JP2020145061A - Electrolyte for potassium-ion battery, potassium-ion battery, electrolyte for potassium-ion capacitor, and potassium-ion capacitor - Google Patents

Electrolyte for potassium-ion battery, potassium-ion battery, electrolyte for potassium-ion capacitor, and potassium-ion capacitor Download PDF

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Abstract

To provide an electrolyte for a potassium-ion battery capable of improving the Coulomb efficiency and rate characteristics, and a potassium-ion battery including the electrolyte for the potassium-ion battery.SOLUTION: An electrolyte for a potassium-ion battery includes a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound includes potassium hexafluorophosphate, and at least one selected from the group consisting of potassium bis (fluorosulfonyl) amide and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide, and the ratio of the potassium hexafluorophosphate to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、カリウムイオン電池用電解液、カリウムイオン電池、カリウムイオンキャパシタ用電解液、及び、カリウムイオンキャパシタに関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a potassium ion battery, a potassium ion battery, an electrolytic solution for a potassium ion capacitor, and a potassium ion capacitor.

現在、高エネルギー密度での充放電が可能な電池(二次電池)として、非水電解質を使用し、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて充放電を行うようにしたリチウムイオン電池が多く利用されている。 Currently, as a battery (secondary battery) capable of charging and discharging at high energy density, a non-aqueous electrolyte is used, and lithium ions are moved between the positive electrode and the negative electrode to perform charging and discharging. Is widely used.

リチウムイオン電池の原料として使用されるリチウムは、資源量が比較的限定されており、高価である。また、資源が主として南米に偏在しており、日本では全量を海外からの輸入に依存している。そこで、電池の低コスト化及び安定的な供給確保のために、リチウムに代わってカリウムを用いるカリウムイオン二次電池の開発が検討されている(例えば、特許文献1参照)。 Lithium, which is used as a raw material for lithium-ion batteries, has a relatively limited amount of resources and is expensive. In addition, resources are mainly unevenly distributed in South America, and Japan relies entirely on imports from overseas. Therefore, in order to reduce the cost of the battery and secure a stable supply, the development of a potassium ion secondary battery that uses potassium instead of lithium is being studied (see, for example, Patent Document 1).

カリウムは海水及び地殻に豊富に含まれるため、リチウムに比べて安定した供給が期待できる。また、リチウムはアルミニウム等の多くの金属と合金を形成するため、電極の集電体に使用する金属が銅などに限られるのに対し、カリウムはアルミニウムと合金を形成しないため、銅の代わりにより安価なアルミニウムを使用することが可能になる。
さらに、炭酸エステル系溶媒中でのカリウムの標準電極電位はリチウムよりも約0.1V低いことから電池の高電圧化が可能である。またカリウムイオンは負電荷とのクーロン相互作用が弱いことから電池の高出力化が可能である。したがってカリウムイオン電池は高電圧かつ高出力な二次電池として期待される。
Since potassium is abundant in seawater and the crust, a stable supply can be expected compared to lithium. Also, since lithium forms an alloy with many metals such as aluminum, the metal used for the current collector of the electrode is limited to copper, etc., whereas potassium does not form an alloy with aluminum, so instead of copper It becomes possible to use inexpensive aluminum.
Further, since the standard electrode potential of potassium in the carbonic acid ester solvent is about 0.1 V lower than that of lithium, it is possible to increase the voltage of the battery. Moreover, since potassium ion has a weak Coulomb interaction with a negative charge, it is possible to increase the output of the battery. Therefore, the potassium ion battery is expected as a secondary battery with high voltage and high output.

国際公開第WO2016/059907号International Publication No. WO2016 / 059907

カリウムイオン電池の実用化に向けて、電池を構成する諸部材の最適化が検討されており、カリウムイオン電池用の電解液としても種々のカリウム塩化合物や溶媒を用いたものが検討されている。 For the practical use of potassium-ion batteries, optimization of various components constituting the batteries is being studied, and as electrolytic solutions for potassium-ion batteries, those using various potassium salt compounds and solvents are being studied. ..

上記事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、クーロン効率及びレート特性を改善しうるカリウムイオン電池用電解液、及び、前記カリウムイオン電池用電解液を備えるカリウムイオン電池を提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、クーロン効率及びレート特性を改善しうるカリウムイオンキャパシタ用電解液、及び、前記カリウムイオンキャパシタ用電解液を備えるカリウムイオンキャパシタを提供することである。
In view of the above circumstances, an object to be solved by the present invention is to provide an electrolytic solution for a potassium ion battery capable of improving coulombic efficiency and rate characteristics, and a potassium ion battery including the electrolytic solution for a potassium ion battery. is there.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrolytic solution for a potassium ion capacitor capable of improving Coulomb efficiency and rate characteristics, and a potassium ion capacitor including the electrolytic solution for the potassium ion capacitor. ..

<1>溶媒とカリウム塩化合物とを含み、前記カリウム塩化合物はヘキサフルオロリン酸カリウムと、カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド及びカリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドからなる群より選択される少なくとも1種とを含み、前記カリウム塩化合物全体に占める前記ヘキサフルオロリン酸カリウムの割合が70モル%〜95モル%である、カリウムイオン電池用電解液。
<2><1>に記載のカリウムイオン電池用電解液を備える、カリウムイオン電池。
<3>黒鉛を含む電極をさらに備える、<2>に記載のカリウムイオン電池。
<4>アルミニウムを含む部材をさらに備える、<2>又は<3>に記載のカリウムイオン電池。
<5>溶媒とカリウム塩化合物とを含み、前記カリウム塩化合物はヘキサフルオロリン酸カリウムと、カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド及びカリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドからなる群より選択される少なくとも1種とを含み、前記カリウム塩化合物全体に占める前記ヘキサフルオロリン酸カリウムの割合が70モル%〜95モル%である、カリウムイオンキャパシタ用電解液。
<6><5>に記載のカリウムイオンキャパシタ用電解液を備える、カリウムイオンキャパシタ。
<1> The potassium salt compound contains a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound is at least one selected from the group consisting of potassium hexafluorophosphate, potassium bis (fluorosulfonyl) amide and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide. An electrolytic solution for a potassium ion battery, wherein the ratio of the potassium hexafluorophosphate to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%.
<2> A potassium-ion battery comprising the electrolytic solution for a potassium-ion battery according to <1>.
<3> The potassium ion battery according to <2>, further comprising an electrode containing graphite.
<4> The potassium ion battery according to <2> or <3>, further comprising a member containing aluminum.
<5> The potassium salt compound contains a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound is at least one selected from the group consisting of potassium hexafluorophosphate, potassium bis (fluorosulfonyl) amide and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide. An electrolytic solution for a potassium ion capacitor, wherein the ratio of the potassium hexafluorophosphate to the whole potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%.
<6> A potassium ion capacitor comprising the electrolytic solution for a potassium ion capacitor according to <5>.

本発明によれば、クーロン効率及びレート特性を改善しうるカリウムイオン電池用電解液、及び、前記カリウムイオン電池用電解液を備えるカリウムイオン電池が提供される。また本発明によれば、クーロン効率及びレート特性を改善しうるカリウムイオンキャパシタ用電解液、及び、前記カリウムイオンキャパシタ用電解液を備えるカリウムイオンキャパシタが提供される。 According to the present invention, there is provided an electrolytic solution for a potassium ion battery capable of improving coulombic efficiency and rate characteristics, and a potassium ion battery including the electrolytic solution for a potassium ion battery. Further, according to the present invention, there is provided an electrolytic solution for a potassium ion capacitor capable of improving Coulomb efficiency and rate characteristics, and a potassium ion capacitor including the electrolytic solution for the potassium ion capacitor.

本実施形態に係るカリウムイオン電池10の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the potassium ion battery 10 which concerns on this embodiment. 黒鉛電極の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of a graphite electrode. 黒鉛電極の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of a graphite electrode. 黒鉛電極のレート特性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the rate characteristic of a graphite electrode. 黒鉛電極の溶媒依存性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the solvent dependence of a graphite electrode. 実施例で行った溶媒依存性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the solvent dependence performed in an Example. アルミニウム腐食抑制性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the aluminum corrosion inhibitory property. アルミニウム腐食抑制性の評価結果を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the evaluation result of the aluminum corrosion inhibitory property. 正極の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of the positive electrode. 正極の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of the positive electrode. 電解液のイオン伝導度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the ionic conductivity of an electrolytic solution. カリウムイオン電池の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of the potassium ion battery. カリウムイオン電池の充放電測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge measurement result of the potassium ion battery.

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本実施形態において2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
The contents of the present invention will be described in detail below. The description of the constituent elements described below may be based on a typical embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such an embodiment. In the specification of the present application, "~" is used to mean that the numerical values described before and after it are included as the lower limit value and the upper limit value.
The combination of two or more preferred embodiments in this embodiment is a more preferred embodiment.

