质子传导型二次电池用正极活性物质材料及具备该正极活性物质材料的质子传导型二次电池制造技术

本发明专利技术涉及质子传导型二次电池的正极活性物质，其使用作为组成中含有Mn的固溶体的化合物。所述正极活性物质例如可以为具有下述式(1)Mn

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】质子传导型二次电池用正极活性物质材料及具备该正极活性物质材料的质子传导型二次电池


[0001]本专利技术涉及质子传导型二次电池用正极活性物质材料及具备该正极活性物质材料的质子传导型二次电池。

技术介绍

[0002]锂等电化学当量小的碱金属作为电池的构成材料特别有用。与以往所使用的镍或镉相比，通过使用锂，能够增大每单位重量的能量。然而，在充电式锂金属电池的开发中，有效的充放电循环成为重要的开发课题。若重复进行充电与放电，则会在锂金属电极的表面逐渐产生锂的“枝晶(dendrite)”，其最终会生长至与正极接触的程度，从而引起电池的内部短路，可能会使电池在较少的循环后无法使用。另一方面，由于理论上比容量非常高(4000mAh/g)，因此通常用作锂离子电池的负极材料的硅在与锂一同进行循环时会引起高达400％的显著的体积晶格膨胀。因该体积膨胀，循环寿命进一步缩短，导致在多种系统中无法有效地使用材料。
[0003]因此，作为二次电池的替代技术，有望使极低分子量的氢原子循环。已知氢氧化镍等金属氢化物合金的一部分材料能够储藏及释放氢。通过与适当的负极材料进行组合，能够将这些氢储存材料用于燃料电池或金属氢化物电池(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献
[0004]专利文献1：美国专利第5536591号说明书

