JP2001236956A - 電池の正極活物質及び負極活物質 - Google Patents
電池の正極活物質及び負極活物質Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活物質の利用率を上げる。電池が劣化しない
ようにする。コストを下げる。電池を小さく、軽くす
る。 【解決手段】 Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｔｉなどの金属を一部又は全部炭化
し、酸化されても電気伝導性がある物質を負極活物質１
８とする。Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈ
ｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｔｉなどの金属を一部又は全部炭化
し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカルボキシ
ル化してつくる電気伝導性がある物質を正極活物質２２
とする。
ようにする。コストを下げる。電池を小さく、軽くす
る。 【解決手段】 Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｔｉなどの金属を一部又は全部炭化
し、酸化されても電気伝導性がある物質を負極活物質１
８とする。Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈ
ｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｔｉなどの金属を一部又は全部炭化
し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカルボキシ
ル化してつくる電気伝導性がある物質を正極活物質２２
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池の活物質自身
に電気伝導性を持たせた正極活物質及び負極活物質に関
するものである。
に電気伝導性を持たせた正極活物質及び負極活物質に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ニッケル水素電池等の正極である
水酸化ニッケルや、ニッケル鉄電池の負極である水酸化
鉄などは、電気伝導性がないため、電気を伝えるように
するための様々な工夫がなされている。例えば、水酸化
ニッケルの場合、ニッケル集電板に小さなポケットをつ
くり、この中に水酸化ニッケルを装填して外から圧着
し、活物質が集電板に接触するようにして電気伝導性を
得ている。
水酸化ニッケルや、ニッケル鉄電池の負極である水酸化
鉄などは、電気伝導性がないため、電気を伝えるように
するための様々な工夫がなされている。例えば、水酸化
ニッケルの場合、ニッケル集電板に小さなポケットをつ
くり、この中に水酸化ニッケルを装填して外から圧着
し、活物質が集電板に接触するようにして電気伝導性を
得ている。
【０００３】他の方法としては、集電体であるニッケル
の燒結金属に電解法で水酸化ニッケルを析出させて電気
伝導性を得る方法がある。また、集電体であるニッケル
のフェルトの中に水酸化ニッケル粉を炭素やコバルトな
どの導電性物質とともに装填して外から圧着し、活物質
が集電体に接触するとともに、混合された導電性物質に
よって電気が伝わるようにして電気伝導性を得る方法が
ある。また、他の方法として、主活物質にポリアニリン
等の導電性ポリマーをバインダーとして加えて造粒する
ことによって電気伝導性を得る方法がある。この他、Ｆ
ｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂなどの場合も、電気伝導性がある
別の物質に機械的な圧着を行うことにより、電気の伝導
性を得るようにしている。
の燒結金属に電解法で水酸化ニッケルを析出させて電気
伝導性を得る方法がある。また、集電体であるニッケル
のフェルトの中に水酸化ニッケル粉を炭素やコバルトな
どの導電性物質とともに装填して外から圧着し、活物質
が集電体に接触するとともに、混合された導電性物質に
よって電気が伝わるようにして電気伝導性を得る方法が
ある。また、他の方法として、主活物質にポリアニリン
等の導電性ポリマーをバインダーとして加えて造粒する
ことによって電気伝導性を得る方法がある。この他、Ｆ
ｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂなどの場合も、電気伝導性がある
別の物質に機械的な圧着を行うことにより、電気の伝導
性を得るようにしている。
【０００４】また、コバルトを使用して水酸化ニッケル
に導電性を付与する技術として、例えば、特開平１１−
９７００８号公報には、平均価数が３．０よりも十分に
高いγ−オキシ水酸化コバルトを主成分とした導電剤で
ある高次コバルト酸化物と、水酸化ニッケルを主成分と
した固溶体粒子とで構成されたアルカリ蓄電池の正極活
物質が開示されている。また、ポリアニリンを使用して
金属酸化物に導電性を付与する技術として、例えば、特
開平１１−３３９７７４号公報には、ＬｉＣｏＯ2と結
着剤としてのポリアニリン／エタンジスルホン酸を複合
化した層を、炭素繊維紙に塗布し成形してなるリチウム
