JPWO2015072577A1 - ナトリウム二次電池 - Google Patents
ナトリウム二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2015072577A1 JPWO2015072577A1 JP2015547819A JP2015547819A JPWO2015072577A1 JP WO2015072577 A1 JPWO2015072577 A1 JP WO2015072577A1 JP 2015547819 A JP2015547819 A JP 2015547819A JP 2015547819 A JP2015547819 A JP 2015547819A JP WO2015072577 A1 JPWO2015072577 A1 JP WO2015072577A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sodium
- aqueous electrolyte
- secondary battery
- positive electrode
- aqueous
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
本発明のナトリウム二次電池は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する正極と、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる負極活物質を有する負極と、非水電解液とを有し、通常、さらにセパレータを有する。
本発明のナトリウム二次電池に用いられる非水電解液は、非水溶媒とナトリウム塩とを含む非水電解液であって、該非水溶媒への25℃での飽和溶解度を超える量のナトリウム塩が含まれている。
非水電解液に用いられるナトリウム塩としては、NaPF6、NaBF4、NaClO4、NaN(SO2CF3)2、NaN(SO2C2F5)2、NaCF3SO3、NaAsF6、NaSbF6、NaBC4O8、低級脂肪族カルボン酸ナトリウム塩、NaAlCl4NaPO2F2、Na2PO3Fなどがあげられ、これらのうちの2種以上を混合して使用してもよい。これらの中でも、NaPF6、NaBF4、NaSbF6、NaN(SO2CF3)2、NaN(SO2C2F5)2、NaCF3SO3およびNa2PO3Fからなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましく、NaPF6、NaBF4、NaN(SO2CF3)2からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることがより好ましい。
本発明に用いられる非水電解液は、非水溶媒にナトリウム塩を添加・攪拌し飽和溶解度までナトリウム塩を溶解することで得られる。または、ナトリウム塩が飽和溶解度以下で溶解している非水電解液に、追加でナトリウム塩を添加・攪拌することでも得られる。あるいは、ナトリウム塩が飽和溶解度を超えて含まれている非水電解液に、非水溶媒を添加し、希釈することでも得られる。上記工程は、アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
本発明において、非水電解液に用いられる非水溶媒として、例えば
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル類;
1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;
ギ酸メチル、酢酸メチルなどのエステル類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンなどのラクトン類;
アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどのアミド類;
3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;
ジメチルサルフェート、ジメチルサルファイト、ジプロピルサルファイト、エチレンサルファイト、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジフェニルスルホン、スルホラン、メタンスルホン酸メチル、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;
を用いることができる。非水溶媒として、これらのうちの2種以上を混合して用いてもよい。
本発明において、正極は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する。また、正極は、集電体と、集電体の上に担持された、上記正極活物質を含む正極合剤とから構成されてよい。正極合剤は、上記正極活物質以外にも必要に応じて導電材やバインダーを含む
本発明において、正極活物質は、ナトリウム含有遷移金属化合物からなり、該ナトリウム含有遷移金属化合物は、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる。
すなわち、NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2およびNaCoO2等のNaM3 a1O2で表される酸化物、Na0.44Mn1−a2M3 a2O2で表される酸化物、Na0.7Mn1−a2M3 a2O2.05で表される酸化物(M3は1種以上の遷移金属元素、0<a1<1、0≦a2<1);
Na6Fe2Si12O30およびNa2Fe5Si12O30等のNab1M4 cSi12O30で表される酸化物(M4は1種以上の遷移金属元素、2≦b1≦6、2≦c≦5);
Na2Fe2Si6O18およびNa2MnFeSi6O18等のNadM5 eSi6O18で表される酸化物(M5は1種以上の遷移金属元素、2≦d≦6、1≦e≦2);
