[发明专利]钠电池用负极活性物质、负极和钠电池

说明书

技术领域

本发明涉及钠电池用负极活性物质、负极和钠电池。

背景技术

近年来，已经积极地将自然能如太阳光或风力用于发电。利用自然能发电大大依赖于气候和天气，且不能根据电力需要调节电力输出。由此，在利用自然能发电时负荷均衡化是不可缺少的。负荷均衡化涉及例如使用高能量密度高效率二次电池的电能的储存和释放。

一种已知的高能量密度高效率二次电池是钠-硫(NAS)电池。例如，专利文献1公开了一种NAS电池，其包含作为负极活性物质的熔融金属钠、作为正极活性物质的熔融硫以及设置在所述熔融金属钠与所述熔融硫之间的β-氧化铝固体电解质。所述β-氧化铝固体电解质能够选择性地传递钠离子。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开2007-273297号公报

发明内容

技术问题

在已知的钠电池中，将金属Na、Sn和Zn用作负极活性物质。然而，使用金属Na在电池发生故障的情况中存在燃烧的危险。Sn和Zn在电解液中会与Na形成合金并由此造成大的体积变化。由此，重复使用电池导致Sn和Zn从电极脱落并导致差的循环性能。

鉴于这些问题，本发明的目的是提供一种能够提高钠电池的循环性能的负极活性物质。

解决问题的手段

作为为了解决上述问题而进行的广泛研究的结果，本发明人通过如下发现而完成了本发明：可以将钛酸钠有效地用作钠电池用负极活性物质。本发明具有如下特征。

[1]一种钠电池用负极活性物质，其包含钛酸钠。

[2]所述钛酸钠具有例如如下组成式(1)或(2)。

Na_2+XTi₃O₇  (0≤X≤0.9)  组成式(1)

Na_4+XTi₅O₁₂  (0≤X≤1.0)  组成式(2)

[3]所述[1]中的钛酸钠可以通过降低电池的水含量或优化活性物质的粒径而具有如下组成式。

Na_2+XTi₃O₇  (0≤X≤2.0)  组成式(1')

Na_4+XTi₅O₁₂  (0≤X≤2.0)  组成式(2')

[4]根据[1]、[2]或[3]的负极活性物质，其中所述钛酸钠具有10μm以下的平均粒径d₅₀和30μm以下的最大粒径d_max。

[5]一种钠电池用负极，其包含根据[1]～[4]中任一项的负极活性物质。

[6]根据[5]的钠电池用负极，其中所述负极的水含量小于100ppm。

[7]一种钠电池，其包含：正极；负极；设置在所述正极与所述负极之间的隔膜；以及含钠的电解质，所述负极为根据[5]或[6]的负极。

[8]根据[7]的钠电池，其中所述电解质为含钠的熔融盐。

[9]根据[7]或[8]的钠电池，其中所述电解质包含双(氟磺酰)胺钠(NaFSA)和双(氟磺酰)胺钾(KFSA)。

[10]根据[7]或[8]的钠电池，其中所述电解质是包含钠阳离子和有机阳离子的阳离子物种，且阴离子物种是选自双(氟磺酰)胺(FSA)和双(三氟甲基磺酰)胺(TFSA)中的磺酰胺阴离子。

[11]根据[10]的钠电池，其中所述有机阳离子为N-甲基-N-丙基吡咯烷盐阳离子。

[12]根据[7]～[11]的钠电池，其中正极活性物质为NaCrO₂。

发明的有利效果

本发明提供能够提高循环性能的钠电池用负极活性物质和负极。使用所述钠电池用负极活性物质和负极能够提供具有优异循环性能的高容量钠电池。

附图说明

图1是在实施例1中制造的钠电池的充放电性能的图。

图2是实施例H-1中所述的半电池的初始(第二个循环)充放电性能的图。

图3是实施例H-2中所述的半电池的初始(第二个循环)充放电性能的图。

图4是实施例H-3中所述的半电池的初始(第二个循环)充放电性能的图。

图5是比较例H-4中所述的半电池的初始(第二个循环)充放电性能的图。

图6是比较例H-5中所述的半电池的初始(第二个循环)充放电性能的图。