JP2008091248A - 大容量二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的構造が簡単であり、劣化が抑制され安定したサイクル特性を発揮し、継続的な放電が可能な大容量二次電池を提供すること。
【解決手段】第1正極21と第1負極22と第1電解質23とを備え、第1正極21において金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、金属酸化物又は金属過酸化物を分解して充電するよう構成された第1セル2と、第2正極31と第2負極32と第2電解質33とを備え、第2正極31において金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、金属酸化物又は金属過酸化物を分解して放電するよう構成された第2セル3と、第1正極21と第2正極31との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部4とを有し、第1セル2と第2セル3のいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを酸素透過部4に供給可能に構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】第1正極21と第1負極22と第1電解質23とを備え、第1正極21において金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、金属酸化物又は金属過酸化物を分解して充電するよう構成された第1セル2と、第2正極31と第2負極32と第2電解質33とを備え、第2正極31において金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、金属酸化物又は金属過酸化物を分解して放電するよう構成された第2セル3と、第1正極21と第2正極31との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部4とを有し、第1セル2と第2セル3のいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを酸素透過部4に供給可能に構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、リチウム空気電池を利用した大容量二次電池に関する。
二次電池の分野では安定した大容量のものが求められている。これまで、大容量化を目的とした電池としては、リチウム空気電池が提案されてきた(特許文献1参照)。しかしながら、これら従来のリチウム二次電池は、未だ十分なサイクル特性及び安全性が確保されているとはいえない。
また、空気電池においては、大気中の空気を利用するために、酸素と共に水分等が電池系内に侵入することが避けられず、耐久性に問題が生じている。これに対しても、様々な対策が検討されてきた(特許文献2参照)。しかしながら、この問題についても解決には至っていない。
また、放電容量を継続的に得ることにより大容量化するタイプの電池として、二次電池と太陽電池とを組み合わせた自己充電型電池も提案されている(特許文献3)。しかしながら、このタイプの電池は、システムの異なる2種類の装置を組み合わせるために構造が複雑で大型化が避けられず、幅広い用途への展開が困難である。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、比較的構造が簡単であり、劣化が抑制され安定したサイクル特性を発揮し、継続的な放電が可能な大容量二次電池を提供しようとするものである。
本発明は、酸素を酸化還元する第1正極と、金属イオンを吸蔵放出する第1負極と、これらの間に介在させた第1電解質とを備え、上記第1正極において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第1正極において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成された第1セルと、
酸素を酸化還元する第2正極と、金属イオンを吸蔵放出する第2負極と、これらの間に介在させた第2電解質とを備え、上記第2正極において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第2正極において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成された第2セルと、
密閉状態において上記第1正極と上記第2正極との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部とを有し、
上記第1セルと上記第2セルのいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを上記酸素透過部に供給可能に構成されていることを特徴とする大容量二次電池にある(請求項1)。