Na2FeSiO6等のNafM6 gSi2O6で表される酸化物(M6は遷移金属元素、MgおよびAlからなる群より選ばれる1種以上の元素、1≦f≦2、1≦g≦2)
NaFePO4、NaMnPO4、Na3Fe2(PO4)3、Na3V2(PO4)2F3、Na1.5VOPO4F0.5、Na4Fe3(PO4)2P2O7、Na4Mn3(PO4)2P2O7、Na4Ni3(PO4)2P2O7、Na4Co3(PO4)2P2O7等のリン酸塩;
Na2FePO4F、Na2VPO4F、Na2MnPO4F、Na2CoPO4F、Na2NiPO4F等のフッ化リン酸塩;
NaFeSO4F、NaMnSO4F、NaCoSO4F、NaFeSO4F等のフッ化硫酸塩;
NaFeBO4、Na3Fe2(BO4)3等のホウ酸塩;
Na3FeF6、Na2MnF6等のNahM7F6で表されるフッ化物(M7は1種以上の遷移金属元素、2≦h≦3);等があげられる。
NaaM1 bM2O2 (A)
(ここで、M1は、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、M2は、Mn、Fe、Co、Cr、V、TiおよびNiからなる群より選ばれる1種以上の元素を表し、aは0.5以上1以下であり、bは0以上0.5以下であり、かつa+bは0.5以上1以下である。)
前記導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等)、繊維状炭素材料(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、気相成長炭素繊維等)などをあげることができる。上記炭素材料は、表面積が大きく、電極合剤中に少量添加されることにより、得られる電極内部の導電性を高め、充放電効率および大電流放電特性を向上させることも可能である。通常、正極合剤中の導電材の割合は、正極活物質100重量部に対して4〜20重量部であり、2種以上含有してもよい。
前記の電極に用いられるバインダーとしては、例えば、フッ素化合物の重合体やフッ素原子を含まないエチレン性二重結合を含む単量体の付加重合体などがあげられる。
ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素樹脂;
フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム;
ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アルカリ塩(ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸リチウム等)、ポリアクリル酸アルキル(アルキル部分の炭素数は1から20)、アクリル酸−アクリル酸アルキル(アルキル部分の炭素数は1から20)共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリル酸−アクリル酸アルキル−アクリロニトリル共重合体、ポリアクリルアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体水素化物等のアクリル系ポリマー;
ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アルキル(アルキル基はアルキル部分の炭素数は1から20)、メタクリル酸−メタクリル酸アルキル共重合体等のメタクリル系ポリマー;
ポリビニルアルコール(部分ケン化または完全ケン化)、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルピロリドン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸アルキル(アルキル基はアルキル部分の炭素数は1から20)共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル共重合体、エチレン−アクリロニトリル共重合体等のオレフィン系ポリマー;
アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン、アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体水素化物等のスチレン含有ポリマーがあげられる。
特に、ハロゲン化ビニリデン由来の構造単位を有する共重合体を用いた場合、電極合剤密度の高い電極が得られやすく、電池の体積エネルギー密度が向上するため好ましい。
正極は、例えば、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる正極活物質を含む正極合剤を、正極集電体に担持することで製造される。正極集電体に正極合剤を担持する方法としては、例えば、正極活物質、導電材、バインダーおよび溶媒を混練して正極合剤ペーストを作製し、得られた正極合剤ペーストを、集電体へ塗布、乾燥する方法があげられる。正極合剤ペーストを、集電体へ塗布する方法としては特に制限されない。例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等の方法があげられる。また、塗布後に行う乾燥は、熱処理によって行ってもよいし、送風乾燥、真空乾燥などにより行ってもよい。熱処理により乾燥を行う場合には、その温度は、通常50〜150℃程度である。また、乾燥後にプレスを行ってもよい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法をあげることができる。以上にあげた方法により、電極を製造することができる。また、電極合剤の厚みは、通常5〜500μm程度である。
