JP2017216208A - フッ化物イオン電池用電解液およびフッ化物イオン電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明においては、複数のカーボネート系溶媒と、フッ化物塩とを含有するフッ化物イオン電池用電解液であって、上記複数のカーボネート系溶媒が、プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒、エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)のみを含有する溶媒、または、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とするフッ化物イオン電池用電解液を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図3
Description
本発明のフッ化物イオン電池用電解液は、複数のカーボネート系溶媒と、フッ化物塩とを含有するフッ化物イオン電池用電解液であって、上記複数のカーボネート系溶媒が、プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒、エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)のみを含有する溶媒、または、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とする。
以下、本発明のフッ化物イオン電池について、構成ごとに説明する。
本発明のフッ化物イオン電池用電解液は、複数のカーボネート系溶媒を含有し、複数のカーボネート系溶媒が、(i)プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒、(ii)エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)のみを含有する溶媒、または、(iii)エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒である。
本発明におけるフッ化物塩は、通常、フッ化物イオンをアニオン成分とする塩である。フッ化物塩は、溶媒に対して、全て溶解していても良く、一部が溶解していても良い(解け残りが存在していても良い)。また、フッ化物塩は、有機フッ化物塩であっても良く、無機フッ化物塩であっても良く、イオン液体であっても良い。
本発明のフッ化物イオン電池用電解液は、複数のカーボネート系溶媒と、フッ化物塩とを少なくとも含有する。さらに、フッ化物イオン電池用電解液は、フッ化物錯塩を含有していても良い。活物質をフッ化する活性を高くすることができるからである。フッ化物錯塩とは、中心元素(例えばP、B)にフッ化物イオンが配位したフッ化物錯アニオンをアニオン成分とする塩をいう。フッ化物錯塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4を挙げることができる。
図1は、本発明の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、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。
以下、本発明のフッ化物イオン電池について、構成ごとに説明する。
本発明における電解質層は、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る層である。本発明においては、電解質層が、上述したフッ化物イオン電池用電解液を含有する。電解質層の厚さは、特に限定されるものではない。
本発明における正極活物質層は、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、正極活物質の他に、導電化材および結着材の少なくとも一方をさらに含有していても良い。
本発明における負極活物質層は、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、負極活物質の他に、導電化材および結着材の少なくとも一方をさらに含有していても良い。
本発明のフッ化物イオン電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および電解質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、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。集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状等を挙げることができる。また、本発明のフッ化物イオン電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に、セパレータを有していても良い。より安全性の高い電池を得ることができるからである。
本発明のフッ化物イオン電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、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。また、本発明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、円筒型および角型等を挙げることができる。
プロピレンカーボネート(PC、キシダ化学製)と、ジメチルカーボネート(DMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、PC:DMC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチレンカーボネート(EC、キシダ化学製)と、エチルメチルカーボネート(EMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、EC:EMC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチルメチルカーボネート(EMC、キシダ化学製)と、ジメチルカーボネート(DMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、EMC:DMC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
ジメチルカーボネート(DMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、DMC:LiPF6:LiF=20:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を体積比1:1で混合した混合溶媒(キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、混合溶媒:LiPF6:LiF=20:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチレンカーボネート(EC、キシダ化学製)と、プロピレンカーボネート(PC、キシダ化学製)と、ジメチルカーボネート(DMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、EC:PC:DMC:LiPF6:LiF=2.5:7.5:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
プロピレンカーボネート(PC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、PC:LiPF6:LiF=20:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
プロピレンカーボネート(PC、キシダ化学製)と、エチルメチルカーボネート(EMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、PC:EMC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
プロピレンカーボネート(PC、キシダ化学製)と、ジエチルカーボネート(DEC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、PC:DEC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を体積比1:1で混合した混合溶媒(キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、混合溶媒:LiPF6:LiF=20:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
エチルメチルカーボネート(EMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、EMC:LiPF6:LiF=20:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
ジメチルカーボネート(DEC、キシダ化学製)と、エチルメチルカーボネート(EMC、キシダ化学製)と、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6、キシダ化学製)と、フッ化リチウム(LiF、高純度化学製)とを、DEC:EMC:LiPF6:LiF=10:10:5:1のモル比となるよう秤量混合し、フッ素樹脂製の密封容器内にて、30℃、24時間の条件で撹拌し、評価用電解液を得た。
(サイクリックボルタンメトリ測定)
実施例1〜3、比較例1〜9で得られた評価用電解液に対して、CV測定を行った。具体的には、Ar雰囲気下グローブボックス内で、ディップ式3電極セルを作製した。作用極にはMg板を、対極にはPTFE、アセチレンブラック(AB)、フッ化カーボンの合材電極を用いた。なお、合材電極は、PTFE:AB:フッ化カーボン=1:2:7の重量比で含有する電極である。また、基準極は、バイコールガラスを用いて電解液と隔離した。なお、基準極には、硝酸銀およびテトラブチルアンモニウムパークロレートがそれぞれ濃度0.1Mで溶解したアセトニトリル溶液にAg線を浸漬させたものを用いた。測定は、室温、掃引速度1mV/sの条件で実施した。
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
Claims (5)
- 複数のカーボネート系溶媒と、フッ化物塩とを含有するフッ化物イオン電池用電解液であって、
前記複数のカーボネート系溶媒が、プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒、エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)のみを含有する溶媒、または、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とするフッ化物イオン電池用電解液。 - 前記複数のカーボネート系溶媒が、プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とする請求項1に記載のフッ化物イオン電池用電解液。
- 前記複数のカーボネート系溶媒が、エチレンカーボネート(EC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とする請求項1に記載のフッ化物イオン電池用電解液。
- 前記複数のカーボネート系溶媒が、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみを含有する溶媒であることを特徴とする請求項1に記載のフッ化物イオン電池用電解液。
- 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、
前記電解質層が、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載のフッ化物イオン電池用電解液を含有することを特徴とするフッ化物イオン電池。
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