JP2012209150A - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
爆発等が発生しない安全性の高い二次電池を提供する。また、低コストで且つ安定して製造することのできる二次電池を提供する。
【解決手段】
正極と、負極と、セパレータと、電解液を有する二次電池において、前記二次電池１が、銅平板に蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した正極２と、アルミニウム平板に前記蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した負極３を有しており、前記蒸着材料が、質量比で９０．００〜１００．００％のカーボンを含有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池及びその製造方法に関するものである。
電気自動車、携帯電話、ノート型パソコン等に、リチウムイオン二次電池が使用されている。このリチウム二次電池は、得られる電圧が高い点、メモリー効果がほとんどない点、自己放電特性が良い点などメリットがある。（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、リチウムイオン二次電池は、以下の問題点を有している。第１に、過熱、発火、爆発等が発生するという問題を有している。
第２に、レアメタルであるリチウムの取得が困難となる可能性がある。これは、リチウム産地の偏在性のため、供給が不安定となる危険性がある。
特開２００９−２６６７３７号公報
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、爆発等が発生しない安全性の高い二次電池を提供することにある。また、低コストで且つ安定して製造することのできる二次電池を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液を有する二次電池において、前記二次電池が、銅平板に蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した正極と、アルミニウム平板に前記蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した負極を有しており、前記蒸着材料が、質量比で９０．００〜１００．００％のカーボンを含有していることを特徴とする。この構成により、爆発等が発生しない安全性の高い二次電池を提供することができる。また、低コストで且つ安定して製造することのできる二次電池を提供することができる。
上記の二次電池において、前記蒸着材料が、質量比で０．０１〜１０．００％の継ぎ剤を含有しており、前記継ぎ剤が、ウラン、又はラジウム、又はリチウムの少なくとも１つであることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。
上記の二次電池において、前記電解液が、質量比で０．０１〜１０．００％の添加物を含有しており、前記添加物が、ウラン、又はラジウム、又はモナサイトの少なくとも１つであることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。
上記の目的を達成するための本発明に係る二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液を有する二次電池の製造方法において、銅平板及びアルミニウム平板に蒸着材料をプラズマ蒸着して正極及び負極を作成ステップと、前記セパレータに前記電解液を供給しながら、前記セパレータを前記正極及び負極で挟み、ケースに封入するステップを有し、前記蒸着材料が、質量比で９０．００〜１００．００％のカーボンを含有していることを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
本発明に係る二次電池によれば、爆発等が発生しない安全性の高い二次電池を提供することができる。また、低コストで且つ安定して製造することのできる二次電池を提供することができる。
本発明に係る実施の形態の二次電池の概略を示した透視図である。 本発明に係る実施の形態の二次電池の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の二次電池の出力特性を示したグラフである。
以下、本発明に係る実施の形態の二次電池について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の二次電池１の概略を示した透視図を示す。また、図２に、二次電池１を分解した際の概略を示す。この二次電池１は、正極２と負極３と、セパレータ６と、これらを包むケース７と、ケース７内に充填した電解液８を有している。
正極２は、厚みが例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の銅平板と、正極端子４で構成している。この銅平板の両面には、ナノカーボン（カーボン）を主原料とする蒸着剤をプラズマ蒸着している。この蒸着剤は、厚さが１０〜５０μｍ、望ましくは２５〜３５μｍとなるように蒸着させる。また、蒸着剤には、極微量の継ぎ剤（リチウム、又はウラン、又はラジウム）を混入している。この継ぎ剤は、蒸着剤の全重量に対して、重量比で０．０１〜１０％、望ましくは０．１〜５％、更に望ましくは０．１〜０．２％混入する。
負極３は、厚みが例えば０．１〜０．５ｍｍ程度のアルミニウム平板と、負極端子５で構成している。このアルミニウム平板の両面には、上記の銅平板と同様に、蒸着剤をプラズマ蒸着している。
セパレータ６は、正極２と負極３を絶縁し、且つイオン伝導性を有していればよい。例えば、プラスチック製の微多孔膜や、シルク（絹）シートを使用することができる。
電解液８は、電気伝導性を有する液体であればよい。この電解液８には、極微量の添加物（ウラン、又はラジウム、又はモナサイト）を混入することが望ましい。この添加物は、電解液８の全重量に対して、重量比で０．０１〜１０％、望ましくは０．１〜５％、更に望ましくは０．１〜０．２％混入する。
