JP2017059368A - Secondary battery and electrolytic solution for secondary battery - Google Patents

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Hiroyuki Kobori
裕之 小堀
亮 藤原
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亮 藤原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an inexpensive secondary battery, which operates even at an atmospheric temperature, and works according to a novel energy-saving principle; and an electrolytic solution for such a secondary battery.SOLUTION: A secondary battery 1 according to the present invention comprises: a positive electrode 11 including a metal as a positive electrode active material; a negative electrode 12; and an electrolytic solution 13. The electrolytic solution 13 contains an electrolyte. The electrolyte includes an ionic compound MX (where M is a metal ion substance; and X is an anion substance). In the secondary battery 1, the ionic compound MX includes at least one sodium chloride, and it further includes an ionic compound MX in which an element lower than sodium in oxidation-reduction potential makes the metal ion substance M.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二次電池及び二次電池等電解液に関するものであり、新しい充放電反応に基づいて作動する二次電池、及びその二次電池に用いられる電解液に関する。   The present invention relates to a secondary battery and an electrolytic solution such as a secondary battery, and relates to a secondary battery that operates based on a new charge / discharge reaction, and an electrolytic solution used in the secondary battery.

二次電池は、携帯機器、ノート型パソコン、ポータブル機器等の様々な電子機器に用いられている。特に、リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度と高い電圧を有し、また充放電時に完全に放電される前に充電を行うと次第に電池容量が減少していく現象、いわゆるメモリ効果がないことから、電子機器の電源として多く用いられている。   Secondary batteries are used in various electronic devices such as portable devices, notebook computers, and portable devices. In particular, a lithium ion battery has a high energy density and a high voltage, and there is no so-called memory effect because the battery capacity gradually decreases when charged before being completely discharged during charging and discharging. It is often used as a power source for electronic devices.

現在、地球温暖化防止の対策として、世界規模でCO排出抑制の取り組みが行われている。そのような中、石油依存度が低く、CO削減に寄与することができる、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車等の次世代クリーンエネルギー自動車の開発と普及が急務とされている。例えば、リチウムイオン電池は、このような次世代クリーンエネルギー自動車の駆動力としても期待されている。 Currently, as a measure to prevent global warming, efforts are being made to reduce CO 2 emissions on a global scale. Under such circumstances, there is an urgent need to develop and popularize next-generation clean energy vehicles such as plug-in hybrid vehicles and electric vehicles that have low dependence on petroleum and can contribute to CO 2 reduction. For example, lithium ion batteries are also expected as a driving force for such next-generation clean energy vehicles.

具体的に、リチウムイオン電池は、正極、負極、セパレータ、及び非水電解液を有している(例えば、特許文献1参照)。正極は、アルミニウム箔等の集電体に、正極活物質と結着剤と導電剤とを含有する合剤層が設けられて構成されている。また、負極は、銅箔等の集電体に、負極活物質と結着剤と導電剤とを含有する合剤層が設けられて構成されている。正極活物質としては、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムのようなリチウム遷移金属複合酸化物等が用いられ、負極活物質としては、黒鉛や各種合金材料等が用いられている。リチウムイオン電池では、充電時において、正極活物質に含まれるリチウムイオンが正極から放出(脱離)されて、負極に吸蔵される。一方、放電時においては、その逆の動きが生じる。リチウムイオン電池では、このように正極と負極との間でリチウムイオンの吸蔵・放出が繰り返されることによって、電気エネルギーが作り出される。   Specifically, the lithium ion battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolytic solution (see, for example, Patent Document 1). The positive electrode is configured such that a mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent is provided on a current collector such as an aluminum foil. The negative electrode is configured by providing a current collector such as a copper foil with a mixture layer containing a negative electrode active material, a binder, and a conductive agent. Lithium transition metal composite oxides such as lithium cobaltate and lithium nickelate are used as the positive electrode active material, and graphite and various alloy materials are used as the negative electrode active material. In a lithium ion battery, during charging, lithium ions contained in the positive electrode active material are released (desorbed) from the positive electrode and inserted in the negative electrode. On the other hand, the reverse movement occurs during discharge. In the lithium ion battery, electric energy is created by repeating occlusion / release of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode.

しかしながら、このようなリチウムイオン電池に使用されているリチウム遷移金属複合酸化物は、特殊な化合物であり、しかも高価であるという難点がある。   However, the lithium transition metal composite oxide used in such a lithium ion battery is a special compound and has a drawback of being expensive.

一方、リチウムイオン電池以外の二次電池として、ゼブラバッテリー等の溶融塩電池も提案されている。ゼブラバッテリーは、正極がニッケル(Ni)で、負極が融解ナトリウム(Na)で構成されており、電解質として塩化アルミニウムナトリウム(融点約160℃)が用いられ、250℃程度の温度で作動する。   On the other hand, molten salt batteries such as zebra batteries have been proposed as secondary batteries other than lithium ion batteries. The zebra battery has a positive electrode made of nickel (Ni) and a negative electrode made of molten sodium (Na), and uses sodium aluminum chloride (melting point: about 160 ° C.) as an electrolyte and operates at a temperature of about 250 ° C.

しかしながら、このような溶融塩電池は、常温では作動せず、省エネルギーな二次電池としては十分なものではない。   However, such a molten salt battery does not operate at room temperature and is not sufficient as an energy-saving secondary battery.

そのほか、二次電池として、特許文献2〜4のような技術が提案されている。   In addition, as secondary batteries, techniques such as Patent Documents 2 to 4 have been proposed.

特開2006−310010号公報JP 2006-310010 A 国際公開第2013/108309号公報International Publication No. 2013/108309 国際公開第2010/073978号公報International Publication No. 2010/073978 特開2007−200616号公報JP 2007-200966 A

本発明は、安価であって、常温でも作動して省エネルギーな新たな原理で作動する二次電池及びその二次電池用電解液を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a secondary battery that is inexpensive, operates at room temperature, and operates on a new energy-saving principle, and an electrolyte for the secondary battery.

(1)本発明の第1の発明は、正極活物質として金属を含む正極と、負極と、電解液とを備え、前記電解液は電解質を含有し、該電解質にはイオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)が含まれており、前記イオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウムであり、前記電解液中には、前記イオン性化合物MXとして、さらに、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物が含まれていることを特徴とする二次電池である。   (1) A first invention of the present invention includes a positive electrode containing a metal as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolytic solution, and the electrolytic solution contains an electrolyte, and the electrolyte contains an ionic compound MX (M : Metal ionic substance, X: anionic substance), and at least one of the ionic compounds MX is sodium chloride, and the ionic compound MX is further contained in the electrolyte as the ionic compound MX. The secondary battery includes a compound having a metal ion substance M as an element having a low oxidation-reduction potential.

(2)本発明の第2の発明は、第1の発明において、前記イオン性化合物MXである塩化ナトリウムは、前記電解液中に固体として前記負極と接して設けられている二次電池である。   (2) The second invention of the present invention is the secondary battery according to the first invention, wherein the sodium chloride as the ionic compound MX is provided in contact with the negative electrode as a solid in the electrolytic solution. .

(3)本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素が、カルシウム、バリウム、カリウム、リチウムから選ばれるいずれかである二次電池である。   (3) The third invention of the present invention is the secondary battery according to the first or second invention, wherein the element having a lower oxidation-reduction potential than sodium is selected from calcium, barium, potassium, and lithium. It is.

(4)本発明の第4の発明は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記負極は、前記金属イオン物質Mを還元して金属化する材質からなる構成を有する二次電池である。   (4) A fourth aspect of the present invention is a secondary battery according to any one of the first to third aspects, wherein the negative electrode is made of a material that reduces and metalizes the metal ion substance M. is there.

(5)本発明の第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの発明において、前記正極活物質を構成する金属と前記負極を構成する金属のそれぞれの標準電極電位が、前記イオン性化合物MXを構成する金属イオン物質Mの標準電極電位に比べて大きい二次電池である。   (5) According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the standard electrode potential of each of the metal constituting the positive electrode active material and the metal constituting the negative electrode is the ionicity. The secondary battery is larger than the standard electrode potential of the metal ion substance M constituting the compound MX.

(6)本発明の第6の発明は、第1乃至第5のいずれかの発明において、前記正極の少なくとも一部、又は前記正極の前記電解液の側とは反対側の面に、導電性物質が設けられている二次電池である。   (6) According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, at least a part of the positive electrode or a surface of the positive electrode opposite to the electrolyte side is electrically conductive. It is a secondary battery provided with a substance.

(7)本発明の第7の発明は、第1乃至第6のいずれかの発明において、前記電解液には、前記イオン性化合物MXを構成する陰イオン物質Xに対して、該陰イオン物質Xと前記正極活物質である金属Bのイオン物質とが結合した化合物BXよりも強いルイス酸性を有する化合物が含まれている二次電池である。   (7) According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the electrolyte contains an anionic substance relative to the anionic substance X constituting the ionic compound MX. The secondary battery includes a compound having a Lewis acidity stronger than that of the compound BX in which X and an ionic substance of metal B as the positive electrode active material are combined.

