[发明专利]水系双离子二次电池

说明书

本发明涉及水系双离子二次电池。公开一种高输出且安全性高的双离子二次电池。水系双离子二次电池，其具有：正极、负极和水系电解液，上述正极具有石墨作为正极活性物质，上述负极具有氧化钛作为负极活性物质，上述水系电解液每1kg水含有10mol以上的双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

技术领域

本申请公开一种使用了水系电解液的双离子二次电池。

背景技术

专利文献1中公开了一种非水系双离子二次电池，其使用插入和脱离非水电解液中的阴离子的正极活性物质、以及插入和脱离非水电解液中的阳离子的负极活性物质。双离子二次电池具有能量密度高、适于快速充放电的种种优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-091994号公报

发明内容

发明要解决的课题

如专利文献1中公开那样，现有的双离子二次电池中，使用非水电解液作为电解液。但是，根据本发明人的见解，在非水系双离子二次电池中，存在电解液的离子传导率低、电池的输入输出特性低的课题。另外，由于使用非水溶剂，因此在安全性上也有改善的余地。在这方面，在双离子二次电池中也考虑使用水系电解液而不是非水电解液作为电解液。但是，水系电解液存在电位窗口窄的课题，对正极活性物质和负极活性物质的选择存在较大的限制，因此对于使用水系电解液构成双离子二次电池尚未进行充分的研究。

用于解决课题的手段

本申请作为用于解决上述课题的手段之一，公开了一种水系双离子二次电池，其具有：正极、负极和水系电解液，上述正极具有石墨作为正极活性物质，上述负极具有氧化钛作为负极活性物质，上述水系电解液每1kg水含有10mol以上的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)。

发明效果

本公开的水系双离子二次电池由于使用水系电解液作为电解液，因此安全性高。

另外，在水系电解液中以高浓度含有LiTFSI，从而水系电解液的电位窗口扩大。特别是将LiTFSI的浓度设为10mol/kg-H₂O以上时，水系电解液的电位窗口上限扩大到4.5V附近，同时电位窗口下限为2V附近。在本公开的水系双离子二次电池中，石墨在水系电解液的电位窗口上限即4.5V附近进行TFSI阴离子的插入和脱离，氧化钛在电位窗口下限的2V附近进行Li离子的插入和脱离。即，能够最大限度地利用水系电解液的电位窗口从而构成2V级的二次电池。

另外，在本公开的水系双离子二次电池中，通过在正极活性物质中利用石墨的层状结构，可以使离子半径大的TFSI阴离子适当地插入和脱离。

进而，在使本公开的水系双离子二次电池工作时，只要正极附近的TFSI阴离子与负极附近的Li离子能够运动则足以。在此，在本公开的双离子二次电池中，在水系电解液中以高浓度含有LiTFSI，因此在正极和负极的附近存在大量的TFSI阴离子和Li离子。因此，本公开的水系双离子二次电池在其工作时高效地将TFSI阴离子供给至正极，将Li离子供给至负极，所需的离子移动距离也变短，因此作为二次电池能够提高输出。

附图说明

图1为用于说明水系双离子二次电池100的构成的概略图。

图2为示出实施例涉及的水系双离子二次电池的充放电曲线的图。

图3为示出比较例涉及的水系双离子二次电池的充放电曲线的图。

附图标记说明

10 正极

11 正极活性物质

12 粘结剂

13 正极集电体