正極活物質の一例であるナトリウム含有遷移金属酸化物は、焼成により本発明に用いられるナトリウム含有遷移金属酸化物となり得る組成を有する金属含有化合物の混合物を焼成することによって製造できる。具体的には、対応する金属元素を含有する金属含有化合物を所定の組成となるように秤量し混合した後に、得られた混合物を焼成することによって製造できる。例えば、好ましい金属元素比の一つであるNa:Mn:Fe:Ni=1:0.3:0.4:0.3で表される金属元素比を有するナトリウム含有遷移金属酸化物は、Na2CO3、MnO2、Fe3O4、Ni2O3の各原料を、Na:Mn:Fe:Niのモル比が1:0.3:0.4:0.3となるように秤量し、それらを混合し、得られた混合物を焼成することによって製造できる。ナトリウム含有遷移金属酸化物がM1(M1は、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群より選ばれる1種以上の元素)を含有するときは、混合時に、M1を含有する原料を追加すればよい。
具体的には、M2(ここで、M2は前記と同義)の原料として、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、蟻酸塩、蓚酸塩等の化合物を用いて、これらを水に溶解し、沈殿剤と接触させることで金属含有化合物の前駆体を含有した沈殿物を得ることができる。これらの原料の中でも、塩化物が好ましい。また、水に溶解し難い原料を用いる場合、例えば、原料として、酸化物、水酸化物、金属材料を用いる場合には、これらの原料を、塩酸、硫酸、硝酸等の酸またはこれらの水溶液に溶解させて、M2を含有する水溶液を得ることもできる。
その他の反応促進剤である金属含有化合物として、Na2CO3、NaHCO3B2O3およびH3BO3をあげることができる。
本発明のナトリウム二次電池で用いることができる負極としては、負極活物質を含む負極合剤を負極集電体に担持した電極、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープ可能なナトリウム金属またはナトリウム合金電極を用いることができる。負極活物質としては、前記のナトリウム金属またはナトリウム合金以外に、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができるコークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体などの炭素材料、金属、があげられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、または微粉末の凝集体などのいずれでもよい。ここで、炭素材料は、導電材としての役割を果たす場合もある。
本発明のナトリウム二次電池で用いることができるセパレータとしては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質フィルム、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いた単層または積層セパレータとしてもよい。セパレータとしては、例えば特開2000−30686号公報、特開平10−324758号公報等に記載のセパレータをあげることができる。セパレータの厚みは、電池の体積エネルギー密度が上がり、内部抵抗が小さくなるという点で、機械的強度が保たれる限り薄いほど好ましい。セパレータの厚みは一般に、5〜200μm程度が好ましく、より好ましくは5〜40μm程度である。
ナトリウム含有遷移金属化合物の粉末X線回折測定は株式会社リガク製RINT2500TTR型を用いて行った。測定は、ナトリウム含有遷移金属化合物を専用のホルダーに充填し、CuKα線源を用いて、回折角2θ=10〜90°の範囲にて行い、粉末X線回折図形を得た。ハードカーボンについても上記と同様の操作にて粉末X線回折図形を得た。
粉末を塩酸に溶解させた後、誘導結合プラズマ発光分析法(SII製、SPS3000、以下ICP−AESと呼ぶことがある。)を用いて測定した。
非水電解液の粒度分布測定は、Zetasizer Nano(Nano ZS(ZEN3600)、シスメックス株式会社製)を用いて行った。測定にはガラス製キュベットを用い、25℃で測定した。
ポリプロピレン製ビーカー内で、蒸留水300mlに、水酸化カリウム44.88gを添加し、攪拌により溶解し、水酸化カリウムを完全に溶解させ、水酸化カリウム水溶液(沈殿剤)を調製した。また、別のポリプロピレン製ビーカー内で、蒸留水300mlに、塩化鉄(II)四水和物21.21g、塩化ニッケル(II)六水和物19.02g、塩化マンガン(II)四水和物15.83gを添加し、攪拌により溶解し、鉄−ニッケル−マンガン含有水溶液を得た。前記沈殿剤を攪拌しながら、これに前記鉄−ニッケル−マンガン含有水溶液を滴下することで、沈殿物が生成したスラリーを得た。次いで、該スラリーについて、ろ過・蒸留水洗浄を行い、100℃で乾燥させて沈殿物を得た。沈殿物と炭酸ナトリウムと水酸化カルシウムとをモル比でFe:Na:Ca=0.4:0.99:0.01となるようにして秤量した後、メノウ乳鉢を用いて乾式混合して混合物を得た。次いで、該混合物をアルミナ製焼成容器に入れ、電気炉を用いて大気雰囲気中850℃で6時間保持して焼成を行い、室温まで冷却し、複合金属酸化物A1を得た。複合金属酸化物A1の粉末X線回折分析を行うと、α−NaFeO2型の結晶構造に帰属されることがわかった。また、ICP−AESにより、複合金属酸化物A1の組成を分析すると、Na:Ca:Fe:Ni:Mnのモル比は0.99:0.01:0.4:0.3:0.3であった。そして、上記のようにして得られた複合金属酸化物A1と、導電材としてアセチレンブラック(HS100、電気化学工業株式会社製)、バインダー溶液としてVT471(ダイキン工業株式会社製)、溶媒としてNMP(キシダ化学株式会社製)とを用いて正極合剤ペーストを作製した。複合金属酸化物A1:導電材:バインダー:NMP=90:5:5:100(重量比)の組成となるように秤量し、ディスパーマット(VMA−GETZMANN社製)を用い4,000rpm、5分間攪拌、混合することで、正極合剤ペーストを得た。得られた正極合剤ペーストを、厚さ20μmのアルミ箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、ロールプレス(SA−602、テスター産業株式会社製)を用いて、200kN/mの圧力で圧延することで正極AE1を得た。
