钠离子电池用电极复合材料及其制造方法、以及钠全固态电池技术

本发明专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料的特征在于包含活性物质结晶、钠离子传导性结晶及非晶质相。上述活性物质结晶优选包含Na、M(M为选自Cr、Fe、Mn、Co及Ni中的至少1种过渡金属元素)、P及O。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于便携式电子设备、电动车等的钠离子电池用电极复合材料及其制造方法、以及钠全固态电池。
技术介绍
近年来，随着便携式个人电脑、手机的普及，对锂离子二次电池等蓄电器件的高容量化和小尺寸化的要求不断提高。但是，现行的锂离子二次电池等蓄电器件主要使用有机系电解液作为电解质。有机系电解液虽然显示高离子传导度，但是为液体且可燃性，因此在用作蓄电器件的情况下，担心泄漏、起火等的危险性。为了解决该技术问题、确保本质上的安全性，正在开展使用固体电解质代替有机系电解液、并且以固体构成正极及负极的全固态电池的开发。就此种全固态电池而言，由于电解质为固体，因此不用担心起火、漏液，并且也不易产生由腐蚀所致的电池性能劣化等问题。其中，锂离子全固态电池在各方面均积极地被开发(例如参照专利文献1)。但是，担心锂离子全固态电池所使用的锂存在世界性的原材料昂贵或枯竭问题等，作为代替锂离子的物质，钠离子受到注目，也进行了钠离子全固态电池的开发(例如参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平5-205741号公报专利文献2：日本特开2010-15782号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题为了实现钠全固态电池的高容量化、高输出化及长寿命化，需要提高电极内部的钠离子传导性，并且需要形成致密的电极复合材料。然而，在以往的电极复合材料的制造过程中，无法通过通常的加热烧成形成致密的电极复合材料。因此，本专利技术的目的在于提供致密、钠离子传导性优异，能够高输出化的钠离子电池用电极复合材料及钠全固态电池。用于解决技术问题的手段本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在于，其包含活性物质结晶、钠离子传导性结晶及非晶质相。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述活性物质结晶优选包含Na、M(M为选自Cr、Fe、Mn、Co及Ni中的至少1种过渡金属元素)、P及O。进而，上述活性物质结晶优选为属于空间群P1或P-1的三斜晶系结晶。进而，上述活性物质结晶优选为通式NaxMyP2O7(x为1.20≤x≤2.80且y为0.95≤y≤1.60)所示的结晶。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述活性物质结晶优选包含O和选自Nb及Ti中的至少1种。进而，上述活性物质结晶优选包含Na和/或Li。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述活性物质结晶优选为斜方晶系结晶、六方晶系结晶、立方晶系结晶或单斜晶系结晶。进而，上述活性物质结晶优选为属于空间群P21/m的单斜晶系结晶。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述活性物质结晶优选为选自Sn、Bi及Sb中的至少1种金属结晶。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述钠离子传导性结晶优选包含Na、O和选自Al、Y、Zr、Si及P中的至少1种。进而，上述钠离子传导性结晶优选为单斜晶系结晶、六方晶系结晶或三方晶系结晶。就本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料而言，上述非晶质相优选包含Na、O和选自P、B及Si中的至少1种。本专利技术的钠全固态电池，其特征在于，将上述钠离子二次电池用电极复合材料用于正极。本专利技术的钠全固态电池，其特征在于，将上述钠离子二次电池用电极复合材料用于负极。本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料的制造方法，其特征在于，其对包含结晶性玻璃粉末的原料粉末进行烧成而形成非晶质相。专利技术效果根据本专利技术，可以提供致密、钠离子传导性优异、能够高输出化的钠离子电池用电极复合材料及钠全固态电池。附图说明图1为表示全固态电池的一个形态例的剖面示意图。具体实施方式(1)钠离子二次电池用电极复合材料本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在于，其包含活性物质结晶、钠离子传导性结晶及非晶质相。