質およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
The negative electrode active material layer in the present disclosure is a layer containing at least a negative electrode active material. The negative electrode active material layer may further contain at least one of a conductive material, an electrolyte, and a binder, as necessary.
負極活物質としては、正極活物質よりも低い電位を有する任意の活物質が選択され得る。負極活物質としては、例えば、金属単体のフッ化物、合金のフッ化物、金属酸化物のフッ化物を挙げることができる。負極活物質に含まれる金属元素としては、例えば、La、Ca、Al、Eu、Li、Si、Ge、Sn、In、V、Cd、Cr、Fe、Zn、Ga、Ti、Nb、Mn、Yb、Zr、Sm、Ce、Mg、Pb等を挙げることができる。中でも、負極活物質は、MgFx、AlFx、LaFx、CeFx、CaFx、PbFxであることが好ましい。なお、上記xは、0よりも大きい実数である。 As the negative electrode active material, any active material having a lower potential than the positive electrode active material can be selected. Examples of the negative electrode active material include fluorides of simple metals, fluorides of alloys, and fluorides of metal oxides. Examples of the metal elements contained in the negative electrode active material include La, Ca, Al, Eu, Li, Si, Ge, Sn, In, V, Cd, Cr, Fe, Zn, Ga, Ti, Nb, Mn, Yb, Zr, Sm, Ce, Mg, and Pb. Among them, the negative electrode active material is preferably MgFx, AlFx, LaFx, CeFx, CaFx, or PbFx. Note that the above x is a real number greater than 0.
導電材およびバインダーについては、上述した「1.正極活物質層」に記載した材料と同様の材料を用いることができる。電解質については、「3.電解質層」に記載する内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。 The conductive material and binder may be the same as those described in "1. Positive electrode active material layer" above. The electrolyte is the same as that described in "3. Electrolyte layer", so a description of it here is omitted.
負極活物質層における負極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば30重量%以上であり、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましい。また、負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 From the viewpoint of capacity, the content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably higher, for example, 30% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and more preferably 70% by weight or more. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
3.電解質層
本開示における電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層を構成する電解質は、液体電解質(電解液)であってもよく、ポリマー電解質であってもよく、無機固体電解質であってもよい。
3. Electrolyte Layer The electrolyte layer in the present disclosure is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrolyte constituting the electrolyte layer may be a liquid electrolyte (electrolytic solution), a polymer electrolyte, or an inorganic solid electrolyte.
電解液は、例えば、フッ化物塩および溶媒を含有する。フッ化物塩としては、例えば、無機フッ化物塩、有機フッ化物塩、イオン液体が挙げられる。無機フッ化物塩としては、例えば、XF(Xは、Li、Na、K、RbまたはCsである)が挙げられる。有機フッ化物塩のカチオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムカチオン等のアルキルアンモニウムカチオンが挙げられる。電解液におけるフッ化物塩の濃度は、例えば0.1mol/L以上であり、0.3mol/L以上であってもよく、0.5mol/L以上であってもよい。一方、フッ化物塩の濃度は、例えば6mol/L以下であり、3mol/L以下であってもよい。 The electrolyte contains, for example, a fluoride salt and a solvent. Examples of the fluoride salt include inorganic fluoride salts, organic fluoride salts, and ionic liquids. Examples of the inorganic fluoride salt include XF (X is Li, Na, K, Rb, or Cs). Examples of the cation of the organic fluoride salt include alkyl ammonium cations such as tetramethylammonium cations. The concentration of the fluoride salt in the electrolyte is, for example, 0.1 mol/L or more, and may be 0.3 mol/L or more, or may be 0.5 mol/L or more. On the other hand, the concentration of the fluoride salt is, for example, 6 mol/L or less, and may be 3 mol/L or less.
