JP2014078527A - リチウムヨウ素電池、医療機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】安全性を損なわず出力及び容量を向上させたリチウムヨウ素電池を提供する。
【解決手段】本発明のリチウムヨウ素電池100は、ヨウ化リチウムを含む電解質層20と、電解質層20の複数の領域の中の第1の領域20aに接する、ヨウ素を正極活物質とする正極30と、電解質層の複数の領域の中の第1の領域20aとは異なる第2の領域20bに接する、リチウムを負極活物質とする負極10と、を備え、負極10の第2の領域20bに接する部分は、複数の突起11を有している、ことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のリチウムヨウ素電池100は、ヨウ化リチウムを含む電解質層20と、電解質層20の複数の領域の中の第1の領域20aに接する、ヨウ素を正極活物質とする正極30と、電解質層の複数の領域の中の第1の領域20aとは異なる第2の領域20bに接する、リチウムを負極活物質とする負極10と、を備え、負極10の第2の領域20bに接する部分は、複数の突起11を有している、ことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、リチウムヨウ素電池、及びリチウムヨウ素電池の製造方法に関するものである。
リチウムヨウ素電池は、リチウムを負極に、ヨウ素とポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)との混合物を正極に、そしてヨウ化リチウムを固体電解質に用いた一次電池である。(例えば特許文献1を参照)
リチウムヨウ素電池は高い安全性を有しており、その特徴を活かして心臓ペースメーカーなどに用いられている。
その安全性の高さは、ヨウ化リチウムという無機固体電解質を採用したということだけでなく、正極及び負極と固体電解質との組み合わせにある。すなわち、リチウムヨウ素電池の電池反応は、負極ではリチウムのイオン化反応が起き、正極ではリチウムイオンとヨウ素とが化合してヨウ化リチウムからなる固体電解質が形成される。
その安全性の高さは、ヨウ化リチウムという無機固体電解質を採用したということだけでなく、正極及び負極と固体電解質との組み合わせにある。すなわち、リチウムヨウ素電池の電池反応は、負極ではリチウムのイオン化反応が起き、正極ではリチウムイオンとヨウ素とが化合してヨウ化リチウムからなる固体電解質が形成される。
正極で形成されたヨウ化リチウムは、正極と負極とを分離するセパレータとなるため、万が一セパレータを兼ねる固体電解質が破れ、正極と負極が短絡した場合であっても、負極と正極とが化学反応を起こしてヨウ化リチウム(固体電解質)が即座に形成されるので、リチウムヨウ素電池の安全性が確保される。
ところが、リチウムヨウ素電池は、電解質におけるリチウムイオンの伝導性に乏しく(〜10-7 S/cm)、実用的には電極面積あたり1−2μA/cm2程度の微弱な電流しか得られないため、中高出力を必要とする携帯情報機器などに採用することが出来なかった。
このため、携帯電子機器、カメラ、時計、電動工具、ハイブリッド自動車用バッテリーなどでは、電解質に有機電解質を用いたリチウム電池が用いられているが、リチウム電池は、負極と正極とが短絡した際の安全性の確保に課題を残している。
このため、携帯電子機器、カメラ、時計、電動工具、ハイブリッド自動車用バッテリーなどでは、電解質に有機電解質を用いたリチウム電池が用いられているが、リチウム電池は、負極と正極とが短絡した際の安全性の確保に課題を残している。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、安全性を損なわず出力及び容量を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することを目的の1つとしている。
本発明のリチウムヨウ素電池は、ヨウ化リチウムを含む電解質層と、前記電解質層の複数の領域の中の第1の領域に接する、ヨウ素を正極活物質とする正極と、前記電解質層の前記複数の領域の中の前記第1の領域とは異なる第2の領域に接する、リチウムを負極活物質とする負極と、を備え、前記負極の前記第2の領域に接する部分は、複数の突起を有している、ことを特徴とする。
この構成によれば、突起を有することによって負極と正極との対向面積を増大させることができる。したがって、負極及び正極における反応が促進され出力を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。また、電池容量を向上させているので、出力を向上させつつ長時間使用に耐えるリチウムヨウ素電池を提供することができる。
この構成によれば、突起を有することによって負極と正極との対向面積を増大させることができる。したがって、負極及び正極における反応が促進され出力を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。また、電池容量を向上させているので、出力を向上させつつ長時間使用に耐えるリチウムヨウ素電池を提供することができる。
前記複数の突起は2次元的に規則的に配列されている、ことが好ましい。
この構成によれば、突起が規則的に配列されていることで、電流密度のむらが抑えられるので、負極のリチウムが一様に消費される。したがって、負極を有効に使用することができ、製品寿命を延ばすことができる。
この構成によれば、突起が規則的に配列されていることで、電流密度のむらが抑えられるので、負極のリチウムが一様に消費される。したがって、負極を有効に使用することができ、製品寿命を延ばすことができる。
前記複数の突起は、複数の凸部を有する基部と、前記基部を被覆するリチウム膜と、を含むことが好ましい。
この構成によれば、基部の材料としてリチウム以外の金属を用いることができ、機械的強度に劣るリチウムのみで負極を形成する場合に比して負極の機械的強度を向上させることができるので、耐衝撃性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。
この構成によれば、基部の材料としてリチウム以外の金属を用いることができ、機械的強度に劣るリチウムのみで負極を形成する場合に比して負極の機械的強度を向上させることができるので、耐衝撃性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。
前記基部が、前記リチウム膜に対して不活性な金属で形成されていることが好ましい。
この構成によれば、基部とリチウム膜との反応を防止することができるので、負極の劣化を抑え、信頼性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。
この構成によれば、基部とリチウム膜との反応を防止することができるので、負極の劣化を抑え、信頼性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。
前記基部が、ニッケル又は銅で形成されていることが好ましい。
この構成によれば、ニッケル及び銅はリチウムとの反応性が弱いので、負極の劣化を抑え、信頼性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。また、ニッケル及び銅は広く工業的に使用され入手しやすいため、量産化に適した材料である。
この構成によれば、ニッケル及び銅はリチウムとの反応性が弱いので、負極の劣化を抑え、信頼性を向上させたリチウムヨウ素電池を提供することができる。また、ニッケル及び銅は広く工業的に使用され入手しやすいため、量産化に適した材料である。
本発明のリチウムヨウ素電池の製造方法は、リチウムヨウ素電池の製造方法であって、複数の突起を有する負極を形成する工程と、前記負極の前記複数の突起を有する側に電解質層および正極を形成する工程と、を備え、前記負極を形成する工程は、複数の凸部の反転形状を有するポリマーからなる型を作製する第1の工程と、前記型を用いて前記負極を形成する第2の工程と、を含むことを特徴とする。
この製造方法によれば、第1の工程で作製した型に融解させた負極材料を鋳込むことで負極を形成するので、複数の凸部を有する負極を確実に形成することができるリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
この製造方法によれば、第1の工程で作製した型に融解させた負極材料を鋳込むことで負極を形成するので、複数の凸部を有する負極を確実に形成することができるリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
前記第1の工程において、前記型はLIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)プロセスを用いて作製されることが好ましい。
これによれば、突起に対応する凹部の形状を高精度に作製することができ、高精度な突起を作製することができる。
これによれば、突起に対応する凹部の形状を高精度に作製することができ、高精度な突起を作製することができる。
前記第2の工程が、前記型にリチウムを鋳込み固化させる工程と、固化された前記リチウムを前記型から引き剥がす工程と、を含むことが好ましい。
これによれば、リチウムを鋳造して負極を作製するが、リチウムは一般的な他の金属に比して融点が低く、容易に融解させることができる。したがって、リチウムを融解させるための特別な装置を必要とせず、コストを抑えたリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
これによれば、リチウムを鋳造して負極を作製するが、リチウムは一般的な他の金属に比して融点が低く、容易に融解させることができる。したがって、リチウムを融解させるための特別な装置を必要とせず、コストを抑えたリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
前記第2の工程が、前記型上に電鋳法によりニッケル又は銅からなる基部を形成する工程と、前記基部を前記型から引き剥がす工程と、前記基部の前記型に面していた側にリチウム膜を被覆する工程と、を含むことを特徴とする。
この製造方法によれば、リチウムよりも優れた機械的強度を有する基部を形成し、基部にリチウム膜を被覆して負極を形成するので、負極の機械的強度を向上させたリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
この製造方法によれば、リチウムよりも優れた機械的強度を有する基部を形成し、基部にリチウム膜を被覆して負極を形成するので、負極の機械的強度を向上させたリチウムヨウ素電池の製造方法を提供することができる。
以下、図面を用いて本発明に係るリチウムヨウ素電池について説明する。
なお、本実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、図面を見やすくするために実際の構成とは適宜異ならせている。
なお、本実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、図面を見やすくするために実際の構成とは適宜異ならせている。
[第1の実施形態]
図1は、本発明のリチウムヨウ素電池100の断面図である。図2は、負極10の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、リチウムヨウ素電池100は、負極10、電解質層20、及び陽極30を有する。
図1は、本発明のリチウムヨウ素電池100の断面図である。図2は、負極10の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように、リチウムヨウ素電池100は、負極10、電解質層20、及び陽極30を有する。
負極10は、リチウムからなり、リチウムを負極活物質とする電極である。負極10は、正極30側に複数の突起11を備えている。突起11は、図2に示すように、円柱形状を有し、複数の突起11が2次元的に規則的に配列されている。突起11は、軸方向の長さ(高さ)を径方向の長さ(内径)で割った値で規定されるアスペクト比が高くなるように形成されている。具体的には、高さ500μm、内径10μmの突起11がピッチ幅15μmで形成されている。この場合の突起11のアスペクト比は50である。
電解質層20は、図1に示すように、負極10の突起11側の表面を被覆して形成されている。すなわち、電解質層20は、下面(第2の領域)20bが負極10と接している。電解質層20は、リチウムヨウ素(LiI)からなる固体電解質であって、負極10と正極30とを分離するセパレータを兼ねている。電解質層20は、負極10から放出されたリチウムイオン(Li+)と正極30から放出されたヨウ素イオン(I-)とが結合して生成されたものである。
正極30は、電解質層20上に形成されている。すなわち、電解質層20は、上面(第1の領域)20aが正極30と接している。正極30は、図1に示すように、隣り合う突起11の間の領域を埋めるように形成されている。
正極30は、ヨウ素を含有する混合物からなり、ヨウ素を正極活物質とする電極である。本実施形態の正極30は、ヨウ素とポリ−2−ビニルピジン(P2VP)とからなる、常温で液状の混合物である。
正極30は、ヨウ素を含有する混合物からなり、ヨウ素を正極活物質とする電極である。本実施形態の正極30は、ヨウ素とポリ−2−ビニルピジン(P2VP)とからなる、常温で液状の混合物である。
リチウムヨウ素電池100の各電極における化学反応について説明する。
負極10の反応は以下に示す式(1)で表され、陽極30の反応は以下に示す式(2)で表される。
2Li→2Li++2e- …(1)
2Li++2e-+P2VP・nI2→P2VP・(n−1)I2+LiI …(2)
負極10の反応は以下に示す式(1)で表され、陽極30の反応は以下に示す式(2)で表される。
2Li→2Li++2e- …(1)
2Li++2e-+P2VP・nI2→P2VP・(n−1)I2+LiI …(2)
式(1)に示すように、負極10では、リチウム金属(Li)からリチウムイオン(Li+)及び電子(e-)が生成される。リチウムイオン(Li+)は、電解質層20を介して正極30側に移動する。そして、正極30では、式(2)に示すように、リチウムイオン(Li+)とヨウ素(I2)とが反応してヨウ化リチウム(LiI)が生成される。正極30で生成されたヨウ化リチウム(LiI)は電解質層20となる。
(製造方法)
次に、リチウムヨウ素電池100の製造方法について説明する。図3は、本実施形態ののリチウムヨウ素電池100の製造方法に係るフローチャート図である。図4は、負極用の型を作製する工程図である。図5は、本実施形態に係る、リチウムヨウ素電池100の製造工程図である。
次に、リチウムヨウ素電池100の製造方法について説明する。図3は、本実施形態ののリチウムヨウ素電池100の製造方法に係るフローチャート図である。図4は、負極用の型を作製する工程図である。図5は、本実施形態に係る、リチウムヨウ素電池100の製造工程図である。
図3に示すように、リチウムヨウ素電池100の製造方法は、負極用の型を作製する工程(第1の工程)S10と、型にリチウムを鋳込み固化させる工程(第2の工程)S20と、固化されたリチウムを型から引き剥がす工程(第2の工程)S30と、負極の突起側に正極を作製する工程S40と、を含んでいる。
まず、負極用の型を作製する工程S10について説明する。型は、LIGAプロセスによって作製する。まず、平板状のポリマーに対してシンクロトロン放射光を用いたリソグラフィー法を適用し、高アスペクト比の突起に対応する凹部51が複数形成されたポリマー構造体50を作製する(図4(a))。
次に、ポリマー構造体50に電鋳法を適用し、ニッケルからなるネガ構造体60を形成する(図4(b))。ネガ構造体60は、ポリマー構造体50の凹部51に対応する突起61を有しており、負極10とほぼ同じ形状である。
そして、ネガ構造体60にポリマーを鋳込み固化させることで、ネガ構造体60の突起61に対応する凹部71を有するダイス(型)70を作製する(図4(c))。
このようにダイス70を形成すると、次の工程S20に移行する。
そして、ネガ構造体60にポリマーを鋳込み固化させることで、ネガ構造体60の突起61に対応する凹部71を有するダイス(型)70を作製する(図4(c))。
このようにダイス70を形成すると、次の工程S20に移行する。
工程S20では、融解したリチウムをダイス70(凹部71)に鋳込み、冷却して固化させる(図5(a))。リチウムの融点は、一般的なその他の金属と比べて低いので(およそ180℃)、融解させるための特別な装置を必要としない。このように、ダイス70に鋳込んだリチウムを固化させると、次の工程S30に移行する。
工程S30では、固化させたリチウムをダイス70から引き剥がすことで、負極10を取り出す(図5(b))。このように負極10を作製すると、次の工程S40に移行する。
工程S30では、固化させたリチウムをダイス70から引き剥がすことで、負極10を取り出す(図5(b))。このように負極10を作製すると、次の工程S40に移行する。
工程S40では、負極10の突起11側に、ヨウ素とポリ−2−ビニルピジン(P2VP)との混合物を配置して正極30を形成する(図5(c))。上述したように、この混合物は常温で液状であるので、隣り合う突起11の間の領域に混合物を流し込むことで、正極30を容易に形成することができる。
なお、本実施形態では、電解質層20を形成する工程を有していない。これは、上述したように、負極10と正極30とを短絡させることによって、電解質層20となるヨウ化リチウムを形成できるからである。
以上の工程を実行することによってリチウムヨウ素電池100を製造する。
なお、本実施形態では、電解質層20を形成する工程を有していない。これは、上述したように、負極10と正極30とを短絡させることによって、電解質層20となるヨウ化リチウムを形成できるからである。
以上の工程を実行することによってリチウムヨウ素電池100を製造する。
本実施形態のリチウムヨウ素電池100によれば、以下の効果を得ることができる。
まず、負極10には正極30側に複数の突起11が形成され、隣り合う突起11の間の領域に正極30が形成されている。
このような構成によれば、負極10と正極30との対向面積を増大させることができるので、負極10及び正極30における反応を促進させることができる。したがって、リチウムイオンの伝導性が向上し、出力を向上させることができる。また、負極10と正極30との対向面積が向上することで電池容量を向上させることができ、出力を向上させても長時間使用することができる。
まず、負極10には正極30側に複数の突起11が形成され、隣り合う突起11の間の領域に正極30が形成されている。
このような構成によれば、負極10と正極30との対向面積を増大させることができるので、負極10及び正極30における反応を促進させることができる。したがって、リチウムイオンの伝導性が向上し、出力を向上させることができる。また、負極10と正極30との対向面積が向上することで電池容量を向上させることができ、出力を向上させても長時間使用することができる。
本実施形態では、高さ500μm、内径10μmの突起11をピッチ幅15μmで形成している。このように形成された突起11のアスペクト比は50であり、非常に高いアスペクト比を有する突起11を形成することができる。
これによれば、負極10の平面領域よりもはるかに広い表面積を有効に得ることができるので、出力及び電池容量を大幅に向上させることができる。
これによれば、負極10の平面領域よりもはるかに広い表面積を有効に得ることができるので、出力及び電池容量を大幅に向上させることができる。
また、本実施形態のリチウムヨウ素電池100においては、例えば、衝撃が与えられるなどして電解質層20に亀裂が生じ、負極10と正極30とが短絡した場合であっても、負極10と正極30との間にヨウ化リチウム(LiI)が即座に形成される。ここで形成されるヨウ化リチウムは電解質層20であって、負極10と正極30とが離される。したがって、本実施形態のリチウムヨウ素電池100は、電極同士が短絡した場合でも、安全性を十分に確保することができる。
また、本実施形態においては、負極作成用のダイス(型)70をLIGAプロセスによって作製している。これにより、高アスペクト比を有する負極10の突起11に対応する凹部71を高精度で形成することができる。したがって、ダイス70を用いることによって、高アスペクト比の突起11を有する負極10を確実に作製することができる。
また、本実施形態においては、融解したリチウムをダイス70に鋳込み固化させることで負極10を作製している。
リチウムは、一般的な金属に比して融点が低く、リチウムを融解させるための特別な装置を必要としないので、製造コストを抑えることができる。
リチウムは、一般的な金属に比して融点が低く、リチウムを融解させるための特別な装置を必要としないので、製造コストを抑えることができる。
また、負極10の突起11が2次元的に規則的に配列されていることによって、それぞれの電極における反応が均一に起こり、電流密度を均一にすることができる。したがって、負極10のリチウムが均一に消費され電解質層20の膜厚を均一に保つことができるので、製品寿命を延ばすことができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述の実施形態と重複する箇所についての説明は適宜省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述の実施形態と重複する箇所についての説明は適宜省略する。
図6は、本発明の第2の実施形態に係るリチウムヨウ素電池200の断面図である。
図6に示すように、リチウムヨウ素電池200は、負極110、電解質層20、及び陽極30を有する。
負極110は、正極30側に複数の突起110を有し、複数の突起111が2次元的に規則的に配置されている。負極110は、ニッケル又は銅からなる基部112と、基部112の突起側の面を被覆するリチウム膜113とが積層された構成となっている。
図6に示すように、リチウムヨウ素電池200は、負極110、電解質層20、及び陽極30を有する。
負極110は、正極30側に複数の突起110を有し、複数の突起111が2次元的に規則的に配置されている。負極110は、ニッケル又は銅からなる基部112と、基部112の突起側の面を被覆するリチウム膜113とが積層された構成となっている。
電解質層20は、負極110のリチウム膜113を被覆して形成され、正極30は電解質層113上に形成されている。すなわち、電解質層20は、下面(第2の領域)20bが負極110と接しており、上面(第1の領域)20aが正極30と接している。なお、電解質層20及び正極30については、上述の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。
(製造方法)
次に、本実施形態に係るリチウムヨウ素電池200の製造方法について説明する。図7は、本実施形態のリチウムヨウ素電池200の製造方法に係るフローチャート図である。図8は、本実施形態に係るリチウムヨウ素電池200の製造工程図である。
次に、本実施形態に係るリチウムヨウ素電池200の製造方法について説明する。図7は、本実施形態のリチウムヨウ素電池200の製造方法に係るフローチャート図である。図8は、本実施形態に係るリチウムヨウ素電池200の製造工程図である。
図7に示すように、リチウムヨウ素電池200の製造方法は、負極用の型を作製する工程(第1の工程)S110(S10)と、電鋳法によりニッケル又は銅からなる基部を作製する工程(第2の工程)S120と、基部を型から引き剥がす工程(第2の工程)S130と、基部の突起側にリチウム膜を形成する工程(第2の工程)S140と、リチウム膜上に正極を作製する工程S150(S40)とを有する。
まず、負極用の型を作製する工程S110は、図3で示した第1の実施形態における工程S10と同様であり、図4に示した工程によってダイス70を作製する。
このようにしてダイス70を作製すると、次の工程S120に移行する。
このようにしてダイス70を作製すると、次の工程S120に移行する。
工程S120では、工程S110で作製されたダイス70に電鋳法を適用して、ニッケル又は銅からなる基部112を作製する(図8(a))。
そして、工程S130に移行して、基部112をダイス70から引き剥がす(図8(b))。このように作製された基部112は、ダイス70の凹部70に対応する突起が複数形成されている。
このように基部112を作製すると、工程S140に移行する。
そして、工程S130に移行して、基部112をダイス70から引き剥がす(図8(b))。このように作製された基部112は、ダイス70の凹部70に対応する突起が複数形成されている。
このように基部112を作製すると、工程S140に移行する。
工程S140では、基部112の突起側にリチウム膜113を形成し負極110を作製する(図8(c))。リチウム膜113は、蒸着法や、融解したリチウム液を基部112の突起側の面に塗布し固化させることなどによって形成する。
リチウム膜113を形成して負極110を作製すると、次の工程S150に移行する。
リチウム膜113を形成して負極110を作製すると、次の工程S150に移行する。
工程S150は、図3で示した第1の実施形態における工程S40と同様である。すなわち、負極110のリチウム膜113上に、ヨウ素とポリ−2−ビニルピジン(P2VP)との混合物を配置して正極30を作製する(図8(d))。
以上の工程を実行することによって、リチウムヨウ素電池200を製造する。
以上の工程を実行することによって、リチウムヨウ素電池200を製造する。
本実施形態のリチウムヨウ素電池200では以下の効果を得ることができる。
まず、本実施形態のリチウムヨウ素電池200において、負極110が基部112とリチウム膜113とが積層された構成とされており、基部112がリチウムより高い機械的強度を有するニッケル又は銅で形成されている。
リチウムヨウ素電池200がこのような構成を有することで、リチウムのみで負極を作製するよりも機械的強度を向上させることができるので、耐衝撃性を備えたリチウムヨウ素電池とすることができる。
まず、本実施形態のリチウムヨウ素電池200において、負極110が基部112とリチウム膜113とが積層された構成とされており、基部112がリチウムより高い機械的強度を有するニッケル又は銅で形成されている。
リチウムヨウ素電池200がこのような構成を有することで、リチウムのみで負極を作製するよりも機械的強度を向上させることができるので、耐衝撃性を備えたリチウムヨウ素電池とすることができる。
また、本実施形態においても、負極110の正極30側に突起111が形成され、隣り合う突起111の間の領域に正極30が形成されている。この構成によれば、負極110と正極30との対向面積を増大させることができる。したがって、負極110及び正極30における反応が促進されてリチウムイオンの伝導性が向上し、出力を向上させることができる。また、電池容量を向上させて、出力を向上させても長時間使用を実現することができる。
また、負極10と正極30とが短絡した場合であっても、負極10と正極30との間にヨウ化リチウム(LiI)が形成されて、負極10と正極30とが即座に分離される。したがって、本実施形態のリチウムヨウ素電池200においても、電極同士が短絡した場合における安全性を十分に備えている。
また、基部112を構成するニッケル及び銅は、リチウムに対して不活性な金属である。したがって、基部112とリチウム膜113との反応によって、負極110が腐食するのを防止することができる。よって、安定した出力を保持することができるとともに、信頼性を向上させ、製品寿命を延ばすことができる。
以上、第1及び第2の実施形態で説明した本発明に係るリチウムヨウ素電池100、200は、携帯電子機器、カメラ、時計、電動工具、ハイブリッド自動車用バッテリーなどの、高出力が要求される各種機器で使用することができる。
また、電極同士が短絡した際の安全性が確保されているので、神経刺激装置、細動除去器、心臓ペースメーカー、心収縮モジュール、心収縮モジュレータ、電気除細動器、薬物投与装置、蝸牛インプラント、補聴器、センサー、テレメトリーデバイス、及び診断レコーダーなどの医療機器に使用することができる。
また、電池容量を向上させているので、各種デバイスのバックアップ用電池としても使用することができる。
また、電極同士が短絡した際の安全性が確保されているので、神経刺激装置、細動除去器、心臓ペースメーカー、心収縮モジュール、心収縮モジュレータ、電気除細動器、薬物投与装置、蝸牛インプラント、補聴器、センサー、テレメトリーデバイス、及び診断レコーダーなどの医療機器に使用することができる。
また、電池容量を向上させているので、各種デバイスのバックアップ用電池としても使用することができる。
10,110…負極、11,111…突起、20…電解質層、20a…上面(第1の領域)、20b…下面(第2の領域)、30…正極、50…ポリマー構造体、60…ネガ構造体、70…ダイス(型)、100,200…リチウムヨウ素電池。
正極30は、電解質層20上に形成されている。すなわち、電解質層20は、上面(第1の領域)20aが正極30と接している。正極30は、図1に示すように、隣り合う突起11の間の領域を埋めるように形成されている。
正極30は、ヨウ素を含有する混合物からなり、ヨウ素を正極活物質とする電極である。本実施形態の正極30は、ヨウ素とポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)とからなる、常温で液状の混合物である。
正極30は、ヨウ素を含有する混合物からなり、ヨウ素を正極活物質とする電極である。本実施形態の正極30は、ヨウ素とポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)とからなる、常温で液状の混合物である。
工程S40では、負極10の突起11側に、ヨウ素とポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)との混合物を配置して正極30を形成する(図5(c))。上述したように、この混合物は常温で液状であるので、隣り合う突起11の間の領域に混合物を流し込むことで、正極30を容易に形成することができる。
なお、本実施形態では、電解質層20を形成する工程を有していない。これは、上述したように、負極10と正極30とを短絡させることによって、電解質層20となるヨウ化リチウムを形成できるからである。
以上の工程を実行することによってリチウムヨウ素電池100を製造する。
なお、本実施形態では、電解質層20を形成する工程を有していない。これは、上述したように、負極10と正極30とを短絡させることによって、電解質層20となるヨウ化リチウムを形成できるからである。
以上の工程を実行することによってリチウムヨウ素電池100を製造する。
工程S150は、図3で示した第1の実施形態における工程S40と同様である。すなわち、負極110のリチウム膜113上に、ヨウ素とポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)との混合物を配置して正極30を作製する(図8(d))。
以上の工程を実行することによって、リチウムヨウ素電池200を製造する。
以上の工程を実行することによって、リチウムヨウ素電池200を製造する。
Claims (9)
- ヨウ化リチウムを含む電解質層と、
前記電解質層の複数の領域の中の第1の領域に接する、ヨウ素を正極活物質とする正極と、
前記電解質層の前記複数の領域の中の前記第1の領域とは異なる第2の領域に接する、リチウムを負極活物質とする負極と、を備え、
前記負極の前記第2の領域に接する部分は、複数の突起を有している、ことを特徴とするリチウムヨウ素電池。 - 前記複数の突起は2次元的に規則的に配列されている、ことを特徴とする請求項1に記載のリチウムヨウ素電池。
- 前記複数の突起は、複数の凸部を有する基部と、前記基部を被覆するリチウム膜と、を含むことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のリチウムヨウ素電池。
- 前記基部が、前記リチウム膜に対して不活性な金属で形成されていることを特徴とする請求項3に記載のリチウムヨウ素電池。
- 前記基部が、ニッケル又は銅で形成されていることを特徴とする請求項4に記載のリチウムヨウ素電池。
- リチウムヨウ素電池の製造方法であって、
複数の突起を有する負極を形成する工程と、
前記負極の前記複数の突起を有する側に電解質層および正極を形成する工程と、を備え、
前記負極を形成する工程は、
複数の凸部の反転形状を有するポリマーからなる型を作製する第1の工程と、
前記型を用いて前記負極を形成する第2の工程と、を含むことを特徴とする、リチウムヨウ素電池の製造方法。 - 前記第1の工程において、前記型はLIGAプロセスを用いて作製されることを特徴とする請求項6に記載のリチウムヨウ素電池の製造方法。
- 前記第2の工程が、
前記型にリチウムを鋳込み固化させる工程と、
固化された前記リチウムを前記型から引き剥がす工程と、を含むことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載のリチウムヨウ素電池の製造方法。 - 前記第2の工程が、
前記型上に電鋳法によりニッケル又は銅からなる基部を形成する工程と、
前記基部を前記型から引き剥がす工程と、
前記基部の前記型に面していた側にリチウム膜を被覆する工程と、を含むことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載のリチウムヨウ素電池の製造方法。
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