<カリウムイオン電池用電解液及びカリウムイオンキャパシタ用電解液>
本実施形態に係るカリウムイオン電池用電解液及びカリウムイオンキャパシタ用電解液(以下、単に電解液ともいう)は、溶媒とカリウム塩化合物とを含み、前記カリウム塩化合物はヘキサフルオロリン酸カリウム(以下、KPFともいう)と、カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド(以下、KFSAともいう)及びカリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(以下、KTFSAともいう)からなる群より選択される少なくとも1種とを含み、前記カリウム塩化合物全体に占めるKPFの割合が70モル%〜95モル%である。
<Potassium-ion battery electrolyte and potassium-ion capacitor electrolyte>
The electrolytic solution for a potassium ion battery and the electrolytic solution for a potassium ion capacitor (hereinafter, also simply referred to as an electrolytic solution) according to the present embodiment contains a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound is potassium hexafluorophosphate (hereinafter, hereinafter). , KPF 6 ) and at least one selected from the group consisting of potassium bis (fluorosulfonyl) amide (hereinafter, also referred to as KFSA) and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (hereinafter, also referred to as KTFSA). The proportion of KPF 6 in the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%.

現在、正極集電体として用いるアルミニウム箔を不動態化できることから、カリウム塩化合物としてKPFを含む電解液がカリウムイオン電池に主に用いられている。しかしながら、KPFを含む電解液を用いたカリウムイオン電池はクーロン効率(特に、負極として黒鉛電極を用いた場合)に改善の余地がある。 At present, since the aluminum foil used as the positive electrode current collector can be passivated, an electrolytic solution containing KPF 6 as a potassium salt compound is mainly used for potassium ion batteries. However, there is room for improvement in the Coulomb efficiency (particularly when a graphite electrode is used as the negative electrode) of the potassium ion battery using the electrolytic solution containing KPF 6 .

KPFを含む電解液のクーロン効率を改善する手法としては、クーロン効率に優れる別のカリウム塩化合物を併用することが考えられる。しかしながら、溶媒に溶解可能なカリウム塩化合物の量が限られることを考慮すると、KPFと別のカリウム塩化合物とを併用することはKPFの使用量の低下につながり、KPFを用いることの利点が損なわれるおそれがある。 As a method for improving the Coulomb efficiency of the electrolytic solution containing KPF 6 , it is conceivable to use another potassium salt compound having excellent Coulomb efficiency in combination. However, considering that the amount of potassium salt compound soluble in a solvent is limited, using both the KPF 6 and another potassium salt compound leads to a decrease in the amount of KPF 6, of the use of KPF 6 The benefits may be diminished.

本発明者らの検討の結果、KPFと併用するカリウム塩化合物としてKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種を用いると、KPFの使用量の低下を抑えつつクーロン効率を有効に改善できることがわかった。
さらに本発明者らの検討の結果、KPFと併用するカリウム塩化合物としてKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種を用いると、レート特性も改善することがわかった。
Results of studies of the present inventors, the use of at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA as potassium salt compound in combination with KPF 6, effectively a coulomb efficiency while suppressing the reduction of the amount of KPF 6 It turned out that it could be improved.
Furthermore, as a result of the studies by the present inventors, it was found that the rate characteristics are also improved by using at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA as the potassium salt compound to be used in combination with KPF 6 .

KPFに加えてKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種を含む電解液がクーロン効率に優れている理由は必ずしも明らかではないが、後述する実施例で確認されたように、KPFを単独で使用する場合に比べてより安定した不動態被膜が黒鉛電極表面に形成されることが考えられる。
KPFに加えてKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種を含む電解液がレート特性に優れている理由は必ずしも明らかではないが、上記と同様に、KPFを単独で使用する場合に比べてより安定した不動態被膜が黒鉛電極表面に形成されることが考えられる。
It is not always clear why an electrolytic solution containing at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA in addition to KPF 6 has excellent coulombic efficiency, but as confirmed in Examples described later, KPF 6 It is conceivable that a more stable passivation film is formed on the surface of the graphite electrode as compared with the case where the above is used alone.
It is not always clear why an electrolytic solution containing at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA in addition to KPF 6 has excellent rate characteristics, but as described above, when KPF 6 is used alone. It is considered that a more stable passivation film is formed on the surface of the graphite electrode.

本発明の電解液によればさらに、カリウム塩化合物としてKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種のみを含む電解液に比べ、集電体などにアルミニウムを使用した場合にアルミニウムの腐食が抑制されるという効果が得られる。 Further, according to the electrolytic solution of the present invention, as compared with the electrolytic solution containing only at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA as the potassium salt compound, aluminum corrosion occurs when aluminum is used as a current collector or the like. The effect of being suppressed is obtained.

本実施形態においてKPFとは下記構造式(a)で表されるカリウム塩化合物であり、KFSAとは下記構造式(b)で表されるカリウム塩化合物であり、KTFSAとは下記構造式(c)で表されるカリウム塩化合物である。 In the present embodiment, KPF 6 is a potassium salt compound represented by the following structural formula (a), KFSA is a potassium salt compound represented by the following structural formula (b), and KTFSA is the following structural formula (KTFSA). It is a potassium salt compound represented by c).

電解液に含まれるKPFの量は、カリウム塩化合物全体に占めるKPFの割合が70モル%〜95モル%となる量であれば特に制限されない。KPFの利点を充分に確保する観点からは、カリウム塩化合物全体に占めるKPFの割合は75モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましく、85モル%以上であることがさらに好ましい。 The amount of KPF 6 contained in the electrolytic solution is not particularly limited as long as the ratio of KPF 6 to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%. From the viewpoint of sufficiently securing the benefits of KPF 6, it is preferable that the ratio of KPF 6 that the total potassium salt compounds is 75 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, 85 mol% or more It is more preferable to have.

電解液に含まれるKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種の量は、カリウム塩化合物全体に占めるKPFの割合が70モル%〜95モル%となる量であれば特に制限されない。アルミニウムを含む部材の腐食を抑制する観点からは、カリウム塩化合物全体に占めるKFSA及びKTFSAからなる群より選択される少なくとも1種の割合は25モル%以下であることが好ましく、20モル%以下であることがより好ましく、15モル%以下であることがさらに好ましい。 The amount of at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA contained in the electrolytic solution is not particularly limited as long as the ratio of KPF 6 to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%. From the viewpoint of suppressing corrosion of members containing aluminum, the proportion of at least one selected from the group consisting of KFSA and KTFSA in the total potassium salt compound is preferably 25 mol% or less, preferably 20 mol% or less. More preferably, it is more preferably 15 mol% or less.

電解液は、必要に応じてKPF、KFSA及びKTFSA以外のカリウム塩化合物を含有してもよい。KPF、KFSA及びKTFSA以外のカリウム塩化合物としては、フルオロホウ酸カリウム(KBF)、過塩素酸カリウム(KClO)、KCF、KN(SO等が挙げられる。 The electrolytic solution may contain a potassium salt compound other than KPF 6 , KFSA and KTFSA, if necessary. Examples of potassium salt compounds other than KPF 6 , KFSA and KTFSA include potassium fluoroborate (KBF 4 ), potassium perchlorate (KClO 4 ), KCF 3 O 3 , KN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and the like. ..

電解液がKPF、KFSA及びKTFSA以外のカリウム塩化合物を含有する場合、その量はカリウム塩化合物全体の20モル%以下であることが好ましく、10モル%以下であることがより好ましく、5モル%以下であることがさらに好ましい。 When the electrolytic solution contains a potassium salt compound other than KPF 6 , KFSA and KTFSA, the amount thereof is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and 5 mol of the total potassium salt compound. It is more preferably% or less.

電解液に含まれるカリウム塩化合物全体の濃度は特に制限されず、電解液のイオン伝導度、粘度、カリウム塩化合物の溶解性等に応じて調整できる。例えば、0.5mol/kg〜1.5mol/kgの範囲内であってもよい。 The concentration of the entire potassium salt compound contained in the electrolytic solution is not particularly limited, and can be adjusted according to the ionic conductivity, viscosity, solubility of the potassium salt compound, and the like of the electrolytic solution. For example, it may be in the range of 0.5 mol / kg to 1.5 mol / kg.

電解液に含まれる溶媒の種類は特に制限されず、非水電解液として一般的に使用されるものから選択できる。エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートよりなる群から選ばれた少なくとも1種の溶媒が好ましく、電位窓およびイオン伝導度の観点からは、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の炭酸エステル系溶媒がより好ましい。電解液に含有される溶媒は、1種のみであっても2種以上の組み合わせであってもよい。 The type of solvent contained in the electrolytic solution is not particularly limited, and can be selected from those generally used as a non-aqueous electrolytic solution. At least one solvent selected from the group consisting of ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate. Preferably, from the viewpoint of the potential window and ionic conductivity, a carbonate ester solvent such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate is more preferable. The solvent contained in the electrolytic solution may be only one type or a combination of two or more types.

電解液に含有される溶媒の全質量に対し、炭酸エステル系溶媒の占める割合が50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、99質量%以上であることが最も好ましい。 The ratio of the carbonic acid ester solvent to the total mass of the solvent contained in the electrolytic solution is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more. More preferably, it is 95% by mass or more, and most preferably 99% by mass or more.