溶媒としては、例えば、R1-O(CH2CH2O)n-R2(R1およびR2は、それぞれ独立に、炭素数4以下のアルキル基、または、炭素数4以下のフルオロアルキル基であり、nは2~10の範囲内である)で表されるグライム、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートが挙げられる。電解液は、アルカリ金属アミド塩を含有していてもよい。ポリマー電解質は、例えば液体電解質にポリマーを添加し、ゲル化することで、得ることができる。 Examples of the solvent include glymes represented by R 1 -O(CH 2 CH 2 O) n -R 2 (R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 4 or less carbon atoms or a fluoroalkyl group having 4 or less carbon atoms, and n is in the range of 2 to 10), cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC), and chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). The electrolyte may contain an alkali metal amide salt. The polymer electrolyte can be obtained, for example, by adding a polymer to a liquid electrolyte and gelling it.
一方、無機固体電解質としては、例えば、La、Ce等のランタノイド元素を有するフッ化物、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属元素を有するフッ化物、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類元素を有するフッ化物が挙げられる。また、無機固体電解質は、La、Ba、Pb、Sn、CaおよびCeの少なくとも一種の金属元素を有するフッ化物であることが好ましい。無機固体電解質は、上記金属元素を一種のみ有していてもよく、二種以上有していてもよい。無機固体電解質の具体例としては、La1-xBaxF3-x(0≦x≦1)、Pb2-xSnxF4(0≦x≦2)、Ca2-xBaxF4(0≦x≦2)およびCe1-xBaxF3-x(0≦x≦1)が挙げられる。上記xは、それぞれ、0よりも大きくてもよく、0.3以上であってもよく、0.5以上であってもよく、0.9以上であってもよい。また、上記xは、それぞれ、1よりも小さくてもよく、0.9以下であってもよく、0.5以下であってもよく、0.3以下であってもよい。無機固体電解質の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状を挙げることができる。 On the other hand, examples of inorganic solid electrolytes include fluorides having lanthanoid elements such as La and Ce, fluorides having alkali metal elements such as Li, Na, K, Rb, and Cs, and fluorides having alkaline earth elements such as Ca, Sr, and Ba. In addition, the inorganic solid electrolyte is preferably a fluoride having at least one metal element of La, Ba, Pb, Sn, Ca, and Ce. The inorganic solid electrolyte may have only one of the above metal elements, or may have two or more of them. Specific examples of inorganic solid electrolytes include La 1-x Ba x F 3-x (0≦x≦1), Pb 2-x Sn x F 4 (0≦x≦2), Ca 2-x Ba x F 4 (0≦x≦2), and Ce 1-x Ba x F 3-x (0≦x≦1). Each of the x's may be greater than 0, greater than or equal to 0.3, greater than or equal to 0.5, or greater than or equal to 0.9. Each of the x's may be smaller than 1, less than or equal to 0.9, less than or equal to 0.5, or less than or equal to 0.3. The shape of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but may be, for example, a particulate shape.
4.その他の構成
本開示におけるフッ化物イオン電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および電解質層を少なくとも有する。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体、また、上述した部材を収納する電池ケースを有する。正極集電体、負極集電体および電池ケースの材料は、従来公知の材料とすることができる。なお、集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状が挙げられる。また、フッ化物イオン電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に、セパレータを有していてもよい。セパレータを設けることで、より安全性の高い電池が得られる。
4. Other Configurations The fluoride ion battery in the present disclosure has at least the above-mentioned positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, and electrolyte layer. In addition, it usually has a positive electrode current collector that collects the current of the positive electrode active material layer, a negative electrode current collector that collects the current of the negative electrode active material layer, and a battery case that houses the above-mentioned members. The materials of the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, and the battery case can be conventionally known materials. The shape of the current collector can be, for example, a foil shape, a mesh shape, or a porous shape. The fluoride ion battery may also have a separator between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. By providing a separator, a safer battery can be obtained.
5.フッ化物イオン電池
本開示におけるフッ化物イオン電池は、液系電池であってもよく、全固体電池であってもよいが、全固体電池であることが好ましい。また、本開示におけるフッ化物イオン電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。また、本開示におけるフッ化物イオン電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型が挙げられる。
5. Fluoride ion battery The fluoride ion battery in the present disclosure may be a liquid battery or an all-solid-state battery, but is preferably an all-solid-state battery. The fluoride ion battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because the battery can be repeatedly charged and discharged, and is useful, for example, as an in-vehicle battery. The shape of the fluoride ion battery in the present disclosure may be, for example, a coin type, a laminate type, a cylindrical type, or a square type.