日本カーボン社製のICB(商品名:ニカビーズ)を焼成炉に導入し、炉内をアルゴンガス雰囲気下とした後、アルゴンガスを毎分0.1L/g(炭素材料の重量)の割合で流通させながら、室温から毎分5℃の速度で1600℃まで昇温し、1600℃で1時間保持した後、冷却し、炭素材料C1を得た。炭素材料C1の粉末X線回折測定より、層間距離d(002)は0.368nmであり、c軸方向の結晶子の大きさLcは1.17nmであることが分かった。また、ラマン分光測定より得られるR値(ID/IG)は1.41であることが分かった。炭素材料C1、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)(株式会社クレハ製、KFポリマー W#1300)、溶媒としてNMP(キシダ化学株式会社製)を用いた電極合剤ペーストを作製した。炭素材料C1:PVdF:NMP=90:10:100(重量比)の組成となるように秤量し、ディスパーマット(VMA−GETZMANN社製)を用い攪拌、混合することで、電極合剤ペーストを得た。回転羽の回転条件は、2,000rpm、10分間とした。得られた電極合剤ペーストを、銅箔にドクターブレードを用いて塗工し、60℃で2時間乾燥後、ロールプレスを用いて、100kN/mで圧延することで炭素電極CE1を得た。
1L中に1.3モルのNaPF6を含むプロピレンカーボネート(PC)溶液(NaPF6 PC)(キシダ化学株式会社製)と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)(キシダ化学株式会社製)とを98:2(体積比)の割合で、あわせて25mLとなるようにスクリュー管(アズワン製、型番No.7)に取り、80℃に加熱した状態で、全長20mmのポリテトラフルオロエチレン回転子を用い250rpmで、アルゴンガス雰囲気下で6時間攪拌し、非水電解液EL1(1L中に1.3モルのNaPF6を含むPC/FEC)を調整した。なお、PCおよびFECの引火点は、キシダ化学株式会社発行の製品安全データシードにおいて、それぞれ135℃、122℃と開示されており、非水電解液EL1に対するPCとFECの割合は、91体積%である。非水電解液EL1の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。コインセル(宝泉株式会社製)の下側パーツの窪みに、直径14.5mmに打ち抜いた正極AE1を置き、負極として、直径15.0mmに打ち抜いた炭素電極CE1を、電解液に非水電解液EL1を、セパレータとしてポリエチレン多孔質フィルム(厚み20μm)を用いてナトリウム二次電池B1を作製した。なお、電池の組み立てはアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
1L中に2.0モルのNaPF6を含むPCと、PC(キシダ化学株式会社製)と、FECとを74:24:2(体積比)の割合とした以外は、実施例1と同様の操作で非水電解液EL2(1L中に1.5モルのNaPF6を含むPC/FEC)を調整した。非水電解液EL2に対するPCとFECの割合は、90体積%である。非水電解液EL2の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL2を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B2を作製した。
1L中に2.0モルのNaPF6を含むPCと、FECとを98:2(体積比)の割合とした以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EL3(1L中に2.0モルのNaPF6を含むPC/FEC溶液)を調整した。非水電解液EL3に対するPCとFECの割合は、86体積%である。非水電解液EL3の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL3を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B3を作製した。
非水電解液EL4として1L中に2.0モルのNaPF6を含むPCを25mLとなるようにスクリュー管(アズワン製、型番No.7)に取り、80℃に加熱した状態で、全長20mmのポリテトラフルオロエチレン回転子を用い250rpmで、アルゴンガス雰囲気下で6時間攪拌したものを用いた。非水電解液EL4に対するPCの割合は、86体積%である。非水電解液EL4の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。1L中に2.0モルのNaPF6を含むPC(非水電解液EL4)を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B4を作製した。
1L中に2.0モルのNaPF6を含むPCに、1L中に2.5モルのNaPF6を含むPCとなるように、NaPF6(Johnson Matthey社製)を加えた以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EL5(1L中に2.5モルのNaPF6を含むPC)を調整した。非水電解液EL5に対するPCの割合は、82体積%である。非水電解液EL5の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL5を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B5を作製した。
1L中に1.0モルのNaN(SO2CF3)2を含むPC(キシダ化学株式会社製)に、1L中に2.0モルのNaN(SO2CF3)2を含むPCとなるようにNaN(SO2CF3)2(NaTFSI)(キシダ化学株式会社製)を加えた以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EL6(1L中に2.0モルのNaN(SO2CF3)2を含むPC)を調整した。非水電解液EL6に対するPCの割合は、68体積%である。非水電解液EL6の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL6を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B6を作製した。
