JP2019050119A - Cathode active material - Google Patents

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Abstract

To provide a novel cathode active material that is available for a fluoride ion battery.SOLUTION: The present invention relates to a cathode active material to be used for a fluoride ion battery, and the cathode active material contains a manganese oxide represented by MnO(meeting 2y=(x)×(valence of Mn)).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、フッ化物イオン電池に使用可能な新規の正極活物質に関する。   The present disclosure relates to novel positive electrode active materials that can be used in 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。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。   For example, a Li-ion battery is known as a high voltage and high energy density battery. The Li-ion battery is a cation-based battery using Li ions as a carrier. On the other hand, as an anion-based battery, a fluoride ion battery using fluoride ion as a carrier is known.

例えば、非特許文献1には、層状ペロブスカイト構造の結晶相を有するフッ化物イオン電池用の正極活物質(LaSrMnO)が開示されている。一方、フッ化物イオン電池に関する技術ではないものの、特許文献1には、フッ化ナトリウム(NaF)と二価の酸化金属(MO)の混合物(MはFe、Mn、Ti、V、Co、Niのうち少なくとも1つの金属元素)から成るナトリウムイオン二次電池用の正極活物質が開示されている。 For example, Non-Patent Document 1 discloses a positive electrode active material (LaSrMnO 4 ) for a fluoride ion battery having a crystal phase of a layered perovskite structure. On the other hand, although not a technology related to a fluoride ion battery, Patent Document 1 discloses a mixture of sodium fluoride (NaF) and a divalent metal oxide (MO) (M is Fe, Mn, Ti, V, Co, Ni A positive electrode active material for a sodium ion secondary battery comprising at least one metal element) is disclosed.

特開2014−220203号公報JP, 2014-220203, A

Mohammad Ali Nowroozi et al., “LaSrMnO4: Reversible Electrochemical Intercalation of Fluoride Ions in the Context of Fluoride Ion Batteries”, Chem. Mater. 2017, 29, 3441-3453Mohammad Ali Nowroozi et al., “LaSrMnO4: Reversible Electrochemical Intercalation of Fluoride Ions in the Context of Fluoride Ion Batteries”, Chem. Mater. 2017, 29, 3441-3453

フッ化物イオン電池の性能向上のため、新規な正極活物質が求められている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、フッ化物イオン電池に使用可能な新規の正極活物質を提供することを主目的とする。   In order to improve the performance of a fluoride ion battery, a novel positive electrode active material is required. This indication is made in view of the said situation, and makes it a main purpose to provide the novel positive electrode active material which can be used for a fluoride ion battery.

上記課題を達成するために、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、Mn(2y=x×(Mnの価数)を満たす)で表されるマンガン酸化物を含有する、正極活物質を提供する。 In order to achieve the above object, in the present disclosure, a positive electrode active material used for a fluoride ion battery, which is represented by Mn x O y (2 y = x x (valence of Mn)) Provided is a positive electrode active material containing an oxide.

本開示によれば、Mnで表されるマンガン酸化物が、フッ化物イオン電池の正極活物質として使用可能であることを見出した。 According to the present disclosure, it has been found that the manganese oxide represented by Mn x O y can be used as a positive electrode active material of a fluoride ion battery.

本開示においては、フッ化物イオン電池に使用可能な新規の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 being able to provide a novel positive electrode active material that can be used for a fluoride ion battery.

本開示のフッ化物イオン電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the fluoride ion battery of this indication. 実施例1〜3で得られた評価用電池に対する充放電試験の結果である。It is the result of the charging / discharging test with respect to the battery for evaluation obtained in Examples 1-3. 実施例1および比較例1〜4で得られた評価用電池に対する充放電試験の結果である。It is the result of the charging / discharging test with respect to the battery for evaluation obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-4. 実施例1で作製した正極活物質層(正極合材層)に対するXRD測定の結果である。It is the result of the XRD measurement with respect to the positive electrode active material layer (positive electrode compound material layer) produced in Example 1. 実施例1で作製した正極活物質層(正極合材層)に対するXPS測定の結果である。It is the result of the XPS measurement with respect to the positive electrode active material layer (positive electrode mixture layer) produced in Example 1.