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。 This disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments. The above-mentioned embodiments are merely examples, and anything that has substantially the same configuration as the technical ideas described in the claims of this disclosure and has similar effects is included within the technical scope of this disclosure.
[実施例1]
(評価用電池の作製)
CuCl(アルドリッチ製)と、固体電解質La0.9Ba0.1F2.9(LaF3およびBaF2(共に高純度化学製)をボールミルで混合後、600℃で焼成したもの)と、導電材とを、30:60:10の重量比で、ボールミル(回転数100rpm)により混合し、正極合材を得た。得られた合材(作用極)と、固体電解質層を形成する固体電解質(La0.9Ba0.1F2.9)と、PbF2(高純度化学製)およびアセチレンブラックHS-100(デンカ製)を95:5の重量比で混合した対極と、Pb箔とを圧粉成型し、評価用電池を得た。
[Example 1]
(Preparation of Evaluation Battery)
CuCl (manufactured by Aldrich), solid electrolyte La0.9Ba0.1F2.9 ( LaF3 and BaF2 (both manufactured by Kojundo Chemical) were mixed in a ball mill and then fired at 600°C), and a conductive material were mixed in a weight ratio of 30:60:10 in a ball mill (rotation speed 100 rpm) to obtain a positive electrode composite. The obtained composite (working electrode), a counter electrode formed by mixing a solid electrolyte ( La0.9Ba0.1F2.9 ) that forms a solid electrolyte layer, PbF2 (manufactured by Kojundo Chemical) and acetylene black HS-100 (manufactured by Denka) in a weight ratio of 95:5, and Pb foil were pressed into powder to obtain a battery for evaluation.
(充放電評価)
実施例1で得られた評価用電池に対して、充放電試験を行った。充放電試験は、温度140℃、終止電位を1.5(vs.Pb/PbF2)~0.3V(vs.Pb/PbF2)として、50μAで行った。結果を図2(a)に示す。平均放電電位は0.90V(vs.Pb/PbF2)であった。
(Charge/Discharge Evaluation)
A charge/discharge test was carried out on the evaluation battery obtained in Example 1. The charge/discharge test was carried out at a temperature of 140° C., a cut-off potential of 1.5 (vs. Pb/PbF 2 ) to 0.3 V (vs. Pb/PbF 2 ), and a current of 50 μA. The results are shown in FIG. 2(a). The average discharge potential was 0.90 V (vs. Pb/PbF 2 ).
(XRD測定)
実施例1で得られた評価用電池の充放電前後の作用極に対し、CuKa線を用いたX線回折(XRD)測定をUltima IV(リガク製)を用いて行った。測定条件は、Ar雰囲気下、2θ=10~80°、走査速度2°/min、測定間隔0.02°の条件とした。結果を図3に示す。
(XRD Measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurements using CuKa radiation were performed on the working electrode of the evaluation battery obtained in Example 1 before and after charging and discharging using an Ultima IV (manufactured by Rigaku). The measurement conditions were an Ar atmosphere, 2θ = 10 to 80°, a scanning speed of 2°/min, and a measurement interval of 0.02°. The results are shown in FIG.