1L中に1.0モルのNaPF6を含むPC(キシダ化学株式会社製)と、FECとを98:2(体積比)の割合で混合し、さらに1L中に0.3モルのNaTFSIを含むPCとなるようにNaTFSI(キシダ化学株式会社製)を加えた以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EL7(1L中に1.0モルのNaPF6および0.3モルのNaTFSIを含むPC/FEC)を調整した。非水電解液EL7に対するPCとFECの割合は、89体積%である。非水電解液EL7の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL7を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B7を作製した。
1L中に1.0モルのNaPF6を含むPC(キシダ化学株式会社製)に、1L中に1.0モルのNaTFSIを含むPCとなるようにNaTFSIを加えた以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EL8(1L中に1.0モルのNaPF6および1.0モルのNaTFSIを含むPC)を調整した。非水電解液EL8に対するPCの割合は、80体積%である。非水電解液EL8の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされ、ナトリウム塩が25℃での飽和溶解度を超えて含まれていることを確認した。電解液に非水電解液EL8を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池B8を作製した。
1L中に1.0モルのNaPF6を含むPC(キシダ化学株式会社製)と、PCと、FECを49:49:2(体積比)の割合とした以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EH1(1L中に0.5モルのNaPF6を含むPC/FEC)を調整した。非水電解液EH1に対するPCとFECの割合は、97体積%である。非水電解液EH1の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされず、ナトリウム塩は25℃での飽和溶解度以下であった。電解液に非水電解液EH1を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池BH1を作製した。
1L中に1.0モルのNaPF6を含むPCと、PCと、FECとを78:20:2(体積比)の割合とした以外は、実施例1と同様の操作で、非水電解液EH2(1L中に0.8モルのNaPF6を含むPC/FEC)を調整した。電解液に非水電解液EH2を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池BH2を作製した。非水電解液EH2に対するPCとFECの割合は、94体積%である。非水電解液EH2の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされず、ナトリウム塩は25℃での飽和溶解度以下であった。
1L中に1.0モルのNaTFSIを含むPCを25mLとなるようにスクリュー管(アズワン製、型番No.7)に取り、80℃に加熱した状態で、全長20mmのポリテトラフルオロエチレン回転子を用い250rpmで、アルゴンガス雰囲気下で6時間攪拌し、非水電解液EH3を調整した。電解液に非水電解液EH3を用いた以外は、実施例1と同様の操作でナトリウム二次電池BH3を作製した。非水電解液EH3の粒度分布測定を行った結果、10nm以上200nm以下の領域に粒子がカウントされず、ナトリウム塩は25℃での飽和溶解度以下であった。
充放電試験の前に、ナトリウム二次電池B1〜B8、BH1〜〜BH3の作動を安定化させる処置(安定化処置)を行った後、出力試験および充放電サイクル試験を行った。
<安定化処置>
レストポテンシャルから3.2Vに達するまで、0.05Cレート(20時間で完全充電する速度)でCC(コンスタントカレント)充電を行った後、0.1Cレート(10時間で完全充電する速度)で2.0Vに達するまでCC放電する通電処置を1サイクル行った。さらに、3.8Vに達するまで0.05CレートでCC充電を行った後、0.1Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する通電処置を1サイクル行った。続いて、4.0Vに達するまで0.05CレートでCC−CV(コンスタントボルテージ)充電(0.005C電流値到達で充電終了)を行った後、0.1Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する通電処置を1サイクル行った。加えて、4.0Vに達するまで0.1CレートでCC−CV充電(0.02C電流値到達で充電終了)を行った後、0.2Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する通電処置を3サイクル行った。
<出力試験>
上記安定化処置の後、以下の条件で出力試験を行った。4.0Vに達するまで0.2CレートでCC−CV充電(0.02C電流値到達で充電終了)を行った後、0.2Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する充放電試験を行った。その後、充電条件は上記条件と同様とし、放電電流を0.5、1、2、5、10Cレートとした出力試験を行った。表1には、0.2C放電容量に対する5C放電容量の比(5C放電容量/0.2C放電容量×100(%))を示す。
