碱金属电池用电极活性物质、含有该电极活性物质的电极以及碱金属电池制造技术

本发明专利技术的课题在于提供一种能够提供充放电寿命长、高容量的碱金属电池的电极活性物质。通过碱金属电池用电极活性物质解决课题，该碱金属电池用电极活性物质的特征在于，用式A

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱金属电池用电极活性物质、含有该电极活性物质的电极以及碱金属电池


[0001]本专利技术涉及一种碱金属电池用电极活性物质、含有所述电极活性物质的电极和碱金属电池。更具体地，本专利技术涉及能够提供具有长充放电寿命和高容量的碱金属电池的电极活性物质，含有所述电极活性物质的电极，以及具有长充放电寿命和高容量的碱金属电池。

技术介绍

[0002]近年来，在电动汽车、混合动力汽车等汽车、太阳能电池、风力发电等发电装置中，为了储存电力而对锂离子电池的需求增大。
[0003]另外，从确保安全性的观点出发，电解质层不使用液体而使用固体电解质的全固体电池正在积极研究。
[0004]在此，锂离子电池或全固体电池由正极、电解质层和负极的层叠体构成。其中，作为全固体电池的正极活性物质所含的正极活性物质，例如在国际公开WO2016/063877号(专利文献1)中提出了由A2S
·
AX(式中，A为碱金属，X选自I、Br、Cl、F、BF4、BH4、SO4、BO3、PO4、O、Se、N、P、As、Sb、PF6、AsF6、ClO4、NO3、CO3、CF3SO3、CF3COO、N(SO2F)2和N(CF3SO2)表示的全固体二次电池用正极活性物质。
[0005]由于上述正极活性物质的传导性低，因此需要与固体电解质、导电助剂混合。通过混合，导电性提高，但正极活性物质在正极中所占的量减少，由此存在容量降低的问题。
[0006]为了解决上述课题，林、辰巳砂他、日本化学会年会(2017)(非专利文献1)提出了即使不与固体电解质、导电助剂混合也显示充分的传导性的正极活性物质。非专利文献1中报告了通过使用Li2S
‑
V2S3‑
S(Li3VS4)作为正极活性物质，即使不与固体电解质、导电助剂混合也能够进行充放电。
[0007]现有技术文件
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：国际公开WO2016/063877号
[0010]非专利文献1：林、辰巳砂他、日本化学会年会(2017)

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的问题
[0012]在非专利文献1中，记载有图1所示的充放电曲线。从图1可知，容量随着循环次数的增加而减小。因此，即使是该正极活性物质其充放电寿命和容量也不充分，期望提供一种电极活性物质，其能够提供充放电寿命更长、更高容量的碱金属电池。
[0013]解决问题的手段
[0014]本专利技术的专利技术人发现，在通过将电解质的作用赋予活性物质而能够进一步提高离子传导性和电子传导性的概念下，当在含有硫作为构成组分的电极活性物质中进一步含有
特定的过渡金属和阴离子成分作为构成组分时，能够提供充放电寿命更长、更高容量的碱金属电池，从而完成了本专利技术。
[0015]因此，根据本专利技术，提供一种碱金属电池用电极活性物质，其特征在于，所述碱金属电池用电极活性物质用下式表示，
[0016]A
a1
MS
a2
X
a3
[0017]式中，A选自Li和Na，M选自作为4～6族元素的V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和W，X选自F、Cl、Br、I、CO3、SO3、SO4、NO3、BH4、BF4、PF6、ClO4、CF3SO3、(CF3SO2)2N、(C2F5SO2)2N、(FSO2)2N和[B(C2O4)2]，a1为1
‑
9，a2为2
‑
6，a3为0
‑
1，其中在a1为3且a3为0时，a2不为4，并且在M不含V时，a3>0。
[0018]另外，根据本专利技术，提供一种含有上述电极活性物质的碱金属电池用电极。
[0019]进而，根据本专利技术，提供一种碱金属电池，其具备正极和负极、以及位于正极与负极之间的电解质层，所述电极即正极或负极或其两者含有上述电极活性物质。
[0020]本专利技术的效果
[0021]根据本专利技术，能够提供一种电极活性物质，其能够提供充放电寿命更长、更高容量的碱金属电池。
[0022]另外，在具有以下构成的任意一种的情况下，能够提供充放电寿命更长、或者能够提供更高容量的碱金属电池的电极活性物质。
[0023](1)A选自Li，M选自V，X选自Cl、Br、I和SO4。
[0024](2)式：A
a1
MS
a2
X
a3
用(Li2S)
b1
‑
(V2S3)
b2
‑
(Li
c
X)
b3
(b1/b2为1～9，b3/b2为0.1～1.5，c为1～2)表示。
[0025](3)A选自Na，M选自V，X选自Cl、Br、I和SO4。
[0026](4)碱金属电池是全固体电池。
[0027](5)碱金属电池具备正极和负极、以及位于正极与负极之间的固体电解质层，电极不含固体电解质。
附图说明
[0028]图1是非专利文献1中记载的充放电曲线。
[0029]图2是实施例1的电极活性物质的XRD图谱。
[0030]图3是实施例1的全固体电池的初始充放电曲线。
[0031]图4A是使用由以67：33的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0032]图4B是使用由以70：30的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0033]图4C是使用由以75：25的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0034]图5A是使用由以67：33的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池的、从充电状态开始充放电时的充放电曲线。
[0035]图5B是使用由以67：33的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池从放电状态开始充放电时的充放电曲线。
[0036]图6是实施例2的电极活性物质的XRD图谱。
[0037]图7A是使用由以75：25的摩尔比含有Li2S：V2S3的电极活性物质构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0038]图7B是使用由90(0.75Li2S
·
0.25V2S3)
·
10LiCl构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0039]图7C是使用由90(0.75Li2S
·
0.25V2S3)
·
10LiBr构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0040]图7D是使用由90(0.75Li2S
·
0.25V2S3)
·
10LiI构成的电极的全固体电池的充放电曲线。
[0041]图7E是使用由90(0.75Li2S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碱金属电池用电极活性物质，其特征在于，所述碱金属电池用电极活性物质用下式表示，A
a1
MS
a2
X
a3
式中，A选自Li和Na，M选自第4～6族元素(V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和W)，X选自F、Cl、Br、I、CO3、SO4、NO3、BH4、BF4、PF6、ClO4、CF3SO3、(CF3SO2)2N、(C2F5SO2)2N、(FSO2)2N和[B(C2O4)2]，a1为1～9，a2为2～6，a3为0<a3≤1。2.根据权利要求1所述的碱金属电池用电极活性物质，其中，所述A含有Li，M含有V，X含有选自Cl、Br、I和SO4中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的碱金属电池用电极活性物质，其中，所述式A
a1
MS
a2
X
a3
用(Li2S)
b1
‑
(V2S3)
b2
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：作田敦，林晃敏，辰巳砂昌弘，
申请(专利权)人：公立大学法人大阪，
类型：发明
国别省市：