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電池およびエネルギーシステム UPDATE 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P210017708
整理番号 2673
掲載日 2021年5月24日
出願番号 特願2011-532920
登録番号 特許第5670339号
出願日 平成22年3月18日(2010.3.18)
登録日 平成26年12月26日(2014.12.26)
国際出願番号 JP2010054640
国際公開番号 WO2011036907
国際出願日 平成22年3月18日(2010.3.18)
国際公開日 平成23年3月31日(2011.3.31)
優先権データ
  • 特願2009-222854 (2009.9.28) JP
発明者
  • 福永 篤史
  • 稲沢 信二
  • 真嶋 正利
  • 新田 耕司
  • 酒井 将一郎
  • 萩原 理加
  • 野平 俊之
  • 石橋 達也
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 電池およびエネルギーシステム UPDATE 実績あり 外国出願あり
発明の概要 正極(4)と、ナトリウムを主成分とする負極(3)と、正極(4)と負極(3)との間に設置された電解質と、を備え、電解質は、下記の式(I)で表わされるアニオンと、金属のカチオンとを含む溶融塩であり、
【化1】
(省略)
上記の式(I)において、R1およびR2はそれぞれ独立にフッ素原子またはフルオロアルキル基を示し、金属のカチオンが、アルカリ金属のカチオンの少なくとも1種およびアルカリ土類金属のカチオンの少なくとも1種の少なくとも一方を含む電池(1)およびその電池(1)を用いたエネルギーシステムである。
従来技術、競合技術の概要

近年、昼夜間や季節間によって異なる電力需要の平準化(負荷平準化)が求められてきており、電気エネルギーの充放電手段として、ナトリウム-硫黄電池が使用されるようになってきている。

たとえば、特許文献1には、ナトリウム-硫黄電池は、負極活物質である溶融金属ナトリウムと、正極活物質である溶融硫黄とをナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ-アルミナ固体電解質で隔離した二次電池であり、他の二次電池に比べて、エネルギー密度が高く、設備がコンパクトで、自己放電が殆ど生じず電池効率が高く、メンテナンスが容易である等の優れた特徴を有するものであることが記載されている(特許文献1の段落[0002]参照)。

さらに、特許文献1には、ナトリウム-硫黄電池は、一般に、セル(単電池)を直列に接続したストリングを並列に接続してモジュールを構成し、そのモジュールを直列に接続したモジュール列を並列に配置したもの全体を交直変換装置および変圧器で電力系統等と接続した電力貯蔵システムの主要構成要素として使用されることが記載されている(特開2007-273297号公報(特許文献1)の段落[0003]参照)。

産業上の利用分野

本発明は、電池およびエネルギーシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
正極と、
ナトリウムを主成分とする負極と、
前記正極と前記負極との間に設置された電解質と、を備え、
前記電解質は、下記の式(I)で表わされるアニオンと、金属のカチオンとを含む溶融塩であり、
【化1】
(省略)
前記式(I)において、R1およびR2はそれぞれ独立にフッ素原子またはフルオロアルキル基を示し、
前記金属のカチオンは、アルカリ金属のカチオンの少なくとも1種およびアルカリ土類金属のカチオンの少なくとも1種の少なくとも一方を含み、
前記正極は、バインダーを含み、
前記正極は、下記の式(II)で表わされる金属化合物を含み、
NaxM1yM2zM3w …(II)
前記式(II)において、
M1は、Fe、V、TiまたはCrのいずれか1種を示し、
M2は、PO4を示し、
M3は、FまたはOのいずれか一方を示し、
Naの組成比xは、0≦x≦2の関係を満たす実数であり、
M1の組成比yは、0≦y≦1の関係を満たす実数であり、
M2の組成比zは、0≦z≦2の関係を満たす実数であり、
M3の組成比wは、0≦w≦3の関係を満たす実数であり、
x+y>0の関係を満たすとともに、z+w>0の関係を満たす、電池。

【請求項2】
前記式(II)で表わされる金属化合物は、NaCrO2、Na2FePO4F、NaVPO4F、およびFeF3からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項1に記載の電池。

【請求項3】
前記正極は、導電助剤をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の電池。

【請求項4】
前記金属のカチオンは、カリウムイオンおよび/またはナトリウムイオンである、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電池。

