负极材料和氟化物离子电池制造技术

本发明专利技术涉及负极材料和氟化物离子电池。主要目的在于提供一种负极材料，其为用于氟化物离子电池的负极材料，可抑制短路发生，同时可抑制工作电位的下降。在本公开中，通过提供下述负极材料来解决上述课题，该负极材料为用于氟化物离子电池的负极材料，含有：含有Mg元素的Mg材料、和含有至少一种金属元素(不包括Mg元素)和F元素的氟化物离子传导性材料。元素)和F元素的氟化物离子传导性材料。元素)和F元素的氟化物离子传导性材料。

【技术实现步骤摘要】
负极材料和氟化物离子电池


[0001]本公开涉及负极材料。

技术介绍

[0002]作为高电压且高能量密度的电池，例如已知Li离子电池。Li离子电池是使用Li离子作为载流子的阳离子基的电池。另一方面，作为阴离子基的电池，已知使用氟化物离子(氟离子)作为载流子的氟化物离子电池。
[0003]例如，在专利文献1中公开了可用特定的电极层和固体电解质层这2种构件形成电池的发电要素的氟化物离子电池。另外，在专利文献1的电池中，公开了在固体电解质层或负极集电体中使用具有Pb、Sn、In、Bi、Sb等金属元素的金属材料。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2018
‑
077987号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]专利文献1中，利用固体电解质的脱氟化反应，由固体电解质自形成负极活性物质。进而，通过在固体电解质层或负极集电体中使用特定的金属材料，从而抑制了短路的发生。如专利文献1那样，通过对于自形成的负极活性物质使用特定的金属材料，虽然能够抑制短路发生，但由于负极活性物质的反应电位向高电位侧迁移，因此产生了电池的工作电位下降的新课题。
[0009]本公开鉴于上述实际情况而完成，主要目的在于提供用于氟化物离子电池的负极材料，其为在抑制短路发生的同时可抑制工作电压的下降的负极材料。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]为了解决上述课题，本公开提供一种负极材料，其为用于氟化物离子电池的负极材料，含有：含有Mg元素的Mg材料、和含有至少一种金属元素和F元素的氟化物离子传导性材料，其中，所述金属元素不包括Mg元素。
[0012]根据本公开，通过与氟化物离子传导性材料一起使用Mg材料，成为在抑制短路发生的同时可抑制工作电压的下降的负极材料。
[0013]在上述公开中，上述Mg材料可为Mg单质。
[0014]在上述公开中，上述氟化物离子传导性材料在充放电时可作为负极活性物质发挥功能。
[0015]在上述公开中，上述氟化物离子传导性材料可含有二种以上的上述金属元素。
[0016]在上述公开中，上述氟化物离子传导性材料可含有Ca元素、Ba元素和F元素。
[0017]在上述公开中，上述氟化物离子传导性材料可为Ca1‑
x
Ba
x
F2(x满足0.45≦x≦0.65)。
[0018]在上述公开中，上述氟化物离子传导性材料可含有La元素、Ba元素和F元素。
[0019]另外，本公开提供一种氟化物离子电池，其为具有正极层、负极层、和在上述正极层和上述负极层之间形成的固体电解质层的氟化物离子电池，上述负极层含有上述的负极材料。
[0020]根据本公开，通过负极层含有上述负极材料，成为在抑制短路发生的同时可抑制工作电压的下降的氟化物离子电池。
[0021]在上述公开中，上述固体电解质层中的固体电解质可含有上述金属元素和F元素。
[0022]在上述公开中，上述固体电解质层中的固体电解质的离子电导率可为上述负极层中的上述氟化物离子传导性材料的离子电导率以上。
[0023]专利技术效果
[0024]本公开中取得如下效果：能够提供用于氟化物离子电池的、在抑制短路发生的同时可抑制工作电压的下降的负极材料。
附图说明
[0025]图1为示出本公开中的氟化物离子电池的一例的概略截面图。
[0026]图2为对于实施例1～5中得到的负极材料的XRD测定的结果。
[0027]图3为实施例1～5和比较例1的充放电曲线。
[0028]图4为比较实施例1～5的容量的坐标图。
[0029]图5为实施例6和比较例2的充放电曲线。
