JP2022132767A - Solid electrolyte and fluoride ion battery - Google Patents

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Abstract

To provide a solid electrolyte having good fluoride ion conductivity in a room temperature region.SOLUTION: The above problem is solved by providing a solid electrolyte comprising a crystal phase represented by RbxSbF3+x (where x satisfies 1.6≤x≤2.4) in the disclosure hereof, which is to be used for a fluoride ion battery.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、固体電解質およびフッ化物イオン電池に関する。 The present disclosure relates to solid electrolyte and fluoride ion batteries.

高電圧かつ高エネルギー密度な電池として、例えばLiイオン電池が知られている。Liイオン電池は、Liイオンをキャリアとして用いるカチオンベースの電池である。一方、アニオンベースの電池として、フッ化物イオンをキャリアとして用いるフッ化物イオン電池が知られている。 Li-ion batteries, for example, are known as high-voltage and high-energy-density batteries. A Li-ion battery is a cation-based battery that uses Li-ions as carriers. On the other hand, as an anion-based battery, a fluoride ion battery using fluoride ions as carriers is known.

例えば、特許文献1には、ASiF結晶相(Aは、K、NaおよびLiのうちの少なくとも一つである)を有する、固体電解質が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a solid electrolyte having an A 2 SiF 6 crystal phase (A is at least one of K, Na and Li).

特開2019-091572号公報JP 2019-091572 A

特許文献1に記載された固体電解質は、例えば80℃以上の高温域ではフッ化物イオン伝導度が高いが、より低温域である室温域では、フッ化物イオン伝導度が低い。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、室温域におけるフッ化物イオン伝導度が良好な固体電解質を提供することを主目的とする。 The solid electrolyte described in Patent Document 1 has a high fluoride ion conductivity in a high temperature range of, for example, 80° C. or higher, but a low fluoride ion conductivity in a lower temperature range, that is, a room temperature range. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a solid electrolyte having good fluoride ion conductivity in the room temperature range.

上記課題を解決するために、本開示においては、フッ化物イオン電池に用いられる固体電解質であって、RbSbF3+x(xは1.6≦x≦2.4を満たす)で表される結晶相を備える、固体電解質を提供する。 In order to solve the above problems, in the present disclosure, a crystal represented by Rb x SbF 3+x (where x satisfies 1.6 ≤ x ≤ 2.4) is a solid electrolyte used in a fluoride ion battery A solid electrolyte is provided comprising a phase.

本開示によれば、所定の結晶相を備えることで、室温域におけるフッ化物イオン伝導度が良好な固体電解質となる。 According to the present disclosure, a solid electrolyte having good fluoride ion conductivity in a room temperature range is obtained by including a predetermined crystal phase.

上記開示においては、上記xが、1.8≦x≦2.4を満たしてもよい。 In the above disclosure, x may satisfy 1.8≦x≦2.4.

上記開示においては、上記固体電解質が、上記結晶相の単相材料であってもよい。 In the above disclosure, the solid electrolyte may be a single-phase material of the crystal phase.

また、本開示においては、正極層と、負極層と、上記正極層および上記負極層の間に形成された固体電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、上記正極層、上記負極層および上記固体電解質層の少なくとも一つが、上述した固体電解質を含有する、フッ化物イオン電池を提供する。 Further, in the present disclosure, a fluoride ion battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the positive electrode layer, the negative electrode layer and At least one of the solid electrolyte layers provides a fluoride ion battery containing the solid electrolyte described above.

本開示によれば、正極層、負極層および固体電解質層の少なくとも一つが、上述した固体電解質を含有することで、室温域における出力特性が良好なフッ化物イオン電池となる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte described above, thereby providing a fluoride ion battery with good output characteristics in the room temperature range.

本開示においては、室温域におけるフッ化物イオン伝導度が良好な固体電解質を提供することができるという効果を奏する。 The present disclosure has the effect of being able to provide a solid electrolyte having good fluoride ion conductivity in the room temperature range.

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。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery in the present disclosure; FIG. 実施例1~5のXRD測定の結果である。It is the result of XRD measurement of Examples 1-5. 実施例1~5のフッ化物イオン伝導度を示すグラフである。4 is a graph showing the fluoride ion conductivity of Examples 1-5.

以下、本開示における固体電解質およびフッ化物イオン電池について、詳細に説明する。 The solid electrolyte and fluoride ion battery according to the present disclosure will be described in detail below.

A.固体電解質
本開示における固体電解質は、フッ化物イオン電池に用いられる固体電解質であって、RbSbF3+x(xは1.6≦x≦2.4を満たす)で表される結晶相を備える。
A. Solid Electrolyte The solid electrolyte in the present disclosure is a solid electrolyte used in fluoride ion batteries, and has a crystal phase represented by Rb x SbF 3+x (where x satisfies 1.6≦x≦2.4).

本開示によれば、所定の結晶相を備えることで、室温域におけるフッ化物イオン伝導度が良好な固体電解質となる。なお、本開示において「室温域」は、例えば0℃以上40℃以下であり、典型的には25℃である。 According to the present disclosure, a solid electrolyte having good fluoride ion conductivity in a room temperature range is obtained by including a predetermined crystal phase. In the present disclosure, the "room temperature range" is, for example, 0°C or higher and 40°C or lower, typically 25°C.

一般的に、固体電解質のフッ化物イオン伝導度は温度依存性を有し、温度が高くなるとフッ化物イオン伝導度は高くなり、温度が低くなるとフッ化物イオン伝導度は低くなる。例えば、特許文献1に開示された固体電解質(アルカリ金属元素であるA元素、Si元素およびF元素を含有する結晶相を備えた固体電解質)は、例えば80℃以上の高温域ではフッ化物イオン伝導度が高いが、より低温域である室温域では、フッ化物イオン伝導度が低い。これは、アルカリ金属元素とF元素とが強力なイオン結合を形成することで、F拡散性が阻害されているためと考えられる。一方、本開示においては、Sb3+の5s軌道の孤立電子対がFと反発するため、アルカリ金属元素であるRbにFがトラップされることを抑制できる。言い換えると、結晶相がSb元素を含有することで、RbとFとのイオン結合力を弱くすることができる。その結果、室温域におけるフッ化物イオン伝導度が良好になる。 In general, the fluoride ion conductivity of a solid electrolyte depends on temperature, and the higher the temperature, the higher the fluoride ion conductivity, and the lower the temperature, the lower the fluoride ion conductivity. For example, the solid electrolyte disclosed in Patent Document 1 (a solid electrolyte having a crystal phase containing the alkali metal elements A element, Si element and F element) is, for example, fluoride ion conductive in a high temperature range of 80 ° C. or higher. Although the temperature is high, the fluoride ion conductivity is low in the room temperature range, which is a lower temperature range. This is probably because the strong ionic bond between the alkali metal element and the F element inhibits the diffusion of F. On the other hand, in the present disclosure, since the lone electron pair of the 5s orbital of Sb 3+ repels F , it is possible to suppress the trapping of F by Rb + which is an alkali metal element. In other words, the Sb element contained in the crystal phase can weaken the ionic bonding force between Rb + and F . As a result, the fluoride ion conductivity in the room temperature range is improved.

本開示における固体電解質は、RbSbF3+x(xは1.6≦x≦2.4を満たす)で表される結晶相(以下、結晶相Aとも称する)を備える。xは、1.8以上であってもよく、1.9以上であってもよい。一方、xは、2.3以下であってもよく、2.2以下であってもよい。 The solid electrolyte in the present disclosure includes a crystal phase (hereinafter also referred to as crystal phase A) represented by Rb x SbF 3+x (where x satisfies 1.6≦x≦2.4). x may be 1.8 or more, or 1.9 or more. On the other hand, x may be 2.3 or less, or 2.2 or less.

本開示における固体電解質は、結晶相として、少なくとも結晶相Aを備える。中でも、固体電解質は、結晶相Aを主相として備えることが好ましい。主相とは、X線回折測定により観察される最大ピークが属する結晶相をいう。特に、固体電解質は、結晶相Aの単相材料であることが好ましい。 The solid electrolyte in the present disclosure includes at least crystal phase A as the crystal phase. Among them, the solid electrolyte preferably has the crystalline phase A as a main phase. The main phase refers to the crystal phase to which the maximum peak observed by X-ray diffraction measurement belongs. In particular, the solid electrolyte is preferably a crystalline phase A single-phase material.

結晶相Aは、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=27°付近に典型的なピークを有する。 Crystalline phase A has a typical peak near 2θ=27° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays.

また、本開示における固体電解質は、2θ=26°付近の位置に現れる、異相のピークを有しないことが好ましい。「異相のピークを有しない」とは、異相由来のピークの回折強度が、周囲のノイズと区別できない程度に小さいことをいう。 Also, the solid electrolyte in the present disclosure preferably does not have a heterophasic peak appearing near 2θ=26°. The phrase "having no peaks of different phases" means that the diffraction intensity of peaks derived from different phases is so small that it cannot be distinguished from the surrounding noise.

また、本開示における固体電解質が、異相のピークを有する場合、そのピークの回折強度は小さいことが好ましい。ここで、結晶相Aのメインピークの回折強度をIaとし、異相のピークの回折強度をIbとした場合、Ib/Iaは、例えば0.3以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。 Moreover, when the solid electrolyte in the present disclosure has a peak of a heterogeneous phase, it is preferable that the diffraction intensity of the peak is small. Here, when the diffraction intensity of the main peak of the crystalline phase A is Ia and the diffraction intensity of the peak of the heterogeneous phase is Ib, Ib/Ia is preferably 0.3 or less, and is 0.1 or less. is more preferable.

固体電解質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。また、固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm以上50μm以下である。平均粒径(D50)は、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。また、固体電解質のフッ化物イオン伝導度(25℃)は、例えば1×10-6S/cm以上であり、1×10-5S/cm以上であることが好ましい。 Examples of the shape of the solid electrolyte include particulate. Also, the average particle size (D 50 ) of the solid electrolyte is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less. The average particle size ( D50 ) can be obtained from the results of particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method. Further, the fluoride ion conductivity (25° C.) of the solid electrolyte is, for example, 1×10 −6 S/cm or more, preferably 1×10 −5 S/cm or more.

固体電解質の製造方法は、特に限定されないが、例えば、Rbのフッ化物およびSbのフッ化物を少なくとも含有する原料組成物を、機械的エネルギーを付与しながら混合し、その後、熱処理する方法が挙げられる。機械的エネルギーを付与する方法としては、例えば、ボールミル等のメカニカルミリングが挙げられる。ボールミルにおける台盤回転数は、例えば、500rpm以上、700rpm以下である。メカニカルミリングの処理時間は、例えば、1時間以上、25時間以下である。また、熱処理温度は、例えば600℃以上であり、700℃以上であってもよく、800℃以上であってもよい。一方、熱処理温度は、例えば1200℃以下である。また、熱処理時間は、例えば1時間以上であり、20時間以上であってもよく、40時間以上であってもよい。一方、熱処理時間は、例えば100時間以下である。また、熱処理は、Arガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。 The method for producing the solid electrolyte is not particularly limited, but for example, a raw material composition containing at least a fluoride of Rb and a fluoride of Sb is mixed while applying mechanical energy, and then heat-treated. . Examples of the method of applying mechanical energy include mechanical milling such as ball milling. The table rotation speed in the ball mill is, for example, 500 rpm or more and 700 rpm or less. The processing time of mechanical milling is, for example, 1 hour or more and 25 hours or less. The heat treatment temperature is, for example, 600° C. or higher, may be 700° C. or higher, or may be 800° C. or higher. On the other hand, the heat treatment temperature is, for example, 1200° C. or lower. Further, the heat treatment time is, for example, 1 hour or longer, may be 20 hours or longer, or may be 40 hours or longer. On the other hand, the heat treatment time is, for example, 100 hours or less. Also, the heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere such as an Ar gas atmosphere.

また、本開示における固体電解質は、後述するフッ化物イオン電池に用いられる。 Moreover, the solid electrolyte in the present disclosure is used in a fluoride ion battery, which will be described later.

B.フッ化物イオン電池
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、正極層1と、負極層2と、正極層1および負極層2の間に形成された固体電解質層3と、正極層1の集電を行う正極集電体4と、負極層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。本開示においては、正極層1、負極層2および固体電解質層3の少なくとも一つが、上述した固体電解質を含有する。なお、本開示におけるフッ化物イオン電池は固体電解質層を有するため、全固体フッ化物イオン電池と称することもできる。
B. Fluoride Ion Battery FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery in the present disclosure. Fluoride ion battery 10 shown in FIG. It has a current collector 4, a negative electrode current collector 5 that collects current from the negative electrode layer 2, and a battery case 6 that houses these members. In the present disclosure, at least one of the positive electrode layer 1, the negative electrode layer 2 and the solid electrolyte layer 3 contains the solid electrolyte described above. In addition, since the fluoride ion battery in the present disclosure has a solid electrolyte layer, it can also be referred to as an all-solid fluoride ion battery.

本開示によれば、正極層、負極層および固体電解質層の少なくとも一つが、上述した固体電解質を含有することで、室温域における出力特性が良好なフッ化物イオン電池となる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte described above, thereby providing a fluoride ion battery with good output characteristics in the room temperature range.

1.正極層
本開示における正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極層は、必要に応じて、固体電解質、導電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. Positive Electrode Layer The positive electrode layer in the present disclosure is a layer containing at least a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

正極活物質は、通常、放電時に脱フッ化する活物質である。正極活物質としては、例えば、金属単体、合金、金属酸化物、および、これらのフッ化物が挙げられる。正極活物質に含まれる金属元素としては、例えば、Cu、Ag、Ni、Co、Pb、Ce、Mn、Au、Pt、Rh、V、Os、Ru、Fe、Cr、Bi、Nb、Sb、Ti、Sn、Znが挙げられる。中でも、正極活物質は、Cu、CuF、Fe、FeF、Ag、AgFであることが好ましい。なお、上記zは、0よりも大きい実数である。また、正極活物質の他の例として、炭素材料およびそのフッ化物が挙げられる。炭素材料としては、例えば、黒鉛、コークスおよびカーボンナノチューブが挙げられる。また、正極活物質のさらに他の例として、ポリマー材料が挙げられる。ポリマー材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンおよびポリチオフェンが挙げられる。 The positive electrode active material is generally an active material that defluorinates during discharge. Examples of positive electrode active materials include simple metals, alloys, metal oxides, and fluorides thereof. Metal elements contained in the positive electrode active material include, for example, Cu, Ag, Ni, Co, Pb, Ce, Mn, Au, Pt, Rh, V, Os, Ru, Fe, Cr, Bi, Nb, Sb, Ti , Sn and Zn. Among them, the positive electrode active material is preferably Cu, CuFz , Fe, FeFz , Ag, or AgFz . Note that z is a real number greater than zero. Other examples of positive electrode active materials include carbon materials and fluorides thereof. Carbon materials include, for example, graphite, coke and carbon nanotubes. Still another example of the positive electrode active material is a polymer material. Polymer materials include, for example, polyaniline, polypyrrole, polyacetylene and polythiophene.

導電材としては、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。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。固体電解質については、後述する「3.固体電解質層」に記載する内容と同様である。特に、正極層は、「A.固体電解質」に記載した固体電解質を含有することが好ましい。また、正極層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 Examples of conductive materials include carbon materials. Specific examples of carbon materials include acetylene black, ketjen black, VGCF, and graphite. Examples of binders include rubber-based binders and fluoride-based binders. The solid electrolyte is the same as described later in "3. Solid electrolyte layer". In particular, the positive electrode layer preferably contains the solid electrolyte described in "A. Solid electrolyte". Moreover, the thickness of the positive electrode layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

2.負極層
本開示における負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極層は、必要に応じて、固体電解質、導電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. Negative Electrode Layer The negative electrode layer in the present disclosure is a layer containing at least a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