二次電池用の正極が開示されている。
に導電性を付与する技術として、例えば、特開平１１−
９７００８号公報には、平均価数が３．０よりも十分に
高いγ−オキシ水酸化コバルトを主成分とした導電剤で
ある高次コバルト酸化物と、水酸化ニッケルを主成分と
した固溶体粒子とで構成されたアルカリ蓄電池の正極活
物質が開示されている。また、ポリアニリンを使用して
金属酸化物に導電性を付与する技術として、例えば、特
開平１１−３３９７７４号公報には、ＬｉＣｏＯ2と結
着剤としてのポリアニリン／エタンジスルホン酸を複合
化した層を、炭素繊維紙に塗布し成形してなるリチウム
二次電池用の正極が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
は、下記のような問題点がある。活物質を集電体に圧着
したり析出させる技術では、集電体の面に活物質を接触
させており、集電体の面に接触させて電気を伝えること
ができる活物質は限られているので、多くの活物質を利
用することはできない。また、炭素、コバルト、ポリア
ニリン等の導電体を混合する技術では、集電体の接触部
から離れて存在する活物質は、混合された導電体によっ
て電気を伝えるので、接触不良を起こしている活物質は
電池の反応に寄与しなくなる。このように、従来の技術
では、活物質の利用率を高めることができない。
は、下記のような問題点がある。活物質を集電体に圧着
したり析出させる技術では、集電体の面に活物質を接触
させており、集電体の面に接触させて電気を伝えること
ができる活物質は限られているので、多くの活物質を利
用することはできない。また、炭素、コバルト、ポリア
ニリン等の導電体を混合する技術では、集電体の接触部
から離れて存在する活物質は、混合された導電体によっ
て電気を伝えるので、接触不良を起こしている活物質は
電池の反応に寄与しなくなる。このように、従来の技術
では、活物質の利用率を高めることができない。
【０００６】また、電池反応に起因する温度変化によっ
て膨張と収縮が活物質に発生し、これが繰り返されるの
で、活物質が集電体から脱落したり、あるいは接触不良
となって、電池のエネルギー貯蔵能力が低下、すなわ
ち、電池が劣化する。また、集電体や導電体を多く必要
とするので、電池の重量が重くなり、かつ、体積も大き
くなる。また、活物質の製作において、処理、工作が複
雑であり、導電体の材料も高価なコバルトなどであるの
で、コストが高くなる。
て膨張と収縮が活物質に発生し、これが繰り返されるの
で、活物質が集電体から脱落したり、あるいは接触不良
となって、電池のエネルギー貯蔵能力が低下、すなわ
ち、電池が劣化する。また、集電体や導電体を多く必要
とするので、電池の重量が重くなり、かつ、体積も大き
くなる。また、活物質の製作において、処理、工作が複
雑であり、導電体の材料も高価なコバルトなどであるの
で、コストが高くなる。
【０００７】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、電池の活物質の一部又は全部を炭
化して充電状態でも放電状態でも電気伝導性のある活物
質とすることにより、活物質の利用率が高くなり、電池
の劣化もなく、しかも、コバルトなどの導電材が不要と
なってコストダウンとなり、かつ、電池の重量及び体積
ともに小さくできる正極活物質及び負極活物質を提供す
ることにある。
で、本発明の目的は、電池の活物質の一部又は全部を炭
化して充電状態でも放電状態でも電気伝導性のある活物
質とすることにより、活物質の利用率が高くなり、電池
の劣化もなく、しかも、コバルトなどの導電材が不要と
なってコストダウンとなり、かつ、電池の重量及び体積
ともに小さくできる正極活物質及び負極活物質を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電池の負極活物質は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚ
ｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、
Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及びＴｉより
なる群から選ばれた金属の少なくとも一部を炭化し、酸
化状態でも電気伝導性を有するようにした構成とされて
いる。すなわち、上述したような金属を一部又は全部炭
化し、酸化されても電気伝導性がある物質を負極活物質
とする。
めに、本発明の電池の負極活物質は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚ
ｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、
Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及びＴｉより
なる群から選ばれた金属の少なくとも一部を炭化し、酸
化状態でも電気伝導性を有するようにした構成とされて
いる。すなわち、上述したような金属を一部又は全部炭
化し、酸化されても電気伝導性がある物質を負極活物質
とする。
【０００９】本発明の電池の正極活物質は、Ｆｅ、Ａ
ｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌ
ｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及び
Ｔｉよりなる群から選ばれた金属の少なくとも一部を炭
化し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカルボキ
シル化して電気伝導性を有するようにしたことを特徴と
している。すなわち、上述したような金属を一部又は全
部炭化し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカル
ボキシル化してつくる電気伝導性がある物質を正極活物
質とする。
ｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌ
ｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及び
Ｔｉよりなる群から選ばれた金属の少なくとも一部を炭
化し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカルボキ
シル化して電気伝導性を有するようにしたことを特徴と
している。すなわち、上述したような金属を一部又は全
部炭化し、これを酸化、水酸化、オキシ水酸化又はカル
ボキシル化してつくる電気伝導性がある物質を正極活物
質とする。
【００１０】また、本発明の電池の正極活物質は、Ｆ
ｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓ
ｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍ
ｇ及びＴｉよりなる群から選ばれた金属の酸化物、水酸
化物、オキシ水酸化物又はカルボキシル化物の少なくと
も一部を炭化して電気伝導性を有するようにしたことを
特徴としている。すなわち、上述したような金属の酸化
物、水酸化物、オキシ水酸化物又はカルボキシル化物の
一部又は全部を炭化してつくる電気伝導性がある物質を
正極活物質とする。
ｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓ
ｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍ
ｇ及びＴｉよりなる群から選ばれた金属の酸化物、水酸
化物、オキシ水酸化物又はカルボキシル化物の少なくと
も一部を炭化して電気伝導性を有するようにしたことを
特徴としている。すなわち、上述したような金属の酸化
物、水酸化物、オキシ水酸化物又はカルボキシル化物の
一部又は全部を炭化してつくる電気伝導性がある物質を
正極活物質とする。
【００１１】このように、電池の活物質の一部又は全部
を炭化して、活物質自身を電気伝導性がある物質にする
ことにより、集電体と活物質、及び活物質どうしが電気
を伝えるようになる。上記の負極活物質及び正極活物質
は、粒子、粉体又は粒子と粉体との混合物として三次元
電池に使用することが好ましい。三次元電池については
後述する。
を炭化して、活物質自身を電気伝導性がある物質にする
ことにより、集電体と活物質、及び活物質どうしが電気
を伝えるようになる。上記の負極活物質及び正極活物質
は、粒子、粉体又は粒子と粉体との混合物として三次元
電池に使用することが好ましい。三次元電池については
後述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態による正
極活物質及び負極活物質を用いた電池の概略構成を示し
ている。本実施の形態は、炭化鉄二次電池である。ま
ず、三次元電池の構成について説明する。図１に示すよ
うに、ケーシング１０内にセパレータ１２を介して、負
極セル１４、正極セル１６が設けられ、負極セル１４に
は負極活物質１８及び電解液２０が装填され、正極セル
１６には正極活物質２２及び電解液２０が装填されてい
る。負極活物質１８及び正極活物質２２は、粒子、粉体
又は粒子と粉体との混合物である。なお、セパレータ１
２は、イオンを通し電気を通さない膜であり、例えば、
素焼、焼結ガラス、多孔質ポリプロピレン、多孔質ポリ
エチレン、多孔質テフロン、ナイロン不織布等が用いら
れる。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態による正
極活物質及び負極活物質を用いた電池の概略構成を示し
ている。本実施の形態は、炭化鉄二次電池である。ま
ず、三次元電池の構成について説明する。図１に示すよ
うに、ケーシング１０内にセパレータ１２を介して、負
極セル１４、正極セル１６が設けられ、負極セル１４に
は負極活物質１８及び電解液２０が装填され、正極セル
１６には正極活物質２２及び電解液２０が装填されてい
る。負極活物質１８及び正極活物質２２は、粒子、粉体
又は粒子と粉体との混合物である。なお、セパレータ１
２は、イオンを通し電気を通さない膜であり、例えば、
素焼、焼結ガラス、多孔質ポリプロピレン、多孔質ポリ
エチレン、多孔質テフロン、ナイロン不織布等が用いら
れる。
【００１３】また、負極セル１４、正極セル１６の中に
は、それぞれ導電性の材料からなる負極集電体２４、正
極集電体２６が設けられている。集電体の形状として
は、一例として、板状、棒状、管状のものが用いられる