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题
[0005]然而，以往通常用作上述的金属氢氧化物电池的正极活性物质的是以镍为主要成分的过渡金属的混合物的氢氧化物，但在使用这样的正极活性物质时，不能说所得到的电池的充放电容量足够充分。
[0006]本专利技术的目的在于，为了解决上述问题而提供一种能够改善质子传导型二次电池的充放电容量特性的正极活性物质。解决技术问题的技术手段
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的质子传导型二次电池用正极活性物质为用于质子传导型二次电池的正极活性物质，其由作为组成中包含Mn的固溶体的化合物组成。
[0008]根据该构成，使用了该正极活性物质的质子传导型二次电池的放电容量及充放电循环特性得以飞跃性提高。
[0009]在本专利技术的一个实施方案的正极活性物质中，所述活性物质例如可以为具有下述式(1)所表示的组成的化合物，[化学式1]Mn
a
M1‑
a
O
x
H
y
(1)其中，式中的M为除Mn以外的金属元素或金属元素的组合，0＜a≤1、1≤x≤4及0≤y≤7。该式(1)中的M例如可以为选自由Co、Ni、Li及Bi组成的组中的一种元素或多种元素的组合。
[0010]在本专利技术的一个实施方案的正极活性物质中，在式(1)中，例如可以为a＞0.5，更具体而言，可以为a＞0.8，进一步可以为a＞0.9，还可以为a＞0.95。
[0011]本专利技术的质子传导型二次电池具备：包含所述正极活性物质的正极、包含可储藏及释放氢的负极活性物质的负极、及介于所述正极与所述负极之间的非水电解液。
[0012]根据该构成，质子传导型二次电池的放电容量及充放电循环特性得以飞跃性提高。
[0013]权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两种构成的任一组合均包含在本专利技术内。特别是权利要求书的各权利要求的两种以上的任一组合也包含在本专利技术内。
附图说明
[0014]由参考了后附附图的以下的适宜的实施方案的说明，可更清楚地理解本专利技术。然而，实施方案及附图仅用于图示及说明，而不应用于限定本专利技术的范围。本专利技术的范围由所附的权利要求书来限定。在后附的附图中，多个附图中的相同的附图标记表示相同或相当的部分。图1为示意地示出本专利技术的一个实施例的用于测试电解液的特性的试验用电池单元的剖面图。
具体实施方式
[0015]以下，根据附图对本专利技术的实施方案进行说明，但本专利技术并不限定于这些实施方案。
[0016]本实施方案的用于质子传导型二次电池的正极活性物质由作为组成中包含Mn的固溶体的化合物组成。如以下所详细说明的，发现通过将这样的材料用作质子传导型二次电池的正极活性物质，质子传导型二次电池的放电容量及充放电循环特性得以飞跃性提高。
[0017]所述正极活性物质例如可以为具有下述式(1)所表示的组成的化合物，[化学式2]Mn
a
M1‑
a
O
x
H
y
(1)其中，式中的M为除Mn以外的金属元素或金属元素的组合，0＜a≤1、1≤x≤4及0≤y≤7。该式(1)中的M例如可以为选自由Co、Ni、Li及Bi组成的组中的一种元素或多种元素的组合。
[0018]在式(1)中，例如可以为a＞0.5，更具体而言，可以为a＞0.8，进一步可以为a＞0.9，还可以为a＞0.95。
[0019]本实施方案的质子传导型二次电池具备：包含由上述材料组成的正极活性物质的
正极、包含可储藏及释放氢的负极活性物质的负极、及介于所述正极与所述负极之间的非水电解液。
[0020]本说明书中的“质子传导型二次电池”与以往使用了金属氢化物的电池相比，在不使用水系电解液等诸多方面存在差异。与以往的电池相同，该新型的质子传导型二次电池通过使氢在负极与正极之间循环而工作。由此，在负极中，在充电中形成一种或多种元素的氢化物。该氢化物为可逆的生成物，在放电中，会生成作为负极的活性物质的一部分的质子与电子这两者。
[0021]另外，在本说明书中，“负极”是指包含在充电时在电化学上接受电子的物质的一侧的电极，“正极”是指包含在充电时在电化学上释放电子的物质的一侧的电极。
[0022]在质子传导型二次电池的负极发生的反应可由以下的半反应式表示。[化学式3]关于作为该式中的负极活性物质的M，在后续进行说明。
[0023]与上述反应相对应的在正极发生的反应可由以下的半反应式表示。[化学式4]该式中的M
C
为上述例示出的正极活性物质中的金属元素。
[0024]所述负极活性物质例如为能够在充电时储藏在电解液中以电化学形式产生的氢且能够易于在放电时释放所储藏的氢的氢储藏合金。这样的氢储藏合金可以具有以AB
x
型所表示的结构。其中，A为氢化物形成元素，B为非氢化物形成元素，x为1～5的实数。氢化物形成元素(A)例如包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、钇、钛、锆或它们的组合、或混合金属(misch metal)等其他金属，但并不限定于此。非氢化物形成元素例如包括铝、镍、钴、铜、锰或作为它们的组合的金属，但并不限定于此。作为氢储藏合金的进一步具体实例，可列举出LaNi5或MmNi5(Mm为混合金属)等AB5型系、稀土类
‑
镁
‑
镍系等AB3型系、形成超晶格结构的稀土类
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镁
‑
镍系等A2B7型系、(Zr,Ti)Ni2等AB2型系的物质，但并不限定于此。作为负极活性物质的另一实例，可列举出第14族元素或由多种第14族元素构成的化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种质子传导型二次电池用正极活性物质材料，其为用于质子传导型二次电池的正极活性物质材料，其由作为组成中含有Mn的固溶体的化合物组成。2.根据权利要求1所述的质子传导型二次电池用正极活性物质材料，其为具有下述式(1)所表示的组成的化合物，Mn
a
M1‑
a
O
x
H
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(1)其中，式中的M为除Mn以外的金属元素或金属元素的组合，0＜a≤1、1≤x≤4及0≤y≤7。3.根据权利要求2所述的质子传导型二次电池用正极活性物质材料，其中，式(1)中的M为选自由Co、Ni、Li及Bi组成的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国雄，中山耕辅，松田千明，
申请(专利权)人：川崎摩托株式会社，
类型：发明
国别省市：