JP7088126B2 - Fluoride ion battery - Google Patents

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Description

本開示は、容量特性が良好なフッ化物イオン電池に関する。 The present disclosure relates to a fluoride ion battery having good capacity characteristics.

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。 As a battery having a high voltage and a high energy density, for example, a Li ion battery is known. Li-ion batteries are cation-based batteries that use Li ions as carriers. On the other hand, as an anion-based battery, a fluoride ion battery using fluoride ion as a carrier is known.

例えば、特許文献1には、正極活物質層に、正極活物質と、PbFまたはPbMFで表される固体電解質とを用いたフッ化物イオン電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a fluoride ion battery using a positive electrode active material and a solid electrolyte represented by PbF 2 or PbMF x in the positive electrode active material layer.

特開2019-029206号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-029206

フッ化物イオン電池においては、容量特性が良好であることが求められる。本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容量特性が良好なフッ化物イオン電池を提供することを主目的とする。 Fluoride ion batteries are required to have good capacity characteristics. The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a fluoride ion battery having good capacity characteristics.

上記課題を達成するために、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、上記正極活物質層および上記負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として、ビクスビ鉱型の結晶構造を有しIn元素を含む金属酸化物を含有する、フッ化物イオン電池を提供する。 In order to achieve the above object, in the present disclosure, a fluoride ion having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. A fluoride ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a metal oxide having a Bixubi ore type crystal structure and containing an In element as an active material. offer.

本開示によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、所定の活物質を含有するため、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができる。 According to the present disclosure, since at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a predetermined active material, a fluoride ion battery having good capacity characteristics can be obtained.

本開示は、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができるという効果を奏する。 The present disclosure has an effect that a fluoride ion battery having good capacity characteristics can be obtained.

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。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the fluoride ion battery in this disclosure. 実施例1で用いた金属酸化物のXRD測定の結果である。It is the result of the XRD measurement of the metal oxide used in Example 1. 実施例1で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 1. 実施例2で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Example 2. 比較例1で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。It is the result of the charge / discharge test of the evaluation battery obtained in Comparative Example 1.

以下、本開示におけるフッ化物イオン電池について、詳細に説明する。
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、正極活物質層1と、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、正極活物質層1および負極活物質層2のすくなくとも一方が、活物質として、ビクスビ鉱型の結晶構造を有しIn元素を含む金属酸化物を含有する。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。
Hereinafter, the fluoride ion battery in the present disclosure will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery in the present disclosure. The fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 has a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, and an electrolyte layer 3 formed between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2. Further, at least one of the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2 contains a metal oxide having a Bixubi ore type crystal structure and containing an In element as an active material. Further, the fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 includes a positive electrode current collector 4 that collects electricity from the positive electrode active material layer 1 and a negative electrode current collector 5 that collects electricity from the negative electrode active material layer 2. It has a battery case 6 for accommodating members.

本開示によれば、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、所定の活物質を含有するため、容量特性が良好なフッ化物イオン電池とすることができる。本開示においては、正極活物質層のみが上記活物質を含有していてもよく、負極活物質層のみが上記活物質を含有していてもよい。また、正極活物質層および負極活物質層の両方が、上記活物質を含有していてもよいが、その場合は、上記活物質の中で、反応電位が高い活物質を正極活物質として用い、反応電位が低い活物質を負極活物質として用いる。 According to the present disclosure, since at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a predetermined active material, a fluoride ion battery having good capacity characteristics can be obtained. In the present disclosure, only the positive electrode active material layer may contain the above active material, or only the negative electrode active material layer may contain the above active material. Further, both the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may contain the above active material, but in that case, the active material having a high reaction potential is used as the positive electrode active material among the above active materials. , An active material having a low reaction potential is used as the negative electrode active material.

本開示におけるフッ化物イオン電池の容量特性が良好となる理由は以下のように推察される。例えば、特許文献1に開示されているように、フッ化物イオン電池の活物質として、金属材料が用いられることが知られている。ところが、そのような金属材料を例えば正極に用いた場合、充電過程で活物質のフッ化反応が進むと、活物質表面が金属フッ化物に覆われてしまう可能性がある。この金属フッ化物は、電子伝導度が非常に低くほぼ絶縁体であるために、活物質表面近傍でしか反応ができない。また、金属フッ化物が一定の厚みに成長すると、抵抗が大きくなり可逆的な充放電反応が阻害される恐れがある。ここで、ビクスビ鉱型の結晶構造を有しIn元素を含む金属酸化物は、微量の元素がドープされることで高い導電性を示す半導体となる。そのため、充電過程においてフッ素イオンがドープされることで電子伝導性が向上し、反応が活物質粒子の内部まで進行することができると推察され、結果としてフッ化物イオン電池の容量特性が良好になると推察される。
以下、本開示におけるフッ化物イオン電池について、各構成に分けて説明する。
The reason why the capacity characteristics of the fluoride ion battery in the present disclosure are good is presumed as follows. For example, as disclosed in Patent Document 1, it is known that a metal material is used as an active material for a fluoride ion battery. However, when such a metal material is used for a positive electrode, for example, if the fluoride reaction of the active material proceeds in the charging process, the surface of the active material may be covered with the metal fluoride. Since this metal fluoride has very low electron conductivity and is almost an insulator, it can react only near the surface of the active material. Further, when the metal fluoride grows to a certain thickness, the resistance increases and the reversible charge / discharge reaction may be hindered. Here, a metal oxide having a Bixubi ore-type crystal structure and containing an In element becomes a semiconductor exhibiting high conductivity by being doped with a trace amount of an element. Therefore, it is presumed that the electron conductivity is improved by doping with fluorine ions in the charging process, and the reaction can proceed to the inside of the active material particles. As a result, the capacity characteristics of the fluoride ion battery are improved. Inferred.
Hereinafter, the fluoride ion battery in the present disclosure will be described separately for each configuration.

1.正極活物質層
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、固体電解質、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。
1. 1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. Further, the positive electrode active material layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

正極活物質層は、活物質(正極活物質)として、ビクスビ鉱型の結晶構造を有しIn元素を含む金属酸化物を含有することが好ましい。この場合、後述する負極活物質層においては、この活物質よりも反応電位が低い任意の活物質を、負極活物質として用いることができる。また、正極活物質は、上記活物質のみを含有していてもよく、その他の正極活物質も含有していてもよいが、前者が好ましい。 The positive electrode active material layer preferably contains a metal oxide having a Bixubi ore type crystal structure and containing an In element as the active material (positive electrode active material). In this case, in the negative electrode active material layer described later, any active material having a lower reaction potential than this active material can be used as the negative electrode active material. Further, the positive electrode active material may contain only the above-mentioned active material, or may also contain other positive electrode active materials, but the former is preferable.

本開示における金属酸化物は、少なくともIn元素を含む。本開示における金属酸化物の組成は、少なくともInを含み後述するビクスビ鉱型の結晶構造を有せば特に限定はされないが、例えば、Inで表わされる組成が挙げられる。式中xは、例えば1.5以上であり、1.8以上であってもよい。一方xは、例えば2.5以下であり、2.3以下であってもよく、2.0以下であってもよい。また、式中yは、0であってもよく、0より大きくてもよい。後者の場合、yは、例えば0.3以上であってもよい。一方yは、例えば1以下であり、0.7以下であってもよく、0.5以下であってもよい。また、式中zは、例えば2以上であり、3以上であってもよい。一方zは、例えば6以下であり、4以下であってもよい。また、式中MはIn以外の金属元素を表わし、例えばSn、Ga、Vの少なくとも一種である。 The metal oxide in the present disclosure contains at least the In element. The composition of the metal oxide in the present disclosure is not particularly limited as long as it contains at least In and has a crystal structure of the Bixubi ore type described later, and examples thereof include a composition represented by In x My Oz . In the formula, x is, for example, 1.5 or more, and may be 1.8 or more. On the other hand, x is, for example, 2.5 or less, may be 2.3 or less, or may be 2.0 or less. Further, y in the formula may be 0 or may be larger than 0. In the latter case, y may be, for example, 0.3 or more. On the other hand, y is, for example, 1 or less, 0.7 or less, or 0.5 or less. Further, z in the formula is, for example, 2 or more, and may be 3 or more. On the other hand, z is, for example, 6 or less, and may be 4 or less. Further, M in the formula represents a metal element other than In, and is, for example, at least one of Sn, Ga, and V.

本開示における金属酸化物は、ビクスビ鉱型の結晶構造を有する。金属酸化物がビクスビ鉱型の結晶構造を有することは、例えば、X線構造解析測定(XRD測定)を行うことにより、確認することができる。ビクスビ鉱型の結晶構造を有する結晶相は、Cu-Kα線を用いたXRD測定において、2θ=21.5°、30.6°、35.5°、51.0°、60.7°に典型的なピークを有することが好ましい。なお、これらのピークは、それぞれ、±3.0°の範囲で前後していてもよい。上記範囲は、±1.0°であってもよく、±0.5°であってもよい。 The metal oxide in the present disclosure has a Bixubi ore type crystal structure. It can be confirmed that the metal oxide has a Bixubi ore type crystal structure, for example, by performing X-ray structure analysis measurement (XRD measurement). The crystal phase having a Bixubi ore type crystal structure was 2θ = 21.5 °, 30.6 °, 35.5 °, 51.0 °, 60.7 ° in XRD measurement using Cu-Kα ray. It is preferable to have a typical peak. In addition, each of these peaks may be before and after in the range of ± 3.0 °. The above range may be ± 1.0 ° or ± 0.5 °.

本開示における金属酸化物は、ビクスビ鉱型の結晶構造を有する結晶相を主相として有することが好ましい。活物質の全結晶相における上記結晶相の割合は、例えば、50mol%以上であり、70mol%以上であってもよく、90mol%以上であってもよい。特に、本開示における金属酸化物は、上記結晶相を単相で有することが好ましい。 The metal oxide in the present disclosure preferably has a crystal phase having a Bixubi ore type crystal structure as a main phase. The ratio of the crystal phase to the total crystal phase of the active material is, for example, 50 mol% or more, 70 mol% or more, or 90 mol% or more. In particular, the metal oxide in the present disclosure preferably has the above crystal phase as a single phase.

本開示における活物質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。活物質の平均一次粒子径(D50)は、例えば10nm以上100nm以下であり、20nm以上60nm以下であってもよい。なお、平均一次粒子径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察等によって求めることができる。サンプル数は、多いことが好ましく、例えば20以上であり、50以上であってもよく、100以上であってもよい。活物質の粒子径は、例えば、活物質の製造条件を適宜変更したり、分級処理を行ったりすることで、適宜調整可能である。 Examples of the shape of the active material in the present disclosure include particulate matter. The average primary particle size (D 50 ) of the active material is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less, and may be 20 nm or more and 60 nm or less. The average primary particle size can be determined, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM). The number of samples is preferably large, for example, 20 or more, 50 or more, or 100 or more. The particle size of the active material can be appropriately adjusted, for example, by appropriately changing the production conditions of the active material or performing a classification treatment.

正極活物質層における上記活物質の割合は、容量の観点からはより多いことが好ましい。活物質の割合は、例えば60重量%以上であり、70重量%以上であってもよい。一方、活物質の割合は、例えば99重量%以下であり、95重量%以下であってもよい。 The proportion of the active material in the positive electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity. The ratio of the active substance is, for example, 60% by weight or more, and may be 70% by weight or more. On the other hand, the ratio of the active substance is, for example, 99% by weight or less, and may be 95% by weight or less.

導電化材としては、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。正極活物質層における導電化材の割合は、例えば1重量%以上であり、5重量%以上であってもよい。一方、導電化材の割合は、例えば30重量%以下であり、20重量%以下であってもよい。導電化材の割合が少なすぎると、電子伝導パスが形成されず、電極抵抗が増加する恐れがある。導電化材の割合が多すぎると、相対的に正極活物質の比率が下がるため、エネルギー密度が低下する恐れがある。 Examples of the conductive material include a carbon material. Specific examples of the carbon material include acetylene black, ketjen black, VGCF, and graphite. The proportion of the conductive material in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more, and may be 5% by weight or more. On the other hand, the proportion of the conductive material is, for example, 30% by weight or less, and may be 20% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too small, the electron conduction path is not formed and the electrode resistance may increase. If the ratio of the conductive material is too large, the ratio of the positive electrode active material is relatively low, which may lower the energy density.

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。正極活物質層におけるバインダーの割合は、例えば、1重量%以上、30重量%以下である。 Examples of the binder include rubber-based binders and fluoride-based binders. The proportion of the binder in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more and 30% by weight or less.

固体電解質としては、例えば、無機固体電解質を挙げることができる。無機固体電解質としては、例えば、La、Ce等のランタノイド元素を含有するフッ化物、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ元素を含有するフッ化物、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類元素を含有するフッ化物を挙げることができる。無機固体電解質の具体例としては、LaおよびBaを含有するフッ化物、PbおよびSnを含有するフッ化物、BiよびSnを含有するフッ化物を挙げることができる。具体的な固体電解質としては、La0.9Ba0.12.9を挙げることができる。 Examples of the solid electrolyte include an inorganic solid electrolyte. Examples of the inorganic solid electrolyte include fluorides containing lanthanoid elements such as La and Ce, fluorides containing alkaline elements such as Li, Na, K, Rb and Cs, and alkaline earths such as Ca, Sr and Ba. Fluorine containing an element can be mentioned. Specific examples of the inorganic solid electrolyte include fluoride containing La and Ba, fluoride containing Pb and Sn, and fluoride containing Bi and Sn. Specific examples of the solid electrolyte include La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 .

正極活物質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the configuration of the battery.

2.負極活物質層
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、固体電解質、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。
2. 2. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

負極活物質層は、活物質(負極活物質)として、上記「1.正極活物質層」に記載した活物質を含有することが好ましい。この場合、上述した活物質よりも反応電位が高い任意の活物質を、正極活物質として用いることができる。 The negative electrode active material layer preferably contains the active material described in the above "1. Positive electrode active material layer" as the active material (negative electrode active material). In this case, any active material having a higher reaction potential than the above-mentioned active material can be used as the positive electrode active material.

負極活物質層における負極活物質の割合は、容量の観点からはより多いことが好ましい。負極活物質の割合は、例えば60重量%以上であり、70重量%以上であってもよい。一方、負極活物質の割合は、例えば99重量%以下であり、95重量%以下であってもよい。 The proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity. The ratio of the negative electrode active material is, for example, 60% by weight or more, and may be 70% by weight or more. On the other hand, the proportion of the negative electrode active material is, for example, 99% by weight or less, and may be 95% by weight or less.

なお、負極活物質層に用いられる固体電解質、導電化材およびバインダーの種類ならびに割合については、上述した「1.正極活物質層」に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。 The types and proportions of the solid electrolyte, the conductive material, and the binder used in the negative electrode active material layer can be the same as those described in "1. Positive electrode active material layer" described above. The description is omitted.

負極活物質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the configuration of the battery.

3.電解質層
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。
3. 3. Electrolyte layer The electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrolyte constituting the electrolyte layer may be a liquid electrolyte (electrolyte solution) or a solid electrolyte. That is, the electrolyte layer may be a liquid electrolyte layer or a solid electrolyte layer, but the latter is preferable.

本開示における電解液は、例えば、フッ化物塩および有機溶媒を含有する。フッ化物塩としては、例えば、無機フッ化物塩、有機フッ化物塩、イオン液体を挙げることができる。無機フッ化物塩の一例としては、XF(Xは、Li、Na、K、RbまたはCsである)を挙げることができる。有機フッ化物塩のカチオンの一例としては、テトラメチルアンモニウムカチオン等のアルキルアンモニウムカチオンを挙げることができる。電解液におけるフッ化物塩の濃度は、例えば0.1mol%以上40mol%以下であり、1mol%以上10mol%以下であることが好ましい。 The electrolytic solution in the present disclosure contains, for example, a fluoride salt and an organic solvent. Examples of the fluoride salt include an inorganic fluoride salt, an organic fluoride salt, and an ionic liquid. As an example of the inorganic fluoride salt, XF (X is Li, Na, K, Rb or Cs) can be mentioned. As an example of the cation of the organic fluoride salt, an alkylammonium cation such as a tetramethylammonium cation can be mentioned. The concentration of the fluoride salt in the electrolytic solution is, for example, 0.1 mol% or more and 40 mol% or less, and preferably 1 mol% or more and 10 mol% or less.

電解液の有機溶媒は、通常、フッ化物塩を溶解する溶媒である。有機溶媒としては、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル(G3)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(G4)等のグライム、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートを挙げることができる。また、有機溶媒として、イオン液体を用いてもよい。 The organic solvent of the electrolytic solution is usually a solvent that dissolves a fluoride salt. Examples of the organic solvent include glyme such as triethylene glycol dimethyl ether (G3) and tetraethylene glycol dimethyl ether (G4), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), and propylene carbonate (PC). ), Cyclic carbonate such as butylene carbonate (BC), and chain carbonate such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethylmethyl carbonate (EMC). Moreover, you may use an ionic liquid as an organic solvent.

一方、固体電解質については、上述した「1.正極活物質層」に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。 On the other hand, since the solid electrolyte can be the same as the content described in "1. Positive electrode active material layer" described above, the description here is omitted.

電解質層の厚さは特に限定されず、電池の構成に応じて適宜調整することができる。 The thickness of the electrolyte layer is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the battery configuration.

4.その他の構成
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。
4. Other Configurations The fluoride ion battery in the present disclosure usually has a positive electrode current collector that collects electricity from the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects electricity from the negative electrode active material layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material of the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Examples of the shapes of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include a foil shape, a mesh shape, and a porous shape, respectively. Further, the fluoride ion battery in the present disclosure may have a battery case for accommodating a battery member. As the battery case, a battery case of a general battery 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、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、本開示の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。
5. Fluoride Ion Battery The fluoride ion battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, but a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful as an in-vehicle battery, for example. The secondary battery also includes the use of the secondary battery as a primary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). Further, examples of the shape of the fluoride ion battery of the present disclosure include a coin type, a laminated type, a cylindrical type and a square type.

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、本開示の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の技術的範囲に包含される。 The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an example, and any object having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present disclosure and having the same effect and effect is the present invention. Included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
負極活物質(In、アルドリッチ製)と、固体電解質(La0.9Ba0.12.9)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負極合材を得た(作用極)。正極活物質(PbF)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正極合材を得た。得られた負極合材と、固体電解質層を形成する固体電解質(La0.9Ba0.12.9)と、正極合材と、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。
[Example 1]
The weight ratio of the negative electrode active material (In 2 O 3 , manufactured by Aldrich), the solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ), and the conductive material (acetylene black) is 30:60:10. The negative electrode mixture was obtained by mixing using a ball mill (working electrode). The positive electrode active material (PbF 2 ) and the conductive material (acetylene black) were mixed at a weight ratio of 95: 5 to obtain a positive electrode mixture. The obtained negative electrode mixture, the solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ) forming the solid electrolyte layer, the positive electrode mixture, and the Pb foil (counter electrode) are laminated and powder molded. By doing so, a battery for evaluation was produced.

[実施例2]
負極合材に含まれる負極活物質として、In1.8Sn0.12.9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。
[Example 2]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that In 1.8 Sn 0.1 O 2.9 was used as the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture.

[比較例1]
負極合材に含まれる負極活物質として、Cu23Al65Fe12合金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。
[Comparative Example 1]
An evaluation battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a Cu 23 Al 65 Fe 12 alloy was used as the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture.

[評価]
(XRD測定)
実施例1における負極活物質(In)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に示されるように、負極活物質は、2θ=21.5°、30.6°、35.5°、51.0°、60.7°の位置に特徴的なピークが確認され、ビクスビ鉱型の結晶相をほぼ単相で有することが確認された。
[evaluation]
(XRD measurement)
XRD measurement (using CuKα ray) was performed on the negative electrode active material (In 2 O 3 ) in Example 1. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the negative electrode active material, characteristic peaks were confirmed at the positions of 2θ = 21.5 °, 30.6 °, 35.5 °, 51.0 ° and 60.7 °. It was confirmed that the crystal phase of the Bixubi ore type was almost monophasic.

(充放電試験)
実施例1~2および比較例1で得られた評価用電池に対して、充放電試験を行った。充放電試験は140℃の環境下にて、電流50μA/cm、作用極の終止電位-2.6V(vs Pb/PbF)~0V(vs Pb/PbF)の条件で行った。実施例1は充電3サイクル放電2サイクルを行い、実施例2および比較例1では充電放電をそれぞれ3サイクル行った。その結果を、図3~図5に示す。
(Charging / discharging test)
The evaluation batteries obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were subjected to a charge / discharge test. The charge / discharge test was performed under the conditions of a current of 50 μA / cm 2 and a terminal potential of the working electrode of -2.6 V (vs Pb / PbF 2 ) to 0 V (vs Pb / PbF 2 ) in an environment of 140 ° C. In Example 1, 3 cycles of charging and 2 cycles of discharging were performed, and in Example 2 and Comparative Example 1, 3 cycles of charging and discharging were performed, respectively. The results are shown in FIGS. 3 to 5.

図3に示されるように、実施例1(In)では、充電開始から電解質が還元分解する電位(中心電位-2.4V(vs Pb/PbF))までに、2サイクル目までは82mAh/gの充電容量が得られ、3サイクル目でも約60mAh/gの充電容量が得られた。また、図4に示されるように、実施例2(In1.8Sn0.12.9)も実施例1と同様に、充電開始から電解質が還元分解する電位までに、2サイクル目までは63mAh/gの充電容量が得られ、3サイクル目でも約50mAh/gの充電容量が得られた。一方、比較例1(Cu23Al65Fe12)では、充電開始から電解質が還元分解する電位までに14mAh/gの充電容量しか得られていなかった。このように、実施例1~2は比較例1と比べて、活物質由来の容量が大きく、容量特性が良好であった。 As shown in FIG. 3, in Example 1 (In 2 O 3 ), from the start of charging to the potential at which the electrolyte is reduced and decomposed (central potential-2.4V (vs Pb / PbF 2 )) up to the second cycle. A charging capacity of 82 mAh / g was obtained, and a charging capacity of about 60 mAh / g was obtained even in the third cycle. Further, as shown in FIG. 4, in Example 2 (In 1.8 Sn 0.1 O 2.9 ) as in Example 1, the second cycle from the start of charging to the potential at which the electrolyte is reduced and decomposed. Up to, a charging capacity of 63 mAh / g was obtained, and a charging capacity of about 50 mAh / g was obtained even in the third cycle. On the other hand, in Comparative Example 1 (Cu 23 Al 65 Fe 12 ), only a charge capacity of 14 mAh / g was obtained from the start of charging to the potential for reduction and decomposition of the electrolyte. As described above, in Examples 1 and 2, the volume derived from the active material was large and the volume characteristics were good as compared with Comparative Example 1.

1 … 正極活物質層
2 … 電解質層
3 … 負極活物質層
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
1 ... Positive electrode active material layer 2 ... Electrolyte layer 3 ... Negative electrode active material layer 4 ... Positive electrode current collector 5 ... Negative electrode current collector 6 ... Battery case 10 ... Fluoride ion battery

Claims (1)

正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するフッ化物イオン電池であって、
前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方が、活物質として、ビクスビ鉱型の結晶構造を有しIn元素を含む金属酸化物を含有する、フッ化物イオン電池。
A fluoride ion battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
A fluoride ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains a metal oxide having a Bixubi ore type crystal structure and containing an In element as an active material.
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