が、他の形状のものを採用することも可能である。ま
た、図示を省略しているが、負極集電体２４、正極集電
体２６は、ケーシング１０の外で、負荷手段（放電の場
合）又は発電手段（充電の場合）と接続されている。な
お、活物質と集電体、及び活物質どうしの接触効率を上
げ、かつ、イオン拡散速度を上げるために、気体又は液
体による流動化流体分散手段や機械的な撹拌手段等によ
り各セル内の活物質を流動化（撹拌）する場合もある。
は、それぞれ導電性の材料からなる負極集電体２４、正
極集電体２６が設けられている。集電体の形状として
は、一例として、板状、棒状、管状のものが用いられる
が、他の形状のものを採用することも可能である。ま
た、図示を省略しているが、負極集電体２４、正極集電
体２６は、ケーシング１０の外で、負荷手段（放電の場
合）又は発電手段（充電の場合）と接続されている。な
お、活物質と集電体、及び活物質どうしの接触効率を上
げ、かつ、イオン拡散速度を上げるために、気体又は液
体による流動化流体分散手段や機械的な撹拌手段等によ
り各セル内の活物質を流動化（撹拌）する場合もある。
【００１４】図１に示す三次元電池について、放電及び
充電の詳細を説明する。 （放電）電池に負荷をかけ、負極集電体２４より電子が
供給される。電子は負極セル１４内で陽イオン化した負
極活物質１８が放出し、負極集電体２４に直接又は活物
質を介して移動する。反応によって発生したイオンはセ
パレータ１２を通過して正極セル１６に入り、ここで正
極活物質２２及び電子と反応する。電子は活物質を介し
て、あるいは直接、正極集電体２６に移動して負荷手段
（図示略）に供給される。 （充電）電池に電圧をかけ、負極集電体２４より電子を
供給する。電子は負極集電体２４より負極活物質１８に
直接又は活物質を介して移動して反応する。反応によっ
て発生したイオンはセパレータ１２を通過して正極セル
１６に入り、ここで正極活物質２２と反応して電子を放
出する。この電子は活物質を介して、あるいは直接、正
極集電体２６に移動して発電手段（図示略）に送られ
る。
充電の詳細を説明する。 （放電）電池に負荷をかけ、負極集電体２４より電子が
供給される。電子は負極セル１４内で陽イオン化した負
極活物質１８が放出し、負極集電体２４に直接又は活物
質を介して移動する。反応によって発生したイオンはセ
パレータ１２を通過して正極セル１６に入り、ここで正
極活物質２２及び電子と反応する。電子は活物質を介し
て、あるいは直接、正極集電体２６に移動して負荷手段
（図示略）に供給される。 （充電）電池に電圧をかけ、負極集電体２４より電子を
供給する。電子は負極集電体２４より負極活物質１８に
直接又は活物質を介して移動して反応する。反応によっ
て発生したイオンはセパレータ１２を通過して正極セル
１６に入り、ここで正極活物質２２と反応して電子を放
出する。この電子は活物質を介して、あるいは直接、正
極集電体２６に移動して発電手段（図示略）に送られ
る。
【００１５】つぎに、本実施の形態の炭化鉄二次電池に
ついて説明する。鉄鉱石をメタンガスと５５０〜７００
℃の温度下で接触させると還元されて金属鉄になり、さ
らに反応を続けると炭化鉄（主に、Ｆｅ3Ｃ）が生成さ
れ、その割合は増えていく。炭素の重量割合が増加する
に従って、その酸化物や水酸化物等の電気伝導性は増加
していく。また、炭化は鉄鉱石の全域で均一に起こり、
炭素濃度の分布はない。重量割合で０．１％程度以上の
炭素が存在すると十分導電性が確保できる。適当に炭化
が進行した粒子（炭化鉄及び鉄）を、図１に示すような
三次元電池の負極に負極活物質１８として装填する。負
極活物質１８は、粒子どうし電気的につながっており、
また、負極集電体２４ともつながっているので、ケーシ
ング１０の外と電気的につながっている。一方、この炭
化鉄（及び鉄）を水酸化カリウムの水溶液（電解液２
０）中で電解し、水酸化したものを正極活物質２２とし
て正極に装填すると、下記の反応により放電し、放電後
充電が可能となる。なお、下記の反応式は、炭化されて
いない状態のものを示している。
ついて説明する。鉄鉱石をメタンガスと５５０〜７００
℃の温度下で接触させると還元されて金属鉄になり、さ
らに反応を続けると炭化鉄（主に、Ｆｅ3Ｃ）が生成さ
れ、その割合は増えていく。炭素の重量割合が増加する
に従って、その酸化物や水酸化物等の電気伝導性は増加
していく。また、炭化は鉄鉱石の全域で均一に起こり、
炭素濃度の分布はない。重量割合で０．１％程度以上の
炭素が存在すると十分導電性が確保できる。適当に炭化
が進行した粒子（炭化鉄及び鉄）を、図１に示すような
三次元電池の負極に負極活物質１８として装填する。負
極活物質１８は、粒子どうし電気的につながっており、
また、負極集電体２４ともつながっているので、ケーシ
ング１０の外と電気的につながっている。一方、この炭
化鉄（及び鉄）を水酸化カリウムの水溶液（電解液２
０）中で電解し、水酸化したものを正極活物質２２とし
て正極に装填すると、下記の反応により放電し、放電後
充電が可能となる。なお、下記の反応式は、炭化されて
いない状態のものを示している。
【００１６】負極反応 Ｆｅ＋２Ｈ2Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）2
