JP5297383B2 - 高比エネルギーのリチウム−硫黄電池及びその動作法 - Google Patents
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Description
(a)金属リチウム、リチウム合金又はリチウム吸収材から製造された少なくとも1つの負極と、
(b)少なくとも第一及び第二の異なる正極又は正極群と、
(c)上記負極と上記正極又は正極群との間に配置される、1種又は数種の溶剤中の1種又は数種の塩の溶液である電解液と
を含み、
(d)上記第一の正極又は正極群が充電用に設定され、上記第二の正極又は正極群が放電用に設定されている。
カーボン90%と、結合剤としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)10%とを含む電極を以下のようにして製造した。
昇華硫黄(Fisher Scientific,Loughborough,UKから市販)80%と、導電性カーボンブラック(Ketjenblack(登録商標名)EC−600JD;Akzo Nobel Polymer Chemicals BV,オランダから市販)10%と、結合剤としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)10%とを含む正極を以下のようにして製造した。
例2からの硫黄電極を、ステンレススチール筐体に組み込んだ小型実験室セルに使用した。電極の表面積は約5cm2であった。硫黄電極を真空中、摂氏50℃で24時間乾燥させた。Celgard(登録商標名)3501セパレーターを多孔質セパレーターとして使用した(Tonen Chemical Corporation、東京、日本の商標名、Mobil Chemical Company,Films Division,Pittsford,N.Y.からも市販されている)。38μm厚さのリチウムホイル(Chemetall,Inc,USA)を負極に使用した。スルホラン中のリチウムトリフルオロメタンスルホネート(3M Corporation,St.Paul,Minn.から市販)の1.0M溶液を電解液として使用した。
例1からのカーボン電極と例2からの硫黄電極を、ステンレススチールケーシング中に収納した小型実験室セルに使用した。セルのデザインは、コンタクト電極を増設したものであった。
本願の出願当初の特許請求の範囲は以下の通りである。
[請求項1]多電極型リチウム−硫黄セル又は電池であって、(a)金属リチウム、リチウム合金又はリチウム吸収材から製造された少なくとも1つの負極と、(b)少なくとも第一及び第二の正極又は正極群と、(c)上記負極と上記正極又は正極群との間に配置される、1種又は数種の溶剤中の1種又は数種の塩の溶液である電解液とを含み、(d)上記第一の正極又は正極群が充電用に設定され、上記第二の正極又は正極群が放電用に設定されている多電極型リチウム−硫黄セル又は電池。
[請求項2]上記正極又は正極群の少なくとも1つが、1つ以上の電子伝導性材料から製造される多孔質電極である請求項1に記載のセル又は電池。
[請求項3]上記電子伝導性材料が、カーボンであるか、又は硫化物媒体中で耐蝕性である少なくとも1つの金属もしくは金属化合物である請求項2に記載のセル又は電池。
[請求項4]上記正極又は正極群の少なくとも1つが、硫黄又は電気化学的に活性な無機、有機もしくは高分子の硫黄ベース化合物を含む請求項1〜3のいずれかに記載のセル又は電池。
[請求項5]上記第一及び第二の正極又は正極群が、相互に異なるものである請求項1〜4のいずれかに記載のセル又は電池。
[請求項6]上記第一正極群の少なくとも幾つか又は上記第一正極が、上記第二正極群の少なくとも幾つか又は上記第二正極も構成するように、第一及び第二の正極又は正極群が設定される請求項1〜4のいずれかに記載のセル又は電池。
[請求項7]請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の充電方法であって、充電電流源が、負極と、第一正極又は正極群のみとに接続される充電方法。
[請求項8]請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の充電方法であって、充電電流源が、第一正極又は正極群のみに接続される充電方法。
[請求項9]請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の放電方法であって、負荷が、負極と、第二正極又は正極群のみとの間に接続される放電方法。
[請求項10]請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の放電方法であって、負荷が、第二正極又は正極群のみに接続される放電方法。
[請求項11]実質的に、添付図を参照して又はこれに示されてこの後に記載される、多電極型リチウム−硫黄セル又は電池。
[請求項12]実質的に、添付図を参照して又はこれに示されてこの後に記載される、多電極型リチウム−硫黄セル又は電池の充電方法。
[請求項13]実質的に、添付図を参照して又はこれに示されてこの後に記載される、多電極型リチウム−硫黄セル又は電池の放電方法。
Claims (5)
- 多電極型リチウム−硫黄セル又は電池であって、
金属リチウム、リチウム合金又はリチウム吸収材から製造された少なくとも1つの負極と、
硫黄又は電気化学的に活性な無機、有機もしくは高分子の硫黄ベース化合物を含む少なくとも1つの第一の正極と、
電子伝導性材料から製造される少なくとも1つの第二の正極と、
上記負極、上記第一の正極及び上記第二の正極の間に配置される1つの電解液と
を含み、
上記第一の正極が充電用に設定され、上記第二の正極が放電用に設定されている多電極型リチウム−硫黄セル又は電池。 - 上記電子伝導性材料が、カーボンであるか、又は硫化物媒体中で耐蝕性である少なくとも1つの金属もしくは金属化合物である請求項1に記載のセル又は電池。
- 上記第一及び第二の正極が、相互に異なるものである請求項1又は請求項2に記載のセル又は電池。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の充電方法であって、充電電流源が、上記負極と、上記第一正極のみとに接続される充電方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム−硫黄セル又は電池の放電方法であって、負荷が、上記負極と、上記第二正極のみとの間に接続される放電方法。
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