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公開番号2024089305
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2022204583
出願日2022-12-21
発明の名称水系電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20240626BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水系電池の負極活物質として機能し得る新規の無機化合物及びそれを用いた水系電池を開示する。
【解決手段】本開示の水系電池は、正極、水系電解液及び負極を有し、前記水系電解液が、水と、アルカリ金属イオン又は亜鉛イオンとを含み、前記負極が、負極活物質としての無機化合物を含み、前記無機化合物が、空間群I23に属する結晶構造を有するものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水系電池であって、正極、水系電解液及び負極を有し、
前記水系電解液が、水と、アルカリ金属イオン又は亜鉛イオンとを含み、
前記負極が、負極活物質としての無機化合物を含み、
前記無機化合物が、空間群Ｉ２３に属する結晶構造を有する、
水系電池。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記無機化合物が、元素Ａと元素ＭとＯとを含み、
前記元素Ａが、Ｂｉ及びＬａのうちの少なくとも１つであり、
前記元素Ｍが、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項３】
前記元素Ａが、Ｂｉである、
請求項２に記載の水系電池。
【請求項４】
前記元素Ｍが、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
請求項２に記載の水系電池。
【請求項５】
前記元素Ａが、Ｂｉであり、
前記元素Ｍが、Ｍｎ、Ｆｅ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
請求項２に記載の水系電池。
【請求項６】
前記水系電解液が、水と、アルカリ金属イオンとを含む、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項７】
前記水系電解液が、水と、カリウムイオンとを含む、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項８】
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解したピロリン酸カリウムとを含む、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項９】
前記水系電解液が、水と、カリウムイオンとを含み、
前記カリウムイオンに対する前記水のモル比（Ｈ
２
Ｏ／Ｋ）が、３．５以下であり、
前記水系電解液が、前記水に溶解したピロリン酸カリウムを含む、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項１０】
前記水系電解液のｐＨが、３以上１３以下である、
請求項１～９のいずれか１項に記載の水系電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は水系電解液を有する水系電池を開示する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
水系カリウムイオン電池や水系亜鉛イオン電池といった各種の水系電池が知られている。水系電池は、水系電解液を有する電池である（例えば、特許文献１）。水系電池の活物質としては、プルシアンブルーやペリレンといった有機化合物が知られている。例えば、水系カリウムイオン電池の負極活物質としてペリレン誘導体が検討されているものの、実用性に乏しいのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－２２０２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機化合物からなる活物質は、格子内の空間が大きく、エネルギー密度等の観点から不利である。この点、各種の水系電池に使用可能な新たな活物質であって、無機化合物からなるものが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
＜態様１＞
水系電池であって、正極、水系電解液及び負極を有し、
前記水系電解液が、水と、アルカリ金属イオン又は亜鉛イオンとを含み、
前記負極が、負極活物質としての無機化合物を含み、
前記無機化合物が、空間群Ｉ２３に属する結晶構造を有する、
水系電池。
＜態様２＞
前記無機化合物が、元素Ａと元素ＭとＯとを含み、
前記元素Ａが、Ｂｉ及びＬａのうちの少なくとも１つであり、
前記元素Ｍが、Ｂｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
態様１の水系電池。
＜態様３＞
前記元素Ａが、Ｂｉである、
態様２の水系電池。
＜態様４＞
前記元素Ｍが、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
態様２又は３の水系電池。
＜態様５＞
前記元素Ａが、Ｂｉであり、
前記元素Ｍが、Ｍｎ、Ｆｅ及びＮｉのうちの少なくとも１つである、
態様２～４のいずれかの水系電池。
＜態様６＞
前記水系電解液が、水と、アルカリ金属イオンとを含む、
態様１～５のいずれかの水系電池。
＜態様７＞
前記水系電解液が、水と、カリウムイオンとを含む、
態様１～６のいずれかの水系電池。
＜態様８＞
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解したピロリン酸カリウムとを含む、
態様１～７のいずれかの水系電池。
＜態様９＞
前記水系電解液が、水と、カリウムイオンとを含み、
前記カリウムイオンに対する前記水のモル比（Ｈ
２
Ｏ／Ｋ）が、３．５以下であり、
前記水系電解液が、前記水に溶解したピロリン酸カリウムを含む、
態様１～８のいずれかの水系電池。
＜態様１０＞
前記水系電解液のｐＨが、３以上１３以下である、
態様１～９のいずれかの水系電池。
＜態様１１＞
前記水系電解液が、－６０℃以上において凝固点を有しない、
態様１～１０のいずれかの水系電池。
＜態様１２＞
前記水系電解液が、０℃から－６０℃にまで冷却された場合に、塩の析出を伴わない、
態様１～１１のいずれかの水系電池。
＜態様１３＞
前記水系電解液が、２０℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上３５０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、
態様１～１２のいずれかの水系電池。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の無機化合物は、水系アルカリ金属イオン電池や水系亜鉛イオン電池といった各種の水系電池における負極活物質として使用可能である。水系電池の負極活物質として本開示の無機化合物が採用された場合は、有機化合物が採用された場合と比較して、当該水系電池のエネルギー密度が向上し易い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
水系電池の構成の一例を概略的に示している。
空間群Ｉ２３に属する結晶構造の一例を示している。
実施例１の評価セルの充放電曲線を示している。
実施例２の評価セルの充放電曲線を示している。
実施例３の評価セルの充放電曲線を示している。
実施例４の評価セルの充放電曲線を示している。
実施例５の評価セルの充放電曲線を示している。
実施例１～４の各々の負極活物質についてのＸ線回折ピークを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．水系カリウムイオン電池
以下、図面を参照しつつ、実施形態に係る水系電池について説明するが、本開示の技術は以下の実施形態に限定されるものではない。図１に実施形態に係る水系電池１００の構成を概略的に示す。図１に示されるように、水系電池１００は、正極１０、水系電解液２０及び負極３０を有する。前記水系電解液２０は、水と、アルカリ金属イオン又は亜鉛イオンとを含む。前記負極３０は、負極活物質としての無機化合物を含む。前記無機化合物は、空間群Ｉ２３に属する結晶構造を有する。
【０００９】
１．１正極
正極１０は、水系電池の正極として公知のものをいずれも採用可能である。図１に示されるように、正極１０は、正極活物質層１１と正極集電体１２とを備え得る。
【００１０】
１．１．１正極活物質層
正極活物質層１１は、正極活物質を含む。また、正極活物質層１１は、水系電解液２０に含浸され得る。また、正極活物質層１１は、正極活物質以外に導電助剤やバインダーや各種の添加剤等を含んでいてもよい。正極活物質層１１における各成分の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、正極活物質層１１全体（固形分全体）を１００質量％として、正極活物質の含有量が４０質量％以上、５０質量％以上、６０質量％以上又は７０質量％以上であってもよく、１００質量％以下又は９０質量％以下であってもよい。正極活物質層１１の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状の正極活物質層であってもよい。正極活物質層１１の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、０．１μｍ以上、１μｍ以上又は１０μｍ以上であってもよく、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下又は５００μｍ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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