JP2000251937A - 電気化学素子 - Google Patents
電気化学素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子機器用電源などに用いられる電気化学
素子において、電解液の漏出を防ぐために丈夫な容器と
シール構造が用いることによる重量や厚さを軽減できな
いという課題、また、切り欠きなどを持った形状の容器
実現のための、高価または複雑な装置を必要とする課題
など、高エネルギー密度電気化学素子の実現に対する課
題を解決目的とする。 【解決手段】 非イオン性高分子と、（化１）に示す
構造を含むイオンまたはその誘導体と、これと異なる陽
イオンを共存イオンとして少なくとも含むゲルまたは固
体のイオン伝導体を用いることを特徴とする電気化学素
子を実現し、これを用いて電気化学素子を構成する 【化１】
素子において、電解液の漏出を防ぐために丈夫な容器と
シール構造が用いることによる重量や厚さを軽減できな
いという課題、また、切り欠きなどを持った形状の容器
実現のための、高価または複雑な装置を必要とする課題
など、高エネルギー密度電気化学素子の実現に対する課
題を解決目的とする。 【解決手段】 非イオン性高分子と、（化１）に示す
構造を含むイオンまたはその誘導体と、これと異なる陽
イオンを共存イオンとして少なくとも含むゲルまたは固
体のイオン伝導体を用いることを特徴とする電気化学素
子を実現し、これを用いて電気化学素子を構成する 【化１】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電源な
どに利用可能な電気化学素子に関する。
どに利用可能な電気化学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の性能向上とともに、機器の小
型化や携帯化が必要となってきている。これに伴い、小
型高容量の二次電池や畜電器が要望されている。従来よ
り利用されている二次電池としては、鉛畜電池、ニッケ
ル・カドミウム電池などが知られているが、これらに代
わってよりエネルギー密度の高いリチウム系二次電池が
注目されている。
型化や携帯化が必要となってきている。これに伴い、小
型高容量の二次電池や畜電器が要望されている。従来よ
り利用されている二次電池としては、鉛畜電池、ニッケ
ル・カドミウム電池などが知られているが、これらに代
わってよりエネルギー密度の高いリチウム系二次電池が
注目されている。
【０００３】このリチウム系二次電池では、活物質とし
て当初金属リチウムを用いることが試みられたが、充放
電を繰り返すうちに樹枝状晶金属が電極表面に成長し、
その成長量が甚だしくなると時には電池の過発熱に至る
という課題があることが判明した。これを防ぐためのひ
とつの方法として、金属リチウムに代えて、リチウムを
層間に吸蔵することができる炭素質材料を用いることが
行われている。炭素質材料を用いた場合にはリチウム樹
枝状晶の成長は見られないので、電池の過発熱抑止には
有効である。しかしながら、炭素質として黒鉛を用いた
場合にはその容量の上限が３７２ｍＡｈ／ｇとなってし
まう。
て当初金属リチウムを用いることが試みられたが、充放
電を繰り返すうちに樹枝状晶金属が電極表面に成長し、
その成長量が甚だしくなると時には電池の過発熱に至る
という課題があることが判明した。これを防ぐためのひ
とつの方法として、金属リチウムに代えて、リチウムを
層間に吸蔵することができる炭素質材料を用いることが
行われている。炭素質材料を用いた場合にはリチウム樹
枝状晶の成長は見られないので、電池の過発熱抑止には
有効である。しかしながら、炭素質として黒鉛を用いた
場合にはその容量の上限が３７２ｍＡｈ／ｇとなってし
まう。
【０００４】リチウム樹枝状晶の成長を抑止するさらに
別の方法として、正負極間の電解液の固体化もしくはゲ
ル化も検討されている。従来の電池では液体である電解
液を用いていたために樹枝状晶が成長したが、固体化も
しくはゲル化によって樹枝状晶の成長が対向電極方向に
は著しく阻害されることが報告されている。固体化もし
くはゲル化によって金属リチウムが活物質として利用可
能になれば、酸化還元反応を行うリチウムをそのまま電
極として利用可能になり、炭素を用いる時に課題となる
容量上限も大きくなり高容量化が可能となる。
別の方法として、正負極間の電解液の固体化もしくはゲ
ル化も検討されている。従来の電池では液体である電解
液を用いていたために樹枝状晶が成長したが、固体化も
しくはゲル化によって樹枝状晶の成長が対向電極方向に
は著しく阻害されることが報告されている。固体化もし
くはゲル化によって金属リチウムが活物質として利用可
能になれば、酸化還元反応を行うリチウムをそのまま電
極として利用可能になり、炭素を用いる時に課題となる
容量上限も大きくなり高容量化が可能となる。
【０００５】また、従来の電池では電解液の漏出を防ぐ
ために丈夫な容器とシール構造が用いられており、これ
によって重量や厚さを軽減できないという課題もあっ
た。また、切り欠きなどを持った形状の容器をシールす
るには、高価または複雑な装置を必要とする課題があっ
た。電解液の固体化もしくはゲル化によって、液体使用
時よりも簡易な容器やシール構造が利用可能となり、電
池を薄型化したり自由な形状とするのも可能となる。さ
らには、発火点などの耐熱安定性も液体に比べて高くな
る傾向にあり、組み立て製作工程においても有利になる
と期待される。
ために丈夫な容器とシール構造が用いられており、これ
によって重量や厚さを軽減できないという課題もあっ
た。また、切り欠きなどを持った形状の容器をシールす
るには、高価または複雑な装置を必要とする課題があっ
た。電解液の固体化もしくはゲル化によって、液体使用
時よりも簡易な容器やシール構造が利用可能となり、電
池を薄型化したり自由な形状とするのも可能となる。さ
らには、発火点などの耐熱安定性も液体に比べて高くな
る傾向にあり、組み立て製作工程においても有利になる
と期待される。
【０００６】また、畜電器においては、電解型では安価
なものに対しては電解液が用いられてきたが、この電解
液の蒸発が特性の経時劣化をもたらす要因のひとつであ
った。この経時劣化を防止するために、電解液に代えて
二酸化マンガンや導電性高分子を用いるということも行
われている。別の方法として電解液をゲル化することで
も蒸発が抑制できると考えられる。ゲルを用いた場合に
は、二酸化マンガンなどの固体電解質に比べてより畜電
器の修復作用が強いと期待される。
なものに対しては電解液が用いられてきたが、この電解
液の蒸発が特性の経時劣化をもたらす要因のひとつであ
った。この経時劣化を防止するために、電解液に代えて
二酸化マンガンや導電性高分子を用いるということも行
われている。別の方法として電解液をゲル化することで
も蒸発が抑制できると考えられる。ゲルを用いた場合に
は、二酸化マンガンなどの固体電解質に比べてより畜電
器の修復作用が強いと期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電子機器用電源などに
用いられる電気化学素子に対しては、連続使用時間の長
時間化や小型軽量化のための高容量化が要求されてい
る。しかしながら、この要求を満たすための高エネルギ
ー密度電気化学素子の実現に対しては、従来の技術に記
したような課題があった。
用いられる電気化学素子に対しては、連続使用時間の長
時間化や小型軽量化のための高容量化が要求されてい
る。しかしながら、この要求を満たすための高エネルギ
ー密度電気化学素子の実現に対しては、従来の技術に記
したような課題があった。
【０００８】本発明は、かかる課題を解決するもので、
高エネルギー密度の電気化学素子の実現を目的とする。
高エネルギー密度の電気化学素子の実現を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、非イオン性高分子と、（化１）に示す構造
を含むイオンまたはその誘導体と、これと異なる陽イオ
ンを共存イオンとして少なくとも含むゲルまたは固体の
イオン伝導体を用いることを特徴とする電気化学素子を
実現し、これを用いて電気化学素子を構成することで高
エネルギー密度の電気化学素子を実現できる。
に本発明は、非イオン性高分子と、（化１）に示す構造
を含むイオンまたはその誘導体と、これと異なる陽イオ
ンを共存イオンとして少なくとも含むゲルまたは固体の
イオン伝導体を用いることを特徴とする電気化学素子を
実現し、これを用いて電気化学素子を構成することで高
エネルギー密度の電気化学素子を実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、非イオン性高分子と、（化１）に示す構造を含むイ
オンまたはその誘導体と、これと異なる陽イオンを共存
イオンとして少なくとも含むゲルまたは固体のイオン伝
導体を用いることを特徴とする電気化学素子であって、
これを用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能
とするという作用を有する。
は、非イオン性高分子と、（化１）に示す構造を含むイ
オンまたはその誘導体と、これと異なる陽イオンを共存
イオンとして少なくとも含むゲルまたは固体のイオン伝
導体を用いることを特徴とする電気化学素子であって、
これを用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能
とするという作用を有する。
【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載のイオン伝導体が、室温でゲルであることを特
徴とする請求項１に記載の電気化学素子であって、これ
を用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能とす
るという作用を有する。
１に記載のイオン伝導体が、室温でゲルであることを特
徴とする請求項１に記載の電気化学素子であって、これ
を用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能とす
るという作用を有する。
【００１２】本発明の請求項３に記載の発明は、共存す
る陽イオンが少なくとも金属イオンを含んでいることを
特徴とする請求項１に記載の電気化学素子であって、こ
れを用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能と
するという作用を有する。
る陽イオンが少なくとも金属イオンを含んでいることを
特徴とする請求項１に記載の電気化学素子であって、こ
れを用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能と
するという作用を有する。
【００１３】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の金属イオンが特にリチウムイオンを少なくと
も含んでいることを特徴とする請求項３に記載の電気化
学素子であって、これを用いて電気化学素子の高エネル
ギー密度化を可能とするという作用を有する。
３に記載の金属イオンが特にリチウムイオンを少なくと
も含んでいることを特徴とする請求項３に記載の電気化
学素子であって、これを用いて電気化学素子の高エネル
ギー密度化を可能とするという作用を有する。
【００１４】本発明の請求項５に記載の発明は、共存す
る陽イオンが少なくとも４級アンモニウムイオンを含ん
でいることを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子
であって、これを用いて電気化学素子の高エネルギー密
度化を可能とするという作用を有する。
る陽イオンが少なくとも４級アンモニウムイオンを含ん
でいることを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子
であって、これを用いて電気化学素子の高エネルギー密
度化を可能とするという作用を有する。
【００１５】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５に記載の４級アンモニウムイオンが、少なくとも直鎖
アルキル４級アンモニウムイオンを含んでいることを特
徴とする請求項５に記載の電気化学素子であって、これ
を用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能とす
るという作用を有する。
５に記載の４級アンモニウムイオンが、少なくとも直鎖
アルキル４級アンモニウムイオンを含んでいることを特
徴とする請求項５に記載の電気化学素子であって、これ
を用いて電気化学素子の高エネルギー密度化を可能とす
るという作用を有する。
【００１６】本発明の請求項７に記載の発明は、リチウ
ムイオンを吸蔵放出する電極を備えた非水二次電池であ
ることを特徴とし、これを用いて電気化学素子の高エネ
ルギー密度化を可能とするという作用を有する。
ムイオンを吸蔵放出する電極を備えた非水二次電池であ
ることを特徴とし、これを用いて電気化学素子の高エネ
ルギー密度化を可能とするという作用を有する。
【００１７】次に、本発明の具体例を説明する。
【００１８】なお、以下の説明では、本発明を実験結果
に基づいて説明するが、本発明は下記実施例により限定
されるものではなく、主旨を変更しない範囲で適宜変更
して実施できるものである。
に基づいて説明するが、本発明は下記実施例により限定
されるものではなく、主旨を変更しない範囲で適宜変更
して実施できるものである。
【００１９】（実施例１）弗化ビニリデンと六弗化プロ
ピレンの共重合体０．５ｇをＮ−メチルピロリドン４ｇ
に溶解しポリマ溶液を得た。次に、１−エチル−３−メ
チルイミダゾリウム四弗化ホウ酸塩０．１ｍｏｌに四弗
化ホウ酸リチウム０．０５ｍｏｌを溶解したものをポリ
マ溶液に溶解してゲル原液を得た。
ピレンの共重合体０．５ｇをＮ−メチルピロリドン４ｇ
に溶解しポリマ溶液を得た。次に、１−エチル−３−メ
チルイミダゾリウム四弗化ホウ酸塩０．１ｍｏｌに四弗
化ホウ酸リチウム０．０５ｍｏｌを溶解したものをポリ
マ溶液に溶解してゲル原液を得た。
【００２０】なお、ポリマ溶液やゲル原液を得る過程は
アルゴン中で行った。ゲル原液を５０℃に加熱しガラス
板上に塗布した後、常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、
その後７０℃で１５時間真空乾燥して固体イオン伝導体
を得た。炭酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合し
た溶媒に六弗化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で
溶解した液に、得られた固体イオン伝導体を１０分間浸
漬しゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝導
体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝導
率を測定したところ１×１０-4Ｓ／ｃｍであった。
アルゴン中で行った。ゲル原液を５０℃に加熱しガラス
板上に塗布した後、常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、
その後７０℃で１５時間真空乾燥して固体イオン伝導体
を得た。炭酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合し
た溶媒に六弗化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で
溶解した液に、得られた固体イオン伝導体を１０分間浸
漬しゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝導
体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝導
率を測定したところ１×１０-4Ｓ／ｃｍであった。
【００２１】ポリ弗化ビニリデンをＮ−メチルピロリド
ンに１０％溶解したもの５ｇと黒鉛粉末３ｇとを混練し
銅箔に塗布した後常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、そ
の後７０℃で１５時間真空乾燥して炭素電極を得た。炭
酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒に六
弗化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液
に、得られた炭素電極を10時間浸漬して電解液を含んだ
炭素電極を得た。
ンに１０％溶解したもの５ｇと黒鉛粉末３ｇとを混練し
銅箔に塗布した後常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、そ
の後７０℃で１５時間真空乾燥して炭素電極を得た。炭
酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒に六
弗化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液
に、得られた炭素電極を10時間浸漬して電解液を含んだ
炭素電極を得た。
【００２２】直径１５ｍｍの金属リチウム箔と直径１
２．５ｍｍの電解液を含んだ炭素電極の間に直径１６．
５ｍｍのゲルイオン伝導体を挟んだコイン電池を作成し
た。得られた電池の充放電特性は、図１と（表１）のよ
うになった。さらに充放電を１0回繰り返した後、電池
を分解しリチウム電極上を観察したが樹枝状晶は発達し
ていなかった。
２．５ｍｍの電解液を含んだ炭素電極の間に直径１６．
５ｍｍのゲルイオン伝導体を挟んだコイン電池を作成し
た。得られた電池の充放電特性は、図１と（表１）のよ
うになった。さらに充放電を１0回繰り返した後、電池
を分解しリチウム電極上を観察したが樹枝状晶は発達し
ていなかった。
【００２３】
【表１】
【００２４】（比較例1）実施例1のゲルイオン伝導体に
代えて、電解液をセパレータに含浸させたものを用いた
液体系コイン電池を作成した。なお、電解液は、炭酸エ
チレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒に四弗化
ホウ酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液と
し、セパレータは多孔質ポリプロピレンを用いた。ま
た、電極は、実施例1と同様金属リチウム箔と実施例1で
作成した炭素電極を用いた。
代えて、電解液をセパレータに含浸させたものを用いた
液体系コイン電池を作成した。なお、電解液は、炭酸エ
チレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒に四弗化
ホウ酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液と
し、セパレータは多孔質ポリプロピレンを用いた。ま
た、電極は、実施例1と同様金属リチウム箔と実施例1で
作成した炭素電極を用いた。
【００２５】得られた電池の充放電特性は、図1と（表
１）のようになった。さらに充放電を10回繰り返した
後、電池を分解しリチウム電極上を観察したところ、炭
素電極と対向するところは樹枝状晶で覆われていた。な
お、炭素電極と対向していないところには、樹枝状晶は
発達していなかった。
１）のようになった。さらに充放電を10回繰り返した
後、電池を分解しリチウム電極上を観察したところ、炭
素電極と対向するところは樹枝状晶で覆われていた。な
お、炭素電極と対向していないところには、樹枝状晶は
発達していなかった。
【００２６】（実施例2）実施例1の弗化ビニリデンと六
弗化プロピレンの共重合体に代えて、ポリ（２−ヒドロ
キシエチルメタクリレート）を用いた以外実施例1と同
様にしてゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン
伝導体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気
伝導率を測定したところ０．７×１０-4Ｓ／ｃｍであっ
た。
弗化プロピレンの共重合体に代えて、ポリ（２−ヒドロ
キシエチルメタクリレート）を用いた以外実施例1と同
様にしてゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン
伝導体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気
伝導率を測定したところ０．７×１０-4Ｓ／ｃｍであっ
た。
【００２７】さらに、実施例1の弗化ビニリデンと六弗
化プロピレンの共重合体をポリアクリロニトリルに代え
てゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝導体
をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝導率
を測定したところ１．１×１０-4Ｓ／ｃｍであった。
化プロピレンの共重合体をポリアクリロニトリルに代え
てゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝導体
をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝導率
を測定したところ１．１×１０-4Ｓ／ｃｍであった。
【００２８】また、実施例1の弗化ビニリデンと六弗化
プロピレンの共重合体をポリ（３−ヒドロキシ酪酸）に
代えてゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝
導体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝
導率を測定したところ０．９×１０-4Ｓ／ｃｍであっ
た。
プロピレンの共重合体をポリ（３−ヒドロキシ酪酸）に
代えてゲルイオン伝導体を得た。得られたゲルイオン伝
導体をリチウム金属電極２枚の間に挟み、直流で電気伝
導率を測定したところ０．９×１０-4Ｓ／ｃｍであっ
た。
【００２９】3種類のゲルイオン伝導体を用いて実施例1
と同様にコイン電池を作成した。得られた電池の充放電
容量は、それぞれ（表1）のようになった。また、充放
電を10回繰り返した後に電池を分解したところ、いずれ
のゲルイオン伝導体を用いた場合でも金属リチウム電極
上に樹枝状晶は発達していなかった。
と同様にコイン電池を作成した。得られた電池の充放電
容量は、それぞれ（表1）のようになった。また、充放
電を10回繰り返した後に電池を分解したところ、いずれ
のゲルイオン伝導体を用いた場合でも金属リチウム電極
上に樹枝状晶は発達していなかった。
【００３０】（実施例3）弗化ビニリデンと六弗化プロ
ピレンの共重合体０．５ｇをＮ−メチルピロリドン４ｇ
に溶解しポリマ溶液を得た。次に、１−エチル−３−メ
チルイミダゾリウム四弗化ホウ酸塩０．１ｍｏｌとテト
ラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩０．０５ｍｏｌを
ポリマ溶液に溶解してゲル原液を得た。
ピレンの共重合体０．５ｇをＮ−メチルピロリドン４ｇ
に溶解しポリマ溶液を得た。次に、１−エチル−３−メ
チルイミダゾリウム四弗化ホウ酸塩０．１ｍｏｌとテト
ラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩０．０５ｍｏｌを
ポリマ溶液に溶解してゲル原液を得た。
【００３１】なお、ポリマ溶液やゲル原液を得る過程は
アルゴン中で行った。ゲル原液を５０℃に加熱しガラス
板上に塗布した後、常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、
その後７０℃で１５時間真空乾燥して固体イオン伝導体
を得た。炭酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合し
た溶媒にテトラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩を１
ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液に、得られた固体イオン
伝導体を１０分間浸漬しゲルイオン伝導体を得た。
アルゴン中で行った。ゲル原液を５０℃に加熱しガラス
板上に塗布した後、常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、
その後７０℃で１５時間真空乾燥して固体イオン伝導体
を得た。炭酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合し
た溶媒にテトラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩を１
ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した液に、得られた固体イオン
伝導体を１０分間浸漬しゲルイオン伝導体を得た。
【００３２】得られたゲルイオン伝導体を白金電極２枚
の間に挟み、１ｋＨｚで電気伝導率を測定したところ４
×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、直流では電気伝導率
は測定限界（２×１０-9Ｓ／ｃｍ）以下であった。
の間に挟み、１ｋＨｚで電気伝導率を測定したところ４
×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、直流では電気伝導率
は測定限界（２×１０-9Ｓ／ｃｍ）以下であった。
【００３３】ポリ弗化ビニリデンをＮ−メチルピロリド
ンに１０％溶解したもの５ｇと黒鉛粉末３ｇとを混練し
銅箔に塗布した後常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、そ
の後７０℃で１５時間真空乾燥して炭素電極を得た。炭
酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒にテ
トラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩を１ｍｏｌ／ｌ
の濃度で溶解した液に、得られた炭素電極を10時間浸漬
して電解液を含んだ炭素電極を得た。
ンに１０％溶解したもの５ｇと黒鉛粉末３ｇとを混練し
銅箔に塗布した後常圧６５℃で１５分間予備乾燥し、そ
の後７０℃で１５時間真空乾燥して炭素電極を得た。炭
酸エチレンと炭酸ジエチルを１：１に混合した溶媒にテ
トラエチルアンモニウム四弗化ホウ酸塩を１ｍｏｌ／ｌ
の濃度で溶解した液に、得られた炭素電極を10時間浸漬
して電解液を含んだ炭素電極を得た。
【００３４】対向した直径１２．５ｍｍの電解液を含ん
だ炭素電極２枚の間に直径１６．５ｍｍのゲルイオン伝
導体を挟んだ素子を作成した。なお、この素子のケース
は実施例１の電池と同等のものを用いた。得られた素子
に直流電圧１Ｖをかけたところ、電流値は０．１μＡ以
下であった。また、０．１２ｋＨｚの交流電圧１Ｖをか
けたところ、電流値は０．１１ｍＡであった。
だ炭素電極２枚の間に直径１６．５ｍｍのゲルイオン伝
導体を挟んだ素子を作成した。なお、この素子のケース
は実施例１の電池と同等のものを用いた。得られた素子
に直流電圧１Ｖをかけたところ、電流値は０．１μＡ以
下であった。また、０．１２ｋＨｚの交流電圧１Ｖをか
けたところ、電流値は０．１１ｍＡであった。
【００３５】以上、実施例1と比較例1を比較すれば、実
施例1のゲルイオン伝導体を用いた電気化学素子は、電
解液を用いた場合と異なり金属リチウム電極上の樹枝状
晶の発達を抑制することがわかる。また充放電容量に関
しては、ゲルイオン伝導体を用いた場合でも電解液を用
いたものと同等であり、特に劣っていないのもわかる。
施例1のゲルイオン伝導体を用いた電気化学素子は、電
解液を用いた場合と異なり金属リチウム電極上の樹枝状
晶の発達を抑制することがわかる。また充放電容量に関
しては、ゲルイオン伝導体を用いた場合でも電解液を用
いたものと同等であり、特に劣っていないのもわかる。
【００３６】また、実施例1と実施例2からイオン伝導体
の構成要素である非イオン性高分子は、フッ化ビニリデ
ンと六フッ化プロピレンの共重合体などに特に限定され
るものでないことがわかる。
の構成要素である非イオン性高分子は、フッ化ビニリデ
ンと六フッ化プロピレンの共重合体などに特に限定され
るものでないことがわかる。
【００３７】さらに、実施例３では交流と直流での電流
値の比が大きく直流ではほとんど電流が流れないことか
ら実施例３の電気化学素子は畜電器的な性質を持ってい
ることがわかる。
値の比が大きく直流ではほとんど電流が流れないことか
ら実施例３の電気化学素子は畜電器的な性質を持ってい
ることがわかる。
【００３８】なお、イオン伝導体に溶解する塩は各実施
例に限定されるものではなく、六弗化リン酸や四弗化ホ
ウ酸を各種アミド塩やイミド塩、さらにその他の塩に変
更することも可能である。さらに、一種類の塩を含むだ
けでなく複数種の塩を混合して用いるのも可能である。
例に限定されるものではなく、六弗化リン酸や四弗化ホ
ウ酸を各種アミド塩やイミド塩、さらにその他の塩に変
更することも可能である。さらに、一種類の塩を含むだ
けでなく複数種の塩を混合して用いるのも可能である。
【００３９】また、イオン伝導体に含浸させる溶媒は、
炭酸エチレンと炭酸ジエチルの混合溶媒を用いたが分解
反応などの副反応が起きない範囲で他の溶媒と変更する
のも可能である。
炭酸エチレンと炭酸ジエチルの混合溶媒を用いたが分解
反応などの副反応が起きない範囲で他の溶媒と変更する
のも可能である。
【００４０】さらに、非イオン性高分子を溶解させる溶
媒も、副反応が起きない範囲で他の溶媒と変更するのも
可能である。
媒も、副反応が起きない範囲で他の溶媒と変更するのも
可能である。
【００４１】また、実施例の電池ではリチウムを吸蔵放
出可能な電極として炭素電極を用いたが、これに代え
て、例えばコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム、
リチウムマンガン酸化物、リチウムバナジウム酸化物な
どのリチウムを吸蔵放出可能な化合物を用いるのも可能
である。また、その他のリチウムを吸蔵放出可能な化合
物を用いるのも可能である。また、例えばコバルト酸リ
チウムと黒鉛を両極に用いるといったように、正極と負
極ともにリチウムを吸蔵放出可能な化合物を用いるのも
可能である。
出可能な電極として炭素電極を用いたが、これに代え
て、例えばコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム、
リチウムマンガン酸化物、リチウムバナジウム酸化物な
どのリチウムを吸蔵放出可能な化合物を用いるのも可能
である。また、その他のリチウムを吸蔵放出可能な化合
物を用いるのも可能である。また、例えばコバルト酸リ
チウムと黒鉛を両極に用いるといったように、正極と負
極ともにリチウムを吸蔵放出可能な化合物を用いるのも
可能である。
【００４２】なお、実施例ではケースとしてコイン型電
池のものを用いたが、その他の形状のケースも可能であ
るし、ケースの材質も合成樹脂などに代えるのも可能で
ある。また、ケースにはフィルムや筒の真空融着による
真空パックを用いるのも可能である。
池のものを用いたが、その他の形状のケースも可能であ
るし、ケースの材質も合成樹脂などに代えるのも可能で
ある。また、ケースにはフィルムや筒の真空融着による
真空パックを用いるのも可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、非イオン
性高分子と、（化１）に示す構造を含むイオンまたはそ
の誘導体と、これと異なる陽イオンを共存イオンとして
少なくとも含むゲルまたは固体のイオン伝導体を用いる
ことを特徴とする電気化学素子を実現し、高エネルギー
密度化が可能となる。
性高分子と、（化１）に示す構造を含むイオンまたはそ
の誘導体と、これと異なる陽イオンを共存イオンとして
少なくとも含むゲルまたは固体のイオン伝導体を用いる
ことを特徴とする電気化学素子を実現し、高エネルギー
密度化が可能となる。
【図１】電池の充放電特性を示した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和廣 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 宮本 明人 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5H029 AJ03 AJ11 AK06 AL12 AM00 AM16 BJ03
Claims (8)
- 【請求項１】 非イオン性高分子と、（化１）に示す構
造を含むイオンまたはその誘導体と、これと異なる陽イ
オンを共存イオンとして少なくとも含むゲルまたは固体
のイオン伝導体を用いることを特徴とする電気化学素
子。（但し、Ｒ１とＲ２は、窒素原子に炭素原子が直接
結合する基である。） 【化１】 - 【請求項２】 請求項１に記載のイオン伝導体が、室温
でゲルであることを特徴とする請求項１に記載の電気化
学素子。 - 【請求項３】 共存する陽イオンが少なくとも金属イオ
ンを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電気
化学素子。 - 【請求項４】 金属イオンが特にリチウムイオンを少な
くとも含んでいることを特徴とする請求項３に記載の電
気化学素子。 - 【請求項５】 共存する陽イオンが少なくとも４級アン
モニウムイオンを含んでいることを特徴とする請求項１
に記載の電気化学素子。 - 【請求項６】 ４級アンモニウムイオンが、少なくとも
直鎖アルキル４級アンモニウムイオンを含んでいること
を特徴とする請求項５に記載の電気化学素子。 - 【請求項７】 イオン伝導体の構成要素である非イオン
性高分子が、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンの
共重合体、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト）またはその共重合体、ポリアクリロニトリルまたは
その共重合体、ポリ（３−ヒドロキシ酪酸）またはその
共重合体より選ばれるものを少なくとも含んでいること
を特徴とする請求項１から６に記載の電気化学素子。 - 【請求項８】 リチウムイオンを吸蔵放出する電極と、
前記電極間に請求項１から７記載の電気化学素子を備え
た非水二次電池。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11050038A JP2000251937A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 電気化学素子 |
| US09/327,070 US6413486B2 (en) | 1998-06-05 | 1999-06-07 | Nonaqueous secondary battery, constituent elements of battery, and materials thereof |
| US09/878,613 US20010051125A1 (en) | 1998-06-05 | 2001-06-11 | Nonaqueous secondary battery, constituent elements of battery, and materials thereof |
| US10/392,412 US20030165745A1 (en) | 1998-06-05 | 2003-03-19 | Nonaqueous secondary battery, constituent elements of battery, and materials thereof |
| US10/391,698 US20030185742A1 (en) | 1998-06-05 | 2003-03-19 | Nonaqueous secondary battery, constituent elements of battery, and materials thereof |
| US11/281,088 US20060078799A1 (en) | 1998-06-05 | 2005-11-17 | Nonaqueous secondary battery, constituent elements of battery, and materials thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11050038A JP2000251937A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 電気化学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000251937A true JP2000251937A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12847841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11050038A Pending JP2000251937A (ja) | 1998-06-05 | 1999-02-26 | 電気化学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000251937A (ja) |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP11050038A patent/JP2000251937A/ja active Pending
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