酸素を酸化還元する第2正極と、金属イオンを吸蔵放出する第2負極と、これらの間に介在させた第2電解質とを備え、上記第2正極において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第2正極において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成された第2セルと、
密閉状態において上記第1正極と上記第2正極との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部とを有し、
上記第1セルと上記第2セルのいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを上記酸素透過部に供給可能に構成されていることを特徴とする大容量二次電池にある(請求項1)。
本発明の大容量二次電池は、上記のごとく、第1セル及び第2セルという2組の空気電池と、上記第1正極と上記第2正極とを密閉状態で繋ぐ上記酸素透過部とを備えている。この構成を具備することによって、従来の空気電池における劣化の問題を解消し、かつ、放電を継続的に行うことも可能な大容量二次電池を得ることができるのである。
すなわち、上記2つの空気電池の正極同士、つまり上記第1正極と第2正極とは、上記酸素透過部によって密閉状態で繋がれており、互いに外気に晒されることなく反応によって生じた酸素を利用し合うことができる。
例えば、第1セルを外部から供給される電力によって充電することにより、第1セルの第1正極においては反応により酸素ガスと金属イオンとが生成し、この酸素が上記酸素透過部に供給される。一方、上記第2セルを放電状態とする場合には、上記酸素透過部に供給された酸素ガスを利用して上記第2正極において反応させればよい。
そのため、上記大容量二次電池においては、大気中の酸素を一切利用する必要がなく、完全に密閉状態で常に純粋な酸素ガスのみを利用することができ、不要物質の系内への侵入を防止することができる。
例えば、第1セルを外部から供給される電力によって充電することにより、第1セルの第1正極においては反応により酸素ガスと金属イオンとが生成し、この酸素が上記酸素透過部に供給される。一方、上記第2セルを放電状態とする場合には、上記酸素透過部に供給された酸素ガスを利用して上記第2正極において反応させればよい。
そのため、上記大容量二次電池においては、大気中の酸素を一切利用する必要がなく、完全に密閉状態で常に純粋な酸素ガスのみを利用することができ、不要物質の系内への侵入を防止することができる。
また、上記第1セルの充電が完了し、第2セルの放電も完了した場合には、第1セルを放電させ、第2セルを充電することによって、継続的に放電を続けることも可能となる。また、上記酸素透過部に貯蔵できる酸素ガス量を調整すれば、上記2つのセルの放電と充電のタイミングをずらすことも可能であり、これによって、より実用的な利用が可能となる。
上記酸素透過部としては、例えば、後述する管のようなものでも、あるいは多孔質体のようなものでもよく、外部と遮断できるガス通路が確保されれば様々な構成を取ることができる。
また、上記第1セル、上記第2セルは、いずれも正極活物質として酸素ガスを用いるタイプの空気電池であれば様々な構成のセルを利用できる。したがって、上記金属イオン等の反応に用いる金属としても、空気電池を構成可能な金属であれば利用できる。ただし、この金属としては、現在研究が比較的進んだリチウムを利用することが好ましい。
また、上記第1セル、上記第2セルは、いずれも正極活物質として酸素ガスを用いるタイプの空気電池であれば様々な構成のセルを利用できる。したがって、上記金属イオン等の反応に用いる金属としても、空気電池を構成可能な金属であれば利用できる。ただし、この金属としては、現在研究が比較的進んだリチウムを利用することが好ましい。
すなわち、上記金属イオンはリチウムイオンであり、上記金属酸化物はリチウム酸化物であり、上記金属過酸化物はリチウム過酸化物であることが好ましい(請求項2)。これにより、リチウム空気電池のノウハウを利用して、より安定したシステムを得ることができる。
また、上記第1正極及び上記第2正極の少なくとも一方は、リチウム過酸化物又はリチウム酸化物を予め含有していることが好ましい(請求項3)。これにより、少なくとも一方を初期状態から充電可能な状態とすることができ、上記酸素透過部への酸素供給を初期状態から開始することができる。
特に、上記第1正極及び上記第2正極の少なくとも一方は、Li2O2又はLi2Oを予め含有していることが好ましい(請求項4)。これらの特定の金属過酸化物又は金属酸化物を利用することによって、スムーズな充放電反応を実現することができる。
また、上記第1負極及び上記第2負極は、炭素材料又はリチウム金属よりなることが好ましい(請求項5)。これにより、リチウムイオンの吸蔵放出を容易に行うことができる。
ここで、上記大容量二次電池において利用する金属をリチウムとした場合を代表して、より具体的な形態を以下に簡単に説明する。
まず、上記第1正極及び第2正極は、例えば導電材、結着剤、及び酸素の酸化還元反応を促進する触媒とを用いて構成することができる。さらに、必要に応じてリチウム過酸化物又はリチウム酸化物を予め含有させることもできる。
まず、上記第1正極及び第2正極は、例えば導電材、結着剤、及び酸素の酸化還元反応を促進する触媒とを用いて構成することができる。さらに、必要に応じてリチウム過酸化物又はリチウム酸化物を予め含有させることもできる。