溶媒としては、脱水剤で脱水を行った後に精留を行ったものを使用してもよい。脱水剤としては、例えば、モレキュラーシーブス、芒硝、硫酸マグネシウム、水素化カルシウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化リチウムアルミニウム等が挙げられる。また、精留を行わずに脱水剤による脱水のみを行った溶媒を使用してもよい。 As the solvent, a solvent that has been dehydrated with a dehydrating agent and then rectified may be used. Examples of the dehydrating agent include molecular sieves, mirabilite, magnesium sulfate, calcium hydride, sodium hydride, potassium hydride, lithium aluminum hydride and the like. Further, a solvent obtained by only dehydrating with a dehydrating agent without rectification may be used.

電解液に含有される溶媒の含有量は、特に制限はなく、上述したカリウム塩化合物の好ましい濃度範囲を満たす量であることが好ましい。 The content of the solvent contained in the electrolytic solution is not particularly limited, and is preferably an amount that satisfies the above-mentioned preferable concentration range of the potassium salt compound.

電解液は、カリウム塩化合物及び溶媒に加え、必要に応じて他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、公知の添加剤を用いることができ、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ビニレンカーボネート(VC)、エチレンサルファイト(ES)等が挙げられる。あるいは、過充電防止剤、脱水剤、脱酸剤等が挙げられる。 The electrolytic solution may contain other components, if necessary, in addition to the potassium salt compound and the solvent. As other components, known additives can be used, and examples thereof include fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene sulfide (ES). Alternatively, an overcharge inhibitor, a dehydrating agent, a deoxidizing agent and the like can be mentioned.

<カリウムイオン電池>
本実施形態に係るカリウムイオン電池は、本実施形態に係るカリウムイオン電池用電解液を備えるカリウムイオン電池である。
本実施形態に係るカリウムイオン電池は、カリウムイオン二次電池として好適に用いることができる。
本実施形態に係るカリウムイオン電池は、電解液のほか正極及び負極を備えることが好ましく、電解液のほか正極、負極及びセパレータを備えることがより好ましい。
<Potassium-ion battery>
The potassium-ion battery according to the present embodiment is a potassium-ion battery including the electrolytic solution for the potassium-ion battery according to the present embodiment.
The potassium ion battery according to the present embodiment can be suitably used as a potassium ion secondary battery.
The potassium-ion battery according to the present embodiment preferably includes a positive electrode and a negative electrode in addition to the electrolytic solution, and more preferably includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator in addition to the electrolytic solution.

本実施形態のカリウムイオン電池は、黒鉛を含む電極を備えていてもよい。黒鉛を含む電極としては、黒鉛を含む負極が挙げられる。
本実施形態のカリウムイオン電池は、アルミニウムを含む部材を備えていてもよい。アルミニウムを含む部材としては、電極の集電体、ケース等が挙げられる。
The potassium ion battery of the present embodiment may include an electrode containing graphite. Examples of the graphite-containing electrode include a graphite-containing negative electrode.
The potassium ion battery of the present embodiment may include a member containing aluminum. Examples of the member containing aluminum include a current collector of electrodes, a case, and the like.

本実施形態に係るカリウムイオン電池は、電池ケース、スペーサー、ガスケット、スプリング等のリチウムイオン電池で使用される公知の各種材料を特に制限されず備えていてもよい。 The potassium ion battery according to the present embodiment may include various known materials used in the lithium ion battery such as a battery case, a spacer, a gasket, and a spring without particular limitation.

本実施形態に係るカリウムイオン電池を作製する方法は特に制限されず、公知の方法に従って実施することができる。作製される電池の形状及びサイズは特に制限されず、円筒状、角型、コイン型等の種々の形状及び任意のサイズを採用することができる。 The method for producing the potassium-ion battery according to the present embodiment is not particularly limited, and can be carried out according to a known method. The shape and size of the manufactured battery are not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and any size can be adopted.

(正極)
本実施形態に係るカリウムイオン電池が、正極を備える場合、正極は、カリウムイオン電池用正極活物質(以下、正極活物質ともいう)を含むことが好ましい。
(Positive electrode)
When the potassium ion battery according to the present embodiment includes a positive electrode, the positive electrode preferably contains a positive electrode active material for a potassium ion battery (hereinafter, also referred to as a positive electrode active material).

−正極活物質−
正極活物質の種類は特に制限されず、公知のカリウムイオン電池用の正極活物質を用いることができる。
正極活物質として具体的には、K[Fe(CN)のカリウム塩(M=Fe、Mn、Co、Ni、Cr又はCuを表し、xは0以上2以下の数を表し、yは0.5以上1.5以下の数を表し、zは0.5以上1.5以下の数を表す。)、KFeSOF、リン酸鉄カリウム化合物、リン酸バナジウムカリウム化合物、活性炭、α−FePO、K0.3MnO、無水ペリレン等が挙げられる。
-Positive electrode active material-
The type of the positive electrode active material is not particularly limited, and a known positive electrode active material for a potassium ion battery can be used.
Specifically as the positive electrode active material, K x M y [Fe ( CN) 6] z potassium salt of (M = Fe, Mn, Co , Ni, represents Cr or Cu, x is a number of 0 to 2 represents, y represents a number of 0.5 to 1.5, z represents a number of 0.5 to 1.5.), KFeSO 4 F, potassium iron phosphate compound, vanadium phosphate potassium compound, Examples thereof include activated carbon, α-FePO 4 , K 0.3 MnO 2 , and anhydrous perylene.

正極活物質の形状は、特に制限はなく、所望の形状であればよいが、正極形成時の分散性の観点から、粒子状の正極活物質であることが好ましい。
正極活物質の形状が粒子状である場合、本正極活物質の算術平均粒子径は、分散性及び正極の耐久性の観点から、10nm〜200μmであることが好ましく、50nm〜100μmであることがより好ましく、100nm〜80μmであることが更に好ましく、200nm〜50μmであることが特に好ましい。
The shape of the positive electrode active material is not particularly limited and may be any desired shape, but a particulate positive electrode active material is preferable from the viewpoint of dispersibility at the time of forming the positive electrode.
When the shape of the positive electrode active material is particulate, the arithmetic mean particle size of the positive electrode active material is preferably 10 nm to 200 μm, preferably 50 nm to 100 μm, from the viewpoint of dispersibility and durability of the positive electrode. It is more preferably 100 nm to 80 μm, and particularly preferably 200 nm to 50 μm.

正極活物質の算術平均粒子径は、レーザー回折/散乱法により測定される。具体的には、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(例えば、(株)堀場製作所製のLA−950)を使用し、分散媒:水、レーザー波長:650nm及び405nmの条件で好適に測定することができる。正極に含まれた状態の正極活物質の算術平均粒子径は、正極に含まれる正極活物質を、溶剤等を使用して、又は、物理的に分離し、測定することができる。 The arithmetic mean particle size of the positive electrode active material is measured by the laser diffraction / scattering method. Specifically, using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (for example, LA-950 manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd.), the measurement is preferably performed under the conditions of dispersion medium: water and laser wavelengths: 650 nm and 405 nm. can do. The arithmetic mean particle size of the positive electrode active material contained in the positive electrode can be measured by using a solvent or the like or by physically separating the positive electrode active material contained in the positive electrode.

正極は、正極活物質以外の他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に制限はなく、電池の正極の作製に用いられる公知の添加剤を用いることができる。具体的には、導電助剤、結着剤等が挙げられる。
また、正極は、耐久性及び成形性の観点から、正極活物質、導電助剤及び結着剤を含むことが好ましい。
正極の形状及び大きさは、特に制限はなく、使用する電池の形状及び大きさに合わせ、所望の形状及び大きさとすることができる。
正極は、カリウムイオン電池の出力及び充放電容量の観点から、カリウムイオン電池用正極活物質を、正極の全質量(後述する集電体を除く)に対し、10質量%以上含むことが好ましく、20質量%以上含むことがより好ましく、50質量%以上含むことが更に好ましく、70質量%以上含むことが特に好ましい。
The positive electrode may contain components other than the positive electrode active material. The other components are not particularly limited, and known additives used for producing the positive electrode of the battery can be used. Specific examples thereof include a conductive auxiliary agent and a binder.
Further, the positive electrode preferably contains a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent and a binder from the viewpoint of durability and moldability.
The shape and size of the positive electrode are not particularly limited, and can be a desired shape and size according to the shape and size of the battery to be used.
From the viewpoint of the output and charge / discharge capacity of the potassium ion battery, the positive electrode preferably contains 10% by mass or more of the positive electrode active material for the potassium ion battery with respect to the total mass of the positive electrode (excluding the current collector described later). It is more preferably 20% by mass or more, further preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more.

−導電助剤−
正極は、正極活物質を、所望の形状に成形し、正極としてそのまま用いてもよいが、正極のレート特性(出力)を向上させるために、導電助剤を更に含むことが好ましい。
-Conductive aid-
The positive electrode may be formed by molding the positive electrode active material into a desired shape and used as it is as the positive electrode, but it is preferable to further contain a conductive auxiliary agent in order to improve the rate characteristics (output) of the positive electrode.

