JPWO2016080300A1 - Secondary battery - Google Patents

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嵩清 竹本
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Abstract

【課題】負極活物質にリチウム、正極活物質に臭素を用いる二次電池において、充放電サイクルによる電池容量の低下を抑制する【解決手段】二次電池10に固体電解質40と正極20と負極30と液体活物質50と錯化剤とを備える。固体電解質40は、リチウムイオン伝導性の膜である。正極20は、多孔カーボン製であり、固体電解質40の一方の面に対向して設けられている。負極30は、金属リチウム製であり、正極20とは反対側の前記固体電解質の面に対向して設けられている。液体活物質50は、リチウムイオンおよび臭化物イオンを含有しており、固体電解質40と正極20との間に封止されている。錯化剤は、液体活物質50中の臭素とともに正極20に固定化される臭素錯化合物を形成する。錯化剤は、液体活物質50中に添加された第四級アンモニウム塩である。【選択図】図1In a secondary battery using lithium as a negative electrode active material and bromine as a positive electrode active material, a reduction in battery capacity due to a charge / discharge cycle is suppressed. And a liquid active material 50 and a complexing agent. The solid electrolyte 40 is a lithium ion conductive film. The positive electrode 20 is made of porous carbon and is provided to face one surface of the solid electrolyte 40. The negative electrode 30 is made of metallic lithium and is provided to face the surface of the solid electrolyte on the side opposite to the positive electrode 20. The liquid active material 50 contains lithium ions and bromide ions and is sealed between the solid electrolyte 40 and the positive electrode 20. The complexing agent forms a bromine complex compound immobilized on the positive electrode 20 together with bromine in the liquid active material 50. The complexing agent is a quaternary ammonium salt added in the liquid active material 50. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、負極活物質にリチウム、正極活物質に臭素を用いる二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery using lithium as a negative electrode active material and bromine as a positive electrode active material.

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、携帯端末機器の蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池が多用されているが、エネルギー密度が理論限界に達しつつあることから新しい動作原理に基づいた二次電池の開発が進められている。電気自動車用二次電池の場合、目標とされるエネルギー密度は、電池全体の重量基準で500Wh/kg以上である(非特許文献1)。   In recent years, lithium-ion secondary batteries have been widely used as power storage devices for hybrid vehicles, electric vehicles, and portable terminal devices. However, as energy density is reaching the theoretical limit, secondary batteries based on new operating principles have been developed. It is being advanced. In the case of a secondary battery for an electric vehicle, the target energy density is 500 Wh / kg or more based on the weight of the entire battery (Non-Patent Document 1).

亜鉛−臭素二次電池は、負極活物質に亜鉛、正極活物質に臭素を用いるものであり、電解液を外部ポンプにより強制的に循環させるフロー電池の構成をなしている(非特許文献2)。臭素が、負極の充電反応で生成する亜鉛を溶解する自己放電反応を引き起こしたり、電極構成材料や電解液循環系を腐食させたりすることを防ぐために、四級アンモニウム塩化合物を電解液に添加し、電解液中の臭素と反応させて臭素錯化合物(錯体)を形成させることが知られている(非特許文献3)。   A zinc-bromine secondary battery uses zinc as a negative electrode active material and bromine as a positive electrode active material, and has a configuration of a flow battery in which an electrolytic solution is forcibly circulated by an external pump (Non-patent Document 2). . In order to prevent bromine from causing a self-discharge reaction that dissolves zinc produced by the charging reaction of the negative electrode and corroding the electrode constituent materials and the electrolyte circulation system, a quaternary ammonium salt compound is added to the electrolyte. It is known to react with bromine in an electrolytic solution to form a bromine complex compound (complex) (Non-patent Document 3).

一方、より大きな理論エネルギー密度を達成できるものとして、リチウム−臭素二次電池が提案されている(非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6)。これらは、正極にカーボン、負極に金属リチウムを用い、両者の間にリチウムイオン伝導性の固体電解質を設け、固体電解質と正極の間に液体の活物質を封止する構成をなしている。外部ポンプが不要であり、可搬性、小型化に優れている。特許文献1には、同様の構成のリチウム−臭素二次電池であって、フロー電池とする例が提案されている。非特許文献2と同様に、正極上で生じる臭素が固体電解質を通過して自己放電を生じることを防ぐために、四級アミンを正極のカーボンの結着剤として使用し、正極表面に臭素錯化合物(錯体)を形成させることが開示されている。   On the other hand, lithium-bromine secondary batteries have been proposed as those capable of achieving a larger theoretical energy density (Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, and Non-Patent Document 6). In these, carbon is used for the positive electrode and metallic lithium is used for the negative electrode, a lithium ion conductive solid electrolyte is provided between the two, and a liquid active material is sealed between the solid electrolyte and the positive electrode. No external pump is required, and it is excellent in portability and miniaturization. Patent Document 1 proposes an example in which a lithium-bromine secondary battery having the same configuration is used as a flow battery. As in Non-Patent Document 2, in order to prevent bromine generated on the positive electrode from passing through the solid electrolyte and causing self-discharge, a quaternary amine is used as a carbon binder for the positive electrode, and a bromine complex compound is formed on the positive electrode surface. The formation of (complex) is disclosed.

国際公開第2011/142797号International Publication No. 2011/142797 国際公開第2010/150859号International Publication No. 2010/150859