上記導電剤としては、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素材料粉末状体の1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。
上記結着剤は、導電材粒子等を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。
上記触媒としては、例えば、電解MnO2、Fe2O3、NiO、CuO、Pt、Co等を用いることができる。
また、これらの正極活物質を構成する物質は、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤に溶解または懸濁させながら混合した後、その有機溶剤を除去することによって形成することが可能である。
上記結着剤は、導電材粒子等を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。
上記触媒としては、例えば、電解MnO2、Fe2O3、NiO、CuO、Pt、Co等を用いることができる。
また、これらの正極活物質を構成する物質は、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤に溶解または懸濁させながら混合した後、その有機溶剤を除去することによって形成することが可能である。
上記第1負極及び第2負極の第1の形態としては、例えば負極活物質であるリチウム金属をシート状にして形成するか、あるいはシート状にしたものをニッケル、ステンレス等の集電体網に圧着して形成することができる。負極活物質としては、金属の代わりに、その金属を含む合金又は化合物等を用いることもできる。
上記第1負極及び第2負極のもう一つの形態としては、例えば負極活物質にリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を用いて負極を構成させることもできる。使用できる炭素材料としては、例えば天然或いは人造の黒鉛、メソカーボンマイクロビーンズ(MCMB)、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の粉状体等が挙げられる。
この場合は、例えば上記負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶媒を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、その後にプレスにて形成することができる。炭素材料を負極活物質とした場合には、正極同様、負極結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、有機溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
この場合は、例えば上記負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶媒を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、その後にプレスにて形成することができる。炭素材料を負極活物質とした場合には、正極同様、負極結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、有機溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
また、上記電解質としては、非水系の電解液の形態で用いることができる。例えば電解質としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させたものを用いることができる。この場合には、リチウム塩は有機溶媒に溶解することによって解離し、リチウムイオンとなって電解液中に存在する。使用できるリチウム塩としては、例えばLiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等が挙げられる。これらのリチウム塩は、それぞれ単独でもよく、又はこれらのうちから2種以上を併用することもできる。
リチウム塩を溶解させる有機溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒を用いることができる。このような有機溶媒としては、例えば環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等から選ばれる1種又は2種以上からなる混合溶媒を用いることができる。
ここで、上記環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等がある。上記鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等がある。上位環状エステルカーボネートとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。上記環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。上記鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。上記有機溶媒としては、これらのもののうちいずれか1種を単独で用いることもできるし、2種以上を混合させて用いることもできる。