<充放電サイクル試験>
上記出力試験後、以下の条件で充放電サイクル試験を行った。4.0Vに達するまで0.2CレートでCC−CV充電(0.02C電流値到達で充電終了)を行った後、0.2Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する充放電試験を行った。その後、4.0Vに達するまで1CレートでCC充電を行った後、0.5Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する充放電試験を49サイクル行った。最後に、4.0Vに達するまで0.2CレートでCC−CV充電(0.02C電流値到達で充電終了)を行った後、0.2Cレートで2.0Vに達するまでCC放電する充放電試験を行った。表1には、充放電サイクル試験前後での放電容量維持率(サイク示す。
Claims (4)
- ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる正極活物質を有する正極と、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープできる負極活物質を有する負極と、非水溶媒と、該非水溶媒への飽和溶解度を超えるナトリウム塩とからなる非水電解液を有するナトリウム二次電池。
- 前記ナトリウム塩が、NaPF6、NaBF4、NaClO4、NaN(SO2CF3)2、NaN(SO2C2F5)2、NaCF3SO3、NaAsF6、NaSbF6、NaBC4O8、低級脂肪族カルボン酸ナトリウム塩、NaAlCl4、NaPO2F2、Na2PO3Fからなる群から選ばれる少なくとも1種の塩である請求項1記載のナトリウム二次電池。
- 前記非水電解液が、前記非水電解液1Lに対して、前記ナトリウム塩を、1.0モル以上3.0モル以下含んでいる非水電解液である請求項1または2に記載のナトリウム二次電池。
- 前記非水電解液が、引火点が70℃以上の非水溶媒を、前記非水電解液に対して25体積%以上含む非水電解液である請求項1から3のいずれかに記載のナトリウム二次電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013237638 | 2013-11-18 | ||
JP2013237638 | 2013-11-18 | ||
PCT/JP2014/080564 WO2015072577A1 (ja) | 2013-11-18 | 2014-11-12 | ナトリウム二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2015072577A1 true JPWO2015072577A1 (ja) | 2017-03-16 |
JP6420252B2 JP6420252B2 (ja) | 2018-11-07 |
Family
ID=53057509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015547819A Active JP6420252B2 (ja) | 2013-11-18 | 2014-11-12 | ナトリウム二次電池 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6420252B2 (ja) |
WO (1) | WO2015072577A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3298642B1 (en) | 2015-05-20 | 2020-11-04 | Deakin University | Electrochemical cell |
FI126390B (en) | 2015-09-30 | 2016-11-15 | Broadbit Batteries Oy | Electrochemical batteries for use in high-energy or high-power batteries |
FI128461B (en) * | 2016-03-04 | 2020-05-29 | Broadbit Batteries Oy | Rechargeable sodium cells for use in high energy density batteries |
FI130182B (en) * | 2017-03-17 | 2023-03-31 | Broadbit Batteries Oy | Electrolyte for use in super capacitor and high power battery |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01124970A (ja) * | 1987-11-10 | 1989-05-17 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム二次電池 |
JP2010251283A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-11-04 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ナトリウム二次電池 |
JP2013058442A (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-28 | Ricoh Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
WO2013157187A1 (ja) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | パナソニック株式会社 | 電気化学素子用非水電解質、その製造方法およびそれを用いた電気化学素子 |
-
2014
- 2014-11-12 WO PCT/JP2014/080564 patent/WO2015072577A1/ja active Application Filing