以下、本開示の正極活物質について、詳細に説明する。   Hereinafter, the positive electrode active material of the present disclosure will be described in detail.

本開示の正極活物質は、フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質であって、Mn(2y=x×(Mnの価数)を満たす)で表されるマンガン酸化物を含有する。 The positive electrode active material of the present disclosure is a positive electrode active material used for a fluoride ion battery, and contains a manganese oxide represented by Mn x O y (2 y = x x (valence of Mn)). .

本開示によれば、Mnで表されるマンガン酸化物が、フッ化物イオン電池の正極活物質として使用可能であることを見出した。従来のフッ化物イオン電池用活物質として、例えばCu等の金属(金属活物質)が知られているが、金属活物質は、充放電時に結晶構造が大きく変化する。そのため、抵抗が高くなりやすく、かつ、サイクル特性が低くなりやすい傾向にある。これに対して、本開示においては、Mnで表されるマンガン酸化物を用いるため、金属活物質に比べて、充放電時に結晶構造が変化しにくいと推測され、抵抗の低減およびサイクル特性の向上が期待される。 According to the present disclosure, it has been found that the manganese oxide represented by Mn x O y can be used as a positive electrode active material of a fluoride ion battery. For example, metals such as Cu (metal active materials) are known as conventional fluoride ion battery active materials, but the metal active materials undergo large changes in crystal structure during charge and discharge. Therefore, the resistance tends to be high and the cycle characteristic tends to be low. On the other hand, in the present disclosure, since the manganese oxide represented by Mn x O y is used, it is assumed that the crystal structure is less likely to change during charge and discharge compared to the metal active material, and the resistance is reduced and the cycle is reduced. Improvement of the characteristics is expected.

また、例えば非特許文献1には、層状ペロブスカイト構造の結晶相を有するフッ化物イオン電池用の正極活物質(LaSrMnO)が開示されている。層状ペロブスカイト構造の結晶相を有する活物質においては、フッ化物イオンが挿入脱離する挿入脱離反応(インターカレート反応)によって、活物質としての機能が発現すると推測される。インターカレート型の活物質は、充放電反応時の膨張収縮が小さいため、サイクル特性が高い傾向にある反面、容量が低い傾向にある。これに対して、例えば、後述する実施例1のように、二価のMn(Mn2+)を含有するマンガン酸化物を用いた正極活物質は、層状ペロブスカイト構造の結晶相を有する正極活物質よりも容量が大きい。これは、二価のMn(Mn2+)を含有するマンガン酸化物の結晶構造が、層状ペロブスカイト構造の結晶構造に比べて、嵩高くないためであると推測される。また、後述する実施例1のように、二価のMn(Mn2+)を含有するマンガン酸化物を用いた正極活物質は、層状ペロブスカイト構造の結晶相を有する正極活物質よりも反応電位が高いという利点がある。 Further, for example, Non-Patent Document 1 discloses a positive electrode active material (LaSrMnO 4 ) for a fluoride ion battery having a crystal phase of a layered perovskite structure. In an active material having a crystal phase of a layered perovskite structure, it is presumed that the function as an active material is exhibited by an insertion / elimination reaction (intercalation reaction) in which fluoride ions are inserted / eliminated. Since the intercalated type active material has a small expansion and contraction at the time of charge and discharge reaction, the cycle characteristic tends to be high but the capacity tends to be low. On the other hand, for example, as in Example 1 described later, the positive electrode active material using a manganese oxide containing divalent Mn (Mn 2+ ) is more effective than the positive electrode active material having a crystal phase of a layered perovskite structure. Also the capacity is large. It is presumed that this is because the crystal structure of the manganese oxide containing divalent Mn (Mn 2+ ) is not bulky compared to the crystal structure of the layered perovskite structure. In addition, as in Example 1 described later, the positive electrode active material using a manganese oxide containing divalent Mn (Mn 2+ ) has a reaction potential higher than that of a positive electrode active material having a crystal phase of layered perovskite structure. It has the advantage of