(8)本発明の第8の発明は、第1乃至第7のいずれかの発明において、(I)充電時には、前記イオン性化合物MXから解離した陰イオン物質Xと、前記正極活物質から電離した金属のイオン物質Bとが前記正極で結合することによって、化合析出物BXが生成するとともに、該イオン性化合物MXから解離した金属イオン物質Mが前記負極で還元されることによって、前記負極集電体上に前記金属析出物が析出し、(II)放電時には、前記充電により生成した前記化合析出物BXから陰イオン物質Xが電離して前記電解液中に戻り、かつ、該化合析出物BXからBのイオン物質が電離して前記正極で還元されることによって金属に戻るとともに、前記充電により前記負極集電体上に析出した前記金属析出物から金属イオン物質Mが電離して前記電解液中に戻る、二次電池である。   (8) The eighth invention of the present invention is based on any one of the first to seventh inventions. (I) Anionic substance X dissociated from the ionic compound MX and ionization from the positive electrode active material during charging When the metal ionic substance B is bonded at the positive electrode, a compound precipitate BX is generated, and the metal ionic substance M dissociated from the ionic compound MX is reduced at the negative electrode, whereby the negative electrode collector The metal deposit is deposited on the electric body, and (II) upon discharge, the anionic substance X is ionized from the compound precipitate BX generated by the charging and returns to the electrolyte, and the compound precipitate The ionic substance of BX is ionized and returned to the metal by being reduced at the positive electrode, and the metal ionic substance M is ionized from the metal precipitate deposited on the negative electrode current collector by the charging. Back in the electrolyte Te, a secondary battery.

(9)本発明の第9の発明は、正極活物質として金属を含む正極と、負極と、電解液とにより構成される二次電池に用いられる電解液であって、電解質を含有し、該電解質にはイオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)が含まれており、前記イオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウムであり、前記イオン性化合物MXとして、さらに、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物が含まれていることを特徴とする二次電池用電解液である。   (9) A ninth invention of the present invention is an electrolytic solution used for a secondary battery composed of a positive electrode containing a metal as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolytic solution, containing an electrolyte, The electrolyte contains an ionic compound MX (M: metal ionic substance, X: anionic substance), at least one of the ionic compounds MX is sodium chloride, and the ionic compound MX is further sodium. An electrolyte solution for a secondary battery, characterized in that a compound containing a metal ion substance M as an element having a lower oxidation-reduction potential is contained.

(10)本発明の第10の発明は、第9の発明において、前記イオン性化合物MXである塩化ナトリウムは、固体であり、前記二次電池を構成する前記負極と接する二次電池用電解液である。   (10) According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the sodium chloride that is the ionic compound MX is a solid, and is an electrolyte for a secondary battery in contact with the negative electrode constituting the secondary battery. It is.

本発明によれば、安価であって、常温でも作動して省エネルギーである新たな原理作動する新規な二次電池及びその二次電池用電解液を提供することができる。また、本発明によれば、デンドライトの発生を抑えることができ、安全性の高い二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a novel secondary battery that operates at a low temperature and operates at a normal temperature to save energy and operates on a new principle, and an electrolyte for the secondary battery. Further, according to the present invention, it is possible to suppress the generation of dendrites and to provide a highly safe secondary battery.

本発明に係る二次電池の構成と、作動原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure and operating principle of the secondary battery which concern on this invention. 本発明に係る二次電池の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の他の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the other structure of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の他の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the other structure of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池において、固体のNaClを電解質層として負極に接して設けた場合の構成と、作動原理を説明するための図である。In the secondary battery which concerns on this invention, it is a figure for demonstrating the structure at the time of providing solid NaCl as an electrolyte layer in contact with a negative electrode, and an operation principle.

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible in the range which does not change the summary of this invention.

<1.二次電池>
本発明に係る二次電池は、正極活物質として金属を含む正極と、負極と、電解液とを備えるものであり、電解液は電解質を含有し、その電解質にはイオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)が含まれている。そして、この二次電池においては、電解質であるイオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウムであり、また、その電解液中には、イオン性化合物MXとして、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物がさらに含まれている。
<1. Secondary battery>
The secondary battery according to the present invention includes a positive electrode containing a metal as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolytic solution. The electrolytic solution contains an electrolyte, and the electrolyte contains an ionic compound MX (M: Metal ion substance, X: anionic substance). In this secondary battery, at least one of the ionic compounds MX as an electrolyte is sodium chloride, and an element having a lower oxidation-reduction potential than sodium is included in the electrolyte as the ionic compound MX. A compound to be a metal ion substance M is further included.

なお、本明細書において「金属」とは、単体金属及び合金を意味し、またそれらの単体金属や合金に他の元素がドープされたものが含まれる。   In the present specification, “metal” means a single metal and an alloy, and those single metals and alloys doped with other elements are included.

具体的に、図1は、本発明に係る二次電池の構成の一例を示す概略構成図である。この二次電池1は、正極11と、負極12と、電解液13とを備えて構成される。   Specifically, FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of the secondary battery according to the present invention. The secondary battery 1 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, and an electrolyte solution 13.

正極11は、例えば図1に示すようにシート状に形成されており、図示しない正極集電体と、その正極集電体に貼り合わされた正極活物質とにより構成されている。なお、正極活物質としては、金属Bを含む。   The positive electrode 11 is formed in a sheet shape as shown in FIG. 1, for example, and is composed of a positive electrode current collector (not shown) and a positive electrode active material bonded to the positive electrode current collector. Note that the positive electrode active material includes metal B.

負極12は、同様に図1に示すようにシート状に形成されており、例えば負極集電体からなっている。なお。二次電池1においては、負極12に負極活物質を備えなくてもよい。負極活物質を備えないことにより、負極12を薄くすることができ、延いては二次電池1のサイズをより小さくすることができ、エネルギー密度を高めることができる。   Similarly, the negative electrode 12 is formed in a sheet shape as shown in FIG. 1, and is made of, for example, a negative electrode current collector. Note that. In the secondary battery 1, the negative electrode 12 may not include the negative electrode active material. By not including the negative electrode active material, the negative electrode 12 can be thinned, and the size of the secondary battery 1 can be further reduced, and the energy density can be increased.

また、電解液13は、電解質と、その電解質を溶解させる溶媒とを含む。この二次電池1では、電解質に、イオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)を含む。そして、そのイオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウム(NaCl)であり、さらにイオン物質Mとして、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物を含む。なお、この電解液13において、イオン性化合物MXがイオン液体である場合には、必ずしも溶媒を含んでいなくてもよい。   The electrolytic solution 13 includes an electrolyte and a solvent that dissolves the electrolyte. In the secondary battery 1, the electrolyte contains an ionic compound MX (M: metal ion substance, X: anion substance). At least one of the ionic compounds MX is sodium chloride (NaCl), and the ionic material M includes a compound having an element having a lower redox potential than sodium as the metal ionic material M. In the electrolytic solution 13, when the ionic compound MX is an ionic liquid, the electrolytic solution 13 does not necessarily include a solvent.

このような構成からなる二次電池1においては、例えば図1〜図3に示すようにして、充電と放電の反応が生じ、その反応によって作動して電気エネルギーを作り出す。   In the secondary battery 1 having such a configuration, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, a charge and discharge reaction occurs, and the reaction is activated to produce electric energy.

すなわち、(I)充電時には、イオン性化合物MXから解離した陰イオン物質Xと、正極11に含まれる正極活物質から電離した金属Bのイオン物質とが正極11で結合することによって、化合析出物BXが生成する。またそれとともに、イオン性化合物MXから解離した金属イオン物質(陽イオン物質)Mは、負極12で還元されることによって、金属析出物Mとなる。 That is, (I) at the time of charging, the anion substance X dissociated from the ionic compound MX and the ionic substance of the metal B ionized from the positive electrode active material contained in the positive electrode 11 are combined at the positive electrode 11, thereby forming a compound precipitate. BX generates. At the same, the dissociated metal ion material from ionic compound MX (positive ion material) M, by being reduced at the negative electrode 12, the metal deposit M d.

一方で、(II)放電時には、充電によって正極11で生成した化合析出物BXから陰イオン物質Xが電離して電解液13中に戻り、また、その化合析出物BXから金属Bのイオン物質が解離し、解離したその金属イオン物質が正極11で還元されることによって金属Bに戻る。一方で、充電によって負極12で析出生成した金属析出物Mは、電離することによって金属イオン物質Mとして電解液13中に戻り、あるいは電解液13中に戻らずとも負極12上で陰イオン物質Xと化合してイオン性化合物MXに戻る。 On the other hand, at the time of (II) discharge, the anionic substance X is ionized from the compound precipitate BX generated at the positive electrode 11 by charging and returns to the electrolytic solution 13, and the metal B ionic substance is converted from the compound precipitate BX. The dissociated metal ion substance that has dissociated is returned to the metal B by being reduced by the positive electrode 11. On the other hand, metal deposit M d precipitated generated at the negative electrode 12 by charging, anionic substance on the anode 12 without returning metal ion material M back into the electrolyte 13, or into the electrolyte 13 by ionization Combines with X to return to ionic compound MX.

なお、図1は、少なくとも1つがNaClであるイオン性化合物MXを電解質として含む二次電池の構成とその作動原理を説明するための図であり、図2は、具体的に、そのイオン性化合物MXであるNaClの充放電反応時の様子を示す図である。また、図3は、固体のNaClにより電解質層14として負極12に接するように設け、NaCl以外の電解質としてLiCl(イオン性化合物MX)を用いたときの二次電池の構成とその作動原理を示す図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration and operating principle of a secondary battery including an ionic compound MX, at least one of which is NaCl, as an electrolyte, and FIG. 2 specifically shows the ionic compound. It is a figure which shows the mode at the time of charging / discharging reaction of NaCl which is MX. FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery and its operating principle when LiCl (ionic compound MX) is used as the electrolyte other than NaCl, provided as solid electrolyte in contact with the negative electrode 12 as the electrolyte layer 14. FIG.

本発明に係る二次電池1では、高価な活物質を用いることなく、このような新しい反応メカニズムにより、充電、放電が行われる。なお、化合析出物BXの一部は溶解していてもよい。   In the secondary battery 1 according to the present invention, charging and discharging are performed by such a new reaction mechanism without using an expensive active material. A part of the compound precipitate BX may be dissolved.

