[发明专利]复合颗粒粉末、固体氧化物型电池用电极材料及使用其的固体氧化物型电池用电极

说明书

一种复合颗粒粉末，其特征在于，其为电子传导性材料和离子传导性材料聚集而成的复合颗粒粉末，该复合颗粒粉末的粒度分布测定中的体积基准的50％粒径(D50)为0.1～2.0μm，粒度分布测定中的体积基准的D75/D25为1.1～2.2，D50和BET比表面积满足下述：(I)0.1μm≤D50≤0.5μm的情况下，大于20m²/g且为200m²/g以下，(II)0.5μmD50≤0.9μm的情况下，大于4m²/g且为50m²/g以下，(III)0.9μmD50≤1.3μm的情况下，大于2.5m²/g且为30m²/g以下，(IV)1.3μmD50≤2.0μm的情况下，大于2m²/g且为20m²/g以下，该离子传导性材料的含有率为35～75质量％。根据本发明，可以提供使用氧化物或金属作为材料、电极电阻低的电极。

技术领域

本发明涉及成为固体氧化物型电池用电极材料的原料的复合颗粒粉末、以及使用其的固体氧化物型电池用电极材料及使用其的固体氧化物型电池用电极和其制造方法。

背景技术

作为能够进行高效率能量转换的装置，面向固体氧化物型电池的实用化的研究开发得到进展。作为代表性的一例，存在固体氧化物型燃料电池、固体氧化物型电解电池等。

固体氧化物型电池是将氧化物作为主要材料，基本上用多孔体的电极(空气电极和燃料电极)夹入致密体的电解质来构成。通过构成材料，可以选择广泛的工作温度范围，在400～1000℃下使用。

电解质的材料使用离子传导性材料。例如存在氧化锆、二氧化铈等具有氧化物离子传导性的氧化物、或钙钛矿型材料等具有质子传导性的氧化物。

电极的材料使用具有催化活性的电子传导性的氧化物、金属(以下称为“电子传导性材料”)。电子传导性材料有时以单质使用，但是为了扩大电极内的反应场，也有时将与电解质相同的材料或传导与电解质相同的离子(“离子”为包括氧化物离子、质子的成为传导载流子的全部离子的总称)的离子传导性材料与电子传导性材料混合来使用。通常通过将电子传导性材料和离子传导性材料复合化，电极的反应电阻得到降低。

作为固体氧化物型电池的空气电极用的电子传导性材料，存在钙钛矿型的氧化物材料，例如(LaSr)MnO₃、(LaSr)FeO₃、(LaSr)CoO₃、(LaSr)(CoFe)O₃等。上述电子传导性材料的La能够与其它的镧系元素(Pr、Sm、Gd)置换或一部分置换，Sr能够与其它的碱土金属(Ca、Ba)置换或一部分置换。

作为固体氧化物型电池的燃料电极用的电子传导性材料，使用金属系材料(Ni、Cu、Fe等)。金属系材料也包括利用氢气、一氧化碳、烃和生物燃料等气体还原而得到的材料。例如作为制造时的材料，使用NiO(氧化物)的情况下，构筑固体氧化物型电池、利用上述气体工作时，NiO被还原为Ni(金属)。

作为面向固体氧化物型电池的普及的重要问题，可列举出与成本降低直接联系的单位体积的输出性能提高。而成为固体氧化物型电池的单位体积的输出性能的重要因素的是电极单位面积的电流(以下称为“电流密度”)，现在为了增加电流密度，进行了各种研究开发。

确定固体氧化物型电池的电流密度的支配性的要素为电极电阻。随着电极中产生的电化学反应，产生过电压(平衡状态和工作状态的电压差)，但是从高效率工作的观点考虑，要求即使低的过电压也可以得到高的电流密度的低电极电阻的电极。

作为迄今为止的研究开发，例如公开了通过将电子传导性材料和离子传导性材料复合化而电极电阻降低、可以得到高的电流密度的电极(专利文献1)。另外，进而为了得到高的电流密度而公开了电极结构和电极材料的纳米尺寸化(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献