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(In Japanese)ナトリウムイオン二次電池 meetings

Patent code P130009842
Posted date Aug 13, 2013
Application number P2011-505883
Patent number P5800316
Date of filing Mar 25, 2010
Date of registration Sep 4, 2015
International application number JP2010002149
International publication number WO2010109889
Date of international filing Mar 25, 2010
Date of international publication Sep 30, 2010
Priority data
  • P2009-079178 (Mar 27, 2009) JP
Inventor
  • (In Japanese)駒場 慎一
  • (In Japanese)大関 朋彰
  • (In Japanese)村田 渉
  • (In Japanese)石川 徹
Applicant
  • (In Japanese)学校法人東京理科大学
Title (In Japanese)ナトリウムイオン二次電池 meetings
Abstract (In Japanese)電池性能の低下等の問題を発生することなく充放電を繰り返すことができ、充放電効率及び充放電特性に優れたナトリウムイオン二次電池を提供する。
正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒を含む非水電解液とを備えるナトリウムイオン二次電池であって、非水溶媒として実質的に飽和環状カーボネート(ただし、エチレンカーボネートの単独使用を除く)、又は飽和環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒を用い、負極活物質としてハードカーボンを用いる。本発明のナトリウムイオン二次電池に用いる非水溶媒は、実質的にプロピレンカーボネート、実質的にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒、又は実質的にエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合溶媒からなるものが好ましい。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

現在、高エネルギー密度の二次電池として、電解質塩を非水溶媒に溶解させた非水電解液を使用し、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて充放電を行うようにしたリチウムイオン二次電池が多く利用されている。

このようなリチウムウイオン二次電池においては、一般に正極としてニッケル酸リチウム(LiNiO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)等の層状構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が使用されている。また、負極としてはリチウムの吸蔵及び放出が可能な炭素材料、リチウム金属、リチウム合金等が使用されている。

また、非水電解液として、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の非水溶媒に四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等の電解質塩を溶解させたものが使用されている。

一方、近年では、リチウムイオンの代わりにナトリウムイオンを利用したナトリウムイオン二次電池の研究が始められている。このナトリウムイオン二次電池の負極は、ナトリウムを含む金属により形成されている。したがって、ナトリウムイオン二次電池を作製する際には、ナトリウムが必要になる。ナトリウムは資源埋蔵量が豊富なため、リチウムイオンの代わりにナトリウムイオンを利用した二次電池が作製できれば、二次電池を低いコストで製造できる。

ナトリウムイオン二次電池の実現には、負極においてナトリウムを吸蔵及び放出することが必要になる。そこで、負極活物質としてハードカーボンを用いた場合に、負極においてナトリウムを吸蔵及び放出できるという研究成果が報告されている(例えば、非特許文献1、2参照)。

非特許文献1には、負極活物質としてハードカーボンを用いた場合、負極においてナトリウムを吸蔵及び放出する例が報告されているが、数サイクルしか吸蔵及び放出を繰り返すことができない。そこで、優れたナトリウムイオン二次電池の開発のため、電池のサイクル特性を改善する技術が求められている。

非特許文献2にも非特許文献1と同様に負極活物質としてハードカーボンを用いた場合、負極においてナトリウムを吸蔵及び放出する例が報告されている。非特許文献2に記載の技術は、非水溶媒としてエチレンカーボネートを用い、電解質塩としてNaClO4を用いる点で非特許文献1に記載の技術と異なる。非特許文献2に記載の技術は、非特許文献1に記載の技術と比較して、電池のサイクル特性の点で優れる。しかし、非水溶媒としてエチレンカーボネートを単独使用する場合には、エチレンカーボネートが室温で固体のため、室温で使用できない二次電池になる。したがって、室温で使用できるような二次電池に改良することも求められる。

また、特定の炭素材料を負極活物質として用いるナトリウムイオン二次電池が開示されている(特許文献1)。特許文献1に記載のナトリウムイオン二次電池は、非水溶媒としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒を用いるため室温で充放電可能である。さらに、特許文献1に記載のナトリウムイオン二次電池は、可逆的な充放電を行うことが可能で、良好な充放電特性を得ることが可能とされている。しかし、特許文献1に記載される炭素材料を含めて一般的な炭素材料は積層構造を有するが、積層方向に対して垂直な方向の伝導性が悪いという問題が存在する。また、積層構造を有する炭素材料を使用すると、充放電時における体積変化が大きく、その体積変化によって電極が損傷する問題、プロピレンカーボネート等との有機溶媒と接触すると積層構造に層間剥離が起こり、電池性能を低下させる問題も生じる。

上記の通り、ナトリウムイオン二次電池は有用であるが、従来のナトリウムイオン二次電池は室温で使用できない点、負極活物質として使用する炭素材料に起因する電池性能低下の点で問題となる。このため、室温で使用可能であり、且つ負極活物質が原因となる電池性能の低下を抑えたナトリウムイオン二次電池が求められている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、ナトリウムイオン二次電池に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒を含む非水電解液と、セパレータ(ただし、耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムでなるセパレータを除く)とを備えるナトリウムイオン二次電池であって、
前記非水溶媒が、実質的にプロピレンカーボネート又は実質的にエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合溶媒からなる非水溶媒であり、
前記負極活物質が、ハードカーボン(ただし、テトラフェニルカリックス[4]レゾルシナレーンを熱分解して得られたものを除く)であるナトリウムイオン二次電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011505883thum.jpg
State of application right Registered
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