JP2016066592A - 負極活物質、ナトリウムイオン電池およびリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、ナトリウムイオン電池またはリチウムイオン電池に用いられる負極活物質であって、A4Nb6O17相(Aは、H、NaおよびKの少なくとも一種である)を有することを特徴とする負極活物質を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図4
Description
本発明の負極活物質は、ナトリウムイオン電池またはリチウムイオン電池に用いられる負極活物質であって、A4Nb6O17相(Aは、H、NaおよびKの少なくとも一種である)を有することを特徴とする。
図1は、本発明のナトリウムイオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるナトリウムイオン電池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。また、負極活物質層2は、上記「A.負極活物質」に記載した負極活物質を含有する。
以下、本発明のナトリウムイオン電池について、構成ごとに説明する。
本発明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、負極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
本発明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。電解質層に含まれる電解質を介して、正極活物質と負極活物質との間のイオン伝導を行う。電解質層の形態は、特に限定されるものではなく、液体電解質層、ゲル電解質層、固体電解質層等を挙げることができる。
本発明のナトリウムイオン電池は、通常、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を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができる。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができる。また、集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状等を挙げることができる。また、集電体上に活物質層を形成する方法としては、例えば、ドクターブレード法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法等を挙げることができる。
本発明のナトリウムイオン電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および電解質層を有するものであれば特に限定されるものではない。さらに、本発明のナトリウムイオン電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも、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。なお、一次電池には、一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。また、本発明のナトリウム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、円筒型および角型等を挙げることができる。また、ナトリウムイオン電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的なナトリウムイオン電池における製造方法と同様である。
図1は、本発明のリチウムイオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるリチウムイオン電池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。また、負極活物質層2は、上記「A.負極活物質」に記載した負極活物質を含有する。
なお、本発明のリチウムイオン電池は、基本的に、上記「B.ナトリウムイオン電池」に記載した内容と同様であるので、以下、相違する点のみ記載する。
原料であるK2CO3およびNb2O5を、K2CO3:Nb2O5=2:3のモル比で秤量し、エタノール中で混練した。その後、ペレット成型し、マッフル炉にて1000℃、12時間の条件で焼成した。これにより、K4Nb6O17の組成を有する活物質を得た。
(X線回折測定)
実施例1で得られた活物質に対して、CuKα線を用いたX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図2に示す。図2に示すように、実施例1で得られた活物質は、2θ=10.01°、12.89°、14.68°、15.67°、17.63°、23.30°、25.10°、27.60°、30.20°、40.50°、46.40°に代表的なピークが現れ、K4Nb6O17相を主体として含有することが確認された。なお、図3は、K4Nb6O17相(斜方晶、空間群P21nb)の結晶構造を示す模式図である。図3に示すように、K4Nb6O17相は、NbO6八面体層とK層と積層された層状構造を有する。
実施例1で得られた活物質を用いた評価用電池を作製した。まず、得られた活物質と、導電化材(アセチレンブラック)と、結着材(ポリフッ化ビニリデン、PVDF)とを、活物質:導電化材:結着材=85:10:5の重量比で秤量し、混練することにより、ペーストを得た。次に、得られたペーストを、銅箔上にドクターブレードにて塗工し、乾燥し、プレスすることにより、厚さ20μmの試験電極を得た。
実施例1で得られた活物質(K4Nb6O17)を、濃度7MのHNO3水溶液中で、24時間室温撹拌して、活物質に含まれるKイオンをHイオンにイオン交換した。これにより、H4Nb6O17の組成を有する活物質を得た。
実施例2で得られた活物質(H4Nb6O17)を、濃度1MのNaOH水溶液中で、48時間室温撹拌して、活物質に含まれるHイオンをNaイオンにイオン交換した。これにより、Na4Nb6O17の組成を有する活物質を得た。
(充放電試験)
実施例2、3で得られた活物質を用いた評価用電池(ナトリウムイオン電池およびリチウムイオン電池)を作製した。具体的な製造方法は、実施例1と同様である。得られた評価用電池に対して、充放電試験を行った。具体的には、環境温度25℃、電圧範囲0.1V〜2.5Vの条件で行った。電流値は、3mA/gとした。その結果を図6および図7に示す。
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 … ナトリウムイオン電池またはリチウムイオン電池
Claims (5)
- ナトリウムイオン電池またはリチウムイオン電池に用いられる負極活物質であって、
A4Nb6O17相(Aは、H、NaおよびKの少なくとも一種である)を有することを特徴とする負極活物質。 - 前記Aが、Kであることを特徴とする請求項1に記載の負極活物質。
- 前記Aが、NaまたはKであることを特徴とする請求項1に記載の負極活物質。
- 正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するナトリウムイオン電池であって、
前記負極活物質が、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負極活物質であることを特徴とするナトリウムイオン電池。 - 正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するリチウムイオン電池であって、
前記負極活物質が、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負極活物質であることを特徴とするリチウムイオン電池。
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