また、上記電解液は、正極及び負極に狭装させるセパレータによって保持する構造をとることができる。セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜を用いることができる。
また、上記セパレータ及び非水電解液という構成の代わりに、ポリエチレンオシド等の高分子量ポリマーとLiClO4やLiN(CF3SO2)2等のリチウム塩を使用した高分子固体電解質を用いることもできる。また、上記非水電解液をポリアクリロニトリル等の固体高分子マトリクスにトラップさせたゲル電解質を用いることもできる。
(実施例1)
本発明の実施例に係る大容量二次電池につき、図1、図2を用いて説明する。
まず、本例の大容量二次電池1の基本構成を図1を用いて説明する。
同図に示すごとく、本例の大容量二次電池1は、第1セル2と、第2セル3と、これらの第1正極と第2正極との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部4とを備えている。
本発明の実施例に係る大容量二次電池につき、図1、図2を用いて説明する。
まず、本例の大容量二次電池1の基本構成を図1を用いて説明する。
同図に示すごとく、本例の大容量二次電池1は、第1セル2と、第2セル3と、これらの第1正極と第2正極との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部4とを備えている。
第1セル2は、酸素を酸化還元する第1正極21と、金属イオンを吸蔵放出する第1負極22と、これらの間に介在させた第1電解質23とを備え、上記第1正極21において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第1正極21において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成されている。
第2セル3は、酸素を酸化還元する第2正極31と、金属イオンを吸蔵放出する第2負極32と、これらの間に介在させた第2電解質33とを備え、上記第2正極32において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第2正極31において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成されている。
そして、第1正極2と第2正極3のいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを上記酸素透過部4に供給可能に構成されている。
また、同図に示すごとく、各電極には、それぞれ、端子51〜54が接続されており、図示していない外部の機器と電気のやり取りが可能となっている。
また、同図に示すごとく、各電極には、それぞれ、端子51〜54が接続されており、図示していない外部の機器と電気のやり取りが可能となっている。
この基本構成を実現した具体例をさらに図2を用いて説明する。
同図に示すとごとく、第1セル2は、セル全体をテフロン(登録商標)のケース20により囲ってあり、内部に上記第1正極21、第1負極22、電解質23等を収容してある。
第1正極21は、導電材としてのアセチレンブラックと、酸素の酸化還元反応を促進する触媒としての電解MnO2と、結着剤としてのテフロン(登録商標)粉末とにより構成したものである。各物質の含有比率は、重量比にて、アセチレンブラック:電解MnO2:テフロン(登録商標)粉末=85:10:5とした。また、第1正極21は、全体の重量が50mgであり、外径が18mmφの円盤状となるように成形したものを用いた。また、第1正極21には、ステンレスメッシュ製の正極集電体210と当接させ、正極集電体210に接続した端子52を外部に露出させた。
同図に示すとごとく、第1セル2は、セル全体をテフロン(登録商標)のケース20により囲ってあり、内部に上記第1正極21、第1負極22、電解質23等を収容してある。
第1正極21は、導電材としてのアセチレンブラックと、酸素の酸化還元反応を促進する触媒としての電解MnO2と、結着剤としてのテフロン(登録商標)粉末とにより構成したものである。各物質の含有比率は、重量比にて、アセチレンブラック:電解MnO2:テフロン(登録商標)粉末=85:10:5とした。また、第1正極21は、全体の重量が50mgであり、外径が18mmφの円盤状となるように成形したものを用いた。また、第1正極21には、ステンレスメッシュ製の正極集電体210と当接させ、正極集電体210に接続した端子52を外部に露出させた。
第1負極22は、厚みが250μm、外径が18mmφの円盤状の金属リチウムを採用し、これをステンレスメッシュ製の負極集電体220に圧着して作製した。そして、負極集電体220に接続した端子51を外部に露出させた。
第1電解質23は、非水電解液をセパレータ230に含浸させた状態で配設した。セパレータ230としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)よりなる多孔質膜を用いた。非水電解液としては、EC(エチレンカーボネート)とDEC(ジエチルカーボネート)とを体積比3:7にて混合した混合溶媒に、LiPF6を溶解させて濃度1Mとした溶液を用いた。
第1セル2は、これら第1正極21等を、上述したごとくテフロン(登録商標)のケース20内に密閉状態で収容することによって構成され、酸素透過部4を介してのみ後述する第2セル3と連結状態となっている。なお、符号28は、負極22、セパレータ230、正極21を密着させる負極支持体である。
第2セル3は、基本構成が上記第1セル2と同じであり、セル全体をテフロン(登録商標)のケース30により囲ってあり、内部に上記第2正極31、第2負極32、電解質33等を収容してある。
第2正極31は、導電材としてのアセチレンブラックと、酸素の酸化還元反応を促進する触媒としての電解MnO2と、結着剤としてのテフロン(登録商標)粉末と、リチウム過酸化物であるLi2O2とにより構成したものである。Li2O2以外の各物質の含有比率は、重量比にて、アセチレンブラック:電解MnO2:テフロン(登録商標)粉末=85:10:5とした。そして、これらの合計重量50mgに対して10mgのLi2O2を加えたものを、外径が18mmφの円盤状となるように成形して第2正極31とした。また、第2正極31には、ステンレスメッシュ製の正極集電体310と当接させ、正極集電体310に接続した端子53を外部に露出させた。
第2正極31は、導電材としてのアセチレンブラックと、酸素の酸化還元反応を促進する触媒としての電解MnO2と、結着剤としてのテフロン(登録商標)粉末と、リチウム過酸化物であるLi2O2とにより構成したものである。Li2O2以外の各物質の含有比率は、重量比にて、アセチレンブラック:電解MnO2:テフロン(登録商標)粉末=85:10:5とした。そして、これらの合計重量50mgに対して10mgのLi2O2を加えたものを、外径が18mmφの円盤状となるように成形して第2正極31とした。また、第2正極31には、ステンレスメッシュ製の正極集電体310と当接させ、正極集電体310に接続した端子53を外部に露出させた。
第2負極32は、第1負極22と同様であって、厚みが250μm、外径が18mmφの円盤状の金属リチウムを採用し、これをステンレスメッシュ製の負極集電体320に圧着して作製した。そして、負極集電体320に接続した端子54を外部に露出させた。
第2電解質33は、第1電解質23と同様であって、非水電解液をセパレータ330に含浸させた状態で配設した。非水電解液とセパレータ330の構成も、第1セル2の場合と同様である。
第2セル3も、これら第2正極31等を、上述したごとくテフロン(登録商標)のケース30内に密閉状態で収容することによって構成され、酸素透過部4を介してのみ上記第1セル2と連結されている。なお、符号38は、負極32、セパレータ330、正極31を密着させる負極支持体である。
酸素透過部4は、第1セル2のケース20の第1正極21に連通する連通穴(図示略)を有する管状突起部29と、第2セル3のケース30の第2正極31に連通する連通穴(図示略)を有する管状突起部39とを、ゴム管49によって連結することにより構成した。したがって、第1セル2の第1正極21と、第2セル3の第2正極31とは、この酸素透過部4を介して、酸素のやり取りを行えるようになっている。
(実施例2)
実施例2の二次電池は、実施例1における上記第2負極32を人造黒鉛に変更し、その他は実施例1と同様にして作製したものである。
実施例2の二次電池は、実施例1における上記第2負極32を人造黒鉛に変更し、その他は実施例1と同様にして作製したものである。
(実施例3)
実施例3の二次電池は、実施例1における上記第2正極31に添加するLi2O2の添加量を30mgに増加し、その他は実施例1と同様にして作製したものである。
実施例3の二次電池は、実施例1における上記第2正極31に添加するLi2O2の添加量を30mgに増加し、その他は実施例1と同様にして作製したものである。
(実験例1)
次に、実施例1〜3の二次電池を用いて、基本動作確認のための試験を行った。具体的には、第1セル2の端子51及び端子52を用いて放電を行い、同時に、第2セル3の端子53と端子54を用いて充電を行った。
第1セル2の放電は、50μAの定電流放電で、2.0Vまで放電させる条件とした。第2セル3の充電は、50μAの定電流充電で、4.5Vまで充電させる条件とした。
次に、実施例1〜3の二次電池を用いて、基本動作確認のための試験を行った。具体的には、第1セル2の端子51及び端子52を用いて放電を行い、同時に、第2セル3の端子53と端子54を用いて充電を行った。
第1セル2の放電は、50μAの定電流放電で、2.0Vまで放電させる条件とした。第2セル3の充電は、50μAの定電流充電で、4.5Vまで充電させる条件とした。
実施例1の実験の結果を図3、図4に示す。図3は、第2セル3の充電時における電位変化(符号B)を示すものであり、横軸に放電容量(mAh/g)を、縦軸に端子53と端子54との間の電位差(V)をとったものである。図4は、第1セル2の放電時における電位変化(符号A)を示すものであり、横軸に充電容量(mAh/g)を、縦軸に端子51と端子52との間の電位差(V)をとったものである。
図3、図4より知られるごとく、第2セル3の充電によって生じる酸素ガスを利用して、第1セル2の放電を継続するという基本動作が確認された。実施例2、3の二次電池も、同様の基本動作を問題なく行うことができた。
実施例1、2の場合の放電容量は、いずれもおよそ220mAh/gであり、実施例3の場合の放電容量はおよそ620mAh/gであった。
いずれの場合も、従来通常のリチウム二次電池の場合よりも高容量化を実現できることがわかる。
実施例1、2の場合の放電容量は、いずれもおよそ220mAh/gであり、実施例3の場合の放電容量はおよそ620mAh/gであった。
いずれの場合も、従来通常のリチウム二次電池の場合よりも高容量化を実現できることがわかる。
(実験例2)
次に、実施例1の二次電池を用いて、複数回の充放電を繰り返すサイクル試験を行った。第1セル2の充放電の条件は、50μAの定電流放電と50μAの定電流充電により、2.0Vまでの放電と4.5Vまでの充電とを、放電から始める条件とした。第2セル3の充放電の条件は、50μAの定電流放電と50μAの定電流充電により、2.0Vまでの放電と4.5Vまでの充電を、充電から始める条件とした。
次に、実施例1の二次電池を用いて、複数回の充放電を繰り返すサイクル試験を行った。第1セル2の充放電の条件は、50μAの定電流放電と50μAの定電流充電により、2.0Vまでの放電と4.5Vまでの充電とを、放電から始める条件とした。第2セル3の充放電の条件は、50μAの定電流放電と50μAの定電流充電により、2.0Vまでの放電と4.5Vまでの充電を、充電から始める条件とした。
本実験の結果を図5、図6に示す。図5は、第1セル2の第1サイクル目(A1)と第2サイクル目(A2)の充放電時における電位変化を示すものであり、横軸に容量(mAh/g)を、縦軸に端子51と端子52との間の電位差(V)をとったものである。図6は、第2セル3の第1サイクル目(B1)と第2サイクル目(B2)の充放電時における電位変化を示すものであり、横軸に容量(mAh/g)を、縦軸に端子53と端子54との間の電位差(V)をとったものである。
図5、図6から知られるごとく、実施例1の二次電池は、充放電サイクルを繰り返してもほぼ同様の充放電特性を発揮し、劣化も殆どなく、かつ、高容量化が図れることがわかる。
1 大容量二次電池、
2 第1セル、
21 第1正極、
22 第1負極、
23 第1電解質、
3 第2セル、
31 第2正極、
32 第2負極、
33 第2電解質、
4 酸素透過部、
51〜54 端子
2 第1セル、
21 第1正極、
22 第1負極、
23 第1電解質、
3 第2セル、
31 第2正極、
32 第2負極、
33 第2電解質、
4 酸素透過部、
51〜54 端子
Claims (5)
- 酸素を酸化還元する第1正極と、金属イオンを吸蔵放出する第1負極と、これらの間に介在させた第1電解質とを備え、上記第1正極において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第1正極において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成された第1セルと、
酸素を酸化還元する第2正極と、金属イオンを吸蔵放出する第2負極と、これらの間に介在させた第2電解質とを備え、上記第2正極において酸素ガスと金属イオンとを反応させて金属酸化物又は金属過酸化物を生成することにより放電し、上記第2正極において金属酸化物又は金属過酸化物を分解して酸素ガスと金属イオンとを生成することにより充電するよう構成された第2セルと、
密閉状態において上記第1正極と上記第2正極との間に酸素ガスを導通させる酸素透過部とを有し、
上記第1セルと上記第2セルのいずれか一方を充電することによって他方が放電する際に使用する酸素ガスを上記酸素透過部に供給可能に構成されていることを特徴とする大容量二次電池。 - 請求項1において、上記金属イオンはリチウムイオンであり、上記金属酸化物はリチウム酸化物であり、上記金属過酸化物はリチウム過酸化物であることを特徴とする大容量二次電池。
- 請求項2において、上記第1正極及び上記第2正極の少なくとも一方は、リチウム過酸化物又はリチウム酸化物を予め含有していることを特徴とする大容量二次電池。
- 請求項3において、上記第1正極及び上記第2正極の少なくとも一方は、Li2O2又はLi2Oを予め含有していることを特徴とする大容量二次電池。
- 請求項1〜4のいずれか1項において、上記第1負極及び上記第2負極は、炭素材料又はリチウム金属よりなることを特徴とする大容量二次電池。
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2006
- 2006-10-03 JP JP2006271977A patent/JP2008091248A/ja active Pending
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