特開 2024-175225 カリウムイオン二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175225

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】カリウムイオン二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/40 20060101AFI20241211BHJP

   H01M 4/24 20060101ALI20241211BHJP

   H01M 4/26 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H01M4/40

H01M4/24 Z

H01M4/26 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092807

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】中野 広幸

(72)【発明者】

【氏名】海谷 裕之

(72)【発明者】

【氏名】奥村 素宜

【テーマコード（参考）】

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H050AA07

5H050AA19

5H050BA11

5H050CA01

5H050CB12

5H050GA16

(57)【要約】

【課題】製造コストを抑制しつつ高電位であるカリウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】本開示に係るカリウムイオン二次電池は、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６を正極に含み、０．２≦ｘ≦０．８である。ｘ≦０．８とすることによって高価なマンガンの含有量を抑えることができるため、製造コストを抑えることができる。ｘ≧０．２とすることによって低電位領域における活性化を抑えることができるため、高電位とすることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６を正極に含み、
０．２≦ｘ≦０．８である、
カリウムイオン二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カリウムイオン二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、カリウムイオンを利用した二次電池の開発が進められている。
例えば、非特許文献１には、プルシアンブルー誘導体（Ｋ_２ＭｎＦｅ（ＣＮ）_６）を正極に含むカリウムイオン二次電池が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Chemical Reviews 2022 120 6358（P.6379）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らは、カリウムイオン二次電池について、以下の課題を見出した。
プルシアンブルー誘導体（Ｋ_２ＭｎＦｅ（ＣＮ）_６）に含まれるマンガンの割合を増やすと、マンガンが鉄よりも高価であるため、二次電池の製造コストが高くなる。しかしながら、プルシアンブルー誘導体に含まれるマンガンの割合を減らす、すなわち、プルシアンブルー誘導体に含まれる鉄の割合を増やすと、低電位領域が活性化されるため、二次電池の電位を高くすることが難しい虞があった。

【0005】

本開示は、このような問題に鑑みなされたものであり、製造コストを抑制しつつ高電位であるカリウムイオン二次電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する一態様は、
カリウムイオン二次電池であって、
Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６を正極に含み、
０．２≦ｘ≦０．８である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、製造コストを抑制しつつ高電位であるカリウムイオン二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６の充放電曲線を示すグラフである。

【図2】平均電位とＦｅ（Ｍｎ）含有量との関係を示すグラフである。

【図3】３サイクル時点におけるサイクル容量維持率とＦｅ（Ｍｎ）含有量との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。ただし、本開示が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0010】

図面を参照して、実施形態に係るカリウムイオン二次電池が有する正極の組成について説明する。以下、実施形態に係るカリウムイオン二次電池を「二次電池」と称することがある。正極は、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６を正極に含む。尚、化学式中のｘは、０．２以上０．８以下である。Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６は、プルシアンブルー誘導体の一種である。

【0011】

図１～３は、三電極法によるＫ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６の評価結果を示す。尚、作用極として、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６を用いた。参照極として、Ａｇ｜ＡｇＣｌを用いた。対極として、Ｔｉを用いた。電解液として、６２ｍｏｌ／ｋｇのＫＦＳＩ_０．５５ＯＴｆ_０．４５水溶液を用いた。

【0012】

図１は、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６の充放電曲線を示すグラフである。図１に示すｘは、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６中の数字である。ｘを変化させる、すなわち、Ｋ_２Ｍｎ_ｘＦｅ_{（２－ｘ）}（ＣＮ）_６に含まれる鉄及びマンガンの割合を変化させた際における充放電曲線の変化を図１に示す。図１に示すように、ｘ＝１すなわち鉄の含有量を低くすると、電位が０．５Ｖ以下の範囲における容量が増大するため、平均電圧が低下する。

【0013】

図２は、平均電位とＦｅ（Ｍｎ）含有量との関係を示すグラフである。ｘを変化させた際における平均容量の変化を図２に示す。図２に示すように、ｘ≧０．２の範囲において、平均電位が０．６５Ｖ以上となり、高電位すなわち高エネルギーとすることができる。

【0014】

図３は、３サイクル時点におけるサイクル容量維持率とＦｅ（Ｍｎ）含有量との関係を示すグラフである。ｘを変化させた際における容量維持率の変化を図３に示す。尚、サイクル試験として、電流を０．１Ｃとし、電位が０．２－１．３Ｖ（ｖｓ Ａｇ｜ＡｇＣｌ）の充放電を３サイクル行った。図３に示すように、ｘ≦０．８の範囲において、容量維持率が７０％以上となり、寿命を延ばすことができる。

【0015】

図２及び図３を参照して説明したように、０．２≦ｘ≦０．８とすると、二次電池の製造コストを抑え、二次電池を高エネルギーとし、かつ、二次電池の寿命を延ばすことができる。このように、実施形態に係るカリウムイオン二次電池は、製造コストを抑制しつつ高電位である。

【0016】

尚、二次電池の電解液として、５ｍｏｌ／ｋｇ以上の濃厚水溶液が好適である。また、二次電池の負極として、ＮａＴｉ_２（ＰＯ_４）_３が好適である。また、二次電池は、集電体にステンレス箔を用いたバイポーラ型電池であってもよい。

【0017】

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】