辰巳国昭、「リチウムイオン電池の革新技術」、リチウムイオン2次電池の革新技術と次世代2次電池の最新技術、第1章2.2、技術教育出版社、東京、2013.Kuniaki Kaki, “Innovation Technology of Lithium Ion Battery”, Innovation Technology of Lithium Ion Secondary Battery and Latest Technology of Next Generation Secondary Battery, Chapter 1, 2.2, Technology Education Publisher, Tokyo, 2013. Wendy Pell、“ZINC/BROMINE BATTERYELECTROLYTES: ELECTROCHEMICAL、 PHYSICO-CHEMICAL ANDSPECTROSCOPIC STUDIES”、 Ph.D. Thesis、 University of Ottawa、 1994.Wendy Pell, “ZINC / BROMINE BATTERYELECTROLYTES: ELECTROCHEMICAL, PHYSICO-CHEMICAL ANDSPECTROSCOPIC STUDIES”, Ph.D. Thesis, University of Ottawa, 1994. 辰巳国昭、「亜鉛‐臭素電池・亜鉛‐塩素電池」、電池ハンドブック、電気化学会 電池技術委員会編、第7編2章、オーム社、東京、2010.Kuniaki Minato, `` Zinc-bromine battery / zinc-chlorine battery '', Battery Handbook, Electrochemical Society, Battery Technical Committee, Chapter 7, Chapter 2, Ohmsha, Tokyo, 2010. Y. Zhao、 Y. Ding、 J.Song、 L. Peng、 J. B. Goodenough、 G. Yu、 Energy & Environmental Science、 7(2014)pp 1990−1995.Y. Zhao, Y. Ding, J. Song, L. Peng, J. B. Goodenough, G. Yu, Energy & Environmental Science, 7 (2014) pp 1990-1995. Z. Chang、 X. Wang、Y. Yang、 J. Gao、 M. Li、 L. Liu、 Y. Wu、Journal of Materials Chemistry A、 DOI:10.1039/c4ta04419c.Z. Chang, X. Wang, Y. Yang, J. Gao, M. Li, L. Liu, Y. Wu, Journal of Materials Chemistry A, DOI: 10.1039 / c4ta04419c. 竹本嵩清、山田博俊、“新規リチウム−臭素二次電池の電気化学特性”、2014年電気化学秋季大会、2Q19、札幌、2014.Takayoshi Takemoto, Hirotoshi Yamada, “Electrochemical characteristics of new lithium-bromine secondary battery”, 2014 Electrochemical Fall Conference, 2Q19, Sapporo, 2014.

非特許文献4のリチウム−臭素二次電池では、液体活物質に1.0MのKBrと0.3MのLiBrを加えており、このうち電池容量に寄与するのはLiBr分のBrイオンのみで、KBr由来のBrイオンが過剰にあるため、充電時の電位が抑制され、また充電時に生じたBrが、Br+Br→Br の反応によって、濃度上昇を抑制している。同様に、非特許文献5のリチウム−臭素二次電池においても、液体活物質に1.0MのBrと7.0MのLiBrを加えており、このうち電池容量に寄与するのは1.0MのBrのみである。これらのリチウム−臭素二次電池では、活物質あたりでの容量は300mAh/g以上と高いものの、電池全体のエネルギー密度は、重量基準で約100Wh/kg、体積基準で約200Wh/Lに留まる。In the lithium-bromine secondary battery of Non-Patent Document 4, 1.0M KBr and 0.3M LiBr are added to the liquid active material. Of these, only Br ions for LiBr contribute to the battery capacity. Since the Br ions derived from KBr are excessive, the potential at the time of charging is suppressed, and the concentration of Br 2 generated at the time of charging is suppressed by the reaction of Br 2 + Br → Br 3 . Similarly, in the lithium-bromine secondary battery of Non-Patent Document 5, 1.0 M Br 2 and 7.0 M LiBr are added to the liquid active material. Of these, 1.0 M contributes to the battery capacity. it is only of Br 2. In these lithium-bromine secondary batteries, the capacity per active material is as high as 300 mAh / g or more, but the energy density of the whole battery remains at about 100 Wh / kg on a weight basis and about 200 Wh / L on a volume basis.

臭化リチウム水溶液の飽和溶解度は160g/100g−HOであり、飽和溶液に近い濃厚な液体活物質を用いることができれば、電池全体のエネルギー密度は、重量基準で682Wh/kg、体積基準で1070Wh/Lが期待できる。しかし、このような濃厚な液体活物質を用いた場合、充電時にBrの遊離を抑えることはできない。非特許文献6のリチウム−臭素二次電池では、臭素が発生する条件で充放電サイクルを繰り返すと、固体電解質と液体活物質間の界面での抵抗値が大きく上昇し、電池容量が低下するという問題がある。The saturated solubility of the lithium bromide aqueous solution is 160 g / 100 g-H 2 O. If a concentrated liquid active material close to the saturated solution can be used, the energy density of the entire battery is 682 Wh / kg on a weight basis and on a volume basis. 1070 Wh / L can be expected. However, when such a thick liquid active material is used, the liberation of Br 2 cannot be suppressed during charging. In the lithium-bromine secondary battery of Non-Patent Document 6, when the charge / discharge cycle is repeated under conditions where bromine is generated, the resistance value at the interface between the solid electrolyte and the liquid active material is greatly increased, and the battery capacity is decreased. There's a problem.

また特許文献1では、錯化剤である四級アミンを主とする高分子を結着剤として使用して非孔性のカーボンやグラファイトからなる粒子を固定しているが、結着剤は粒子間の電子伝導を阻害しない量でなければならないため、結着剤の量は10〜50質量パーセント程度までしか加えることはできない。また、粒子同士を結合させていることから、結着剤と接する位置には、液体活物質はほとんど存在しない。このため、結着剤として、あるいはその一部として錯化剤を用いても、臭素の錯化およびその固定化の効果は限定的である。   In Patent Document 1, a polymer mainly composed of a quaternary amine as a complexing agent is used as a binder to fix particles made of non-porous carbon or graphite. The amount of the binder can only be added up to about 10 to 50 percent by mass, since it must be an amount that does not inhibit the electron conduction between them. In addition, since the particles are bonded to each other, there is almost no liquid active material at a position in contact with the binder. For this reason, even if a complexing agent is used as a binder or as a part thereof, the effect of complexing bromine and immobilizing it is limited.

そこで、本発明は、負極活物質にリチウム、正極活物質に濃厚な臭素を用いる二次電池において、充放電サイクルによる電池容量の低下を抑制することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to suppress a decrease in battery capacity due to a charge / discharge cycle in a secondary battery using lithium as a negative electrode active material and concentrated bromine as a positive electrode active material.

上述の目的を達成するため、本発明は、二次電池において、リチウムイオン伝導性の固体電解質と、複数のマクロ孔を持つ多孔導電体で形成されていて前記固体電解質の一方の面に対向して設けられた電子伝導性の正極と、前記正極とは反対側の前記固体電解質の面に対向して設けられた電子伝導性の負極と、リチウムイオンおよび臭化物イオンを含有して前記固体電解質と前記正極との間に封止された液体活物質と、前記液体活物質に接する位置に配置されて前記液体活物質中の前記臭化物イオンとともに前記正極に非水溶性の固体として固定化される臭素錯化合物を形成する錯化剤と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a secondary battery, which is formed of a lithium ion conductive solid electrolyte and a porous conductor having a plurality of macropores, and is opposed to one surface of the solid electrolyte. An electron conductive positive electrode provided on the opposite side of the surface of the solid electrolyte opposite to the positive electrode, and a solid electrolyte containing lithium ions and bromide ions. A liquid active material sealed between the positive electrode and bromine disposed at a position in contact with the liquid active material and immobilized as a water-insoluble solid together with the bromide ions in the liquid active material And a complexing agent that forms a complex compound.

