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公開番号2024125009
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-13
出願番号2023033063
出願日2023-03-03
発明の名称ナトリウムイオン電池用部材、ナトリウムイオン電池用部材の形成材料、及び、ナトリウムイオン電池
出願人学校法人工学院大学
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H01M 10/054 20100101AFI20240906BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ナトリウムイオン電池に有用なナトリウムイオン電池用部材、それを形成するためのナトリウムイオン電池用部材の形成材料、及び、それを用いたナトリウムイオン電池を提供すること。
【解決手段】式(A):Na₅RSi₄O₁₂(N5)(R=希土類元素)で示され、前記Siの一部がV、P、及びGeから選択される元素で置換されてなるN5型結晶相の単一相を含む結晶化ガラスを含有するナトリウムイオン電池用部材、それを形成するためのナトリウムイオン電池用部材の形成材料及びそれを利用したナトリウムイオン電池。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
式（Ａ）：Ｎａ
５
ＲＳｉ
４
Ｏ
１２
（Ｎ５）で示され、前記Ｓｉの一部がＶ、Ｐ、及びＧｅから選択される元素で置換されてなるＮ５型結晶相の単一相を含む結晶化ガラスを含有するナトリウムイオン電池用部材。
式（Ａ）中、Ｒは希土類元素を示す。
続きを表示（約 370 文字）【請求項２】
正極、負極、又は固体電解質層である請求項１に記載のナトリウムイオン電池用部材。
【請求項３】
式（Ｂ）：Ｎａ
３＋３ｘ－ｙ
Ｒ
１－ｘ
Ｘ
ｙ
Ｓｉ
３－ｙ
Ｏ
９
で示される結晶化ガラス前駆体からなるナトリウムイオン電池用部材の形成材料。
式（Ｂ）中、Ｒは希土類元素を示し、ＸはＶ、Ｐ、及びＧｅから選択される元素を示し、ｘは０～１を示し、ｙは０～３を示す。
【請求項４】
正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に設けられた固体電解質層を備え、
前記正極、前記負極、及び前記固体電解質層の少なくとも一つが、請求項１に記載のナトリウムイオン電池用部材で構成されているナトリウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ナトリウムイオン電池用部材、ナトリウムイオン電池用部材の形成材料、及び、ナトリウムイオン電池に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート型パソコンの電源、自動車等の主電源として幅広く利用されているリチウムイオン電池は、他の電池と比べエネルギー密度が高く、自己放電も少ないことが特徴である。しかし、電解質において支持塩をイオン解離させるための溶媒には、エステル、エーテルなどの有機溶媒が使用されている。この有機溶媒が可燃性の物質であるために、リチウムイオン電池の安全性の確保に注意を払わなくてはならない。また、電解液が有機溶媒であるため電極と酸化分解し電極表面に生成物を生じさせたり、電極内部での膨張又は収縮によって内部が変形したりしてしまうことで伝導度が低下してしまう。
また、リチウムイオン電池の課題として、リチウムの原料価格高騰、資源枯渇が懸念されている。
そのため、地殻中に豊富に存在し安価な材料であるナトリウムを使用したナトリウムイオン電池が次世代電池として注目されている。
【０００３】
例えば、ナトリウムイオン電池の電極材として、３７．５Ｎａ
２
Ｏ－２５Ｖ
２
Ｏ
５
－３７．５Ｐ
２
Ｏ
５
を含む結晶化ガラスが報告されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
公益社団法人日本セラミック協会２０１９年年会講演予稿集3J25「Preparation of Crystalline Na3V2(PO4)3by Glass-Ceramic Process (Kyushu Univ.) Sai Niu, Hirofumi Akamatsu, Yuto Akiyama, George Hasegawa, Katsuro Hayashi」
Solid State Ionics 179 (2008) 1291-1295 "Effect of substitution of Si with V and Mo on ionic conductivity of Na5YSi4O12-type glass-ceramics(Toshinori Okura, Tatsuya Takahashi, Hideki Monma, Kimihiro Yamashita)"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年、ナトリウムイオン電池の高性能化の要請から、有用な電極材又は電解質層の開発が望まれている。
【０００６】
なお、ナトリウム硫黄電池用の電解質層の材料として、非特許文献２には、「Ｎａ
３＋３ｘ-ｙ
Ｙ
１-ｘ
Ｖ
ｙ
Ｓｉ
３－ｙ
Ｏ
９
（ＮＹＶＳ）又はＮａ
３＋３ｘ－２ｙ
Ｙ
１－ｘ
Ｍｏ
ｙ
Ｓｉ
３－ｙ
Ｏ
９
（ＮＹＭＳ）のガラス、Ｓｉの一部をＶ又はＭｏで置換したＮａ
５
ＹＳｉ
４
Ｏ
１２
型の結晶化ガラス（Ｙは希土類元素を示す）」が開示されている。
しかし、非特許文献２の電解質層の材料は、作動温度３００～３５０℃と高温で作動するナトリウム硫黄電池用途として記載されていており、作動温度－１０～１００℃（具体的には、例えば室温付近）と低温で作動するナトリウム電池用途としては検討されていない。
【０００７】
本開示の課題は、ナトリウムイオン電池に有用なナトリウムイオン電池用部材、それを形成するためのナトリウムイオン電池用部材の形成材料及び、及び、それを用いたナトリウムイオン電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題の解決手段は、以下の実施形態を含む。
＜１＞
式（Ａ）：Ｎａ
５
ＲＳｉ
４
Ｏ
１２
（Ｎ５）で示され、前記Ｓｉの一部がＶ、Ｐ、及びＧｅから選択される元素で置換されてなるＮ５型結晶相の単一相を含む結晶化ガラスを含有するナトリウムイオン電池用部材。
式（Ａ）中、Ｒは希土類元素を示す。
＜２＞
正極、負極、又は固体電解質層である＜１＞に記載のナトリウムイオン電池用部材。
＜３＞
式（Ｂ）：Ｎａ
３＋３ｘ－ｙ
Ｒ
１－ｘ
Ｘ
ｙ
Ｓｉ
３－ｙ
Ｏ
９
で示される結晶化ガラス前駆体からなるナトリウムイオン電池用部材の形成材料。
式（Ｂ）中、Ｒは希土類元素を示し、ＸはＶ、Ｐ、及びＧｅから選択される元素を示し、ｘは０～１を示し、ｙは０～３を示す。
＜４＞
正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に設けられた固体電解質層を備え、
前記正極、前記負極、及び前記固体電解質層の少なくとも一つが、＜１＞に記載のナトリウムイオン電池用部材で構成されているナトリウムイオン電池。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、ナトリウムイオン電池に有用なナトリウムイオン電池用部材、それを形成するためのナトリウムイオン電池用部材の形成材料及び、及び、それを用いたナトリウムイオン電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示のナトリウムイオン電池の一例を示す概略構成図である。
図２は、実施例Ａで作製したＹＶ３０系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図３は、実施例Ａで作製したＹＶ４０系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図４は、実施例Ａで作製したＹＶ５０系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図５は、実施例Ａで作製したＹＶ０３０１系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図６は、実施例Ａで作製したＹＶ０３０２系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図７は、実施例Ａで作製したＹＶ０３０３系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図８は、実施例Ａで作製したＹＶ０４０２系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図９は、実施例Ａで作製したＹＶ０４０３系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図１０は、実施例Ａで作製したＹＶ０４０４系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図１１は、実施例Ａで作製したＹＶ０５０３系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図１２は、実施例Ａで作製したＹＶ０５０４系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図１３は、実施例Ａで作製したＹＶ０５０５系ガラスのＸＲＤパターンを示すグラフである。
図１４は、実施例Ｂにおけるイオン伝導度の結果を示すグラフである。
図１５は、実施例Ｃで作製した電池の定電流充放電試験で得られた充放電曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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