充放電前は、活物質CuClのピークと電解質La0.9Ba0.1F2.9のピークが確認できる。充電により正極活物質をフッ化すると、CuCl2類似構造に帰属できる2θ=15°にピークが出現する(1.5V充電後)。CuClは充電でフッ化するとCuClFが生成すると推定されるが、この材料はデータベースに報告されていない。おそらく、CuClFとCuCl2は同じ結晶構造を有しており、2θ=15°のピークはCuClF由来だと考えられる。また放電後は脱フッ化して可逆的にCuCl構造に戻ることが確認された(1.5V充電→0.3V放電後)。従ってCuClの充放電反応は、CuCl(1価の銅イオン)とCuClF(2価の銅イオン)との間の反応が起きていると推察される。 Before charging and discharging, the peak of the active material CuCl and the peak of the electrolyte La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 can be confirmed. When the positive electrode active material is fluorinated by charging, a peak appears at 2θ = 15 ° that can be assigned to a structure similar to CuCl 2 (after charging at 1.5 V). It is presumed that CuCl is fluorinated by charging to produce CuClF, but this material has not been reported in the database. Presumably, CuClF and CuCl 2 have the same crystal structure, and the peak at 2θ = 15 ° is thought to be derived from CuClF. It was also confirmed that after discharging, it was defluorinated and reversibly returned to the CuCl structure (after charging at 1.5 V and discharging at 0.3 V). Therefore, it is presumed that the charge and discharge reaction of CuCl is a reaction between CuCl (monovalent copper ion) and CuClF (divalent copper ion).
[実施例2]
実施例1の正極活物質をCuBr(アルドリッチ製)に変更したこと以外は、実施例1と同様に評価用電池を作製し、充放電評価を行った。結果を図2(b)に示す。平均放電電位は0.48V(vs.Pb/PbF2)であった。
[Example 2]
A battery for evaluation was prepared in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material in Example 1 was changed to CuBr (manufactured by Aldrich), and charge/discharge evaluation was performed. The results are shown in Fig. 2(b). The average discharge potential was 0.48 V (vs. Pb/ PbF2 ).
[実施例3]
実施例1の正極活物質をCuI(アルドリッチ製)に変更したこと以外は、実施例1と同様に評価用電池を作製し、充放電評価を行った。結果を図2(c)に示す。平均放電電位は0.57V(vs.Pb/PbF2)であった。
[Example 3]
A battery for evaluation was prepared in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material in Example 1 was changed to CuI (manufactured by Aldrich), and the charge/discharge evaluation was performed. The results are shown in Fig. 2(c). The average discharge potential was 0.57 V (vs. Pb/ PbF2 ).
[比較例]
実施例1の正極活物質をCuF2(Strem chemicals製)に変更したこと以外は、実施例1と同様に評価用電池を作製し、充放電評価を行った。結果を図2(d)に示す。平均放電電位は0.33V(vs.Pb/PbF2)であった。
[Comparative Example]
A battery for evaluation was prepared in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material in Example 1 was changed to CuF 2 (manufactured by Strem Chemicals), and charge/discharge evaluation was performed. The results are shown in Figure 2(d). The average discharge potential was 0.33 V (vs. Pb/PbF 2 ).
図2(a)~(d)の結果から、実施例1~3の評価用電池は、比較例の評価用電池より高い初回放電電位を有することが確認された。また、実施例1~3の評価用電池は、比較例の評価用電池に対して、充電電位も高電位であることが確認された。すなわち、実施例1~3で用いた正極活物質(CuCl、CuBrおよびCuI)は、比較例で用いた正極活物質(CuF2)よりも充放電電位が高いことが確認された。実施例1~3で用いた正極活物質は、1価の銅イオンが安定に存在することができるハロゲン化銅であるため、1価の銅イオン(Cu+)と2価の銅イオン(Cu2+)との間の酸化還元により反応電位が貴な電位にシフトしたと推定される。 From the results of Figures 2 (a) to (d), it was confirmed that the evaluation batteries of Examples 1 to 3 had a higher initial discharge potential than the evaluation battery of the comparative example. In addition, it was confirmed that the evaluation batteries of Examples 1 to 3 also had a higher charge potential than the evaluation battery of the comparative example. That is, it was confirmed that the positive electrode active materials (CuCl, CuBr and CuI) used in Examples 1 to 3 had a higher charge/discharge potential than the positive electrode active material (CuF 2 ) used in the comparative example. Since the positive electrode active materials used in Examples 1 to 3 are copper halides in which monovalent copper ions can exist stably, it is presumed that the reaction potential shifted to a more noble potential due to oxidation-reduction between monovalent copper ions (Cu + ) and divalent copper ions (Cu 2+ ).
