[发明专利]负极活性物质和电池

说明书

本发明涉及负极活性物质和电池。一种负极活性物质，是包含铁化合物的电池用负极活性物质，所述铁化合物含有多氧阴离子和铁的盐，其中，所述多氧阴离子具有选自属于元素周期表的第4族、第5族、第6族、第13族和第14族的原子中的至少1种原子的第一原子和氧原子，所述多氧阴离子中所述氧原子的量相对于所述第一原子的量的摩尔比大于1。

技术领域

本公开涉及一种负极活性物质和电池。

背景技术

目前，储存能量密度最高的电池为锂离子电池。锂离子电池被用于便携设备、混合动力汽车、电动汽车等。在锂离子电池中，作为负极活性物质的锂的氧化还原发生在非常低的电位下，因此能够得到较高的电池电压。另一方面，锂极易氧化，且发生氧化时发热量也较大。另外，由于锂通过与水的接触而被氧化，因此在锂离子电池中，不能使用水系电解液，需要使用有机溶剂系电解液，但通常使用的有机溶剂系电解液是可燃的。

另外，锂电极的充电为从溶液中析出固体的反应，容易产生被称为枝晶的针状析出物，该枝晶可成为短路的原因。因此，在锂离子电池中，通过将还原生成的锂嵌入碳层间，抑制枝晶的生成。但是，通过大电流充电来提高该嵌入的生成速度时，可能会在碳表面析出枝晶，因此，在锂离子电池中，需要避免大电流充电。特别是，在充电末期，需要进行极其缓慢的充电，因此充电需要比较长的时间。这样，在锂离子电池中，包含用于细致地进行充电控制、温度检测等的配件在内的系统整体的成本高，另外，制造时的用于环境控制的制造成本高。另外，电池的处置或再循环的成本也比较高。进一步地，就锂而言，能够有效地采集的产地有限，资源并不丰富且价格昂贵。

因此，期望提供改善这样的锂离子电池的缺点且具有高性能的电池。特别是，在用于自然能源、剩余电力等的电力储存、车载使用等的大型电池中，不仅要求储存能量密度高，还要求价格低，安全性高，且易于处置或再利用等。但是，目前还没有充分满足这些条件的电池。

作为锂离子电池以外的代表性的二次电池，有在负极使用储氢合金的镍氢电池。在镍氢电池中，能够使用不可燃的水系电解液，能够确保安全性高。但是，由于电池电压低，与锂离子电池相比，镍氢电池的储存能量密度相当低。另外，负极的储氢合金中使用的稀土元素价格昂贵，其产量也少，产出国也有限，因此对原料的稳定供应存在担忧。

另一方面，代替镍氢电池的储氢合金负极，也可以采用使用铁作为其他类型的负极活性物质的镍铁电池。予以说明，铁可以通过以下的反应式(1)和反应式(2)所示的反应分别进行充电和放电。

[充电]Fe(OH)₂+2e^-→Fe+2OH^-···(1)

[放电]Fe+2OH^-→Fe(OH)₂+2e^-···(2)

铁因价格低廉，是地球上到处都丰富存在的资源，没有原料供应的问题，作为电极活性物质是极其理想的物质。另外，铁电极示出与储氢合金电极比较近的氧化还原电位，与镍氢电池同样地能够适用碱性水溶液的水系电解液，因此是安全的。

而且，在上述反应式(1)和(2)那样的反应中，每个铁原子具有2个可以进出的电子，具有潜在的大理论容量，因此也有可能通过容量的大小来补偿低电压。另外，由于无法将铁直接作为电极材料使用，因此已知将铁的氧化物或氢氧化物作为电极(负极)材料使用。铁的氧化物或氢氧化物在碱性水溶液中的溶解度极低，不溶解于电解液中，因此在电池中的稳定性高。

如上所述，铁电极因其价格、安全性、资源丰富、潜在容量大等，原本是理想的二次电池用电极(例如，参照日本特开2017-216126号公报)。但是，实际上铁电极对充放电反应的活性低，活性物质利用率也低，因此目前几乎没有被实用化。