JP2018032644A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より安全性の高い蓄電装置を提供する。また、サイクル寿命が向上した蓄電装置を提供する。【解決手段】電解液の溶媒にイオン液体を用いている蓄電装置において、外装体を、導電性を有する部材で覆い、正極集電体と外装体が直接触れないようにする。このようにすることで、異種金属の接触により正極集電体の溶出を抑制し、溶出した正極集電体の金属が負極に析出し、析出した金属が正極と接触して起こる内部短絡を防ぐことができる。【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電装置に関する。なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子および装置
全般を指すものである。
全般を指すものである。
近年、リチウムイオン電池(LIB)等の非水系二次電池、リチウムイオンキャパシタ
(LIC)、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高
エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型
コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤー、デジタルカメラ等の電気機器、あ
るいは医療機器、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、またはプラグインハ
イブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展
と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社
会に不可欠なものとなっている。
(LIC)、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高
エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型
コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤー、デジタルカメラ等の電気機器、あ
るいは医療機器、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、またはプラグインハ
イブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展
と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社
会に不可欠なものとなっている。
汎用されているリチウムイオン二次電池の多くは、エチレンカーボネート、プロピレン
カーボネート、フッ素化された環状エステル、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化さ
れた環状エーテルまたはフッ素化された鎖状エーテルなどの有機溶媒と、リチウムイオン
を有するリチウム塩とを含む非水電解質(非水電解液または単に電解液ともいう)を用い
ている。なお、ここで、フッ素化された環状エステルとは、フッ化アルキルを有する環状
エステルのように、化合物中の水素がフッ素に置換された環状エステルのことをいう。そ
れゆえ、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテルまたはフッ素化され
た鎖状エーテルにおいても、化合物中の水素がフッ素に置換されたものをいう。
カーボネート、フッ素化された環状エステル、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化さ
れた環状エーテルまたはフッ素化された鎖状エーテルなどの有機溶媒と、リチウムイオン
を有するリチウム塩とを含む非水電解質(非水電解液または単に電解液ともいう)を用い
ている。なお、ここで、フッ素化された環状エステルとは、フッ化アルキルを有する環状
エステルのように、化合物中の水素がフッ素に置換された環状エステルのことをいう。そ
れゆえ、フッ素化された鎖状エステル、フッ素化された環状エーテルまたはフッ素化され
た鎖状エーテルにおいても、化合物中の水素がフッ素に置換されたものをいう。
しかし、有機溶媒は揮発性および低引火点を有しており、この有機溶媒をリチウムイオ
ン二次電池に用いた場合、内部短絡や過充電等に起因したリチウムイオン二次電池の内部
温度の上昇によるリチウムイオン二次電池の破裂や発火等が生じる可能性がある。また、
有機溶媒の一部は、加水分解反応によりフッ酸が発生し、このフッ酸は金属を腐食させる
ため、電池の信頼性が懸念される。
ン二次電池に用いた場合、内部短絡や過充電等に起因したリチウムイオン二次電池の内部
温度の上昇によるリチウムイオン二次電池の破裂や発火等が生じる可能性がある。また、
有機溶媒の一部は、加水分解反応によりフッ酸が発生し、このフッ酸は金属を腐食させる
ため、電池の信頼性が懸念される。
上記の問題を考慮し、難揮発性および難燃性であるイオン液体をリチウムイオン二次電
池の非水電解質の非水溶媒として用いることが検討されている。例えば、エチルメチルイ
ミダゾリウム(EMI)カチオンを含むイオン液体、またはN−メチル−N−プロピルピ
ペリジニウム(PP13)カチオンを含むイオン液体などがある(特許文献1参照)。
池の非水電解質の非水溶媒として用いることが検討されている。例えば、エチルメチルイ
ミダゾリウム(EMI)カチオンを含むイオン液体、またはN−メチル−N−プロピルピ
ペリジニウム(PP13)カチオンを含むイオン液体などがある(特許文献1参照)。
汎用されているリチウムイオン二次電池のセルの構成において、外装体は、強度があり
、耐酸化性のあるステンレス鋼(SUS)などで形成されることが好ましいが、このSU
Sは、電解液の溶媒であるイオン液体中で、アルミニウムなどで形成されている正極集電
体と直接接すると、異種金属の接触により正極集電体の溶出が起き、電池のサイクル寿命
を損なってしまうという問題がある。
、耐酸化性のあるステンレス鋼(SUS)などで形成されることが好ましいが、このSU
Sは、電解液の溶媒であるイオン液体中で、アルミニウムなどで形成されている正極集電
体と直接接すると、異種金属の接触により正極集電体の溶出が起き、電池のサイクル寿命
を損なってしまうという問題がある。
そこで、本発明の一態様は、より安全性の高い蓄電装置を提供することを課題の一とす
る。また、本発明の一態様は、サイクル寿命が向上した蓄電装置を提供することを課題の
一とする。
る。また、本発明の一態様は、サイクル寿命が向上した蓄電装置を提供することを課題の
一とする。
上記課題に鑑みて、本発明の一態様は、電解液の溶媒がイオン液体である蓄電装置にお
いて、外装体と正極集電体の間に導電性を有する部材を設け、正極集電体と外装体が直接
触れないようにする。
いて、外装体と正極集電体の間に導電性を有する部材を設け、正極集電体と外装体が直接
触れないようにする。
具体的には、正極と、電解液を介して正極と対向する負極とが、外装体内に収容された
蓄電装置であって、電解液は、溶媒としてイオン液体を含み、正極に含まれる正極集電体
と外装体との間に、導電性を有する保護部材が接して設けられていることを特徴とする蓄
電装置である。
蓄電装置であって、電解液は、溶媒としてイオン液体を含み、正極に含まれる正極集電体
と外装体との間に、導電性を有する保護部材が接して設けられていることを特徴とする蓄
電装置である。
また、上記構成において、保護部材は、アルミニウムを含むことを特徴とする。
また、上記構成において、外装体は、鉄またはニッケルを含むことを特徴とする。
また、上記構成において、正極集電体は、アルミニウムを含むことを特徴とする。
また、上記構成において、イオン液体のカチオンは、複素環カチオン、芳香族カチオン
、4級アンモニウムカチオン、4級スルホニウムカチオン、4級ホスホニウムカチオン、
3級スルホニウムカチオン、非環式4級アンモニウムカチオンまたは非環式4級ホスホニ
ウムカチオンのいずれか一を含むことを特徴とする。
、4級アンモニウムカチオン、4級スルホニウムカチオン、4級ホスホニウムカチオン、
3級スルホニウムカチオン、非環式4級アンモニウムカチオンまたは非環式4級ホスホニ
ウムカチオンのいずれか一を含むことを特徴とする。
また、上記構成において、イオン液体のアニオンは、1価のアミド系アニオン、1価の
メチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキル
スルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレ
ート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェ
ートのいずれか一を含むことを特徴とする。
メチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキル
スルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレ
ート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェ
ートのいずれか一を含むことを特徴とする。
本発明の一様態により、安全性の高い蓄電装置を提供することができる。また、サイク
ル寿命が向上した蓄電装置を提供することができる。
ル寿命が向上した蓄電装置を提供することができる。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態
および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発
明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面
を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通し
て用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さな
い場合がある。また、便宜上、絶縁層は上面図には表さない場合がある。なお、各図面に
おいて示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて表記
している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態
および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発
明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面
を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通し
て用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さな
い場合がある。また、便宜上、絶縁層は上面図には表さない場合がある。なお、各図面に
おいて示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて表記
している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
(実施の形態1)
本発明の一態様に係る蓄電装置の構造およびその製造方法について、図面を用いて説明
する。以下、蓄電装置の一例として、リチウムイオン二次電池の場合について説明する。
本発明の一態様に係る蓄電装置の構造およびその製造方法について、図面を用いて説明
する。以下、蓄電装置の一例として、リチウムイオン二次電池の場合について説明する。
図1(A)はコイン型の蓄電装置100の外観図であり、図1(B)はコイン型の蓄電
装置100の断面図を示す。
装置100の断面図を示す。
コイン型の蓄電装置100は、外装体であり、正極端子を兼ねた正極缶101および負
極端子を兼ねた負極缶102と、ポリプロピレン等で形成されたガスケット103と、正
極缶101を被覆する保護部材111と、正極缶101および負極缶102で囲まれた空
間に浸透した電解液(図示せず)を有する。なお、電解液には、イオン液体を用いる。蓄
電装置100は、ガスケット103を介して正極缶101と負極缶102とが絶縁性を有
するように固定されている(図1(A)参照)。
極端子を兼ねた負極缶102と、ポリプロピレン等で形成されたガスケット103と、正
極缶101を被覆する保護部材111と、正極缶101および負極缶102で囲まれた空
間に浸透した電解液(図示せず)を有する。なお、電解液には、イオン液体を用いる。蓄
電装置100は、ガスケット103を介して正極缶101と負極缶102とが絶縁性を有
するように固定されている(図1(A)参照)。
また、コイン型の蓄電装置100は、正極104と、負極107とがセパレータ110
を介して対向して設けられている。正極104は保護部材111に接して正極集電体10
5が設けられており、正極集電体105に接して正極活物質層106が設けられている。
負極107は負極缶102に接して負極集電体108が設けられており、負極集電体10
8に接して負極活物質層109が設けられている(図1(B)参照)。
を介して対向して設けられている。正極104は保護部材111に接して正極集電体10
5が設けられており、正極集電体105に接して正極活物質層106が設けられている。
負極107は負極缶102に接して負極集電体108が設けられており、負極集電体10
8に接して負極活物質層109が設けられている(図1(B)参照)。
電解液の溶媒としては、難燃性および難揮発性であり、常温常圧にて液体であるイオン
液体を一つまたは複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度
が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。また、本明細書において
、常温とは5℃以上35℃以下の範囲をいう。
液体を一つまたは複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度
が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。また、本明細書において
、常温とは5℃以上35℃以下の範囲をいう。
イオン液体は、液体状態の塩であり、イオン移動度(伝導度)が高い。また、イオン液
体は、カチオンとアニオンとを含む。カチオンとして、複素環カチオン、芳香族カチオン
、4級アンモニウムカチオン、4級スルホニウムカチオン、4級ホスホニウムカチオン、
3級スルホニウムカチオン、非環式4級アンモニウムカチオンまたは非環式4級ホスホニ
ウムカチオン、芳香族カチオン等が挙げられる。また、アニオンとして、1価のアミドア
ニオン、1価のメチドアニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフル
オロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロ
アルキルボレート、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)またはパーフルオロアルキ
ルホスフェート等が挙げられる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n
+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしては、CF2(C
F2SO2)2N−などがある。。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1S
O2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2S
O2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンと
しては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキル
ボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=
1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{P
Fn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)
などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
体は、カチオンとアニオンとを含む。カチオンとして、複素環カチオン、芳香族カチオン
、4級アンモニウムカチオン、4級スルホニウムカチオン、4級ホスホニウムカチオン、
3級スルホニウムカチオン、非環式4級アンモニウムカチオンまたは非環式4級ホスホニ
ウムカチオン、芳香族カチオン等が挙げられる。また、アニオンとして、1価のアミドア
ニオン、1価のメチドアニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフル
オロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロ
アルキルボレート、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)またはパーフルオロアルキ
ルホスフェート等が挙げられる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n
+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしては、CF2(C
F2SO2)2N−などがある。。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1S
