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公開番号2024159011
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023074723
出願日2023-04-28
発明の名称正極材料、その製造方法及び亜鉛負極二次電池
出願人兵庫県公立大学法人
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H01M 4/583 20100101AFI20241031BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高エネルギー密度で安定して充放電可能な高容量及び高サイクル特性の亜鉛負極二次電池用の正極材料、その製造方法及び当該正極材料を用いた亜鉛負極二次電池をもたらす。
【解決手段】亜鉛負極二次電池用の正極材料は、正極活物質として層状構造を有する炭素材料を含み、前記炭素材料の層間距離は、黒鉛の層間距離である0.335nmよりも大きく、かつ0.66nm未満である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
亜鉛負極二次電池用の正極材料であって、
正極活物質として、層状構造を有する炭素材料を含み、
前記炭素材料の層間距離は、黒鉛の層間距離である０．３３５ｎｍよりも大きく、かつ０．６６ｎｍ未満である、正極材料。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記炭素材料の層間距離は、０．３４５ｎｍ以上０．５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の正極材料。
【請求項３】
前記炭素材料は、炭素原子と、該炭素原子と共有結合により結合した酸素原子とを構成元素とする、請求項１に記載の正極材料。
【請求項４】
前記炭素材料に含まれる前記酸素原子の含有量は、３８原子％未満である、請求項３に記載の正極材料。
【請求項５】
前記炭素材料に含まれる前記酸素原子の含有量は、２原子％以上３０原子％以下である、請求項４に記載の正極材料。
【請求項６】
請求項３～５のいずれか１項に記載された正極材料の製造方法であって、
黒鉛粉末を酸化後に２００℃以上８００℃以下の温度で熱処理を施して前記炭素材料を得る、正極材料の製造方法。
【請求項７】
正極と、負極と、電解液とを備え、
前記正極は、請求項１～５のいずれか１項に記載の正極材料を含む、亜鉛負極二次電池。
【請求項８】
前記電解液は、水系電解液である、請求項７に記載の亜鉛負極二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、亜鉛負極二次電池用の正極材料、その製造方法及び当該正極材料を用いた亜鉛負極二次電池に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
資源が豊富で入手しやすい亜鉛（理論容量８２０ｍＡｈ／ｇ）を負極に用いる亜鉛負極二次電池は、低コストで比較的エネルギー密度が高く、且つ安全性にも優れている。亜鉛負極二次電池では、充電時の負極における亜鉛のデンドライト生成を抑制することが課題の１つである。当該デンドライト生成を抑制しつつ充放電を進行させるための電解液として、例えば濃塩化亜鉛水溶液、濃アルカリ水溶液等の水系電解液や、亜鉛ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（Ｚｎ（ＴＦＳＩ）
２
）のアセトニトリル溶液等の有機系電解液を用いることが検討されている（特許文献１、２、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１７３００５号公報
特表２０１６－５１３３５４号公報
【非特許文献】
【０００４】
Y. Zeng et al., Advanced Materials, 29, 1700274 (2017)
N. Zhang et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 32978-32986 (2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水系電解液を用いる場合、正極活物質としては、例えばＮｉ（ＯＨ）
２
、ＭｎＯ
２
、Ａｇ
２
Ｏ等が用いられるが、容量があまり大きくないことや、サイクル特性に難があることなどの問題があった。
【０００６】
また、特許文献１では正極材料に活性炭を採用しているが、容量やサイクル特性については確認されていない。さらに、特許文献２では正極材料にナノカーボン材料を採用しているが、報告された１０００ｍＡｈ／ｇを超える容量はＬｉＣ
６
を上回るＣ
４．４
Ｚｎの組成に相当する。当該結果ではエネルギー密度が高すぎるため、実際には集電体の反応等の他の要因による影響が考えられ、信頼性に欠ける。また、特許文献２では、サイクル特性については具体的な結果が示されていない。
【０００７】
有機系電解液を用いる非特許文献２では、正極材料として黒鉛を用いており、サイクル安定性は確認されているが、依然として容量は小さいのが現状である。
【０００８】
そこで、本開示では、高エネルギー密度で安定して充放電可能な高容量及び高サイクル特性の亜鉛負極二次電池用の正極材料、その製造方法及び当該正極材料を用いた亜鉛負極二次電池をもたらすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、ここに開示する正極材料の一態様は、亜鉛負極二次電池用の正極材料であって、正極活物質として、層状構造を有する炭素材料を含み、前記炭素材料の層間距離は、黒鉛の層間距離である０．３３５ｎｍよりも大きく、かつ０．６６ｎｍ未満である。
【００１０】
例えば特許文献１では、正極活物質として活性炭、電解液として濃塩化亜鉛水溶液を採用している。この電池系では、溶液中で、２ＺｎＣｌ
２
→ＺｎＣｌ
４
－
＋Ｚｎ
２＋
等の反応により錯形成が進行し、ＺｎＣｌ
ｘ
－
等のイオンが生成する。そうして、当該イオンが活性炭の表面に吸着されることで、蓄電が進行すると考えられる。もっとも、活性炭では、イオンは表面吸着により貯蔵されるだけであるから、大きな容量は見込めない。
（【００１１】以降は省略されています）

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