ケース７は、従来のリチウムイオン二次電池と同様、プラスチックケース等で構成することができる。ここで、図１では簡単のため、電解液８を封入している領域を大きく図示しているが、実際の二次電池１においては、ケース７が正極２及び負極３に接触した状態となる。従って、電解液８は、セパレータ６を濡らす程度の量としている。
次に、二次電池の製造方法について説明する。まず、銅平板及びアルミニウム平板に、蒸着剤をプラズマ蒸着し、正極２及び負極３を作成する。セパレータ６に電解液８を供給しながら、セパレータ６を正極２及び負極３で挟み、ケース７に封入する。
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。なお、リチウムイオン二次電池を、従来の二次電池として比較する。第１に、爆発等が発生しない安全性の高い二次電池を提供することができる。この二次電池は、使用時に温度が上昇しない。また、衝撃破壊した場合であっても、発火する危険性がない。具体的には、二次電池に釘を打ち込んでも、発火しない。更に、二次電池を燃焼させても爆発することがない。
第２に、低コスト（イニシャルコストは従来の３分の１程度）で、二次電池１を製造することができる。これは、二次電池１を、入手の容易な材料で構成しているためである。また、ランニングコストも抑制することができる。これは、二次電池の繰り返し使用回数（サイクル寿命）が、１０万回から２０万回であるためである。従来のリチウムイオン二次電池は、２０００から７０００回程度となる。
第３に、リチウム等のレアメタルを使用しない、又は使用しても微量であるため、二次電池の安定的な供給を実現することができる。
また、この二次電池は、従来に比べ、急速充電及び放電が可能である、長期間放置しても自己放電がほとんどない、−４０〜７０℃の環境下で使用することが可能等のメリットがある。更に、電極（正極２及び負極３）の面積に変更により、電池容量を容易に変更することができる。加えて、二次電池に使用した材料のリサイクルが容易である等、多種のメリットがある。
なお、本発明の二次電池１は、電極を積層して、１つのケース７内に封入して製造してもよい。この構成により、高電圧の二次電池を提供することができる。また、二次電池１の形状は、円形、角形、球形等、任意の形状に形成することができる。
更に、二次電池１を大型パネル状に形成し、建築物の壁面等に埋め込むことができる。この構成により、二次電池１を夜間電力で充電し、日中使用する電力の全てを、この二次電池から供給するように構成することができる。
加えて、二次電池１を、電気自動車の屋根、又はドア等の内部に設置することもできる。つまり、二次電池を設置する自由度が高いため、従来のように、トランクルームが狭くなることがない。特に、電気自動車が、交通事故等を起した場合であっても、本発明の二次電池１は、爆発等の事故を起すことがない。
図３に、本発明の二次電池と、リチウムイオンポリマー（Ｌｉ−Ｐｏ）二次電池に、同一の負荷をかけ、電圧の降下量と経過時間の関係を比較した結果を示す。グラフは、縦軸を電圧（Ｖ）、横軸を経過時間（ｍｉｎ）としている。また、実線は本発明の二次電池の結果を、破線はＬｉ−Ｐｏ二次電池の結果を示している。
ここで、本発明の二次電池は、蒸着材料に対して０．１％のウランを継ぎ剤として混入した。電解液は、リチウムを含有しないものを使用した。具体的には、三菱化学製の商品名「エチレンカーボネイト」を使用した。また、電解液に対して、０．１％のウランを添加物として混入した。以上より、電圧が３．７Ｖ、バッテリー容量（電池容量）が１Ａｈである二次電池を作成し、実験に使用した。
また、比較対象であるＬｉ−Ｐｏ二次電池は、一般的に販売されているものを使用した。このＬｉ−Ｐｏ二次電池は、電圧が３．７Ｖ、バッテリー容量が４．５Ａｈである。
実験結果を示すグラフより、本発明の二次電池は、従来のＬｉ−Ｐｏ二次電池と同様の出力特性を得られることがわかった。なお、バッテリー容量が異なるため、本発明の二次電池（実線）の方が、若干早い段階で、電圧降下が見られる。
また、別途行った実験により、本発明の二次電池のエネルギー密度は以下の通りであった。本発明の二次電池は、体積エネルギー密度が６９２．１Ｗｈ／Ｌ、重量エネルギー密度が２５０．５Ｗｈ／Ｋｇである。ちなみに、従来のＬｉ−Ｐｏ二次電池は、体積エネル
ギー密度が２５０〜３６０Ｗｈ／Ｌ、重量エネルギー密度が１００〜２５０Ｗｈ／Ｋｇである。
１ 二次電池
２ 正極
３ 負極
６ セパレータ
７ ケース
８ 電解液

Claims (4)

  1. 正極と、負極と、セパレータと、電解液を有する二次電池において、
    前記二次電池が、銅平板に蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した正極と、アルミニウム平板に前記蒸着材料をプラズマ蒸着して形成した負極を有しており、
    前記蒸着材料が、質量比で９０．００〜１００．００％のカーボンを含有していることを特徴とする二次電池。
  2. 前記蒸着材料が、質量比で０．０１〜１０．００％の継ぎ剤を含有しており、
    前記継ぎ剤が、ウラン、又はラジウム、又はリチウムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記電解液が、質量比で０．０１〜１０．００％の添加物を含有しており、
    前記添加物が、ウラン、又はラジウム、又はモナサイトの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 正極と、負極と、セパレータと、電解液を有する二次電池の製造方法において、
    銅平板及びアルミニウム平板に蒸着材料をプラズマ蒸着して正極及び負極を作成ステップと、
    前記セパレータに前記電解液を供給しながら、前記セパレータを前記正極及び負極で挟み、ケースに封入するステップを有し、
    前記蒸着材料が、質量比で９０．００〜１００．００％のカーボンを含有していることを特徴とする二次電池の製造方法。
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