本実施形態に用いられる導電助剤としては、カーボンブラック類、黒鉛類、カーボンナノチューブ(CNT)、気相成長炭素繊維(VGCF)等の炭素が好ましく挙げられる。
カーボンブラック類としては、アセチレンブラック、オイルファーネス、ケッチェンブラック等が挙げられる。中でも、導電性の観点から、アセチレンブラック及びケッチェンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の導電助剤であることが好ましく、アセチレンブラック又はケッチェンブラックであることがより好ましい。導電助剤は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
Preferred examples of the conductive auxiliary agent used in the present embodiment include carbons such as carbon blacks, graphites, carbon nanotubes (CNTs), and vapor-grown carbon fibers (VGCF).
Examples of carbon blacks include acetylene black, oil furnace, and Ketjen black. Among them, from the viewpoint of conductivity, at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of acetylene black and Ketjen black is preferable, and acetylene black or Ketjen black is more preferable. The conductive auxiliary agent may be used alone or in combination of two or more.

正極が導電助材を含む場合、正極活物質と導電助剤との混合比は、特に制限はないが、正極における導電助剤の含有量は、正極に含まれる正極活物質の全質量に対し、1質量%〜80質量%であることが好ましく、2質量%〜60質量%であることがより好ましく、5質量%〜50質量%であることが更に好ましく、5質量%〜25質量%であることが特に好ましい。上記範囲であると、より高出力の正極が得られ、また、正極の耐久性に優れる。 When the positive electrode contains a conductive auxiliary material, the mixing ratio of the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but the content of the conductive auxiliary agent in the positive electrode is based on the total mass of the positive electrode active material contained in the positive electrode. It is preferably 1% by mass to 80% by mass, more preferably 2% by mass to 60% by mass, further preferably 5% by mass to 50% by mass, and 5% by mass to 25% by mass. It is particularly preferable to have. Within the above range, a positive electrode having a higher output can be obtained, and the durability of the positive electrode is excellent.

導電助剤と正極活物質との混合方法としては、正極活物質を、不活性ガス雰囲気下で導電助剤と共に混合することにより、正極活物質を導電助剤によりコートすることができる。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス等を用いることができ、アルゴンガスを好適に用いることができる。 As a method of mixing the conductive auxiliary agent and the positive electrode active material, the positive electrode active material can be coated with the conductive auxiliary agent by mixing the positive electrode active material with the conductive auxiliary agent in an inert gas atmosphere. As the inert gas, nitrogen gas, argon gas or the like can be used, and argon gas can be preferably used.

また、導電助剤と正極活物質とを混合する際に、乾式ボールミルや、少量の水等の分散媒を加えたビーズミル等の粉砕分散処理をしてもよい。粉砕分散処理をすることにより導電助剤と正極活物質との密着性及び分散性を高め、電極密度を上げることができる。 Further, when the conductive auxiliary agent and the positive electrode active material are mixed, a pulverization / dispersion treatment such as a dry ball mill or a bead mill to which a dispersion medium such as a small amount of water is added may be performed. By performing the pulverization and dispersion treatment, the adhesion and dispersibility between the conductive auxiliary agent and the positive electrode active material can be improved, and the electrode density can be increased.

−結着剤−
正極は、成形性の観点から、結着剤を更に含むことが好ましい。結着剤は特に制限はなく、公知の結着剤を用いることができ、高分子化合物が好ましく挙げられる。高分子化合物として具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)等のフッ素ゴム、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、その水素添加物、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン等のゴム状重合体、ポリアミドイミド等のポリイミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、プロピレン−α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体、ポリグルタミン酸、デンプン、セルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系高分子化化合物、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリロニトリル等のアクリル系高分子化合物などが挙げられる。結着剤は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
-Binder-
From the viewpoint of moldability, the positive electrode preferably further contains a binder. The binder is not particularly limited, and a known binder can be used, and a polymer compound is preferable. Specifically, as the polymer compound, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluororubber such as fluororubber (VDF-HFP-TFE fluororubber), polyolefin resin such as polyethylene, polyamide resin such as aromatic polyamide, styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, styrene- Butadiene-styrene block copolymer, its hydrogen additive, styrene-ethylene-butadiene-styrene copolymer, styrene-isoprene-styrene block copolymer, its hydrogen additive, syndiotactic-1,2-polybutadiene, etc. Rubber-like polymer, polyimide resin such as polyamideimide, ethylene-vinyl acetate copolymer, propylene-α-olefin (2 to 12 carbon atoms) copolymer, polyglutamic acid, starch, cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose , Hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose and other cellulose-based polymerized compounds, and polyacrylic acid, sodium polyacrylate, polyacrylonitrile and other acrylic-based polymer compounds. The binder may be used alone or in combination of two or more.

電極密度を高くするという観点から、結着剤として用いられる材料の密度は、1.2g/cmより大きいことが好ましい。
また、電極密度を高くし、かつ接着力を高める点から、結着剤の重量平均分子量は、1,000以上であることが好ましく、5,000以上であることがより好ましく、10,000以上であることが更に好ましい。重量平均分子量の上限は特に制限されないが、200万以下であることが好ましい。
From the viewpoint of increasing the electrode density, the density of the material used as the binder is preferably larger than 1.2 g / cm 3 .
Further, from the viewpoint of increasing the electrode density and the adhesive strength, the weight average molecular weight of the binder is preferably 1,000 or more, more preferably 5,000 or more, and 10,000 or more. Is more preferable. The upper limit of the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably 2 million or less.

正極活物質と結着剤との混合比は、特に制限はないが、正極における結着剤の含有量は、正極に含まれる正極活物質の全質量に対し、0.5質量%〜30質量%であることが好ましく、1質量%〜20質量%であることがより好ましく、2質量%〜15質量%であることが更に好ましい。上記範囲であると、成形性及び耐久性に優れる。 The mixing ratio of the positive electrode active material and the binder is not particularly limited, but the content of the binder in the positive electrode is 0.5% by mass to 30% by mass with respect to the total mass of the positive electrode active material contained in the positive electrode. %, More preferably 1% by mass to 20% by mass, and even more preferably 2% by mass to 15% by mass. Within the above range, the moldability and durability are excellent.

正極活物質と導電助剤と結着剤とを含む正極の製造方法としては、特に制限はなく、例えば、正極活物質と導電助剤と結着剤とを混合して加圧成形を行ってもよいし、また、後述するスラリーを調製して正極を形成する方法であってもよい。 The method for producing a positive electrode containing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder is not particularly limited. For example, a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder are mixed and pressure-molded. Alternatively, it may be a method of preparing a slurry described later to form a positive electrode.

−集電体−
本実施形態に用いられる正極は、集電体を更に含むことが好ましい。
集電体としては、ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)等の導電性の材料を含むものが挙げられる。中でも、アルミニウムを含む集電体が好ましい。
集電体の形状は、特に制限されず、箔、板、メッシュ、エキスパンドグリッド(エキスパンドメタル)、パンチドメタル等が挙げられる。メッシュの目開き、線径、メッシュ数等は特に限定されず、従来公知のものを使用できる。
-Current collector-
The positive electrode used in this embodiment preferably further contains a current collector.
Examples of the current collector include those containing a conductive material such as nickel, aluminum, and stainless steel (SUS). Of these, a current collector containing aluminum is preferable.
The shape of the current collector is not particularly limited, and examples thereof include foil, plate, mesh, expanded grid (expanded metal), and punched metal. The mesh opening, wire diameter, number of meshes, etc. are not particularly limited, and conventionally known ones can be used.

集電体を備える正極を作製する方法は特に制限されないが、正極活物質と必要に応じて導電助剤及び結着剤とを、有機溶媒又は水と混合して正極活物質スラリーを調製し、これを集電体に塗工する方法が例示できる。
正極活物質スラリーの調製に用いる有機溶剤としては、N,N−ジメチルアミノプロピリアミン、ジエチルトリアミン等のアミン系;エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等のエーテル系;メチルエチルケトン等のケトン系;酢酸メチル等のエステル系、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
The method for producing a positive electrode provided with a current collector is not particularly limited, but a positive electrode active material slurry is prepared by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent and a binder with an organic solvent or water. An example is a method of applying this to a current collector.
As the organic solvent used for preparing the positive electrode active material slurry, amine-based solvents such as N, N-dimethylaminopropyriamine and diethyltriamine; ether-based solvents such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; ketone-based solvents such as methyl ethyl ketone; ester-based solvents such as methyl acetate , Dimethylacetamide, aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and the like.

正極活物質スラリーを集電体上に塗工する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等を挙げることができる。 Examples of the method of coating the positive electrode active material slurry on the current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. ..

(負極)
カリウムイオン電池が負極を備える場合、負極は、負極活物質を含むことが好ましい。
負極活物質としては、黒鉛、コークス類、ハードカーボン、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体等の炭素材料、KTi(PO、P、Sn、Sb、MXene(複合原子層物質)などが挙げられる。これらの中でも、黒鉛及びハードカーボンが好ましく、黒鉛がより好ましい。負極活物質としては、カリウム金属も好適に用いることができる。更に、負極としては、国際公開第2016/059907号に記載の負極も好適に用いることができる。負極活物質は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
負極活物質の形状としては、天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、粒子状の凝集体等が挙げられ、特に制限されない。負極活物質としての炭素材料は、導電助剤としての役割を果たす場合もある。
(Negative electrode)
When the potassium ion battery includes a negative electrode, the negative electrode preferably contains a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include graphite, coke, hard carbon, carbon black, pyrolytic carbon, carbon fiber, carbon material such as calcined organic polymer compound, KTi 2 (PO 4 ) 3 , P, Sn, Sb, etc. Examples thereof include MXene (composite atomic layer material). Among these, graphite and hard carbon are preferable, and graphite is more preferable. Potassium metal can also be preferably used as the negative electrode active material. Further, as the negative electrode, the negative electrode described in International Publication No. 2016/059907 can also be preferably used. As the negative electrode active material, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
Examples of the shape of the negative electrode active material include flakes such as natural graphite, spheres such as mesocarbon microbeads, fibrous aggregates such as graphitized carbon fibers, and particulate aggregates, and are not particularly limited. The carbon material as the negative electrode active material may also serve as a conductive auxiliary agent.

本実施形態における黒鉛とは、黒鉛系炭素材料のことをいう。黒鉛系炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等が挙げられる。天然黒鉛としては鱗片状黒鉛、塊状黒鉛等が挙げられ、人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、充填密度が高い等の理由で、鱗片状黒鉛及び塊状黒鉛が好ましい。また、2種以上の黒鉛が併用されてもよい。
黒鉛の平均粒子径は、上限値として30μmが好ましく、15μmがより好ましく、10μmが更に好ましく、下限値として0.5μmが好ましく、1μmがより好ましく、2μmが更に好ましい。黒鉛の平均粒子径は、電子顕微鏡観察の方法により測定する値である。
黒鉛としては、また、面間隔d(002)が3.354〜3.370Å(オングストローム、1Å=0.1nm)であり、結晶子サイズLcが150Å以上であるもの等が挙げられる。
ハードカーボンは、2,000℃以上の高温で熱処理してもほとんど積層秩序が変化しない炭素材料であり、難黒鉛化炭素とも呼ばれる。ハードカーボンとしては、炭素繊維の製造過程の中間生成物である不融化糸を1,000℃〜1,400℃程度で炭化した炭素繊維、有機化合物を150℃〜300℃程度で空気酸化した後、1,000℃〜1,400℃程度で炭化した炭素材料等が例示できる。ハードカーボンの製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法により製造されたハードカーボンを使用することができる。ハードカーボンの平均粒子径、真密度、(002)面の面間隔等は特に限定されず、適宜好ましいものを選択して実施することができる。
The graphite in the present embodiment means a graphite-based carbon material. Examples of the graphite-based carbon material include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and the like. Examples of natural graphite include scaly graphite and lump graphite, and examples of artificial graphite include lump graphite, vapor-grown graphite, scaly graphite and fibrous graphite. Among these, scaly graphite and lump graphite are preferable because of high packing density and the like. Further, two or more kinds of graphite may be used in combination.
The average particle size of graphite is preferably 30 μm as an upper limit value, more preferably 15 μm, further preferably 10 μm, further preferably 0.5 μm as a lower limit value, further preferably 1 μm, further preferably 2 μm. The average particle size of graphite is a value measured by an electron microscope observation method.
Examples of graphite include those having an interplanar spacing d (002) of 3.354 to 3.370 Å (Angstrom, 1 Å = 0.1 nm) and a crystallite size Lc of 150 Å or more.
Hard carbon is a carbon material in which the stacking order hardly changes even when heat-treated at a high temperature of 2,000 ° C. or higher, and is also called graphitized carbon. As hard carbon, carbon fiber obtained by carbonizing infusible yarn, which is an intermediate product of the carbon fiber manufacturing process, at about 1,000 ° C to 1,400 ° C, and an organic compound after air oxidation at about 150 ° C to 300 ° C. , A carbon material carbonized at about 1,000 ° C to 1,400 ° C can be exemplified. The method for producing hard carbon is not particularly limited, and hard carbon produced by a conventionally known method can be used. The average particle size, true density, surface spacing of the (002) plane, and the like of the hard carbon are not particularly limited, and a preferable one can be appropriately selected and carried out.

負極活物質層中の負極活物質の含有量は特に限定されないが、負極全体(後述する集電体を除く)のうち80質量%〜95質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 80% by mass to 95% by mass of the entire negative electrode (excluding the current collector described later).

負極の形態としては、負極活物質のみからなるもの、負極活物質に加えて負極活物質及び結着剤を含むものが挙げられる。さらには、集電体と集電体の表面に形成された負極活物質層とからなるもの等が挙げられる。負極に用いる集電体は特に制限されず、上述した正極に用いられる集電体を好適に用いることができる。中でも、アルミニウムを含む集電体が好ましい。
負極の形状及び大きさは、特に制限はなく、使用する電池の形状及び大きさに合わせ、所望の形状及び大きさとすることができる。
Examples of the form of the negative electrode include those composed of only the negative electrode active material and those containing the negative electrode active material and the binder in addition to the negative electrode active material. Further, a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector can be mentioned. The current collector used for the negative electrode is not particularly limited, and the current collector used for the positive electrode described above can be preferably used. Of these, a current collector containing aluminum is preferable.
The shape and size of the negative electrode are not particularly limited, and can be a desired shape and size according to the shape and size of the battery to be used.

(セパレータ)
カリウムイオン電池は、セパレータを更に備えていてもよい。
セパレータは、正極と負極とを物理的に隔絶して、内部短絡を防止する役割を果たす。具体的には、多孔質材料からなり、その空隙には電解質が含浸され、電池反応を確保するために、イオン透過性(特に、少なくともカリウムイオン透過性)を有する。
(Separator)
The potassium ion battery may further include a separator.
The separator plays a role of physically separating the positive electrode and the negative electrode to prevent an internal short circuit. Specifically, it is made of a porous material, and its voids are impregnated with an electrolyte, and has ion permeability (particularly, at least potassium ion permeability) in order to secure a battery reaction.

セパレータとしては、例えば、多孔膜、不織布などが使用できる。セパレータは、多孔膜の層又は不織布の層のみで形成してもよく、組成、形態等の異なる複数の層を組み合わせた積層体であってもよい。積層体としては、組成の異なる複数の樹脂多孔層を有する積層体、多孔膜の層と不織布の層とを有する積層体などが例示できる。 As the separator, for example, a porous membrane, a non-woven fabric, or the like can be used. The separator may be formed only of a layer of a porous membrane or a layer of a non-woven fabric, or may be a laminate in which a plurality of layers having different compositions, forms, etc. are combined. Examples of the laminate include a laminate having a plurality of resin porous layers having different compositions, a laminate having a porous film layer and a non-woven fabric layer, and the like.

セパレータの材質は、電池の使用温度、電解質の組成などを考慮して選択でき、樹脂等の有機材料及びガラス等の無機材料が好ましく挙げられる。
セパレータに用いる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン樹脂;ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンサルファイドケトンなどのポリフェニレンサルファイド樹脂;芳香族ポリアミド樹脂(アラミド樹脂など)などのポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂などが例示できる。これらの樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
セパレータは、ガラス(好ましくは、ガラス繊維)、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂およびポリフェニレンサルファイド樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。中でも、ガラスフィルター(ガラス濾紙)がより好ましい。
セパレータは、無機フィラーを含んでもよい。無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、ゼオライト、チタニア等のセラミックス、タルク、マイカ、ウォラストナイトなどが例示できる。無機フィラーは、粒子状又は繊維状であることが好ましい。
セパレータ中の無機フィラーの含有量は、10質量%〜90質量%であることが好ましく、20質量%〜80質量%であることがより好ましい。
セパレータの形状又は大きさは特に限定されず、所望の電池の形状等に合わせて選択できる。
The material of the separator can be selected in consideration of the operating temperature of the battery, the composition of the electrolyte, and the like, and organic materials such as resin and inorganic materials such as glass are preferable.
Resins used for the separator include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene and ethylene-propylene copolymers; polyphenylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide and polyphenylene sulfide ketones; polyamide resins such as aromatic polyamide resins (aramid resins); polyimide resins. Etc. can be exemplified. One of these resins may be used alone, or two or more of these resins may be used in combination.
The separator preferably contains at least one selected from the group consisting of glass (preferably glass fiber), polyolefin resin, polyamide resin and polyphenylene sulfide resin. Of these, a glass filter (glass filter paper) is more preferable.
The separator may contain an inorganic filler. Examples of the inorganic filler include ceramics such as silica, alumina, zeolite, and titania, talc, mica, and wollastonite. The inorganic filler is preferably in the form of particles or fibers.
The content of the inorganic filler in the separator is preferably 10% by mass to 90% by mass, more preferably 20% by mass to 80% by mass.
The shape or size of the separator is not particularly limited, and can be selected according to a desired battery shape or the like.

図1は、本実施形態に係るカリウムイオン電池10の構成の一例を示す模式図である。ただし、本実施形態に係るカリウムイオン電池が、これに限定されないことは言うまでもない。図1に示すカリウムイオン電池10は、コイン型電池であり、電池ケース12、ガスケット14、負極16、セパレータ18、正極20、スペーサー22、スプリング24、及び、正極側の電池ケース26を備えている。セパレータ18には、本実施形態に係る電解液(不図示)が含浸されている。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the potassium ion battery 10 according to the present embodiment. However, it goes without saying that the potassium ion battery according to the present embodiment is not limited to this. The potassium ion battery 10 shown in FIG. 1 is a coin-type battery, and includes a battery case 12, a gasket 14, a negative electrode 16, a separator 18, a positive electrode 20, a spacer 22, a spring 24, and a battery case 26 on the positive electrode side. .. The separator 18 is impregnated with the electrolytic solution (not shown) according to the present embodiment.

<カリウムイオンキャパシタ>
本実施形態に係るカリウムイオンキャパシタは、本実施形態に係るカリウムイオンキャパシタ用電解液を備える。
また、本実施形態に係るカリウムイオンキャパシタは、電解液として本実施形態に係るカリウムイオンキャパシタ用電解液を用い、リチウムイオンの代りにカリウムイオンを用いること以外、例えば、従来のリチウムイオンキャパシタと同様の構成で基本的に作製することができる。
また、前記カリウムイオン電池において前述した各構成部材を、本実施形態に係るカリウムイオンキャパシタにも好適に用いることができる。
<Potassium ion capacitor>
The potassium ion capacitor according to the present embodiment includes an electrolytic solution for a potassium ion capacitor according to the present embodiment.
Further, the potassium ion capacitor according to the present embodiment is the same as the conventional lithium ion capacitor, except that the electrolytic solution for the potassium ion capacitor according to the present embodiment is used as the electrolytic solution and potassium ions are used instead of lithium ions. It can be basically manufactured with the configuration of.
Further, each of the above-mentioned constituent members in the potassium-ion battery can be suitably used for the potassium-ion capacitor according to the present embodiment.

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

<電解液の調製>
以下に示すカリウム塩化合物及び溶媒を使用して、以下に示すカリウム塩化合物の濃度となるように混合することにより、各電解液を作製した。使用した化合物の詳細を以下に示す。
<Preparation of electrolyte>
Each electrolytic solution was prepared by mixing the following potassium salt compounds and solvents so as to have the concentrations of the following potassium salt compounds. Details of the compounds used are shown below.

カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド(KFSA):SOLVIONIC SA社製
ヘキサフルオロリン酸カリウム(KPF):東京化成工業(株)製
エチレンカーボネート(EC):キシダ化学(株)製
プロピレンカーボネート(PC):キシダ化学(株)製
ジエチルカーボネート(DEC):キシダ化学(株)製
エチルメチルカーボネート(EMC):キシダ化学(株)製
Potassium bis (fluorosulfonyl) amide (KFSA): SOLVIONIC SA potassium hexafluorophosphate (KPF 6 ): Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ethylene carbonate (EC): Kishida Chemical Co., Ltd. propylene carbonate (PC): Made by Kishida Chemical Co., Ltd. Diethyl carbonate (DEC): Made by Kishida Chemical Co., Ltd. Ethylmethyl carbonate (EMC): Made by Kishida Chemical Co., Ltd.

実施例1:KPF:KFSA(モル比3:1)のEC:DEC(体積比1:1)溶液(カリウム塩化合物の濃度:1mol/kg) Example 1: KPF 6 : KFSA (molar ratio 3: 1) EC: DEC (volume ratio 1: 1) solution (potassium salt compound concentration: 1 mol / kg)

実施例2:KPF:KFSA(モル比9:1)のEC:DEC(体積比1:1)溶液(カリウム塩化合物の濃度:0.75mol/kg) Example 2: KPF 6 : KFSA (molar ratio 9: 1) EC: DEC (volume ratio 1: 1) solution (potassium salt compound concentration: 0.75 mol / kg)

比較例1:KPFのEC:DEC(体積比1:1)溶液(カリウム塩化合物の濃度:0.75mol/kg) Comparative Example 1: EC: DEC (volume ratio 1: 1) solution of KPF 6 (potassium salt compound concentration: 0.75 mol / kg)

比較例2:KFSAのEC:DEC(体積比1:1)溶液(カリウム塩化合物の濃度:1mol/kg) Comparative Example 2: EC: DEC (volume ratio 1: 1) solution of KFSA (potassium salt compound concentration: 1 mol / kg)

比較例3:KPF:KFSA(モル比1:1)のEC:DEC(体積比1:1)溶液(カリウム塩化合物の濃度:1mol/kg) Comparative Example 3: KPF 6 : KFSA (molar ratio 1: 1) EC: DEC (volume ratio 1: 1) solution (potassium salt compound concentration: 1 mol / kg)

<黒鉛電極の充放電特性>
(1)黒鉛電極の作製
粘度調整用の水に、結着剤としてのポリアクリル酸ナトリウム塩(PANa、キシダ化学(株)製、分子量200万〜600万)を10質量部添加し、更に、負極活物質としての黒鉛(SECカーボン(株)製SNO3、粒子径約3μm)を90質量部添加し、乳鉢で混合撹拌して、負極合剤スラリーを得た。得られた負極合剤スラリーを、負極集電体であるアルミニウム箔上に塗布し、150℃の真空乾燥機内で乾燥させ、電極シートを得た。この電極シートを電極打ち抜き機で直径10mmの円形に打ち抜いたものを黒鉛電極とした。得られた黒鉛電極の集電体を含まない部分の厚さは0.02mm〜0.03mm、質量は0.5mg〜1mgであった。
<Charging / discharging characteristics of graphite electrodes>
(1) Preparation of Graphite Electrode 10 parts by mass of sodium polyacrylate (PANa, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., molecular weight 2 million to 6 million) as a binder was added to water for adjusting the viscosity, and further. 90 parts by mass of graphite (SNO3 manufactured by SEC Carbon Co., Ltd., particle diameter of about 3 μm) as a negative electrode active material was added, and the mixture was mixed and stirred in a dairy pot to obtain a negative electrode mixture slurry. The obtained negative electrode mixture slurry was applied onto an aluminum foil which is a negative electrode current collector, and dried in a vacuum dryer at 150 ° C. to obtain an electrode sheet. A graphite electrode was obtained by punching this electrode sheet into a circle having a diameter of 10 mm with an electrode punching machine. The thickness of the portion of the obtained graphite electrode not including the current collector was 0.02 mm to 0.03 mm, and the mass was 0.5 mg to 1 mg.

(2)コインセルの作製
前記で作製した黒鉛電極、対極としてカリウム金属(アルドリッチ社製)、セパレータ(ガラスフィルター、ADVANTEC(株)製)、SUS−Alクラッド電池ケース及びポリプロピレン製ガスケット(宝泉(株)製CR2032)、スペーサー(材質:SUS、直径16mm×高さ0.5mm、宝泉(株)製)、及び、板ばね(材質:SUS、内径10mm、高さ2.0mm、厚さ0.25mm、宝泉(株)製ワッシャー)を用いて充放電測定用のコインセルを作製し、セパレータを実施例1、2及び比較例1、2で調製した電解液で含浸させた。電解液の使用量は、セパレータが電解液で十分満たされる量(0.15mL〜0.3mL)とした。
(2) Preparation of coin cell The graphite electrode produced above, potassium metal (manufactured by Aldrich) as counter electrode, separator (glass filter, manufactured by ADVANTEC Co., Ltd.), SUS-Al clad battery case and polypropylene gasket (Hosen Co., Ltd.) ) CR2032), spacer (material: SUS, diameter 16 mm x height 0.5 mm, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and leaf spring (material: SUS, inner diameter 10 mm, height 2.0 mm, thickness 0. A coin cell for charge / discharge measurement was prepared using a 25 mm washer manufactured by Hosen Co., Ltd., and the separator was impregnated with the electrolytic solutions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. The amount of the electrolytic solution used was such that the separator was sufficiently filled with the electrolytic solution (0.15 mL to 0.3 mL).

(3)充放電測定
作製したコインセルを用いて、充電電流密度および放電電流密度を定電流モードに設定し、室温(25℃)にて充放電測定を行った。電流密度を25mA/gに設定し、充電電圧を0.0Vまで定電流充電を行った。充電後、充電電圧を0.0V、放電終止電圧が2.0Vになるまで定電流放電を繰り返し行った。クーロン効率を下記式により求めた。結果を図2及び図3に示す。
クーロン効率(%)=放電容量(mAh)/充電容量(mAh)×100
(3) Charge / discharge measurement Using the produced coin cell, the charge current density and the discharge current density were set to the constant current mode, and the charge / discharge measurement was performed at room temperature (25 ° C.). The current density was set to 25 mA / g, and the charging voltage was constantly charged to 0.0 V. After charging, constant current discharge was repeated until the charging voltage became 0.0 V and the discharge end voltage became 2.0 V. The Coulomb efficiency was calculated by the following formula. The results are shown in FIGS. 2 and 3.
Coulomb efficiency (%) = discharge capacity (mAh) / charge capacity (mAh) x 100

本実施例において、負極の充電はカリウム化、放電は脱カリウム化とし、正極の充電は脱カリウム化、放電はカリウム化とする。 In this embodiment, the negative electrode is charged with potassium and the discharge is depotassified, the positive electrode is charged with depotassium, and the discharge is potassiumized.

図2及び図3に示すように、カリウム塩化合物としてKPFとKFSAを含む実施例1、2の電解液を用いたコインセルは、カリウム塩化合物としてKPFのみを含む比較例1の電解液を用いたコインセルに比べて高いクーロン効率(%)を示した。また、実施例1、2の電解液を用いたコインセルは、比較例1の電解液を用いたコインセルに比べて充放電サイクルの増加に伴う放電容量(mAh/g)の減少が抑制されていた。 As shown in FIGS. 2 and 3, the coin cell using the electrolytic solution of Examples 1 and 2 containing KPF 6 and KFSA as the potassium salt compound contains the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6 as the potassium salt compound. It showed higher Coulomb efficiency (%) than the coin cell used. Further, in the coin cell using the electrolytic solution of Examples 1 and 2, the decrease in discharge capacity (mAh / g) due to the increase in the charge / discharge cycle was suppressed as compared with the coin cell using the electrolytic solution of Comparative Example 1. ..

<黒鉛電極のレート特性>
充放電の電流密度を定電流モードに設定し、室温(25℃)にて充放電測定を行った。充電電流密度を0.1C(1C=279mA/g)に固定し、充電電圧が0.0Vになるまで定電流充電を行った。放電電流密度3サイクルごとに0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、4C、6C、8C、10C、15C、0.1Cの順に変え、放電電圧を2.0Vになるまで定電流放電を行った。結果を図4に示す。
<Rate characteristics of graphite electrodes>
The charge / discharge current density was set to the constant current mode, and the charge / discharge measurement was performed at room temperature (25 ° C.). The charging current density was fixed at 0.1C (1C = 279mA / g), and constant current charging was performed until the charging voltage became 0.0V. Discharge current density Change in the order of 0.1C, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 4C, 6C, 8C, 10C, 15C, 0.1C every 3 cycles, and set the discharge voltage until it reaches 2.0V. Current discharge was performed. The results are shown in FIG.

図4に示すように、カリウム塩化合物としてKPFとKFSAを含む実施例1、2の電解液を用いたコインセルは、カリウム塩化合物としてKPFのみを含む比較例1の電解液を用いたコインセルに比べて高いレート特性を示した。 As shown in FIG. 4, the coin cell using the electrolytic solution of Examples 1 and 2 containing KPF 6 and KFSA as the potassium salt compound is a coin cell using the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6 as the potassium salt compound. It showed higher rate characteristics than the above.

<黒鉛電極の溶媒依存性>
実施例2の電解液において、溶媒の組成をEC:DEC(体積比1:1)からEC:PC(体積比1:1)及びEC:EMC(体積比1:1)に変更した以外は上記と同じ条件でコインセルの充放電測定を行った。結果を図5及び図6に示す。
<Solvent dependence of graphite electrodes>
In the electrolytic solution of Example 2, the above except that the composition of the solvent was changed from EC: DEC (volume ratio 1: 1) to EC: PC (volume ratio 1: 1) and EC: EMC (volume ratio 1: 1). The charge / discharge measurement of the coin cell was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 5 and 6.

図5及び図6に示すように、カリウム塩化合物としてKPFとKFSAを含む電解液を用いたコインセルは、溶媒の組成を変更しても高いクーロン効率を示した。 As shown in FIGS. 5 and 6, the coin cell using the electrolytic solution containing KPF 6 and KFSA as the potassium salt compound showed high Coulomb efficiency even when the composition of the solvent was changed.

<黒鉛電極の表面分析>
上述した充放電試験と同様の条件でコインセルの充放電を10回行った後の黒鉛電極の表面分析を行った。具体的には、大型放射光施設SPring−8のビームラインBL46XUにおいて、硬X線光電子分光(hard X−ray photoemission spectroscopy、HAXPES)により分析を実施した。充放電後の電極は、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内においてDECで洗浄し、グローブボックス内で十分に乾燥させた。測定試料の移動にラミネートパックおよびトランスファーベッセルを利用し、試料が空気暴露しないように装置内へと導入した。励起X線エネルギーを7.94keV、光電子検出角を80°、アナライザーのパスエネルギーを200eVとした。得られたスペクトルの結合エネルギーは、sp炭素の結合エネルギーを284.6eVとして較正し、ピーク強度は、sp炭素の面積強度で規格化した。sp炭素ピークに対する各元素由来のピーク面積比を表1に示す。
<Surface analysis of graphite electrodes>
The surface analysis of the graphite electrode was performed after charging and discharging the coin cell 10 times under the same conditions as the charge / discharge test described above. Specifically, analysis was performed by hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) at the beamline BL46XU of the large-scale radiation facility SPring-8. After charging and discharging, the electrodes were washed with DEC in a glove box under an argon atmosphere and sufficiently dried in the glove box. A laminate pack and a transfer vessel were used to move the measurement sample, and the sample was introduced into the device so as not to be exposed to air. The excitation X-ray energy was 7.94 keV, the photoelectron detection angle was 80 °, and the path energy of the analyzer was 200 eV. The binding energy of the obtained spectrum was calibrated with the binding energy of sp 2 carbon as 284.6 eV, and the peak intensity was normalized by the area intensity of sp 2 carbon. The peak area ratio from each element to sp 2 carbon peaks are shown in Table 1.

表1に示すように、KPFとKFSAを含む実施例2の電解液を用いた場合はKPFのみを含む比較例1の電解液を用いた場合に比べてC由来のピーク強度の増大が小さいことから、溶媒由来の有機物の黒鉛電極表面への堆積が少ないと考えられる。
また、KPFとKFSAを含む実施例2の電解液を用いた場合はKPFのみを含む比較例1の電解液を用いた場合に比べてF及びP由来のピーク強度の増大がともに小さいことから、KPFの分解がKFSAの添加によって抑制されていると考えられる。
As shown in Table 1, when the electrolytic solution of Example 2 containing KPF 6 and KFSA was used, the peak intensity derived from C was increased as compared with the case of using the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6. Since it is small, it is considered that organic substances derived from the solvent are less deposited on the surface of the graphite electrode.
Further, when the electrolytic solution of Example 2 containing KPF 6 and KFSA was used, the increase in peak intensity derived from F and P was small as compared with the case of using the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6. Therefore, it is considered that the decomposition of KPF 6 is suppressed by the addition of KFSA.

以上の結果から、KPFとKFSAを含む電解液を用いた場合にKPFのみを含む電解液を用いた場合に比べてクーロン効率が改善することの理由として、電解液中の溶媒又はKPFの分解物の黒鉛電極表面への堆積が少なく、より安定的な不動態被膜が形成されることが考えられる。さらに、S由来のピーク強度にみられるように、実施例2の電解液に含まれるKFSAの分解物が不動態被膜に含まれることも被膜の安定化に寄与していると考えられる。 From the above results, the reason why the Coulomb efficiency is improved when the electrolytic solution containing KPF 6 and KFSA is used as compared with the case where the electrolytic solution containing only KPF 6 is used is that the solvent in the electrolytic solution or KPF 6 is used. It is considered that a more stable passivation film is formed with less deposition of the decomposition products on the surface of the graphite electrode. Further, as seen in the peak intensity derived from S, it is considered that the inclusion of the decomposition product of KFSA contained in the electrolytic solution of Example 2 in the passivation film also contributes to the stabilization of the film.

<アルミニウム腐食抑制性>
実施例1、2及び比較例2、3で得られた各電解液を使用し、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。CV測定は、作用電極にアルミニウム箔、対極および参照極にカリウム金属(アルドリッチ社製)を使用し、スキャンレート0.5mV/s、電圧の掃引範囲を2.0V〜6.0Vとして測定した。CV測定では、アルミニウムの腐食に伴って酸化電流が生じるため、測定される電流密度が小さいほどアルミニウムの腐食抑制性に優れると考えられる。結果を図7に示す。
<Aluminum corrosion inhibitory>
Cyclic voltammetry (CV) measurement was performed using each of the electrolytic solutions obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 and 3. The CV measurement was carried out using an aluminum foil for the working electrode and potassium metal (manufactured by Aldrich) for the counter electrode and the reference electrode, with a scan rate of 0.5 mV / s and a voltage sweep range of 2.0 V to 6.0 V. In CV measurement, an oxidation current is generated as the aluminum corrodes. Therefore, it is considered that the smaller the measured current density, the better the corrosion inhibitory property of aluminum. The results are shown in FIG.

図7に示すように、KPF:KFSAのモル比が3:1である実施例1及びKPF:KFSAのモル比が9:1である実施例2の電解液は、KFSAのみを含む比較例2及びKPF:KFSAのモル比が1:1である比較例3の電解液に比べてCV測定で測定される電流密度が小さく、アルミニウムが腐食しにくいと考えられる。 As shown in FIG. 7, KPF 6: KFSA molar ratio of 3: 1 in an exemplary 1 and KPF 6: the molar ratio of KFSA 9: 1 is the electrolytic solution of Example 2, compared to including KFSA only It is considered that the current density measured by CV measurement is smaller than that of the electrolytic solution of Comparative Example 3 in which the molar ratio of Example 2 and KPF 6 : KFSA is 1: 1 and aluminum is less likely to corrode.

図8にCV測定後のアルミニウム箔の表面の電子顕微鏡像を示す。図8に示すように、KPF:KFSAのモル比が3:1である実施例1及びKPF:KFSAのモル比が9:1である実施例2の電解液では、アルミニウム箔の腐食(図中の明度が低い領域)がほぼ観察されなかった。 FIG. 8 shows an electron microscope image of the surface of the aluminum foil after CV measurement. As shown in FIG. 8, KPF 6: the molar ratio of KFSA is 3: 1 in an exemplary 1 and KPF 6: the molar ratio of KFSA 9: in the electrolytic solution of EXAMPLE 2 is 1, the corrosion of the aluminum foil ( The low-brightness region in the figure) was hardly observed.

<正極の充放電特性>
(1)正極の作製
Mn[Fe(CN)]と、ケッチェンブラック(KB、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)と、PVdF(ポリフッ化ビニリデン樹脂、(株)クレハ製#1100)とを70:20:10の質量比で混合後、正極集電体としてアルミニウム箔(宝泉(株)製、厚さ0.017mm)上に塗布したものを電極打ち抜き機で直径10mmの円形に打ち抜いたものを正極とした。得られた正極の集電体を含まない部分の厚さは0.03mm〜0.04mm、質量は0.5mg〜1mgであった。
<Charging / discharging characteristics of positive electrode>
(1) Preparation of positive electrode K 2 Mn [Fe (CN) 6 ], Ketjen Black (KB, manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.), PVdF (polyvinylidene fluoride resin, manufactured by Kureha Corporation # 1100) ) At a mass ratio of 70:20:10, and then coated on an aluminum foil (manufactured by Hosen Co., Ltd., thickness 0.017 mm) as a positive electrode current collector, and a circular shape with a diameter of 10 mm using an electrode punching machine. The one punched out was used as the positive electrode. The thickness of the portion of the obtained positive electrode not including the current collector was 0.03 mm to 0.04 mm, and the mass was 0.5 mg to 1 mg.

(2)コインセルの作製
前記で作製した正極を用いたこと以外は黒鉛電極の充放電試験と同様にしてコインセルを作製した。
(2) Preparation of Coin Cell A coin cell was produced in the same manner as in the charge / discharge test of graphite electrodes except that the positive electrode produced above was used.

(3)充放電測定
作製したコインセルを用いて、充電電流密度および放電電流密度を定電流モードに設定し、室温(25℃)にて充放電測定を行った。電流密度を15mA/gに設定し、充電電圧を4.3Vまで定電流充電を行った。充電後、放電電圧を2.5Vになるまで定電流放電を繰り返し行い、クーロン効率を求めた。結果を図9及び図10に示す。
(3) Charge / discharge measurement Using the produced coin cell, the charge current density and the discharge current density were set to the constant current mode, and the charge / discharge measurement was performed at room temperature (25 ° C.). The current density was set to 15 mA / g, and the charging voltage was constant current charging up to 4.3 V. After charging, constant current discharge was repeated until the discharge voltage reached 2.5 V, and the Coulomb efficiency was determined. The results are shown in FIGS. 9 and 10.

図9及び図10に示すように、カリウム塩化合物としてKPFとKFSAを含む実施例1、2の電解液を用いたコインセルは、カリウム塩化合物としてKPFのみを含む比較例1の電解液を用いたコインセルと同等の高いクーロン効率を示し、KMn[Fe(CN)]を正極とするカリウムイオン電池に適用可能であることが示唆された。 As shown in FIGS. 9 and 10, the coin cell using the electrolytic solutions of Examples 1 and 2 containing KPF 6 and KFSA as the potassium salt compound used the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6 as the potassium salt compound. shows the same high coulombic efficiency and coin cells using, it has been suggested K 2 Mn [Fe (CN) 6] can be applied to the potassium ion battery that a positive electrode.

<イオン伝導度の測定>
実施例及び比較例で得られた各電解液について、カリウム塩化合物の濃度(mol/kg)を変化させながらイオン伝導度(mS/cm)を測定した。
イオン伝導度の測定方法は、ニッコー・ハンセン(株)製のEutech CON2700を用いて室温(25℃)で測定した。測定結果を図11に示す。
<Measurement of ionic conductivity>
For each of the electrolytic solutions obtained in Examples and Comparative Examples, the ionic conductivity (mS / cm) was measured while changing the concentration (mol / kg) of the potassium salt compound.
The ionic conductivity was measured at room temperature (25 ° C.) using Eutech CON2700 manufactured by Nikko Hansen Co., Ltd. The measurement results are shown in FIG.

図11に示すように、KPFとKFSAを含む実施例1及び実施例2の電解液は、KPFのみを含む比較例1の電解液に比べて高いイオン伝導度を示した。なお、比較例1と実施例2の電解液は、カリウム塩化合物の濃度が1.0mol/kgのときに溶解しなかった。 As shown in FIG. 11, the electrolytic solutions of Example 1 and Example 2 containing KPF 6 and KFSA showed higher ionic conductivity than the electrolytic solution of Comparative Example 1 containing only KPF 6 . The electrolytic solutions of Comparative Example 1 and Example 2 did not dissolve when the concentration of the potassium salt compound was 1.0 mol / kg.

<カリウムイオン電池の充放電特性>
(1)コインセルの作製
前記で作製した正極と、負極として前記で作製した黒鉛電極とを用いたこと以外は前記と同様にしてコインセルを作製した。
<Charging / discharging characteristics of potassium-ion batteries>
(1) Preparation of Coin Cell A coin cell was produced in the same manner as described above except that the positive electrode produced above and the graphite electrode produced above were used as the negative electrode.

(2)充放電測定
作製したコインセルを用いて、充電電流密度および放電電流密度を定電流モードに設定し、室温(25℃)にて充放電測定を行った。電流密度を15mA/gに設定し、充電電圧を4.3Vまで定電流充電を行った。充電後、放電電圧を1.5Vになるまで定電流放電を繰り返し行い、クーロン効率を求めた。結果を図12及び図13に示す。
(2) Charge / discharge measurement Using the produced coin cell, the charge current density and the discharge current density were set to the constant current mode, and the charge / discharge measurement was performed at room temperature (25 ° C.). The current density was set to 15 mA / g, and the charging voltage was constant current charging up to 4.3 V. After charging, constant current discharge was repeated until the discharge voltage reached 1.5 V, and the Coulomb efficiency was determined. The results are shown in FIGS. 12 and 13.

図12及び図13に示すように、カリウム塩化合物としてKPFとKFSAを含む電解液を用いた実施例1、2のカリウムイオン電池は、カリウム塩化合物としてKPFのみを含む比較例1の電解液を用いたカリウムイオン電池に比べて優れたクーロン効率を示した。 As shown in FIGS. 12 and 13, the potassium ion batteries of Examples 1 and 2 using the electrolytic solution containing KPF 6 and KFSA as the potassium salt compound are the electrolysis of Comparative Example 1 containing only KPF 6 as the potassium salt compound. It showed excellent Coulomb efficiency as compared with the potassium ion battery using the liquid.

10:カリウムイオン電池、12:電池ケース(負極側)、14:ガスケット、16:負極、18:セパレータ、20:正極、22:スペーサー、24:板ばね、26:電池ケース(正極側) 10: Potassium-ion battery, 12: Battery case (negative electrode side), 14: Gasket, 16: Negative electrode, 18: Separator, 20: Positive electrode, 22: Spacer, 24: Leaf spring, 26: Battery case (positive electrode side)

Claims (6)

溶媒とカリウム塩化合物とを含み、前記カリウム塩化合物はヘキサフルオロリン酸カリウムと、カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド及びカリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドからなる群より選択される少なくとも1種とを含み、前記カリウム塩化合物全体に占める前記ヘキサフルオロリン酸カリウムの割合が70モル%〜95モル%である、カリウムイオン電池用電解液。 It contains a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound contains potassium hexafluorophosphate and at least one selected from the group consisting of potassium bis (fluorosulfonyl) amide and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide. , An electrolytic solution for a potassium ion battery, wherein the ratio of the potassium hexafluorophosphate to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%. 請求項1に記載のカリウムイオン電池用電解液を備える、カリウムイオン電池。 A potassium-ion battery comprising the electrolytic solution for a potassium-ion battery according to claim 1. 黒鉛を含む電極をさらに備える、請求項2に記載のカリウムイオン電池。 The potassium ion battery according to claim 2, further comprising an electrode containing graphite. アルミニウムを含む部材をさらに備える、請求項2又は請求項3に記載のカリウムイオン電池。 The potassium-ion battery according to claim 2 or 3, further comprising a member containing aluminum. 溶媒とカリウム塩化合物とを含み、前記カリウム塩化合物はヘキサフルオロリン酸カリウムと、カリウムビス(フルオロスルホニル)アミド及びカリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドからなる群より選択される少なくとも1種とを含み、前記カリウム塩化合物全体に占める前記ヘキサフルオロリン酸カリウムの割合が70モル%〜95モル%である、カリウムイオンキャパシタ用電解液。 It contains a solvent and a potassium salt compound, and the potassium salt compound contains potassium hexafluorophosphate and at least one selected from the group consisting of potassium bis (fluorosulfonyl) amide and potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide. , An electrolytic solution for a potassium ion capacitor in which the ratio of the potassium hexafluorophosphate to the total potassium salt compound is 70 mol% to 95 mol%. 請求項5に記載のカリウムイオンキャパシタ用電解液を備える、カリウムイオンキャパシタ。 A potassium ion capacitor comprising the electrolytic solution for a potassium ion capacitor according to claim 5.
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