JP2014220249A - リチウム電池 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、リチウムの持つ高い活性と有機電解液が用いられていることから、短絡時の発火・爆発などの可能性が常に懸念されており、リチウム電池の設計において安全性の確保が常に大きな課題となっている。また、リチウム二次電池の充放電に伴う劣化も課題であり、充放電サイクルに起因する寿命の伸長も望まれている。
そこでこの発明は、コストの上昇を抑えつつ、リチウム電池の残容量を把握できるようにしたリチウム電池電極及びリチウム電池の提供を目的の一つとする。
Li4Ti5O12(スピネル)⇔Li7Ti5O12(岩塩)…(1)
Li4Ti5O12は白色を呈し、Li7Ti5O12は青色を呈する。
従来例と比較して、リチウム電池の残容量を把握するための電流積算回路等が必要ないため、コストの上昇を抑えつつ、リチウム電池の残容量を把握することができる。なお、「電極材料」としては、例えば、後述の負極材料5、正極材料55又は電極材料90が該当する。
このような構成であれば、透明集電層によって電極材料を保持すると共に、充放電に伴う電流の通路を確保することができる。また、この透明集電層を通して、電極材料の色を目視で確認することができる。
また、上記のリチウム電池電極において、前記透明基板に設けられたインジケータ、をさらに有し、前記インジケータは、少なくとも、前記リチウム電池の完放電時に前記電極材料が呈する色と同一色の領域を含むことを特徴としてもよい。このような構成であれば、電極材料の色とインジケータが有する領域とを比較することによって、電極材料の色の見分けが容易となり、リチウム電池の残容量をより正確に把握することができる。
また、上記のリチウム電池において、前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極であることを特徴としてもよい。このような構成であれば、電極材料においてLi金属のデンドライト成長がないので、正極と負極との短絡が防止される。従って、二次電池として極めて好適に用いることができる。
(1)第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態に係るリチウム電池100の構成例を示す断面図である。図1に示すように、このリチウム電池100は、負極10と、負極10と対向して配置された正極20と、負極10と正極20との間に配置されたセパレーター30と、を備える。また、図1に示すように、このリチウム電池100は、負極10、正極20及びセパレーター30を収納する導電性のセル缶41と、Oリング43を介して負極10の周縁部をセル缶41の底面側に押圧し固定する導電性のセル蓋45と、セル缶41とセル蓋45との間の隙間を埋めてセル缶41内に気密性、液密性を持たせると共に、セル缶41とセル蓋45との間を絶縁するガスケット47と、集電層とセル蓋45とを電気的に接続するための導電ペースト49と、を備える。
ここで、透明基板1は、例えば、無色透明であり、アモルファス構造の二酸化ケイ素からなるガラス基板、若しくは、単結晶構造の二酸化ケイ素からなる石英基板、又は、アクリル樹脂等の有機樹脂からなる樹脂基板で構成されている。透明集電層3は、負極材料5を透明基板1の一方の面側に保持する共に、充放電に伴う電流の通路の確保するためのものである。透明集電層3は、例えば、無色透明の導電膜であり、ITO、FTO又はAZO等で構成されている。また、透明集電層3の膜厚は、例えば100nm〜500nmである。このように、透明基板1、透明集電層3の何れも「透明」であるため、透明基板1及び透明集電層3を通して、負極材料5を視認することができる。
なお、負極材料5におけるチタン酸リチウムの割合は60重量パーセント(wt%)以上であり、且つ、その厚さは50nm以上であることが好ましい。より好ましくは、チタン酸リチウムの割合は80wt%以上である。このような構成であれば、負極材料5においてチタン酸リチウムの発色が明確となる。
セパレーター30は、例えば、ポリプロピレン等の樹脂製不織布からなる。なお、図1に示すリチウム電池100では、セパレーター30と、負極材料5及び正極20にそれぞれ有機電解液が含侵しており(即ち、染み込んでおり)、含侵している有機電解液中をリチウムイオン(Li+)が移動できるようになっている。有機電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶かしたものである。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)等が挙げられる。また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等が挙げられる。
放電時:Li7Ti5O12 − 3Li+ − 3e- ⇒ Li4Ti5O12…(1A)
充電時:Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- ⇒ Li7Ti5O12…(1B)
このため、負極材料5を透明基板1の側から目視すると、チタン酸リチウムの各粒子51が重なり合って合成される色を見ることができる。
図4(a)〜図6は、本発明の第1実施形態に係るリチウム電池100の製造方法を示す工程図である。図4(a)に示すように、まず始めに、セル缶41を用意する。次に、図4(b)に示すように、セル缶41内に正極20を配置する。例えば、セル缶41の底面に正極材料を塗布し、これを乾燥させることによって、セル缶41内に正極20を配置する。次に、図4(c)に示すように、正極20を覆うようにセル缶41内にセパレーター30を配置する。そして、セル缶41内に有機電解液を滴下してセパレーター30に含侵させる。
また、上記の図4(a)〜(c)に示す工程と前後、或いは並行して、図5(a)に示すように、透明基板1を用意する。次に、この透明基板1上に透明集電層3を形成する。透明集電層3の形成は、例えば、スパッタ法又は化学気相成長法(CVD法)等で行う。
上記の第1実施形態では、チタン酸リチウムを負極材料に用いる場合について説明した。チタン酸リチウムを負極材料に用いた場合は、Li金属のデンドライト成長がなく、正極と負極との短絡が防止されるため、上記のリチウム電池100は二次電池として極めて好適に用いることができる(もちろん、一次電池としても好適に用いることができる。)。しかしながら、本発明において、チタン酸リチウムは負極材料に限定されるものではない。正極材料に用いてもよい。この点について、第2実施形態では、一例を挙げて説明する。
ここで、正極60は、透明基板1と、この透明基板1の負極70と対向する面上に形成された透明集電層3と、この透明集電層3上に形成された正極材料55と、を有する。図7では、透明基板1の負極70と対向する面が断面視で下側を向いているため、透明基板1の下に透明集電層3が位置し、その下に正極材料55が位置している。
上記負極材料5に金属リチウムやリチウム吸蔵黒鉛が用いられる場合、図6に示すような、リチウム電池100の組み立ては、金属リチウムや過充電時にリチウム吸蔵黒鉛上に析出する金属リチウムとの反応性の高い窒素(N2)を除く不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。こうすることで、負極材料の変質を防ぐことができる。
放電時:Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- ⇒ Li7Ti5O12…(1B)
充電時:Li7Ti5O12 − 3Li+ − 3e- ⇒ Li4Ti5O12…(1A)
上記の第1、第2実施形態では、チタン酸リチウムを含む電極材料(即ち、負極材料又は正極材料)の色を視認するによって、リチウム電池200の残容量を把握することについて説明した。ここで、本発明では、透明基板1にインジケータを設けてもよい。
図9(a)及び(b)は、本発明の第3実施形態に係るリチウム電池300の構成例(その1)を示す平面図である。図9(a)は満充電時又は完放電時の一方の状態を示し、図9(b)は満充電時又は完放電時の他方の状態を示している。
このような構成であれば、電極材料90の色をインジケータ80が有する着色領域81、82、83と比較することによって、電極材料90の色の見分けが容易となる。このため、リチウム電池の残容量をより正確に把握することができる。
図10(a)及び(b)は、本発明の第3実施形態に係るリチウム電池300の構成例(その2)を示す平面図である。図10(a)は満充電時又は完放電時の一方の状態を示し、図10(b)はその他方の状態を示している。
図10(a)及び(b)に示すように、この例では、インジケータ80は、第1の着色領域81から第2の着色領域82にかけて、色が徐々に変化する一つのグラデーションで構成されている。具体的には、青色から白色にかけて色が徐々に変化する一つのグラデーションで構成されている。このような構成であっても、電極材料90をインジケータ80と比較することによって、電極材料90の色の見分けが容易となる。このため、リチウム電池の残容量をより正確に把握することができる。
或いは、有色フィルムやインクの代わりに、Li4Ti5O12(スピネル構造、白色)とLi7Ti5O12(岩塩、青色)とを用いてもよい。例えば、図9(a)及び(b)において、透明基板1の内部にLi7Ti5O12を封入して第1の着色領域81とし、透明基板1の内部にLi4Ti5O12を封入して第2の着色領域82としてもよい。
Li7Ti5O12とLi4Ti5O12とを1:1で混合したものを透明基板1の内部に封入して第3の着色領域83としてもよい。このような構成であれば、インジケータ80と電極材料90との色のギャップを最小限に抑えることができるため、リチウム電池の残容量をよりいっそう正確に把握することができる。
なお、上記の第1〜第3実施形態では、透明基板1及び透明集電層3がそれぞれ無色透明である場合を前提に説明した。しかしながら、本発明において、透明基板1及び透明集電層3は無色透明に限られることはなく、有色透明であってもよい。例えば、透明基板は、黄色の透明基板であってもよい。
このような構成であれば、Li7Ti5O12の青色は緑色に見え、Li4Ti5O12の白色は黄色に見える。従って、この緑色から黄色の範囲で変化する色を視認することによって、リチウム電池の残容量を把握することができる。
上記のひとつのリチウム電池において、前記第1の着色領域の色は完放電時を示す色であり、前記第2の着色領域の色は満充電時を示す色であることが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るリチウム電池電極は、リチウム電池の正極又は負極として使用される電極であって、透明基板と、前記透明基板の一方の面側に設けられた電極材料と、を有し、前記電極材料は、チタン酸リチウムを含むことを特徴とする。ここで、「透明基板」とは、可視光を透過させる基板のことであり、有色透明、無色透明の何れでもよい(但し、可視光の透過率を高めるためには、無色透明であることが好ましい。)。このような透明基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、アクリル樹脂等の有機樹脂からなる樹脂基板が挙げられる。
Claims (6)
- リチウム電池の正極又は負極として使用される電極であって、
透明基板と、
前記透明基板の一方の面側に設けられた電極材料と、を有し、
前記電極材料は、チタン酸リチウムを含むことを特徴とするリチウム電池電極。 - 前記透明基板の一方の面上に形成された透明集電層、をさらに有し、
前記透明集電層上に前記電極材料が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウム電池電極。 - 前記電極材料における前記チタン酸リチウムの割合は、60重量パーセント以上であり、
前記電極材料の厚さは50nm以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウム電池電極。 - 前記透明基板に設けられたインジケータ、をさらに有し、
前記インジケータは、少なくとも、前記リチウム電池の完放電時に前記電極材料が呈する色と同一色の領域を含むことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載のリチウム電池電極。 - 第1の電極と、
前記第1の電極と対向して配置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置されたセパレーターと、を備え、
前記第1の電極は、
透明基板と、
前記透明基板の前記第2の電極の側に設けられた電極材料と、を有し、
前記電極材料は、チタン酸リチウムを含むことを特徴とするリチウム電池。 - 前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極であることを特徴とする請求項5に記載のリチウム電池。
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6375953U (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-20 | ||
JPH01272044A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 電池 |
JPH05251082A (ja) * | 1992-03-06 | 1993-09-28 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 薄形電池 |
JPH06283212A (ja) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Yuasa Corp | 電池容量表示機能付き電池 |
US20020076616A1 (en) * | 2000-03-21 | 2002-06-20 | Se-Hee Lee | Method of producing a durable electrochemical cell |
JP2005297969A (ja) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Nippon Kako Kizai Kk | 乾燥剤収納体 |
JP2008516287A (ja) * | 2004-10-12 | 2008-05-15 | イドロ−ケベック | 非プロトン性ポリマー−溶融塩−溶媒からなる三成分混合物の製造方法、および、電気化学的な系における使用 |
US20110151283A1 (en) * | 2007-08-31 | 2011-06-23 | Alliance For Sustainable Energy, Llc. | Thin film lithium-based batteries and electrochromic devices fabricated with nanocomposite electrode materials |
-
2014
- 2014-07-01 JP JP2014135667A patent/JP5773038B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6375953U (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-20 | ||
JPH01272044A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 電池 |
JPH05251082A (ja) * | 1992-03-06 | 1993-09-28 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 薄形電池 |
JPH06283212A (ja) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Yuasa Corp | 電池容量表示機能付き電池 |
US20020076616A1 (en) * | 2000-03-21 | 2002-06-20 | Se-Hee Lee | Method of producing a durable electrochemical cell |
JP2005297969A (ja) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Nippon Kako Kizai Kk | 乾燥剤収納体 |
JP2008516287A (ja) * | 2004-10-12 | 2008-05-15 | イドロ−ケベック | 非プロトン性ポリマー−溶融塩−溶媒からなる三成分混合物の製造方法、および、電気化学的な系における使用 |
US20110151283A1 (en) * | 2007-08-31 | 2011-06-23 | Alliance For Sustainable Energy, Llc. | Thin film lithium-based batteries and electrochromic devices fabricated with nanocomposite electrode materials |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6015010017; S. Scharner et al.: 'Evidence of Two-Phase Formation upon Lithium Insertion into the Li1.33Ti1.67O4 Spinel' Journal of The Electrochemical Society Vol.146,Issue.3, 199903, pp.857-861, The Electrochemical Society * |
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