負極活物質は、通常、充電時に脱フッ化する活物質である。負極活物質としては、例えば、金属単体、合金、金属酸化物、および、これらのフッ化物が挙げられる。負極活物質に含まれる金属元素としては、例えば、La、Ca、Al、Eu、Li、Si、Ge、Sn、In、V、Cd、Cr、Fe、Zn、Ga、Ti、Nb、Mn、Yb、Zr、Sm、Ce、Mg、Pbが挙げられる。また、負極活物質として、上述した炭素材料およびポリマー材料を用いることもできる。 The negative electrode active material is usually an active material that defluorinates during charging. Examples of negative electrode active materials include simple metals, alloys, metal oxides, and fluorides thereof. Examples of metal elements contained in the negative electrode active material include La, Ca, Al, Eu, Li, Si, Ge, Sn, In, V, Cd, Cr, Fe, Zn, Ga, Ti, Nb, Mn, Yb. , Zr, Sm, Ce, Mg, and Pb. Moreover, the above-described carbon materials and polymer materials can also be used as the negative electrode active material.

導電材、バインダーおよび固体電解質については、「1.正極層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。特に、負極層は、「A.固体電解質」に記載した固体電解質を含有することが好ましい。また、負極層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The conductive material, the binder, and the solid electrolyte are the same as those described in “1. In particular, the negative electrode layer preferably contains the solid electrolyte described in "A. Solid electrolyte". Moreover, the thickness of the negative electrode layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

3.固体電解質層
本開示における固体電解質層は、正極層および負極層の間に形成される層であり、固体電解質を少なくとも含有する。また、固体電解質層は、必要に応じて、さらにバインダーを含有していてもよい。
3. Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer in the present disclosure is a layer formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and contains at least a solid electrolyte. Moreover, the solid electrolyte layer may further contain a binder as needed.

固体電解質としては、フッ化物イオン伝導性を有する材料であれば、特に限定されないが、通常は、無機フッ化物である。また、固体電解質層は、「A.固体電解質」に記載した固体電解質を含有することが好ましい。バインダーについては、「1.正極層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。固体電解質層の厚さは特に限定されず、電池の構成によって適宜調整することができる。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a material having fluoride ion conductivity, but it is usually an inorganic fluoride. Moreover, the solid electrolyte layer preferably contains the solid electrolyte described in "A. Solid electrolyte". Since the content of the binder is the same as described in "1. Positive electrode layer", the description thereof is omitted here. The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on 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、正極層の集電を行う正極集電体、負極層の集電を行う負極集電体、および上述した部材を収容する電池ケースを有することが好ましい。集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状が挙げられる。また、電池ケースとしては、従来公知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 preferably has a positive electrode current collector that collects current from the positive electrode layer, a negative electrode current collector that collects current from the negative electrode layer, and a battery case that houses the above-described members. . Examples of the shape of the current collector include foil, mesh, and porous. As the battery case, a conventionally known battery case 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、一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。また、フッ化物イオンの形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、角型が挙げられる。
5. Fluoride Ion Battery The fluoride ion battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because they can be repeatedly charged and discharged, and are useful, for example, as batteries for vehicles. The secondary battery also includes use as a primary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). Moreover, examples of the shape of the fluoride ion include a coin shape, a laminate shape, a cylindrical shape, and a square shape.

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、本開示における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における技術的範囲に包含される。 Note that the present disclosure is not limited to the above embodiments. The above embodiment is an example, and any device that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present disclosure and produces the same effect is the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
(固体電解質の合成)
Ar雰囲気下でRbF:SbF=2.4:1(mol比)となるように秤量し、遊星ボールミルで600rpm、10時間混合した。その後、Ar雰囲気下、400℃、4時間の条件で焼成することで、固体電解質(Rb2.4SbF5.4)を得た。
[Example 1]
(Synthesis of solid electrolyte)
They were weighed so that RbF:SbF 3 =2.4:1 (molar ratio) in an Ar atmosphere, and mixed in a planetary ball mill at 600 rpm for 10 hours. After that, the solid electrolyte (Rb 2.4 SbF 5.4 ) was obtained by firing at 400° C. for 4 hours in an Ar atmosphere.

[実施例2]
RbFおよびSbFを、2.2:1(mol比)となるよう秤量したこと以外は、実施例1と同様にして、固体電解質(Rb2.2SbF5.2)を得た。
[Example 2]
A solid electrolyte (Rb 2.2 SbF 5.2 ) was obtained in the same manner as in Example 1, except that RbF and SbF 3 were weighed so that the molar ratio was 2.2:1.