特に、本発明に係る二次電池1では、電解質であるイオン性化合物MXの少なくとも1つがNaClであり、さらにイオン性化合物MXとして、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物、例えばLiCl等を含んでいる。このような二次電池1では、上述した反応メカニズムによってナトリウムイオンが優先的に金属ナトリウムとなって負極12上に析出するようになり、その一方で、LiCl等はClを正極11側に運ぶ媒体として作用するようになるので、例えばそのLiが金属Liとなって負極12上に析出して過度な成長によってデンドライト(針状の結晶成長物)となることを効果的に抑制することができる。これにより、短絡等の発生を防止して安全性の高い二次電池とすることができる。 In particular, in the secondary battery 1 according to the present invention, at least one of the ionic compounds MX that is an electrolyte is NaCl, and an element having a lower oxidation-reduction potential than sodium is used as the metal ionic substance M as the ionic compound MX. Contains compounds such as LiCl. In such a secondary battery 1, sodium ions preferentially become metallic sodium and precipitate on the negative electrode 12 by the reaction mechanism described above, while LiCl and the like carry Cl to the positive electrode 11 side. Since it acts as a medium, for example, it is possible to effectively suppress that Li + becomes metal Li and precipitates on the negative electrode 12 and becomes dendrite (acicular crystal growth product) due to excessive growth. it can. Thereby, generation | occurrence | production of a short circuit etc. can be prevented and it can be set as a highly safe secondary battery.

以下では、二次電池1の各構成についてより具体的に説明する。   Below, each structure of the secondary battery 1 is demonstrated more concretely.

<2.正極>
[正極の構成]
正極11は、正極活物質を含んで構成されている。正極活物質は、例えば、シート状の正極集電体に貼り合せて、あるいは正極集電体に塗布する等して接合されて設けられる。なお、正極11は、それ自体が集電体と活物質とを兼ね備えるものであってもよい。
<2. Positive electrode>
[Configuration of positive electrode]
The positive electrode 11 includes a positive electrode active material. The positive electrode active material is provided by being bonded to, for example, a sheet-like positive electrode current collector or by being applied to the positive electrode current collector. In addition, the positive electrode 11 itself may have a current collector and an active material.

正極11は、正極活物質として金属Bを含んでいる。その金属Bの標準電極電位は、電解質に含まれるイオン性化合物MXを構成する金属イオン物質Mの標準電極電位に比べて大きく、電解液13中には自然溶出しない。具体的に、そのような金属Bとしては、標準電極電位が約−0.25Vのニッケル(Ni)や、そのニッケルよりも貴(標準電極電位が−0.25V以上)な金属が好ましく挙げられる。例えば、ニッケル(Ni、−0.25V)、銅(Cu、+0.340V)、銀(Ag、+0.799V)、白金(Pt、+1.188V)、金(Au、+1.520V)等が挙げられる。その中でも、コスト等の観点から、ニッケル、銅が好ましい。   The positive electrode 11 contains the metal B as a positive electrode active material. The standard electrode potential of the metal B is larger than the standard electrode potential of the metal ion substance M constituting the ionic compound MX contained in the electrolyte, and does not spontaneously elute in the electrolyte solution 13. Specifically, as such a metal B, nickel (Ni) having a standard electrode potential of about −0.25 V or a metal nobler than the nickel (standard electrode potential of −0.25 V or more) is preferably mentioned. . For example, nickel (Ni, -0.25V), copper (Cu, + 0.340V), silver (Ag, + 0.799V), platinum (Pt, + 1.188V), gold (Au, + 1.520V), etc. It is done. Among these, nickel and copper are preferable from the viewpoint of cost and the like.

正極11において、正極集電体を設ける場合には、電極反応を起こさない材質からなるものを適用することができる。このような正極集電体としては、正極活物質に含まれる金属Bよりも貴な金属、導電性ポリマー、炭素等を挙げることができる。正極集電体は、上述した正極活物質と接合されて正極11を構成する。なお、正極活物質との接合手段や接合態様については、特に限定されない。   When the positive electrode current collector is provided in the positive electrode 11, a material made of a material that does not cause an electrode reaction can be applied. Examples of such a positive electrode current collector include metals, conductive polymers, carbon, and the like, which are more precious than the metal B contained in the positive electrode active material. The positive electrode current collector is joined to the above-described positive electrode active material to constitute the positive electrode 11. In addition, a joining means and a joining aspect with a positive electrode active material are not specifically limited.

正極11の形状としては、特に限定されず、例えば、シート状でもよく、粒状であってもよいが、シート状であることが好ましい。ここで、シート状とは、厚さや硬さ、幅、長さ等を限定するものではなく、例えば金属箔によって任意の厚みを有する長方形状等に形成されていることをいい、それ自体によって「層」を形成し得るものをいう。また、金属箔のような箔状に限られず、膜状、フィルム状、板状等も、シート状の概念に含まれる。また、正極11は、多孔質であってもよい。また、正極11の大きさや厚さについても、特に限定されず、二次電池1の所望とする大きさに応じて適宜決定することができる。   The shape of the positive electrode 11 is not particularly limited, and may be, for example, a sheet shape or a granular shape, but is preferably a sheet shape. Here, the sheet shape does not limit the thickness, hardness, width, length, etc., for example, it means that it is formed into a rectangular shape having an arbitrary thickness with a metal foil, A layer can be formed. Moreover, it is not restricted to foil shape like metal foil, A film | membrane shape, a film shape, plate shape, etc. are also contained in the sheet-like concept. The positive electrode 11 may be porous. Further, the size and thickness of the positive electrode 11 are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the desired size of the secondary battery 1.

また、正極11の少なくとも一部、又は、図4に示すように正極11の電解液13の側とは反対側の面に、導電性物質が設けられていてもよい。なお、図4に示す構成においては、正極11に設けられた導電性物質を「導電性物質15」と表記して説明する。この導電性物質は、正極1に接するように設けられており、正極1の多くが反応に使われた場合等に、集電機能を補完するために集電体のように作用する。特に、正極活物質に含まれる金属Bとして、ニッケルや銅を用いた場合に好適に使用することができる。   Further, a conductive material may be provided on at least a part of the positive electrode 11 or on the surface of the positive electrode 11 opposite to the electrolyte solution 13 side as shown in FIG. In the configuration illustrated in FIG. 4, the conductive material provided on the positive electrode 11 is described as “conductive material 15”. This conductive substance is provided so as to be in contact with the positive electrode 1 and acts like a current collector to supplement the current collecting function when most of the positive electrode 1 is used for the reaction. In particular, it can be suitably used when nickel or copper is used as the metal B contained in the positive electrode active material.

導電性物質は、正極11の電解液13側とは反対側の面(片面)すべてに設けられてもよく、その片面の一部に設けられてもよい。特に、電解液13中の電解質に含まれるイオン性化合物MXと、正極活物質に含まれる金属Bとが直接反応する場を増やし、集電体としての機能を果たすという観点からすると、片面すべてに設けられることが好ましい。例えば、図4では、シート状の正極11の片面すべてに、シート状の導電性物質15が積層されて設けられている例を示している。なお、その他の例として、図示しないが、正極11を構成する粒子の多数と、導電性物質の粒子の多数とが混合され、全体としてシート状になって構成されているものでもよく、このようにして正極11の少なくとも一部に導電性物質が設けられていてもよい。   The conductive substance may be provided on the entire surface (one surface) opposite to the electrolyte solution 13 side of the positive electrode 11 or may be provided on a part of the one surface. In particular, from the viewpoint of increasing the field where the ionic compound MX contained in the electrolyte in the electrolyte solution 13 and the metal B contained in the positive electrode active material directly react and fulfill the function as a current collector, It is preferable to be provided. For example, FIG. 4 shows an example in which the sheet-like conductive material 15 is provided on one side of the sheet-like positive electrode 11 in a laminated manner. As another example, although not shown, a large number of particles constituting the positive electrode 11 and a large number of particles of the conductive material may be mixed to form a sheet as a whole. Thus, a conductive material may be provided on at least a part of the positive electrode 11.

導電性物質としては、特に限定されないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイトなどのカーボン、ポリアニリンなどの導電性高分子、金などの金属等が挙げられる。この導電性物質は、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂バインダーを含むNMP(N−メチル−2−ピロリドン)等の溶媒に混ぜて導電性ペーストとし、その導電性ペーストを正極11に塗布して形成することができる。溶媒としては、NMP、MEK(メチルエチルケトン)、IPA(イソプロピルアルコール)、水等が挙げられ、得られた導電性ペーストを正極11上に塗布した後に乾燥することによって、その全てあるいは殆どを揮発除去することができる。なお、導電性ペーストには、導電性をあまり低下させない程度のバインダー成分が含まれていてもよく、バインダー成分としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール等が挙げられる。   The conductive substance is not particularly limited, and examples thereof include carbon such as acetylene black, ketjen black and graphite, a conductive polymer such as polyaniline, and a metal such as gold. This conductive substance is formed by mixing in a solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) containing a resin binder such as polyvinylidene fluoride to form a conductive paste, and applying the conductive paste to the positive electrode 11. Can do. Examples of the solvent include NMP, MEK (methyl ethyl ketone), IPA (isopropyl alcohol), water, and the like. The obtained conductive paste is applied on the positive electrode 11 and then dried to volatilize and remove all or most of it. be able to. Note that the conductive paste may contain a binder component that does not reduce the conductivity so much, and examples of the binder component include polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, and polyvinyl alcohol.

