JP2020194697A - Fluoride ion battery - Google Patents

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健志 當寺ヶ盛
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Abstract

To provide a fluoride ion battery having good capacitance characteristics.SOLUTION: A fluoride ion battery disclosed herein includes a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、容量特性が良好なフッ化物イオン電池に関する。 The present disclosure relates to a fluoride ion battery having good capacitance characteristics.

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。 As a battery having a high voltage and a high energy density, for example, a Li ion battery is known. A Li-ion battery is a cation-based battery that uses 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、特許文献1には、正極活物質層に、正極活物質と、PbFまたはPbMFで表される固体電解質とを用いたフッ化物イオン電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a fluoride ion battery in which a positive electrode active material and a solid electrolyte represented by PbF 2 or PbMF x are used in the positive electrode active material layer.

特開2019−029206号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-029206

フッ化物イオン電池においては、容量特性が良好であることが求められる。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、容量特性が良好なフッ化物イオン電池を提供することを主目的とする。 Fluoride ion batteries are required to have good capacity characteristics. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a fluoride ion battery having good capacity characteristics.

上記課題を達成するために、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層に間に形成された電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、上記正極活物質層および上記負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有する、フッ化物イオン電池を提供する。 In order to achieve the above object, in the present disclosure, a fluoride ion having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Provided is a fluoride ion battery, wherein at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material.

本開示によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有するため、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material, so that a fluoride ion battery having good capacity characteristics is obtained. be able to.

本開示は、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができるという効果を奏する。 The present disclosure has an effect that a fluoride ion battery having good capacity characteristics can be obtained.

本開示におけるフッ化物イオン電池の一例を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows an example of the fluoride ion battery in this disclosure. 実施例1で用いた遷移金属酸化物のXRD測定の結果である。It is a result of XRD measurement of the transition metal oxide used in Example 1. 実施例1で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 1. 実施例2で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 2. 実施例3で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 3. 実施例4で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 4. 実施例5で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 5. 比較例1で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。This is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Comparative Example 1.

以下、本開示におけるフッ化物イオン電池について、詳細に説明する。
図1は、本開示におけるフッ化物イオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるフッ化物イオン電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3とを有する。また、正極活物質層1および負極活物質層2の少なくとも一方が、活物質として岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有する。さらに、図1に示されるフッ化物イオン電池10は、正極活物質層1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。
Hereinafter, the fluoride ion battery in the present disclosure will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery in the present disclosure. The fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 has a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, and an electrolyte layer 3 formed between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2. Further, at least one of the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2 contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material. Further, the fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 includes a positive electrode current collector 4 that collects electricity from the positive electrode active material layer 1 and a negative electrode current collector 5 that collects electricity from the negative electrode active material layer 2. It has a battery case 6 for storing members.

本開示によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有するため、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができる。本開示においては、正極活物質層のみが上記活物質を含有していてもよく、負極活物質層のみが上記活物質を含有していてもよい。また、正極活物質層および負極活物質層の両方が、上記活物質を含有していてもよいが、その場合は、上記活物質の中で、反応電位が高い活物質を正極活物質として用い、反応電位が低い活物質を負極活物質として用いる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material, so that a fluoride ion battery having good capacity characteristics is obtained. be able to. In the present disclosure, only the positive electrode active material layer may contain the above active material, and only the negative electrode active material layer may contain the above active material. Further, both the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may contain the above active material, but in that case, the active material having a high reaction potential is used as the positive electrode active material among the above active materials. , An active material having a low reaction potential is used as the negative electrode active material.

本開示におけるフッ化物イオン電池の容量特性が良好となる理由は以下のように推察される。例えば、特許文献1に開示されているように、フッ化物イオン電池の活物質として、金属材料が用いられることが知られている。ところが、そのような金属材料を例えば正極に用いた場合、充電過程で活物質のフッ化反応が進むと、活物質表面が金属フッ化物に覆われてしまう可能性がある。この金属フッ化物は、電子伝導度が非常に低くほぼ絶縁体であるために、活物質表面近傍でしか反応ができない。また、金属フッ化物が一定の厚みに成長すると、抵抗が大きくなり可逆的な充放電反応が阻害される恐れがある。一方で、岩塩型の遷移金属酸化物は、初期状態では絶縁体であっても、遷移金属の価数が変動することで、ホールやドナーがドープされて電子伝導度が向上する。そのため、例えば正極の充電過程において、フッ素イオンがドープされる際に電子伝導度が向上し、反応が活物質粒子の内部まで進行することができると推察され、結果としてフッ化物イオン電池の容量特性が良好になると推察される。
以下、本開示におけるフッ化物イオン電池について、各構成に分けて説明する。
The reason why the capacity characteristics of the fluoride ion battery in the present disclosure are good is presumed as follows. For example, as disclosed in Patent Document 1, it is known that a metal material is used as an active material for a fluoride ion battery. However, when such a metal material is used for a positive electrode, for example, if the fluoride reaction of the active material proceeds in the charging process, the surface of the active material may be covered with the metal fluoride. Since this metal fluoride has very low electron conductivity and is almost an insulator, it can react only near the surface of the active material. Further, when the metal fluoride grows to a certain thickness, the resistance increases and the reversible charge / discharge reaction may be hindered. On the other hand, the rock salt type transition metal oxide, even if it is an insulator in the initial state, is doped with holes and donors due to fluctuations in the valence of the transition metal, and the electron conductivity is improved. Therefore, for example, in the process of charging the positive electrode, it is presumed that the electron conductivity is improved when fluorine ions are doped, and the reaction can proceed to the inside of the active material particles, and as a result, the capacity characteristics of the fluoride ion battery. Is presumed to be good.
Hereinafter, the fluoride ion battery in the present disclosure will be described separately for each configuration.

1.正極活物質層
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、必要に応じて、電解質、導電化材およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
1. 1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. Further, the positive electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

正極活物質層は、活物質(正極活物質)として、岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有することが好ましい。この場合、後述する負極活物質層においては、この活物質よりも反応電位が低い任意の活物質を、負極活物質として用いることができる。また、正極活物質は、岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物のみを含有していてもよく、その他の正極活物質も含有していてもよいが、前者が好ましい。 The positive electrode active material layer preferably contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as the active material (positive electrode active material). In this case, in the negative electrode active material layer described later, any active material having a lower reaction potential than this active material can be used as the negative electrode active material. Further, the positive electrode active material may contain only a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure, or may also contain other positive electrode active materials, but the former is preferable.

遷移金属酸化物における遷移金属元素としては、例えばFe、Co、Ni、Ti、NbおよびMnが挙げられる。遷移金属酸化物は、遷移金属元素を1種のみ含有していてもよく、2種以上含有していてもよい。遷移金属酸化物の組成は、後述する岩塩型の結晶構造を有していれば特に限定されないが、例えば、MO(Mは上記遷移金属元素である。)で表わされる組成が挙げられる。本開示において遷移金属酸化物は、NbOが容量特性が特に良好であるために好ましい。 Examples of the transition metal element in the transition metal oxide include Fe, Co, Ni, Ti, Nb and Mn. The transition metal oxide may contain only one type of transition metal element, or may contain two or more types of transition metal elements. The composition of the transition metal oxide is not particularly limited as long as it has a rock salt type crystal structure described later, and examples thereof include a composition represented by MO (M is the transition metal element). In the present disclosure, the transition metal oxide is preferable because NbO has particularly good capacitance characteristics.

本開示における遷移金属酸化物は、岩塩型の結晶構造を有する。遷移金属酸化物が岩塩型の結晶構造を有することは、例えば、X線構造解析測定(XRD測定)を行うことにより、確認することができる。岩塩型の結晶構造を有する結晶相は、Cu−Kα線を用いたXRD測定において例えば以下のようなピークを有する。遷移金属元素としてFeを含有する遷移金属酸化物の場合、例えば2θ=36.1°、41.9°、60.7°、72.7°に典型的なピークを有し、遷移金属元素としてCoを含有する遷移金属酸化物の場合、例えば2θ=36.5°、41.9°、61.5°、73.6°に典型的なピークを有し、遷移金属元素としてNiを含有する遷移金属酸化物の場合、例えば2θ=37.2°、43.3°、62.9°、75.4°に典型的なピークを有し、遷移金属元素としてTiを含有する遷移金属酸化物の場合、例えば2θ=37.8°、43.8°、62.4°、76.0°に典型的なピークを有し、遷移金属元素としてNbを含有する遷移金属酸化物の場合、例えば2θ=37.5°、43.5°、62.9°、71.3°に典型的なピークを有する。なお、これらのピークは、それぞれ、±0.5°の範囲で前後していてもよく、±0.3°の範囲で前後していてもよく、±0.1°の範囲で前後していてもよい。また、例えばICSD(結晶構造データベース)を参照することでも、岩塩型の結晶構造を有するか否かを判別することができる。 The transition metal oxide in the present disclosure has a rock salt type crystal structure. It can be confirmed that the transition metal oxide has a rock salt type crystal structure, for example, by performing X-ray structure analysis measurement (XRD measurement). The crystal phase having a rock salt type crystal structure has the following peaks in XRD measurement using Cu-Kα rays, for example. In the case of a transition metal oxide containing Fe as a transition metal element, it has typical peaks at, for example, 2θ = 36.1 °, 41.9 °, 60.7 °, and 72.7 °, and as a transition metal element. In the case of a transition metal oxide containing Co, it has typical peaks at, for example, 2θ = 36.5 °, 41.9 °, 61.5 °, and 73.6 °, and contains Ni as a transition metal element. In the case of a transition metal oxide, for example, a transition metal oxide having typical peaks at 2θ = 37.2 °, 43.3 °, 62.9 °, and 75.4 ° and containing Ti as a transition metal element. In the case of a transition metal oxide having typical peaks at 2θ = 37.8 °, 43.8 °, 62.4 °, 76.0 ° and containing Nb as a transition metal element, for example. It has typical peaks at 2θ = 37.5 °, 43.5 °, 62.9 ° and 71.3 °. It should be noted that these peaks may be before and after in the range of ± 0.5 °, may be before and after in the range of ± 0.3 °, and may be before and after in the range of ± 0.1 °. You may. Further, for example, by referring to ICSD (Crystal Structure Database), it is possible to determine whether or not the crystal structure is rock salt type.

本開示における遷移金属酸化物は、岩塩型の結晶構造を有する結晶相を主相として有することが好ましい。活物質の全結晶相における上記結晶相の割合は、例えば、50mol%以上であり、70mol%以上であってもよく、90mol%以上であってもよい。特に、本開示における遷移金属酸化物は、上記結晶相を単相で有することが好ましい。 The transition metal oxide in the present disclosure preferably has a crystal phase having a rock salt type crystal structure as a main phase. The ratio of the crystal phase to the total crystal phase of the active material is, for example, 50 mol% or more, 70 mol% or more, or 90 mol% or more. In particular, the transition metal oxide in the present disclosure preferably has the above crystal phase as a single phase.

本開示における活物質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。活物質の平均一次粒子径(D50)は、例えば10nm以上10μm以下であり、20nm以上1μm以下であってもよい。なお、平均一次粒子径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察によって求めることができる。サンプル数は、多いことが好ましく、例えば20以上であり、50以上であってもよく、100以上であってもよい。活物質の粒子径は、例えば、活物質の製造条件を適宜変更したり、分級処理を行ったりすることで、適宜調整可能である。 Examples of the shape of the active material in the present disclosure include particulate matter. The average primary particle size (D 50 ) of the active material is, for example, 10 nm or more and 10 μm or less, and may be 20 nm or more and 1 μm or less. The average primary particle size can be determined by, for example, observation with a scanning electron microscope (SEM). The number of samples is preferably large, for example, 20 or more, 50 or more, or 100 or more. The particle size of the active material can be appropriately adjusted, for example, by appropriately changing the production conditions of the active material or performing a classification treatment.

正極活物質層における上記活物質の割合は、容量の観点からはより多いことが好ましい。活物質の割合は、例えば60重量%以上であり、70重量%以上であってもよい。一方、活物質の割合は、例えば99重量%以下であり、95重量%以下であってもよい。 The proportion of the active material in the positive electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity. The proportion of the active material is, for example, 60% by weight or more, and may be 70% by weight or more. On the other hand, the proportion of the active material is, for example, 99% by weight or less, and may be 95% by weight or less.

導電化材としては、例えば炭素材料が挙げられる。炭素材料の具体例としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、VGCF、グラファイトが挙げられる。正極活物質層における導電化材の割合は、例えば1重量%以上であり、5重量%以上であってもよい。一方、導電化材の割合は、例えば30重量%以下であり、20重量%以下であってもよい。導電化材の割合が少なすぎると、電子伝導パスが形成されず、電極抵抗が増加する恐れがある。導電化材の割合が多すぎると、相対的に正極活物質の比率が下がるため、エネルギー密度が低下する恐れがある。 Examples of the conductive material include a carbon material. Specific examples of the carbon material include acetylene black, Ketjen black, VGCF, and graphite. The proportion of the conductive material in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more, and may be 5% by weight or more. On the other hand, the proportion of the conductive material is, for example, 30% by weight or less, and may be 20% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too small, the electron conduction path is not formed and the electrode resistance may increase. If the ratio of the conductive material is too large, the ratio of the positive electrode active material is relatively lowered, which may lower the energy density.

バインダーとしては、例えば、ゴム系バインダー、フッ化物系バインダーが挙げられる。正極活物質層におけるバインダーの割合は、例えば、1重量%以上、30重量%以下である。 Examples of the binder include rubber-based binders and fluoride-based binders. The proportion of the binder in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more and 30% by weight or less.

電解質については、後述する「3.電解質層」と同様の内容である。 The electrolyte has the same contents as “3. Electrolyte layer” described later.

正極活物質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the configuration of the battery.

2.負極活物質層
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、必要に応じて、電解質、導電化材およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
2. 2. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

負極活物質層は、活物質(負極活物質)として、上記「1.正極活物質層」に記載した活物質を含有することが好ましい。この場合、上述した活物質よりも反応電位が高い任意の活物質を、正極活物質として用いることができる。一方、正極活物質層が上述した活物質を含有する場合、負極活物質層は、F元素を含む活物質を含有することが好ましい。F元素を含む活物質としては、例えば、PbFが挙げられる。 The negative electrode active material layer preferably contains the active material described in the above "1. Positive electrode active material layer" as the active material (negative electrode active material). In this case, any active material having a higher reaction potential than the above-mentioned active material can be used as the positive electrode active material. On the other hand, when the positive electrode active material layer contains the above-mentioned active material, the negative electrode active material layer preferably contains an active material containing an F element. Examples of the active material containing the F element include PbF 2 .

負極活物質層における負極活物質の割合は、容量の観点からはより多いことが好ましい。負極活物質の割合は、例えば60重量%以上であり、70重量%以上であってもよい。一方、負極活物質の割合は、例えば99重量%以下であり、95重量%以下であってもよい。 The proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity. The proportion of the negative electrode active material is, for example, 60% by weight or more, and may be 70% by weight or more. On the other hand, the proportion of the negative electrode active material is, for example, 99% by weight or less, and may be 95% by weight or less.

なお、負極活物質層に用いられる電解質、導電化材およびバインダーの種類ならびに割合については、上述した正極活物質層に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。 The types and proportions of the electrolyte, the conductive material and the binder used in the negative electrode active material layer can be the same as those described in the positive electrode active material layer described above, and thus the description thereof is omitted here.

負極活物質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the configuration of the battery.

3.電解質層
電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層を構成する電解質は、液体電解質(電解液)であってもよく、固体電解質であってもよい。すなわち、電解質層は、液体電解質層であってもよく、固体電解質層であってもよいが、後者が好ましい。
3. 3. Electrolyte layer 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, but the latter is preferable.

本開示における電解液は、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、イオン液体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。電解液におけるフッ化物塩の濃度は、例えば0.1mol%以上40mol%以下であり、1mol%以上10mol%以下であることが好ましい。 The electrolytic solution in the present disclosure contains, for example, a fluoride salt and an organic solvent. Examples of the fluoride salt include an inorganic fluoride salt, an organic fluoride salt, and an ionic liquid. As an example of the 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 alkylammonium cation such as a tetramethylammonium cation can be mentioned. The concentration of the fluoride salt in the electrolytic solution is, for example, 0.1 mol% or more and 40 mol% or less, and preferably 1 mol% or more and 10 mol% or less.

電解液の有機溶媒は、通常、フッ化物塩を溶解する溶媒である。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よい。 The organic solvent of the electrolytic solution is usually a solvent that dissolves a fluoride salt. Examples of the organic solvent include glime such as triethylene glycol dimethyl ether (G3) and tetraethylene glycol dimethyl ether (G4), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), and propylene carbonate (PC). ), Cyclic carbonate such as butylene carbonate (BC), and chain carbonate such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). Moreover, you may use an ionic liquid as an organic solvent.

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。無機固体電解質の具体例としては、LaおよびBaを含有するフッ化物、PbおよびSnを含有するフッ化物、BiおよびSnを含有するフッ化物を挙げることができる。具体的な固体電解質としては、La0.9Ba0.12.9を挙げることができる。 Examples of the solid electrolyte include an inorganic solid electrolyte. Examples of the inorganic solid electrolyte include fluorides containing lanthanoid elements such as La and Ce, fluorides containing alkaline elements such as Li, Na, K, Rb and Cs, and alkaline earths such as Ca, Sr and Ba. Fluoride containing an element can be mentioned. Specific examples of the inorganic solid electrolyte include fluorides containing La and Ba, fluorides containing Pb and Sn, and fluorides containing Bi and Sn. Specific examples of the solid electrolyte include La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 .

電解質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the electrolyte layer is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the configuration of the battery.

4.その他の構成
本開示におけるフッ化物イオン電池は、通常、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、カーボンが挙げられる。一方、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、カーボンが挙げられる。正極集電体および負極集電体の形状としては、それぞれ、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状が挙げられる。また、本開示におけるフッ化物イオン電池は、電池の部材を収納する電池ケースを有していてもよい。電池ケースには、一般的な電池の電池ケースを用いることができる。
4. Other Configurations The fluoride ion battery in the present disclosure usually includes a positive electrode current collector that collects electricity from the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects electricity from the negative electrode active material layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material of the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Examples of the shapes of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include a foil shape, a mesh shape, and a porous shape, respectively. Further, the fluoride ion battery in the present disclosure may have a battery case for accommodating a battery member. As the battery case, a battery case of a general battery can be used.

5.フッ化物イオン電池
本開示におけるフッ化物イオン電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、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、本開示におけるフッ化物イオン電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型を挙げることができる。
5. Fluoride ion battery The fluoride ion battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, and among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged, and is useful as an in-vehicle battery, for example. The secondary battery also includes the use as a primary battery of the secondary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). Further, examples of the shape of the fluoride ion battery in the present disclosure include a coin type, a laminated type, a cylindrical type and a square type.

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示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 embodiment is an example, and any object having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present disclosure and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
正極活物質(FeO、アルドリッチ製)と、固体電解質(La0.9Ba0.12.9)と、導電化材(アセチレンブラック)とを、30:60:10の重量比でボールミルを用いて混合して正極合材を得た(作用極)。負極活物質(PbF)と、導電化材(アセチレンブラック)とを、95:5の重量比で混合して負極合材を得た。得られた正極合材と、固体電解質層を形成する固体電解質(La0.9Ba0.12.9)と、負極合材と、Pb箔(対極)とを積層して圧粉成型することで、評価用電池を作製した。
[Example 1]
A ball mill containing a positive electrode active material (FeO, manufactured by Aldrich), a solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ), and a conductive material (acetylene black) at a weight ratio of 30:60:10. The mixture was used to obtain a positive electrode mixture (working electrode). The negative electrode active material (PbF 2 ) and the conductive material (acetylene black) were mixed at a weight ratio of 95: 5 to obtain a negative electrode mixture. The obtained positive electrode mixture, the solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ) forming the solid electrolyte layer, the negative electrode mixture, and the Pb foil (counter electrode) are laminated and powder molded. By doing so, an evaluation battery was produced.

[実施例2]
正極合材に含まれる正極活物質として、CoO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作製した。
[Example 2]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that CoO was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[実施例3]
正極合材に含まれる正極活物質として、NiO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作製した。
[Example 3]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that NiO was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[実施例4]
正極合材に含まれる正極活物質として、TiO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作製した。
[Example 4]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that TiO was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[実施例5]
正極合材に含まれる正極活物質として、NbO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作製した。
[Example 5]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that NbO was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[比較例1]
正極合材に含まれる正極活物質として、Cu23Al65Fe12合金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作製した。
[Comparative Example 1]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a Cu 23 Al 65 Fe 12 alloy was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[評価]
(XRD測定)
実施例1における正極活物質(FeO)対して、XRD測定(CuKα線使用)を行った。その結果を図2に示す。図2に示されるように、正極活物質は、2θ=36.1°、41.9°、60.7°、72.7°の位置に特徴的なピークが確認され、岩塩構造の結晶相をほぼ単相で有することが確認された。
[Evaluation]
(XRD measurement)
XRD measurement (using CuKα ray) was performed on the positive electrode active material (FeO) in Example 1. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the positive electrode active material, characteristic peaks were confirmed at the positions of 2θ = 36.1 °, 41.9 °, 60.7 °, and 72.7 °, and the crystal phase of the rock salt structure. Was confirmed to have almost a single phase.

(充放電試験)
実施例1〜5および比較例1で得られた評価用電池に対して、充放電試験を行った。充放電試験は140℃の環境下にて、電流50μA/cm、作用極の終止電位−1.5V(vs Pb/PbF)〜3.0V(vs Pb/PbF)の条件で行った。その結果を、図3〜図8に示す。なお、正極合材に用いた固体電解質(La0.9Ba0.12.9)の還元分解電位は−2.4V(vs Pb/PbF)であるため、上記電位範囲で得られる容量は全て正極活物質由来の容量といえる。
(Charge / discharge test)
A charge / discharge test was performed on the evaluation batteries obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. The charge / discharge test was performed under the conditions of a current of 50 μA / cm 2 and a final potential of the working electrode of −1.5 V (vs Pb / PbF 2 ) to 3.0 V (vs Pb / PbF 2 ) in an environment of 140 ° C. .. The results are shown in FIGS. 3 to 8. Since the reduction decomposition potential of the solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ) used for the positive electrode mixture is -2.4 V (vs Pb / PbF 2 ), it can be obtained in the above potential range. It can be said that all the capacities are derived from the positive electrode active material.

図3に示されるように、実施例1(FeO)では、充電側および放電側ともに電位平坦部が確認され、約35mAh/gの充放電容量が得られた。図4に示されるように、実施例2(CoO)では、2Vおよび−1V付近に電位平坦部が確認され、約100mAh/gの放電容量が得られた。図5に示されるように、実施例3(NiO)では、約10mAh/gの放電容量が得られた。図6に示されるように、実施例4(TiO)では、−1Vおよび0V付近を中心にして2段の電位平坦部が確認され、約17mAh/gの放電容量が得られた。図7に示されるように、実施例5(NbO)では、0Vを中心として、約500mAh/gの放電容量が得られた。一方、図8に示されるように、比較例1(Cu23Al65Fe12)では、2mAh/g以下の非常に低い放電容量しか得られなかった。このように、実施例1〜5の全てにおいて、比較例1よりも良好な容量特性を示すことが確認された。 As shown in FIG. 3, in Example 1 (FeO), a flat potential portion was confirmed on both the charging side and the discharging side, and a charging / discharging capacity of about 35 mAh / g was obtained. As shown in FIG. 4, in Example 2 (CoO), a flat potential portion was confirmed in the vicinity of 2V and -1V, and a discharge capacity of about 100 mAh / g was obtained. As shown in FIG. 5, in Example 3 (NiO), a discharge capacity of about 10 mAh / g was obtained. As shown in FIG. 6, in Example 4 (TiO), a two-stage potential flat portion was confirmed centering on the vicinity of -1V and 0V, and a discharge capacity of about 17 mAh / g was obtained. As shown in FIG. 7, in Example 5 (NbO), a discharge capacity of about 500 mAh / g was obtained centering on 0 V. On the other hand, as shown in FIG. 8, in Comparative Example 1 (Cu 23 Al 65 Fe 12 ), only a very low discharge capacity of 2 mAh / g or less was obtained. As described above, it was confirmed that all of Examples 1 to 5 exhibited better capacitance characteristics than Comparative Example 1.

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)

正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層に間に形成された電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、
前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として岩塩型の結晶構造を有する遷移金属酸化物を含有する、フッ化物イオン電池。
A fluoride ion battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
A fluoride ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a transition metal oxide having a rock salt type crystal structure as an active material.
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