JP6242657B2 - ナトリウム二次電池およびナトリウム二次電池用非水電解液 - Google Patents
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Description
本発明のナトリウム二次電池は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する正極と、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる負極活物質を有する負極と、非水電解液とを有し、通常、さらにセパレータを有する。
本発明のナトリウム二次電池に用いられる非水電解質液は、非水溶媒にナトリウム塩が溶解した非水電解液であって、フッ素原子を含有する環状炭酸エステルとテトラフルオロホウ酸アニオンとを含み、該非水電解質液は、該フッ素原子を含有する環状炭酸エステルを、非水電解液に対して0.01体積%以上10体積%以下の範囲で含む。
前記テトラフルオロホウ酸アニオンは、テトラフルオロホウ酸アニオンを有する化合物を非水電解液に溶解させることで得ることが好ましい。テトラフルオロホウ酸アニオンを有する化合物としては、例えば、HBF4、LiBF4、NaBF4、KBF4、NH4BF4、Mg(BF4)2、Ca(BF4)2、Zn(BF4)2、Fe(BF4)2、Ni(BF4)2、Mn(BF4)2、Sr(BF4)2、Sn(BF4)2、Pb(BF4)2、Cu(BF4)2、Cr(BF4)3、Sb(BF4)3等があげられ、これらのうち2種以上を混合して使用してもよい。これらの中でも、LiBF4、NaBF4、KBF4、Mg(BF4)2、Ca(BF4)2からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む化合物を用いることが好ましく、NaBF4を用いると、ナトリウム塩としても作用するため、より好ましい。
非水電解液に用いられるNaBF4以外のナトリウム塩としては、NaClO4、NaPF6、NaAsF6、NaSbF6、NaCF3SO3、NaN(SO2CF3)2、NaBC4O8、低級脂肪族カルボン酸ナトリウム塩、NaAlCl4などがあげられ、これらのうちの2種以上を混合して使用してもよい。これらの中でも、NaPF6、NaAsF6、NaSbF6、NaCF3SO3およびNaN(SO2CF3)2からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むフッ素原子を含有するナトリウム塩を用いることが好ましく、NaPF6、NaN(SO2CF3)2からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むフッ素原子を含有するナトリウム塩を用いることがより好ましい。
本発明に用いられる非水電解液における非水溶媒は、フッ素原子を含有する環状炭酸エステルを含む。また、該非水溶媒はその他の非水溶媒を含んでもよく、フッ素原子を含有しない環状炭酸エステル、環状スルホン、ラクトンおよび環状スルホン酸エステルからなる群より選ばれる一種以上を有してもよい。
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などの鎖状炭酸エステル;
テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、12−クラウン−4−エーテル、18−クラウン−6−エーテルなどの環状エーテル;
ジメトキシメタン、ジメトキシエタンなどの鎖状エーテルをあげることができる。上記低粘度溶媒を含有する非水電解液は、良好な伝導度を示す場合が有り、電池の内部抵抗を低減できる。
本発明において、正極は、ナトリウムイオンでドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する。また、正極は、集電体と、集電体の上に担持された、上記正極活物質を含む正極合剤とから構成されてよい。正極合剤は、上記正極活物質以外にも必要に応じて導電材やバインダーを含む
本発明において、正極活物質は、ナトリウム含有遷移金属化合物からなり、該ナトリウム含有遷移金属化合物は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる。
すなわち、NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2およびNaCoO2等のNaM3 a1O2で表される酸化物、Na0.44Mn1−a2M3 a2O2で表される酸化物、Na0.7Mn1−a2M1 a2O2.05で表される酸化物(M3は1種以上の遷移金属元素、0<a1<1、0≦a2<1);
Na6Fe2Si12O30およびNa2Fe5Si12O30等のNab1M4 cSi12O30で表される酸化物(M4は1種以上の遷移金属元素、2≦b1≦6、2≦c≦5);
Na2Fe2Si6O18およびNa2MnFeSi6O18等のNadM5 eSi6O18で表される酸化物(M5は1種以上の遷移金属元素、2≦d≦6、1≦e≦2);
Na2FeSiO6等のNafM6 gSi2O6で表される酸化物(M6は遷移金属元素、MgおよびAlからなる群より選ばれる1種以上の元素、1≦f≦2、1≦g≦2)
NaFePO4、NaMnPO4、Na3Fe2(PO4)3等のリン酸塩;
Na2FePO4F、Na2VPO4F、Na2MnPO4F、Na2CoPO4F、Na2NiPO4F等のフッ化リン酸塩;
NaFeSO4F、NaMnSO4F、NaCoSO4F、NaFeSO4F等のフッ化硫酸塩;
NaFeBO4、Na3Fe2(BO4)3等のホウ酸塩;
Na3FeF6、Na2MnF6等のNahM7F6で表されるフッ化物(M7は1種以上の遷移金属元素、2≦h≦3);等があげられる。
NaaM1 bM2O2 (A)
(ここで、M1は、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、M2は、Mn、Fe、Co、Cr、V、TiおよびNiからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、aは0.5以上1以下の範囲の値であり、bは0以上0.5以下の範囲の値であり、かつa+bは0.5以上1以下の範囲の値である。)