[正極での反応メカニズム]
正極11では、充電時には、例えば図1、図2に示すように、電解液13中のイオン性化合物MX(例えば「NaCl」)から解離した陰イオン物質X(例えば「Cl」)と、正極11の正極活物質に含まれる金属B(例えば「Cu」)のイオン物質とが結合し、正極11に化合析出物BX(例えば「CuCl」)が生成する。すなわち、二次電池1では、金属Bのイオン物質が、陰イオン物質Xと化合して正極11で化合析出物BXとなり、その化合析出物BXを正極11に保持することにより充電状態を保持する。したがって、この金属Bのイオン物質によって、充電状態が長時間保持されることになる。なお、図2は、イオン性化合物MXとしてNaClを用いた場合の一例を示すものである。
[Reaction mechanism at the positive electrode]
In the positive electrode 11, during charging, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the anionic substance X (for example, “Cl ”) dissociated from the ionic compound MX (for example, “NaCl”) in the electrolytic solution 13, and the positive electrode 11 is combined with an ionic substance of metal B (for example, “Cu”) included in the positive electrode active material 11, and a compound precipitate BX (for example, “CuCl”) is generated on the positive electrode 11. That is, in the secondary battery 1, the ionic substance of the metal B combines with the anionic substance X to become the compound precipitate BX at the positive electrode 11, and the charged state is maintained by holding the compound precipitate BX on the positive electrode 11. . Therefore, the charged state is maintained for a long time by the ionic substance of the metal B. FIG. 2 shows an example when NaCl is used as the ionic compound MX.

例えば、図2に示すように、金属BがCuであり、陰イオン物質XがClである場合、化合析出物BXとしてCuCl(塩化銅)又はCuCl(塩化第二銅)が正極11に生成する。また、金属BがNiであり、陰イオン物質XがClである場合、化合析出物BXとしてNiCl(塩化ニッケル)が正極11に生成する。そして、生成した化合析出物BXである塩化銅や塩化ニッケルは、その金属Bである銅やニッケルの作用によって、正極11に化合析出物BXとして保持され、充電状態が保たれる。 For example, as shown in FIG. 2, when the metal B is Cu and the anionic substance X is Cl , CuCl (copper chloride) or CuCl 2 (cupric chloride) is added to the positive electrode 11 as the compound precipitate BX. Generate. Further, when the metal B is Ni and the anionic substance X is Cl , NiCl 2 (nickel chloride) is generated on the positive electrode 11 as the compound precipitate BX. And the produced | generated compound precipitate BX copper chloride and nickel chloride are hold | maintained as the compound precipitate BX by the effect | action of the copper or nickel which is the metal B, and a charged state is maintained.

なお、正極11に生成した、塩化銅や塩化ニッケル等の化合析出物BXは、充電状態を保っている状態で、その一部又は全部を、電解液13中に溶解させてもよい。化合析出物BXを電解液13中に溶解させることで、放電反応の進行を速くすることができる。   The compound precipitate BX such as copper chloride or nickel chloride generated on the positive electrode 11 may be partially or wholly dissolved in the electrolytic solution 13 while maintaining a charged state. By dissolving the compound precipitate BX in the electrolytic solution 13, the progress of the discharge reaction can be accelerated.

一方、放電時には、図1、図2に示すように、正極11に生成している化合析出物BX(例えば「CuCl」)から陰イオン物質X(例えば「Cl」)が電離して飛び出し、電解液13中に戻る。さらに、化合析出物BX(例えば「CuCl」)から金属Bのイオン物質が電離し、電離した金属Bのイオン物質(例えば「Cuイオン」)が正極11で還元されて金属(例えば「Cu」)に戻るとともに、負極12で還元されて生成した金属析出物Mである金属Naから電離したNaイオンが電解液13中に戻る。 On the other hand, at the time of discharging, as shown in FIGS. 1 and 2, the anionic substance X (for example, “Cl ”) is ionized and jumped out from the compound precipitate BX (for example, “CuCl”) generated in the positive electrode 11, Return to the electrolyte 13. Further, the ionic substance of the metal B is ionized from the compound precipitate BX (for example, “CuCl”), and the ionized substance of the metal B (for example, “Cu ion”) is reduced at the positive electrode 11 to be a metal (for example, “Cu”). with return to, Na ions ionized from the metal Na is a metal deposit M d generated are reduced in the negative electrode 12 is returned to the electrolytic solution 13.

正極11では、このような従来とは異なる、新たな反応メカニズムにより、充電反応と放電反応とが起こる。   In the positive electrode 11, a charging reaction and a discharging reaction occur by a new reaction mechanism different from the conventional one.

<3.負極>
[負極の構成]
負極12は、少なくとも負極集電体により構成されている。また、負極12は、負極集電体と、負極活物質とを備えていてもよい。
<3. Negative electrode>
[Configuration of negative electrode]
The negative electrode 12 is composed of at least a negative electrode current collector. The negative electrode 12 may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material.

負極12を構成する負極集電体は、電解液13中に自然溶出せず、電解液13中に含まれるイオン性化合物MXの金属イオン物質Mを還元反応により金属析出物Mとして析出させることができる材料からなるものである。そのような負極集電体の標準電極電位は、イオン性化合物MXを構成する金属イオン物質Mの標準電極電位に比べて大きいものであり、電解液13中には自然溶出しない。 Negative electrode current collector constituting the negative electrode 12 does not naturally eluted into the electrolyte solution 13, it is precipitated as a metal deposit M d by a reduction reaction of the metal ion material M of the ionic compound MX contained in the electrolyte 13 It is made of a material that can be used. The standard electrode potential of such a negative electrode current collector is larger than the standard electrode potential of the metal ion substance M constituting the ionic compound MX and does not spontaneously elute in the electrolyte solution 13.

具体的に、負極集電体としては、標準電極電位が−0.25Vのニッケル(Ni)や、そのニッケルよりも貴(標準電極電位が−0.25V以上)である金属からなる。例えば、ニッケル(Ni、−0.25V)、銅(Cu、+0.340V)、銀(Ag、+0.799V)、白金(Pt、+1.188V)、金(Au、+1.520V)等の金属により構成され、その中でも、コスト等の観点から、ニッケル、銅からなるものが好ましい。   Specifically, the negative electrode current collector is made of nickel (Ni) having a standard electrode potential of −0.25 V or a metal that is nobler than the nickel (standard electrode potential is −0.25 V or more). For example, metals such as nickel (Ni, -0.25V), copper (Cu, + 0.340V), silver (Ag, + 0.799V), platinum (Pt, + 1.188V), gold (Au, + 1.520V) Among them, those made of nickel and copper are preferable from the viewpoint of cost and the like.

負極12においては、充電時においてイオン性化合物MXから解離した金属イオン物質Mは、金属イオン物質Mが還元されて生成した金属析出物Mとして負極集電体上に析出生成されることになる。具体的には、電解液13中に含まれるイオン性化合物MXであるNaClから解離したNaが金属Naに還元されて負極集電体上に析出生成される。この点において、従来の例えばリチウムイオン電池等のように、カーボン等の負極活物質を含み、充電によって正極活物質からの放出されたリチウムイオンがその負極活物質のカーボンにイオンの状態のまま格納される態様とは異なる。なお、「格納」とは、金属イオン物質が金属ではない状態、すなわちイオンの状態のまま化合物となることをいう。 In the negative electrode 12, the metal ion material M dissociated from ionic compound MX at the time of charge would metal ion material M is generated deposited on the negative electrode current collector as metal deposit M d generated by reduction . Specifically, Na + dissociated from NaCl which is the ionic compound MX contained in the electrolytic solution 13 is reduced to metal Na and deposited on the negative electrode current collector. In this regard, as in conventional lithium ion batteries, for example, a negative electrode active material such as carbon is included, and lithium ions released from the positive electrode active material by charging are stored in the negative active material carbon in an ionic state It is different from the embodiment. Note that “storage” means that the metal ion substance is not a metal, that is, becomes a compound in an ionic state.

負極12の形状としては、特に限定されず、例えば、シート状でもよく、粒状であってもよいが、イオン性化合物MXの1つであるNaClを固体として電解質層(例えば図3における電解質層14)を構成させ、その電解質層を負極に隣接させて設ける場合には、シート状からなる負極とすることが好ましい。また、負極12は、多孔質であってもよい。また、負極12の大きさや厚さについても、特に限定されず、二次電池1の所望とする大きさに応じて適宜決定することができる。   The shape of the negative electrode 12 is not particularly limited, and may be, for example, a sheet shape or a granular shape, but an electrolyte layer (for example, the electrolyte layer 14 in FIG. 3) using NaCl, which is one of the ionic compounds MX, as a solid. ) And the electrolyte layer is provided adjacent to the negative electrode, it is preferably a sheet-like negative electrode. The negative electrode 12 may be porous. Further, the size and thickness of the negative electrode 12 are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the desired size of the secondary battery 1.

[負極での反応メカニズム]
負極12では、充電時には、例えば図1、図2に示すように、電解液13中のイオン性化合物MXであるNaClから、金属イオン物質MであるNaがイオン化して金属イオンNaイオンとなり、そのNaイオンは、負極12で還元されて金属析出物Mである金属Naとしてその負極12上に析出する。この二次電池1においては、イオン性化合物MXとしてさらに、ナトリウムよりも酸化還元が低い元素からなる化合物が含まれているが、ナトリウムの方が酸化還元電位が高いことから、イオン性化合物MXとして含まれるNaClに基づく金属Naが優先的に析出される。
[Reaction mechanism at the negative electrode]
In the negative electrode 12, during charging, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, Na, which is a metal ion substance M, is ionized from NaCl, which is an ionic compound MX in the electrolytic solution 13, to become metal ion Na ions. Na ions are precipitated by reduction on the negative electrode 12 on the negative electrode 12 as metal Na is metal deposit M d. In the secondary battery 1, the ionic compound MX further includes a compound composed of an element having a lower oxidation reduction than sodium. However, since sodium has a higher oxidation reduction potential, the ionic compound MX is Metal Na based on the contained NaCl is preferentially deposited.

一方で、放電時には、負極12に析出している金属析出物Mである金属Naが電解液13中に金属イオン(例えば「Naイオン」)として溶出し、正極11からイオン化して飛び出してきた陰イオンであるClイオンと化合して、イオン性化合物MX(NaCl)に戻る。 On the other hand, at the time of discharge, eluted metal Na is in the electrolyte 13 is a metal deposit M d are deposited on the negative electrode 12 as a metal ion (e.g., "Na ions"), having gone out from the positive electrode 11 to ionize It combines with the anion Cl ion to return to the ionic compound MX (NaCl).