O2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2S
O2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンと
しては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキル
ボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=
1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{P
Fn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)
などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
イオン液体として、下記に示す一般式(G1)を用いることができる。
一般式(G1)中、R1〜R5は、水素原子、炭素数が1〜20のアルキル基、メトキ
シ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかを表し、R1〜R5のうち
一が、炭素数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシ
エチル基のいずれかである場合、他の四は水素原子であり、R1〜R5のうち二が、炭素
数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基の
いずれかである場合、他の三は水素原子であり、R1〜R5のうち三が、炭素数が1〜2
0のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかで
ある場合、他の二は水素原子であり、R1〜R5のうち四が、炭素数が1〜20のアルキ
ル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかである場合、
他の一は水素原子である。また、A−は、1価のアミド系アニオン、1価のメチド系アニ
オン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキルスルホン酸ア
ニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレート、または
ヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェート等を用い
ることができる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)2
N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしてはCF2(CF2SO2)2N
−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)3C−(n=
0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2SO2)2C−(CF
3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、(CmF2
m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキルボレートとしては、
{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=1〜4、k=0〜2
m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{PFn(CmHkF2
m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。なお、
当該アニオンはこれらに限るものではない。
シ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかを表し、R1〜R5のうち
一が、炭素数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシ
エチル基のいずれかである場合、他の四は水素原子であり、R1〜R5のうち二が、炭素
数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基の
いずれかである場合、他の三は水素原子であり、R1〜R5のうち三が、炭素数が1〜2
0のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかで
ある場合、他の二は水素原子であり、R1〜R5のうち四が、炭素数が1〜20のアルキ
ル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基のいずれかである場合、
他の一は水素原子である。また、A−は、1価のアミド系アニオン、1価のメチド系アニ
オン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキルスルホン酸ア
ニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレート、または
ヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェート等を用い
ることができる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)2
N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしてはCF2(CF2SO2)2N
−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)3C−(n=
0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2SO2)2C−(CF
3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、(CmF2
m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキルボレートとしては、
{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=1〜4、k=0〜2
m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{PFn(CmHkF2
m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。なお、
当該アニオンはこれらに限るものではない。
また、カチオンの具体的な構造を有する上記一般式(G1)の例として例えば構造式(
100)〜構造式(116)が挙げられる。なお、本一般式(G1)のカチオンのR1と
R5は、ピペリジンのN+とR3とを結んだ線分を軸にして対称性を有する。また、本一
般式(G1)のカチオンのR2とR4も同様に対称性を有する。例えば下記構造式(10
1)〜構造式(102)ではカチオンのR1〜R2にメチル基が導入されたものを示して
おり、これらと等価な構造式は図示しない。すなわち、構造式(101)においてR1に
代えてR5にメチル基を有する構造式、構造式(102)においてR2に代えてR4にメ
チル基を有する構造式はそれぞれ、構造式(101)、構造式(102)と等価であり、
同じ性質を有するため、図示しない。また、下記の他の構造式も同様である。
100)〜構造式(116)が挙げられる。なお、本一般式(G1)のカチオンのR1と
R5は、ピペリジンのN+とR3とを結んだ線分を軸にして対称性を有する。また、本一
般式(G1)のカチオンのR2とR4も同様に対称性を有する。例えば下記構造式(10
1)〜構造式(102)ではカチオンのR1〜R2にメチル基が導入されたものを示して
おり、これらと等価な構造式は図示しない。すなわち、構造式(101)においてR1に
代えてR5にメチル基を有する構造式、構造式(102)においてR2に代えてR4にメ
チル基を有する構造式はそれぞれ、構造式(101)、構造式(102)と等価であり、
同じ性質を有するため、図示しない。また、下記の他の構造式も同様である。
また、イオン液体は、例えば上記の構造式(101)、構造式(102)および構造式
(104)のカチオンなどのキラル分子(非対称分子)を用いた方が不安定であるため、
融点が低下し、液体である温度範囲が広い。そのため、例えば、常温よりも低い低温環境
下でもイオン伝導性の低下を抑制することができる。
(104)のカチオンなどのキラル分子(非対称分子)を用いた方が不安定であるため、
融点が低下し、液体である温度範囲が広い。そのため、例えば、常温よりも低い低温環境
下でもイオン伝導性の低下を抑制することができる。
また、メチル基やメトキシ基のような電子供与性の置換基を複素環に導入することで複
素環の電子密度を減弱し、安定な電位範囲(電位窓ともいう)を広くすることができ、耐
還元性が強くなるため、二次電池に用いたときのサイクル特性を向上させることができる
。なお、電子供与性の置換基は、複素環のオルト位に導入した方が効果的である。
素環の電子密度を減弱し、安定な電位範囲(電位窓ともいう)を広くすることができ、耐
還元性が強くなるため、二次電池に用いたときのサイクル特性を向上させることができる
。なお、電子供与性の置換基は、複素環のオルト位に導入した方が効果的である。
また、イオン液体として、下記に示す一般式(G2)を用いることができる。
一般式(G2)中、R1は、炭素数1〜4のアルキル基を表し、R2〜R5のうち、一
または二は、炭素数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメ
トキシエチル基のいずれかを表し、他の三または二は、水素原子とし、A−は、1価のア
ミド系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)
、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パ
ーフルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフ
ルオロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンと
しては、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオン
としてはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(
CnF2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、
CF2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスル
ホン酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パー
フルオロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(
n=0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェー
トとしては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4
、k=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
または二は、炭素数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメ
トキシエチル基のいずれかを表し、他の三または二は、水素原子とし、A−は、1価のア
ミド系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)
、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パ
ーフルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフ
ルオロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンと
しては、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオン
としてはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(
CnF2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、
CF2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスル
ホン酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パー
フルオロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(
n=0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェー
トとしては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4
、k=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
また、カチオンの具体的な構造を有する上記一般式(G2)の例として例えば構造式(
200)〜構造式(219)が挙げられる。なお、本一般式(G2)のカチオンのR2と
R5は、ピロリジンのN+とR3およびR4の中間点とを結んだ線分を軸にして対称性を
有する。また、本一般式(G2)のカチオンのR3とR4も同様に対称性を有する。例え
ば下記構造式(201)〜構造式(202)ではカチオンのR2〜R3にメチル基が導入
されたものを示しており、これらと等価な構造式は図示しない。すなわち、構造式(20
1)においてR2に代えてR5にメチル基を有する構造式、構造式(202)においてR
3に代えてR4にメチル基を有する構造式はそれぞれ、構造式(201)、構造式(20
2)と等価であり、同じ性質を有するため、図示しない。また、下記の他の構造式も同様
である。
200)〜構造式(219)が挙げられる。なお、本一般式(G2)のカチオンのR2と
R5は、ピロリジンのN+とR3およびR4の中間点とを結んだ線分を軸にして対称性を
有する。また、本一般式(G2)のカチオンのR3とR4も同様に対称性を有する。例え
ば下記構造式(201)〜構造式(202)ではカチオンのR2〜R3にメチル基が導入
されたものを示しており、これらと等価な構造式は図示しない。すなわち、構造式(20
1)においてR2に代えてR5にメチル基を有する構造式、構造式(202)においてR
3に代えてR4にメチル基を有する構造式はそれぞれ、構造式(201)、構造式(20
2)と等価であり、同じ性質を有するため、図示しない。また、下記の他の構造式も同様
である。
また、一般式(G1)のような6員環のイオン液体よりも一般式(G2)のような5員
環のイオン液体のほうが粘度は低くなり、イオン伝導度が向上する。
環のイオン液体のほうが粘度は低くなり、イオン伝導度が向上する。
また、イオン液体として、スピロ環を含んでいてもよい。例えば、五員環と五員環の組み
合わせである下記に示す一般式(G3)を用いることができる。
合わせである下記に示す一般式(G3)を用いることができる。
一般式(G3)中、R1〜R8は水素原子、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状
のアルキル基、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、または炭素数
が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。A−は1価のアミド
系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パ
ーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフ
ルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオ
ロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとして
は、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとし
てはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(Cn
F2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF
2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン
酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフル
オロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=
0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートと
しては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
のアルキル基、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、または炭素数
が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。A−は1価のアミド
系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パ
ーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフ
ルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオ
ロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとして
は、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとし
てはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(Cn
F2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF
2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン
酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフル
オロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=
0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートと
しては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
また、スピロ環は五員環と六員環の組み合わせでもよい。例えば、下記に示す一般式(
G4)を用いることができる。
G4)を用いることができる。
一般式(G4)中、R1〜R9は水素原子、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状
のアルキル基、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、または炭素数
が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。A−は1価のアミド
系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パ
ーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフ
ルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオ
ロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとして
は、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとし
てはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(Cn
F2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF
2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン
酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフル
オロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=
0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートと
しては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
のアルキル基、炭素数が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、または炭素数
が1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシアルキル基を表す。A−は1価のアミド
系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パ
ーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフ
ルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオ
ロアルキルホスフェート等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとして
は、(CnF2n+1SO2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとし
てはCF2(CF2SO2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(Cn
F2n+1SO2)3C−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF
2(CF2SO2)2C−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン
酸アニオンとしては、(CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフル
オロアルキルボレートとしては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=
0〜3、m=1〜4、k=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートと
しては、{PFn(CmHkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
また、上記のスピロ環の他に五員環と七員環の組み合わせや六員環と七員環の組み合わ
せや七員環と七員環の組み合わせなどを用いてもよい。上記一般式(G3)、一般式(G
4)、五員環と七員環を組み合わせたスピロ環、六員環と七員環を組み合わせたスピロ環
および七員環と七員環を組み合わせたスピロ環のカチオンの具体例として例えば構造式(
300)〜構造式(497)が挙げられる。なお、一般式(G2)と同様に、同じ性質を
もち、等価である構造式は、重複を避けるように記載している。
せや七員環と七員環の組み合わせなどを用いてもよい。上記一般式(G3)、一般式(G
4)、五員環と七員環を組み合わせたスピロ環、六員環と七員環を組み合わせたスピロ環
および七員環と七員環を組み合わせたスピロ環のカチオンの具体例として例えば構造式(
300)〜構造式(497)が挙げられる。なお、一般式(G2)と同様に、同じ性質を
もち、等価である構造式は、重複を避けるように記載している。
構造式(300)〜構造式(497)中、A−は1価のアミド系アニオン、1価のメチ
ド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキルスル
ホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレート
、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェート
等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n+1S
O2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしてはCF2(CF2SO
2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)3C
−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2SO2)2C
−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、(
CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキルボレートと
しては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{PFn(Cm
HkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)などがある
。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
ド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキルスル
ホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレート
、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェート
等を用いることができる。そして、1価のアミドアニオンとしては、(CnF2n+1S
O2)2N−(n=0〜3)、1価の環状のアミドアニオンとしてはCF2(CF2SO
2)2N−などがある。1価のメチドアニオンとしては、(CnF2n+1SO2)3C
−(n=0〜3)、1価の環状のメチドアニオンとしては、CF2(CF2SO2)2C
−(CF3SO2)などがある。パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンとしては、(
CmF2m+1SO3)−(m=0〜4)などがある。パーフルオロアルキルボレートと
しては、{BFn(CmHkF2m+1−k)4−n}−(n=0〜3、m=1〜4、k
=0〜2m)などがある。パーフルオロアルキルホスフェートとしては、{PFn(Cm
HkF2m+1−k)6−n}−(n=0〜5、m=1〜4、k=0〜2m)などがある
。なお、当該アニオンはこれらに限るものではない。
また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、例えば、LiPF6、LiClO4、
LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiBr、LiI、Li2S
O4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12、LiCF3SO3、LiC4F9
SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiN(CF3SO
2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO2)、LiN(C2F5SO2)2等の
リチウム塩を一種、またはこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用い
ることができる。
LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiBr、LiI、Li2S
O4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12、LiCF3SO3、LiC4F9
SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiN(CF3SO
2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO2)、LiN(C2F5SO2)2等の
リチウム塩を一種、またはこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用い
ることができる。
保護部材111は、正極缶101と正極集電体105の間に接して挟まれている。保護
部材111は、正極缶101に蒸着され、薄膜状、箔状、板状(シート状)等の形状とす
ることができる。
部材111は、正極缶101に蒸着され、薄膜状、箔状、板状(シート状)等の形状とす
ることができる。
例えば、正極缶101を保護部材111で被覆する方法としては、正極缶101に保護
部材111が接していれば特に限定はされず、クラッド式等を用いることができる。クラ
ッド式とは、金属同士を圧着させる(張り合わせる)方法で構成される方式をいう。
部材111が接していれば特に限定はされず、クラッド式等を用いることができる。クラ
ッド式とは、金属同士を圧着させる(張り合わせる)方法で構成される方式をいう。
イオン液体を用いた電解液中では、正極缶101と正極集電体105が直接接すると、
異種金属の接触により正極集電体105の溶出が生じてしまい、溶出した正極集電体10
5を構成する金属が負極107で析出する。その析出した金属が正極104に接触すると
内部短絡し、急激な容量減少が起き、電池のサイクル寿命を損なっていたが、保護部材1
11を正極缶101と正極集電体105の間に接して設けることにより、正極集電体10
5の溶出を防ぐことができ、よりサイクル寿命を向上させることができる。
異種金属の接触により正極集電体105の溶出が生じてしまい、溶出した正極集電体10
5を構成する金属が負極107で析出する。その析出した金属が正極104に接触すると
内部短絡し、急激な容量減少が起き、電池のサイクル寿命を損なっていたが、保護部材1
11を正極缶101と正極集電体105の間に接して設けることにより、正極集電体10
5の溶出を防ぐことができ、よりサイクル寿命を向上させることができる。
保護部材111は、正極缶101と正極集電体105を電気的に接続する。保護部材1
11としては、鉄、ニッケル、クロムを除く導電性を有する部材であればよく、例えば、
アルミニウム、炭素、白金、導電性高分子等を用いることができる。また、アルミニウム
は密度が小さいため、アルミニウムを保護部材111に用いると蓄電装置全体を軽量化で
き好ましい。
11としては、鉄、ニッケル、クロムを除く導電性を有する部材であればよく、例えば、
アルミニウム、炭素、白金、導電性高分子等を用いることができる。また、アルミニウム
は密度が小さいため、アルミニウムを保護部材111に用いると蓄電装置全体を軽量化で
き好ましい。
セパレータ110として、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン(ポリアミド
)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィ
ン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いればよい。ただし、上記電解液に溶解しない
材料を選ぶ必要がある。
)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィ
ン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いればよい。ただし、上記電解液に溶解しない
材料を選ぶ必要がある。
より具体的には、セパレータ110の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエ
チレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタ
クリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル
、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン
、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロ
ース、紙、不織布、ガラス繊維から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて
用いることができる。
チレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタ
クリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル
、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン
、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロ
ース、紙、不織布、ガラス繊維から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて
用いることができる。
正極缶101、負極缶102には、鉄、ニッケル、クロムを含むステンレス鋼や鉄、ニ
ッケル、アルミニウム、チタン等の金属を用いることができる。特に、ステンレスや鉄は
、強度があるため好ましい。また、ステンレス、ニッケルは耐食性があるため好ましい。
特に、蓄電装置100の充放電によって生じる電解液中の非水溶媒に起因する腐食を防ぐ
ため、ニッケル等の耐食性金属をめっきすることが好ましい。正極缶101は正極104
と、負極缶102は負極107とそれぞれ電気的に接続する。
ッケル、アルミニウム、チタン等の金属を用いることができる。特に、ステンレスや鉄は
、強度があるため好ましい。また、ステンレス、ニッケルは耐食性があるため好ましい。
特に、蓄電装置100の充放電によって生じる電解液中の非水溶媒に起因する腐食を防ぐ
ため、ニッケル等の耐食性金属をめっきすることが好ましい。正極缶101は正極104
と、負極缶102は負極107とそれぞれ電気的に接続する。
次に、正極104の構成について説明する。
図2(A)は正極104の断面図である。正極104は、正極集電体105上に正極活
物質層106が形成される。
物質層106が形成される。
正極集電体105には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン
等の金属、およびこれらの合金など、導電性の高い材料を用いることができる。また、シ
リコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が
添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイ
ドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属
元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ク
ロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。正極集電体105は、
箔状、板状(シート状)、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を
適宜用いることができる。
等の金属、およびこれらの合金など、導電性の高い材料を用いることができる。また、シ
リコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が
添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイ
ドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属
元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ク
ロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。正極集電体105は、
箔状、板状(シート状)、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を
適宜用いることができる。
正極活物質層106には、正極活物質の他、導電助剤、バインダ(結着剤)を含有させ
てもよい。
てもよい。
正極活物質層106の正極活物質としては、LiFeO2、LiCoO2、LiNiO
2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等の化合物を材料として用いるこ
とができる。
2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等の化合物を材料として用いるこ
とができる。
または、オリビン型構造のリチウム含有複合塩(一般式LiMPO4(Mは、Fe(I
I)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。
一般式LiMPO4の代表例としては、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO
4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaM
nbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<
a<1、0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4
、LiNicCodMnePO4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<
e<1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+iは1以下、0<f<1
、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等のリチウム化合物を活物質材料として用いる
ことができる。
I)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。
一般式LiMPO4の代表例としては、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO
4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaM
nbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<
a<1、0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4
、LiNicCodMnePO4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<
e<1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+iは1以下、0<f<1
、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等のリチウム化合物を活物質材料として用いる
ことができる。
または、一般式Li2MSiO4(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)
、Ni(II)の一以上)等のリチウム含有複合塩を用いることができる。一般式Li2
MSiO4の代表例としては、Li2FeSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoS
iO4、Li2MnSiO4、Li2FekNilSiO4、Li2FekColSiO
4、Li2FekMnlSiO4、Li2NikColSiO4、Li2NikMnlS
iO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li2FemNinCoqSiO
4、Li2FemNinMnqSiO4、Li2NimConMnqSiO4(m+n+
qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li2FerNisCotMnu
SiO4(r+s+t+uは1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1
)等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
、Ni(II)の一以上)等のリチウム含有複合塩を用いることができる。一般式Li2
MSiO4の代表例としては、Li2FeSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoS
iO4、Li2MnSiO4、Li2FekNilSiO4、Li2FekColSiO
4、Li2FekMnlSiO4、Li2NikColSiO4、Li2NikMnlS
iO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li2FemNinCoqSiO
4、Li2FemNinMnqSiO4、Li2NimConMnqSiO4(m+n+
qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li2FerNisCotMnu
SiO4(r+s+t+uは1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1
)等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類
金属イオンの場合、正極活物質層106として、上記リチウム化合物およびリチウム含有
複合塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等
)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、
マグネシウム等)を用いてもよい。
金属イオンの場合、正極活物質層106として、上記リチウム化合物およびリチウム含有
複合塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等
)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、
マグネシウム等)を用いてもよい。
また、正極活物質層106は、正極集電体105上に直接接して形成する場合に限らな
い。正極集電体105と正極活物質層106との間に、正極集電体105と正極活物質層
106との密着性の向上を目的とした密着層や、正極集電体105の表面の凹凸形状を緩
和するための平坦化層、放熱のための放熱層、正極集電体105または正極活物質層10
6の応力を緩和するための応力緩和層等の機能層を、金属等の導電性材料を用いて形成し
てもよい。
い。正極集電体105と正極活物質層106との間に、正極集電体105と正極活物質層
106との密着性の向上を目的とした密着層や、正極集電体105の表面の凹凸形状を緩
和するための平坦化層、放熱のための放熱層、正極集電体105または正極活物質層10
6の応力を緩和するための応力緩和層等の機能層を、金属等の導電性材料を用いて形成し
てもよい。
図2(B)は、正極活物質層106の平面図である。正極活物質層106として、キャ
リアイオンの吸蔵放出が可能な粒子状の正極活物質153を用いている。また、当該正極
活物質153の複数を覆いつつ、当該正極活物質153が内部に詰められたグラフェン1
54を含有する例である。複数の正極活物質153の表面を異なるグラフェン154が覆
う。また、一部において、正極活物質153が露出していてもよい。
リアイオンの吸蔵放出が可能な粒子状の正極活物質153を用いている。また、当該正極
活物質153の複数を覆いつつ、当該正極活物質153が内部に詰められたグラフェン1
54を含有する例である。複数の正極活物質153の表面を異なるグラフェン154が覆
う。また、一部において、正極活物質153が露出していてもよい。
正極活物質153の粒径は、20nm以上100nm以下が好ましい。なお、正極活物
質153内を電子が移動するため、正極活物質153の粒径はより小さい方が好ましい。
質153内を電子が移動するため、正極活物質153の粒径はより小さい方が好ましい。
また、正極活物質153の表面にグラファイト層が被覆されていなくとも十分な特性が
得られるが、グラファイト層が被覆されている正極活物質とグラフェンを共に用いると、
キャリアが正極活物質間をホッピングし、電流が流れるためより好ましい。
得られるが、グラファイト層が被覆されている正極活物質とグラフェンを共に用いると、
キャリアが正極活物質間をホッピングし、電流が流れるためより好ましい。
図2(C)は、図2(B)の正極活物質層106の一部における断面図である。正極活
物質153、および該正極活物質153を覆うグラフェン154を有する。グラフェン1
54は断面図においては線状で観察される。複数の正極活物質は、同一のグラフェンまた
は複数のグラフェンの間の間に挟まれるように設けられる。なお、グラフェンは袋状にな
っており、複数の正極活物質をその内部に包み込む場合がある。また、グラフェンに覆わ
れず、一部の正極活物質が露出している場合がある。
物質153、および該正極活物質153を覆うグラフェン154を有する。グラフェン1
54は断面図においては線状で観察される。複数の正極活物質は、同一のグラフェンまた
は複数のグラフェンの間の間に挟まれるように設けられる。なお、グラフェンは袋状にな
っており、複数の正極活物質をその内部に包み込む場合がある。また、グラフェンに覆わ
れず、一部の正極活物質が露出している場合がある。
正極活物質層106の厚さは、20μm以上100μm以下の間で所望の厚さを選択す
る。なお、クラックや剥離が生じないように、正極活物質層106の厚さを適宜調整する
ことが好ましい。
る。なお、クラックや剥離が生じないように、正極活物質層106の厚さを適宜調整する
ことが好ましい。
なお、正極活物質層106は、グラフェンの体積の0.1倍以上10倍以下のアセチレ
ンブラック粒子や1次元の拡がりを有するカーボンナノファイバー等のカーボン粒子など
、公知の導電助剤を有してもよい。
ンブラック粒子や1次元の拡がりを有するカーボンナノファイバー等のカーボン粒子など
、公知の導電助剤を有してもよい。
なお、正極活物質の材料によっては、キャリアとなるイオンの吸蔵により体積が膨張す
るものがある。このため、充放電により、正極活物質層が脆くなり、正極活物質層の一部
が崩落してしまい、この結果、蓄電装置の信頼性が低下する。しかしながら、正極活物質
が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフェンは正極活
物質の分散や正極活物質層の崩落を妨げることが可能である。即ち、グラフェンは、充放
電にともない正極活物質の体積が増減しても、正極活物質同士の結合を維持する機能を有
する。
るものがある。このため、充放電により、正極活物質層が脆くなり、正極活物質層の一部
が崩落してしまい、この結果、蓄電装置の信頼性が低下する。しかしながら、正極活物質
が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフェンは正極活
物質の分散や正極活物質層の崩落を妨げることが可能である。即ち、グラフェンは、充放
電にともない正極活物質の体積が増減しても、正極活物質同士の結合を維持する機能を有
する。
また、グラフェン154は、複数の正極活物質と接しており、導電助剤としても機能す
る。また、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な正極活物質を保持する機能を有する。この
ため、正極活物質層にバインダを混合する必要がなく、正極活物質層当たりの正極活物質
量を増加させることが可能であり、非水系二次電池の放電容量を高めることができる。
る。また、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な正極活物質を保持する機能を有する。この
ため、正極活物質層にバインダを混合する必要がなく、正極活物質層当たりの正極活物質
量を増加させることが可能であり、非水系二次電池の放電容量を高めることができる。
次に、正極活物質層106の製造方法について説明する。
まず、粒子状の正極活物質および酸化グラフェンを含むスラリーを形成する。次に、正
極集電体105上に、当該スラリーを塗布した後、還元雰囲気での加熱により還元処理を
行って、正極活物質を焼成すると共に、酸化グラフェンに含まれる酸素を脱離させ、グラ
フェンを形成する。なお、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されず、一部の酸素
はグラフェンに残存する。以上の工程により、正極集電体105上に正極活物質層106
を形成することができる。この結果、正極活物質層106の導電性が高まる。
極集電体105上に、当該スラリーを塗布した後、還元雰囲気での加熱により還元処理を
行って、正極活物質を焼成すると共に、酸化グラフェンに含まれる酸素を脱離させ、グラ
フェンを形成する。なお、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されず、一部の酸素
はグラフェンに残存する。以上の工程により、正極集電体105上に正極活物質層106
を形成することができる。この結果、正極活物質層106の導電性が高まる。
酸化グラフェンは酸素を含むため、極性溶媒中では負に帯電する。この結果、酸化グラ
フェンは極性溶媒内で互いに分散する。このため、スラリーに含まれる正極活物質が凝集
しにくくなり、凝集による正極活物質の粒径の増大を低減することができる。このため、
正極活物質内の電子の移動が容易となり、正極活物質層の導電性を高めることができる。
フェンは極性溶媒内で互いに分散する。このため、スラリーに含まれる正極活物質が凝集
しにくくなり、凝集による正極活物質の粒径の増大を低減することができる。このため、
正極活物質内の電子の移動が容易となり、正極活物質層の導電性を高めることができる。
次に、負極107の構成について説明する。
図3(A)は負極107の断面図である。負極107は、負極集電体108と、負極集
電体108に設けられた負極活物質層109と、を有する。
電体108に設けられた負極活物質層109と、を有する。
負極集電体108としては、リチウム等のキャリアイオンと合金化することがない、導
電性の高い材料により構成される。例えば、ステンレス、鉄、銅、ニッケル、またはチタ
ンを用いることができる。また、負極集電体108は、箔状、板状(シート状)、網状、
パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極集
電体108は、厚みが10μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
電性の高い材料により構成される。例えば、ステンレス、鉄、銅、ニッケル、またはチタ
ンを用いることができる。また、負極集電体108は、箔状、板状(シート状)、網状、
パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極集
電体108は、厚みが10μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
負極活物質層109には、キャリアイオンの吸蔵放出が可能であれば特に限定されるも
のではなく、例えば、リチウム金属、炭素系材料、シリコン、シリコン合金、スズなどが
ある。また、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な炭素系材料としては、非晶質若し
くは結晶性を有する炭素材料、例えば、粉末状若しくは繊維状の黒鉛を用いることができ
る。
のではなく、例えば、リチウム金属、炭素系材料、シリコン、シリコン合金、スズなどが
ある。また、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な炭素系材料としては、非晶質若し
くは結晶性を有する炭素材料、例えば、粉末状若しくは繊維状の黒鉛を用いることができ
る。
図3(B)を用いて、負極活物質層109を説明する。図3(B)は負極活物質層10
9の一部における断面である。負極活物質層109は、負極活物質163と、導電助剤1
64と、バインダ(図示せず)を有する。粒状の負極活物質163は、表面の一部に無機
化合物膜を有する。
9の一部における断面である。負極活物質層109は、負極活物質163と、導電助剤1
64と、バインダ(図示せず)を有する。粒状の負極活物質163は、表面の一部に無機
化合物膜を有する。
導電助剤164は負極活物質163間や負極活物質163と負極集電体108との導電
性を向上させるものであり、負極活物質層109に添加することが好ましい。導電助剤1
64としては比表面積が大きい材料が望ましく、アセチレンブラック(AB)等を用いる