本発明によれば、負極活物質にリチウム、正極活物質に臭素を用いる二次電池において、充放電サイクルによる電池容量の低下を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the battery capacity by a charging / discharging cycle can be suppressed in the secondary battery which uses lithium for a negative electrode active material and bromine for a positive electrode active material.

本発明に係る二次電池の第1の実施の形態の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of 1st Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の第1の実施の形態の積層構造および充電時の電気回路を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the laminated structure of the 1st Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention, and the electric circuit at the time of charge. 本発明に係る二次電池の第1の実施の形態の定電流充放電曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the constant current charging / discharging curve of 1st Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の第1の実施の形態のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of 1st Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の第1の実施の形態の定電流充放電曲線の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the constant current charging / discharging curve of 1st Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の第2の実施の形態における正極の製造方法の流れを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the flow of the manufacturing method of the positive electrode in 2nd Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池の第2の実施の形態の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of 2nd Embodiment of the secondary battery which concerns on this invention.

本発明に係る二次電池のいくつかの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Several embodiments of a secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this. The same or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る二次電池の第1の実施の形態の縦断面図である。図2は、本実施の形態における二次電池の積層構造および充電時の電気回路を模式的に示す断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of a secondary battery according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the laminated structure of the secondary battery and the electric circuit during charging in the present embodiment.

本実施の形態の二次電池10は、正極20と、負極30と、固体電解質40と、液体活物質50と、を有している。固体電解質40は、たとえば円板状に形成されている。   The secondary battery 10 of the present embodiment has a positive electrode 20, a negative electrode 30, a solid electrolyte 40, and a liquid active material 50. The solid electrolyte 40 is formed in a disk shape, for example.

固体電解質40は、第1セルボディ61および第2セルボディ62で挟まれている。固体電解質40の中央部は、第1セルボディ61および第2セルボディ62の中央の貫通孔71、72に面している。固体電解質40の外周部は、第1セルボディ61および第2セルボディ62の中央の貫通孔71、72よりも外側の部分と接している。第1セルボディ61および第2セルボディ62の中央の貫通孔71、72と外周との間には、固定用孔73が複数設けられている。固定用孔73には、ボルト74が貫通している。ボルト74の頭部75とは反対側の端部にはナット76がねじ込まれている。ボルト74の頭部75とナット76によって、第1セルボディ61および第2セルボディ62は、固体電解質40側に押し付けられている。   The solid electrolyte 40 is sandwiched between the first cell body 61 and the second cell body 62. The central portion of the solid electrolyte 40 faces the through holes 71 and 72 in the center of the first cell body 61 and the second cell body 62. The outer peripheral portion of the solid electrolyte 40 is in contact with a portion outside the central through holes 71 and 72 of the first cell body 61 and the second cell body 62. A plurality of fixing holes 73 are provided between the central through holes 71 and 72 and the outer periphery of the first cell body 61 and the second cell body 62. Bolts 74 pass through the fixing holes 73. A nut 76 is screwed into the end of the bolt 74 opposite to the head 75. The first cell body 61 and the second cell body 62 are pressed against the solid electrolyte 40 side by the head portion 75 and the nut 76 of the bolt 74.

第1セルボディ61とボルト74との間には、固定用孔73に対応する位置に貫通穴が形成された押え板77が配置されていても良い。第2セルボディ62とナット76との間には、固定用孔73に対応する位置に貫通穴が形成された押え板78が配置されていても良い。   Between the 1st cell body 61 and the volt | bolt 74, the press plate 77 in which the through-hole was formed in the position corresponding to the hole 73 for fixation may be arrange | positioned. Between the second cell body 62 and the nut 76, a press plate 78 in which a through hole is formed at a position corresponding to the fixing hole 73 may be disposed.

第1セルボディ61の中央の貫通孔71には、第1電極カバー81が嵌め込まれている。第1セルボディ61の内面と第1電極カバー81の外面との間には、オーリング83が挟まっている。オーリング83は、たとえば軸方向の異なる位置に複数配置されている。   A first electrode cover 81 is fitted in the central through hole 71 of the first cell body 61. An O-ring 83 is sandwiched between the inner surface of the first cell body 61 and the outer surface of the first electrode cover 81. A plurality of O-rings 83 are arranged, for example, at different positions in the axial direction.

第2セルボディ62の中央の貫通孔72には、第2電極カバー82が嵌め込まれている。第2セルボディ62の内面と第2電極カバー82の外面との間には、オーリング84が挟まっている。オーリング84は、たとえば軸方向の異なる位置に複数配置されている。   A second electrode cover 82 is fitted in the central through hole 72 of the second cell body 62. An O-ring 84 is sandwiched between the inner surface of the second cell body 62 and the outer surface of the second electrode cover 82. A plurality of O-rings 84 are arranged, for example, at different positions in the axial direction.

第1電極カバー81の中央には、軸方向に延びる電極リード85が貫通している。第2電極カバー82の中央には、軸方向に延びる電極リード86が貫通している。   An electrode lead 85 extending in the axial direction passes through the center of the first electrode cover 81. An electrode lead 86 extending in the axial direction passes through the center of the second electrode cover 82.

第1電極カバー81の固体電解質40に対向する側の端部と、第1セルボディ61の内面と、固体電解質40とで囲まれる空間は、オーリング83とともに水密に形成されていて、この空間に液体活物質50が封入されている。第2電極カバー82の固体電解質40に対向する側の端部と、第2セルボディ62の内面と、固体電解質40とで囲まれる空間は、オーリング84とともに水密に形成されていて、この空間に固体電解質保護層52が封入されている。   A space surrounded by the end of the first electrode cover 81 facing the solid electrolyte 40, the inner surface of the first cell body 61, and the solid electrolyte 40 is formed watertight together with the O-ring 83. A liquid active material 50 is enclosed. The space surrounded by the end of the second electrode cover 82 facing the solid electrolyte 40, the inner surface of the second cell body 62, and the solid electrolyte 40 is formed in a watertight manner together with the O-ring 84. A solid electrolyte protective layer 52 is enclosed.