負極12では、このような従来とは異なる新たな反応メカニズムにより、充電反応と放電反応とが起こる。   In the negative electrode 12, a charging reaction and a discharging reaction occur by such a new reaction mechanism different from the conventional one.

ここで、上述したように二次電池1においては、充電によって、負極12上に金属Naが析出生成されるが、充電前の負極12に、あらかじめ、金属析出物Mである金属Naと同種の金属M’を固体で配置しておいてもよい。このように固体の金属M’を配置しておくことで、充電時、特に初期充電時における金属Naの負極12上への析出量が不足した場合等に、その金属M’でもって補うことができる。 Here, in the secondary battery 1 as described above, by charging the metal Na is generated deposited on the negative electrode 12, the negative electrode 12 before charging in advance, the metal Na and the same kind is a metal deposit M d The metal M ′ may be disposed as a solid. By arranging the solid metal M ′ in this way, when the amount of precipitation of the metal Na on the negative electrode 12 at the time of charging, in particular, the initial charging is insufficient, the metal M ′ can be compensated. it can.

また、詳しくは後述するが、負極12においては、イオン性化合物MXであるNaClを固体とした電解質層14を隣接させて設けてもよい(図3参照)。なお、この場合、NaClからなる電解質層14には、カーボン粒子等の導電性材料を混ぜてもよい。   As will be described in detail later, the negative electrode 12 may be provided with an electrolyte layer 14 made of NaCl, which is the ionic compound MX, as a solid (see FIG. 3). In this case, the electrolyte layer 14 made of NaCl may be mixed with a conductive material such as carbon particles.

<4.電解液>
電解液13は、電解質と、その電解質を溶解させる溶媒とを含有する。また、その電解質は、イオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)を含んでいる。
<4. Electrolyte>
The electrolytic solution 13 contains an electrolyte and a solvent that dissolves the electrolyte. Further, the electrolyte contains an ionic compound MX (M: metal ion substance, X: anion substance).

イオン性化合物MXは、上述したメカニズムに基づく充電反応と放電反応とを生じさせるものである。本発明に係る二次電池1では、その電解質であるイオン性化合物MXとして、少なくともNaClを含む。そして、さらにイオン性化合物MXとして、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとした化合物を含む。   The ionic compound MX causes a charging reaction and a discharging reaction based on the above-described mechanism. In the secondary battery 1 according to the present invention, at least NaCl is included as the ionic compound MX as the electrolyte. Further, as the ionic compound MX, a compound in which an element having a lower redox potential than sodium is used as the metal ion substance M is included.

具体的に、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素としては、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、カリウム(K)、リチウム(Li)から選ばれるいずれかであることが好ましい。なお、金属イオン物質MをLiとするイオン性化合物MXの例としては、例えば、LiCl、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、及びLiBr等の無機リチウム塩、LiB(C、LiN(SOCF、LiC(SOCF、LiOSOCF、LiOSO、LiOSO、LiOSO11、LiOSO13、及びLiOSO15などの有機リチウム塩等が挙げられる。 Specifically, the element having a lower redox potential than sodium is preferably selected from calcium (Ca), barium (Ba), potassium (K), and lithium (Li). Examples of the ionic compound MX in which the metal ion substance M is Li include, for example, inorganic lithium salts such as LiCl, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , and LiBr, LiB (C 6 H 5 ). 4 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiOSO 2 CF 3 , LiOSO 2 C 2 F 5 , LiOSO 2 C 4 F 9 , LiOSO 2 C 5 F 11 , LiOSO 2 C 6 Examples thereof include organic lithium salts such as F 13 and LiOSO 2 C 7 F 15 .

例えば図1、図2に示したように、二次電池1では、イオン性化合物MXの少なくとも1つであるNaClが、上述した反応メカニズムによって優先的に金属ナトリウムとなって負極12上に析出するようになる。その一方で、そのナトリウムよりも酸化還元電位が低いLi等を含む他のイオン性化合物MXでは、例えばLi→Li(金属Li)への反応が抑制され、Clを正極11側に運ぶ媒体として作用するようになる。このような作用により、二次電池1では、そのLiが金属Liとなって負極12上に析出して過度な成長によってデンドライトとなることを効果的に抑制することができるようになる。このような二次電池1では、デンドライトに基づく短絡等の発生を防止することができ、安全性の高い二次電池となる。 For example, as shown in FIGS. 1 and 2, in the secondary battery 1, NaCl, which is at least one of the ionic compounds MX, is preferentially deposited on the negative electrode 12 as metallic sodium by the reaction mechanism described above. It becomes like this. On the other hand, in other ionic compounds MX containing Li or the like having a lower oxidation-reduction potential than that of sodium, for example, a reaction to Li + → Li (metal Li) is suppressed, and Cl is conveyed to the positive electrode 11 side. To act as. By such an action, in the secondary battery 1, it is possible to effectively suppress that Li + becomes metal Li and precipitates on the negative electrode 12 and becomes dendrite due to excessive growth. In such a secondary battery 1, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit or the like based on dendrite, and the secondary battery is highly safe.

また、この二次電池1では、イオン性化合物MXであるNaClを固体として電解質層14を構成させ、負極12に接して設けるようにすることが好ましい。図3は、電解質であるイオン性化合物MXのNaClを固体とし、NaClからなる電解質層14を負極12に接して設けた構成の一例を示す図である。なお、このように固体の電解質層14であって、電解液13に含まれる電解質である。   Further, in the secondary battery 1, it is preferable that the electrolyte layer 14 is formed of NaCl, which is the ionic compound MX, as a solid and is provided in contact with the negative electrode 12. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration in which NaCl of the ionic compound MX that is an electrolyte is solid and an electrolyte layer 14 made of NaCl is provided in contact with the negative electrode 12. The solid electrolyte layer 14 is an electrolyte contained in the electrolytic solution 13 as described above.

ここで、図5は、NaClからなる電解質層14を負極12に接して設けた二次電池1の例において、NaClをNaとClとで分けてそれぞれを模式的に表現し、充電時及び放電時における挙動を示した図である。また、この二次電池1では、NaCl以外のイオン性化合物MXとしてLiClをさらに含んでいる。 Here, FIG. 5 shows an example of the secondary battery 1 in which the electrolyte layer 14 made of NaCl is provided in contact with the negative electrode 12, wherein NaCl is divided into Na + and Cl and each is schematically expressed. It is the figure which showed the behavior at the time of discharge. The secondary battery 1 further includes LiCl as the ionic compound MX other than NaCl.

図5に示すように、二次電池1では、充電を開始すると、NaClからなる電解質層14から金属イオン物質MであるNaイオンが負極12上に金属Na(金属析出物M)として析出する。一方で、陰イオン物質XであるClイオンは、電解液13中に放出され、正極11側の金属B(Cu)と反応して化合析出物BXであるCuClを形成する。なお、NaClを固体の電解質層14として負極12に隣接させて設けた場合、その充電によって、Clイオンが電解液13中に放出されて金属Naとなることにより、およそ10%程度の体積減少がみられる。 As shown in FIG. 5, in the secondary battery 1, when charging is started, Na ions, which are the metal ion substance M, are deposited on the negative electrode 12 as metal Na (metal precipitate M d ) from the electrolyte layer 14 made of NaCl. . On the other hand, Cl ions that are the anionic substance X are released into the electrolytic solution 13 and react with the metal B (Cu) on the positive electrode 11 side to form CuCl that is the compound precipitate BX. When NaCl is provided adjacent to the negative electrode 12 as the solid electrolyte layer 14, the Cl ion is released into the electrolytic solution 13 by charging and becomes metallic Na, so that the volume reduction is about 10%. Seen.

この図5の模式図からも分かるように、負極12に隣接させてイオン性化合物MXであるNaClを固体の電解質層14として設けることで、Naは負極12上に留まったままの状態で金属Naとして析出するため、より効果的に、デンドライトの発生を抑えることができる。より具体的に説明すると、電解液13中には、イオン性化合物MXであるLiCl(ナトリウムよりも酸化還元電位が低いLiを金属イオン物質Mとする化合物)をさらに含んでいるが、充電時においては、そのLiClから解離したLiイオンがLi→Liに基づいて金属Liになるよりも、負極12上から動かないNaがNa→Naに基づいて金属Naとなる反応が迅速に生じるようになるため、Li→Liの反応により金属Liが負極12上に析出する場合に生じるデンドライトの発生が起こらない。なお、上述したように、そのLiClは、NaClから解離したClを運ぶ媒体として作用するようになる。 As can be seen from the schematic diagram of FIG. 5, NaCl, which is the ionic compound MX, is provided adjacent to the negative electrode 12 as the solid electrolyte layer 14, so that Na remains on the negative electrode 12 and remains in the metallic Na state. Therefore, the generation of dendrite can be suppressed more effectively. More specifically, the electrolytic solution 13 further includes LiCl (a compound in which Li having a lower redox potential than sodium is used as the metal ion substance M) as the ionic compound MX. The reaction is such that Na which does not move from the negative electrode 12 becomes metal Na based on Na + → Na rather than Li ion dissociated from LiCl becomes metal Li based on Li + → Li. Therefore, generation of dendrite that occurs when metal Li is deposited on the negative electrode 12 by the reaction of Li + → Li does not occur. As described above, the LiCl acts as a medium for transporting Cl dissociated from NaCl.

したがって、このように、イオン性化合物MXであるNaClを固体として電解質層14を構成させ、負極12に接して設けるようにすることで、より効果的にデンドライトの発生を抑えることができ、安全性がより高く、寿命の長い二次電池とすることができる。   Therefore, the formation of the dendrite can be more effectively suppressed by forming the electrolyte layer 14 with the NaCl, which is the ionic compound MX, as a solid and in contact with the negative electrode 12. Therefore, a secondary battery having a higher lifetime and a longer lifetime can be obtained.