とよい。また、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェンまたは多層グラフェン、
といった炭素材料を用いることもできる。なお、一例としてグラフェンを用いる場合につ
いては後述する。
性を向上させるものであり、負極活物質層109に添加することが好ましい。導電助剤1
64としては比表面積が大きい材料が望ましく、アセチレンブラック(AB)等を用いる
とよい。また、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェンまたは多層グラフェン、
といった炭素材料を用いることもできる。なお、一例としてグラフェンを用いる場合につ
いては後述する。
また、バインダは負極活物質、導電助剤、また、集電体を結着するものであればよい。
バインダとして、例えばポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、ス
チレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。
バインダとして、例えばポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、ス
チレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリアミド、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。
負極107は、以下のように作製する。まず、上記列挙した材料で形成された粒状の負
極活物質を、ポリフッ化ビニリデン等のフッ化ビニリデン系重合体等を溶かしたNMP(
N−メチルピロリドン)等の溶媒に混合し、スラリーを形成する。
極活物質を、ポリフッ化ビニリデン等のフッ化ビニリデン系重合体等を溶かしたNMP(
N−メチルピロリドン)等の溶媒に混合し、スラリーを形成する。
次に、負極集電体108に、当該スラリーを塗布し乾燥させ、負極活物質層109を形
成する。この後、ロールプレス機を用いて圧延加工し、負極107が作製される。
成する。この後、ロールプレス機を用いて圧延加工し、負極107が作製される。
次に、負極活物質層109に添加する導電助剤としてグラフェンを用いた例について、
図3(C)および図3(D)を用いて説明する。
図3(C)および図3(D)を用いて説明する。
図3(C)は、グラフェンを用いた負極活物質層109の一部における平面図である。
負極活物質層109は、表面の一部に無機化合物膜を有する粒状の負極活物質163と、
粒状の負極活物質163の複数を覆いつつ、粒状の負極活物質163が内部に詰められた
グラフェン165を有する。また、負極活物質層109は、表面の一部に無機化合物膜を
有する粒状の負極活物質と、負極活物質の露出部、無機化合物膜、およびグラフェンに接
する被膜とを有する(図示しない)。図示していないバインダについては、添加してもよ
いが、グラフェン165が互いに結着することでバインダとして十分機能を果たす程度に
含有される場合には、バインダの添加は必ずしも必要ではない。平面視の負極活物質層1
09は、複数の負極活物質層109の表面を異なるグラフェン165が覆っている。なお
、一部において、負極活物質163が露出していてもよい。
負極活物質層109は、表面の一部に無機化合物膜を有する粒状の負極活物質163と、
粒状の負極活物質163の複数を覆いつつ、粒状の負極活物質163が内部に詰められた
グラフェン165を有する。また、負極活物質層109は、表面の一部に無機化合物膜を
有する粒状の負極活物質と、負極活物質の露出部、無機化合物膜、およびグラフェンに接
する被膜とを有する(図示しない)。図示していないバインダについては、添加してもよ
いが、グラフェン165が互いに結着することでバインダとして十分機能を果たす程度に
含有される場合には、バインダの添加は必ずしも必要ではない。平面視の負極活物質層1
09は、複数の負極活物質層109の表面を異なるグラフェン165が覆っている。なお
、一部において、負極活物質163が露出していてもよい。
図3(D)は、図3(C)の負極活物質層109の一部における断面図である。負極活
物質163、および負極活物質層109の平面視において負極活物質163を覆っている
グラフェン165が図示されている。断面図において、グラフェン165は線状に観察さ
れる。同一のグラフェンまたは複数のグラフェンは複数の負極活物質163に重畳する、
または、同一のグラフェンまたは複数のグラフェンにより、複数の負極活物質163を内
在する。なお、グラフェン165は袋状になっており、該内部において、複数の負極活物
質を内包する場合がある。また、グラフェン165は、一部開放部があり、当該領域にお
いて、負極活物質163が露出している場合がある。
物質163、および負極活物質層109の平面視において負極活物質163を覆っている
グラフェン165が図示されている。断面図において、グラフェン165は線状に観察さ
れる。同一のグラフェンまたは複数のグラフェンは複数の負極活物質163に重畳する、
または、同一のグラフェンまたは複数のグラフェンにより、複数の負極活物質163を内
在する。なお、グラフェン165は袋状になっており、該内部において、複数の負極活物
質を内包する場合がある。また、グラフェン165は、一部開放部があり、当該領域にお
いて、負極活物質163が露出している場合がある。
負極活物質層109の厚さは、20μm以上150μm以下の間で所望の厚さを選択す
る。
る。
なお、負極活物質層109にリチウムをプレドープしてもよい。リチウムのプレドープ
方法としては、スパッタリング法により負極活物質層109表面にリチウム層を形成して
もよい。または、負極活物質層109の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層
109にリチウムをプレドープすることができる。
方法としては、スパッタリング法により負極活物質層109表面にリチウム層を形成して
もよい。または、負極活物質層109の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層
109にリチウムをプレドープすることができる。
なお、負極活物質163においては、キャリアイオンの吸蔵により体積が膨張するもの
がある。このため、充放電により、負極活物質層が脆くなり、負極活物質層の一部が崩壊
してしまうことで、サイクル特性等の蓄電装置の信頼性が低下する。しかしながら、負極
活物質が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフェンは
負極活物質の分散や負極活物質層の崩落を妨げることが可能である。即ち、グラフェンは
、充放電にともない負極活物質の体積が増減しても、負極活物質同士の結合を維持する機
能を有する。
がある。このため、充放電により、負極活物質層が脆くなり、負極活物質層の一部が崩壊
してしまうことで、サイクル特性等の蓄電装置の信頼性が低下する。しかしながら、負極
活物質が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフェンは
負極活物質の分散や負極活物質層の崩落を妨げることが可能である。即ち、グラフェンは
、充放電にともない負極活物質の体積が増減しても、負極活物質同士の結合を維持する機
能を有する。
つまり、負極活物質層109を形成する際にバインダを用いる必要が無く、一定重量(
一定体積)の負極活物質層109において、負極活物質量を増加させることが可能である
。従って、電極重量(電極体積)あたりの充放電容量を増大させることができる。
一定体積)の負極活物質層109において、負極活物質量を増加させることが可能である
。従って、電極重量(電極体積)あたりの充放電容量を増大させることができる。
また、グラフェン165は導電性を有しており、且つ複数の負極活物質163と接して
いるため導電助剤としても機能する。つまり、負極活物質層109を形成する際に導電助
剤を用いる必要がなく、一定重量(一定体積)の負極活物質層109において、負極活物
質量を増加させることが可能である。従って、電極重量(電極体積)あたりの充放電容量
を増大させることができる。
いるため導電助剤としても機能する。つまり、負極活物質層109を形成する際に導電助
剤を用いる必要がなく、一定重量(一定体積)の負極活物質層109において、負極活物
質量を増加させることが可能である。従って、電極重量(電極体積)あたりの充放電容量
を増大させることができる。
また、グラフェン165は、負極活物質層109に効率良く且つ十分な電子伝導の経路
を形成するため、蓄電装置用負極の導電性を向上させることができる。
を形成するため、蓄電装置用負極の導電性を向上させることができる。
なお、グラフェン165は、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質としても機
能するため、後に形成される蓄電装置用負極の充電容量を向上させることができる。
能するため、後に形成される蓄電装置用負極の充電容量を向上させることができる。
次に、図3(C)および図3(D)に示す負極活物質層109の作製方法について説明
する。
する。
まず、粒状の負極活物質163と、酸化グラフェンを含む分散液を用いて混練し、スラ
リーを形成する。
リーを形成する。
次に、負極集電体108上に、上記スラリーを塗布する。次に、一定時間、真空乾燥を
行って負極集電体108上に塗工したスラリーから溶媒を除去する。この後、ロールプレ
ス機により圧延加工する。
行って負極集電体108上に塗工したスラリーから溶媒を除去する。この後、ロールプレ
ス機により圧延加工する。
その後、電気エネルギーを用いた酸化グラフェンの電気化学的な還元や、加熱処理によ
る酸化グラフェンの熱的な還元によって、グラフェン165を生成する。特に、電気化学
的な還元処理を行った場合、加熱処理によって形成したグラフェンに比べてπ結合である
二重結合の炭素−炭素結合を有する割合が増大するため、導電性の高いグラフェン165
を形成することができる。以上の工程により、負極集電体108にグラフェンを導電助剤
として用いた負極活物質層109を形成することができ、負極107を作製することがで
きる。
る酸化グラフェンの熱的な還元によって、グラフェン165を生成する。特に、電気化学
的な還元処理を行った場合、加熱処理によって形成したグラフェンに比べてπ結合である
二重結合の炭素−炭素結合を有する割合が増大するため、導電性の高いグラフェン165
を形成することができる。以上の工程により、負極集電体108にグラフェンを導電助剤
として用いた負極活物質層109を形成することができ、負極107を作製することがで
きる。
以上の工程により、負極集電体108にグラフェンを導電助剤として用いた負極活物質
層109を形成することができ、負極107を製造することができる。
層109を形成することができ、負極107を製造することができる。
これら正極104、負極107およびセパレータ110を電解液であるイオン液体に含
浸させ、図1(B)に示すように、保護部材111で被覆された正極缶101を下にして
正極104、セパレータ110、負極107、負極缶102をこの順で積層し、正極缶1
01と負極缶102とをガスケット103を介して圧着する。または、保護部材111が
正極缶101と分離されている場合は、正極缶101を下にして保護部材111、正極1
04、セパレータ110、負極107、負極缶102をこの順で積層し、正極缶101と
負極缶102とをガスケット103を介して圧着する。このようにすることで、イオン液
体中での正極集電体105の溶出を防ぐことができ、安全でかつ、よりサイクル寿命を向
上させたコイン型の蓄電装置100を作製できる。
浸させ、図1(B)に示すように、保護部材111で被覆された正極缶101を下にして
正極104、セパレータ110、負極107、負極缶102をこの順で積層し、正極缶1
01と負極缶102とをガスケット103を介して圧着する。または、保護部材111が
正極缶101と分離されている場合は、正極缶101を下にして保護部材111、正極1
04、セパレータ110、負極107、負極缶102をこの順で積層し、正極缶101と
負極缶102とをガスケット103を介して圧着する。このようにすることで、イオン液
体中での正極集電体105の溶出を防ぐことができ、安全でかつ、よりサイクル寿命を向
上させたコイン型の蓄電装置100を作製できる。
(実施の形態2)
本発明の一態様に係る他の蓄電装置の構造について、図面を用いてして説明する。以下
、蓄電装置の一例として、リチウムイオン二次電池の場合について説明する。
本発明の一態様に係る他の蓄電装置の構造について、図面を用いてして説明する。以下
、蓄電装置の一例として、リチウムイオン二次電池の場合について説明する。
円筒型の蓄電装置の一例について、図4を参照して説明する。円筒型の蓄電装置300
は、図4(A)に示すように、上面に外装体である正極キャップ301(電池蓋ともいう
)を有し、側面および底面に外装体である電池缶302を有している。これら正極キャッ
プ301と電池缶302とは、ガスケット310(絶縁パッキンともいう)によって絶縁
されている。
は、図4(A)に示すように、上面に外装体である正極キャップ301(電池蓋ともいう
)を有し、側面および底面に外装体である電池缶302を有している。これら正極キャッ
プ301と電池缶302とは、ガスケット310(絶縁パッキンともいう)によって絶縁
されている。
図4(B)は、円筒型の蓄電装置の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池
缶302の内側には、帯状の正極304と負極306とがセパレータ305を間に挟んで
捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に
捲回されている。電池缶302は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶302に
は、二次電池の充放電時において電解液などの液体に対して耐腐食性を有するニッケル、
アルミニウム、チタン等の金属、当該金属の合金、当該金属と他の金属との合金(例えば
、ステンレスなど)、当該金属の積層、当該金属と前掲した合金との積層(例えば、ステ
ンレス\アルミニウムなど)、当該金属と他の金属との積層(例えば、ニッケル\鉄\ニ
ッケルなど)を用いることができる。電池缶302の内側において、正極、負極、および
セパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板308、絶縁板309により
挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶302の内部は、電解液(図示せず)
が注入されている。また、蓄電装置を逆さにするときや注入するときに電解液に、正極端
子303や安全弁機構312が浸ることがある。電解液は、コイン型の蓄電装置と同様の
ものを用いることができる。
缶302の内側には、帯状の正極304と負極306とがセパレータ305を間に挟んで
捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に
捲回されている。電池缶302は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶302に
は、二次電池の充放電時において電解液などの液体に対して耐腐食性を有するニッケル、
アルミニウム、チタン等の金属、当該金属の合金、当該金属と他の金属との合金(例えば
、ステンレスなど)、当該金属の積層、当該金属と前掲した合金との積層(例えば、ステ
ンレス\アルミニウムなど)、当該金属と他の金属との積層(例えば、ニッケル\鉄\ニ
ッケルなど)を用いることができる。電池缶302の内側において、正極、負極、および
セパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板308、絶縁板309により
挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶302の内部は、電解液(図示せず)
が注入されている。また、蓄電装置を逆さにするときや注入するときに電解液に、正極端
子303や安全弁機構312が浸ることがある。電解液は、コイン型の蓄電装置と同様の
ものを用いることができる。
正極304および負極306は、上述したコイン型の蓄電装置の正極および負極と同様
に製造すればよいが、円筒型の蓄電装置に用いる正極および負極は捲回するため、集電体
の両面に活物質を形成する点において異なる。正極304には正極集電体の一部である正
極端子303(正極集電リードともいう)が接続され、負極306には負極集電体の一部
である負極端子307(負極集電リードともいう)が接続される。正極端子303および
負極端子307は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子
303は安全弁機構312に、負極端子307は電池缶302の底にそれぞれ抵抗溶接さ
れる。また、正極キャップ301および安全弁機構312は、ともにステンレス鋼を用い
ることができる。また、板状の保護部材311は、安全弁機構312と正極端子303と
の間に設けられている。安全弁機構312は、PTC素子(Positive Temp
erature Coefficient)313を介して正極キャップ301と電気的
に接続されている。安全弁機構312は電池の内圧の上昇が所定のしきい値を超えた場合
に、正極キャップ301と正極304との電気的な接続を切断するものである。また、P
TC素子313は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大
により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリ
ウム(BaTiO3)系半導体セラミックス等を用いることができる。
に製造すればよいが、円筒型の蓄電装置に用いる正極および負極は捲回するため、集電体
の両面に活物質を形成する点において異なる。正極304には正極集電体の一部である正
極端子303(正極集電リードともいう)が接続され、負極306には負極集電体の一部
である負極端子307(負極集電リードともいう)が接続される。正極端子303および
負極端子307は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子
303は安全弁機構312に、負極端子307は電池缶302の底にそれぞれ抵抗溶接さ
れる。また、正極キャップ301および安全弁機構312は、ともにステンレス鋼を用い
ることができる。また、板状の保護部材311は、安全弁機構312と正極端子303と
の間に設けられている。安全弁機構312は、PTC素子(Positive Temp
erature Coefficient)313を介して正極キャップ301と電気的
に接続されている。安全弁機構312は電池の内圧の上昇が所定のしきい値を超えた場合
に、正極キャップ301と正極304との電気的な接続を切断するものである。また、P
TC素子313は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大
により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリ
ウム(BaTiO3)系半導体セラミックス等を用いることができる。
なお、本実施の形態では、蓄電装置として、円筒型の蓄電装置を示したが、その他の封
止型蓄電装置、角型蓄電装置など様々な形状の蓄電装置を用いることができる。また、正
極、負極、およびセパレータが複数積層された構造、正極、負極、およびセパレータが捲
回された構造であってもよい。
止型蓄電装置、角型蓄電装置など様々な形状の蓄電装置を用いることができる。また、正
極、負極、およびセパレータが複数積層された構造、正極、負極、およびセパレータが捲
回された構造であってもよい。
本実施の形態で示す蓄電装置300の電解液には、イオン液体が適用され、外装体であ
る正極キャップと電気的に接続する安全弁機構および正極端子の間に保護部材が設けられ
ている。そのため、イオン液体中での正極の溶出を防ぐことができ、安全でかつ、よりサ
イクル寿命を向上させた蓄電装置を作製できる。
る正極キャップと電気的に接続する安全弁機構および正極端子の間に保護部材が設けられ
ている。そのため、イオン液体中での正極の溶出を防ぐことができ、安全でかつ、よりサ
イクル寿命を向上させた蓄電装置を作製できる。
以上、本発明の一態様により、高性能な蓄電装置を提供することができる。なお、本実
施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した蓄電装置とは構成が異なる蓄電装置につ
いて説明する。具体的にはリチウムイオンキャパシタおよび電気二重層キャパシタ(ED
LC)を例に説明する。
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した蓄電装置とは構成が異なる蓄電装置につ
いて説明する。具体的にはリチウムイオンキャパシタおよび電気二重層キャパシタ(ED
LC)を例に説明する。
リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタの正極に、炭素材料を用いたリチ
ウムイオン二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の
蓄電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により
充放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。この負極活
物質である炭素材料等に予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活
性炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。
ウムイオン二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の
蓄電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により
充放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。この負極活
物質である炭素材料等に予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活
性炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。
リチウムイオンキャパシタは、先の実施の形態で示した蓄電装置の正極活物質層に代え
て、リチウムイオンおよびアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持できる材料を用いれ
ばよい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体
(PAS)等が挙げられる。
て、リチウムイオンおよびアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持できる材料を用いれ
ばよい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体
(PAS)等が挙げられる。
リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返
し利用による寿命も長い。
し利用による寿命も長い。
このようなリチウムイオンキャパシタの電解液に、イオン液体を用いることで、低温環
境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能なリチウムイオンキャパシタを作製できる。
さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制されたリチウムイオンキャパシタを作製でき
る。
境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能なリチウムイオンキャパシタを作製できる。
さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制されたリチウムイオンキャパシタを作製でき
る。
なお、電気二重層キャパシタの場合、正極活物質層および負極活物質層として、活性炭
、導電性高分子、ポリアセン有機半導体(PAS)などを用いることができる。また、電
気二重層キャパシタの電解液は、塩を用いず、イオン液体のみで構成することができる。
このようにすることで、低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な電気二重層
キャパシタを作製できる。さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制された電気二重層
キャパシタを作製できる。
、導電性高分子、ポリアセン有機半導体(PAS)などを用いることができる。また、電
気二重層キャパシタの電解液は、塩を用いず、イオン液体のみで構成することができる。
このようにすることで、低温環境下でも動作し、幅広い温度範囲で動作可能な電気二重層
キャパシタを作製できる。さらに、低温環境下での電池特性劣化が抑制された電気二重層
キャパシタを作製できる。
以上、本発明の一態様により、高性能な蓄電装置を作製することができる。なお、本実
施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能であ
る。
(実施の形態4)
本発明の一態様である蓄電装置は、電力により駆動する様々な電気機器の電源として用
いることができる。
本発明の一態様である蓄電装置は、電力により駆動する様々な電気機器の電源として用
いることができる。
本発明の一態様である蓄電装置を用いた電気機器の具体例として、表示装置、照明装置
、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ブルーレイディスク(Bl
u−ray Disc)(登録商標)などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生
する画像再生装置、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、電子書
籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器
、電気洗濯機、エアコンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷
凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力
を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上
記移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車(ハ
イブリッドカー)、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。
、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ブルーレイディスク(Bl
u−ray Disc)(登録商標)などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生
する画像再生装置、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、電子書
籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器
、電気洗濯機、エアコンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷
凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、透析装置などが挙げられる。また、蓄電装置からの電力
を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上
記移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車(ハ
イブリッドカー)、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。
なお、上記電気機器は、消費電力の殆ど全てを賄うための蓄電装置(主電源と呼ぶ)と
して、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上
記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行う
ことができる蓄電装置(無停電電源と呼ぶ)として、本発明の一態様である蓄電装置を用
いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電気機器への電
力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置(補助電源と呼ぶ)
として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。
して、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、上
記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行う
ことができる蓄電装置(無停電電源と呼ぶ)として、本発明の一態様である蓄電装置を用
いることができる。また、上記電気機器は、上記主電源や商用電源からの電気機器への電
力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置(補助電源と呼ぶ)
として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることができる。
図5に上記電気機器の具体的な構成を示す。図5において、表示装置5000は、蓄電
装置5004を用いた電気機器の一例である。具体的に、表示装置5000は、TV放送
受信用の表示装置に相当し、筐体5001、表示部5002、スピーカー部5003、蓄
電装置5004等を有する。蓄電装置5004は、筐体5001の内部に設けられている
。表示装置5000は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置50
04に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力
の供給が受けられない時でも、蓄電装置5004を無停電電源として用いることで、表示
装置5000の利用が可能となる。
装置5004を用いた電気機器の一例である。具体的に、表示装置5000は、TV放送
受信用の表示装置に相当し、筐体5001、表示部5002、スピーカー部5003、蓄
電装置5004等を有する。蓄電装置5004は、筐体5001の内部に設けられている
。表示装置5000は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置50
04に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力
の供給が受けられない時でも、蓄電装置5004を無停電電源として用いることで、表示
装置5000の利用が可能となる。
表示部5002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発
光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Dev
ice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Dev
ice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用な
ど、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
ど、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図5において、据え付け型の照明装置5100は、蓄電装置5103を用いた電気機器
の一例である。具体的に、照明装置5100は、筐体5101、光源5102、蓄電装置
5103等を有する。図5では、蓄電装置5103が、筐体5101および光源5102
が据え付けられた天井5104の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置
5103は、筐体5101の内部に設けられていても良い。照明装置5100は、商用電
源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置5103に蓄積された電力を用いる
こともできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、
蓄電装置5103を無停電電源として用いることで、照明装置5100の利用が可能とな
る。
の一例である。具体的に、照明装置5100は、筐体5101、光源5102、蓄電装置
5103等を有する。図5では、蓄電装置5103が、筐体5101および光源5102
が据え付けられた天井5104の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置
5103は、筐体5101の内部に設けられていても良い。照明装置5100は、商用電
源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置5103に蓄積された電力を用いる
こともできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、
蓄電装置5103を無停電電源として用いることで、照明装置5100の利用が可能とな
る。
なお、図5では天井5104に設けられた据え付け型の照明装置5100を例示してい
るが、本発明の一態様である蓄電装置は、天井5104以外、例えば側壁5105、床5
106、窓5107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上
型の照明装置などに用いることもできる。
るが、本発明の一態様である蓄電装置は、天井5104以外、例えば側壁5105、床5
106、窓5107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上
型の照明装置などに用いることもできる。
また、光源5102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることがで
きる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発
光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
きる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発
光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
図5において、室内機5200および室外機5204を有するエアコンディショナーは
、蓄電装置5203を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機5200は、筐体
5201、送風口5202、蓄電装置5203等を有する。図5では、蓄電装置5203
が、室内機5200に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置5203は室外機
5204に設けられていてもよい。或いは、室内機5200と室外機5204の両方に、
蓄電装置5203が設けられていてもよい。エアコンディショナーは、商用電源から電力
の供給を受けることもできるし、蓄電装置5203に蓄積された電力を用いることもでき
る。特に、室内機5200と室外機5204の両方に蓄電装置5203が設けられている
場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様で
ある蓄電装置5203を無停電電源として用いることでエアコンディショナーの利用が可
能となる。
、蓄電装置5203を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機5200は、筐体
5201、送風口5202、蓄電装置5203等を有する。図5では、蓄電装置5203
が、室内機5200に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置5203は室外機
5204に設けられていてもよい。或いは、室内機5200と室外機5204の両方に、
蓄電装置5203が設けられていてもよい。エアコンディショナーは、商用電源から電力
の供給を受けることもできるし、蓄電装置5203に蓄積された電力を用いることもでき
る。特に、室内機5200と室外機5204の両方に蓄電装置5203が設けられている
場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様で
ある蓄電装置5203を無停電電源として用いることでエアコンディショナーの利用が可
能となる。
なお、図5では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを
例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコン
ディショナーに、本発明の一態様である蓄電装置を用いることもできる。
例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコン
ディショナーに、本発明の一態様である蓄電装置を用いることもできる。
図5において、電気冷凍冷蔵庫5300は、蓄電装置5304を用いた電気機器の一例
である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫5300は、筐体5301、冷蔵室用扉5302、冷
凍室用扉5303、蓄電装置5304等を有する。図5では、蓄電装置5304が、筐体
5301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫5300は、商用電源から電力の供給
を受けることもできるし、蓄電装置5304に蓄積された電力を用いることもできる。よ
って、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置5304
を無停電電源として用いることで電気冷凍冷蔵庫5300の利用が可能となる。
である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫5300は、筐体5301、冷蔵室用扉5302、冷
凍室用扉5303、蓄電装置5304等を有する。図5では、蓄電装置5304が、筐体
5301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫5300は、商用電源から電力の供給
を受けることもできるし、蓄電装置5304に蓄積された電力を用いることもできる。よ
って、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電装置5304
を無停電電源として用いることで電気冷凍冷蔵庫5300の利用が可能となる。
なお、上述した電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電
気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補
助するための補助電源として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることで電気機器の
使用時に商用電源の規定電力量を超えることを抑制することができる。
気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補
助するための補助電源として、本発明の一態様である蓄電装置を用いることで電気機器の
使用時に商用電源の規定電力量を超えることを抑制することができる。
また、電気機器が使用されない時間帯、特に商用電源の供給元が供給可能な総電力量の
うち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、蓄電
装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑える
ことができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫5300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉530
2、冷凍室用扉5303の開閉が行われない夜間において、蓄電装置5304に電力を蓄
える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉5302、冷凍室用扉5303の開閉が行わ
れる昼間において、蓄電装置5304を補助電源として用いることで昼間の電力使用率を
低く抑えることができる。
うち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、蓄電
装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑える
ことができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫5300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉530
2、冷凍室用扉5303の開閉が行われない夜間において、蓄電装置5304に電力を蓄
える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉5302、冷凍室用扉5303の開閉が行わ
れる昼間において、蓄電装置5304を補助電源として用いることで昼間の電力使用率を
低く抑えることができる。
また、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施するこ
とが可能である。
とが可能である。
(実施の形態5)
次に、本発明の一態様である蓄電装置を備えた電気機器の一例として、携帯情報端末に
ついて説明する。
次に、本発明の一態様である蓄電装置を備えた電気機器の一例として、携帯情報端末に
ついて説明する。
図6(A)に携帯情報端末650の表側の模式図を示す。図6(B)に携帯情報端末6
50の裏側の模式図を示す。携帯情報端末650は、筐体651、表示部652(表示部
652aおよび表示部652bを含む。)、電源スイッチ653、光センサ654、カメ
ラ用レンズ655、スピーカー656、マイクロフォン657および電源658を有する
。
50の裏側の模式図を示す。携帯情報端末650は、筐体651、表示部652(表示部
652aおよび表示部652bを含む。)、電源スイッチ653、光センサ654、カメ
ラ用レンズ655、スピーカー656、マイクロフォン657および電源658を有する
。
表示部652aおよび表示部652bはタッチパネルであり、文字入力を行うためのキ
ーボードボタンは必要に応じて表示させることでき、当該キーボードボタンに指やスタイ
ラスなどでふれることにより文字入力を行うことができる。また、当該キーボードボタン
を表示させず、指やスタイラスなどを用いて表示部652aに直接文字や図をかくことで
表示部652aにその文字や図を表示させることができる。
ーボードボタンは必要に応じて表示させることでき、当該キーボードボタンに指やスタイ
ラスなどでふれることにより文字入力を行うことができる。また、当該キーボードボタン
を表示させず、指やスタイラスなどを用いて表示部652aに直接文字や図をかくことで
表示部652aにその文字や図を表示させることができる。
また、表示部652bには携帯情報端末650で行うことができる機能が表示されてお
り、所望の機能を示すマーカーを指やスタイラスでふれることにより、携帯情報端末65
0は当該機能を実行する。例えば、マーカー659にふれることで電話としての機能を行
うことができるようになり、スピーカー656およびマイクロフォン657用いて通話す
ることができる。
り、所望の機能を示すマーカーを指やスタイラスでふれることにより、携帯情報端末65
0は当該機能を実行する。例えば、マーカー659にふれることで電話としての機能を行
うことができるようになり、スピーカー656およびマイクロフォン657用いて通話す
ることができる。
携帯情報端末650はジャイロ、加速度センサなど傾きを検出する検出装置(図示せず
)を内蔵している。そのため、筐体651を縦または横にすることで、表示部652aお
よび表示部652bにおいて縦表示または横表示などの表示方向を切り替えることができ
る。
)を内蔵している。そのため、筐体651を縦または横にすることで、表示部652aお
よび表示部652bにおいて縦表示または横表示などの表示方向を切り替えることができ
る。
また、携帯情報端末650には光センサ654が設けられており、携帯情報端末650
は、光センサ654で検出される外光の光量に応じて表示部652aおよび表示部652
bの輝度を最適に制御することができる。
は、光センサ654で検出される外光の光量に応じて表示部652aおよび表示部652
bの輝度を最適に制御することができる。
携帯情報端末650には電源658が設けられており、電源658は太陽電池660、
および充放電制御回路670を有する。なお、図6(C)では充放電制御回路670の一
例としてバッテリー671、DCDCコンバータ672、コンバータ673を有する構成
について示しており、バッテリー671は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を有して
いる。
および充放電制御回路670を有する。なお、図6(C)では充放電制御回路670の一
例としてバッテリー671、DCDCコンバータ672、コンバータ673を有する構成
について示しており、バッテリー671は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を有して
いる。
また、携帯情報端末650はこの他に、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など
)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に
表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プ
ログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。
)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に
表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プ
ログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。
携帯情報端末650に装着された太陽電池660によって、電力を表示部または映像信
号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池660は、筐体651の片面又は両
面に設けることができ、バッテリー671の充電を効率的に行う構成とすることができる
。なおバッテリー671としては、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いると、小型化を
図ることができるなどの利点がある。
号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池660は、筐体651の片面又は両
面に設けることができ、バッテリー671の充電を効率的に行う構成とすることができる
。なおバッテリー671としては、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いると、小型化を
図ることができるなどの利点がある。
また、図6(B)に示す充放電制御回路670の構成、および動作について図6(C)
に示したブロック図を用いて説明する。図6(C)には、太陽電池660、バッテリー6
71、DCDCコンバータ672、コンバータ673、スイッチSW1乃至SW3、表示
部652について示しており、バッテリー671、DCDCコンバータ672、コンバー
タ673、スイッチSW1乃至SW3が、図6(B)に示す充放電制御回路670に対応
する箇所となる。
に示したブロック図を用いて説明する。図6(C)には、太陽電池660、バッテリー6
71、DCDCコンバータ672、コンバータ673、スイッチSW1乃至SW3、表示
部652について示しており、バッテリー671、DCDCコンバータ672、コンバー
タ673、スイッチSW1乃至SW3が、図6(B)に示す充放電制御回路670に対応
する箇所となる。
まず、外光により太陽電池660により発電がされる場合の動作の例について説明する
。太陽電池660で発電した電力は、バッテリー671を充電するための電圧となるよう
DCDCコンバータ672で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部652の動作に
太陽電池660からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ6
73で表示部652に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部65
2での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー671
の充電を行う構成とすればよい。
。太陽電池660で発電した電力は、バッテリー671を充電するための電圧となるよう
DCDCコンバータ672で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部652の動作に
太陽電池660からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ6
73で表示部652に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部65
2での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー671
の充電を行う構成とすればよい。
なお、太陽電池660については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、
圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバ
ッテリー671の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受
信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成
としてもよい。
圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によるバ
ッテリー671の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受
信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成
としてもよい。
また、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図6
に示した携帯情報端末に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他
の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
に示した携帯情報端末に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他
の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態6)
さらに、電気機器の一例である移動体の例について、図7を用いて説明する。
さらに、電気機器の一例である移動体の例について、図7を用いて説明する。
先の実施の形態で説明した蓄電装置を制御用のバッテリーに用いることができる。制御
用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電を
することができる。なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供
給により充電をすることができる。
用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電を
することができる。なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供
給により充電をすることができる。
図7は、電気自動車の一例を示している。電気自動車680には、バッテリー681が
搭載されている。バッテリー681の電力は、制御回路682により出力が調整されて、
駆動装置683に供給される。制御回路682は、図示しないROM、RAM、CPU等
を有する処理装置684によって制御される。
搭載されている。バッテリー681の電力は、制御回路682により出力が調整されて、
駆動装置683に供給される。制御回路682は、図示しないROM、RAM、CPU等
を有する処理装置684によって制御される。
駆動装置683は、直流電動機若しくは交流電動機単体、または電動機と内燃機関と、
を組み合わせて構成される。処理装置684は、電気自動車680の運転者の操作情報(
加速、減速、停止など)や走行時の情報(上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負荷
情報など)の入力情報に基づき、制御回路682に制御信号を出力する。制御回路682
は、処理装置684の制御信号により、バッテリー681から供給される電気エネルギー
を調整して駆動装置683の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示し
ていないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
を組み合わせて構成される。処理装置684は、電気自動車680の運転者の操作情報(
加速、減速、停止など)や走行時の情報(上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負荷
情報など)の入力情報に基づき、制御回路682に制御信号を出力する。制御回路682
は、処理装置684の制御信号により、バッテリー681から供給される電気エネルギー
を調整して駆動装置683の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示し
ていないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
バッテリー681は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することが
できる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてバッテリー681に充電する。充電は
、AC/DCコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換
して行うことができる。バッテリー681として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載
することで、電池の高容量化などに寄与することができ、利便性を向上させることができ
る。また、バッテリー681の特性の向上により、バッテリー681自体を小型軽量化す
ることができれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。
できる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてバッテリー681に充電する。充電は
、AC/DCコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換
して行うことができる。バッテリー681として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載
することで、電池の高容量化などに寄与することができ、利便性を向上させることができ
る。また、バッテリー681の特性の向上により、バッテリー681自体を小型軽量化す
ることができれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。
なお、本発明の一態様は、上記実施の形態で説明した蓄電装置を具備していれば、図7
で示した電気自動車に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他の
実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
で示した電気自動車に限定されないことは言うまでもない。なお、本実施の形態は、他の
実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、外装体である正極缶と正極集電体との間に保護部材が接して設けられて
いるリチウムイオン二次電池と、正極缶と正極集電体とが直接接するリチウムイオン二次
電池との放電特性について比較した結果について説明する。
いるリチウムイオン二次電池と、正極缶と正極集電体とが直接接するリチウムイオン二次
電池との放電特性について比較した結果について説明する。
はじめに、本実施例で作製したリチウムイオン二次電池について図1を参照して説明す
る。
る。
正極104は正極集電体105であるアルミニウム箔と、厚さ約50μmの正極活物質
層106との積層構造とした。正極活物質層106はリン酸鉄(II)リチウム(LiF
ePO4)と、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダであるポリフッ化ビニリ
デンとを重量比85:8:7の割合で混合した混合物を用い、当該アルミニウム箔の片側
に形成した。なお、正極104において、LiFePO4の担持量は約6.0mg/cm
2とし、単極理論容量は約1.0mAh/cm2とした。
層106との積層構造とした。正極活物質層106はリン酸鉄(II)リチウム(LiF
ePO4)と、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダであるポリフッ化ビニリ
デンとを重量比85:8:7の割合で混合した混合物を用い、当該アルミニウム箔の片側
に形成した。なお、正極104において、LiFePO4の担持量は約6.0mg/cm
2とし、単極理論容量は約1.0mAh/cm2とした。
負極107は負極集電体108である銅箔と、厚さ約100μmの負極活物質層109
との積層構造とした。負極活物質層109は径が9μmのメソカーボンマイクロビーズ(
MCMB)粉末と、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダであるポリフッ化ビ
ニリデンとを重量比93:2:5の割合で混合した混合物を用い、当該銅箔の片側に形成
した。なお、負極107において、MCMBの担持量は約9.3mg/cm2とし、単極
理論容量は約3.5mAh/cm2とした。
との積層構造とした。負極活物質層109は径が9μmのメソカーボンマイクロビーズ(
MCMB)粉末と、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダであるポリフッ化ビ
ニリデンとを重量比93:2:5の割合で混合した混合物を用い、当該銅箔の片側に形成
した。なお、負極107において、MCMBの担持量は約9.3mg/cm2とし、単極
理論容量は約3.5mAh/cm2とした。
保護部材111は、正極缶が十分に被覆される厚さのアルミニウム膜を用いた。
電解液として、非水溶媒として下記の構造式で表されるP13−FSAを用い、リチウ
ム塩としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(以下、LiTFSA
と略記する)を用い、LiTFSAを1Mの割合でP13−FSAに溶解させた溶液を用
いた。
ム塩としてリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(以下、LiTFSA
と略記する)を用い、LiTFSAを1Mの割合でP13−FSAに溶解させた溶液を用
いた。
セパレータ110は、親水処理を施した厚さ約125μmのポリフッ化ビニリデン膜を
用いた。なお、セパレータは、上記電解液に含浸させて、セパレータ110に上記電解液
を含ませた。
用いた。なお、セパレータは、上記電解液に含浸させて、セパレータ110に上記電解液
を含ませた。
正極缶101および負極缶102はステンレス鋼(SUS)で形成されているものを用
いた。また、ガスケット103としてスペーサーやワッシャーを用いた。
いた。また、ガスケット103としてスペーサーやワッシャーを用いた。
図1に示したように、保護部材111が被覆された正極缶101と、正極104と、セ
パレータ110と、負極107と、ガスケット103と、負極缶102とを重ね、「コイ
ンかしめ機」で正極缶101と負極缶102とをかしめてコイン型リチウムイオン二次電
池を作製した。作製したコイン型リチウムイオン二次電池を試料1とする。
パレータ110と、負極107と、ガスケット103と、負極缶102とを重ね、「コイ
ンかしめ機」で正極缶101と負極缶102とをかしめてコイン型リチウムイオン二次電
池を作製した。作製したコイン型リチウムイオン二次電池を試料1とする。
また、試料1の保護部材111がなく、正極缶101と正極集電体105とが直接接す
るコイン型リチウムイオン二次電池を比較例1とする。なお、比較例1において、リチウ
ム塩の濃度など他の構成は試料1と同じであり、試料1と同様に作製した。
るコイン型リチウムイオン二次電池を比較例1とする。なお、比較例1において、リチウ
ム塩の濃度など他の構成は試料1と同じであり、試料1と同様に作製した。
試料1および比較例1の充放電特性について測定を行った。当該測定は充放電測定器(
東洋システム社製)を用い、試料1および比較例1を60℃に加熱保持した状態で行った
。また、当該測定の充放電は2.0V以上4.0V以下の範囲においておおよそ0.2C
のレートで充放電を行った(定電流充放電)。
東洋システム社製)を用い、試料1および比較例1を60℃に加熱保持した状態で行った
。また、当該測定の充放電は2.0V以上4.0V以下の範囲においておおよそ0.2C
のレートで充放電を行った(定電流充放電)。
図8は、試料1および比較例1のサイクル特性を示しており、縦軸は二次電池の放電容
量[mAh/g]を示し、横軸はサイクル数[回]を示す。太線は試料1の結果を示し、
細線は比較例1の結果を示す。
量[mAh/g]を示し、横軸はサイクル数[回]を示す。太線は試料1の結果を示し、
細線は比較例1の結果を示す。
測定の結果、比較例1の場合、サイクル数が250回を超えるとともに放電容量は急激
に低下し、劣化が著しい結果となった。
に低下し、劣化が著しい結果となった。
これに対し、試料1の二次電池においては、放電容量は低下の傾向はみせるものの、保
護部材を有さないものに比べて急激な容量の低下は見られず、劣化が十分に抑制されてい
ることがわかった。特に、環境温度60℃という条件下で劣化の抑制ができた。これによ
り、サイクル特性の向上が可能となった。
護部材を有さないものに比べて急激な容量の低下は見られず、劣化が十分に抑制されてい
ることがわかった。特に、環境温度60℃という条件下で劣化の抑制ができた。これによ
り、サイクル特性の向上が可能となった。
以上のことから、正極缶と正極集電体との間に保護部材が接して設けることで、異種金
属の接触による正極集電体の溶出を抑制し、リチウムイオン電池のサイクル特性を向上さ
せることができた。
属の接触による正極集電体の溶出を抑制し、リチウムイオン電池のサイクル特性を向上さ
せることができた。
100 蓄電装置
101 正極缶
102 負極缶
103 ガスケット
104 正極
105 正極集電体
106 正極活物質層
107 負極
108 負極集電体
109 負極活物質層
110 セパレータ
111 保護部材
153 正極活物質
154 グラフェン
163 負極活物質
164 導電助剤
165 グラフェン
300 蓄電装置
301 正極キャップ
302 電池缶
303 正極端子
304 正極
305 セパレータ
306 負極
307 負極端子
308 絶縁板
309 絶縁板
310 ガスケット
311 保護部材
312 安全弁機構
313 PTC素子
650 携帯情報端末
651 筐体
652 表示部
652a 表示部
652b 表示部
653 電源スイッチ
654 光センサ
655 カメラ用レンズ
656 スピーカー
657 マイクロフォン
658 電源
659 マーカー
660 太陽電池
670 充放電制御回路
671 バッテリー
672 DCDCコンバータ
673 コンバータ
680 電気自動車
681 バッテリー
682 制御回路
683 駆動装置
684 処理装置
5000 表示装置
5001 筐体
5002 表示部
5003 スピーカー部
5004 蓄電装置
5100 照明装置
5101 筐体
5102 光源
5103 蓄電装置
5104 天井
5105 側壁
5106 床
5107 窓
5200 室内機
5201 筐体
5202 送風口
5203 蓄電装置
5204 室外機
5300 電気冷凍冷蔵庫
5301 筐体
5302 冷蔵室用扉
5303 冷凍室用扉
5304 蓄電装置
101 正極缶
102 負極缶
103 ガスケット
104 正極
105 正極集電体
106 正極活物質層
107 負極
108 負極集電体
109 負極活物質層
110 セパレータ
111 保護部材
153 正極活物質
154 グラフェン
163 負極活物質
164 導電助剤
165 グラフェン
300 蓄電装置
301 正極キャップ
302 電池缶
303 正極端子
304 正極
305 セパレータ
306 負極
307 負極端子
308 絶縁板
309 絶縁板
310 ガスケット
311 保護部材
312 安全弁機構
313 PTC素子
650 携帯情報端末
651 筐体
652 表示部
652a 表示部
652b 表示部
653 電源スイッチ
654 光センサ
655 カメラ用レンズ
656 スピーカー
657 マイクロフォン
658 電源
659 マーカー
660 太陽電池
670 充放電制御回路
671 バッテリー
672 DCDCコンバータ
673 コンバータ
680 電気自動車
681 バッテリー
682 制御回路
683 駆動装置
684 処理装置
5000 表示装置
5001 筐体
5002 表示部
5003 スピーカー部
5004 蓄電装置
5100 照明装置
5101 筐体
5102 光源
5103 蓄電装置
5104 天井
5105 側壁
5106 床
5107 窓
5200 室内機
5201 筐体
5202 送風口
5203 蓄電装置
5204 室外機
5300 電気冷凍冷蔵庫
5301 筐体
5302 冷蔵室用扉
5303 冷凍室用扉
5304 蓄電装置
Claims (3)
- 外装体と、正極と、電解液と、を有し、
前記電解液の溶媒は、イオン液体からなり、
前記イオン液体は、式(G1)であらわされ、
前記正極に含まれる正極集電体と、前記外装体とは、保護部材を介して電気的に接続され、
前記正極集電体は、アルミニウムを含み、
前記外装体は、鉄またはニッケルを含み、
前記保護部材は、アルミニウムを含み、
前記イオン液体は、前記外装体に接しないことを特徴とする蓄電装置。
(式中、R1〜R5は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数が1〜20のアルキル基、メトキシ基、メトキシメチル基、またはメトキシエチル基を表す。) - 外装体と、正極と、電解液と、を有し、
前記電解液の溶媒は、イオン液体からなり、
前記イオン液体は、式(G2)であらわされ、
前記正極に含まれる正極集電体と、前記外装体とは、保護部材を介して電気的に接続され、
前記正極集電体は、アルミニウムを含み、
前記外装体は、鉄またはニッケルを含み、
前記保護部材は、アルミニウムを含み、
前記イオン液体は、前記外装体に接しないことを特徴とする蓄電装置。
(式中、R1は、炭素数1〜4のアルキル基を表し、R2〜R5のうち一または二は、炭素数が1〜20のアルキル基を表し、他の三または二は、水素原子を表す。) - 前記イオン液体は、1価のアミド系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン(SO3F−)、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレート(BF4 −)、パーフルオロアルキルボレート、またはヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、パーフルオロアルキルホスフェートのいずれか一を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
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JP2012223622 | 2012-10-05 |
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JP3658506B2 (ja) * | 1997-09-19 | 2005-06-08 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液電池 |
JP4903983B2 (ja) * | 2003-12-22 | 2012-03-28 | 本田技研工業株式会社 | 非水電解液及びこれを用いた二次電池 |
KR20070009447A (ko) * | 2005-07-14 | 2007-01-18 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 리튬 2차 전지용 양극 및 이를 이용한 리튬 2차 전지 |
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JP2010040765A (ja) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Mitsubishi Electric Corp | 電気二重層キャパシタ及びその製造方法 |
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CN103210524A (zh) * | 2010-11-17 | 2013-07-17 | 日本碍子株式会社 | 锂二次电池的正极 |
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- 2017-12-01 JP JP2017231431A patent/JP2018032644A/ja not_active Withdrawn
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