JP7120190B2 - Active material - Google Patents

Active material Download PDF

Info

Publication number
JP7120190B2
JP7120190B2 JP2019162991A JP2019162991A JP7120190B2 JP 7120190 B2 JP7120190 B2 JP 7120190B2 JP 2019162991 A JP2019162991 A JP 2019162991A JP 2019162991 A JP2019162991 A JP 2019162991A JP 7120190 B2 JP7120190 B2 JP 7120190B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
electrode active
positive electrode
present disclosure
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019162991A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021044078A (en
Inventor
真輝 足立
健志 當寺ヶ盛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2019162991A priority Critical patent/JP7120190B2/en
Publication of JP2021044078A publication Critical patent/JP2021044078A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7120190B2 publication Critical patent/JP7120190B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

本開示は、フッ化物イオン電池に使用可能な新規の活物質に関する。 The present disclosure relates to novel active materials that can be used in 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、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 a positive electrode active material layer.

特開2019-029206号公報JP 2019-029206 A

フッ化物イオン電池の性能向上のため、新規な活物質が求められている。本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、フッ化物イオン電池に使用可能な新規の活物質を提供することを主目的とする。 New active materials are required to improve the performance of fluoride ion batteries. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a novel active material that can be used in fluoride ion batteries.

上記課題を達成するために、本開示においては、フッ化物イオン電池に用いられる活物質であって、Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する、活物質を提供する。 In order to achieve the above object, the present disclosure provides an active material for use in fluoride ion batteries, which has a perovskite crystal phase containing Bi element, transition metal element and O element.

本開示によれば、活物質が、特定の結晶相を有しているため、これを用いたフッ化物イオン電池の性能を良好とすることができる。 According to the present disclosure, since the active material has a specific crystal phase, it is possible to improve the performance of a fluoride ion battery using the active material.

本開示は、性能が良好なフッ化物イオン電池とできる新規な活物質という効果を奏する。 The present disclosure takes advantage of novel active materials that enable fluoride ion batteries with good performance.

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2で用いた正極活物質のXRD測定の結果である。4 shows the result of XRD measurement of the positive electrode active material used in Example 2. FIG. 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。4 shows the results of a charge/discharge test of the battery for evaluation obtained in Example 1. FIG. 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。4 shows the results of a charge/discharge test of the battery for evaluation obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた評価用電池の充放電試験の結果である。4 shows the results of a charge/discharge test of the battery for evaluation obtained in Example 3. FIG. 実施例4で得られた評価用電池のレート評価の結果である。4 shows the results of rate evaluation of the battery for evaluation obtained in Example 4. FIG. 実施例3で得られた評価用電池のレート評価の結果である。4 shows the results of rate evaluation of the battery for evaluation obtained in Example 3. FIG. 実施例1~3および比較例1で得られた評価用電池のサイクル試験の結果である。1 shows the results of a cycle test of evaluation batteries obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.

1.活物質
以下、本開示における活物質について、詳細に説明する。
本開示における活物質は、フッ化物イオン電池に用いられる活物質であって、Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する。
1. Active Material Hereinafter, the active material in the present disclosure will be described in detail.
The active material in the present disclosure is an active material used in fluoride ion batteries and has a perovskite crystal phase containing Bi element, transition metal element and O element.

本開示によれば、活物質が、特定の結晶相を有しているため、これを用いたフッ化物イオン電池の性能を良好とすることができる。なお、フッ化物イオン電池の性能が良好とは、例えば、容量、レート特性(低抵抗)、サイクル特性等の性能が優れていることを意味する。 According to the present disclosure, since the active material has a specific crystal phase, it is possible to improve the performance of a fluoride ion battery using the active material. In addition, good performance of a fluoride ion battery means, for example, excellent performance such as capacity, rate characteristics (low resistance), and cycle characteristics.

本開示における活物質は、Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する。ペロブスカイト結晶相は、通常ABOで表わされる。上記Aはペロブスカイト構造におけるAサイトに該当し、本開示ではBi元素を含む。また上記Bはペロブスカイト構造におけるBサイトに該当し、本開示では遷移金属元素を含む。 The active material in the present disclosure has a perovskite crystal phase containing Bi element, transition metal element and O element. The perovskite crystal phase is commonly denoted by ABO3 . The above A corresponds to the A site in the perovskite structure, and includes a Bi element in the present disclosure. Moreover, the above B corresponds to the B site in the perovskite structure, and includes a transition metal element in the present disclosure.

AサイトにおけるBi元素の割合は、例えば50%以上であり、70%以上であってもよく、90%以上であってもよく、100%であってもよい。また、Bサイトにおける遷移金属元素の割合は、例えば50%以上であり、70%以上であってもよく、90%以上であってもよく、100%であってもよい。また、遷移金属元素としては、例えば、Fe、Co、Mnが挙げられる。ペロブスカイト結晶相は、遷移金属元素を1種のみ含有していてもよく、2種以上含有していてもよい。 The ratio of the Bi element at the A site is, for example, 50% or more, may be 70% or more, may be 90% or more, or may be 100%. Also, the proportion of the transition metal element in the B site is, for example, 50% or more, may be 70% or more, may be 90% or more, or may be 100%. Examples of transition metal elements include Fe, Co, and Mn. The perovskite crystal phase may contain only one type of transition metal element, or may contain two or more types.

また、本開示における活物質は、遷移金属元素として少なくともFeを含有する、いわゆるマルチフェロイック材料であることが好ましい。マルチフェロイック材料とは強誘電性および強磁性を示す材料である。強誘電性であればFイオン伝導性に優れ、強磁性であれば構造崩壊の抑制効果が高くなる。そのため、本開示における活物質がマルチフェロイック材料であれば、よりサイクル特性が良好で、かつ、高容量および低抵抗なフッ化物イオン電池とすることができる。 Also, the active material in the present disclosure is preferably a so-called multiferroic material containing at least Fe as a transition metal element. A multiferroic material is a material that exhibits ferroelectricity and ferromagnetism. If it is ferroelectric, it has excellent F 2 ion conductivity, and if it is ferromagnetic, the effect of suppressing structural collapse is high. Therefore, if the active material in the present disclosure is a multiferroic material, a fluoride ion battery with better cycle characteristics, high capacity, and low resistance can be obtained.

本開示における活物質がマルチフェロイック材料である場合、ペロブスカイト結晶相は、例えば、Bi(Fe1-x,M)O(Mは、少なくとも1種以上の遷移金属元素であり、xは0≦x<1を満たす)で表わされることが好ましい。xは0であってもよく、0より大きくてもよい。xは、例えば、0.3以上でもよく、0.7以上であってもよい。上記Mとしては、例えばCoおよびMnを挙げることができる。上記Mは、CoおよびMnのうちいずれか1種のみでもよいし、両方であってもよい。上記Mが、CoおよびMnである場合は、本開示におけるペロブスカイト結晶相は、Bi(Fe1-y-z,Co,Mn)O(0<y<1、0<z<1、0<y+z<1を満たす)で表わすことができる。yおよびzについては上記xと同様である。また、yは、zより小さくてもよく、同じでもよく、大きくてもよい。 When the active material in the present disclosure is a multiferroic material, the perovskite crystal phase is, for example, Bi(Fe 1-x , M x )O 3 (M is at least one transition metal element, x is 0≦x<1). x may be 0 or greater than 0. x may be, for example, 0.3 or more, or 0.7 or more. Examples of M above include Co and Mn. The above M may be either one of Co and Mn, or both. When M is Co and Mn, the perovskite crystal phase in the present disclosure is Bi(Fe 1-yz , Co y , Mn z )O 3 (0<y<1, 0<z<1, satisfies 0<y+z<1). y and z are the same as x above. Moreover, y may be smaller than z, may be the same, or may be larger than z.

また、本開示における活物質は、上記ペロブスカイト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、本開示における活物質は、上記結晶相を単相で有することが好ましい。 Moreover, the active material in the present disclosure preferably has the perovskite crystal phase as a main phase. The proportion of the crystal phase in all crystal phases of the active material is, for example, 50 mol % or more, may be 70 mol % or more, or may be 90 mol % or more. In particular, the active material in the present disclosure preferably has the crystal phase as a single phase.

本開示における活物質が上記ペロブスカイト結晶相を有していることは、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。例えば取得したXRDのデータとICSD(結晶構造データベース)とを照合することで、上記結晶相を有するか否かを判別することができる。 Whether the active material in the present disclosure has the perovskite crystal phase can be confirmed, for example, by performing X-ray structure analysis measurement (XRD measurement). For example, by collating the obtained XRD data with ICSD (crystal structure database), it is possible to determine whether or not the crystal phase is present.

本開示における活物質の組成は、上述した結晶相を含有していれば特に限定はされないが、例えば、ABO(AはBi元素を含み、Bは遷移金属元素を含む)であることが好ましい。また、本開示における活物質がマルチフェロイック材料である場合、活物質の組成は、Bi(Fe1-x,M)O(Mは、少なくとも1種以上の遷移金属元素であり、xは0≦x<1を満たす)であることが好ましい。さらに、本開示における活物質が、Fe元素、Co元素およびMn元素を有する場合、活物質の組成は、Bi(Fe1-y-z,Co,Mn)O(0<y<1、0<z<1、0<y+z<1を満たす)であることが好ましい。これらの組成におけるx、y、zの好ましい範囲については、上述した範囲と同様である。 The composition of the active material in the present disclosure is not particularly limited as long as it contains the crystal phase described above, but for example, it is preferably ABO 3 (A contains a Bi element and B contains a transition metal element). . Further, when the active material in the present disclosure is a multiferroic material, the composition of the active material is Bi(Fe 1-x , M x )O 3 (M is at least one transition metal element, x satisfies 0≦x<1). Furthermore, when the active material in the present disclosure contains Fe element, Co element and Mn element, the composition of the active material is Bi(Fe 1-yz , Co y , Mn z )O 3 (0<y<1 , 0<z<1 and 0<y+z<1). The preferred ranges of x, y, and z in these compositions are the same as those described above.

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10μm以下であり、20nm以上1μm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。活物質の平均一次粒子径は、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. The average primary particle diameter (D 50 ) of the active material is, for example, 10 nm or more and 10 μm or less, and may be 20 nm or more and 1 μm or less. Incidentally, 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, may be 50 or more, or may be 100 or more. The average primary particle size of the active material can be appropriately adjusted, for example, by appropriately changing the manufacturing conditions of the active material or performing a classification treatment.

本開示における活物質は、後述するフッ化物イオン電池において、正極活物質および負極活物質の少なくとも一方として用いることができる。 The active material in the present disclosure can be used as at least one of a positive electrode active material and a negative electrode active material in a fluoride ion battery described later.

本開示における活物質は、例えば固相合成法により得ることができる。Bi、Feおよび、ドープ原料としてのCoOおよびMnO等の酸化物を、粉砕混合してペレット化する。このペレットを、大気雰囲気中の電気炉で、例えば1000℃から1500℃の範囲で12時間焼結することで、活物質を合成することができる。 The active material in the present disclosure can be obtained, for example, by solid phase synthesis. Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 and oxides such as CoO and MnO as doping materials are pulverized and mixed and pelletized. An active material can be synthesized by sintering the pellets in an electric furnace in an air atmosphere at, for example, a temperature range of 1000° C. to 1500° C. for 12 hours.

2.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、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層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、正極活物質および負極活物質の少なくとも一方が、上記活物質を含有している。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。
2. Fluoride Ion Battery FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fluoride ion battery in the present disclosure. A fluoride ion battery 10 shown in FIG. 1 includes a positive electrode active material layer 1 containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer 2 containing a negative electrode active material, and and an electrolyte layer 3 formed therebetween. At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material contains the active material. Furthermore, the fluoride ion battery 10 shown in FIG. It has a battery case 6 that houses the members.

(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、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) Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive material and a binder, if necessary.

正極活物質層では、正極活物質が上記活物質を含有していることが好ましい。正極活物質は上記活物質のみを含有していてもよいし、その他の正極活物質を含有していてもよい。その他の正極活物質としては、フッ化物イオン電池に用いられる従来公知の正極活物質を挙げることができる。その他の正極活物質を含有する場合、全正極活物質における上記活物質の割合は、例えば50重量%以上であり、60重量%以上であってもよく、70重量%以上であってもよく、80重量%以上であってもよく、90重量%以上であってもよい。 In the positive electrode active material layer, the positive electrode active material preferably contains the above active material. The positive electrode active material may contain only the above active material, or may contain other positive electrode active materials. Other positive electrode active materials include conventionally known positive electrode active materials used in fluoride ion batteries. When other positive electrode active materials are contained, the proportion of the above active materials in the total positive electrode active materials is, for example, 50% by weight or more, may be 60% by weight or more, or may be 70% by weight or more, It may be 80% by weight or more, or 90% by weight or more.

正極活物質層における正極活物質の割合は、容量の観点からはより多いことが好ましい。正極活物質の割合は、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、正極活物質の割合は、例えば99重量%以下であり、95重量%以下であってもよい。 From the viewpoint of capacity, the proportion of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably higher. The proportion of the positive 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 positive electrode active material 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20重量%以下であり、10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 conductive materials include carbon materials. Specific examples of carbon materials 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, 20% by weight or less, and may be 10% by weight or less. If the proportion of the conductive material is too small, an electron conduction path may not be formed, resulting in increased electrode resistance. If the proportion of the conductive material is too high, the proportion 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 binders include rubber-based binders and fluoride-based binders. The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is, for example, 1% by weight or more and 30% by weight or less.

電解質については、後述する「(3)電解質層」と同様の内容である。 The contents of the electrolyte are the same as those of "(3) Electrolyte layer" described later.

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、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) Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode active material layer may further contain at least one of an electrolyte, a conductive material, and a binder, if necessary.

負極活物質層は、負極活物質として、上述した活物質を含有することが好ましい。なお、正極活物質および負極活物質の両方に上述した活物質を用いてもよいが、負極活物質よりも反応電位が高い活物質を、正極活物質として用いる。一方、正極活物質のみが上述した活物質である場合、負極活物質層は、F元素を含む活物質を含有することが好ましい。F元素を含む活物質としては、例えば、PbFが挙げられる。 The negative electrode active material layer preferably contains the active material described above as the negative electrode active material. Although the active materials described above may be used for both the positive electrode active material and the negative electrode active material, an active material having a reaction potential higher than that of the negative electrode active material is used as the positive electrode active material. On the other hand, when only the positive electrode active material is the active material described above, the negative electrode active material layer preferably contains an active material containing the F element. An example of the active material containing the F element is PbF 2 .

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。 From the viewpoint of capacity, it is preferable that the ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is higher. 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 ratio 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 electrolyte, conductive material, and binder used in the negative electrode active material layer can be the same as those described in "(1) Positive electrode active material layer" above. 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) 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 forming the electrolyte layer may be a liquid electrolyte (electrolytic 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 preferred.

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, fluoride salt and organic solvent. Examples of fluoride salts include inorganic fluoride salts, organic fluoride salts, and ionic liquids. An example of an inorganic fluoride salt is XF, where X is Li, Na, K, Rb or Cs. Examples of cations of organic fluoride salts include alkylammonium cations such as tetramethylammonium cations. The concentration of the fluoride salt in the electrolytic solution is, for example, 0.1 mol % or more and 40 mol % or less, 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 electrolyte is usually a solvent that dissolves the fluoride salt. Examples of organic solvents include glyme such as triethylene glycol dimethyl ether (G3) and tetraethylene glycol dimethyl ether (G4), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), propylene carbonate (PC ), butylene carbonate (BC) and other cyclic carbonates, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC) and other chain carbonates. Moreover, you may use an ionic liquid as an organic solvent.

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および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 solid electrolytes include inorganic solid electrolytes. Examples of inorganic solid electrolytes include fluorides containing lanthanoid elements such as La and Ce; fluorides containing alkali elements such as Li, Na, K, Rb, and Cs; and alkaline earth elements such as Ca, Sr, and Ba. Mention may be made of fluoride containing elements. Specific examples of inorganic solid electrolytes include fluorides containing La and Ba, fluorides containing Pb and Sn, and fluorides containing Bi and Sn. La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 can be mentioned as a specific solid electrolyte.

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 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、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 A fluoride ion battery according to the present disclosure usually has a positive electrode current collector that collects current for the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects current for the negative electrode active material layer. Examples of materials for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of materials for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Examples of the shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include, for example, a foil shape, a mesh shape, and a porous shape. In addition, the fluoride ion battery in the present disclosure may have a battery case that houses battery members. A battery case of a general battery can be used as the battery case.

(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、本開示における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, and 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 of a secondary battery as a primary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). In addition, examples of the shape of the fluoride ion battery in the present disclosure include coin type, laminate type, cylindrical type, and rectangular 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。 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 similar effects is the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
正極活物質(BiFeO、豊島製作所製)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正極合材を得た(作用極)。負極活物質(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負極合材を得た。得られた正極合材と、固体電解質層を形成する固体電解質(La0.9Ba0.12.9)と、負極合材と、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]
A positive electrode active material ( BiFeO3 , manufactured by Toyoshima Seisakusho), a solid electrolyte ( La0.9Ba0.1F2.9 ), and a conductive material (acetylene black) were mixed at a weight ratio of 30:60:10 . A positive electrode mixture was obtained by mixing using a ball mill (working electrode). A negative electrode active material (PbF 2 ) and a conductive material (acetylene black) were mixed at a weight ratio of 95:5 to obtain a negative electrode mixture. The obtained positive electrode mixture, the solid electrolyte (La 0.9 Ba 0.1 F 2.9 ) forming the solid electrolyte layer, the negative electrode mixture, and the Pb foil (counter electrode) are laminated and compacted. By doing so, a battery for evaluation was produced.

[実施例2]
(正極活物質の合成)
正極活物質として、Bi(Fe0.5Co0.5)Oを固相合成法により合成した。具体的には、Bi、FeおよびCoOを化学量論比に合うように秤量し、乳鉢で粉砕混合してペレット化した。その後、大気雰囲気中での電気炉で、1200℃で12時間焼結し、て正極活物質を得た。
[Example 2]
(Synthesis of positive electrode active material)
As a positive electrode active material, Bi(Fe 0.5 Co 0.5 )O 3 was synthesized by a solid phase synthesis method. Specifically, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 and CoO were weighed to match the stoichiometric ratio, pulverized and mixed in a mortar, and pelletized. After that, it was sintered at 1200° C. for 12 hours in an electric furnace in an air atmosphere to obtain a positive electrode active material.

(評価用電池の作製)
正極合材に含まれる正極活物質として、上記活物質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。
(Preparation of battery for evaluation)
A battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 1, except that the above active material was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[実施例3]
(正極活物質の合成)
Bi、FeおよびMnOを用いたこと以外は、実施例2と同様にして、固相合成法により正極活物物質(Bi(Fe0.7,Mn0.3)O)を合成した。
[Example 3]
(Synthesis of positive electrode active material)
A positive electrode active material (Bi( Fe0.7 , Mn0.3 )O3 was prepared by a solid - phase synthesis method in the same manner as in Example 2 , except that Bi2O3 , Fe2O3 and MnO were used. ) was synthesized.

(評価用電池の作製)
正極合材に含まれる正極活物質として、上記活物質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。
(Preparation of battery for evaluation)
A battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 1, except that the above active material was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[比較例1]
正極合材に含まれる正極活物質として、CoO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]
A battery for evaluation was produced in the same manner as in Example 1, except that CoO was used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture.

[評価]
(XRD測定)
実施例2における正極活物質(Bi(Fe0.5,Co0.5)O)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に示されたピークは、ICSD(無機結晶構造データベース)におけるBi(Fe0.5,Co0.5)Oのデータと一致した。このことから、実施例2の正極活物質はBi(Fe0.5,Co0.5)Oの結晶相をほぼ単相で有していることが確認された。なお、図示はしないが、実施例3の正極活物質も、Bi(Fe0.7,Mn0.3)Oの結晶相をほぼ単相で有していた。
[evaluation]
(XRD measurement)
The positive electrode active material (Bi(Fe 0.5 , Co 0.5 )O 3 ) in Example 2 was subjected to XRD measurement (using CuKα rays). The results are shown in FIG. The peaks shown in FIG. 2 agreed with the data of Bi(Fe 0.5 , Co 0.5 )O 3 in ICSD (Inorganic Crystal Structure Database). From this, it was confirmed that the positive electrode active material of Example 2 had a crystal phase of Bi(Fe 0.5 , Co 0.5 )O 3 in a substantially single phase. Although not shown, the positive electrode active material of Example 3 also had a crystal phase of Bi(Fe 0.7 , Mn 0.3 )O 3 in a substantially single phase.

(充放電試験)
実施例1~実施例3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-1.5V(vs Pb/PbF)~3.0V(vs Pb/PbF)の条件で行った。実施例1~実施例3の結果を、図3~図5に示す。
(Charging and discharging test)
A charge/discharge test was performed on the evaluation batteries obtained in Examples 1 to 3. The charge/discharge test was conducted in an environment of 140° C. under conditions of a current of 50 μA/cm 2 and a final potential of the working electrode of −1.5 V (vs Pb/PbF 2 ) to 3.0 V (vs Pb/PbF 2 ). . The results of Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 3 to 5. FIG.

図3に示されるように、実施例1(BiFeO)では、充電側および放電側ともに2段の電位平坦部が確認され、約160mAh/gの放電容量が得られた。図4に示されるように、実施例2(Bi(Fe0.5,Co0.5)O)では、充電放電共に、0.3V付近に電位平坦部が確認され、約270mAh/gの放電容量が得られた。図5に示されるように、実施例3(Bi(Fe0.7,Mn0.3)O)では、充電側および放電側ともに2段の電位平坦部が確認され、高電位平坦部が長かった。放電容量は約270mAh/gであった。 As shown in FIG. 3, in Example 1 (BiFeO 3 ), two-step potential plateaus were confirmed on both the charge side and the discharge side, and a discharge capacity of about 160 mAh/g was obtained. As shown in FIG. 4 , in Example 2 (Bi(Fe 0.5 , Co 0.5 )O 3 ), a potential plateau was observed near 0.3 V in both charging and discharging, and a voltage of about 270 mAh/g was observed. A discharge capacity was obtained. As shown in FIG. 5, in Example 3 (Bi(Fe 0.7 , Mn 0.3 )O 3 ), two-stage potential plateaus were confirmed on both the charge side and the discharge side, and a high potential plateau was observed. It was long. The discharge capacity was about 270mAh/g.

(レート特性評価)
実施例2および3で得られた評価用電池に対して、電流を30μA/cm、90μA/cm、300μA/cmおよび3mA/cm、と変化させたこと以外は充放電試験と同様の条件で試験を行った。結果を図6および図7に示す。なお、図中1mAhは333mAh/gに相当する。
(Rate characteristic evaluation)
For the evaluation batteries obtained in Examples 2 and 3, the same charge/discharge test was performed, except that the current was changed to 30 μA/cm 2 , 90 μA/cm 2 , 300 μA/cm 2 and 3 mA/cm 2 . The test was conducted under the conditions of The results are shown in FIGS. 6 and 7. FIG. Note that 1 mAh in the figure corresponds to 333 mAh/g.

図6および図7に示されるように、ペロブスカイトのBサイトにFeとCoを用いた実施例2では、高レートにおいてもより良好な容量を示しており、より良好なFイオン伝導を示していることが確認された。 As shown in FIGS. 6 and 7, Example 2 with Fe and Co on the B-site of the perovskite shows better capacity even at high rates and better F ion conduction. It was confirmed that

(サイクル試験)
実施例1~実施例3および比較例1で得られた評価用電池に対して、充放電試験と同様の条件でサイクル試験を実施した。1サイクル目の容量に対する3サイクル後の容量を求めて評価した(容量維持率(%))。結果を図8に示す。
(Cycle test)
The evaluation batteries obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were subjected to a cycle test under the same conditions as the charge/discharge test. The capacity after 3 cycles relative to the capacity at the 1st cycle was obtained and evaluated (capacity retention rate (%)). The results are shown in FIG.

図8に示されるように、本開示におけるフッ化物イオン電池では容量維持率がほぼ100%であった。一方、比較例1で得られた評価用電池では容量維持率が40%程度であった。このように、本開示における活物質を用いたフッ化物イオン電池は性能が良好であることが確認された。 As shown in FIG. 8, the fluoride ion battery of the present disclosure had a capacity retention rate of nearly 100%. On the other hand, the battery for evaluation obtained in Comparative Example 1 had a capacity retention rate of about 40%. Thus, it was confirmed that the fluoride ion battery using the active material according to the present disclosure has good performance.

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

Claims (1)

フッ化物イオン電池に用いられる活物質であって、
Bi元素、遷移金属元素およびO元素を含むペロブスカイト結晶相を有する、活物質。
An active material used in a fluoride ion battery,
An active material having a perovskite crystal phase containing a Bi element, a transition metal element and an O element.
JP2019162991A 2019-09-06 2019-09-06 Active material Active JP7120190B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019162991A JP7120190B2 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Active material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019162991A JP7120190B2 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Active material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021044078A JP2021044078A (en) 2021-03-18
JP7120190B2 true JP7120190B2 (en) 2022-08-17

Family

ID=74864193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019162991A Active JP7120190B2 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Active material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7120190B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017143044A (en) 2016-02-12 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 Active material and fluoride ion battery
JP2017220301A (en) 2016-06-03 2017-12-14 トヨタ自動車株式会社 Secondary battery system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017143044A (en) 2016-02-12 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 Active material and fluoride ion battery
JP2017220301A (en) 2016-06-03 2017-12-14 トヨタ自動車株式会社 Secondary battery system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021044078A (en) 2021-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI429132B (en) Layer-layer lithium rich complex metal oxides with high specific capacity and excellent cycling
TWI437753B (en) Metal oxide coated positive electrode materials for lithium-based batteries
RU2499333C1 (en) Material of positive electrode for electric device and electric device made with its usage
KR101335460B1 (en) Cathode Active Material Comprising Lithium Manganese-Based Oxide and Non Aqueous Electrolyte Secondary Battery Based upon the Same
CN107851790B (en) Layered oxide of sodium as cathode material for sodium ion battery
JP5511128B2 (en) Anode material for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery
JP5099168B2 (en) Lithium ion secondary battery
US20170025678A1 (en) Layered oxide materials for batteries
CN108140831B (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and positive electrode comprising same
KR102071213B1 (en) Active material and fluoride ion battery
JP7363747B2 (en) Method for manufacturing positive electrode active material, method for manufacturing positive electrode active material and lithium ion battery
CN112074977A (en) Positive electrode active material and battery provided with same
JP5401296B2 (en) Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
CN115207298A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
WO2017017208A1 (en) Active cathode material and its use in rechargeable electrochemical cells
CN116325229A (en) Positive electrode active material for secondary battery and secondary battery
JP2019091528A (en) Electrode active material for sodium ion secondary battery and method of producing the same
JP7120190B2 (en) Active material
JP6863190B2 (en) Positive electrode active material
KR101134566B1 (en) Novel cathode active material for lithium secondary battery and method of fabricating a cathode thin film for lithium secondary battery using the same
JP6911545B2 (en) Negative electrode and non-aqueous electrolyte power storage element
JP6599790B2 (en) Active material and fluoride ion battery
JP7518057B2 (en) Active materials and fluoride-ion batteries
JP2020194697A (en) Fluoride ion battery
JP7088126B2 (en) Fluoride ion battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220629

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220705

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220718

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7120190

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151