本開示の正極活物質は、Mn(2y=x×(Mnの価数)を満たす)で表されるマンガン酸化物を含有する。マンガン酸化物は、Mnで表され、xおよびyは、ともに、0より大きい実数であり、通常は、電気的中性を維持するため、2y=x×(Mnの価数)を満たす。例えばMnにおけるMnが全て二価Mn(Mn2+)である場合、2y=x×2となり、xおよびyのモル比は同じになる(MnO)。Mnの具体例としては、MnO、Mn、MnOを挙げることができる。 The positive electrode active material of the present disclosure contains a manganese oxide represented by Mn x O y (2 y = x x (valence of Mn)). Manganese oxides are represented by Mn x O y , x and y are both real numbers greater than 0, and usually 2y = x x (valence of Mn) to maintain electrical neutrality. Fulfill. For example, if all Mn in Mn x O y are divalent Mn (Mn 2+ ), then 2y = x × 2 and the molar ratio of x and y will be the same (MnO). Specific examples of Mn x O y include MnO, Mn 2 O 3 , and MnO 2 .

MnにおけるMnの価数は、特に限定されない。Mn元素は、一般的に、二価、三価、四価、六価、七価を安定に取り得るが、MnにおけるMnの価数は、二価、三価、四価であることが好ましい。また、MnにおけるMnの価数は、一種のみであっても良く、複数種であっても良い。 The valence number of Mn in Mn x O y is not particularly limited. In general, Mn elements can stably obtain divalent, trivalent, tetravalent, hexavalent, and heptavalent, but the valence number of Mn in Mn x O y is bivalent, trivalent and tetravalent. Is preferred. Further, the valence number of Mn in Mn x O y may be only one or plural kinds.

また、Mnは、少なくとも二価Mn(Mn2+)を有することが好ましい。容量が大きな正極活物質となるからである。Mnにおける全てMnに対する二価Mn(Mn2+)の割合は、特に限定されないが、例えば10mol%以上であり、30mol%以上であっても良く、50mol%以上であっても良く、70mol%以上であっても良く、90mol%以上であっても良い。 In addition, Mn x O y preferably has at least bivalent Mn (Mn 2+ ). This is because the positive electrode active material has a large capacity. The ratio of divalent Mn (Mn 2+ ) to all Mn in Mn x O y is not particularly limited, and is, for example, 10 mol% or more, may be 30 mol% or more, and may be 50 mol% or more, 70 mol % Or more, or 90 mol% or more.

本開示の正極活物質は、Mn(2y=x×(Mnの価数)を満たす)で表されるマンガン酸化物を含有する。正極活物質は、上記マンガン酸化物の結晶相のみを含有する単相材料であっても良く、上記マンガン酸化物の結晶相および他の結晶相を含有する複相材料であっても良い。後者の場合、上記マンガン酸化物の結晶相を主相として含有することが好ましい。 The positive electrode active material of the present disclosure contains a manganese oxide represented by Mn x O y (2 y = x x (valence of Mn)). The positive electrode active material may be a single phase material containing only the crystalline phase of the manganese oxide, or may be a multiphase material containing the crystalline phase of the manganese oxide and other crystalline phases. In the case of the latter, it is preferable to contain the crystal phase of the said manganese oxide as a main phase.

本開示の正極活物質の形状は、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。正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm〜50μmの範囲内であり、1μm〜20μmの範囲内であることが好ましい。正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。また、本開示の正極活物質を製造する方法は、目的とする正極活物質を得ることができる方法であれば特に限定されない。 Although the shape of the positive electrode active material of this indication is not specifically limited, For example, a particulate form can be mentioned. The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is, for example, in the range of 0.1 μm to 50 μm, and preferably in the range of 1 μm to 20 μm. The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material can be determined, for example, from the result of particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method. Moreover, the method of manufacturing the positive electrode active material of the present disclosure is not particularly limited as long as the method can obtain the target positive electrode active material.

また、本開示においては、上述した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、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を提供することもできる。図1は、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、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層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。   Moreover, in the present disclosure, the positive electrode active material layer containing the above-described positive electrode active material, the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer It is also possible to provide a fluoride ion battery having an electrolyte layer. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery. The fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 comprises a positive electrode active material layer 1 containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer 2 containing a negative electrode active material, and a positive electrode active material layer 1 and a negative electrode active material layer 2. The electrolyte layer 3 formed therebetween, the positive electrode current collector 4 performing current collection of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode current collector 5 performing current collection of the negative electrode active material layer 2, and these members are accommodated. And a battery case 6.

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。正極活物質については、上述した内容と同様である。正極活物質層における正極活物質の含有量は、例えば25重量%以上であり、50重量%以上であることが好ましく、75重量%以上であることがより好ましい。また、正極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであり、特に限定されない。なお、正極活物質層は、正極活物質の他に、固体電解質、導電化材および結着材の少なくとも一方をさらに含有していても良い。   The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. The positive electrode active material is the same as the contents described above. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is, for example, 25% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and more preferably 75% by weight or more. Further, the thickness of the positive electrode active material layer is largely different depending on the configuration of the battery, and is not particularly limited. In addition to the positive electrode active material, the positive electrode active material layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder.

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。負極活物質として、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、合金、金属酸化物、および、これら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。   The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material. As the negative electrode active material, any active material having a potential lower than that of the positive electrode active material can be selected. As a negative electrode active material, a metal single-piece | unit, an alloy, a metal oxide, and these fluorides can be mentioned, for example. Examples of the metal element 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, Pb, etc. can be mentioned.

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25重量%以上であり、50重量%以上であることが好ましく、75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、電池の構成によって大きく異なるものであり、特に限定されない。なお、負極活物質層は、負極活物質の他に、固体電解質、導電化材および結着材の少なくとも一方をさらに含有していても良い。   The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity, for example, 25% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and 75% by weight or more More preferable. Further, the thickness of the negative electrode active material layer is largely different depending on the configuration of the battery, and is not particularly limited. In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder.

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)であっても良く、固体電解質であっても良い。すなわち、電解質層は、液体電解質層であっても良く、固体電解質層であっても良い。   The electrolyte layer 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 (electrolyte solution) or a solid electrolyte. That is, the electrolyte layer may be a liquid electrolyte layer or a solid electrolyte layer.

電解液は、例えば、フッ化物塩および有機溶媒を含有する。フッ化物塩としては、例えば、無機フッ化物塩、有機フッ化物塩を挙げることができる。無機フッ化物塩の一例としては、XF(Xは、Li、Na、K、RbまたはCsである)を挙げることができる。有機フッ化物塩のカチオンの一例としては、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を挙げることができる。   The electrolyte contains, for example, a fluoride salt and an organic solvent. As a fluoride salt, an inorganic fluoride salt and an organic fluoride salt can be mentioned, for example. As an example of inorganic fluoride salt, XF (X is Li, Na, K, Rb or Cs) can be mentioned. As an example of the cation of the organic fluoride salt, an alkyl ammonium cation such as tetramethyl ammonium cation can be mentioned.

有機溶媒としては、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル(G3)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(G4)等のグライム、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を挙げることができる。また、有機溶媒として、イオン液体を用いても良い。   As the organic solvent, for example, glyme such as triethylene glycol dimethyl ether (G3), tetraethylene glycol dimethyl ether (G4), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), propylene carbonate (PC) And cyclic carbonates such as butylene carbonate (BC) and linear carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC). Moreover, you may use an ionic liquid as an organic solvent.

一方、固体電解質としては、例えば、無機固体電解質を挙げることができる。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含有するフッ化物、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ元素を含有するフッ化物、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類元素を含有するフッ化物を挙げることができる。なお、電解質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであり、特に限定されない。   On the other hand, as a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte can be mentioned, for example. As the inorganic solid electrolyte, for example, a fluoride containing a lanthanoid element such as La or Ce, a fluoride containing an alkali element such as Li, Na, K, Rb or Cs, an alkaline earth such as Ca, Sr or Ba Mention may be made of element-containing fluorides. The thickness of the electrolyte layer is largely different depending on the configuration of the battery, and is not particularly limited.

また、フッ化物イオン電池は、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を有することが好ましい。また、フッ化物イオン電池は、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、二次電池には、二次電池の一次電池的使用(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、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、円筒型および角型を挙げることができる。   The fluoride ion battery preferably has a positive electrode current collector for collecting current in the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current in the negative electrode active material layer. The fluoride ion battery may be a primary battery or a secondary battery, and among them, a secondary battery is preferable. This is because the battery can be repeatedly charged and discharged, and it is useful as, for example, an on-vehicle battery. The secondary battery also includes primary battery use of the secondary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). Moreover, as a shape of a fluoride ion battery, coin shape, a laminate type, cylindrical shape, and a square shape can be mentioned, for example.