[0030]附图标记说明
[0031]1…
正极层
[0032]2…
固体电解质层
[0033]3…
负极层
[0034]4…
正极集电体
[0035]5…
负极集电体
[0036]6…
电池外壳
[0037]10
…
氟化物离子电池
具体实施方式
[0038]以下对于本公开中的负极材料和氟化物离子电池，详细地说明。
[0039]A.负极材料
[0040]本公开中的负极材料为用于氟化物离子电池的负极材料，含有：含有Mg元素的Mg材料、和含有至少一种金属元素(不包括Mg元素)和F元素的氟化物离子传导性材料。
[0041]根据本公开，通过与氟化物离子传导性材料一起使用Mg材料，从而成为在抑制短路发生的同时可抑制工作电压的下降的负极材料。如上所述，在专利文献1中，利用固体电解质的脱氟化反应，由固体电解质自形成负极活性物质。进而，通过在固体电解质层或负极集电体中使用特定的金属材料，从而抑制了短路的发生。如专利文献1那样，虽然通过对自形成的负极活性物质使用特定的金属材料，能够抑制短路发生，但由于负极活性物质的反应电位向高电位侧迁移，因此产生电池的工作电位降低的新课题。
[0042]具体地，作为负极活性物质源发挥功能的氟化物离子传导性材料的反应电位(脱氟化电位、氟化反应电位)由于所添加的金属材料(Pb、Sn、In、B、或Sb)的作用而向高电位侧(+电位侧)迁移0.5～0.7vs.Pb
2+
/Pb左右。其结果，正极活性物质与负极活性物质的电位差变小，电池的工作电压降低。与此相对，在本公开中，通过使用Mg材料作为金属材料，能够使迁移量停留在0.3vs.Pb
2+
/Pb左右。其结果，通过使用Mg材料，能够在抑制短路发生的同时抑制工作电压的降低。
[0043]再有，通过金属材料的添加，氟化物离子传导性材料的反应电位变化的机理尚不清楚，认为原因在于，在放电开始时或放电中，在金属材料与固体电解质之间，在电化学上迅速地发生化学结合，从而固体电解质的电子结构(能带结构)发生变化，与电极电位直接关联的参数即材料的费米能级发生变化。
[0044]另外，对于能够抑制短路的发生的机理，使用依次具备正极层、固体电解质层和负极层的氟化物离子电池进行说明。负极层中的氟化物离子传导性材料的脱氟化/氟化反应电位在Mg材料的共存下向高(+)电位侧略微迁移。由此，在放电(电池的电位向低(
‑
)侧变化)时，在固体电解质层中的固体电解质的脱氟化发生之前，发生负极层中的氟化物离子传导性材料的脱氟化。因此，能够防止在固体电解质层中生成放电产物(来自固体电解质的金属)。其结果能够抑制短路的发生。
[0045]本公开中的负极材料含有：含有Mg元素的Mg材料。Mg材料可为Mg单质，也可为Mg合金。Mg合金优选为以Mg作为主成分的合金。Mg合金中的Mg元素的比例例如为50原子％以上，可为70原子％以上，也可为90原子％以上。Mg合金中的Mg元素的比例例如能够采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.负极材料，是用于氟化物离子电池的负极材料，其含有：含有Mg元素的Mg材料；和含有至少一种金属元素和F元素的氟化物离子传导性材料，其中，所述金属元素不包括Mg元素。2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述Mg材料为Mg单质。3.根据权利要求1或权利要求2所述的负极材料，其中，所述氟化物离子传导性材料在充放电时作为负极活性物质发挥功能。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的负极材料，其中，所述氟化物离子传导性材料含有二种以上的所述金属元素。5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的负极材料，其中，所述氟化物离子传导性材料含有Ca元素、Ba元素和F元素。6.根据权利要求5所述的负极材料，其中，所述氟化物离子传导性材料为Ca1‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：野井浩祐，三木秀教，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：