正極20は、第1電極カバー81の固体電解質40に対向する側の端部に固定されている。正極20は、たとえば軸方向の長さが短い円柱状に形成されている。正極20は、第1電極カバー81を貫通する電極リード85に接続している。   The positive electrode 20 is fixed to the end of the first electrode cover 81 on the side facing the solid electrolyte 40. The positive electrode 20 is formed in a columnar shape having a short axial length, for example. The positive electrode 20 is connected to an electrode lead 85 that penetrates the first electrode cover 81.

負極30は、第2電極カバー82の固体電解質40に対向する側の端部に固定されている。負極30は、たとえば円板状に形成されている。負極30は、第2電極カバー82を貫通する電極リード86に接続している。負極30と第2電極カバー82との間に導電板32を配置してもよい。   The negative electrode 30 is fixed to the end of the second electrode cover 82 on the side facing the solid electrolyte 40. The negative electrode 30 is formed in a disk shape, for example. The negative electrode 30 is connected to an electrode lead 86 that penetrates the second electrode cover 82. The conductive plate 32 may be disposed between the negative electrode 30 and the second electrode cover 82.

正極20は、多孔カーボンなどの多孔導電体で形成されている。正極20を円柱状の炭素電極とその表面に形成した多孔カーボンとで構成してもよい。正極20は、高い表面積を有する電子伝導性の物質であればよい。たとえば、微粒子状のカーボン、グラファイトや金属あるいは多孔性のグラファイト、金属を用いても良い。負極30は、金属リチウムで形成されている。また、負極30は金属リチウムに限定されず、リチウムイオンとの反応の電極電位が低く、容量が大きい物質であることが望ましい。例えば、グラファイトやスズ、シリコンなどを用いてもよい。   The positive electrode 20 is formed of a porous conductor such as porous carbon. The positive electrode 20 may be composed of a columnar carbon electrode and porous carbon formed on the surface thereof. The positive electrode 20 may be an electron conductive substance having a high surface area. For example, fine particle carbon, graphite or metal, or porous graphite or metal may be used. The negative electrode 30 is made of metallic lithium. The negative electrode 30 is not limited to metallic lithium, and is preferably a substance having a low electrode potential for reaction with lithium ions and a large capacity. For example, graphite, tin, silicon, or the like may be used.

固体電解質40は、リチウムイオン伝導性を有する絶縁体で形成されている。固体電解質40は、緻密である。つまり、固体電解質40は、液体活物質を透過しない。固体電解質40は、たとえばリチウムイオン伝導性の膜状のガラスセラミックスシートである。固体電解質40の厚さは、たとえば150μmである。   The solid electrolyte 40 is formed of an insulator having lithium ion conductivity. The solid electrolyte 40 is dense. That is, the solid electrolyte 40 does not penetrate the liquid active material. The solid electrolyte 40 is, for example, a lithium ion conductive film-like glass ceramic sheet. The thickness of the solid electrolyte 40 is, for example, 150 μm.

固体電解質保護層52は、EC(ethylene cabonate)およびDMC(dimethylcarbonate)中に1MのLiPFを溶かした電解質をガラスフィルターにしみこませた有機液体系電解質である。負極30の金属リチウムが、固体電解質40中の元素と反応してしまうおそれがない場合には、固体電解質保護層52を除き、負極30と固体電解質40とを接触させてもよい。固体電解質保護層52は、リチウムイオン伝導性があり、金属リチウムと接しても安定なものであればよい。たとえば、ドライポリマー電解質フィルムを用いてもよい。あるいは、他の固体電解質をスパッタなどで積層してもよい。The solid electrolyte protective layer 52 is an organic liquid electrolyte in which a glass filter is impregnated with an electrolyte in which 1M LiPF 6 is dissolved in EC (ethylene carbonate) and DMC (dimethyl carbonate). When there is no possibility that the metallic lithium of the negative electrode 30 reacts with the elements in the solid electrolyte 40, the negative electrode 30 and the solid electrolyte 40 may be contacted except for the solid electrolyte protective layer 52. The solid electrolyte protective layer 52 only needs to have lithium ion conductivity and be stable even in contact with metallic lithium. For example, a dry polymer electrolyte film may be used. Alternatively, another solid electrolyte may be laminated by sputtering or the like.

第1セルボディ61、第2セルボディ62、第1電極カバー81および第2電極カバー82は、液体を通さないたとえばセラミックスなどの絶縁物質で形成されている。オーリング83,84は、液体を通さず、ある程度の弾性を有するゴムなどの絶縁物質で形成されている。   The first cell body 61, the second cell body 62, the first electrode cover 81, and the second electrode cover 82 are made of an insulating material such as ceramics that does not allow liquid to pass through. The O-rings 83 and 84 are made of an insulating material such as rubber that does not pass liquid and has a certain degree of elasticity.

ボルト74およびナット76は、ステンレス鋼などのある程度の剛性を有する材料で形成されている。押え板77は、ステンレス鋼などのある程度の剛性を有する材料で形成されている。電極リード85,86および導電板32は、銅などの電導性の材料で形成されている。   The bolt 74 and the nut 76 are made of a material having a certain degree of rigidity such as stainless steel. The holding plate 77 is made of a material having a certain degree of rigidity such as stainless steel. The electrode leads 85 and 86 and the conductive plate 32 are made of a conductive material such as copper.

液体活物質50は、リチウムイオンおよび臭化物イオンを含有する液体で、たとえば臭化リチウム(LiBr)水溶液である。液体活物質50には、錯化剤が添加されている。臭化リチウム水溶液の濃度はたとえば1Mである。錯化剤は、第四級アンモニウム塩(Q−Br)である。錯化剤として、テトラエチルアンモニウムブロミドを用いることができる。錯化剤を液体活物質50に添加することにより、充電時に生じた臭素(Br)は、次の多段階の反応によって錯化剤とともに錯体を形成する。The liquid active material 50 is a liquid containing lithium ions and bromide ions, and is, for example, a lithium bromide (LiBr) aqueous solution. A complexing agent is added to the liquid active material 50. The concentration of the lithium bromide aqueous solution is, for example, 1M. The complexing agent is a quaternary ammonium salt (Q + -Br ). Tetraethylammonium bromide can be used as the complexing agent. By adding the complexing agent to the liquid active material 50, bromine (Br 2 ) generated during charging forms a complex with the complexing agent by the following multistage reaction.