固体のNaClにより電解質層14を設ける場合、その電解質層(NaCl層)14の厚さとしては、例えば、0.01mm〜0.5mm程度とすることが好ましい。NaClの電解質層14の厚さが0.01mm未満であると、薄すぎて十分な容量が得られ難いことがあり、一方で、厚さが0.5mmを超えると、反応が遅くなることがある。   When the electrolyte layer 14 is provided with solid NaCl, the thickness of the electrolyte layer (NaCl layer) 14 is preferably about 0.01 mm to 0.5 mm, for example. If the thickness of the NaCl electrolyte layer 14 is less than 0.01 mm, it may be difficult to obtain a sufficient capacity because it is too thin. On the other hand, if the thickness exceeds 0.5 mm, the reaction may be slow. is there.

また、NaClの電解質層14は、各種の成膜方法により負極12に接する形態で設けることができる。   The NaCl electrolyte layer 14 can be provided in contact with the negative electrode 12 by various film forming methods.

電解液13中には、イオン性化合物MXとともに、ルイス酸性化合物が含まれていることが好ましい。具体的には、イオン性化合物MXを構成する陰イオン物質Xに対して、その陰イオン物質Xと正極活物質である金属Bのイオン物質とが結合した化合物BXよりも強いルイス酸性を有する化合物が含まれていることが好ましい。このようなルイス酸性化合物は、充放電反応時におけるイオン性化合物MXの反応を補助するように作用する。ルイス酸性化合物としては、正極活物質である金属Bとイオン性化合物MXを陰イオン物質Xとが結合した化合析出物BXとの関係によって決定されるものであるが、例えば、AlCl、CuCl、ZnCl等が挙げられ、特にアルミニウム化合物が好ましい。 The electrolytic solution 13 preferably contains a Lewis acidic compound together with the ionic compound MX. Specifically, a compound having a Lewis acidity stronger than that of the compound BX in which the anionic substance X constituting the ionic compound MX is combined with the ionic substance of the metal B as the positive electrode active material. Is preferably included. Such a Lewis acidic compound acts to assist the reaction of the ionic compound MX during the charge / discharge reaction. The Lewis acidic compound is determined by the relationship between the metal B as the positive electrode active material and the compound precipitate BX in which the ionic compound MX is bonded to the anionic material X. For example, AlCl 3 , CuCl, ZnCl 2 and the like can be mentioned, and an aluminum compound is particularly preferable.

例えば、正極活物質としての金属Bとして銅(Cu)を用い、電解質であるイオン性化合物MXとしてNaCl(M:Na、X:Cl)を用いた場合、上述したメカニズムにより、充電によって正極11には化合析出物BXとしてCuClが生成する。   For example, when copper (Cu) is used as the metal B as the positive electrode active material and NaCl (M: Na, X: Cl) is used as the ionic compound MX that is the electrolyte, the positive electrode 11 is charged by charging by the mechanism described above. Produces CuCl as a compound precipitate BX.

上述したように、充電時においては、イオン性化合物MXであるNaClがNaとClとに解離して、NaはNa→Naの反応により負極12上に金属Naとして析出し、Clは正極活物質の金属のCuと結合してCuClの化合析出物となって正極11に蓄積される。一方で、放電時において、析出した金属NaがNaとして溶出するとともに、正極11で蓄積されていたCuClからClが飛び出す。なお、Cu→Cuとなる。ところが、イオン性化合物MXであるNaClは有機溶媒中ではルイス塩基として振る舞うのに対して、正極11に析出したCuClはルイス酸であるため、両者は反応してNaとCuCl となり、Cuは正極11から溶け出しやすい状態となる。 As described above, during charging, NaCl, which is the ionic compound MX, dissociates into Na + and Cl −, and Na + precipitates as metal Na on the negative electrode 12 due to the reaction of Na + → Na. - are stored in the positive electrode 11 becomes compound precipitates CuCl in combination with Cu metal of the positive electrode active material. On the other hand, during discharge, precipitated metal Na is eluted as Na + and Cl is ejected from CuCl accumulated in the positive electrode 11. Note that Cu + → Cu. However, NaCl, which is the ionic compound MX, behaves as a Lewis base in an organic solvent, whereas CuCl deposited on the positive electrode 11 is a Lewis acid, so that they react to become Na + and CuCl 2 , and Cu Is easily dissolved from the positive electrode 11.

負極12側ではNa⇔Naの反応が起き、負極12に蓄積したNaの量が充電容量と等しくなるが、正極11において生成したCuClからCuがイオン化(CuCl )して電解液13中に溶出すると、そのCuイオンが負極12に移行して、析出している金属NaがCuに置き換わる反応が生じてしまう。すると、蓄積したNa量の低下に伴って充電容量が減少し、充電したはずの分が放電できなくなる。またそればかりか、負極12にCuが蓄積されることによって短絡の原因となる。 On the negative electrode 12 side, Na⇔Na + reaction occurs, and the amount of Na accumulated in the negative electrode 12 becomes equal to the charge capacity. However, Cu is ionized (CuCl 2 ) from the CuCl generated in the positive electrode 11, and thus in the electrolytic solution 13. When elution occurs, the Cu ions migrate to the negative electrode 12 and a reaction occurs in which the deposited metal Na is replaced by Cu. Then, as the amount of accumulated Na decreases, the charge capacity decreases, and the portion that should have been charged cannot be discharged. Moreover, the accumulation of Cu in the negative electrode 12 causes a short circuit.

このとき、電解液13中にルイス酸性化合物を含有させておくことにより、化合析出物であるCuClの溶出を効果的に防ぐことができる。すなわち、電解液13中にルイス酸性化合物としてAlClを含有させることにより、ルイス塩基として振る舞うNaClに対して、含有させたAlClの方が、正極11の化合析出物であるCuClよりも優先的に反応するようになる。つまり、AlClが、ルイス塩基であるNaClとの反応媒体となる。すると、NaClとAlClとの反応によりAlCl が生成する一方で、正極11の化合析出物CuClの反応が抑えられることになり、その結果、電解液13中へのCuイオンの溶出が抑制される。これにより、充電容量の高めることができる。 At this time, by containing a Lewis acidic compound in the electrolytic solution 13, it is possible to effectively prevent elution of CuCl which is a compound precipitate. That is, by including AlCl 3 as a Lewis acidic compound in the electrolyte solution 13, the contained AlCl 3 is more preferential than CuCl which is a compound precipitate of the positive electrode 11 with respect to NaCl acting as a Lewis base. To respond to. That is, AlCl 3 becomes a reaction medium with NaCl which is a Lewis base. Then, while the reaction between NaCl and AlCl 3 produces AlCl 4 , the reaction of the compound precipitate CuCl of the positive electrode 11 is suppressed, and as a result, the elution of Cu ions into the electrolyte solution 13 is suppressed. Is done. Thereby, charge capacity can be raised.

溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、及び鎖状エーテル類等が挙げられる。具体的には、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、クラウンエーテル、炭酸エチレン、炭酸プロプレン、エチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。なお、電解質であるイオン性化合物MXがイオン液体である場合には、必ずしも、電解液13中に溶媒が含まれていなくてもよい。   Examples of the solvent include cyclic esters, chain esters, cyclic ethers, and chain ethers. Specific examples include γ-butyrolactone, cyclohexanone, tetrahydrofuran, crown ether, ethylene carbonate, propylene carbonate, and ethylene glycol dimethyl ether. These solvents may be used alone or in combination of two or more. In addition, when the ionic compound MX which is an electrolyte is an ionic liquid, the electrolyte solution 13 does not necessarily contain a solvent.

また、図3に示したように、固体のNaClにより電解質層14を負極12に接して設ける場合、そのときの電解液13中の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネートであることが好ましい。なお、固体の電解質であるNaClには、その作用を阻害しない範囲で、炭素や導電性高分子等の導電性物質が含まれていることが好ましく、これにより、充電や放電の速度を上げることができる。   Further, as shown in FIG. 3, when the electrolyte layer 14 is provided in contact with the negative electrode 12 with solid NaCl, the solvent in the electrolytic solution 13 at that time is propylene carbonate, ethylene carbonate, or diethylene carbonate. preferable. In addition, it is preferable that NaCl, which is a solid electrolyte, contains a conductive substance such as carbon or a conductive polymer as long as the action is not hindered, thereby increasing the speed of charging and discharging. Can do.

電解液13を構成するイオン性化合物MXと溶媒との配合割合としては、特に限定されないが、全量を100質量%としたとき、イオン性化合物MXを30質量%以上で配合させることが好ましく、80質量%以上の割合で配合させることがさらに好ましい。このような割合で配合させて電解液13を調整することで、良好な充放電を実現することができる。   The blending ratio of the ionic compound MX and the solvent constituting the electrolytic solution 13 is not particularly limited, but when the total amount is 100% by mass, the ionic compound MX is preferably blended at 30% by mass or more. More preferably, it is blended at a ratio of at least mass%. By mixing the electrolyte solution 13 at such a ratio, good charge / discharge can be realized.

なお、電解液は、レドックスフロー電池を構成する電解液のように、循環させても構わない。電解液を循環させることにより、電池容量、電池寿命を大きくすることができる。また、電解液は、ポリマー等のゲル化剤が混合されることによって、ポリマーゲル等のゲルになっていてもよい。ゲル状の電解液によれば、流動性が低下するため、外装容器等からの滲み出しが抑制されて正極11と負極12との短絡を防ぐことができ、電池の安全性を向上させることができる。   In addition, you may circulate electrolyte solution like the electrolyte solution which comprises a redox flow battery. By circulating the electrolyte, the battery capacity and battery life can be increased. The electrolytic solution may be a gel such as a polymer gel by mixing a gelling agent such as a polymer. According to the gel electrolyte, the fluidity is lowered, so that the seepage from the outer container or the like can be suppressed and the short circuit between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 can be prevented, and the safety of the battery can be improved. it can.

