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公開番号2025125967
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2024022285
出願日2024-02-16
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 20100101AFI20250821BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水系電池においてAlを含む集電体が採用された場合に、集電体から水系電解液へのAlの溶出を抑制することが可能な技術を開示する。
【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、前記正極及び前記負極のうちの一方又は両方が、Alを含む集電体を有し、前記集電体が、前記水系電解液と接触し、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有し、前記水系電解液に含まれるプロトン、水酸化物イオン及びポリリン酸イオンのうちの少なくとも1つが、キャリアイオンとして動作し、前記水系電解液が、-40℃以上において凝固点を有しないものである。
【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、
前記正極及び前記負極のうちの一方又は両方が、Ａｌを含む集電体を有し、
前記集電体が、前記水系電解液と接触し、
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有し、
前記水系電解液に含まれるプロトン、水酸化物イオン及びポリリン酸イオンのうちの少なくとも１つが、キャリアイオンとして動作し、
前記水系電解液が、－４０℃以上において凝固点を有しない、
水系電池。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記水系電解液が、０℃から－４０℃にまで冷却された場合に、塩の析出を伴わない、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項３】
少なくとも前記正極が、前記集電体を有する、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項４】
前記水系電解液が、前記水と、前記水１ｋｇあたり４ｍｏｌ以上７ｍｏｌ以下の濃度にて溶解された前記ポリ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５】
前記水系電解液が、２０℃において、４０ｍＰａ・ｓ以上３５０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、
請求項１に記載の水系電池。
【請求項６】
バイポーラ構造を有し、前記集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、前記集電体の他方の面に負極活物質層が形成されている、
請求項１～５のいずれか１項に記載の水系電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は水系電池を開示する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水系電池に用いられる水系電解液であって、水と、前記水１ｋｇあたり２ｍｏｌ以上の濃度にて溶解されたピロリン酸カリウムとを含むものが開示されている。特許文献１に開示された水系電解液を用いて水系電池を構成した場合、当該水系電解液の還元側電位窓が広いことから、水系電池を充放電した場合でも、負極表面における水系電解液の分解が抑制され易い。また、特許文献１においては、水系電解液の評価の際、電極集電体としてＴｉ箔やＡｕ箔を用いている。
【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】
従来の水系電池は、集電体の腐食対策に関して、改善の余地がある。例えば、水系電池において、集電体としてＡｌを含むもの採用した場合、電池の充放電に伴って集電体から水系電解液へとＡｌが溶出し易い。水系電池においてＡｌを含む集電体が採用される場合、集電体から水系電解液へのＡｌの溶出を抑制するための新たな技術が必要となる。
【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、
前記正極及び前記負極のうちの一方又は両方が、Ａｌを含む集電体を有し、
前記集電体が、前記水系電解液と接触し、
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有し、
前記水系電解液に含まれるプロトン、水酸化物イオン及びポリリン酸イオンのうちの少なくとも１つが、キャリアイオンとして動作し、
前記水系電解液が、－４０℃以上において凝固点を有しない、
水系電池。
＜態様２＞
前記水系電解液が、０℃から－４０℃にまで冷却された場合に、塩の析出を伴わない、
態様１の水系電池。
＜態様３＞
少なくとも前記正極が、前記集電体を有する、
態様１又は２の水系電池。
＜態様４＞
前記水系電解液が、前記水と、前記水１ｋｇあたり４ｍｏｌ以上７ｍｏｌ以下の濃度にて溶解された前記ポリリン酸カリウムとを含む、
態様１～３のいずれかの水系電池。
＜態様５＞
前記水系電解液が、２０℃において、４０ｍＰａ・ｓ以上３５０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有する、
態様１～４のいずれかの水系電池。
＜態様６＞
バイポーラ構造を有し、前記集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、前記集電体の他方の面に負極活物質層が形成されている、
態様１～５のいずれかの水系電池。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の水系電池によれば、集電体から水系電解液へのＡｌの溶出が抑制され易い。
【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。
水系電池の構成の一例を概略的に示している。
実施例の電気化学セルにおいて、０．５ｍの水系電解液を用い、且つ、酸化側の定電流を流した場合の時間－電位曲線を示している。
実施例の電気化学セルにおいて、５ｍの水系電解液を用い、且つ、酸化側の定電流を流した場合の時間－電位曲線を示している。
実施例の電気化学セルにおいて、１ｍの水系電解液を用い、且つ、還元側の定電流を流した場合の時間－電位曲線を示している。
実施例の電気化学セルにおいて、５ｍの水系電解液を用い、且つ、還元側の定電流を流した場合の時間－電位曲線を示している。
評価用セルの充放電曲線を示している。集電体としてＡｌ箔を用いた場合である。
評価用セルの充放電曲線を示している。集電体としてＴｉ箔を用いた場合である。
水系電解液の濃度と結晶化ピーク温度（凝固点）との関係を示すグラフである。
水系電解液の濃度と結晶化ピーク強度との関係を示すグラフである。
水系電解液の濃度とガラス転移温度との関係を示すグラフである。
水系電解液の濃度と粘度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．水系電池
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。前記正極１０及び前記負極３０のうちの一方又は両方は、Ａｌを含む集電体を有する。前記集電体は、前記水系電解液２０と接触する。前記水系電解液２０は、水と、前記水に溶解したポリリン酸カリウムとを有する。水系電池１００においては、前記水系電解液２０に含まれるプロトン、水酸化物イオン及びポリリン酸イオンのうちの少なくとも１つが、キャリアイオンとして動作する。前記水系電解液２０は、－４０℃以上において凝固点を有しない。
【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等を含んでいてもよい。また、正極活物質層１１はその他に各種の添加剤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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