−Br + Br → Q−Br
−Br + Br → Q−Br
・・・・・・・・・・・・・・
−Br2n−1 + Br → Q−Br2n+1
このとき、錯化剤の分子量および分子構造によって錯体は非水溶性の固体または液体となり、正極20である多孔カーボンの表面に固定化される。錯化剤は、臭素と錯体を形成するものであればよく、1,4-ジオキサン、1,3,5-トリアジン及びこれらの類縁体であってもよい。錯体を確実に正極20表面に固定し、次の放電サイクルで臭素イオンを放出させ易くするためには、錯体が非水溶性の固体となる錯化剤であることが好ましい。
Q + −Br + Br 2 → Q + −Br 3
Q + -Br 3 - + Br 2 → Q + -Br 5 -
...
Q + −Br 2n−1 + Br 2 → Q + −Br 2n + 1
At this time, the complex becomes a water-insoluble solid or liquid depending on the molecular weight and molecular structure of the complexing agent, and is immobilized on the surface of the porous carbon as the positive electrode 20. The complexing agent only needs to form a complex with bromine, and may be 1,4-dioxane, 1,3,5-triazine and analogs thereof. In order to securely fix the complex to the surface of the positive electrode 20 and facilitate the release of bromine ions in the next discharge cycle, the complex is preferably a complexing agent that becomes a water-insoluble solid.

この二次電池10は、正極活物質に臭素、負極活物質にリチウム、固体電解質としてリチウムイオン伝導性セラミックスを用いている。固体電解質がセパレータを兼ねることで、負極30の金属リチウムと水溶液とが分離されている。このリチウム−臭素二次電池は、作動電圧が4.1Vと高く、理論エネルギー密度が683Wh/kgと高い。   The secondary battery 10 uses bromine as a positive electrode active material, lithium as a negative electrode active material, and lithium ion conductive ceramics as a solid electrolyte. When the solid electrolyte also serves as a separator, the metallic lithium and the aqueous solution of the negative electrode 30 are separated. This lithium-bromine secondary battery has an operating voltage as high as 4.1 V and a theoretical energy density as high as 683 Wh / kg.

図3は、本実施の形態の二次電池の定電流充放電曲線を示すグラフである。図3の横軸は容量、縦軸は電圧である。図4は、本実施の形態の二次電池のサイクル特性を示すグラフである。図4の横軸は充放電サイクル数、縦軸は放電容量およびクーロン効率(充電容量に対する放電容量の比)である。図3および図4には、液体活物質50に錯化剤を添加していない二次電池の充放電曲線を合わせて示した。   FIG. 3 is a graph showing a constant current charge / discharge curve of the secondary battery of the present embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis represents capacity, and the vertical axis represents voltage. FIG. 4 is a graph showing the cycle characteristics of the secondary battery of the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 4 is the number of charge / discharge cycles, and the vertical axis is the discharge capacity and coulomb efficiency (ratio of discharge capacity to charge capacity). 3 and 4 also show the charge / discharge curves of the secondary battery in which the complexing agent is not added to the liquid active material 50.

錯化剤を添加しない場合、初回充電容量は253mAh/g−LiBr、初回放電容量は147mAh/g−LiBrであり、クーロン効率は58%であった。充放電サイクルを重ねるにつれて容量は低下し、5サイクル目の放電容量は79mAh/g−LiBrと、1サイクル目の54%まで低下した。5サイクル目のクーロン効率は90%に満たなかった。   When the complexing agent was not added, the initial charge capacity was 253 mAh / g-LiBr, the initial discharge capacity was 147 mAh / g-LiBr, and the Coulomb efficiency was 58%. As the charge / discharge cycle was repeated, the capacity decreased, and the discharge capacity at the fifth cycle was 79 mAh / g-LiBr, which was reduced to 54% at the first cycle. The coulombic efficiency at the fifth cycle was less than 90%.

一方、錯化剤としてテトラエチルアンモニウムブロミドを添加した場合、初回充電容量は193mAh/g−LiBr、初回放電容量は161mAh/g−LiBrであり、クーロン効率は83%であった。放電容量はサイクルを重ねるにつれて、若干減少したが、5サイクル目の放電容量は139mAh/g−LiBrであり、1サイクル目の86%を維持した。また、クーロン効率は99.6%に達した。   On the other hand, when tetraethylammonium bromide was added as a complexing agent, the initial charge capacity was 193 mAh / g-LiBr, the initial discharge capacity was 161 mAh / g-LiBr, and the Coulomb efficiency was 83%. The discharge capacity slightly decreased as the cycle was repeated, but the discharge capacity at the fifth cycle was 139 mAh / g-LiBr, and maintained 86% at the first cycle. The coulomb efficiency reached 99.6%.

これらの結果から、第四級アンモニウム塩の液体活物質50への添加は、充放電を安定化させ、特にサイクル特性を向上させることがわかる。第四級アンモニウム塩を液体活物質50へ添加しない場合のサイクル特性は、充電時に発生した臭素(Br)が固体電解質40と液体活物質50との間の界面抵抗を増加させることに起因すると考えられる。From these results, it can be seen that the addition of the quaternary ammonium salt to the liquid active material 50 stabilizes charge and discharge, and in particular improves the cycle characteristics. When the quaternary ammonium salt is not added to the liquid active material 50, the cycle characteristic is that bromine (Br 2 ) generated during charging increases the interface resistance between the solid electrolyte 40 and the liquid active material 50. Conceivable.

一方、第四級アンモニウム塩を液体活物質50に添加すると、臭素(Br)が正極20である多孔カーボンの孔の表面に固定(トラップ)、安定化される。その結果、正極反応で生成する臭素は、液体活物質50中を移動して固体電解質40の界面に到達することがない。したがって、固体電解質40と液体活物質50間の界面での抵抗値が大きく上昇することなく、良好なサイクル特性を示すと考えられる。On the other hand, when a quaternary ammonium salt is added to the liquid active material 50, bromine (Br 2 ) is fixed (trapped) to the surface of the porous carbon pores that are the positive electrodes 20 and stabilized. As a result, bromine produced by the positive electrode reaction does not move through the liquid active material 50 and reach the interface of the solid electrolyte 40. Therefore, it is considered that the resistance value at the interface between the solid electrolyte 40 and the liquid active material 50 does not increase greatly and exhibits good cycle characteristics.

このように、本実施の形態によれば、負極活物質にリチウム、正極活物質に臭素を用いる二次電池において、充放電サイクルによる電池容量の低下を抑制することができる。   Thus, according to the present embodiment, in a secondary battery using lithium as the negative electrode active material and bromine as the positive electrode active material, it is possible to suppress a decrease in battery capacity due to charge / discharge cycles.

また、リチウム−臭素二次電池の重量の大部分は、液体活物質50とセルボディ61,62などの外装部が占めている。外装部は、大きさや設計によって大きく変化するため、除外して考えると、リチウム−臭素二次電池の重量は、液体活物質50が主体である。   Further, most of the weight of the lithium-bromine secondary battery is occupied by the exterior parts such as the liquid active material 50 and the cell bodies 61 and 62. Since the exterior portion varies greatly depending on the size and design, when considered excluding it, the weight of the lithium-bromine secondary battery is mainly the liquid active material 50.

臭化リチウム(LiBr)は、水溶性が非常に高く、20℃において水100gに対して160g溶解する。たとえば54wt%溶液(密度1.57g/cm)を液体活物質として用いると、液体活物質中の水の割合は50%以下に低下する。その結果、セル全体のエネルギー密度は重量基準で682Wh/kg、体積基準で1070Wh/Lとなり、次世代蓄電池として求められる値を満たすことができる。このような濃厚溶液を使うことにより、リチウム−臭素電池の意義があると考えられる。Lithium bromide (LiBr) has a very high water solubility and dissolves 160 g per 100 g of water at 20 ° C. For example, when a 54 wt% solution (density 1.57 g / cm 3 ) is used as the liquid active material, the ratio of water in the liquid active material is reduced to 50% or less. As a result, the energy density of the entire cell is 682 Wh / kg on a weight basis and 1070 Wh / L on a volume basis, which can satisfy the value required for a next-generation storage battery. By using such a concentrated solution, it is considered that the lithium-bromine battery has significance.

しかし、単にこのような濃厚な液体活物質を用いた場合、充電時にBrが遊離してしまう。臭素が発生する条件で充放電サイクルを繰り返すと、固体電解質と液体活物質間の界面での抵抗値が大きく上昇し、電池容量が低下してしまう。However, when such a thick liquid active material is simply used, Br 2 is liberated during charging. When the charge / discharge cycle is repeated under conditions where bromine is generated, the resistance value at the interface between the solid electrolyte and the liquid active material is greatly increased, and the battery capacity is decreased.

そこで、たとえば非特許文献4、5では、充電時の遊離臭素を抑えるために過剰なBrを加えている。つまり、Thus, for example, in Non-Patent Documents 4 and 5, excess Br is added to suppress free bromine during charging. That means

の平衡反応(平衡定数K〜16)を利用して、過剰なBrによって平衡を右に偏らせている。このようにして、遊離臭素を抑制することで電気化学反応の可逆性、サイクル特性を高めている。しかし、この反応を利用するためには、充電時の臭素量の7倍程度の過剰なBrが必要であり、この過剰なBrは酸化・還元反応には寄与しない。したがって、単に臭素の量を多くしただけでは、エネルギー密度はあまり向上しない。 The equilibrium reaction (equilibrium constant K-16) is used to bias the equilibrium to the right by excess Br . In this way, reversibility of electrochemical reaction and cycle characteristics are enhanced by suppressing free bromine. However, in order to utilize this reaction, an excess of Br − that is about 7 times the amount of bromine at the time of charging is required, and this excess Br does not contribute to the oxidation / reduction reaction. Therefore, simply increasing the amount of bromine does not significantly improve the energy density.

一方、本実施の形態では、液体活物質50には、錯化剤が添加されている。このため、充電時の遊離臭素(Br)は、錯体を形成して正極20の表面に固定される。その結果、液体活物質50中のBrが実質的に少なくなるため、液体活物質50中の容量に寄与するBrが増大する。つまり、有効な活物質濃度が高まり、高いエネルギー密度が実現する。On the other hand, in the present embodiment, a complexing agent is added to the liquid active material 50. For this reason, free bromine (Br 2 ) at the time of charging forms a complex and is fixed to the surface of the positive electrode 20. As a result, Br 2 in the liquid active material 50 is substantially reduced, so that Br contributing to the capacity in the liquid active material 50 increases. That is, the effective active material concentration increases and a high energy density is realized.

また、錯化剤は、液体活物質50に添加されている。このため、たとえば錯化剤を正極20の内部に配置した場合と比べて、より多くの錯化剤が正極20の表面に到達することが可能になる。その結果、遊離臭素の発生量に応じて、錯化剤が遊離臭素を捕捉し、遊離臭素の錯体化率が向上する。   The complexing agent is added to the liquid active material 50. For this reason, compared with the case where a complexing agent is arrange | positioned inside the positive electrode 20, for example, it becomes possible for more complexing agents to reach the surface of the positive electrode 20. As a result, according to the amount of free bromine generated, the complexing agent captures free bromine and the free bromine complexing rate is improved.

リチウムイオンを含有して臭化物イオンを含有せず、かつ液体活物質50よりも酸化電位が高く還元電位が低い水溶性の塩を液体活物質50に添加してもよい。この塩は、たとえば硝酸リチウム(LiNO)である。このような塩を液体活物質50に添加することにより、充電末期においても液体活物質50中のリチウムイオン濃度が維持され、液体活物質50の抵抗および液体活物質50・固体電解質40間の抵抗の増加を抑制する。その結果、電池の充電容量が増加し、充放電サイクル特性が向上する。A water-soluble salt that contains lithium ions but does not contain bromide ions and has an oxidation potential higher than that of the liquid active material 50 and a lower reduction potential may be added to the liquid active material 50. This salt is, for example, lithium nitrate (LiNO 3 ). By adding such a salt to the liquid active material 50, the lithium ion concentration in the liquid active material 50 is maintained even at the end of charging, and the resistance of the liquid active material 50 and the resistance between the liquid active material 50 and the solid electrolyte 40 are maintained. Suppresses the increase in As a result, the charge capacity of the battery increases and the charge / discharge cycle characteristics are improved.

図5は、本実施の形態における定電流放電曲線の例を示すグラフである。図5において、横軸は容量、縦軸は電圧である。   FIG. 5 is a graph showing an example of a constant current discharge curve in the present embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents capacity, and the vertical axis represents voltage.

図5は、1MのLiBr、1MのLiNO、0.25Mのテトラエチルアンモニウムブロミドを液体活物質50としたときの放電容量の測定結果を示したものである。図3に示した結果では、初回放電容量は約150mAh/g−LiBrであった。しかし、LiNOを加えることで放電容量は約280mAh/g−LiBrとなった。このように、液体活物質50に、リチウムイオンを含有して臭化物イオンを含有せずかつ液体活物質50よりも酸化電位が高く還元電位が低い水溶性の塩を添加することにより、放電容量が大きくなることがわかる。FIG. 5 shows the measurement results of the discharge capacity when 1 M LiBr, 1 M LiNO 3 , and 0.25 M tetraethylammonium bromide were used as the liquid active material 50. In the result shown in FIG. 3, the initial discharge capacity was about 150 mAh / g-LiBr. However, the discharge capacity became about 280 mAh / g-LiBr by adding LiNO 3 . Thus, by adding a water-soluble salt that contains lithium ions but does not contain bromide ions and has a higher oxidation potential and a lower reduction potential than the liquid active material 50 to the liquid active material 50, the discharge capacity can be increased. You can see it grows.

[第2の実施の形態]
図6は、本発明に係る二次電池の第2の実施の形態における正極の製造方法の流れを示す模式的断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a flow of a method for manufacturing a positive electrode in the second embodiment of the secondary battery according to the present invention.

まず、平均粒子径がたとえば100nm以上450nm以下の酸化シリコン(SiO)を含有したコロイド溶液を遠心分離し、次いで減圧乾燥させることにより、図5(a)に示すように、平均粒子径がたとえば100nm以上450nm以下のSiO粒子の集合体(以下、SiOオパール91と呼ぶ)を得る。このSiOオパール91は、いわゆる鋳型として機能する。また、フェノールとホルムアルデヒドをモル比でたとえば1:0.85となるように混合した混合溶液を調製しし、この混合溶液に塩酸を少量添加することにより、カーボン源溶液を準備しておく。First, a colloidal solution containing silicon oxide (SiO 2 ) having an average particle diameter of, for example, 100 nm or more and 450 nm or less is centrifuged, and then dried under reduced pressure, so that the average particle diameter is, for example, as shown in FIG. An aggregate of SiO 2 particles of 100 nm or more and 450 nm or less (hereinafter referred to as SiO 2 opal 91) is obtained. This SiO 2 opal 91 functions as a so-called mold. Further, a carbon source solution is prepared by preparing a mixed solution in which phenol and formaldehyde are mixed at a molar ratio of, for example, 1: 0.85, and adding a small amount of hydrochloric acid to the mixed solution.

次に、図6(b)に示すように、カーボン源溶液92にSiOオパール91をたとえば12時間浸漬させる。その後、カーボン源溶液92に浸漬させたSiOオパール91を濾過し、たとえば128℃でたとえば12時間加熱処理することで水分などを除去するとともにカーボン源を樹脂化する。これにより、図6(c)に示すような、フェノール樹脂94とSiOオパール91の複合体93が得られる。Next, as shown in FIG. 6B, the SiO 2 opal 91 is immersed in the carbon source solution 92 for 12 hours, for example. Thereafter, the SiO 2 opal 91 immersed in the carbon source solution 92 is filtered and, for example, heat treated at 128 ° C. for 12 hours, for example, to remove moisture and to make the carbon source resin. Thus, as shown in FIG. 6 (c), the complex 93 of phenolic resin 94 and SiO 2 opal 91 is obtained.

次に、フェノール樹脂94とSiOオパール91の複合体93をたとえばアルゴン雰囲気中においてたとえば400℃でたとえば5時間加熱処理することでフェノール樹脂94がカーボン化する。これにより、図6(d)に示すような、カーボンとSiOオパール91の複合体95が得られる。Next, the phenol resin 94 is carbonized by heat-treating the composite 93 of the phenol resin 94 and the SiO 2 opal 91 in, for example, an argon atmosphere at 400 ° C. for 5 hours, for example. As a result, a composite 95 of carbon and SiO 2 opal 91 as shown in FIG. 6D is obtained.

次に、フッ化水素(HF)水溶液を用いたウェットエッチングにより、この複合体95からSiOオパール91を除去する。これにより、鋳型として機能したSiOオパール91が除去される。その結果、図6(e)に示すように、SiOオパール91が存在した部分に細孔96が形成され、マクロ多孔カーボン97が形成される。なお、第1の実施の形態では、このマクロ多孔カーボン97の粒子を適当な結着剤で固めて正極20にする。細孔96は、所謂、直径が50nm以上のマクロ孔であり、正極20はマクロ多孔カーボン97により形成される。Next, the SiO 2 opal 91 is removed from the composite 95 by wet etching using a hydrogen fluoride (HF) aqueous solution. As a result, the SiO 2 opal 91 functioning as a mold is removed. As a result, as shown in FIG. 6E, pores 96 are formed in the portions where the SiO 2 opal 91 is present, and macroporous carbon 97 is formed. In the first embodiment, the macroporous carbon 97 particles are solidified with an appropriate binder to form the positive electrode 20. The pores 96 are so-called macropores having a diameter of 50 nm or more, and the positive electrode 20 is formed of macroporous carbon 97.

本実施の形態では、次に、図6(f)に示すように、このマクロ多孔カーボン97の粒子にアンモニウム塩ポリマー98を含浸させる。その後、マクロ多孔カーボン97を引き上げることにより、図6(g)に示すように、粒子表面および細孔96表面にアンモニウム塩ポリマー98が付着して錯化剤膜54が形成された粒子99が得られる。この粒子99を適当な結着剤90を用いて固めることにより、図6(h)に示すような、本実施の形態の正極20が形成される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6 (f), the macroporous carbon 97 particles are then impregnated with an ammonium salt polymer 98. Thereafter, by pulling up the macroporous carbon 97, as shown in FIG. 6G, particles 99 in which the ammonium salt polymer 98 adheres to the particle surfaces and the surfaces of the pores 96 to form the complexing agent film 54 are obtained. It is done. By solidifying the particles 99 using an appropriate binder 90, the positive electrode 20 of the present embodiment as shown in FIG. 6 (h) is formed.

図7は、本実施形態における二次電池の縦断面図である。   FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the secondary battery in the present embodiment.

本実施の形態の二次電池12は、第1の実施の形態の二次電池10(図1参照)と、錯化剤の導入位置が異なる。第1の実施の形態では錯化剤を液体活物質50(図1参照)に添加していたが、本実施の形態では錯化剤である第四級アンモニウム塩をポリマー化して多孔カーボン製の正極20を構成する粒子の表面およびその粒子に形成された細孔の表面に錯化剤膜54(図6参照)として結着している。錯化剤膜54として正極20の被覆に用いるポリマーは、第四級アミンを多く含有するものが好ましい。また、このポリマーは水溶性が小さいことが好ましい。   The secondary battery 12 of the present embodiment is different from the secondary battery 10 of the first embodiment (see FIG. 1) in the introduction position of the complexing agent. In the first embodiment, the complexing agent is added to the liquid active material 50 (see FIG. 1). However, in this embodiment, a quaternary ammonium salt, which is a complexing agent, is polymerized to produce porous carbon. A complexing agent film 54 (see FIG. 6) is bound to the surfaces of the particles constituting the positive electrode 20 and the surfaces of the pores formed in the particles. The polymer used for coating the positive electrode 20 as the complexing agent film 54 preferably contains a large amount of quaternary amine. Further, this polymer preferably has low water solubility.

