钠熔融盐电池制造技术

本发明专利技术提供如下的钠熔融盐电池，其提供优异的循环特性且其中即使在其负极中使用硬碳也能增加电池容量。该钠熔融盐电池包含：包含正极活性材料的正极；包含负极活性材料的负极；置于所述正极和所述负极之间的隔膜；和具有钠离子传导性的熔融盐电解质。正极活性材料包含含钠的过渡金属氧化物。负极活性材料包含硬碳。负极的可逆容量(Cn)对正极的可逆容量(Cp)的比(Cn/Cp)为0.86～1.2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及钠熔融盐电池。
技术介绍
近年来，用于将自然能如太阳光和风力转换为电能的技术一直在受到关注。对于作为能够储存大量电能的高能量密度电池的非水电解质二次电池的需求一直在不断增加。在非水电解质二次电池中，锂离子二次电池具有轻质和具有高电动势的优点。在锂离子二次电池中，使用由锂过渡金属氧化物如钴酸锂组成的正极和由石墨组成的负极。在锂离子二次电池中，如果负极的容量小于正极的容量，则在充电期间在负极的表面上析出金属锂枝晶，从而显著地损害安全性。因此，在锂离子二次电池中，优选负极的容量应大于正极的容量。专利文献1报道，从抑制金属锂的析出和锂离子二次电池能量密度的降低的观点来看，负极的初始容量对正极的初始容量的比为1.0～2.0。锂资源的价格随着锂离子二次电池市场的扩张正在升高。因此，包含廉价的钠而不是锂的二次电池的开发也已经有了进展。专利文献2报道了包含如下的钠离子二次电池：正极，所述正极包含含钠的磷酸盐化合物；负极，所述负极包含含钠的磷酸盐化合物或碳质材料；和有机电解液。在专利文献2中，在其中使用由Na3V2(PO4)2F3组成的正极和由碳组成的负极的情况下，将正极对负极的理论容量比调节为正极:负极＝1:3。在锂离子二次电池和钠离子二次电池中，使用包含有机溶剂的有机电解液。因此，耐热性低且电解质容易在电极的表面上分解。包含作为电解质的阻燃熔融盐的熔融盐电池的开发已经有了进展。熔融盐具有优异的热稳定性，相对容易确保安全性，并且还适合在高温下连续使用。熔融盐电池可包含含有廉价钠离子且被用作电解质的熔融盐，使得生产成本是低的。专利文献专利文献1：日本特开2012-243477号公报专利文献2：日本特开2013-89391号公报
技术实现思路
技术问题在关于锂离子二次电池的专利文献1中，石墨被用作负极活性材料。在锂离子二次电池中，金属锂枝晶在过充电时可在负极的表面上析出从而损害电池的安全性。因此，优选正极的容量应小于负极的容量。然而，正极对负极的合适的容量比根据电池中使用的活性材料类型和电解质类型而显著变化。例如，在专利文献1中，负极的初始容量对正极的初始容量的比为1～2。专利文献1阐明了较高的初始容量比降低能量密度。在公开钠离子二次电池的专利文献2中，在其中将碳质材料用作负极活性材料的情况下，负极的理论容量对正极的理论容量的比被调节为3。因此，在其中将各个电池中的负极对正极的理论容量(或初始容量)的比用于另一个电池的情况下，不清楚是否提供相同的效果。在锂离子二次电池中，负极容量的不足造成金属锂枝晶的析出。金属锂枝晶的脱落降低容量且在确保安全性方面造成困难。因此，通常，负极的可逆容量对正极的可逆容量的比大于1.2。在包含具有钠离子传导性的熔融盐电解质的熔融盐电池(钠熔融盐电池)中，硬碳被用作负极活性材料。与在专利文献1的锂离子二次电池中用作负极活性材料的石墨相比，硬碳具有高的可逆容量。因此，负极对正极的不合适的容量比不容易产生高容量电池。在负极对正极的不合适的容量比下，在钠熔融盐电池中，金属钠可在负极的表面上析出。当析出的金属钠脱落时，电池容量降低。因此，提供了具有高电池容量和优异循环特性的钠熔融盐电池。技术方案本专利技术的一方面涉及包含如下的钠熔融盐电池：包含正极活性材料的正极，包含负极活性材料的负极，布置在所述正极和所述负极之间的隔膜，和具有钠离子传导性的熔融盐电解质，其中所述正极活性材料包含含钠的过渡金属氧化物，所述负极活性材料包含硬碳，且所述负极的可逆容量Cn对所述正极的可逆容量Cp的比即Cn/Cp为0.86～1.2。有益效果根据本专利技术的前述方面，即使将硬碳用作负极，钠熔融盐电池仍具有提高的电池容量和优异的循环特性。