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、本開示の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の技術的範囲に包含される。   The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, which has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present disclosure, and exhibits the same operation and effect as the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.

本開示をさらに具体的に説明する。   The present disclosure will be described more specifically.

[実施例1]
正極活物質であるMnOと、固体電解質であるLa0.9Ba0.12.9と、導電化材であるVGCFとを、MnO:La0.9Ba0.12.9:VGCF=30:60:10の重量比で混合し、正極合材を得た。得られた正極合材(作用極)と、固体電解質層を形成する固体電解質(La0.9Ba0.12.9)と、負極活物質層を形成する負極合材(Pb0.6Sn0.4およびアセチレンブラックの混合物)と、Pb箔(対極)とを圧粉成型し、評価用電池を得た。
Example 1
MnO: La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 : MnO which is a positive electrode active material, La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 which is a solid electrolyte, and VGCF which is a conductive material It mixed by the weight ratio of VGCF = 30: 60: 10, and obtained the positive electrode compound material. The obtained positive electrode mixture (working electrode), a solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ) forming a solid electrolyte layer, and a negative electrode mixture (Pb 0. 2 ) forming a negative electrode active material layer . A mixture of 6 Sn 0.4 F 2 and acetylene black) and a Pb foil (counter electrode) were compacted to obtain a battery for evaluation.

[実施例2]
正極活物質としてMnを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
Example 2
An evaluation battery was obtained in the same manner as Example 1, except that Mn 2 O 3 was used as the positive electrode active material.

[実施例3]
正極活物質としてMnOを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
[Example 3]
An evaluation battery was obtained in the same manner as Example 1, except that MnO 2 was used as the positive electrode active material.

[比較例1]
正極活物質としてLa1.2Sr1.8Mnを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
Comparative Example 1
A battery for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that La 1.2 Sr 1.8 Mn 2 O 7 F 2 was used as the positive electrode active material.

[比較例2]
正極活物質としてCaMnOを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
Comparative Example 2
An evaluation battery was obtained in the same manner as Example 1, except that CaMnO 3 was used as the positive electrode active material.

[比較例3]
正極活物質としてLaMnOを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
Comparative Example 3
An evaluation battery was obtained in the same manner as Example 1, except that LaMnO 3 was used as the positive electrode active material.

[比較例4]
正極活物質としてSrMnOを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価用電池を得た。
Comparative Example 4
An evaluation battery was obtained in the same manner as Example 1, except that SrMnO 3 was used as the positive electrode active material.

(充放電試験)
実施例1〜3および比較例1〜4で得られた評価用電池に対して、140℃に加熱したセルの中で充放電試験を実施した。電流条件は、50μA/cm(放電)、50μA/cm(充電)とした。その結果を図2および図3に示す。
(Charge and discharge test)
The charging / discharging test was implemented in the cell heated at 140 degreeC with respect to the battery for evaluation obtained in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4. The current conditions were 50 μA / cm 2 (discharge) and 50 μA / cm 2 (charge). The results are shown in FIG. 2 and FIG.

図2(a)〜(c)は、それぞれ、実施例1〜3の結果であり、いずれのマンガン酸化物も、正極活物質として充放電可能であることが確認された。特に、実施例1は、充電容量および放電容量が大きかった。また、図3に示すように、実施例1は、比較例1〜4に比べて、放電容量が大きかった。さらに、実施例1は、比較例1〜4に比べて、放電反応の電位が高く、エネルギー密度および出力密度の向上の点で有利であることが確認された。これは、実施例1は、低価数のMn2+を含有するMnOを用いているためであると推測される。 FIGS. 2A to 2C show the results of Examples 1 to 3, respectively, and it was confirmed that any manganese oxide can be charged and discharged as a positive electrode active material. In particular, Example 1 had large charge capacity and discharge capacity. Moreover, as shown in FIG. 3, the discharge capacity was larger in Example 1 than in Comparative Examples 1 to 4. Furthermore, it was confirmed that Example 1 has a higher potential of the discharge reaction than Comparative Examples 1 to 4 and is advantageous in terms of improvement of the energy density and the power density. It is presumed that this is because Example 1 uses MnO containing low valence Mn 2+ .

(XRD測定)
実施例1における正極活物質層(正極合材層)に対して、充放電状態が異なる状態で、X線回折測定(XRD測定)を行った。具体的には、充電前状態(pristine)、1V充電状態、2V充電状態、3V充電状態、−1.5V放電状態でXRD測定を行った。その結果を図4に示す。図4に示すように、充電状態では、MnOに由来する結晶ピーク(例えば2θ=40°付近、60°付近のピーク)が消失しているが、放電後には、MnOに由来する結晶ピークが再度現れた。そのため、可逆的にフッ素化反応および脱フッ素化反応が生じることが確認された。
(XRD measurement)
With respect to the positive electrode active material layer (positive electrode mixture layer) in Example 1, X-ray diffraction measurement (XRD measurement) was performed in a state where charge and discharge states are different. Specifically, XRD measurement was performed in a pre-charge state (pristine), 1 V charge state, 2 V charge state, 3 V charge state, and -1.5 V discharge state. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the charged state, the crystal peaks derived from MnO (eg, peaks near 2θ = 40 ° and 60 °) disappear, but after discharge, the crystal peaks derived from MnO are again Appeared. Therefore, it was confirmed that the fluorination reaction and the defluorination reaction occur reversibly.

(XPS測定)
実施例1における正極活物質層(正極合材層)に対して、充放電状態が異なる状態で、X線光電子分光法(XPS測定)を行った。具体的には、充電前状態(pristine)、1V充電状態、2V充電状態、3V充電状態、0V放電状態、−1.5V放電状態でXPS測定を行い、Mn(2p)、La(3d)、F(1s)、Ba(3d)の挙動を調べた。その結果を図5に示す。図5(a)に示すように、Mnは、充放電に伴って、ピーク位置がシフトすることが確認された。具体的には、充電に伴って、Mnのピークは高エネルギー側にシフトした。これは、フッ素化に伴って、Mnが高価数に変化していることを示唆している。一方、放電に伴って、Mnのピークは低エネルギー側にシフトした。これは、脱フッ素化に伴って、Mnが低価数に変化していることが示唆された。これらのことから、MnOの充放電反応は、MnのRedoxにより進行していると推測される。一方、図5(b)〜(d)に示すように、La、F、Baは、充放電によりピーク位置がシフトすることはなかった。
(XPS measurement)
With respect to the positive electrode active material layer (positive electrode mixture layer) in Example 1, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS measurement) was performed in a state in which charge and discharge states are different. Specifically, XPS measurement is performed in the pre-charge state (pristine), 1 V charge state, 2 V charge state, 3 V charge state, 0 V discharge state, −1.5 V discharge state, Mn (2 p), La (3 d), The behavior of F (1s) and Ba (3d) was investigated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5 (a), it was confirmed that the peak position of Mn shifts with charge and discharge. Specifically, the peak of Mn shifted to the high energy side as charging was performed. This suggests that Mn is changing to a high number with fluorination. On the other hand, the peak of Mn shifted to the low energy side with the discharge. This suggested that Mn was changed to a lower valence number along with the defluorination. From these things, it is inferred that the charge-discharge reaction of MnO is progressing by Redox of Mn. On the other hand, as shown in FIGS. 5 (b) to 5 (d), the peak positions of La, F and Ba did not shift due to charge and discharge.

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
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 (1)

フッ化物イオン電池に用いられる正極活物質であって、
Mn(2y=x×(Mnの価数)を満たす)で表されるマンガン酸化物を含有する、正極活物質。
A positive electrode active material used for a fluoride ion battery,
Mn x O y containing manganese oxide represented by (2y = x × (satisfy Mn valence of)), the positive electrode active material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230277A (en) * 1985-04-04 1986-10-14 Nippon Ceramic Kk Solid electrolyte battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230277A (en) * 1985-04-04 1986-10-14 Nippon Ceramic Kk Solid electrolyte battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020240890A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Active material for fluoride ion secondary batteries, and fluoride ion secondary battery using same
JPWO2020240890A1 (en) * 2019-05-30 2021-09-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Fluoride ion secondary battery active material and fluoride ion secondary battery using it
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