[發明專利]鈉離子二次電池

無效

• 申請號: 201080013443.4
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN102362386A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 駒場慎一;大關朋彰;村田涉;石川徹
• 申請（專利權）人: 學校法人東京理科大學
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M4/587;H01M10/0569
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及一種鈉離子二次電池。

背景技術

現在，作為高能量密度的二次電池多利用鋰離子二次電池，這種鋰離 子二次電池使用電解質鹽溶解于非水溶劑中而得的非水電解液，并使鋰離 子在正極與負極之間移動從而進行充放電。

在這樣的鋰離子二次電池中，通常作為正極使用鎳酸鋰(LiNiO₂)、 鈷酸鋰(LiCoO₂)等具有層狀結構的鋰過渡金屬復合氧化物。并且，作為 負極使用可吸附和脫附鋰的碳材料、鋰金屬、鋰合金等。

并且，作為非水電解液使用使四氟化硼酸鋰(LiBF₄)、六氟化磷酸鋰 (LiPF₆)等電解質鹽溶解于碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯等非水溶劑中而得 的電解液。

另一方面，近年來，已開始研究利用鈉離子取代鋰離子的鈉離子二次 電池。該鈉離子二次電池的負極由含有鈉的金屬形成。因而，在制作鈉離 子二次電池時，鈉是必需的。鈉資源儲備量豐富，所以如果可以制作利用 鈉離子取代鋰離子的二次電池，則能夠以低成本制造二次電池。

為了實現鈉離子二次電池，負極需要吸附和脫附鈉。隨之，有研究成 果表明使用硬碳作為負極活性物質時在負極能夠吸附和脫附鈉(例如參照 非專利文獻1、2)。

在非專利文獻1中，報告了作為負極活性物質使用硬碳時，在負極吸 附和脫附鈉的示例，但僅能夠反復數次循環的吸附和脫附。因此為了開發 優異的鈉離子二次電池，需要改善電池的循環特性的技術。

在非專利文獻2中也與非專利文獻1同樣地報告了作為負極活性物質 使用硬碳時，在負極吸附和脫附鈉的示例。在非專利文獻2中記載的技術 在使用碳酸乙烯酯作為非水溶劑、使用NaClO₄作為電解質鹽方面與非專 利文獻1記載的技術不同。非專利文獻2記載的技術與非專利文獻1記載 的技術相比較，在電池的循環特性方面優異。但是，單獨使用碳酸乙烯酯 作為非水溶劑時，由于碳酸乙烯酯在室溫為固體，所以得到的是在室溫不 能使用的二次電池。因而，需要改良為在室溫能夠使用的二次電池。

并且，公開有將特定的碳材料作為負極活性物質使用的鈉離子二次電 池(專利文獻1)。專利文獻1記載的鈉離子二次電池由于使用碳酸乙烯酯 與碳酸二乙酯的混合溶劑作為非水溶劑，因此在室溫可充放電。并且，專 利文獻1記載的鈉離子二次電池能夠進行可逆性充放電，能夠得到良好的 充放電特性。但是，包括專利文獻1記載的碳材料在內，通常的碳材料具 有層疊結構，存在相對于層疊方向垂直的方向的傳導性差的問題。并且， 如果使用具有層疊結構的碳材料，則充放電時的體積變化大，出現該體積 變化導致電極損傷的問題，以及當與碳酸丙烯酯等有機溶劑接觸時層疊結 構發生層間剝離，從而出現電池性能降低的問題。

如上述，鈉離子二次電池是有用的，但是在現有的鈉離子二次電池在 室溫下不能使用的方面以及作為負極活性物質使用的碳材料而引起的電 池性能降低的方面卻存在問題。因此，需要在室溫下能夠使用且以負極活 性物質為原因的電池性能降低被抑制了的鈉離子二次電池。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2007-35588號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Journal?of?The?Electrochemical?Society，148(8) A803-A811(2001)

非專利文獻2：Electrochimical?Acta?47(2002)3303-3307

發明內容

發明所要解決的課題

本發明是為了解決上述課題而進行的，其目的在于提供一種在室溫下 能夠使用、且以負極活性物質為原因的電池性能的降低被抑制了的鈉離子 二次電池。

解決課題的手段

本申請發明人為了解決以上的課題進行深刻研究。其結果發現：通過 基本上使用飽和環狀碳酸酯(其中，排除碳酸乙烯酯(碳酸亞乙酯)的單 獨使用)、或者使用飽和環狀碳酸酯與鏈狀碳酸酯的混合溶劑作為非水溶 劑，使用硬碳作為負極活性物質，能夠解決上述課題，至此完成了本發明。 更具體而言，本發明提供以下的內容。