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公開番号2025133689
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024221932
出願日2024-12-18
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 20100101AFI20250904BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水系電池において動作可能な新規活物質を開示する。
【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する。前記正極は、正極活物質を含み、前記負極は、負極活物質を含む。前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、複合酸化物を含む。前記複合酸化物は、Naと、Fe、Ti、Ni及びMnのうちの少なくとも1種の遷移金属元素と、Oと、を含む。前記水系電解液は、水と、前記水に溶解されたポリリン酸カリウムと、を含む。
【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、
前記正極は、正極活物質を含み、
前記負極は、負極活物質を含み、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、複合酸化物を含み、
前記複合酸化物は、
Ｎａと、
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素と、
Ｏと、
を含み、
前記水系電解液は、
水と、
前記水に溶解されたポリリン酸カリウムと、
を含む、
水系電池。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の水系電池であって、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、第１複合酸化物、第２複合酸化物及び第３複合酸化物のうちの少なくとも１種を含み、
前記第１複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｆｅ
１－ｙ
Ｍ
１
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
前記第２複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｔｉ
１－ｙ
Ｍ
２
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
前記第３複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｎｉ
１－ｙ
Ｍ
３
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
ここで、
０＜ｘ≦１であり、
０≦ｙ≦１であり、
Ｍ
１
は、Ｔｉ及びＭｎのうちの一方又は両方を含み、かつ、Ｎｉを含まず、
Ｍ
２
は、Ｆｅ及びＭｎのうちの一方又は両方を含み、かつ、Ｎｉを含まず、
Ｍ
３
は、Ｆｅ、Ｔｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種を含む、
水系電池。
【請求項３】
請求項２に記載の水系電池であって、
前記負極活物質は、前記第１複合酸化物、及び、前記第２複合酸化物のうちの一方又は両方を含む、
水系電池。
【請求項４】
請求項３に記載の水系電池であって、
Ｍ
１
は、Ｔｉ及びＭｎのうちの一方又は両方であり、
Ｍ
２
は、Ｆｅ及びＭｎのうちの一方又は両方である、
水系電池。
【請求項５】
請求項２に記載の水系電池であって、
前記正極活物質は、前記第３複合酸化物を含む、
水系電池。
【請求項６】
請求項５に記載の水系電池であって、
Ｍ
３
は、Ｆｅ、Ｔｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種である、
水系電池。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか１項に記載の水系電池であって、
前記水系電解液は、前記水１ｋｇあたり３ｍｏｌ以上の濃度にて溶解された前記ポリリン酸カリウムを含む、
水系電池。
【請求項８】
請求項１～６のいずれか１項に記載の水系電池であって、
前記水系電解液は、前記水１ｋｇあたり３ｍｏｌ以上６ｍｏｌ以下の濃度にて溶解された前記ポリリン酸カリウムを含む、
水系電池。
【請求項９】
請求項１～６のいずれか１項に記載の水系電池であって、
前記水系電解液は、前記水１ｋｇあたり４ｍｏｌ以上６ｍｏｌ以下の濃度にて溶解された前記ポリリン酸カリウムを含む、
水系電池。
【請求項１０】
請求項１～６のいずれか１項に記載の水系電池であって、
前記水系電解液は、－４０℃以上において凝固点を有しない、
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】
本願は水系電池を開示する。
続きを表示（約 2,500 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、電極表面における水系電解液の分解が抑制され易い。
【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】
ポリリン酸カリウムを用いた水系電解液を用いた水系電池において、比較的豊富に存在する資源であるＮａ（ナトリウム）を用いた活物質として使用可能な新たな材料が求められている。
【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＞
水系電池であって、正極、水系電解液及び負極を有し、
前記正極は、正極活物質を含み、
前記負極は、負極活物質を含み、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、複合酸化物を含み、
前記複合酸化物は、
Ｎａと、
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素と、
Ｏと、
を含み、
前記水系電解液は、
水と、
前記水に溶解されたポリリン酸カリウムと、
を含む、
水系電池。
＜態様２＞
態様１の水系電池であって、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、第１複合酸化物、第２複合酸化物及び第３複合酸化物のうちの少なくとも１種を含み、
前記第１複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｆｅ
１－ｙ
Ｍ
１
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
前記第２複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｔｉ
１－ｙ
Ｍ
２
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
前記第３複合酸化物は、Ｎａ
ｘ
Ｎｉ
１－ｙ
Ｍ
３
ｙ
Ｏ
２
で示される組成を有し、
ここで、
０＜ｘ≦１であり、
０≦ｙ≦１であり、
Ｍ
１
は、Ｔｉ及びＭｎのうちの一方又は両方を含み、かつ、Ｎｉを含まず、
Ｍ
２
は、Ｆｅ及びＭｎのうちの一方又は両方を含み、かつ、Ｎｉを含まず、
Ｍ
３
は、Ｆｅ、Ｔｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種を含む、
水系電池。
＜態様３＞
態様２の水系電池であって、
前記負極活物質は、前記第１複合酸化物、及び、前記第２複合酸化物のうちの一方又は両方を含む、
水系電池。
＜態様４＞
【発明の効果】
【０００６】
本開示の水系電池は、所定の活物質と所定の水系電解液とが組み合わされることで、充放電が可能である。
【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。
水系電池の構成の一例を概略的に示している。
実施例１の充放電曲線を示している。
実施例２の充放電曲線を示している。
実施例３の充放電曲線を示している。
実施例４の充放電曲線を示している。
実施例５の充放電曲線を示している。
実施例６の充放電曲線を示している。
実施例７の充放電曲線を示している。
実施例８の充放電曲線を示している。
実施例９の充放電曲線を示している。
実施例１０の充放電曲線を示している。
実施例１１の充放電曲線を示している。
実施例１２の充放電曲線を示している。
実施例１３の充放電曲線を示している。
実施例１４の充放電曲線を示している。
実施例１５の充放電曲線を示している。
実施例１６の充放電曲線を示している。
実施例１７の充放電曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本開示の水系電池の一実施形態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。
【０００９】
図１に示されるように、一実施形態に係る水系電池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は、正極活物質を含む。前記負極３０は、負極活物質を含む。前記正極活物質及び前記負極活物質のうちの一方又は両方は、複合酸化物を含む。前記複合酸化物は、Ｎａと、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＭｎのうちの少なくとも１種の遷移金属元素と、Ｏと、を含む。前記水系電解液２０は、水と、前記水に溶解されたポリリン酸カリウムと、を含む。
【００１０】
１．活物質
一実施形態に係る水系電池１００は、活物質として、所定の複合酸化物を有する。本発明者の新たな知見によると、当該複合酸化物に含まれる遷移金属元素の種類及び量によって、当該複合酸化物の充放電電位（キャリアイオンを吸放出する電位）が変化する。具体的には、当該複合酸化物に含まれる遷移金属元素に占めるＦｅ及びＴｉの割合が多くなるほど、充放電電位が低くなる傾向にある。また、当該複合酸化物に含まれる遷移金属元素に占めるＮｉの割合が多くなるほど、充放電電位が高くなる傾向にある。言い換えれば、当該複合酸化物は、その組成によって、正極活物質としても、負極活物質としても機能し得る。正極活物質や負極活物質は、水系電解液２０の電位窓等を考慮しつつ、適宜選択され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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