特許ウォッチ

公開番号2025063002
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-15
出願番号2024161106
出願日2024-09-18
発明の名称正極活物質及び水系電池
出願人トヨタ自動車株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20250408BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池の正極活物質として機能し得る新規材料を開示する。
【解決手段】本開示の正極活物質は、空間群C2/mに属する単斜晶系結晶構造を有し、かつ、組成式:A_xMn_1-yBi_yO₂・zH₂O(A:Na及びKのうちの一方又は両方、0<x<1、0<y<1、0<z<2)で表される組成を有する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質であって、
空間群Ｃ２／ｍに属する単斜晶系結晶構造を有し、
組成式：Ａ
ｘ
Ｍｎ
１－ｙ
Ｂｉ
ｙ
Ｏ
２
・ｚＨ
２
Ｏ
Ａ：Ｎａ及びＫのうちの一方又は両方
０＜ｘ＜１
０＜ｙ＜１
０＜ｚ＜２
で表される組成を有し、かつ
水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを含む水系電解液を有する水系電池に用いられる、
正極活物質。
続きを表示（約 410 文字）【請求項２】
水系電池であって、
正極活物質層、水系電解液及び負極活物質層を有し、
前記正極活物質層が、請求項１に記載の正極活物質を含み、
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
【請求項３】
請求項２に記載の水系電池であって、
前記水系電解液が、水と、前記水１ｋｇあたり２．０ｍｏｌ以上の濃度で溶解したポリリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
【請求項４】
請求項２に記載の水系電池であって、
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解した前記ポリリン酸カリウムとしてのピロリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
【請求項５】
請求項２～４のいずれか１項に記載の水系電池であって、
前記水系電解液のｐＨが、３以上１３以下である、
水系電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、正極活物質及び水系電池を開示する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非水系カリウムイオン電池の正極材料としてＫ
ｘ
Ｍ
ｙ
Ｍｎ
１－ｙ
Ｏ
２
（Ｍ：Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ又はこれらの組み合わせ）で表される層状カリウム金属酸化物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／２３７３８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池に使用可能な新たな正極活物質が求められている。
【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＞
正極活物質であって、
空間群Ｃ２／ｍに属する単斜晶系結晶構造を有し、
組成式：Ａ
ｘ
Ｍｎ
１－ｙ
Ｂｉ
ｙ
Ｏ
２
・ｚＨ
２
Ｏ
Ａ：Ｎａ及びＫのうちの一方又は両方
０＜ｘ＜１
０＜ｙ＜１
０＜ｚ＜２
で表される組成を有し、かつ
水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを含む水系電解液を有する水系電池に用いられる、
正極活物質。
＜態様２＞
水系電池であって、
正極活物質層、水系電解液及び負極活物質層を有し、
前記正極活物質層が、態様１の正極活物質を含み、
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
＜態様３＞
態様２の水系電池であって、
前記水系電解液が、水と、前記水１ｋｇあたり２．０ｍｏｌ以上の濃度で溶解したポリリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
＜態様４＞
態様２又は３の水系電池であって、
前記水系電解液が、水と、前記水に溶解した前記ポリリン酸カリウムとしてのピロリン酸カリウムとを含む、
水系電池。
＜態様５＞
態様２～４のいずれかの水系電池であって、
前記水系電解液のｐＨが、３以上１３以下である、
水系電池。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の正極活物質は、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池の正極活物質として使用可能である。
【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。
実施例及び比較例に係る正極活物質のＸ線回折パターンを示している。
実施例及び比較例に係るセルの放電曲線を示している。
水系電解液中のピロリン酸カリウム濃度と水系電解液のイオン伝導度との関係を示している。
水系電解液中のピロリン酸カリウム濃度と水系電解液のｐＨとの関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．正極活物質
カリウムイオンを含む強アルカリではない水系電解液において活物質として機能し得る無機化合物の報告例は少ない。どのような無機化合物が活物質として使用可能であるかの知見も少なく、数ある無機化合物の活性を一つ一つ確認しているのが現状である。特に、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を用いた水系電池についての研究はまだまだ発展途上であり、活物質の報告例はさらに少ない。この点、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池に使用可能な新たな正極活物質が求められている。例えば、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池用正極活物質は、放電容量に関して改善の余地がある。本発明者らは、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池の正極活物質として機能する新規材料の探索を行ったところ、以下に開示される複合酸化物が、ポリリン酸カリウムを含む水系電解液を有する水系電池の正極活物質として高い放電容量を有することを見出した。
【０００９】
本開示の正極活物質は、空間群Ｃ２／ｍに属する単斜晶系結晶構造を有し、組成式：Ａ
ｘ
Ｍｎ
１－ｙ
Ｂｉ
ｙ
Ｏ
２
・ｚＨ
２
Ｏ（Ａ：Ｎａ及びＫのうちの一方又は両方、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜２）で表される組成を有し、かつ、水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを含む水系電解液を有する水系電池に用いられる。本開示の正極活物質は、このような結晶構造及び組成を有することで、水系電解液に含まれるイオンを電荷補償イオンとして吸蔵及び放出し得る。
【００１０】
１．１結晶構造
本開示の正極活物質は、空間群Ｃ２／ｍに属する単斜晶系結晶構造を有する。本開示の正極活物質は、例えば、ＣｕＫαを線源とするＸ線回折パターンにおいて、少なくとも、２θ＝１２．２°±０．５°、２４．５°±１．０°に回折ピークを有するものであってもよい。回折ピークの位置は、正極活物質を構成するＭｎ及びＢｉのモル比等によって変化し得る。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許