- 2014-11-12 JP JP2015547819A patent/JP6420252B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01124970A (ja) * | 1987-11-10 | 1989-05-17 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム二次電池 |
JP2010251283A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-11-04 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ナトリウム二次電池 |
JP2013058442A (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-28 | Ricoh Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
WO2013157187A1 (ja) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | パナソニック株式会社 | 電気化学素子用非水電解質、その製造方法およびそれを用いた電気化学素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6420252B2 (ja) | 2018-11-07 |
WO2015072577A1 (ja) | 2015-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6242657B2 (ja) | ナトリウム二次電池およびナトリウム二次電池用非水電解液 | |
US10658653B2 (en) | Electrode mixture paste for sodium secondary cell, positive electrode for sodium secondary cell, and sodium secondary cell | |
JP6396799B2 (ja) | 混合カソード材料 | |
JP5268134B2 (ja) | 正極活物質の製造方法およびそれを用いた非水電解質電池 | |
WO2015125840A1 (ja) | ナトリウム二次電池 | |
US8734987B2 (en) | Active material, electrode containing same, lithium-ion secondary battery with the electrode, and method of manufacturing active material | |
JP6570858B2 (ja) | ナトリウム二次電池用非水電解液およびナトリウム二次電池 | |
JP5690029B1 (ja) | 蓄電デバイスの電極用のチタン酸リチウム粉末、及び活物質材料、並びにそれを用いた蓄電デバイス | |
TWI445666B (zh) | 矽酸鋰系化合物之製造方法 | |
KR20110031291A (ko) | 리튬-이온 전기화학 전지 및 배터리를 위한 금속 산화물 음극 | |
KR102473532B1 (ko) | 양극 활물질 및 상기 양극 활물질을 채용한 양극과 리튬 전지 | |
JP2016000681A5 (ja) | ||
JPWO2013038517A1 (ja) | リン酸アンモニウムマンガン鉄マグネシウムとその製造方法、および該リン酸アンモニウムマンガン鉄マグネシウムを用いたリチウム二次電池用正極活物質とその製造方法、ならびに該正極活物質を用いたリチウム二次電池 | |
JP6420252B2 (ja) | ナトリウム二次電池 | |
JP6147366B2 (ja) | 正極活物質、それを用いた正極材料、非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池 | |
JP5807730B1 (ja) | 蓄電デバイスの電極用チタン酸リチウム粉末および活物質材料、並びにそれを用いた電極シートおよび蓄電デバイス | |
JP2008056561A (ja) | リチウムニッケルマンガン複合酸化物、並びにこれを用いたリチウム二次電池用正極材料、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
JP6220365B2 (ja) | 蓄電デバイスの電極用チタン酸リチウム粉末および活物質材料、並びにそれを用いた電極シートおよび蓄電デバイス | |
JP2022540622A (ja) | Li-イオンバッテリを急速充電するための、ナノ多孔性リチウム・バナジウム・フルオロホスファート材料およびカソード | |
JP2016072028A (ja) | リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
JP5608856B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極活物質とその製造方法及びリチウムイオン二次電池用正極とリチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180717 |
|
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: 20181002 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181011 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6420252 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |