JP2017212045A

JP2017212045A - 電池

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Publication number: JP2017212045A
Application number: JP2016102583A
Authority: JP
Inventors: 相吾東; Shogo Higashi; ツエイイ; Zei Li
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Leland Stanford Junior University
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Leland Stanford Junior University
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-11-30

Abstract

【課題】電極の短絡をより確実に防止する。【解決手段】電池１０は、正極１１と、負極１４と、正極１１と負極１４との間に配設されイオンを伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材１７と、正極１１の対向面１１ａ以外の面（例えば背面１１ｂや側面１１ｃ）と負極１４の対向面１４ａ以外の面（例えば背面１４ｂや側面１４ｃ）とでイオンを伝導するイオン伝導媒体２１と、を備えたものである。この電池１０は、正極１１の背面１１ｂ側と負極１４の背面１４ｂ側とで電池化学反応である電析、溶解を行う背面電析構造を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池に関する。

従来、電池としては、例えば、充電時に電極に導電性物質が形成されるものもがある。この電池では、形成される導電性物質が対向極に到達し、電池が短絡することがあった。その要因としては、電極表面形状の不完全性に伴う幾何学的配置からくる電場勾配と電池充電時における平衡条件からの逸脱などが挙げられる。このような短絡を防ぐ方法としては、電極表面形状を完全にフラットなものにして電場勾配を無くし、平衡条件からのずれを全く起きないようにすることが挙げられるが、完全にフラットな表面を得ることは工学的見地から困難である。一方、物理的に導電性物質が対向極に到達することを防ぐ目的でポリマー電解質や固体電解質を電極間に適用することが検討されている。また、電解液をフローさせるフロー電池の構成とすることで電極の短絡を防止することも試みられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１３５２１８号公報

しかしながら、上述の特許文献１のようなフロー電池では、電池短絡を避けることが可能な構成とすることができる一方で、ポンプなどのフロー電池の駆動に欠かせない構成要素があり、全体としてのエネルギー密度損が大きく、ポータブル用途などには適用しにくいなど、制約が多かった。また、電極間に固体電解質を用いる場合においても、固体電解質が還元されるなどする場合があり、このような場合は、電池短絡することもあり得た。電極の短絡をより確実に防止することが望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、電極の短絡をより確実に防止することができる電池を提供することを主目的とする。

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、正極と負極との間に絶縁体とイオン伝導を遮蔽する部材を設け、正極及び負極が対向する反対側の背面で電気化学反応を行う構成にすると、電極の短絡をより確実に防止することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の電池は、
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に配設されイオンを伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材と、
前記正極の前記負極に対向する対向面以外の面と、前記負極の前記正極に対向する対向面以外の面とでイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えたものである。

本発明の電池は、電極の短絡をより確実に防止することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、この電池では、正極と負極との間にはイオンが伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材が存在し、正極の対向面以外の面と負極の対向面以外の面（例えば背面や側面）で電気化学反応を進行させる構造を有する。このため、導電性物質が電極上で成長しても、その先には対向する電極がないため、物理的に対向極と接触することがない。このため、電極の短絡をより確実に防止することができる。

電池１０の構成の概要を示す説明図。電池１０Ｂの構成の概要を示す説明図。半電池の充放電サイクルとクーロン効率との関係図。作用極表面のＳＥＭ写真。Ｎｉ−Ｚｎ電池の充放電サイクルと電池容量との関係図。従来の電池１１０の構成の概要を示す説明図。

本実施形態で開示する電池を図面を用いて説明する。図１は、本発明の構成を有する電池１０の構成の概要を示す説明図である。この電池１０は、正極活物質層１２を有する正極１１と、負極活物質層１５を有する負極１４と、正極１１と負極１４との間に配設されイオンを伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材１７と、正極１１の対向面１１ａ以外の面（例えば背面１１ｂや側面１１ｃ）と負極１４の対向面１４ａ以外の面（例えば背面１４ｂや側面１４ｃ）とでイオンを伝導するイオン伝導媒体２０と、を備えている。この正極１１は、負極１４に対向する側の対向面１１ａと、対向面１１ａの反対側である背面１１ｂと、側面１１ｃとを備える。また、負極１４は、正極１１に対向する側の対向面１４ａと、対向面１４ａの反対側である背面１４ｂと、側面１４ｃとを備える。また、電池１０は、正極１１、負極１４、遮蔽部材１７及びイオン伝導媒体２１などを密閉状態で収容する絶縁性のケース２３を備える。この電池１０は、正極１１の背面１１ｂ側（側面１１ｃを含むものとしてもよい）と負極１４の背面１４ｂ側（側面１４ｃを含むものとしてもよい）とで電池化学反応である電析、溶解を行う背面電析構造を有している。なお、各電極の各面は、平面のみならず、曲面や、球面、凹凸面などであるものとしてもよい。

遮蔽部材１７は、正極１１と負極１４との間に配設され、正極１１と負極１４との間を絶縁すると共に、正極１１と負極１４との間でイオンを伝導しない部材である。この遮蔽部材１７は、絶縁性とイオンの非伝導性を１つの部材で実現するものとしてもよいし、複数の部材で実現するものとしてもよい。例えば、遮蔽部材１７は、絶縁体であり、且つイオン伝導性のない緻密体であるものとしてもよい。このようなものとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカなどのセラミックス体や、樹脂などが挙げられる。樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂のほか、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレンなどの汎用プラスチックなどが挙げられる。また、後述する結着材の樹脂なども用いることができる。また、遮蔽部材１７が２以上の部材を備える場合は、例えば、絶縁性の多孔体の表面及び裏面にイオン伝導性のない金属を配設した構造などが挙げられる。図１に示した遮蔽部材１７は、絶縁体である板状体１８と、正極１１と板状体１８との間に形成されイオン伝導を遮蔽し且つ導電性を有する集電体１３と、負極１４と板状体１８との間に形成されイオン伝導を遮蔽し且つ導電性を有する集電体１６と、を備えているものとした。電池１０において、正極活物質層１２及び集電体１３を正極１１としてもよいし、負極活物質層１５及び集電体１６を負極１４としてもよいし、板状体１８と集電体１３と集電体１６とを遮蔽部材１７としてもよい。なお、正極活物質層１２が導電性を有する部材（例えば金属）である場合には、集電体１３を省略することができる。同様に、負極活物質層１５が導電性を有する部材（例えば金属）である場合には、集電体１６を省略することができる。

遮蔽部材１７は、負極１４に対向する正極１１の対向面１１ａを被覆すると共に、正極１１に対向する負極１４の対向面１４ａを被覆しているものとしてもよい。この構造では、正極１１の対向面１１ａや負極１４の対向面１４ａでの電析、溶解反応などを防止することができ好ましい。遮蔽部材１７は、正極１１と負極１４との間に配設される絶縁性の板状体１８を備える。この遮蔽部材１７は、正極１１や負極１４よりも大きい板状体１８を備えることが好ましい。こうすれば、正極１１の対向面１１ａや負極１４の対向面１４ａでの電析、溶解反応などを防止することができ好ましい。なお、板状体１８の厚さは、特に限定されないが、１００μｍ以上としてもよいし、１００μｍ以下の膜状としてもよい。また、遮蔽部材１７は、正極１１の側面１１ｃ及び角部１１ｄを被覆する被覆部１９と、負極１４の側面１４ｃ及び角部１４ｄを被覆する被覆部２０とのうち少なくとも一方を有することが好ましい。被覆部１９及び被覆部２０は、絶縁性物質で形成されることが好ましい。電極の側面１１ｃ，１４ｃ及び角部１１ｄ，１４ｄは、電場勾配が最も大きくなることから、これらを絶縁性物質で被覆することが好ましい。被覆部１９及び被覆部２０は、板状体１８と同じ材質で形成されているものとしてもよいし、異なる材質で形成されているものとしてもよい。遮蔽部材１７において、被覆部１９及び被覆部２０のうちいずれか１以上は、電極の側面１１ｃ，１４ｃのみを被覆し、電極の角部１１ｄ，１４ｄを被覆しないものとしてもよい。あるいは、遮蔽部材１７は、被覆部１９及び被覆部２０のうちいずれか１以上を有さないものとしてもよい。

正極１１は、例えば、正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体１３の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、電池構成に合わせて適宜選択した物質を用いるものとすればよい。導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛）や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属（銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など）などの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。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子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（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、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、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、スルホン化ＥＰＤＭゴム、天然ブチルゴム（ＮＢＲ）等を単独で、あるいは２種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水分散体等を用いることもできる。正極活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、ＳＢＲなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。集電体１３としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体１３の厚さは、例えば１〜５００μｍとしてもよい。

負極１４は、例えば、負極活物質と集電体１６とを密着させて形成したものとしてもよいし、負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体１６の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極活物質としては、電池構成に合わせて適宜選択した物質を用いるものとすればよい。また、負極１４に用いられる集電体１６、導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極１１で例示したものを用いることができる。負極１４において、背面１４ｂ上に、イオン伝導性を有するセパレータ２２が配設されるものとしてもよい。このセパレータ２２の存在により、負極１４とケース２３との間に空間を確保でき、背面１４ｂ上に形成される電析物からケース２３を保護することができる。

イオン伝導媒体２１は、正極１１の背面１１ｂ側（側面１１ｃを含むものとしてもよい）と負極１４の背面１４ｂ側（側面１４ｃを含むものとしてもよい）とでイオンを伝導するものであれば、特に限定されず、液体、固体、液体を含むゲルなどとしてもよい。このイオン伝導媒体２１は、支持塩を含む水溶液系電解液や、支持塩を含む非水系電解液、水溶液系又は非水系のゲル電解液などとしてもよい。支持塩や溶媒は、電池構成に合わせて適宜選択した物質を用いるものとすればよい。例えば、水溶液系の電解液としては、ＫＯＨ水溶液や希硫酸水溶液などが挙げられる。非水系電解液の溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類などが挙げられる。水溶液系電解液の支持塩や非水系電解液の支持塩としては、１族元素（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋなど）、２族元素（例えば、ＭｇやＣａなど）、及び遷移金属（例えば、Ｚｎなど）などのうち１以上のカチオンを含む無機塩や有機塩などが挙げられる。

あるいは、イオン伝導媒体２１は、固体のイオン伝導性ポリマーとしてもよい。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、フッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと電解液とを組み合わせて用いることもできる。また、イオン伝導媒体２１は、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダーによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。

この電池１０は、鉛蓄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池、リチウムイオン二次電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、チタン酸リチウム電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素充電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、二酸化マンガン亜鉛電池、シリコン電池のうち１以上であるものとしてもよい。電池１０が鉛蓄電池である場合は、例えば、正極１１に二酸化鉛、負極１４に鉛、イオン伝導媒体２１として希硫酸を用いるものとすればよい。電池１０がリチウム空気電池である場合は、例えば、正極活物質として酸素、負極１４にリチウム金属、リチウム合金及びリチウムを吸蔵放出する材料（例えば黒鉛などの炭素材料）のうち１以上、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０が亜鉛空気電池である場合は、例えば、正極活物質として酸素、負極１４に亜鉛金属、亜鉛合金又は亜鉛を吸蔵放出する材料のうち１以上、イオン伝導媒体２１として亜鉛イオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０がリチウムイオン二次電池である場合は、例えば、正極活物質としてリチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のうち１以上、負極１４にリチウムを吸蔵放出する材料（例えば黒鉛などの炭素材料）、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０がリン酸鉄リチウムイオン電池である場合は、例えば、正極活物質としてリン酸鉄リチウム、負極１４にリチウムを吸蔵放出する材料（例えば黒鉛などの炭素材料）、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０がリチウム硫黄電池である場合は、例えば、正極活物質として硫黄、負極１４にリチウム金属、リチウム合金及びリチウムを吸蔵放出する材料（例えば黒鉛などの炭素材料）のうち１以上、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０がチタン酸リチウム電池である場合は、例えば、正極活物質としてリチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のうち１以上、負極活物質としてチタン酸リチウム、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。電池１０がニッケルカドミウム蓄電池である場合は、例えば、正極１１に水酸化ニッケルなどのニッケル化合物、負極１４にカドミウム、イオン伝導媒体２１に水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いるものとすればよい。電池１０がニッケル水素充電池である場合は、例えば、正極１１に水酸化ニッケルなどのニッケル化合物、負極１４に水素または水素吸蔵合金を用い、イオン伝導媒体２１に濃水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いるものとすればよい。電池１０がニッケル鉄電池である場合は、例えば、正極１１に水酸化ニッケルなどのニッケル化合物、負極１４に鉄、イオン伝導媒体２１に水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いるものとすればよい。電池１０がニッケル亜鉛蓄電池である場合は、例えば、正極１１に水酸化ニッケルなどのニッケル化合物、負極１４に亜鉛、イオン伝導媒体２１に水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いるものとすればよい。電池１０が二酸化マンガン亜鉛電池である場合は、例えば、正極１１に二酸化マンガン、負極１４に亜鉛、イオン伝導媒体２１に水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いるものとすればよい。電池１０がシリコン電池である場合は、例えば、正極活物質としてリチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物及びリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物のうち１以上、負極１４にシリコン、イオン伝導媒体２１としてリチウムイオンを伝導する非水系電解液を用いるものとすればよい。

電池１０の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。また、正極１１、負極１４及び遮蔽部材１７の積層体をイオン伝導媒体２１中に吊り下げる構造としてもよい。図２は、電池１０Ｂの構成の概要を示す説明図である。この電池１０Ｂは、正極１１、負極１４及び遮蔽部材１７Ｂの積層体をイオン伝導媒体２１としての電解液に吊り下げる構造を有している。遮蔽部材１７Ｂは、被覆部１９，２０を備えないものする。また、遮蔽部材１７Ｂは、正極１１及び負極１４よりも大きいものとする。こうすれば、電極の側面１１ｃ，１４ｃ及び角部１１ｄ，１４ｄは、電場勾配が最も大きくなる側面や角部で生成する電析物による短絡を防止することができる。

以上詳述した電池１０，１０Ｂでは、正極１１の対向面１１ａ以外の面（背面１１ｂ側）と負極１４の対向面１４ａ以外の面（背面１４ｂ側）とで電池化学反応である電析、溶解を行う背面電析構造を有しているため、電極の短絡をより確実に防止することができる。この理由は、例えば、正極１１と負極１４との間にはイオンが伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材１７，１７Ｂが存在し、正極１１の背面１１ｂ側と負極１４の背面１４ｂ側とで電気化学反応を進行させる構造を有し、導電性の電析物が電極上で成長しても、その先には対向する電極が存在せず、物理的に接触することがないためである。このように、電池１０，１０Ｂでは、遮蔽部材１７，１７Ｂを用いた背面電析構造という簡素な構造によって、電極の短絡をより確実に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

以下には、本発明の電池を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明はこの実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

［実施例１］
Ｚｎ金属箔（厚さ１００μｍ）を対向極とし、Ｃｕ金属箔（厚さ３０μｍ）を作用極、即ちＺｎの析出基板とした半電池を背面電析構成（図２参照）で作製した。Ｚｎ対向極とＣｕ作用極との間にポリプロピレン製の絶縁膜を配置して固定した積層体を作製し、電解液としてＺｎＯを飽和させた６ＭのＫＯＨ水溶液にこの積層体の下側半分を浸漬させた。また、作用極の背面上には、空間確保及び保護のため電解液を浸透可能なセパレータを配設した。得られた半電池を実施例１とした。なお、比較例１及び実施例１では、Ｚｎ対向極及びＣｕ作用極が図２における集電体を兼ねるものとした。

［比較例１］
Ｚｎ金属箔を対向極とし、Ｃｕ金属箔を作用極、即ちＺｎの析出基板とした半電池を従来の電池構成（図６参照）で作製した。Ｚｎ対向極とＣｕ作用極との間にセパレータを配置した積層体を作製し、電解液としてＺｎＯを飽和させた６ＭのＫＯＨ水溶液にこの積層体を浸漬させた。対向極と作用極との間は０．３ｍｍとした。得られた半電池を比較例１とした。

［実施例２］
実施例１のＺｎ対向極を市販品水酸化ニッケルに変えて正極とし、Ｃｕ金属箔を集電体としてこの集電体上にＺｎを１.２ｍｇ電析させた電極を負極としたＮｉ−Ｚｎ電池を作製した。正極は、以下のように作製した。正極活物質としての水酸化ニッケル（シグマアルドリッチ製７００ｍｇ）と、導電材としてのアセチレンブラック（２００ｍｇ）と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ，１００ｍｇ）とを１０ｍＬのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として混合して正極合材とした。集電体としてのＮｉフォーム（厚さ２ｍｍ）上にこの正極合材をディップコートし、８０℃の減圧乾燥炉で乾燥させた。乾燥後、プレスして厚さを０．１ｍｍとし、正極とした。負極の側面及びエッジ部には、非結晶の絶縁炭素層をスパッタリングにより形成した。また、負極の背面上には、空間確保及び保護のため電解液を浸透可能なセパレータを配設した。

［比較例２］
比較例１のＺｎ対向極を市販品水酸化ニッケルに変えて正極とし、Ｃｕ金属箔を集電体としてこの集電体上にＺｎを１.２ｍｇ電析させた電極を負極としたＮｉ−Ｚｎ電池を作製した。得られた電池を比較例２とした。

（充放電サイクル試験）
得られた電池を用い、Ｚｎの電析（充電）、溶解（放電）を繰り返し実施した。この充放電サイクル試験において、Ｚｎの電析、溶解時の電流密度は２０ｍＡ／ｃｍ²とした。

（電極のＳＥＭ観察）
実施例１及び比較例１の２０サイクル目の作用極を走査型電子顕微鏡（ＦＥＩＸＬ３０Ｓｉｒｉｏｎ）を用い、加速電圧５ｋＶの条件で観察した。

（結果と考察）
図３は、実施例１及び比較例１の半電池の充放電サイクルとクーロン効率との関係図である。図４は、作用極表面のＳＥＭ写真である。比較例１では、図３に示すように、電析溶解の繰り返し試験回数約３０回で電池が短絡した。これに対して、実施例１では、約１６０サイクルの電析溶解繰り返し試験範囲においても短絡現象は確認されなかった。図４（ｂ）に示すように、作用極の表面は、その大部分の領域において、多面体の結晶粒子が規則的に析出していた。しかしながら、作用極表面には、図４（ａ）に示すように、２０サイクルの電析、溶解のサイクルによって、５〜１０μｍの大きさのデンドライトが生成することが確認された。このデンドライトが成長することにより、比較例１では、対向極と作用極との短絡が発生したものと推察された。一方、背面電析構造を有する実施例１では、デンドライトの成長先に対向極は存在しないため、１６０サイクル以上行っても短絡しなかった。

図５は、実施例２及び比較例２のＮｉ−Ｚｎ電池の充放電サイクルと電池容量との関係図である。図５に示すように、比較例２の電池では、約２００回の充放電サイクル数で電池が短絡した。一方、実施例２の電池では、８００回の充放電サイクル試験においても電池短絡現象は確認されなかった。このように、背面電析構造を有する実施例１、２の電池では、電極の短絡がより確実に防止され、より安定した充放電を行うことができることがわかった。なお、本実施例においては、Ｎｉ−Ｚｎ電池を一例として背面電析構造の効果を検討したが、他の電池構成、例えば、鉛蓄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池、リチウムイオン二次電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、チタン酸リチウム電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素充電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、シリコン電池などにおいても同様の効果が得られることが推察された。

本発明は、電池の技術分野に利用可能である。

１０，１０Ｂ電池、１１正極、１１ａ対向面、１１ｂ背面、１１ｃ側面、１１ｄ角部、１２正極活物質層、１３集電体、１４負極、１４ａ対向面、１４ｂ背面、１４ｃ側面、１４ｄ角部、１５負極活物質層、１６集電体、１７，１７Ｂ遮蔽部材、１８板状体、１９被覆部、２０被覆部、２１イオン伝導媒体、２２セパレータ、２３ケース。

Claims

正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に配設されイオンを伝導せず絶縁体を含む遮蔽部材と、
前記正極の前記負極に対向する対向面以外の面と、前記負極の前記正極に対向する対向面以外の面とでイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えた電池。
前記遮蔽部材は、前記負極に対向する前記正極の対向面を被覆すると共に、前記正極に対向する前記負極の対向面を被覆している、請求項１に記載の電池。
前記遮蔽部材は、前記正極の側面を被覆する被覆部と、前記負極の側面を被覆する被覆部とのうち少なくとも一方を有する、請求項１又は２に記載の電池。
前記遮蔽部材は、前記正極の側面及び角部を被覆する被覆部と、前記負極の側面及び角部を被覆する被覆部とのうち少なくとも一方を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
前記遮蔽部材は、前記正極及び前記負極よりも大きい板状体を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。
前記遮蔽部材は、絶縁体である板状体と、前記正極及び／又は前記負極と前記板状体との間に形成されイオン伝導を遮蔽し且つ導電性を有する集電体と、を備えている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。
前記電池は、鉛蓄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池、リチウムイオン二次電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、チタン酸リチウム電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素充電池、ニッケル鉄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、二酸化マンガン亜鉛電池、シリコン電池のうち１以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池。