在钠离子二次电池用电极复合材料中除活性物质结晶、钠离子传导性结晶外还包含非晶质相，因此非晶质相容易存在于活性物质结晶与钠离子传导性结晶的界面，在钠离子二次电池的充放电时成为钠离子的传导通路(pass)的活性物质结晶与钠离子传导性结晶之间的界面电阻容易降低，钠二次电池的充放电容量、电池电压容易变高。另外，在用于钠全固态电池的情况下，由于电极复合材料包含非晶质相，因此电极复合材料与钠离子传导性固体电解质层的界面因非晶质相而粘接强度变高，钠全固态电池的充放电容量、电池电压容易变高。以下，按照各构成成分对本专利技术的钠离子二次电池用电极复合材料进行详细说明。(1-a)活性物质结晶活性物质结晶作为正极活性物质或负极活性物质发挥作用，在充放电时可以进行钠离子的吸藏和释放。就作为正极活性物质发挥作用的活性物质结晶而言，可列举：NaCrO2、Na0.7MnO2、NaFe0.2Mn0.4Ni0.4O2等层状钠过渡金属氧化物结晶；Na2FeP2O7、NaFePO4、Na3V2(PO4)3等包含Na、M(M为选自Cr、Fe、Mn、Co及Ni中的至少1种过渡金属元素)、P、O的钠过渡金属磷酸盐结晶等。尤其，包含Na、M、P及O的结晶呈高容量且化学稳定性优异，故优选。其中，属于空间群P1或P-1的三斜晶系结晶、尤其通式NaxMyP2O7(x为1.20≤x≤2.80且y为0.95≤y≤1.60)所示的结晶的循环特性优异，故优选。就作为负极活性物质发挥作用的活性物质结晶，可列举包含O和选自Nb及Ti中的至少1种的结晶、选自Sn、Bi及Sb中的至少1种的金属结晶。包含O和选自Nb及Ti中的至少1种的结晶的循环特性优异，故优选。进而，若包含O和选自Nb及Ti中的至少1种的结晶包含Na和/或Li，则充放电效率(放电容量相对于充电容量的比率)提高，能够维持高充放电容量，故优选。其中，若包含O和选自Nb及Ti中的至少1种的结晶为斜方晶系结晶、六方晶系结晶、立方晶系结晶或单斜晶系结晶、尤其属于空间群P21/m的单斜晶系结晶，则即使以大电流进行充放电，也不易引起容量的降低，故更为优选。作为斜方晶系结晶，可列举NaTi2O4等，作为六方晶系结晶，可列举Na2TiO3、NaTi8O13、NaTiO2、LiNbO3、LiNbO2、Li7NbO6、LiNbO2、Li2Ti3O7等，作为立方晶系结晶，可列举Na2TiO3、NaNbO3、Li4Ti5O12、Li3NbO4等，作为单斜晶系结晶，可列举Na2T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在于，其包含活性物质结晶、钠离子传导性结晶及非晶质相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.09 JP 2013-253878;2014.08.20 JP 2014-167071.一种钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在于，其包含活性物
质结晶、钠离子传导性结晶及非晶质相。
2.根据权利要求1所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在
于，所述活性物质结晶包含Na、M、P及O，其中，M为选自Cr、Fe、
Mn、Co及Ni中的至少1种过渡金属元素。
3.根据权利要求2所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在
于，所述活性物质结晶为属于空间群P1或P-1的三斜晶系结晶。
4.根据权利要求2或3所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特
征在于，所述活性物质结晶为通式NaxMyP2O7所示的结晶，其中，x为1.20
≤x≤2.80且y为0.95≤y≤1.60。
5.根据权利要求1所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在
于，所述活性物质结晶包含O和选自Nb及Ti中的至少1种。
6.根据权利要求5所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特征在
于，所述活性物质结晶包含Na和/或Li。
7.根据权利要求5或6所述的钠离子二次电池用电极复合材料，其特
征在于，所述活性物质结晶为斜方晶系结晶、六方晶系结晶、立方晶系结
晶或单斜晶系结晶。
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【专利技术属性】
技术研发人员：池尻纯一，山内英郎，
申请(专利权)人：日本电气硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP