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非水電解質二次電池および非水電解質二次電池用の正極活物質 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P210017775
整理番号 P20180342
掲載日 2021年6月10日
出願番号 特願2019-155969
公開番号 特開2021-034311
出願日 令和元年8月28日(2019.8.28)
公開日 令和3年3月1日(2021.3.1)
発明者
  • 市坪 哲
  • 下川 航平
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 非水電解質二次電池および非水電解質二次電池用の正極活物質 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】高容量で、かつ充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池およびその非水電解質二次電池用として有利に用いることができる正極活物質を提供する。
【解決手段】非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、非水電解質とを備え、前記正極活物質は、充電状態においてカチオンサイトが欠陥した欠陥スピネル型酸化物を含み、前記負極活物質は、充電状態においてマグネシウムまたはナトリウムを含む。非水電解質二次電池用の正極活物質は、負極活物質が充電状態においてマグネシウムまたはナトリウムを含む非水電解質二次電池用であって、カチオンサイトが欠陥した欠陥スピネル型酸化物を含む。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

マグネシウムは、リチウムと比較して、高い理論容量密度を持ち、資源量が豊富で、安全性が高いなどの利点を有する。このため、マグネシウムを利用した非水電解質二次電池の実用化が期待されている。しかしながら、二価のマグネシウムイオンは、一価のリチウムイオンと比較して、相互作用が強く、固相内で拡散しにくい。このため、マグネシウム非水電解質二次電池は、電極反応が遅く、実用的な放電容量が得られにくい。

マグネシウム非水電解質二次電池の放電容量を向上させるために、正極活物質として、マグネシウムを挿入することによってスピネル型結晶構造から岩塩型結晶構造に変化し、マグネシウムを脱離することによって岩塩型結晶構造からスピネル型結晶構造に変化する遷移金属複合酸化物を用いることが検討されている(非特許文献1、2)。結晶構造が岩塩型とスピネル型の2相に変化可能な遷移金属複合酸化物として、非特許文献1には、MgMnおよびMgCoなどが記載されている。また、非特許文献2には、ZnCoおよびZnFeが記載されている。

産業上の利用分野

本発明は、非水電解質二次電池および非水電解質二次電池用の正極活物質に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、非水電解質とを備え、
前記正極活物質は、充電状態においてカチオンサイトが欠陥した欠陥スピネル型酸化物を含み、
前記負極活物質は、充電状態においてマグネシウムまたはナトリウムを含む非水電解質二次電池。

【請求項2】
前記欠陥スピネル型酸化物は、互いに異なる第1カチオンと第2カチオンとを含有する請求項1に記載の非水電解質二次電池。

【請求項3】
前記第1カチオンは、周期表の2族または12族の金属のイオンであり、前記第2カチオンは遷移金属のイオンである請求項2に記載の非水電解質二次電池。

【請求項4】
前記欠陥スピネル型酸化物は、前記第1カチオン1モルに対して、前記第2カチオンを0.5モル以上1.5モル以下の範囲内の量にて含有する請求項2または3に記載の非水電解質二次電池。

【請求項5】
前記欠陥スピネル型酸化物が、下記の一般式(1)で表される化合物である請求項1に記載の非水電解質二次電池。
・・・(1)
(上記の一般式(1)において、Aは、周期表の2族または12族の金属のイオンを表し、Bは、遷移金属のイオンを表し、xとyとzは、0.5≦y/x≦1.5、2≦x+y<z、3≦z≦4を満足する数を表す。)

【請求項6】
負極活物質が充電状態においてマグネシウムまたはナトリウムを含む非水電解質二次電池用であって、
カチオンサイトが欠陥した欠陥スピネル型酸化物を含む非水電解質二次電池用の正極活物質。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019155969thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) 市坪研究室
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