＋２Ｈ+＋２ｅ- 正極反応 ＦｅＯ（ＯＨ）2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋Ｈ2Ｏ 全体反応 Ｆｅ＋ＦｅＯ（ＯＨ）2→２Ｆｅ（ＯＨ）2 この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄のみ電気を通し、水酸化鉄は電気を通さないが、炭
化されていると水酸化鉄は電気を通すようになり、別に
導電体を混合したり、あるいは集電体に強く押しつけな
くても電池が成立する。なお、本実施形態では、活物質
を粒子とした三次元電池を使用したが、電池の構造は限
定されるものではなく、ベント型や円筒型などでも使用
可能である。また、正極活物質は、炭化鉄を水酸化して
つくる場合に限定されず、水酸化鉄を炭化してつくるこ
とも可能である。
＋２Ｈ+＋２ｅ- 正極反応 ＦｅＯ（ＯＨ）2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋Ｈ2Ｏ 全体反応 Ｆｅ＋ＦｅＯ（ＯＨ）2→２Ｆｅ（ＯＨ）2 この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄のみ電気を通し、水酸化鉄は電気を通さないが、炭
化されていると水酸化鉄は電気を通すようになり、別に
導電体を混合したり、あるいは集電体に強く押しつけな
くても電池が成立する。なお、本実施形態では、活物質
を粒子とした三次元電池を使用したが、電池の構造は限
定されるものではなく、ベント型や円筒型などでも使用
可能である。また、正極活物質は、炭化鉄を水酸化して
つくる場合に限定されず、水酸化鉄を炭化してつくるこ
とも可能である。
【００１７】つぎに、本発明の実施の第２形態について
説明する。本実施の形態は、ニッケル炭化鉄二次電池で
ある。適当に炭化が進行した炭化鉄（及び鉄）粒子を負
極活物質とする。正極には炭化ニッケルをオキシ水酸化
した粒子を使用すると、下記の反応が起こり、二次電池
となる。なお、下記の反応式は、炭化されていない状態
のものを示している。 負極反応 Ｆｅ＋２ＯＨ-→Ｆｅ（ＯＨ）2＋２ｅ- 正極反応 ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋
ＯＨ- 全体反応 Ｆｅ＋２ＮｉＯＯＨ＋２Ｈ2Ｏ→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋２Ｎｉ（ＯＨ）2 この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄のみ電気を通し、水酸化鉄は電気を通さないが、炭
化されていると水酸化鉄は電気を通し、別に導電体を混
合したり、あるいは集電体に強く押しつけなくても電池
が成立する。また、炭化されていない状態では、オキシ
水酸化ニッケル、水酸化ニッケルは半導体であるが、炭
化されていると導電体となる。なお、正極活物質は、炭
化ニッケルをオキシ水酸化してつくる場合に限定され
ず、オキシ水酸化ニッケルを炭化してつくることも可能
である。他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と
同様である。
説明する。本実施の形態は、ニッケル炭化鉄二次電池で
ある。適当に炭化が進行した炭化鉄（及び鉄）粒子を負
極活物質とする。正極には炭化ニッケルをオキシ水酸化
した粒子を使用すると、下記の反応が起こり、二次電池
となる。なお、下記の反応式は、炭化されていない状態
のものを示している。 負極反応 Ｆｅ＋２ＯＨ-→Ｆｅ（ＯＨ）2＋２ｅ- 正極反応 ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋
ＯＨ- 全体反応 Ｆｅ＋２ＮｉＯＯＨ＋２Ｈ2Ｏ→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋２Ｎｉ（ＯＨ）2 この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄のみ電気を通し、水酸化鉄は電気を通さないが、炭
化されていると水酸化鉄は電気を通し、別に導電体を混
合したり、あるいは集電体に強く押しつけなくても電池
が成立する。また、炭化されていない状態では、オキシ
水酸化ニッケル、水酸化ニッケルは半導体であるが、炭
化されていると導電体となる。なお、正極活物質は、炭
化ニッケルをオキシ水酸化してつくる場合に限定され
ず、オキシ水酸化ニッケルを炭化してつくることも可能
である。他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と
同様である。
【００１８】つぎに、本発明の実施の第３形態について
説明する。本実施の形態は、リチウム炭化鉄二次電池で
ある。適当に炭化が進行した炭化鉄（及び鉄）粒子をオ
キシ水酸化して正極活物質とする。金属リチウムを負極
活物質とする。これにより、下記の反応が起こり、二次
電池となる。なお、下記の反応式は、炭化されていない
状態のものを示している。 負極反応 Ｌｉ→Ｌｉ+＋ｅ- 正極反応 ＦｅＯＯＨ＋Ｌｉ+＋ｅ-→ＬｉＦｅＯＯＨ 全体反応 ＦｅＯＯＨ＋Ｌｉ→ＬｉＦｅＯＯＨ この電池反応においては、リチウム金属のみ電気を通
し、炭化されていない状態では、オキシ水酸化鉄及びオ
キシ水酸化鉄リチウムは電気を通さないが、炭化されて