<4.その他の構成>
二次電池1は、上述した正極11と、負極12と、電解液13とにより構成された単セル構造を複数積層して電圧や電流を高めるようにしてもよい。例えば、セパレータを間に挟むことによって、単セル構造を積層させることができる。具体的には、正極11とセパレータ(図示しない)と負極12との積層体は、板状のまま外装容器内に収容されてもよく、渦巻状に巻き回した状態で外装容器内に収容されてもよい。
<4. Other configurations>
The secondary battery 1 may be configured to increase the voltage and current by stacking a plurality of single cell structures constituted by the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the electrolytic solution 13 described above. For example, a single cell structure can be laminated by sandwiching a separator therebetween. Specifically, the laminate of the positive electrode 11, the separator (not shown), and the negative electrode 12 may be accommodated in the outer container while remaining in a plate shape, or is accommodated in the outer container in a spirally wound state. May be.

また、正極11及び負極12には、それぞれ図示しないリード線が接続されている。正極11に接続されたリード線は、通常、外装容器の正極端子に接続されており、負極12に接続されたリード線は、通常、外装容器の負極端子に接続されている。   Further, lead wires (not shown) are connected to the positive electrode 11 and the negative electrode 12, respectively. The lead wire connected to the positive electrode 11 is usually connected to the positive electrode terminal of the outer container, and the lead wire connected to the negative electrode 12 is usually connected to the negative electrode terminal of the outer container.

セパレータは、正極11と負極12とを解離する機能を有し、そのセパレータとして特に制限されず、二次電池の分野で従来公知のセパレータを適宜選択して使用することができる。なお、セパレータは必須の構成ではなく、例えばゲル状の電解液を用いることによって、セパレータを使用しない態様とすることもできる。   The separator has a function of dissociating the positive electrode 11 and the negative electrode 12, and is not particularly limited as the separator, and a conventionally known separator can be appropriately selected and used in the field of secondary batteries. In addition, a separator is not an essential structure, For example, it can also be set as the aspect which does not use a separator by using gel-like electrolyte solution.

また、隔膜として、一般的に用いられている固体電解質等を用いてもよい。このような隔膜は、電池の短絡を効果的に防止することができ、安全性を高めることができる。   Moreover, you may use the solid electrolyte etc. which are generally used as a diaphragm. Such a diaphragm can effectively prevent a short circuit of the battery and can improve safety.

以下、本発明の実施例を示して、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
電解質として固体のNaClを使用し、また電解質としてさらにLiClを電解液中に溶解させて、アルミニウム箔(負極集電体)/NaCl含有膜/セパレータ/銅箔(正極活物質)/ニッケル箔(正極集電体)をこの順番で並べてラミネートした、2極式のソフトパッケージセルを組み立てた。
[Example 1]
Solid NaCl is used as the electrolyte, and LiCl is further dissolved in the electrolyte as the electrolyte to obtain aluminum foil (negative electrode current collector) / NaCl-containing film / separator / copper foil (positive electrode active material) / nickel foil (positive electrode) A bipolar soft package cell was assembled by laminating the current collectors in this order.

具体的には、正極の集電体としてニッケル箔(厚さ8μm)を用い、正極活物質としての銅箔(厚さ10μm)をそのニッケル箔に貼り合せた。また、負極の集電体としてアルミニウム箔(厚さ15μm)を用いた。なお、負極活物質は使用しなかった。   Specifically, a nickel foil (thickness 8 μm) was used as a positive electrode current collector, and a copper foil (thickness 10 μm) as a positive electrode active material was bonded to the nickel foil. In addition, an aluminum foil (thickness: 15 μm) was used as a current collector for the negative electrode. A negative electrode active material was not used.

また、負極の集電体には、電解質として塩化ナトリウム(NaCl)含有膜を隣接させた。具体的には、塩化ナトリウムを負極集電体のアルミニウム箔に塗布することによって設けた。その構成としては、塩化ナトリウム80質量部と、グラファイト10質量部と、ポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合させた合剤を、塗布量110g/mとしてアルミニウム箔上に塗膜した。 Further, a sodium chloride (NaCl) -containing film as an electrolyte was adjacent to the negative electrode current collector. Specifically, it was provided by applying sodium chloride to the aluminum foil of the negative electrode current collector. As its configuration, a mixture obtained by mixing 80 parts by mass of sodium chloride, 10 parts by mass of graphite, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride was coated on an aluminum foil with an application amount of 110 g / m 2 .

セパレータとしては不織布(日本バイリーン株式会社製、OA−0711)を用いた。   As the separator, a non-woven fabric (manufactured by Nippon Bayleen Co., Ltd., OA-0711) was used.

電解液は、アルゴンガスの充填されたグローブボックス内で調製した。その電解液としては、先ず、塩化アルミニウム20質量部、塩化リチウム10質量部、トリエチレングリコールジメチルエーテル60質量部、EC(炭酸エチレン)10質量部をそれぞれ準備し、それらを混合して、攪拌しながら60℃で1時間加熱して調製した。   The electrolyte was prepared in a glove box filled with argon gas. First, 20 parts by mass of aluminum chloride, 10 parts by mass of lithium chloride, 60 parts by mass of triethylene glycol dimethyl ether, and 10 parts by mass of EC (ethylene carbonate) were prepared as the electrolyte solution, and they were mixed and stirred. Prepared by heating at 60 ° C. for 1 hour.

このようにして準備した正極、負極、及び電解液により、ソフトパッケージセルを組み立てた(アルミニウム箔(負極集電体)/NaCl含有膜/セパレータ/銅箔(正極活物質)/ニッケル箔(正極集電体))。なお、電極の大きさは4cm角とし、セパレータは5cm角とし、注液量は1gとした。セル組み立て時の注液作業も、アルゴンガスの充填されたグローブボックス内で行った。   A soft package cell was assembled from the positive electrode, negative electrode, and electrolyte solution thus prepared (aluminum foil (negative electrode current collector) / NaCl-containing film / separator / copper foil (positive electrode active material) / nickel foil (positive electrode collection)). Electrical body)). The size of the electrode was 4 cm square, the separator was 5 cm square, and the injection volume was 1 g. The liquid injection operation during cell assembly was also performed in a glove box filled with argon gas.

組み立てたソフトパッケージセルを、充電試験と放電試験に供した。充電は、5mAの定電流制御下において、4.3Vの電圧まで充電した。その後、300秒間の休止をした。続いて、5mAの定電流制御下において、0Vの電圧まで放電した。   The assembled soft package cell was subjected to a charge test and a discharge test. Charging was performed to a voltage of 4.3 V under a constant current control of 5 mA. Thereafter, there was a pause for 300 seconds. Subsequently, the battery was discharged to 0 V under 5 mA constant current control.

その結果、充電電圧が約3.1Vで充電され、放電電圧が約2.4Vで放電された。X線回折(XRD)測定から、充電完了時において負極(負極集電体)に析出した析出物は金属ナトリウムであり、正極のニッケル集電体上に析出した析出物は塩化銅(CuCl)であった。さらに、続く放電が完了した段階において、負極集電体の上には塩化ナトリウムが確認された。   As a result, the battery was charged at a charging voltage of about 3.1V and discharged at a discharging voltage of about 2.4V. From the X-ray diffraction (XRD) measurement, the precipitate deposited on the negative electrode (negative electrode current collector) upon completion of charging was metallic sodium, and the precipitate deposited on the positive electrode nickel current collector was copper chloride (CuCl). there were. Furthermore, sodium chloride was confirmed on the negative electrode current collector when the subsequent discharge was completed.

このことは、電解質である塩化ナトリウムが、充電時にはナトリウムイオンと塩素イオンとに分かれ、塩素イオンは正極側の銅イオンと結合して塩化銅となり、一方で、ナトリウムイオンは、負極にて還元されて負極上に金属ナトリウムとして析出したことを示している。また、放電時には、逆の反応が起こり、固体の塩化ナトリウムに戻ることを示している。   This is because sodium chloride, which is an electrolyte, is divided into sodium ions and chlorine ions during charging, and chlorine ions combine with copper ions on the positive electrode side to become copper chloride, while sodium ions are reduced at the negative electrode. It is shown that it was deposited as metallic sodium on the negative electrode. Moreover, the reverse reaction occurs at the time of discharge, and it returns to solid sodium chloride.

また、充電完了時において、負極でのデンドライトの発生は確認されなかった。   In addition, when the charging was completed, generation of dendrites at the negative electrode was not confirmed.

[実施例2]
実施例2では、電解質としてNaClを電解液中に溶解させて使用し、また電解質としてさらにリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを電解液中に溶解させて、銅箔(負極集電体)/セパレータ/銅箔(正極活物質)/ニッケル箔(正極集電体)をこの順番で並べてラミネートした、2極式のソフトパッケージセルを組み立てた。
[Example 2]
In Example 2, NaCl is used as an electrolyte dissolved in an electrolytic solution, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide is further dissolved in an electrolytic solution as an electrolyte to obtain a copper foil (negative electrode current collector) / separator. A bipolar soft package cell in which / copper foil (positive electrode active material) / nickel foil (positive electrode current collector) was laminated in this order was assembled.

具体的には、正極の集電体としてニッケル箔(厚さ8μm)を用い、正極活物質としての銅箔(厚さ10μm)をそのニッケル箔に貼り合せた。また、負極の集電体として銅箔(厚さ10μm)を用いた。なお、負極活物質は使用しなかった。   Specifically, a nickel foil (thickness 8 μm) was used as a positive electrode current collector, and a copper foil (thickness 10 μm) as a positive electrode active material was bonded to the nickel foil. Further, a copper foil (thickness: 10 μm) was used as a negative electrode current collector. A negative electrode active material was not used.

電解質として、塩化ナトリウム(NaCl)を用い、その電解質を含む電解液は、アルゴンガスの充填されたグローブボックス内で調製した。すなわち、先ず、塩化アルミニウム10質量部、EC(炭酸エチレン)30質量部、PC(炭酸プロピレン)30質量部、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド30質量部をそれぞれ準備し、それらを混合して30℃で24時間攪拌した。次に、その液体70重量部に対して塩化ナトリウムを30重量部の割合で混合し、電解液を調製した。   Sodium chloride (NaCl) was used as an electrolyte, and an electrolyte containing the electrolyte was prepared in a glove box filled with argon gas. That is, first, 10 parts by mass of aluminum chloride, 30 parts by mass of EC (ethylene carbonate), 30 parts by mass of PC (propylene carbonate), and 30 parts by mass of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide were prepared, and 30 parts by mixing them. Stir at 24 ° C. for 24 hours. Next, 30 parts by weight of sodium chloride was mixed with 70 parts by weight of the liquid to prepare an electrolytic solution.

このようにして準備した正極、負極、及び電解液により、ソフトパッケージセルを組み立てた(銅箔(負極集電体)/セパレータ/銅箔(正極活物質)/ニッケル箔(正極集電体))。なお、電極の大きさは4cm角とし、セパレータは5cm角とし、注液量は1gとした。セル組み立て時の注液作業も、アルゴンガスの充填されたグローブボックス内で行った。   A soft package cell was assembled from the positive electrode, negative electrode, and electrolyte solution thus prepared (copper foil (negative electrode current collector) / separator / copper foil (positive electrode active material) / nickel foil (positive electrode current collector)). . The size of the electrode was 4 cm square, the separator was 5 cm square, and the injection volume was 1 g. The liquid injection operation during cell assembly was also performed in a glove box filled with argon gas.

組み立てたソフトパッケージセルを、充電試験と放電試験に供した。充電は、5mAの定電流制御下において、4.3Vの電圧まで充電した。その後、300秒間の休止をした。続いて、5mAの定電流制御下において、0Vの電圧まで放電した。   The assembled soft package cell was subjected to a charge test and a discharge test. Charging was performed to a voltage of 4.3 V under a constant current control of 5 mA. Thereafter, there was a pause for 300 seconds. Subsequently, the battery was discharged to 0 V under 5 mA constant current control.

その結果、充電電圧が約3.1Vで充電され、放電電圧が約2.6Vで放電された。XRD測定から、充電完了時において負極(負極集電体)に析出した析出物は金属ナトリウムであり、正極のニッケル集電体上に析出した析出物は塩化銅(CuCl)であった。さらに、続く放電が完了した段階において、負極には集電体の銅を塩化ナトリウムが確認され、負極と正極の両方に塩化ナトリウムが確認され、正極集電体には銅が確認された。   As a result, the battery was charged at a charging voltage of about 3.1V, and discharged at a discharging voltage of about 2.6V. From the XRD measurement, the deposit deposited on the negative electrode (negative electrode current collector) upon completion of charging was metallic sodium, and the deposit deposited on the nickel current collector of the positive electrode was copper chloride (CuCl). Furthermore, when the subsequent discharge was completed, sodium chloride was confirmed as the current collector copper in the negative electrode, sodium chloride was confirmed in both the negative electrode and the positive electrode, and copper was confirmed in the positive electrode current collector.

このことは、電解質である塩化ナトリウムが、充電時にはナトリウムイオンと塩素イオンとに分かれ、塩素イオンは正極側の銅イオンと結合して塩化銅となり、一方で、ナトリウムイオンは、負極にて還元されて負極上に金属ナトリウムとして析出したことを示している。また、放電時には、逆の反応が起こり、塩化ナトリウムに戻ることを示している。   This is because sodium chloride, which is an electrolyte, is divided into sodium ions and chlorine ions during charging, and chlorine ions combine with copper ions on the positive electrode side to become copper chloride, while sodium ions are reduced at the negative electrode. It is shown that it was deposited as metallic sodium on the negative electrode. Moreover, the reverse reaction occurs at the time of discharge, and returns to sodium chloride.

また、充電完了時において、負極でのデンドライトの発生は確認されなかった。   In addition, when the charging was completed, generation of dendrites at the negative electrode was not confirmed.

1 二次電池
11 正極
12 負極
13 電解液
14 電解質層
15 導電性物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Secondary battery 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Electrolytic solution 14 Electrolyte layer 15 Conductive substance

Claims (10)

正極活物質として金属を含む正極と、負極と、電解液とを備え、
前記電解液は電解質を含有し、該電解質にはイオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)が含まれており、
前記イオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウムであり、
前記電解液中には、前記イオン性化合物MXとして、さらに、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物が含まれている
ことを特徴とする二次電池。
A positive electrode containing a metal as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The electrolytic solution contains an electrolyte, and the electrolyte contains an ionic compound MX (M: metal ion substance, X: anion substance),
At least one of the ionic compounds MX is sodium chloride,
The secondary battery, wherein the electrolytic solution further includes, as the ionic compound MX, a compound having a metal ionic substance M as an element having a lower oxidation-reduction potential than sodium.
前記イオン性化合物MXである塩化ナトリウムは、前記電解液中に固体として前記負極と接して設けられている
請求項1に記載の二次電池。
The secondary battery according to claim 1, wherein sodium chloride that is the ionic compound MX is provided in contact with the negative electrode as a solid in the electrolytic solution.
前記ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素が、カルシウム、バリウム、カリウム、リチウムから選ばれるいずれかである
請求項1又は2に記載の二次電池。
The secondary battery according to claim 1, wherein the element having a lower redox potential than sodium is any one selected from calcium, barium, potassium, and lithium.
前記負極は、前記金属イオン物質Mを還元して金属化する材質からなる構成を有する
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池。
The secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode has a configuration made of a material that reduces and metalizes the metal ion substance M.
前記正極活物質を構成する金属と前記負極を構成する金属のそれぞれの標準電極電位が、前記イオン性化合物MXを構成する金属イオン物質Mの標準電極電位に比べて大きい
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の二次電池。
The standard electrode potential of each of the metal constituting the positive electrode active material and the metal constituting the negative electrode is larger than the standard electrode potential of the metal ion material M constituting the ionic compound MX. The secondary battery according to claim 1.
前記正極の少なくとも一部、又は前記正極の前記電解液の側とは反対側の面に、導電性物質が設けられている
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の二次電池。
6. The secondary battery according to claim 1, wherein a conductive substance is provided on at least a part of the positive electrode or a surface of the positive electrode opposite to the electrolyte solution side.
前記電解液には、前記イオン性化合物MXを構成する陰イオン物質Xに対して、該陰イオン物質Xと前記正極活物質である金属Bのイオン物質とが結合した化合物BXよりも強いルイス酸性を有する化合物が含まれている
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の二次電池。
In the electrolytic solution, Lewis acidity stronger than the compound BX in which the anionic substance X and the ionic substance of the metal B as the positive electrode active material are combined with the anionic substance X constituting the ionic compound MX. The secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein a compound having the following is included.
充電時には、前記イオン性化合物MXから解離した陰イオン物質Xと、前記正極活物質から電離した金属のイオン物質Bとが前記正極で結合することによって、化合析出物BXが生成するとともに、該イオン性化合物MXから解離した金属イオン物質Mが前記負極で還元されることによって、前記負極集電体上に前記金属析出物が析出し、
放電時には、前記充電により生成した前記化合析出物BXから陰イオン物質Xが電離して前記電解液中に戻り、かつ、該化合析出物BXから金属Bのイオン物質が電離して前記正極で還元されることによって金属に戻るとともに、前記充電により前記負極集電体上に析出した前記金属析出物から金属イオン物質Mが電離して前記電解液中に戻る
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の二次電池。
At the time of charging, an anionic substance X dissociated from the ionic compound MX and a metal ionic substance B ionized from the positive electrode active material are combined at the positive electrode, whereby a compound precipitate BX is generated and the ions When the metal ion substance M dissociated from the conductive compound MX is reduced at the negative electrode, the metal deposit is deposited on the negative electrode current collector,
At the time of discharging, the anionic substance X is ionized from the compound precipitate BX generated by the charging and returns to the electrolyte, and the ionic substance of metal B is ionized from the compound precipitate BX and reduced at the positive electrode. The metal ion substance M is ionized from the metal deposit deposited on the negative electrode current collector by the charging and returned to the electrolytic solution as well as returning to the metal. Secondary battery described in 1.
正極活物質として金属を含む正極と、負極と、電解液とにより構成される二次電池に用いられる電解液であって、
電解質を含有し、該電解質にはイオン性化合物MX(M:金属イオン物質、X:陰イオン物質)が含まれており、
前記イオン性化合物MXの少なくとも1つが塩化ナトリウムであり、
前記イオン性化合物MXとして、さらに、ナトリウムよりも酸化還元電位が低い元素を金属イオン物質Mとする化合物が含まれている
ことを特徴とする二次電池用電解液。
An electrolytic solution used for a secondary battery composed of a positive electrode containing a metal as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolytic solution,
An electrolyte, the electrolyte contains an ionic compound MX (M: metal ion substance, X: anion substance),
At least one of the ionic compounds MX is sodium chloride,
An electrolyte solution for a secondary battery, wherein the ionic compound MX further includes a compound having a metal ion substance M as an element having a lower oxidation-reduction potential than sodium.
前記イオン性化合物MXである塩化ナトリウムは、固体であり、
前記二次電池を構成する前記負極と接する
請求項9に記載の二次電池用電解液。
Sodium chloride as the ionic compound MX is a solid,
The electrolytic solution for a secondary battery according to claim 9, which is in contact with the negative electrode constituting the secondary battery.
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