[実施例3]
RbFおよびSbFを、2.0:1(mol比)となるよう秤量したこと以外は、実施例1と同様にして、固体電解質(RbSbF)を得た。
[Example 3]
A solid electrolyte (Rb 2 SbF 5 ) was obtained in the same manner as in Example 1, except that RbF and SbF 3 were weighed so as to be 2.0:1 (molar ratio).

[実施例4]
RbFおよびSbFを、1.8:1(mol比)となるよう秤量したこと以外は、実施例1と同様にして、固体電解質(Rb1.8SbF4.8)を得た。
[Example 4]
A solid electrolyte (Rb 1.8 SbF 4.8 ) was obtained in the same manner as in Example 1, except that RbF and SbF 3 were weighed so that the molar ratio was 1.8:1.

[実施例5]
RbFおよびSbFを、1.6:1(mol比)となるよう秤量したこと以外は、実施例1と同様にして、固体電解質(Rb1.6SbF4.6)を得た。
[Example 5]
A solid electrolyte (Rb 1.6 SbF 4.6 ) was obtained in the same manner as in Example 1, except that RbF and SbF 3 were weighed so that the molar ratio was 1.6:1.

[比較例1]
固体電解質として、KSiFを用いた。
[Comparative Example 1]
K 2 SiF 6 was used as a solid electrolyte.

[比較例2]
固体電解質として、LiSiFを用いた。
[Comparative Example 2]
Li 2 SiF 6 was used as a solid electrolyte.

[評価]
(XRD測定)
実施例1~5における固体電解質に対して、CuKα線を使用したX線回折測定(XRD測定)を行った。また、XRDスペクトルから、Ib/Iaを算出した。結果を、図2および表1に示す。
[evaluation]
(XRD measurement)
The solid electrolytes in Examples 1 to 5 were subjected to X-ray diffraction measurement (XRD measurement) using CuKα rays. Also, Ib/Ia was calculated from the XRD spectrum. The results are shown in FIG. 2 and Table 1.

図2に示すように、実施例1~5における固体電解質は、いずれも結晶相Aを備えることが確認された。また、図2および表1に示すように、実施例1~4では、結晶相Aの単相材料であることが確認された。一方、実施例5では、結晶相Aおよび異相を備えることが確認された。 As shown in FIG. 2, it was confirmed that all of the solid electrolytes in Examples 1 to 5 had the crystalline phase A. Further, as shown in FIG. 2 and Table 1, in Examples 1 to 4, it was confirmed that they were single-phase materials of the crystal phase A. On the other hand, Example 5 was confirmed to have a crystalline phase A and a heterophase.

(フッ化物イオン伝導度測定)
実施例1~5および比較例1~2で得られた固体電解質を用いた測定セルを作製して、交流インピーダンス法によりフッ化物イオン伝導度を測定した。まず、マコール製のセラミックス筒に各固体電解質の粉末を200mg入れて、1ton/cmの一軸加圧成形を行いペレット状に成型した。その後、ペレット両面にアセチレンブラックを集電体として積層してから4ton/cmの圧力でプレスした。プレス後のセルを6N・mのトルクでボルト締結した。このようにして測定用セルを作製した。測定環境は、10-3Paの真空下で行った。なお、測定温度は、実施例1~5は室温(25℃)、比較例1は200℃、比較例2は80℃とした。インピーダンス測定の条件は、周波数10Hz~10-2Hz、電圧振幅は50mVとした。インピーダンス測定で求められたイオン伝導抵抗と、サンプルの厚さおよび電極面積からフッ化物イオン伝導度を算出した。結果を表1および図3に示す。
(Fluoride ion conductivity measurement)
Measurement cells were prepared using the solid electrolytes obtained in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-2, and the fluoride ion conductivity was measured by the AC impedance method. First, 200 mg of each solid electrolyte powder was placed in a ceramic cylinder made by Macor, and uniaxial pressure molding was performed at 1 ton/cm 2 to form a pellet. Thereafter, acetylene black was layered on both sides of the pellet as a current collector, and then pressed at a pressure of 4 ton/cm 2 . The pressed cell was bolted with a torque of 6 N·m. Thus, a measuring cell was produced. The measurement environment was a vacuum of 10 -3 Pa. The measurement temperature was room temperature (25° C.) for Examples 1 to 5, 200° C. for Comparative Example 1, and 80° C. for Comparative Example 2. The impedance measurement conditions were a frequency of 10 6 Hz to 10 −2 Hz and a voltage amplitude of 50 mV. Fluoride ion conductivity was calculated from the ion conductivity resistance obtained by impedance measurement, the thickness of the sample, and the electrode area. Results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 2022132767000002
Figure 2022132767000002

実施例1~5では、室温において良好なフッ化物イオン伝導度を示した。特に、実施例1~4でフッ化物イオン伝導度が高かった。これは、図2および表1に示すように、実施例1~4は、RbSbF3+xの結晶相を単相として備え、実施例5は、RbSbF3+xの結晶相に加えて、異相を備えていたためだと考えられる。一方、比較例1のフッ化物イオン伝導度(200℃)は、実施例1~5のフッ化物イオン伝導度(25℃)と同程度であった。一般的に、フッ化物イオン伝導度は温度依存性を有し、温度が下がるほどフッ化物イオン伝導度も低下することから、室温域における比較例1のフッ化物イオン伝導度は、実施例1~5のフッ化物イオン伝導度よりも低くなる。また、比較例2のフッ化物イオン伝導度(80℃)は、実施例1~5のフッ化物イオン伝導度(25℃)よりも大幅に低かった。このように、本開示における固体電解質は、室温域において、良好なフッ化物イオン伝導度を有することが確認された。 Examples 1-5 showed good fluoride ion conductivity at room temperature. In particular, the fluoride ion conductivity was high in Examples 1 to 4. This is because, as shown in FIG. 2 and Table 1, Examples 1-4 have a Rb x SbF 3+x crystalline phase as a single phase, and Example 5 has a heterophasic phase in addition to the Rb x SbF 3+x crystalline phase. It is thought that it was because it was equipped with On the other hand, the fluoride ion conductivity (200° C.) of Comparative Example 1 was comparable to the fluoride ion conductivity (25° C.) of Examples 1-5. In general, the fluoride ion conductivity has temperature dependence, and the lower the temperature, the lower the fluoride ion conductivity. Therefore, the fluoride ion conductivity of Comparative Example 1 in the room temperature range is It is lower than the fluoride ion conductivity of 5. In addition, the fluoride ion conductivity (80° C.) of Comparative Example 2 was significantly lower than the fluoride ion conductivity (25° C.) of Examples 1-5. Thus, it was confirmed that the solid electrolyte of the present disclosure has good fluoride ion conductivity in the room temperature range.

1 …正極層
2 …固体電解質層
3 …負極層
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Positive electrode layer 2... Solid electrolyte layer 3... Negative electrode layer 4... Positive electrode collector 5... Negative electrode collector 6... Battery case 10... Fluoride ion battery

Claims (4)

フッ化物イオン電池に用いられる固体電解質であって、
RbSbF3+x(xは1.6≦x≦2.4を満たす)で表される結晶相を備える、固体電解質。
A solid electrolyte used in a fluoride ion battery,
A solid electrolyte having a crystal phase represented by Rb x SbF 3+x (where x satisfies 1.6≦x≦2.4).
前記xが、1.8≦x≦2.4を満たす、請求項1に記載の固体電解質。 2. The solid electrolyte according to claim 1, wherein said x satisfies 1.8≤x≤2.4. 前記固体電解質が、前記結晶相の単相材料である、請求項1または請求項2に記載の固体電解質。 3. The solid electrolyte according to claim 1, wherein said solid electrolyte is a single phase material of said crystalline phase. 正極層と、負極層と、前記正極層および前記負極層の間に形成された固体電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、
前記正極層、前記負極層および前記固体電解質層の少なくとも一つが、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載された固体電解質を含有する、フッ化物イオン電池。
A fluoride ion battery having a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer,
A fluoride ion battery, wherein at least one of the positive electrode layer, the negative electrode layer and the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 3.
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