前記導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として、黒鉛粉末、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等)、繊維状炭素材料(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、気相成長炭素繊維等)などをあげることができる。上記炭素材料は、表面積が大きく、電極合剤中に少量添加されることにより、得られる電極内部の導電性を高め、充放電効率および大電流放電特性を向上させることも可能である。通常、正極合剤中の導電材の割合は、正極活物質100重量部に対して5〜20重量部であり、2種以上含有してもよい。
前記の電極に用いられるバインダーとしては、例えば、フッ素化合物の重合体があげられる。フッ素化合物としては、例えば、
パーフロオロヘキシルエチレン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等のフッ素化オレフィン;
パーフロオロヘキシルエチレン、ペルフルオロヘキシルエチレン等のフッ素化アルキル置換オレフィン;
トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、トリフルオロプロピル(メタ)アクリレートおよびペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフッ素化アルキル置換(メタ)アクリレート;
ヘキサフルオロプロピレンオキシド等のフルオロアルキレンオキシド;
パーフルオロプロピルビニルエーテル、パーフルオロヘキシルビニルエーテル等のフルオロアルキルビニルエーテル;
ペンタフルオロエチルケトン、ヘキサフルオロアセトン等のフルオロケトン
などがあげられる。
1,2−プロパジエン、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン等の共役ジエン;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ラウリン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル; スチレン、2−ビニルナフタレン、9−ビニルアントラセン、ビニルトリル等のビニルアリール;
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和カルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、メタコン酸、グルタコン酸、メタコン酸、クロトン酸等の不飽和ジカルボン酸;
2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、3−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、3−ヒドロキシブチルビニルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルビニルエーテル、5−ヒドロキシペンチルビニルエーテル、6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル等のビニルエーテル;
ビニルリン酸、ビニルスルホン酸等のビニル無機酸;
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ターシャリーブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸エトキシエチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、ベンジルアクリレート、フェニルエチルアクリレート、アクリル酸グリシジル、リン酸アクリレート、スルホン酸アクリレート等のアクリル酸エステル;
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ターシャリーブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸エトキシエチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、ベンジルメタクリレート、フェニルエチルメタクリレート、メタクリル酸グリシジル、リン酸アクリレート、スルホン酸アクリレート等のメタクリル酸エステル;
クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、クロトン酸プロピル、クロトン酸ブチル、クロトン酸イソブチル、クロトン酸ターシャリーブチル、クロトン酸ペンチル、クロトン酸n−ヘキシル、クロトン酸2−エチルヘキシル、クロトン酸ヒドロキシプロピル等のクロトン酸エステル;
マレイン酸ジメチル、マレイン酸モノオクチル、マレイン酸モノブチル、イタコン酸モノオクチル等の不飽和ジカルボン酸エステル;
ビニルリン酸メチル、ビニルリン酸エチル、ビニルリン酸プロピル、ビニルスルホン酸メチル、ビニルスルホン酸エチル、ビニルスルホン酸プロピル等の無機酸エステル;
ビニルアルコール、アリルアルコール等の不飽和アルコール;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル等の不飽和ニトリル;
(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、および、ダイアセトンアクリルアミド]などの(メタ)アクリルアミド系単量体;
塩素、臭素又はヨウ素原子含有単量体、塩化ビニル及び塩化ビニリデンなどのフッ素以外のハロゲン原子含有単量体
N−ビニルピロリドンやN−ビニルカプロラクタム等のビニル環状ラクタム;
などがあげられる。
ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素樹脂;
フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム;
ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アルカリ塩(ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸リチウム等)、ポリアクリル酸アルキル(アルキル部分の炭素数は1から20)、アクリル酸−アクリル酸アルキル(アルキル部分の炭素数は1から20)共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリル酸−アクリル酸アルキル−アクリロニトリル共重合体、ポリアクリルアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体水素化物等のアクリル系ポリマー;
ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アルキル(アルキル基はアルキル部分の炭素数は1から20)、メタクリル酸−メタクリル酸アルキル共重合体等のメタクリル系ポリマー;
ポリビニルアルコール(部分ケン化または完全ケン化)、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルピロリドン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸アルキル(アルキル基はアルキル部分の炭素数は1から20)共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル共重合体、エチレン−アクリロニトリル共重合体等のオレフィン系ポリマー;
アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン、アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体水素化物等のスチレン含有ポリマーがあげられる。
特に、ハロゲン化ビニリデン由来の構造単位を有する共重合体を用いた場合、電極合剤密度の高い電極が得られやすく、電池の体積エネルギー密度が向上するため好ましい。
正極は、例えば、ナトリウムイオンでドープかつ脱ドープできる正極活物質を含む正極合剤を、正極集電体に担持することで製造される。正極集電体に正極合剤を担持する方法としては、例えば、正極活物質、導電材、バインダーおよび溶媒からなる正極合剤ペーストを作製、混練し、得られた正極合剤ペーストを、集電体へ塗布、乾燥する方法があげられる。正極合剤ペーストを、集電体へ塗布する方法としては特に制限されない。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、静電スプレー法等の方法があげられる。また、塗布後に行う乾燥としては、熱処理によって行ってもよいし、送風乾燥、真空乾燥などにより行ってもよい。熱処理により乾燥を行う場合には、その温度は、通常50〜150℃程度である。また、乾燥後にプレスを行ってもよい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法をあげることができる。以上にあげた方法により、電極を製造することができる。また、電極合剤の厚みは、通常5〜500μm程度である。
本発明に用いられるナトリウム含有遷移金属化合物は、焼成により本発明に用いられるナトリウム含有遷移金属化合物となり得る組成を有する金属含有化合物の混合物を焼成することによってを製造できる。具体的には、対応する金属元素を含有する金属含有化合物を所定の組成となるように秤量し混合した後に、得られた混合物を焼成することによって製造できる。例えば、好ましい金属元素比の一つであるNa:Mn:Fe:Ni=1:0.3:0.4:0.3で表される金属元素比を有する複合金属酸化物は、Na2CO3、MnO2、Fe3O4、Ni2O3の各原料を、Na:Mn:Fe:Niのモル比が1:0.3:0.4:0.3となるように秤量し、それらを混合し、得られた混合物を焼成することによって製造できる。
具体的には、M2(ここで、M2は前記と同義)の原料として、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、蟻酸塩、蓚酸塩等の化合物を用いて、これらを水に溶解し、沈殿剤と接触させることで金属含有化合物の前駆体が含有した沈殿物を得ることができる。これらの原料の中でも、塩化物が好ましい。また、水に溶解し難い原料を用いる場合、すなわち、例えば、原料として、酸化物、水酸化物、金属材料を用いる場合には、これらの原料を、塩酸、硫酸、硝酸等の酸またはこれらの水溶液に溶解させて、M2を含有する水溶液を得ることもできる。
その他の金属含有化合物として、Na2CO3、NaHCO3B2O3およびH3BO3をあげることができる。
なお、上記の表面処理後、熱処理する場合においては、その熱処理の温度にもよるが、熱処理後の粉末のBET比表面積が、上記の表面処理前のBET比表面積の範囲より小さくなる場合がある。
本発明のナトリウム二次電池で用いることができる負極としては、負極活物質を含む負極合剤を負極集電体に担持した電極、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能なナトリウム金属またはナトリウム合金電極を用いることができる。負極活物質としては、前記のナトリウム金属またはナトリウム合金以外に、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、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などの炭素材料、金属、があげられる。炭素材料の形状としては、例えば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、または微粉末の凝集体などのいずれでもよい。ここで、炭素材料は、導電材としての役割を果たす場合もある。
炭素材料を構成する粒子の形状としては、例えば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、または微粒子の凝集体形状などがあげられる。炭素材料を構成する粒子の形状が球状である場合、その平均粒径は好ましくは0.01μm以上30μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上20μm以下である。
これらの炭素材料、金属、酸化物、硫化物、窒化物は、併用してもよく、結晶質または非晶質のいずれでもよい。これらの炭素材料、金属、酸化物、硫化物、窒化物は、主に、集電体に担持されて、電極として用いられる。
本発明のナトリウム二次電池で用いることができるセパレータとしては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質フィルム、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いた単層または積層セパレータとしてもよい。セパレータとしては、例えば特開2000−30686号公報、特開平10−324758号公報等に記載のセパレータをあげることができる。セパレータの厚みは、電池の体積エネルギー密度が上がり、内部抵抗が小さくなるという点で、機械的強度が保たれる限り薄いほど好ましい。セパレータの厚みは一般に、5〜200μm程度が好ましく、より好ましくは5〜40μm程度である。
ナトリウム含有遷移金属化合物の粉末X線回折測定は株式会社リガク製RINT2500TTR型を用いて行った。測定は、ナトリウム含有遷移金属化合物を専用のホルダーに充填し、CuKα線源を用いて、回折角2θ=10〜90°の範囲にて行い、粉末X線回折図形を得た。
粉末を塩酸に溶解させた後、誘導結合プラズマ発光分析法(SII製、SPS3000、以下ICP−AESと呼ぶことがある。)を用いて測定した。
ポリプロピレン製ビーカー内で、蒸留水300mlに、水酸化カリウム44.88gを添加、攪拌により溶解し、水酸化カリウムを完全に溶解させ、水酸化カリウム水溶液(沈殿剤)を調製した。また、別のポリプロピレン製ビーカー内で、蒸留水300mlに、塩化鉄(II)四水和物21.21g、塩化ニッケル(II)六水和物19.02g、塩化マンガン(II)四水和物15.83gを添加、攪拌により溶解し、鉄−ニッケル−マンガン含有水溶液を得た。前記沈殿剤を攪拌しながら、これに前記鉄−ニッケル−マンガン含有水溶液を滴下することで、沈殿物が生成したスラリーを得た。次いで、該スラリーについて、ろ過・蒸留水洗浄を行い、100℃で乾燥させて沈殿物を得た。沈殿物と炭酸ナトリウムと水酸化カルシウムとをモル比でFe:Na:Ca=0.4:0.99:0.01となるようにして秤量した後、メノウ乳鉢を用いて乾式混合して混合物を得た。次いで、該混合物をアルミナ製焼成容器に入れ、電気炉を用いて大気雰囲気中850℃で6時間保持して焼成を行い、室温まで冷却し、複合金属酸化物A1を得た。複合金属酸化物A1の粉末X線回折分析を行うと、α−NaFeO2型の結晶構造に帰属されることがわかった。また、ICP−AESにより、複合金属酸化物A1の組成を分析すると、Na:Ca:Fe:Ni:Mnのモル比は0.99:0.01:0.4:0.3:0.3であった。そして、上記のようにして得られた複合金属酸化物A1を導電材としてアセチレンブラック(HS100、電気化学工業(株)製)、バインダー溶液としてVT471(ダイキン工業(株)製)、溶媒としてNMP(キシダ化学(株)製)を用いた正極合剤ペーストを作製した。複合金属酸化物A1:導電材:バインダー:NMP=90:5:5:100(重量比)の組成となるように秤量し、ディスパーマット(VMA−GETZMANN社製)を用い2,000rpm、5分間攪拌、混合することで、正極合剤ペーストを得た。得られた正極合剤ペーストを、厚さ20μmのアルミ箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、ロールプレス(SA−602、テスター産業株式会社製)を用いて、200kN/mの圧力で圧延することで正極AE1を得た。
日本カーボン社製のICB(商品名:ニカビーズ)を焼成炉に導入し、炉内をアルゴンガス雰囲気下とした後、アルゴンガスを毎分0.1L/g(炭素材料の重量)の割合で流通させながら、室温から毎分5℃の速度で1600℃まで昇温し、1600℃で1時間保持した後、冷却し、炭素材料C1を得た。炭素材料C1、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(CMC)(第一工業製薬株式会社製、セロゲン4H)とスチレン・ブタジエンラバー(SBR)(日本エイアンドエル社製、AL3001)、溶媒として水を用いた電極合剤ペーストを作製した。該バインダーを水に溶解させたバインダー液を作製し、炭素材料C1:CMC:SBR:水=97:2:1:150(重量比)の組成となるように秤量し、ディスパーマット(VMA−GETZMANN社製)を用い攪拌、混合することで、電極合剤ペーストを得た。回転羽の回転条件は、2,000rpm、5分間とした。得られた電極合剤ペーストを、銅箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、ロールプレスを用いて、125kN/mで圧延することで炭素電極CE1を得た。
コインセル(宝泉株式会社製)の下側パーツの窪みに、直径14.5mmに打ち抜いた正極AE1を置き、1.0mol/LのNaPF6/プロピレンカーボネート溶液(1.0M NaPF6/PC)(キシダ化学株式会社製)に、NaBF4(和光純薬工業(株)製)が0.05M(最終的な非水電解液総重量に対して0.42重量%)となるように溶解し、該溶液にフッ素原子を含有する環状炭酸エステルであるフルオロエチレンカーボネート(以下、FEC)(キシダ化学株式会社製)を体積比で98.0:2.0とした混合溶液を非水電解液として用い、セパレータとしてポリエチレン多孔質フィルム(厚み20μm)を、負極として直径15.0mmに打ち抜いた炭素電極CE1を組み合わせて、ナトリウム二次電池B1を作製した。なお、電池の組み立てはアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.42重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で99.5:0.50とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E2を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、KBF4(和光純薬工業(株)製)が最終的な非水電解液総重量に対して0.38重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で98.0:2.0とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E3を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.025重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で98.0:2.0とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E4を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.10重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で98.0:2.0とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E5を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.10重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で99.9:0.1とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E6を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.10重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で99.5:0.5とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E7を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、NaBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.10重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で92.6:7.4とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E8を作製した。
1.0M NaPF6/PCに、KBF4が最終的な非水電解液総重量に対して0.19重量%となるように溶解し、該溶液にFECを体積比で99.0:1.0とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E9を作製した。
1.0M NaPF6/PCと、FECを体積比で98:2とした混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E1を作製した。
1.0M NaPF6/PCに対して、NaBF4を0.42重量%加えた混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E2を作製した。
1.0M NaPF6/PCに対して、KBF4を0.38重量%加えた混合溶液を非水電解液として用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池E3を作製した。
レストポテンシャルから4.1Vに達するまで、0.1Cレート(10時間で完全充電する速度)でCC−CV(コンスタントカレント−コンスタントボルテージ:定電流−定電圧、0.02C電流値到達で充電終了)充電を行った後、0.1Cレート(10時間で完全充電する速度)で2.0Vに達するまでCC(コンスタントカレント)放電した。表2にナトリウム二次電池IB1〜IB9、IE1〜IE3の充放電試験の結果を示す。充放電効率は、以下式により算出した。放電容量は正極材重量あたりの値を示す。
充放電効率(%)=[(各ナトリウム二次電池の放電容量)/(各ナトリウム二次電池の充電容量)]×100
Claims (3)
- ナトリウムイオンでドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する正極と、ナトリウムイオンでドープかつ脱ドープできる負極活物質を有する負極と、非水溶媒にナトリウム塩が溶解した非水電解液とを有するナトリウム二次電池であって、
該非水電解液が、フッ素原子を含有する環状炭酸エステルとテトラフルオロホウ酸アニオンとを含み、
該非水電解液は、該フッ素原子を含有する環状炭酸エステルを、非水電解液に対して0.01体積%以上10体積%以下の範囲で含み、
該非水電解液が、該非水溶媒に、該非水電解液に対して0.01重量%以上0.42重量%以下の範囲でテトラフルオロホウ酸アニオンを有する化合物が溶解した非水電解液であるナトリウム二次電池。 - 前記正極活物質が、下記式(A)で表される複合金属酸化物である請求項1に記載のナトリウム二次電池。
NaaM1 bM2O2 (A)
(ここで、M1は、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、M2は、Mn、Fe、Co、Cr、V、TiおよびNiからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、aは0.5以上1以下の範囲の値であり、bは0以上0.5以下の範囲の値であり、かつa+bは0.5以上1以下の範囲の値である。) - 非水溶媒にナトリウム塩が溶解したナトリウム二次電池用非水電解液であって、
該非水電解液が、フッ素原子を含有する環状炭酸エステルとテトラフルオロホウ酸アニオンとを含み、
該非水電解液は、該フッ素原子を含有する環状炭酸エステルを、非水電解液に対して0.01体積%以上10体積%以下の範囲で含み、
該非水電解液が、該非水溶媒に、該非水電解液に対して0.01重量%以上0.42重量%以下の範囲でテトラフルオロホウ酸アニオンを有する化合物が溶解した非水電解液であるナトリウム二次電池用非水電解液。
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