JP5766052B2 - ナトリウムイオン二次電池及びナトリウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
ーボンナノチューブとを有する負極構造体とを備えたことを要旨とする。
請求項3に記載の発明によれば、電解液の溶質は、NaClO4等の過塩素酸塩又はNaTFSIであって、これらの溶質は、電解液に上記各溶媒のいずれかを選択した場合に、該溶媒に溶解可能であり、電池容量を低下させない。このため、ナトリウムイオン二次電池の実用性を向上し、且つ電池容量を高めることができる。
以下、本発明のナトリウムイオン二次電池を具体化した第1実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
ナトリウムイオン二次電池の電解液の溶質には、NaClO4等の過塩素酸塩、ナトリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(NaTFSI)を用いることができる。リチウムイオン電池に一般的に用いられる溶質としては、上記化合物の他に、例えば六フッ化リン酸ナトリウム(NaPF6)があるが、NaPF6は、溶媒への溶解度が小さく、NaPF6を溶解させた電解液も、イオン伝導度が低い。
(1)第1実施形態では、負極構造体10に、リチウムイオンよりもイオン半径が大きいナトリウムイオンを放出及び吸蔵する活物質として、カーボンナノチューブ20を形成した。カーボンナノチューブ20は、そのチューブ間の隙間が、リチウムイオン二次電池の負極で一般的に用いられる黒鉛よりも大きく、ナトリウムイオンを放出及び吸蔵しやすい構造である。従って、ナトリウムイオンの移動性が良好となるため、その負極構造体10を用いたナトリウム二次電池の放電容量を高めることができる。また、触媒層16の触媒機能を高めるために、カーボンナノチューブ20の下地として助触媒層15を形成したので、ナトリウムイオンの移動性が良好であって、高密度で長いカーボンナノチューブ20を形成することができる。従って、ナトリウムイオンの吸蔵量を増大させることが可能となるため、その負極構造体10を用いた電池の容量を高めることができる。
次に、本発明のナトリウムイオン二次電池を具体化した第2実施形態を図6にしたがって説明する。なお、第2実施形態は、第1実施形態のカーボンナノチューブを変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
(4)第2実施形態では、カーボンナノチューブ20の先端を、開端処理するようにした。開端処理を行うと、チューブ内部に、ナトリウムイオンを吸蔵することができる。このため、さらにナトリウムイオンのチューブ長手方向に沿った移動性を高めるとともに、吸蔵量を向上することができる。従って、電池容量をさらに高めることができる。
・第2実施形態では、熱処理によって開端処理するようにしたが、O2プラズマアッシングによって開端処理を行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、カーボンナノチューブ20は、マルチウォールナノチューブとしたが、シングルウォールナノチューブとしてもよい。
・上記各実施形態では、基材11に、集電層12、バリア層13、助触媒層15、触媒層16、カーボンナノチューブ層21を順に積層したが、助触媒層15を省略してもよい。また、バリア層13を省略した構成としてもよい。或いは、バリア層13と助触媒層15とを兼ねる層を形成してもよい。
[実施例]
以下に、上記実施形態の一実施例を説明する。
[実施例1]
実施例1では、上記負極構造体10と同じ構成のカーボンナノチューブ層を含む構造体を正極、Na金属箔を負極とした、いわゆるハーフセルで構造体の評価を行った。
[比較例1]
黒鉛を活物質とする正極構造体と、実施例1と同様に作製した負極構造体を組み合わせて2032サイズのコインセルを作製した。正極構造体は、以下のように作製した。まず黒鉛粉末、アセチレンブラック、結着剤(PVdF)を、8:1:1の重量比で混合し、NMP(N‐メチルピロリドン)に分散させてペースト状にした後、実施例1と同様に作製したCu箔上にドクターブレード法で50μmの厚さに均一に塗布した。そして、その塗布した前駆体を、大気中80℃で乾燥して黒鉛塗布電極を得た。さらにその黒鉛塗布電極を、直径14mmの大きさに加工し、実施例1と同様にコインセルを作製した。
Claims (5)
- ナトリウム化合物を活物質とする正極構造体と、
集電層と、Alからなる助触媒層と、前記助触媒層の主面に積層され、Feからなる複数の微粒子で構成された触媒層と、前記微粒子を核として形成されたカーボンナノチューブとを有する負極構造体とを備えたことを特徴とするナトリウムイオン二次電池。 - 電解液の溶媒が、
エチレンカーボネートと、
ジエチルカーボネート、又はジメチルカーボネート、又はエチルメチルカーボネートとの混合液である請求項1に記載のナトリウムイオン二次電池。 - 前記電解液の溶質が、過塩素酸塩又はNaTFSIである請求項2に記載のナトリウムイオン二次電池。
- 前記カーボンナノチューブの直径は1nm以上100nm以下であって、その先端が開端処理されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のナトリウムイオン二次電池。
- ナトリウム化合物を活物質とする正極構造体を備えたナトリウムイオン二次電池の製造方法において、
負極構造体を形成する工程は、
集電層を形成する工程と、
Alからなる助触媒層を形成する工程と、
前記助触媒層の主面にFeからなる層を形成したのち、前記集電層と前記助触媒層と前記層とを有する積層体をFeの凝集温度以上の温度まで加熱して、Feからなる複数の微粒子で構成された触媒層を形成する工程と、
前記複数の微粒子上に原料となる炭素含有ガスを供給し、カーボンナノチューブの成長温度まで加熱して、前記微粒子を核としてカーボンナノチューブを形成する工程とを有することを特徴とするナトリウムイオン二次電池の製造方法。
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