附图说明[图1]是示意性示出根据本专利技术的实施方式的钠熔融盐电池的纵截面图。[图2]是示出实施例和比较例中钠熔融盐电池的充放电循环数与每单位重量正极活性材料的电池容量之间的关系的图。具体实施方式[本专利技术实施方式的说明]首先，下面将列出和说明本专利技术的实施方式。本专利技术的实施方式涉及(1)包含如下的钠熔融盐电池：包含正极活性材料的正极，包含负极活性材料的负极，布置在所述正极和所述负极之间的隔膜，和具有钠离子传导性的熔融盐电解质，其中所述正极活性材料包含含钠的过渡金属氧化物，所述负极活性材料包含硬碳，所述负极的可逆容量Cn对所述正极的可逆容量Cp的比即Cn/Cp为0.86～1.2。硬碳仅显示由充放电导致的小的体积变化且不易降解，从而延长循环寿命。然而，当将硬碳用于负极时，电池的电压(或容量)是不稳定的。在其中将硬碳用作负极活性材料的情况下，需要利用外部设备使电池的电压或容量稳定，从而导致高成本。为此，在锂离子二次电池中，实际上基本不使用包含作为负极活性材料的硬碳的负极。在钠熔融盐电池中，将硬碳用作负极活性材料。然而，与锂离子二次电池中用作负极活性材料的石墨相比，硬碳具有高的可逆容量。因此，当将硬碳用于负极时，难以制造高容量电池。负极容量的不足可造成金属钠在钠熔融盐电池中的负极的表面上析出。当析出的金属钠脱落时，电池的容量降低。因此，同样在钠熔融盐电池的情况下，与锂离子二次电池一样，据认为负极的可逆容量对正极的可逆容量的比需要大于1.2。然而，实际上，负极对正极的可逆容量比Cn/Cp需要被控制为0.86～1.2。在这种情况下，提高了正极和负极之间的容量平衡(capacitybalance)以抑制金属钠的析出和抑制硬碳的不可逆容量的过度增加。因此，即使将硬碳用于负极，钠熔融盐电池的容量也增加。在钠熔融盐电池中，即使析出金属钠，金属钠也呈粒子的形式，并且与包含有机电解液的二次电池如锂离子二次电池相比，电池的工作温度也可以是高的。换句话讲，由于金属析出物的析出导致的电池的容量的变化行为与锂离子二次电池的情况不同。为此，据认为不能将用于抑制锂离子二次电池容量降低的手段直接用于钠熔融盐电池。在本专利技术的前述实施方式中，通过将负极对正极的可逆容量比Cn/Cp控制为0.86～1.2，抑制了金属钠粒子的析出，从而即使当进行重复充放电时也保持高容量(也就是说，提高了循环特性)。在该可逆容量比下提供所述效果的原因被认为是充电期间负极上析出的金属的析出状态和/或钠熔融盐电池的电池工作温度与锂离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠熔融盐电池，其包含：包含正极活性材料的正极；包含负极活性材料的负极；布置在所述正极和所述负极之间的隔膜；和具有钠离子传导性的熔融盐电解质，其中所述正极活性材料包含含钠的过渡金属氧化物，所述负极活性材料包含硬碳，并且所述负极的可逆容量Cn对所述正极的可逆容量Cp之比即Cn/Cp为0.86～1.2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.26 JP 2013-1560041.一种钠熔融盐电池，其包含：
包含正极活性材料的正极；包含负极活性材料的负极；布置在所
述正极和所述负极之间的隔膜；和具有钠离子传导性的熔融盐电解质，
其中所述正极活性材料包含含钠的过渡金属氧化物，
所述负极活性材料包含硬碳，并且
所述负极的可逆容量Cn对所述正极的可逆容量Cp之比即Cn/Cp为0.86～1.2。
2.根据权利要求1所述的钠熔融盐电池，其中所述熔融盐电解质
的离子液体含量为80质量％以上。
3.根据权利要求1或2所述的钠熔融盐电池，其中所述含钠的过
渡金属氧化物是由式(A)表示的化合物：
Na1-x1M1x1Cr1-y1M2y1O2(A)
(其中在所述式中，M1和M2各自独立地表示选自Mn、Fe、Co、
Ni和Al中的至少一种，并且x1和y1分...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井将一郎，新田耕司，福永笃史，沼田昂真，今崎瑛子，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP