JP2012234720A - 固体電解質セパレータ、二次電池ユニットおよび集合二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解質セパレータ1は、二次電池用のイオン伝導性を有する緻密質固体電解質からなり、二次電池の第一の電極7と第二の電極8とを分割する。セパレータ1は、板状のイオン伝導部4、イオン伝導部4から第一の主面4a側に突出する第一の隔壁3、イオン伝導部から第二の主面4b側に突出する第二の隔壁5、第一の主面側に開口し、第一の電極7を収容する第一の凹部2、および第二の主面側に開口し、第二の電極8を収容する第二の凹部6を備える。第一の凹部の周囲のうち少なくとも一部が第一の隔壁によって区分されており、第二の凹部の周囲のうち少なくとも一部が第二の隔壁によって区分されており,第一の隔壁と第二の隔壁とがセパレータの厚さ方向に見て重なる位置にある。
【選択図】図2
Description
A1)では、LiS(リチウム-硫黄)二次電池において、薄いLi伝導性セラミックス緻密体をセパレータとして用いている。電解液を用いるLiS電池では正極の多硫化物が電解液へ溶出することが原因で、充放電サイクルを繰り返すうちに、電解液に溶出した正極が負極へマイグレート(移動)し充放電可能な容量が徐々に低下する問題を抱えている。このため、セパレータ部分にLiイオン伝導性を有するセラミックスの緻密膜を適用することで、正極多硫化物の負極へのマイグレート(移動)を抑制する方法を開示している。また、使用するセラミックス緻密体にはLISICON(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(x=0.0〜0.5))を開示している。また機械的強度補強のために電解液が透過可能な多孔質補強膜をLISICONの両側に挟持した構成を開示している。
A1)では、水系金属空気電池へ固体電解質セパレータを適用した構成を開示している。中央に緻密層を有し、その両側を緻密層の破損防止のために設けた多孔層で挟持した構造を有するイオン伝導性固体電解質セパレータである。使用する固体電解質材料には、Li1-xMxTi2(PO4)3(x=0-1.5,M=Al,Zr,Sn,Hf,Y)などのNASICON構造を備えた固体電解質材料を緻密層に設けることを開示している。
板状のイオン伝導部、イオン伝導部から第一の主面側に突出する第一の隔壁、イオン伝導部から第二の主面側に突出する第二の隔壁、第一の主面側に開口し、第一の電極を収容する第一の凹部、および第二の主面側に開口し、第二の電極を収容する第二の凹部を備えており、第一の凹部の周囲のうち少なくとも一部が第一の隔壁によって区分されており、第二の凹部の周囲のうち少なくとも一部が第二の隔壁によって区分されている。
第一の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する第一の集電部、および
第二の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する第二の集電部を備えていることを特徴とする、二次電池ユニットに係るものである。
また、本発明は、前記セパレータ、
第一の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する集電部、および
第二の凹部を被覆する酸素透過膜を備えていることを特徴とする、空気電池ユニットに係るものである。
つまりイオン・電子の両方の移動距離を短くして電池内部抵抗低減を図る電池設計と、電極層を収容する製法を容易化する設計の両立が困難であった。
図1に示すように、セパレータ1には、複数の区画Aが形成されている。セパレータ1には平板形状のイオン伝導部4が設けられており、イオン伝導部4から一方の主面4a側へと向かって隔壁3A、3Bが形成されており、反対側の主面4b側に隔壁5A、5Bが形成されている。隔壁3A、5Aは、セパレータの外縁に、全周にわたって形成されている。また、隔壁3A、5Aに加えて、内側の外縁に存在しない隔壁3B、5Bによって、セパレータ1は、各区画Aに分割されている。第一の主面側では、隔壁3Bによって各凹部2が形成されており、第二の主面側では、隔壁5Bによって各凹部6が形成されている。本例では各凹部の平面形状は正方形または長方形である。
空気電池においては、一方の電極収容凹部において、第一の隔壁の高さを高くすることによって、ガス流通路を形成する。空気電池では、積層スタック化した際のガス導入方法が問題となるが、上記構造のセパレータを用いると、ガス導入口を確保した状態でスタック化が可能となる。
また、硫黄あるいはその化合物を正極活物質として用いることができ、S(硫黄)、Li2S(硫化リチウム)、あるいはLi2Sn(多硫化リチウム)が挙げられる。
)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化硼酸リチウム(LiBF4 )などのリチウム塩が挙げられる。また、ゲル電解質を使用することもできる。具体的には、高分子材料と非水電解液からなる非水電解液を使用することができる。高分子材料には、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)などを挙げることができる。
Claims (9)
- 二次電池用のイオン伝導性を有する緻密質固体電解質からなり、二次電池の第一の電極と第二の電極とを分割する固体電解質セパレータであって、
板状のイオン伝導部、前記イオン伝導部から第一の主面側に突出する第一の隔壁、前記イオン伝導部から第二の主面側に突出する第二の隔壁、前記第一の主面側に開口し、前記第一の電極を収容する第一の凹部、および前記第二の主面側に開口し、前記第二の電極を収容する第二の凹部を備えており、前記第一の凹部の周囲のうち少なくとも一部が前記第一の隔壁によって区分されており、前記第二の凹部の周囲のうち少なくとも一部が前記第二の隔壁によって区分されていることを特徴とする、固体電解質セパレータ。 - 前記第一の凹部および前記第二の凹部の平面形状が多角形または円形であることを特徴とする、請求項1記載のセパレータ。
- 前記イオンがリチウムであることを特徴とする、請求項1または2記載のセパレータ。
- 前記第一の電極がリチウム金属とリチウム合金との少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項3記載のセパレータ。
- 前記固体電解質セパレータが、Li、La、Zr、Nb及び/又はTa、Al、及びOを含有し、(Nb+Ta)/Laのモル比が0.03以上、0.20以下で、Al/Laのモル比が0.008以上、0.12以下である組成を有するガーネット型固体電解質材料からなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載のセパレータ。
- 請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載のセパレータ、
前記第一の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する第一の集電部、および
前記第二の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する第二の集電部を備えていることを特徴とする、二次電池ユニット。 - 請求項6記載の二次電池ユニットが複数積層されていることを特徴とする、集合二次電池。
- 請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載のセパレータ、
前記第一の凹部を被覆し、イオン伝導を遮断し、電子伝導性を有する集電部、および
前記第二の凹部を被覆する酸素透過膜を備えていることを特徴とする、空気電池ユニット。 - 請求項8記載の空気電池ユニットが複数積層されていることを特徴とする、集合二次電池。
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