このような二次電池12であっても、錯化剤を添加しない液体活物質51が封入されると、錯化剤膜54の表面に露出したアンモニウムイオンと臭素が錯体を形成し、固定化する。このため、第1の実施の形態と同様に、充放電サイクルによる電池容量の低下を抑制することができる。   Even in such a secondary battery 12, when the liquid active material 51 to which no complexing agent is added is sealed, ammonium ions and bromine exposed on the surface of the complexing agent film 54 form a complex to be immobilized. To do. For this reason, the fall of the battery capacity by a charging / discharging cycle can be suppressed similarly to 1st Embodiment.

正極20が液体活物質51に接することにより、液体活物質51は、多孔カーボンである正極20の内部にまで浸透する。その結果、液体活物質51は、正極20の表面、正極20を構成する粒子97の表面、および、正極20を構成する粒子97に形成された細孔96に接することとなる。   When the positive electrode 20 is in contact with the liquid active material 51, the liquid active material 51 penetrates into the positive electrode 20 which is porous carbon. As a result, the liquid active material 51 comes into contact with the surface of the positive electrode 20, the surface of the particles 97 constituting the positive electrode 20, and the pores 96 formed in the particles 97 constituting the positive electrode 20.

錯化剤は、正極20を構成する粒子の表面およびその粒子に形成された細孔96の表面に錯化剤膜54として存在している。その結果、正極20の巨視的な表面だけでなく、正極20を構成する粒子の表面およびその粒子に形成された細孔96の表面において、臭素は錯体として固定される。   The complexing agent is present as a complexing agent film 54 on the surfaces of the particles constituting the positive electrode 20 and the surfaces of the pores 96 formed in the particles. As a result, bromine is immobilized as a complex not only on the macroscopic surface of the positive electrode 20 but also on the surfaces of the particles constituting the positive electrode 20 and the surfaces of the pores 96 formed in the particles.

結着剤は粒子同士を結合させていることから、結着剤と接する位置には、液体活物質51はほとんど存在しない。このため、結着剤として、あるいはその一部として錯化剤を用いても、臭素の錯化およびその固定化の効果は限定的である。しかし、本実施の形態では、より多くの錯化剤が液体活物質51と接する位置に存在している。その結果、錯化剤はより多くの遊離臭素を捕捉可能であり、遊離臭素の錯体化率が向上する。   Since the binder binds the particles to each other, the liquid active material 51 hardly exists at the position where it comes into contact with the binder. For this reason, even if a complexing agent is used as a binder or as a part thereof, the effect of complexing bromine and immobilizing it is limited. However, in the present embodiment, more complexing agent is present at a position in contact with the liquid active material 51. As a result, the complexing agent can capture more free bromine, and the complexation rate of free bromine is improved.

10…二次電池、12…二次電池、20…正極、30…負極、32…導電板、40…固体電解質、50…液体活物質、51…液体活物質、52…固体電解質保護層、54…錯化剤膜、61…第1セルボディ、62…第2セルボディ、71、72…貫通孔、73…固定用孔、74…ボルト、75…頭部、76…ナット、77…押え板、81…第1電極カバー、82…第2電極カバー、83…オーリング、84…オーリング、85…電極リード、86…電極リード

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Secondary battery, 12 ... Secondary battery, 20 ... Positive electrode, 30 ... Negative electrode, 32 ... Conductive plate, 40 ... Solid electrolyte, 50 ... Liquid active material, 51 ... Liquid active material, 52 ... Solid electrolyte protective layer, 54 ... Complexing agent film, 61 ... First cell body, 62 ... Second cell body, 71, 72 ... Through hole, 73 ... Fixing hole, 74 ... Bolt, 75 ... Head, 76 ... Nut, 77 ... Presser plate, 81 ... 1st electrode cover, 82 ... 2nd electrode cover, 83 ... O-ring, 84 ... O-ring, 85 ... Electrode lead, 86 ... Electrode lead

Claims (5)

リチウムイオン伝導性の固体電解質と、
複数のマクロ孔を持つ多孔導電体で形成されていて前記固体電解質の一方の面に対向して設けられた電子伝導性の正極と、
前記正極とは反対側の前記固体電解質の面に対向して設けられた電子伝導性の負極と、
リチウムイオンおよび臭化物イオンを含有して前記固体電解質と前記正極との間に封止された液体活物質と、
前記液体活物質に接する位置に配置されて前記液体活物質中の前記臭化物イオンとともに前記正極に非水溶性の固体として固定化される臭素錯化合物を形成する錯化剤と、
を有することを特徴とする二次電池。
A lithium ion conductive solid electrolyte;
An electronically conductive positive electrode formed of a porous conductor having a plurality of macropores and provided opposite to one surface of the solid electrolyte;
An electron-conductive negative electrode provided to face the surface of the solid electrolyte opposite to the positive electrode;
A liquid active material containing lithium ions and bromide ions and sealed between the solid electrolyte and the positive electrode;
A complexing agent disposed at a position in contact with the liquid active material to form a bromine complex compound that is immobilized on the positive electrode as a water-insoluble solid together with the bromide ions in the liquid active material;
A secondary battery comprising:
リチウムイオンを含有して臭化物イオンを含有せずかつ前記液体活物質よりも酸化電位が高く還元電位が低い水溶性の塩であって前記液体活物質に添加された塩を有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。   A water-soluble salt that contains lithium ions, does not contain bromide ions, and has a higher oxidation potential and a lower reduction potential than the liquid active material, and has a salt added to the liquid active material The secondary battery according to claim 1. 前記錯化剤は前記液体活物質に添加されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the complexing agent is added to the liquid active material. 前記錯化剤は前記正極を構成する粒子の表面およびその粒子に形成された細孔の表面に結着したポリマーであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二次電池。   3. The secondary battery according to claim 1, wherein the complexing agent is a polymer bound to the surfaces of the particles constituting the positive electrode and the surfaces of the pores formed in the particles. 前記錯化剤は第四級アンモニウム塩であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池。
The secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the complexing agent is a quaternary ammonium salt.
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