いると導電性となり、別に導電体を混合したり、あるい
は集電体に強く押しつけなくても電池が成立する。な
お、正極活物質は、炭化鉄をオキシ水酸化してつくる場
合に限定されず、オキシ水酸化鉄を炭化してつくること
も可能である。他の構成及び作用は、実施の第１形態の
場合と同様である。
説明する。本実施の形態は、リチウム炭化鉄二次電池で
ある。適当に炭化が進行した炭化鉄（及び鉄）粒子をオ
キシ水酸化して正極活物質とする。金属リチウムを負極
活物質とする。これにより、下記の反応が起こり、二次
電池となる。なお、下記の反応式は、炭化されていない
状態のものを示している。 負極反応 Ｌｉ→Ｌｉ+＋ｅ- 正極反応 ＦｅＯＯＨ＋Ｌｉ+＋ｅ-→ＬｉＦｅＯＯＨ 全体反応 ＦｅＯＯＨ＋Ｌｉ→ＬｉＦｅＯＯＨ この電池反応においては、リチウム金属のみ電気を通
し、炭化されていない状態では、オキシ水酸化鉄及びオ
キシ水酸化鉄リチウムは電気を通さないが、炭化されて
いると導電性となり、別に導電体を混合したり、あるい
は集電体に強く押しつけなくても電池が成立する。な
お、正極活物質は、炭化鉄をオキシ水酸化してつくる場
合に限定されず、オキシ水酸化鉄を炭化してつくること
も可能である。他の構成及び作用は、実施の第１形態の
場合と同様である。
【００１９】つぎに、本発明の実施の第４形態について
説明する。本実施の形態は、炭化鉄水素二次電池であ
る。水素吸蔵合金を負極活物質とする。水素吸蔵合金は
水素を吸蔵しても電気を通すものである。なお、水素吸
蔵合金の具体例としては、一例として、Ｌａ0.3（Ｃ
ｅ，Ｎｄ）0.15Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5等が挙
げられる。炭化鉄を水酸化カリウムの水溶液中で電解
し、水酸化したものを正極活物質として正極に装填する
と、下記の反応により放電し、放電後充電が可能とな
る。なお、下記の反応式は、炭化されていない状態のも
のを示している。また、Ｍは水素吸蔵合金である。 負極反応 ＭＨ2＋２ＯＨ-→Ｍ＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ- 正極反応 ＦｅＯ（ＯＨ）2＋２ｅ-＋Ｈ2Ｏ→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋２ＯＨ- 全体反応 ＭＨ2＋ＦｅＯ（ＯＨ）2→Ｍ＋Ｆｅ（ＯＨ）
2＋Ｈ2Ｏ この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄は電気を通すが、水酸化鉄は電気を通さない。しか
し、炭化されていると水酸化鉄は電気を通し、別に導電
体を混合したり、あるいは集電体に強く押しつけなくて
も電池が成立する。なお、正極活物質は、炭化鉄を水酸
化してつくる場合に限定されず、水酸化鉄を炭化してつ
くることも可能である。他の構成及び作用は、実施の第
１形態の場合と同様である。
説明する。本実施の形態は、炭化鉄水素二次電池であ
る。水素吸蔵合金を負極活物質とする。水素吸蔵合金は
水素を吸蔵しても電気を通すものである。なお、水素吸
蔵合金の具体例としては、一例として、Ｌａ0.3（Ｃ
ｅ，Ｎｄ）0.15Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5等が挙
げられる。炭化鉄を水酸化カリウムの水溶液中で電解
し、水酸化したものを正極活物質として正極に装填する
と、下記の反応により放電し、放電後充電が可能とな
る。なお、下記の反応式は、炭化されていない状態のも
のを示している。また、Ｍは水素吸蔵合金である。 負極反応 ＭＨ2＋２ＯＨ-→Ｍ＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ- 正極反応 ＦｅＯ（ＯＨ）2＋２ｅ-＋Ｈ2Ｏ→Ｆｅ（Ｏ
Ｈ）2＋２ＯＨ- 全体反応 ＭＨ2＋ＦｅＯ（ＯＨ）2→Ｍ＋Ｆｅ（ＯＨ）
2＋Ｈ2Ｏ この電池反応において、炭化されていない状態では、金
属鉄は電気を通すが、水酸化鉄は電気を通さない。しか
し、炭化されていると水酸化鉄は電気を通し、別に導電
体を混合したり、あるいは集電体に強く押しつけなくて
も電池が成立する。なお、正極活物質は、炭化鉄を水酸
化してつくる場合に限定されず、水酸化鉄を炭化してつ
くることも可能である。他の構成及び作用は、実施の第
１形態の場合と同様である。
【００２０】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 電池の活物質自身に電気伝導性を持たせること
によって、集電体と活物質、及び活物質どうしが電気を
伝えるようになるので、多くの活物質を利用することが
でき、活物質の利用率が向上する。特に、活物質を、粒
子、粉体又は粒子と粉体との混合物として三次元電池に
使用する場合は、活物質が全て電気的につながっている
ので、多くの活物質を利用することができる。 （２） 活物質は全て電気的につながっているので、集
電体の面に多くの活物質を接触させる必要がなく、集電
体は一部に設置すればよい。 （３） 機械的な圧着等で活物質を集電体や導電体と接
触させる従来の技術とは異なり、電池反応に起因する温
度変化によって膨張と収縮が活物質に発生しても接触不
良が生じないため、電池のエネルギー貯蔵能力が低下す