【請求項5】
電気エネルギーを発生させるための電気エネルギー発生装置と、
前記電気エネルギー発生装置で発生した電気エネルギーを充電可能であるとともに充電された電気エネルギーを放電可能である二次電池と、
前記電気エネルギー発生装置と前記二次電池とを電気的に接続するための配線と、を備えており、
前記二次電池は、
正極と、
ナトリウムを主成分とする負極と、
前記正極と前記負極との間に設置された電解質と、を備え、
前記電解質は、下記の式(I)で表わされるアニオンと、金属のカチオンとを含む溶融塩であり、
【化2】
(省略)
前記式(I)において、R1およびR2はそれぞれ独立にフッ素原子またはフルオロアルキル基を示し、
前記金属のカチオンは、アルカリ金属のカチオンの少なくとも1種およびアルカリ土類金属のカチオンの少なくとも1種の少なくとも一方を含み、
前記正極は、バインダーを含み、
前記正極は、下記の式(II)で表わされる金属化合物を含み、
NaxM1yM2zM3w …(II)
前記式(II)において、
M1は、Fe、V、TiまたはCrのいずれか1種を示し、
M2は、PO4を示し、
M3は、FまたはOのいずれか一方を示し、
Naの組成比xは、0≦x≦2の関係を満たす実数であり、
M1の組成比yは、0≦y≦1の関係を満たす実数であり、
M2の組成比zは、0≦z≦2の関係を満たす実数であり、
M3の組成比wは、0≦w≦3の関係を満たす実数であり、
x+y>0の関係を満たすとともに、z+w>0の関係を満たす、エネルギーシステム。

【請求項6】
前記式(II)で表わされる金属化合物は、NaCrO2、Na2FePO4F、NaVPO4F、およびFeF3からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項5に記載のエネルギーシステム。

【請求項7】
下記の式(II)で表わされる金属化合物を含む正極と、
NaxM1yM2zM3w …(II)
(前記式(II)において、
M1は、Fe、V、TiまたはCrのいずれか1種を示し、
M2は、PO4示し、
M3は、FまたはOのいずれか一方を示し、
Naの組成比xは、0≦x≦2の関係を満たす実数であり、
M1の組成比yは、0≦y≦1の関係を満たす実数であり、
M2の組成比zは、0≦z≦2の関係を満たす実数であり、
M3の組成比wは、0≦w≦3の関係を満たす実数であり、
x+y>0の関係を満たすとともに、z+w>0の関係を満たす。)
ナトリウムを主成分とする負極と、
前記正極と前記負極との間に設置された電解質と、を備え、
前記電解質は、下記の式(I)で表わされるアニオンと、金属のカチオンとを含む溶融塩であり、
【化3】
(省略)
前記式(I)において、R1およびR2が共にフッ素原子を示すか、若しくはR1がフッ素原子を示すとともにR2がフルオロアルキル基を示し、
前記金属のカチオンは、アルカリ金属のカチオンの少なくとも1種およびアルカリ土類金属のカチオンの少なくとも1種の少なくとも一方を含み、
前記正極は、バインダーを含む、電池。

【請求項8】
前記式(II)で表わされる金属化合物は、NaCrO2、Na2FePO4F、NaVPO4F、およびFeF3からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項7に記載の電池。

【請求項9】
前記金属のカチオンは、カリウムイオンおよび/またはナトリウムイオンである、請求項7または請求項8に記載の電池。

【請求項10】
電気エネルギーを発生させるための電気エネルギー発生装置と、
前記電気エネルギー発生装置で発生した電気エネルギーを充電可能であるとともに充電された電気エネルギーを放電可能である二次電池と、
前記電気エネルギー発生装置と前記二次電池とを電気的に接続するための配線と、を備えており、
前記二次電池は、
正極と、
ナトリウムを主成分とする負極と、
前記正極と前記負極との間に設置された電解質と、を備え、
前記電解質は、下記の式(I)で表わされるアニオンと、金属のカチオンとを含む溶融塩であり、
【化4】
(省略)
前記式(I)において、R1およびR2が共にフッ素原子を示すか、若しくはR1がフッ素原子を示すとともにR2がフルオロアルキル基を示し、
前記金属のカチオンは、アルカリ金属のカチオンの少なくとも1種およびアルカリ土類金属のカチオンの少なくとも1種の少なくとも一方を含み、
前記正極は、バインダーを含み、
前記正極は、下記の式(II)で表わされる金属化合物を含み、
NaxM1yM2zM3w …(II)
前記式(II)において、
M1は、Fe、V、TiまたはCrのいずれか1種を示し、
M2は、PO4を示し、
M3は、FまたはOのいずれか一方を示し、
Naの組成比xは、0≦x≦2の関係を満たす実数であり、
M1の組成比yは、0≦y≦1の関係を満たす実数であり、
M2の組成比zは、0≦z≦2の関係を満たす実数であり、
M3の組成比wは、0≦w≦3の関係を満たす実数であり、
x+y>0の関係を満たすとともに、z+w>0の関係を満たす、エネルギーシステム。

【請求項11】
前記式(II)で表わされる金属化合物は、NaCrO2、Na2FePO4F、NaVPO4F、およびFeF3からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項10に記載のエネルギーシステム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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