JP6701122B2 - 金属イオンバッテリー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断てアルミ二ウム電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(53mg)である)とを用意した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化鉄(FeCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びFeCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、FeCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(1)を得た。
(実施例2)
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断してアルミ二ウム電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(57mg)である)を用意した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化鉄(FeCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びFeCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、FeCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(2)を得た。
実施例1の方式で実行し、FeCl2とAlCl3とのモル比を1:13から1:27に変えるとともに、膨脹グラファイトを53mgから42mgに減少させて、金属イオンバッテリー(3)を得た。
実施例1の方式で実行し、活性材質の膨脹グラファイトを57mgから63mgに増加するともに、FeCl2とAlCl3とのモル比を1:13から3:11に変更して、金属イオンバッテリー(4)を得た。
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断してアルミ二ウム電極を得た。絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(59mg)である)を用意した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3と[EMIm]Clとの比は約1.4:1である)を注入して、金属イオンバッテリー(5)を得た。
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断してアルミ二ウム電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(77mg)である)を用意した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封した。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化亜鉛(ZnCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びZnCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、ZnCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(6)を得た。
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断してアルミ二ウム電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(66mg)である)を用意した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化銅(CuCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びCuCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、CuCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(7)を得た。
厚さが0.025mmのアルミ箔を用意し、裁断してアルミ二ウム電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(42mg)である)を提供した。次に、アルミニウム電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチに密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化マンガン(MnCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びMnCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、MnCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(8)を得た。
厚さが0.24mmのカーボンファイバー紙(CeTech社製造販売)を用意し、裁断して負極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は天然グラファイト(128mg)である)を用意した。次に、負極、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化鉄(FeCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びFeCl2の総モル数と[EMIm]とのモル比は約1.4:1であり、FeCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(9)を得た。
厚さが0.1mmのステンレス(新日鉄社が製造販売、型番YUS190、成分は主に鉄とクロム)を用意し、裁断してステンレス電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(62mg)である)を用意した。次に、ステンレス電極(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化鉄(FeCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びFeCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、FeCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(10)を得た。
厚さが0.025mmの銅箔(Alfa Aesar製造)を用意し、裁断してステンレス電極を得た。次に、絶縁膜(ガラスフィルター(2層)、商品番号 ワットマン(Whatman) GFA)と、グラファイト電極(集電基板上に配置された活性材質を有し、集電基板はカーボンファイバー紙であって、活性材質は膨張グラファイト(66mg)である)を用意した。次に、銅箔(負極)、絶縁膜、グラファイト電極(正極)の順序で配列するとともに、アルミニウムプラスチックパウチ内に密封する。そして、電解質(塩化アルミニウム(AlCl3)/塩化鉄(FeCl2)/1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride:[EMIm]Cl)、AlCl3及びFeCl2の総モル数と[EMIm]Clとのモル比は約1.4:1であり、FeCl2とAlCl3とのモル比は約1:13である)を注入して、金属イオンバッテリー(11)を得た。
11…集電層
12…負極
13…活性材料
14…絶縁層
20…電解質
100…金属イオンバッテリー
Claims (19)
- 正極と、
絶縁層と、
前記絶縁層によって前記正極と隔てられた負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質であって、前記正極及び前記負極に接触する電解質と、を備え、
前記電解質は、イオン液体と、ハロゲン化アルミニウムと、金属ハロゲン化物とを有しており、
前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、ハロゲン化鉄、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化カドミウム、ハロゲン化ニッケル、ハロゲン化錫、ハロゲン化クロム、ハロゲン化ランタン、ハロゲン化イットリウム、ハロゲン化チタン、ハロゲン化マンガン、ハロゲン化モリブデン、又は、これらの組み合わせであり、
前記金属ハロゲン化物と前記ハロゲン化アルミニウムとのモル比は、1:100〜1:1である、
ことを特徴とする金属イオンバッテリー。 - 前記金属ハロゲン化物及び前記ハロゲン化アルミニウムの総モル数と、前記イオン液体とのモル比は、1.1:1〜2.1:1であることを特徴とする請求項1に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記正極は、集電層と、活性材料とから構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記集電層は、導電性カーボン基材であることを特徴とする請求項3に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記導電性カーボン基材は、炭素布、炭素フェルト又はカーボン紙であることを特徴とする請求項4に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記活性材料は、層状活性材料であることを特徴とする請求項3に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記活性材料は、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、又は、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項3に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記グラファイトは、天然グラファイト、人工グラファイト、メソフェーズカーボンマイクロビーズ、熱分解グラファイト、発泡グラファイト、片状グラファイト、若しくは、膨張グラファイト、又は、これらの材料の組み合わせであることを特徴とする請求項7に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記負極は、金属若しくはその合金、集電層、又は、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の金属イオンバッテリー。
- 前記金属若しくはその合金は、銀、銅、鉄、コバルト、アルミニウム、亜鉛、インジウム、カドミウム、ニッケル、錫、クロム、ランタン、イットリウム、チタン、マンガン、タングステン、タンタル、又は、モリブデンであることを特徴とする請求項9に記載の金属イオンバッテリー。
- 充放電後に、前記電解質は、ハロメタレート及びハロアルミネートを含むことを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の金属イオンバッテリー。
- 前記ハロメタレートアニオンのイオンサイズは、前記ハロアルミネートアニオンのイオンサイズより小さいことを特徴とする請求項11に記載の金属イオンバッテリー。
- 前記イオン液体は、メチルスルホニルメタン(methylsulfonylmethane)、アルキルイミダゾリウム塩(alkylimidazolium salt)、アルキルピリジニウム塩(alkylpyridinium salt)、アルキルフルオロピラゾリウム塩(alkylfluoropyrazolium salt)、アルキルトリアゾリウム塩(alkyltriazolium salt)、アラルキルアンモニウム塩(aralkylammonium salt)、アルキルアロコキシアンモニウム塩(alkylalkoxyammonium salt)、アラルキルホスホニウム塩(aralkylphosphonium salt)、アラルキルスルホ二ウム塩(aralkylsulfonium salt)、又は、これらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の金属イオンバッテリー。
- 正極と負極とを用意する工程と、
絶縁層を用意して、前記正極と前記負極とを隔てる工程と、
電解質を用意して、前記電解質を前記正極と前記負極との間に配置する工程であって、前記電解質は前記正極及び前記負極に接触する工程と、
を有し、
前記電解質は、イオン液体と、ハロゲン化アルミニウムと、金属ハロゲン化物とを有し、
前記金属ハロゲン化物は、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、ハロゲン化鉄、ハロゲン化コバルト、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化カドミウム、ハロゲン化ニッケル、ハロゲン化錫、ハロゲン化クロム、ハロゲン化ランタン、ハロゲン化イットリウム、ハロゲン化チタン、ハロゲン化マンガン、ハロゲン化モリブデン、又は、これらの組み合わせであり、
前記金属ハロゲン化物と前記ハロゲン化アルミニウムとのモル比は、1:100〜1:1である、
ことを特徴とする金属イオンバッテリーの製造方法。 - 正極材料は、電気化学又は気相法(vapor phase intercalation)により得られるプレインターカレートの材料であることを特徴とする請求項14に記載の金属イオンバッテリーの製造方法。
- 前記プレインターカレートの材料の製造工程であって、
前記イオン液体と前記金属ハロゲン化物とを混合して、前記正極と前記負極との間に配置する工程と、
前記金属ハロゲン化物と前記イオン液体とを反応させて、ハロメタレートを形成する工程と、
前記正極と前記負極との間に電位差を与え、且つ、前記ハロメタレートが前記正極に対してインターカレーション反応を実行して、プレインターカレートの材料から構成された正極を得る工程と、を含む製造工程、
を有することを特徴とする請求項15に記載の金属イオンバッテリーの製造方法。 - 前記プレインターカレートの材料の製造工程であって、
前記イオン液体と前記ハロゲン化アルミニウムとを混合して、前記正極と前記負極との間に配置する工程と、
前記ハロゲン化アルミニウムと前記イオン液体とを反応させて、ハロアルミネートを形成する工程と、
前記正極と前記負極との間に電位差を与え、且つ、前記ハロアルミネートが前記正極に対してインターカレーション反応を実行して、プレインターカレートの材料から構成された正極を得る工程と、を含む製造工程、
を有することを特徴とする請求項15に記載の金属イオンバッテリーの製造方法。 - 前記プレインターカレートの材料の製造工程であって、
前記金属ハロゲン化物を加熱して、金属ハロゲン化物ガスを生成する工程と、
前記金属ハロゲン化物ガスを用いて、前記正極にプレインターカレートを実行する工程と、を含む製造工程、
を有することを特徴とする請求項15に記載の金属イオンバッテリーの製造方法。 - 前記プレインターカレートの材料の製造工程であって、
前記ハロゲン化アルミニウムを加熱して、ハロゲン化アルミニウムガスを生成する工程と、
前記ハロゲン化アルミニウムガスを用いて、前記正極にプレインターカレートを実行する工程と、を含む製造工程、
を有することを特徴とする請求項15に記載の金属イオンバッテリーの製造方法。
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