ることがない。すなわち、電池が劣化しない。 （４） 集電体が小さくてよく、かつ、導電体を必要と
しないので、電池の軽量化及び小型化を図ることができ
る。 （５） 材料の段階で処理が可能であり、また、コバル
トなどの高価な導電材が不要となるので、コストを下げ
ることができる。 （６） 電気抵抗が小さくなり、大きな電流を流すこと
ができ、熱損失が低減する。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 電池の活物質自身に電気伝導性を持たせること
によって、集電体と活物質、及び活物質どうしが電気を
伝えるようになるので、多くの活物質を利用することが
でき、活物質の利用率が向上する。特に、活物質を、粒
子、粉体又は粒子と粉体との混合物として三次元電池に
使用する場合は、活物質が全て電気的につながっている
ので、多くの活物質を利用することができる。 （２） 活物質は全て電気的につながっているので、集
電体の面に多くの活物質を接触させる必要がなく、集電
体は一部に設置すればよい。 （３） 機械的な圧着等で活物質を集電体や導電体と接
触させる従来の技術とは異なり、電池反応に起因する温
度変化によって膨張と収縮が活物質に発生しても接触不
良が生じないため、電池のエネルギー貯蔵能力が低下す
ることがない。すなわち、電池が劣化しない。 （４） 集電体が小さくてよく、かつ、導電体を必要と
しないので、電池の軽量化及び小型化を図ることができ
る。 （５） 材料の段階で処理が可能であり、また、コバル
トなどの高価な導電材が不要となるので、コストを下げ
ることができる。 （６） 電気抵抗が小さくなり、大きな電流を流すこと
ができ、熱損失が低減する。
【図１】本発明の実施の第１形態による正極活物質及び
負極活物質を用いた電池を示す概略断面構成図である。
負極活物質を用いた電池を示す概略断面構成図である。
１０ ケーシング １２ セパレータ １４ 負極セル １６ 正極セル １８ 負極活物質 ２０ 電解液 ２２ 正極活物質 ２４ 負極集電体 ２６ 正極集電体
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及びＴｉよりなる群から選ばれた金属
の少なくとも一部を炭化し、酸化状態でも電気伝導性を
有するようにしたことを特徴とする電池の負極活物質。 - 【請求項２】 Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及びＴｉよりなる群から選ばれた金属
の少なくとも一部を炭化し、これを酸化、水酸化、オキ
シ水酸化又はカルボキシル化して電気伝導性を有するよ
うにしたことを特徴とする電池の正極活物質。 - 【請求項３】 Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｈｇ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｌｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｋ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ及びＴｉよりなる群から選ばれた金属
の酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物又はカルボキシル
化物の少なくとも一部を炭化して電気伝導性を有するよ
うにしたことを特徴とする電池の正極活物質。 - 【請求項４】 活物質が、粒子、粉体又は粒子と粉体と
の混合物である請求項１記載の電池の負極活物質。 - 【請求項５】 活物質が、粒子、粉体又は粒子と粉体と
の混合物である請求項２又は３記載の電池の正極活物
質。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048692A JP2001236956A (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電池の正極活物質及び負極活物質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048692A JP2001236956A (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電池の正極活物質及び負極活物質 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002118640A Division JP2002324575A (ja) | 2002-04-22 | 2002-04-22 | 三次元電池 |
| JP2004187536A Division JP2004281418A (ja) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | 三次元電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001236956A true JP2001236956A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18570742
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|---|---|---|---|