1 …正極活物質層
2 …負極活物質層
3 …電解質層
4 …正極集電体
5 …負極集電体
6 …電池ケース
10 …フッ化物イオン電池
Reference Signs List 1 positive electrode active material layer 2 negative electrode active material layer 3 electrolyte layer 4 positive electrode current collector 5 negative electrode current collector 6 battery case 10 fluoride ion battery
Claims (4)
前記正極活物質は、1価の銅イオンを含むハロゲン化銅であり、
前記ハロゲン化銅は、CuX(Xは、BrまたはIである)である、正極活物質。 A positive electrode active material for use in a fluoride ion battery, comprising:
The positive electrode active material is a copper halide containing a monovalent copper ion,
The copper halide is CuX (X is Br or I).
前記正極活物質層が、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の正極活物質を含有する、フッ化物イオン電池。 A fluoride ion battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
A fluoride ion battery, wherein the positive electrode active material layer contains the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022045056A JP7613401B2 (en) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | Positive electrode active material and fluoride ion battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022045056A JP7613401B2 (en) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | Positive electrode active material and fluoride ion battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023139493A JP2023139493A (en) | 2023-10-04 |
| JP7613401B2 true JP7613401B2 (en) | 2025-01-15 |
Family
ID=88205002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022045056A Active JP7613401B2 (en) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | Positive electrode active material and fluoride ion battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7613401B2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015176704A (en) | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 積水化学工業株式会社 | halogen secondary battery |
| JP2016051646A (en) | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 積水化学工業株式会社 | Halogen secondary battery |
| WO2022186394A1 (en) | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 株式会社アイシン | Catalytic solution for halide ion battery |
-
2022
- 2022-03-22 JP JP2022045056A patent/JP7613401B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015176704A (en) | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 積水化学工業株式会社 | halogen secondary battery |
| JP2016051646A (en) | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 積水化学工業株式会社 | Halogen secondary battery |
| WO2022186394A1 (en) | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 株式会社アイシン | Catalytic solution for halide ion battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023139493A (en) | 2023-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6848435B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| KR102657064B1 (en) | Electrode for lithium secondary battery | |
| RU2683278C1 (en) | Cathode active material and fluoride ion battery | |
| US20060088767A1 (en) | Battery with molten salt electrolyte and high voltage positive active material | |
| JP7821994B2 (en) | Battery and method for manufacturing the battery | |
| JP5991718B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| CN109755566B (en) | Cathode Active Materials and Fluoride Ion Batteries | |
| JP7282145B2 (en) | Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
| KR102075607B1 (en) | Positive electrode active material and fluoride ion battery | |
| JP7099403B2 (en) | Fluoride ion battery | |
| US12555787B2 (en) | Fluoride ion battery and method for producing fluoride ion battery | |
| KR102195719B1 (en) | Cathode active material and fluoride ion battery | |
| JP7613401B2 (en) | Positive electrode active material and fluoride ion battery | |
| JP6863223B2 (en) | Positive electrode active material and fluoride ion battery | |
| JP6911545B2 (en) | Negative electrode and non-aqueous electrolyte power storage element | |
| JP7780729B2 (en) | Cathode Materials and Batteries | |
| JP7649998B2 (en) | Secondary battery | |
| JP7200843B2 (en) | Positive electrode active material layer | |
| JP7697484B2 (en) | Anode active material for fluoride ion battery, anode active material layer for fluoride ion battery, composition for forming anode active material layer for fluoride ion battery, fluoride ion battery, method for manufacturing anode active material for fluoride ion battery, and method for manufacturing a fluoride ion battery | |
| CN115380402A (en) | Battery with a battery cell | |
| JP6599790B2 (en) | Active material and fluoride ion battery | |
| JP7655302B2 (en) | Water-based batteries | |
| JP7088126B2 (en) | Fluoride ion battery | |
| JP2025144819A (en) | fluoride-ion battery | |
| JP2021503690A (en) | One-dimensional pre-calcinated material as positive electrode for rechargeable calcium battery and cell containing it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231018 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240821 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240827 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241004 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241126 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241209 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7613401 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |