JP2021044078A - 活物質 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本開示における活物質について、詳細に説明する。
本開示における活物質は、フッ化物イオン電池に用いられる活物質であって、Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する。
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、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3とを有する。また、正極活物質および負極活物質の少なくとも一方が、上記活物質を含有している。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。
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。
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。
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。
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。
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。
正極活物質(BiFeO3、豊島製作所製)と、固体電解質(La0.9Ba0.1F2.9)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(PbF2)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(La0.9Ba0.1F2.9)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。
(正極活物質の合成)
正極活物質として、Bi(Fe0.5Co0.5)O3を固相合成法により合成した。具体的には、Bi2O3、Fe2O3およびCoOを化学量論比に合うように秤量し、乳鉢で粉砕混合してペレット化した。その後、大気雰囲気中での電気炉で、1200℃で12時間焼結し、て正極活物質を得た。
正極合材に含まれる正極活物質として、上記活物質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。
(正極活物質の合成)
Bi2O3、Fe2O3およびMnOを用いたこと以外は、実施例2と同様にして、固相合成法により正極活物物質(Bi(Fe0.7,Mn0.3)O3)を合成した。
正極合材に含まれる正極活物質として、上記活物質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。
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。
(XRD測定)
実施例2における正極活物質(Bi(Fe0.5,Co0.5)O3)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に示されたピークは、ICSD(無機結晶構造データベース)におけるBi(Fe0.5,Co0.5)O3のデータと一致した。このことから、実施例2の正極活物質はBi(Fe0.5,Co0.5)O3の結晶相をほぼ単相で有していることが確認された。なお、図示はしないが、実施例3の正極活物質も、Bi(Fe0.7,Mn0.3)O3の結晶相をほぼ単相で有していた。
実施例1〜実施例3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/cm2、作用極の終止電位−1.5V(vs Pb/PbF2)〜3.0V(vs Pb/PbF2)の条件で行った。実施例1〜実施例3の結果を、図3〜図5に示す。
実施例2および3で得られた評価用電池に対して、電流を30μA/cm2、90μA/cm2、300μA/cm2および3mA/cm2、と変化させたこと以外は充放電試験と同様の条件で試験を行った。結果を図6および図7に示す。なお、図中1mAhは333mAh/gに相当する。
実施例1〜実施例3および比較例1で得られた評価用電池に対して、充放電試験と同様の条件でサイクル試験を実施した。1サイクル目の容量に対する3サイクル後の容量を求めて評価した(容量維持率(%))。結果を図8に示す。
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … フッ化物イオン電池
Claims (1)
- フッ化物イオン電池に用いられる活物質であって、
Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する、活物質。
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