| JP2000048692A Ceased JP2001236956A (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電池の正極活物質及び負極活物質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001236956A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026046A1 (fr) | 2001-09-17 | 2003-03-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Materiau actif pour cellule et procede de fabrication correspondant |
| WO2003026054A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-03-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Cellule hybride |
| WO2003028142A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Cellule tridimensionnelle, sa structure d'electrodes, et procede de fabrication de matiere d'electrode de cellule tridimensionnelle |
| JP2003197187A (ja) * | 2002-12-12 | 2003-07-11 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 電池用活物質及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000048692A patent/JP2001236956A/ja not_active Ceased
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026046A1 (fr) | 2001-09-17 | 2003-03-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Materiau actif pour cellule et procede de fabrication correspondant |
| WO2003026054A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-03-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Cellule hybride |
| WO2003028142A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Cellule tridimensionnelle, sa structure d'electrodes, et procede de fabrication de matiere d'electrode de cellule tridimensionnelle |
| EP1437789A2 (en) * | 2001-09-19 | 2004-07-14 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid cell |
| JPWO2003028142A1 (ja) * | 2001-09-19 | 2005-01-13 | 川崎重工業株式会社 | 三次元電池及びその電極構造並びに三次元電池の電極材の製造方法 |
| EP1437789A4 (en) * | 2001-09-19 | 2006-05-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | HYBRID CELL |
| KR100620637B1 (ko) * | 2001-09-19 | 2006-09-13 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 삼차원 전지, 그 전극 구조 및 삼차원 전지의 전극재의 제조 방법 |
| CN100461523C (zh) * | 2001-09-19 | 2009-02-11 | 川崎重工业株式会社 | 三维电池 |
| US7799464B2 (en) | 2001-09-19 | 2010-09-21 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid battery |
| JP2003197187A (ja) * | 2002-12-12 | 2003-07-11 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 電池用活物質及びその製造方法 |
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