JP2003077541A - 蓄電装置およびその電極 - Google Patents
蓄電装置およびその電極Info
- Publication number
- JP2003077541A JP2003077541A JP2001264279A JP2001264279A JP2003077541A JP 2003077541 A JP2003077541 A JP 2003077541A JP 2001264279 A JP2001264279 A JP 2001264279A JP 2001264279 A JP2001264279 A JP 2001264279A JP 2003077541 A JP2003077541 A JP 2003077541A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- electrode active
- positive electrode
- storage device
- metal oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好なサイクル特性を維持しつつ、内部抵抗
を小さく且つ出力密度を高くすること。 【解決手段】 非晶質成分を含むのマンガン酸化物を正
極活物質１とし、炭素材料または金属酸化物を負極活物
質２とし、正極活物質１と負極活物質２との間にリチウ
ムイオン電解質３を介在させ、リチウムイオン５が正負
電極活物質１、２の間で酸化・還元または吸蔵・脱離を
繰り返すことで充放電を行う。これにより電解質濃度が
略一定となり、内部抵抗を小さくなる。これに加え、正
極活物質１が非晶質であるため、リチウムイオンの拡散
が阻害され、出力密度を高めることができると共に結晶
構造のダメージを抑制して良好なサイクル特性を維持で
きる。これに加え、非晶質成分を含む正極活物質１を用
いて、リチウムイオン拡散を阻害し、出力密度を高める
と共に結晶構造のダメージを抑制して良好なサイクル特
性を維持できる。
を小さく且つ出力密度を高くすること。 【解決手段】 非晶質成分を含むのマンガン酸化物を正
極活物質１とし、炭素材料または金属酸化物を負極活物
質２とし、正極活物質１と負極活物質２との間にリチウ
ムイオン電解質３を介在させ、リチウムイオン５が正負
電極活物質１、２の間で酸化・還元または吸蔵・脱離を
繰り返すことで充放電を行う。これにより電解質濃度が
略一定となり、内部抵抗を小さくなる。これに加え、正
極活物質１が非晶質であるため、リチウムイオンの拡散
が阻害され、出力密度を高めることができると共に結晶
構造のダメージを抑制して良好なサイクル特性を維持で
きる。これに加え、非晶質成分を含む正極活物質１を用
いて、リチウムイオン拡散を阻害し、出力密度を高める
と共に結晶構造のダメージを抑制して良好なサイクル特
性を維持できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気自動車やハ
イブリットカー、パーソナルコンピューター等の軽量高
出力が要求される電源として有用な蓄電装置に関し、更
に詳しくは、良好なサイクル特性を維持しつつ、電解液
抵抗を小さく且つ出力密度を高くできる蓄電装置に関す
る。
イブリットカー、パーソナルコンピューター等の軽量高
出力が要求される電源として有用な蓄電装置に関し、更
に詳しくは、良好なサイクル特性を維持しつつ、電解液
抵抗を小さく且つ出力密度を高くできる蓄電装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高いエネルギー密度および出力密
度を有する蓄電装置として電気化学キャパシタが知られ
ている。このような電気化学キャパシタとして、特開２
００１−９３５１２号公報に記載のものが知られてい
る。この電気化学キャパシタは、電極を、活性炭の内部
気孔及び表面にアモルファス・マンガン酸化物をコーテ
ィングして形成する点に特徴があり、電解液には塩化カ
リウム（ＫＣｌ）水溶液を用いる。この電気化学キャパ
シタは、電極表面での酸化還元反応を用いた反応であ
り、インターカレーション反応は行わないことで充放電
反応抵抗を小さく押えている。
度を有する蓄電装置として電気化学キャパシタが知られ
ている。このような電気化学キャパシタとして、特開２
００１−９３５１２号公報に記載のものが知られてい
る。この電気化学キャパシタは、電極を、活性炭の内部
気孔及び表面にアモルファス・マンガン酸化物をコーテ
ィングして形成する点に特徴があり、電解液には塩化カ
リウム（ＫＣｌ）水溶液を用いる。この電気化学キャパ
シタは、電極表面での酸化還元反応を用いた反応であ
り、インターカレーション反応は行わないことで充放電
反応抵抗を小さく押えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電気化学キャパシタでは、電極と電解液との界面に
電気二重層が形成されるため、電解液中のイオンが減少
し、内部抵抗が大きくなるという問題点があった。ま
た、内部抵抗が大きくなるにつれて出力密度が低下する
という問題点があった。
来の電気化学キャパシタでは、電極と電解液との界面に
電気二重層が形成されるため、電解液中のイオンが減少
し、内部抵抗が大きくなるという問題点があった。ま
た、内部抵抗が大きくなるにつれて出力密度が低下する
という問題点があった。
【０００４】また、現在広く普及しているリチウムイオ
ン二次電池では、リチウム含有酸化物を正極に、炭素材
料を負極に使用し、充電時には正極活物質から脱ドープ
したリチウムイオンが有機電解液を介して負極に移動
し、負極炭素材料にドープされる。一方、放電時には負
極炭素材料から脱ドープしたリチウムイオンが正極活物
質にドープされる。このため、出力密度が正極活物質内
のリチウムイオンの拡散速度により制限される上、リチ
ウムイオンのドープにより正極活物質の結晶構造が変化
するため、繰り返し充放電によるサイクル寿命が短いと
いう問題点がある。
ン二次電池では、リチウム含有酸化物を正極に、炭素材
料を負極に使用し、充電時には正極活物質から脱ドープ
したリチウムイオンが有機電解液を介して負極に移動
し、負極炭素材料にドープされる。一方、放電時には負
極炭素材料から脱ドープしたリチウムイオンが正極活物
質にドープされる。このため、出力密度が正極活物質内
のリチウムイオンの拡散速度により制限される上、リチ
ウムイオンのドープにより正極活物質の結晶構造が変化
するため、繰り返し充放電によるサイクル寿命が短いと
いう問題点がある。
【０００５】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、良好なサイクル特性を維持しつつ、内
部抵抗を小さく且つ出力密度を高くできる蓄電装置を提
供することを目的とする。
たものであって、良好なサイクル特性を維持しつつ、内
部抵抗を小さく且つ出力密度を高くできる蓄電装置を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明では、非晶質成分を含む金属酸化物を正
極活物質とし、炭素材料または金属酸化物を負極活物質
とし、正極活物質と負極活物質との間にリチウムイオン
電解質を介在させ、リチウムイオンが正負電極活物質の
間で吸蔵・脱離を繰り返すことで充放電を行う。
めに、この発明では、非晶質成分を含む金属酸化物を正
極活物質とし、炭素材料または金属酸化物を負極活物質
とし、正極活物質と負極活物質との間にリチウムイオン
電解質を介在させ、リチウムイオンが正負電極活物質の
間で吸蔵・脱離を繰り返すことで充放電を行う。
【０００７】この発明は、いわゆるロッキングチェア
型、シャトルコック型、シーソ型等で呼ばれる充放電機
構であるため、充放電時の電解質濃度が略一定となり、
内部抵抗（電解液抵抗）を小さくできる。また、非晶質
成分を含む金属酸化物を電極活物質として用い、リチウ
ムイオンの金属酸化物内部への拡散を非常に遅くするこ
とが可能である。この結果、蓄電装置の出力密度を向上
できると共に、リチウムイオンのドープ作用が殆ど起こ
らないために結晶構造変化が少なく、その分、サイクル
劣化を防止できる。なお、前記負極活物質の金属酸化物
は非晶質成分を含む材料でもよい。
型、シャトルコック型、シーソ型等で呼ばれる充放電機
構であるため、充放電時の電解質濃度が略一定となり、
内部抵抗（電解液抵抗）を小さくできる。また、非晶質
成分を含む金属酸化物を電極活物質として用い、リチウ
ムイオンの金属酸化物内部への拡散を非常に遅くするこ
とが可能である。この結果、蓄電装置の出力密度を向上
できると共に、リチウムイオンのドープ作用が殆ど起こ
らないために結晶構造変化が少なく、その分、サイクル
劣化を防止できる。なお、前記負極活物質の金属酸化物
は非晶質成分を含む材料でもよい。
【０００８】前記正極活物質としては、金属イオンと有
機分子が共存するゾル溶液を前駆体としこれを焼成する
ことにより合成したナノレベルの細孔を有する多孔性金
属酸化物を用いるのが好ましく、更に好ましくは、ゾル
溶液中に有機金属錯体と水溶性高分子とを含み、これを
前駆体とし焼成することにより形成される比表面積の大
きいナノレベルの細孔を有する非晶質成分を含む多孔性
金属酸化物を用いるのが良い。このように、正極活物質
を大表面積化することでエネルギー密度を高くすること
ができる。
機分子が共存するゾル溶液を前駆体としこれを焼成する
ことにより合成したナノレベルの細孔を有する多孔性金
属酸化物を用いるのが好ましく、更に好ましくは、ゾル
溶液中に有機金属錯体と水溶性高分子とを含み、これを
前駆体とし焼成することにより形成される比表面積の大
きいナノレベルの細孔を有する非晶質成分を含む多孔性
金属酸化物を用いるのが良い。このように、正極活物質
を大表面積化することでエネルギー密度を高くすること
ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、この実施の形
態の構成要素には、置換可能かつ容易なもの或いは実質
的同一のものが含まれる。
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、この実施の形
態の構成要素には、置換可能かつ容易なもの或いは実質
的同一のものが含まれる。
【００１０】図１は、この蓄電装置の原理を示す説明図
である。この蓄電装置１００は、高電位の正極活物質１
としてアモルファス・マンガン酸化物を、負極活物質２
として低電位を有する金属酸化物或いは炭素材料を、電
解質３には液体または固体の非水性リチウムイオン伝導
性電解質、例えばリチウムイオン電解質ＬｉＣｌＯ4／
ＰＣ溶液（有機系溶媒）を用いる。なお、負極活物質に
は、炭素材料と無機酸化物を用いることができ、炭素材
料は黒鉛等の結晶性のよい炭素材料からコークスやカー
ボンブラック等の結晶のあまり発達していない炭素材料
まで、適宜選択して用いることができる。
である。この蓄電装置１００は、高電位の正極活物質１
としてアモルファス・マンガン酸化物を、負極活物質２
として低電位を有する金属酸化物或いは炭素材料を、電
解質３には液体または固体の非水性リチウムイオン伝導
性電解質、例えばリチウムイオン電解質ＬｉＣｌＯ4／
ＰＣ溶液（有機系溶媒）を用いる。なお、負極活物質に
は、炭素材料と無機酸化物を用いることができ、炭素材
料は黒鉛等の結晶性のよい炭素材料からコークスやカー
ボンブラック等の結晶のあまり発達していない炭素材料
まで、適宜選択して用いることができる。
【００１１】更に、負極活物質２には、例えばＴｉ
Ｓ2、ＭｏＯ2等の遷移金属化合物や、酸化スズ、酸化珪
素等のアモルファス酸化物、リチウム遷移金属窒素化合
物などを用いることもできる。また、電解質３として
は、有機溶媒に無機のリチウム塩を溶解させたものを用
いるが、高電圧に耐え且つ初期充電時に負極上で効率よ
く充電できるようにするため、エチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート等の高沸点溶媒に、炭酸ジエチ
ル、炭酸ジメチル等のアルキルカーボネートを低沸点溶
媒として混合したものを用いることもできる。具体的に
は、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6
等を用いることができる。
Ｓ2、ＭｏＯ2等の遷移金属化合物や、酸化スズ、酸化珪
素等のアモルファス酸化物、リチウム遷移金属窒素化合
物などを用いることもできる。また、電解質３として
は、有機溶媒に無機のリチウム塩を溶解させたものを用
いるが、高電圧に耐え且つ初期充電時に負極上で効率よ
く充電できるようにするため、エチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート等の高沸点溶媒に、炭酸ジエチ
ル、炭酸ジメチル等のアルキルカーボネートを低沸点溶
媒として混合したものを用いることもできる。具体的に
は、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6
等を用いることができる。
【００１２】また、非水性リチウムイオン伝導性電解質
の間にはセパレータ４を設ける。セパレータ４は、数十
ミクロンの厚さで微細な穴を形成したシート材であり、
正極と負極を隔離して接触による短絡を防止すると共に
イオンを通過させる機能を有する。セパレータ材料とし
ては，ポリエチレン，ポリプロピレンなどのオレフィン
系の樹脂を用いる。
の間にはセパレータ４を設ける。セパレータ４は、数十
ミクロンの厚さで微細な穴を形成したシート材であり、
正極と負極を隔離して接触による短絡を防止すると共に
イオンを通過させる機能を有する。セパレータ材料とし
ては，ポリエチレン，ポリプロピレンなどのオレフィン
系の樹脂を用いる。
【００１３】正極活物質１は、後述のように、ブロック
コポリマー、ＤＮＡ等の巨大高分子およびクエン酸を用
いて合成する。正極活物質１は、少なくとも１０ｍ2／
ｇの大表面積を有する非晶質を含む構造であり、その拡
散係数は、通常のリチウムイオン二次電池に用いるマン
ガン酸リチウム、コバルト酸リチウム粒子内におけるリ
チウム拡散係数と比較して極めて小さいので、リチウム
のインターカレーション反応が極めて遅くなる。このた
め、充放電反応において、リチウムイオン５が正極活物
質１の極表層までしか入り込まず、内部に拡散しなくな
る。なお、この正極活物質１の金属酸化物としては、例
えば安価で環境負荷の小さなマンガン酸化物、鉄酸化物
や銅酸化物等を用いることができる。またニッケル酸化
物、コバルト酸化物、タングステン酸化物やモリブデン
酸化物等を用いることができる。
コポリマー、ＤＮＡ等の巨大高分子およびクエン酸を用
いて合成する。正極活物質１は、少なくとも１０ｍ2／
ｇの大表面積を有する非晶質を含む構造であり、その拡
散係数は、通常のリチウムイオン二次電池に用いるマン
ガン酸リチウム、コバルト酸リチウム粒子内におけるリ
チウム拡散係数と比較して極めて小さいので、リチウム
のインターカレーション反応が極めて遅くなる。このた
め、充放電反応において、リチウムイオン５が正極活物
質１の極表層までしか入り込まず、内部に拡散しなくな
る。なお、この正極活物質１の金属酸化物としては、例
えば安価で環境負荷の小さなマンガン酸化物、鉄酸化物
や銅酸化物等を用いることができる。またニッケル酸化
物、コバルト酸化物、タングステン酸化物やモリブデン
酸化物等を用いることができる。
【００１４】この正極活物質１の合成方法として、ゾル
溶液中に有機金属錯体と水溶性高分子を含み、これを前
駆体として焼成することにより比表面積の大きい金属酸
化物活物質を合成する手法を用いるのが好ましい。具体
例としては、大表面積化のための分子テンプレート法
と、非晶質化のためのペッチーニ法とを組み合わせる合
成法を挙げることができる。これらの手法によれば、細
孔の鋳型となる分子テンプレートの回りにマンガン酸化
物の構造を形成し、焼成により鋳型分子を蒸発させ、ナ
ノサイズの細孔を形成する。鋳型分子としては、ブロッ
クコポリマーやＤＮＡ等の巨大高分子材料を挙げること
ができる。有機金属錯体と水溶液高分子が共存するゾル
溶液を前駆体として用いれば、大表面積を持つ多孔質マ
ンガン酸化物を合成できる。次に、有機金属錯体とし
て、クエン酸を介してマンガンと鋳型分子を結合させ、
これを低温焼成することでマンガン酸化物を非晶質化す
る。
溶液中に有機金属錯体と水溶性高分子を含み、これを前
駆体として焼成することにより比表面積の大きい金属酸
化物活物質を合成する手法を用いるのが好ましい。具体
例としては、大表面積化のための分子テンプレート法
と、非晶質化のためのペッチーニ法とを組み合わせる合
成法を挙げることができる。これらの手法によれば、細
孔の鋳型となる分子テンプレートの回りにマンガン酸化
物の構造を形成し、焼成により鋳型分子を蒸発させ、ナ
ノサイズの細孔を形成する。鋳型分子としては、ブロッ
クコポリマーやＤＮＡ等の巨大高分子材料を挙げること
ができる。有機金属錯体と水溶液高分子が共存するゾル
溶液を前駆体として用いれば、大表面積を持つ多孔質マ
ンガン酸化物を合成できる。次に、有機金属錯体とし
て、クエン酸を介してマンガンと鋳型分子を結合させ、
これを低温焼成することでマンガン酸化物を非晶質化す
る。
【００１５】すなわち、クエン酸によりマンガンと鋳型
分子を結合させつつ、当該鋳型分子の回りにマンガン酸
化物を形成し、これを低温焼成することで鋳型分子を蒸
発させると共にマンガン酸化物の非晶質化を行う。この
ようにして合成した正極活物質１は、その表面積が飛躍
的に大きくなり且つ非晶質化成分を含む構造となる。
分子を結合させつつ、当該鋳型分子の回りにマンガン酸
化物を形成し、これを低温焼成することで鋳型分子を蒸
発させると共にマンガン酸化物の非晶質化を行う。この
ようにして合成した正極活物質１は、その表面積が飛躍
的に大きくなり且つ非晶質化成分を含む構造となる。
【００１６】なお、電極の合成法としては、上記の他、
例えば成形したカーボンナノチューブにマンガン酸化物
をコーティングして大表面積の正極活物質を形成しても
よい。また、マンガン酸化物表面にエッチング等により
微小凹凸を形成することで大表面積化するようにしても
よい。
例えば成形したカーボンナノチューブにマンガン酸化物
をコーティングして大表面積の正極活物質を形成しても
よい。また、マンガン酸化物表面にエッチング等により
微小凹凸を形成することで大表面積化するようにしても
よい。
【００１７】この蓄電装置において充電時には、図１の
（ａ）に示すように、正極活物質１の表面で化学的に吸
着していたリチウムが離脱し（酸化反応）、非水性リチ
ウムイオン伝導性電解質３を介して負極活物質２に移動
し、負極活物質にリチウムイオンがインターカレーショ
ンまたは物理的若しくは化学的に吸着した状態になる。
放電時には、図１の（ｂ）に示すように、負極活物質２
に存在しているリチウム５が非水性リチウムイオン伝導
性電解質３を介して正極活物質１に移動し、当該正極活
物質表面で化学的に吸着する（還元反応）。作動電池電
圧は、約４Ｖ〜1Ｖである。
（ａ）に示すように、正極活物質１の表面で化学的に吸
着していたリチウムが離脱し（酸化反応）、非水性リチ
ウムイオン伝導性電解質３を介して負極活物質２に移動
し、負極活物質にリチウムイオンがインターカレーショ
ンまたは物理的若しくは化学的に吸着した状態になる。
放電時には、図１の（ｂ）に示すように、負極活物質２
に存在しているリチウム５が非水性リチウムイオン伝導
性電解質３を介して正極活物質１に移動し、当該正極活
物質表面で化学的に吸着する（還元反応）。作動電池電
圧は、約４Ｖ〜1Ｖである。
【００１８】［サイクル特性］この蓄電装置１００は、
いわゆるロッキングチェア型であり、その充放電反応は
電極活物質表面のみで進行する。また、正極活物質１は
非晶質成分を含むマンガン酸化物であるため、その内部
にリチウムイオン５が極めて入り込みにくい。このた
め、正極活物質１の結晶構造の変化を最小限に抑えるこ
とが可能であり、リチウムイオン二次電池と比較してサ
イクル寿命を相当延ばすことができる。また、正極活物
質１が非晶質構造であるため、約４Ｖ〜１Ｖの広い電池
電圧において、結晶構造変化を起こすことなく安定かつ
良好なサイクル特性を得ることができる。
いわゆるロッキングチェア型であり、その充放電反応は
電極活物質表面のみで進行する。また、正極活物質１は
非晶質成分を含むマンガン酸化物であるため、その内部
にリチウムイオン５が極めて入り込みにくい。このた
め、正極活物質１の結晶構造の変化を最小限に抑えるこ
とが可能であり、リチウムイオン二次電池と比較してサ
イクル寿命を相当延ばすことができる。また、正極活物
質１が非晶質構造であるため、約４Ｖ〜１Ｖの広い電池
電圧において、結晶構造変化を起こすことなく安定かつ
良好なサイクル特性を得ることができる。
【００１９】［内部抵抗］電気二重層は、電解液と電極
との界面に正負の電極が極めて短い距離を隔てて相対的
に分布する現象であり、電気二重層キャパシタは、この
電気二重層の原理を利用して電解液中で電極材料である
活性炭の表面近傍に電気二重層を形成し蓄電を可能とし
たものである。これに対し、この蓄電装置１００は、充
電時には正極活物質１からリチウムイオンが脱離し、放
電時には正極活物質１にリチウムイオンが吸蔵される、
いわゆるロッキングチェア型であるため、充放電過程に
おいてリチウムイオン５が正負電極活物質１、２の間で
吸蔵・脱離を繰り返すだけである。このため、電気二重
層キャパシタのように電解液中に含有される電解質を充
放電に用いるのではなく、対極に吸蔵される電解質によ
り充放電をおこなうため、充放電時に電解質濃度を略一
定に保つことができる。この結果、電解液抵抗を極めて
小さくできる。
との界面に正負の電極が極めて短い距離を隔てて相対的
に分布する現象であり、電気二重層キャパシタは、この
電気二重層の原理を利用して電解液中で電極材料である
活性炭の表面近傍に電気二重層を形成し蓄電を可能とし
たものである。これに対し、この蓄電装置１００は、充
電時には正極活物質１からリチウムイオンが脱離し、放
電時には正極活物質１にリチウムイオンが吸蔵される、
いわゆるロッキングチェア型であるため、充放電過程に
おいてリチウムイオン５が正負電極活物質１、２の間で
吸蔵・脱離を繰り返すだけである。このため、電気二重
層キャパシタのように電解液中に含有される電解質を充
放電に用いるのではなく、対極に吸蔵される電解質によ
り充放電をおこなうため、充放電時に電解質濃度を略一
定に保つことができる。この結果、電解液抵抗を極めて
小さくできる。
【００２０】［出力密度］上記したようにこの蓄電装置
１００はロッキングチェア型であり、リチウム電解質中
のリチウムイオン濃度が変化しないので電解液抵抗を極
めて小さくできる。これに対して電気二重層キャパシタ
は、電解液中のリチウムイオン濃度が電気二重層を形成
したときに極めて少なくなり、電解液抵抗が高くなる。
また、正極活物質１の放電反応において、リチウムイオ
ン５が正極活物質１の内部に拡散しにくく、充放電反応
抵抗が小さくなって電極反応が早くなる。すなわち、こ
の蓄電装置の作用が、正極活物質１の表面におけるリチ
ウムイオンの化学的吸脱着（正極活物質表面での酸化還
元反応）であるから、電極活物質粒子内部のリチウムイ
オン５の拡散過程を含まない。これらの点から、本発明
の蓄電装置１００は、電気二重層キャパシタ、リチウム
イオン二次電池に比べて、極めて高い出力密度を得るこ
とができる。
１００はロッキングチェア型であり、リチウム電解質中
のリチウムイオン濃度が変化しないので電解液抵抗を極
めて小さくできる。これに対して電気二重層キャパシタ
は、電解液中のリチウムイオン濃度が電気二重層を形成
したときに極めて少なくなり、電解液抵抗が高くなる。
また、正極活物質１の放電反応において、リチウムイオ
ン５が正極活物質１の内部に拡散しにくく、充放電反応
抵抗が小さくなって電極反応が早くなる。すなわち、こ
の蓄電装置の作用が、正極活物質１の表面におけるリチ
ウムイオンの化学的吸脱着（正極活物質表面での酸化還
元反応）であるから、電極活物質粒子内部のリチウムイ
オン５の拡散過程を含まない。これらの点から、本発明
の蓄電装置１００は、電気二重層キャパシタ、リチウム
イオン二次電池に比べて、極めて高い出力密度を得るこ
とができる。
【００２１】また、電気二重層キャパシタにおいて、電
解液抵抗を下げて出力密度を高めようとすると、電解液
中のリチウムイオンを増やすため電解液量を増やす必要
があり、キャパシタの重量が増加する問題が生じるが、
本発明の蓄電装置１００は、ロッキングチェア型であり
電解質中のリチウムイオン濃度が変わらないので、リチ
ウムイオン伝導性電解質３を薄く又は少量にできる。こ
の結果、電気二重層キャパシタに比べて、軽量化を図る
ことができる。特に、高い出力密度を有し且つ軽量であ
る点で、自動車や携帯電子機器等の移動体への用途に好
適である。
解液抵抗を下げて出力密度を高めようとすると、電解液
中のリチウムイオンを増やすため電解液量を増やす必要
があり、キャパシタの重量が増加する問題が生じるが、
本発明の蓄電装置１００は、ロッキングチェア型であり
電解質中のリチウムイオン濃度が変わらないので、リチ
ウムイオン伝導性電解質３を薄く又は少量にできる。こ
の結果、電気二重層キャパシタに比べて、軽量化を図る
ことができる。特に、高い出力密度を有し且つ軽量であ
る点で、自動車や携帯電子機器等の移動体への用途に好
適である。
【００２２】［エネルギー密度］リチウムイオン二次電
池は、エネルギー密度の高いリチウムを電解質に用いる
ことで高エネルギー密度（１５０Ｗｈ／ｋｇ）を達成し
ている。また、電気二重層キャパシタでは、電気二重層
を形成する物理的吸脱着イオン電荷量が蓄電可能な容量
となるため、電極活物質を大表面化することで比較的高
いエネルギー密度（５Ｗｈ／ｋｇ）を達成している。こ
の蓄電装置１００では、リチウムイオン二次電池と同様
に高電位を有する正極材料と、低電位を有する負極材料
を用いることで高電池電圧を有するため、エネルギー密
度を高くできる。
池は、エネルギー密度の高いリチウムを電解質に用いる
ことで高エネルギー密度（１５０Ｗｈ／ｋｇ）を達成し
ている。また、電気二重層キャパシタでは、電気二重層
を形成する物理的吸脱着イオン電荷量が蓄電可能な容量
となるため、電極活物質を大表面化することで比較的高
いエネルギー密度（５Ｗｈ／ｋｇ）を達成している。こ
の蓄電装置１００では、リチウムイオン二次電池と同様
に高電位を有する正極材料と、低電位を有する負極材料
を用いることで高電池電圧を有するため、エネルギー密
度を高くできる。
【００２３】また、蓄電容量は、電気二重層キャパシタ
が物理的吸脱着イオンの電荷量であるのに対し、本発明
の蓄電装置１００は、化学的吸脱着イオンの電荷量（酸
化還元容量）であるから、電極活物質の単位面積当たり
の蓄電容量は電気二重層キャパシタより大きい。さら
に、エネルギー密度は、電極活物質の大表面積化により
向上する。電極活物質の大表面積化に有効な方法として
は、上記の分子テンプレート法を挙げることができる。
当該方法により大表面積化することで更にエネルギー密
度を高めることができる。
が物理的吸脱着イオンの電荷量であるのに対し、本発明
の蓄電装置１００は、化学的吸脱着イオンの電荷量（酸
化還元容量）であるから、電極活物質の単位面積当たり
の蓄電容量は電気二重層キャパシタより大きい。さら
に、エネルギー密度は、電極活物質の大表面積化により
向上する。電極活物質の大表面積化に有効な方法として
は、上記の分子テンプレート法を挙げることができる。
当該方法により大表面積化することで更にエネルギー密
度を高めることができる。
【００２４】以上からこの蓄電装置１００は、良好なサ
イクル特性を維持しつつ、内部抵抗を小さくして出力密
度を高めることができ、好ましくは電極活物質の大表面
積化によりエネルギー密度を飛躍的に高めることができ
る。
イクル特性を維持しつつ、内部抵抗を小さくして出力密
度を高めることができ、好ましくは電極活物質の大表面
積化によりエネルギー密度を飛躍的に高めることができ
る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、非
晶質の金属酸化物を正極活物質とし、炭素材料または金
属酸化物を負極活物質とし、正極活物質と負極活物質と
の間にリチウムイオン電解質を介在させ、リチウムイオ
ンが正負電極活物質の間で吸蔵・脱離を繰り返すことで
充放電を行うので、良好なサイクル特性を維持しつつ出
力密度を向上できる。
晶質の金属酸化物を正極活物質とし、炭素材料または金
属酸化物を負極活物質とし、正極活物質と負極活物質と
の間にリチウムイオン電解質を介在させ、リチウムイオ
ンが正負電極活物質の間で吸蔵・脱離を繰り返すことで
充放電を行うので、良好なサイクル特性を維持しつつ出
力密度を向上できる。
【００２６】また、この発明では、正極活物質として、
ゾル溶液を前駆体としてこれを焼成することにより合成
されるナノレベルの細孔を有する多孔性金属酸化物を用
いることで、エネルギー密度を向上でき、また、活物質
表面が大比表面積でナノレベルの細孔を有する非晶質成
分を含むの多孔性金属酸化物を用いることで、更にサイ
クル特性、出力密度、エネルギー密度の向上を図ること
ができる。
ゾル溶液を前駆体としてこれを焼成することにより合成
されるナノレベルの細孔を有する多孔性金属酸化物を用
いることで、エネルギー密度を向上でき、また、活物質
表面が大比表面積でナノレベルの細孔を有する非晶質成
分を含むの多孔性金属酸化物を用いることで、更にサイ
クル特性、出力密度、エネルギー密度の向上を図ること
ができる。
【図１】この発明の蓄電装置の原理を示す説明図であ
る。
る。
１００ 蓄電装置
１ 正極活物質
２ 負極活物質
３ 電解質
４ セパレータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小城 育昌
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 山内 崇賢
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 武石 雅之
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 小野寺 毅
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 本間 格
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
Ｆターム(参考） 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK02 AL02
AL04 AL06 AM03 AM04 AM05
AM07 CJ02 DJ13 DJ18 HJ06
HJ07
5H050 AA02 AA07 AA08 BA17 CA02
CA03 CA04 CA05 CB02 CB05
CB07 CB08 CB09 CB12 FA13
FA20 GA02 HA06 HA07
Claims (5)
- 【請求項１】 非晶質の金属酸化物を正極活物質とし、
炭素材料または金属酸化物を負極活物質とし、正極活物
質と負極活物質との間にリチウムイオン電解質を介在さ
せ、リチウムイオンが正負電極活物質表面層の間で吸蔵
・脱離を繰り返すことで充放電を行うことを特徴とする
蓄電装置。 - 【請求項２】 更に、前記正極活物質は、金属イオンと
有機分子が共存するゾル溶液を前駆体としこれを焼成す
ることにより合成したナノレベルの細孔を有する多孔性
金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の蓄
電装置。 - 【請求項３】 更に、ゾル溶液中に有機金属錯体と水溶
性高分子とを含み、これを前駆体とし焼成することによ
り形成される比表面積の大きいナノレベルの細孔を有す
る非晶質成分を含む多孔性金属酸化物であることを特徴
とする請求項１に記載の蓄電装置。 - 【請求項４】 リチウムイオンが活物質表面層で吸蔵・
脱離を繰り返すことで充放電を行う電極であり、金属イ
オンと有機分子が共存するゾル溶液を前駆体としこれを
焼成することにより合成したナノレベルの細孔を有する
多孔性金属酸化物からなることを特徴とする蓄電装置の
電極。 - 【請求項５】 リチウムイオンが活物質表面層で吸蔵・
脱離を繰り返すことで充放電を行う電極であり、ゾル溶
液中に有機金属錯体と水溶性高分子とを含み、これを前
駆体とし焼成することにより形成される、大比表面積お
よびナノレベルの細孔を有する多孔性金属酸化物からな
ることを特徴とする蓄電装置の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001264279A JP2003077541A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 蓄電装置およびその電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001264279A JP2003077541A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 蓄電装置およびその電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003077541A true JP2003077541A (ja) | 2003-03-14 |
Family
ID=19090910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001264279A Pending JP2003077541A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 蓄電装置およびその電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003077541A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005047199A1 (ja) * | 2003-11-17 | 2005-05-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ナノサイズ微結晶酸化物-ガラス複合メソポーラス粉末又は薄膜、その製造法及び同粉末又は薄膜を用いる各種デバイス並びに二次電池及びリチウム貯蔵デバイス |
| WO2006111079A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Fudan University | A hybrid aqueous energy storage device |
| KR100704654B1 (ko) * | 2005-08-08 | 2007-04-10 | 주식회사 비츠로셀 | 고출력 슈퍼캐퍼시터의 전극 및 슈퍼캐퍼시터 전극형성방법 |
| JP2010521819A (ja) * | 2007-03-15 | 2010-06-24 | 矢崎総業株式会社 | 炭素及び非炭素化合物の組織化されたアセンブリを含むキャパシタ |
| JP2012506354A (ja) * | 2008-10-20 | 2012-03-15 | キネテイツク・リミテツド | 金属化合物の合成 |
| EP2469629A2 (en) * | 2009-08-13 | 2012-06-27 | SNU R&DB Foundation | Amorphous anode active material, preparation method of electrode using same, secondary battery containing same, and hybrid capacitor |
| JP2013077563A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | リチウム二次電池用電極材、その製造方法、およびそれを備えるリチウム二次電池 |
| KR101310883B1 (ko) * | 2006-03-29 | 2013-09-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다공성 금속 산화물 및 그 제조방법 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6325205A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-02-02 | コ−ニング グラス ワ−クス | 金属酸化物粒子の製造方法 |
| JPS6369154A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-29 | Toshiba Battery Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPH01231271A (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-14 | Otsuka Chem Co Ltd | リチウム電池 |
| JPH08148147A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Murata Mfg Co Ltd | 二次電池用正極活物質の製造方法 |
| JPH08329945A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-12-13 | Nippondenso Co Ltd | リチウム二次電池用活物質の製造方法 |
| JPH09171817A (ja) * | 1995-11-27 | 1997-06-30 | General Motors Corp <Gm> | 酸化マンガン電極の製造方法 |
| JPH09175825A (ja) * | 1995-12-19 | 1997-07-08 | Samsung Display Devices Co Ltd | ゾル−ゲル法を利用した複合酸化物の製造方法 |
| JPH10101377A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-04-21 | Central Glass Co Ltd | 防曇性被膜及びその製法 |
| JPH11283627A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-10-15 | Canon Inc | リチウム二次電池及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-08-31 JP JP2001264279A patent/JP2003077541A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6325205A (ja) * | 1986-07-14 | 1988-02-02 | コ−ニング グラス ワ−クス | 金属酸化物粒子の製造方法 |
| JPS6369154A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-29 | Toshiba Battery Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPH01231271A (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-14 | Otsuka Chem Co Ltd | リチウム電池 |
| JPH08148147A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Murata Mfg Co Ltd | 二次電池用正極活物質の製造方法 |
| JPH08329945A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-12-13 | Nippondenso Co Ltd | リチウム二次電池用活物質の製造方法 |
| JPH09171817A (ja) * | 1995-11-27 | 1997-06-30 | General Motors Corp <Gm> | 酸化マンガン電極の製造方法 |
| JPH09175825A (ja) * | 1995-12-19 | 1997-07-08 | Samsung Display Devices Co Ltd | ゾル−ゲル法を利用した複合酸化物の製造方法 |
| JPH10101377A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-04-21 | Central Glass Co Ltd | 防曇性被膜及びその製法 |
| JPH11283627A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-10-15 | Canon Inc | リチウム二次電池及びその製造方法 |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4528975B2 (ja) * | 2003-11-17 | 2010-08-25 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ナノサイズ微結晶酸化物−ガラス複合メソポーラス粉末又は薄膜、これらの製造方法、リチウム電池又はリチウムインタカレーション電気デバイス、光触媒デバイス、太陽電池、エネルギー貯蔵デバイス及び二次電池 |
| JPWO2005047199A1 (ja) * | 2003-11-17 | 2007-08-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ナノサイズ微結晶酸化物−ガラス複合メソポーラス粉末又は薄膜、その製造法及び同粉末又は薄膜を用いる各種デバイス並びに二次電池及びリチウム貯蔵デバイス |
| US7771871B2 (en) | 2003-11-17 | 2010-08-10 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Nanocrystal oxide/glass composite mesoporous powder or thin film, process for producing the same, and utilizing the powder or thin film, various devices, secondary battery and lithium storing device |
| WO2005047199A1 (ja) * | 2003-11-17 | 2005-05-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ナノサイズ微結晶酸化物-ガラス複合メソポーラス粉末又は薄膜、その製造法及び同粉末又は薄膜を用いる各種デバイス並びに二次電池及びリチウム貯蔵デバイス |
| WO2006111079A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Fudan University | A hybrid aqueous energy storage device |
| KR100704654B1 (ko) * | 2005-08-08 | 2007-04-10 | 주식회사 비츠로셀 | 고출력 슈퍼캐퍼시터의 전극 및 슈퍼캐퍼시터 전극형성방법 |
| KR101310883B1 (ko) * | 2006-03-29 | 2013-09-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다공성 금속 산화물 및 그 제조방법 |
| US8617510B2 (en) | 2006-03-29 | 2013-12-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Porous metal oxide and method of preparing the same |
| JP2010521819A (ja) * | 2007-03-15 | 2010-06-24 | 矢崎総業株式会社 | 炭素及び非炭素化合物の組織化されたアセンブリを含むキャパシタ |
| JP2012506354A (ja) * | 2008-10-20 | 2012-03-15 | キネテイツク・リミテツド | 金属化合物の合成 |
| EP2469629A2 (en) * | 2009-08-13 | 2012-06-27 | SNU R&DB Foundation | Amorphous anode active material, preparation method of electrode using same, secondary battery containing same, and hybrid capacitor |
| EP2469629A4 (en) * | 2009-08-13 | 2013-09-25 | Snu R&Db Foundation | AMORPHOUS ANODEACTIVE MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRODE THEREWITH, SECONDARY BATTERY THEREFOR AND HYBRID CAPACITOR |
| JP2013077563A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | リチウム二次電池用電極材、その製造方法、およびそれを備えるリチウム二次電池 |
| US9130214B2 (en) | 2011-09-16 | 2015-09-08 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Electrode material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery including the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6238251B2 (ja) | 多孔性シリコン系負極活物質及びこれを含むリチウム二次電池 | |
| JP6246361B2 (ja) | リチウム−硫黄電池用の正極およびその製造方法 | |
| US9305716B2 (en) | Rechargeable electrochemical energy storage device | |
| JP4213687B2 (ja) | 非水電解質電池及び電池パック | |
| KR100769567B1 (ko) | 하이브리드 캐패시터 양극, 이의 제조방법 및 하이브리드 캐패시터 | |
| EP1341247A1 (en) | Nonaqueous lithium secondary cell | |
| US20090225498A1 (en) | Asymmetric hybrid capacitor using metal oxide materials for positive and negative electrodes | |
| JP2016506055A (ja) | リチウム−硫黄電池用正極活物質およびその製造方法 | |
| KR101483891B1 (ko) | 리튬 이온 이차 전지 | |
| US20070122694A1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| KR102192072B1 (ko) | 비수전해액 이차 전지 및 전지 조립체 | |
| CN111430778A (zh) | 具有快速充电能力和高能量密度的可再充电锂离子电池组化学 | |
| WO1998031058A2 (en) | Electrolyte composition for rechargeable electrochemical cells | |
| JP2003077541A (ja) | 蓄電装置およびその電極 | |
| JP2013145712A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| CN117650225A (zh) | 负极及包含其的二次电池 | |
| JPH1131508A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP5708964B2 (ja) | リチウム二次電池とその製造方法 | |
| JP2013118145A (ja) | 金属空気二次電池 | |
| JP2012028366A (ja) | 蓄電デバイス | |
| KR20200013865A (ko) | 수계 전해질 및 이를 포함하는 전기화학소자 | |
| JPS63102162A (ja) | 二次電池 | |
| JP2004200058A (ja) | 蓄電デバイス | |
| WO2013179807A1 (ja) | 金属空気二次電池 | |
| JP2003077465A (ja) | 非水系電気エネルギー貯蔵体及びその電極活物質製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080805 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110419 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110830 |