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公開番号2024032418
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-12
出願番号2022136065
出願日2022-08-29
発明の名称亜鉛負極二次電池、及び、亜鉛負極二次電池の正極の製造方法
出願人国立大学法人京都大学
代理人個人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20240305BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電特性に優れた亜鉛負極二次電池を提供する。
【解決手段】本開示の亜鉛負極二次電池は、比表面積が1400m²/g以上3500m²/g以下の活性炭を含む正極と、亜鉛負極と、水系電解質と、を備える。本開示の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法は、炭素材料を薬剤賦活するステップを含む。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
比表面積が１４００ｍ
２
／ｇ以上３５００ｍ
２
／ｇ以下の活性炭を含む正極と、
亜鉛負極と、
水系電解質と、
を備えた、亜鉛負極二次電池。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記活性炭は、薬剤賦活された活性炭である、請求項１に記載の亜鉛負極二次電池。
【請求項３】
前記水系電解質は、ＫＯＨ、ＺｎＣｌ
２
、ＺｎＳＯ
４
からなる群から選ばれた少なくとも一種又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載の亜鉛負極二次電池。
【請求項４】
活性炭を含む正極と、亜鉛負極と、水系電解質と、を備えた、亜鉛負極二次電池の正極の製造方法であって、前記方法は、
炭素材料を薬剤賦活するステップを含む、
亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項５】
前記薬剤賦活に用いられる薬剤は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ、ＺｎＣｌ
２
、Ｈ
３
ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
５
、Ｋ
２
ＳＯ
４
、Ｋ
２
ＣＯ
３
、及び、Ｋ
２
Ｓからなる群から選ばれた少なくとも一種又はそれらの組み合わせである、請求項４に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項６】
前記薬剤賦活に用いられる薬剤は、ＫＯＨ、ＺｎＣｌ
２
、及び、Ｈ
３
ＰＯ
４
からなる群から選ばれた少なくとも一種又はそれらの組み合わせである、請求項４に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項７】
前記薬剤賦活に用いられる炭素材料は、メソカーボンマイクロビーズである、請求項４に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項８】
前記メソカーボンマイクロビーズの平均粒径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項７に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項９】
前記薬剤賦活に用いられる炭素材料は、炭素繊維である、請求項４に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。
【請求項１０】
前記薬剤賦活するステップにおいては、前記炭素材料と、薬剤と、水とを混合して、４００℃以上１２００℃以下に加熱する、請求項４に記載の亜鉛負極二次電池の正極の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、亜鉛負極二次電池、及び、亜鉛負極二次電池の正極の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、薄型化、軽量化が進む中、電子機器の電源用の電池や、電子機器のバックアップ用電池として、高エネルギー密度で充電でき、高効率で放電できる二次電池が注目を集めている。二次電池は、電気自動車の動力源や、分散型の電力貯蔵用電池としての開発も行われている。しかしながら、現状の最も普及しているリチウムイオン二次電池では、有機電解液が使用されるため、電池が短絡した場合に、発煙、発火、爆発の危険性がある。こうしたことから、有機電解液を使用しない水系電池として、亜鉛を負極に用いた亜鉛負極二次電池の開発が活発に行われている。とりわけ、正極に炭素材料を用いた亜鉛―炭素電池は、軽量かつ低コストになるため、注目されている。正負極にそれぞれ炭素、亜鉛を用いた最近の二次電池の報告としては、非特許文献１が知られている。非特許文献１によれば、活性炭クロスを用いた炭素正極で硫酸亜鉛および過塩素酸亜鉛の電解系を用いた場合の容量はそれぞれ３４、５０Ａｈ／ｋｇである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｊ．Ｅｓｋｕｓｓｏｎｅｔ．ａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０２２１６９０２０５１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示の亜鉛―炭素電池によれば、正極炭素材料の容量が、３４、５０Ａｈ／ｋｇの二次電池を得ることができる。しかしながら、実用化のためには、さらなる容量向上が求められる。その上、充放電サイクル特性、及び長期間にわたる高い充放電効率も求められている。
【０００５】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、高容量、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電効率を維持できる亜鉛―炭素電池の製作に有用な炭素材の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、薬剤賦活によって製造される活性炭を正極材料にすることによって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本開示の一態様は、活性炭を含む正極と、亜鉛負極と、水系電解質と、を備えた、亜鉛負極二次電池の正極の製造方法である。亜鉛負極二次電池の正極の製造方法は、炭素材料を薬剤賦活するステップを含む。
【０００８】
炭素材料を薬剤賦活することにより、高容量、充放電サイクル特性に優れ、長期間にわたり高い充放電効率を維持できる亜鉛負極二次電池の正極を製造できる。
【０００９】
前記薬剤賦活に用いられる薬剤（賦活助剤）は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ、ＺｎＣｌ
２
、Ｈ
３
ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
５
、Ｋ
２
ＳＯ
４
、Ｋ
２
ＣＯ
３
、及び、Ｋ
２
Ｓからなる群から選ばれた少なくとも一種又はそれらの組み合わせであってもよい。
【００１０】
前記薬剤賦活に用いられる炭素材料の一例は、メソカーボンマイクロビーズである。前記メソカーボンマイクロビーズの平均粒径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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