JP6345847B2 - 正極活物質層の作製方法 - Google Patents
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Description
である。
討されている。グラフェンとは、グラファイトの水平層、即ち、炭素で構成される六員環
が平面方向に連続した炭素層であり、特に、当該炭素層が2層以上100層以下積層され
る場合を多層グラフェンという。
るトランジスタのチャネル領域、ビア、配線等への応用に期待されている。
ラフェンを被覆している(特許文献1参照)。
るためである。即ち、グラフェンは平面方向において、導電性が高い。また、グラフェン
はシート状であるため、積層されるグラフェンの間において隙間を有し、当該領域におい
てイオンの移動は可能であるが、グラフェンの平面に垂直な方向においてのイオンの移動
が困難である。
活物質層には、活物質以外に導電助剤、バインダー等が含まれており、これらが活物質層
重量あたりの放電容量の低減の原因であった。さらには、活物質層に含まれるバインダー
は、電解液と接触すると膨潤してしまい、この結果、電極が変形し、破壊されやすい。
ラフェンを提供する。また、放電容量を向上させることが可能であり、電気特性の良好な
蓄電装置を提供する。また、信頼性及び耐久性の高い蓄電装置を提供する。
、該六員環または七員環以上の多員環を構成する炭素に結合する酸素とを有する複数のグ
ラフェンが層状に重なり、複数のグラフェンの層間距離が0.34nmより大であり0.
5nm以下、好ましくは0.38nm以上0.42nm以下であることを特徴とする多層
グラフェンである。
以上の多員環と、を有する複数のグラフェンが層状に重なり、複数のグラフェンの層間距
離が0.34nmより大であり0.5nm以下、好ましくは0.38nm以上0.42n
m以下であることを特徴とする多層グラフェンである。
員環とが平面方向に複数連続し、六員環または七員環以上の多員環を構成する炭素に結合
する酸素を有する炭素層が層状に重なり、炭素層の層間距離が0.34nmより大であり
0.5nm以下である。
以上の多員環とが平面方向に複数連続する炭素層が層状に重なり、炭素層の層間距離が0
.34nmより大であり0.5nm以下である。
る1原子層の炭素分子のシートのことをいう。また、グラフェンは柔軟性を有する。また
、グラフェンの平面形状は、矩形、円形、その他任意の形状である。
、基体の表面に対して平行に積層している。また、多層グラフェンに含まれる酸素は、全
体の3atomic%以上10atomic%以下である。
、六員環の一部の炭素−炭素結合が切断され、且つ六員環の一部の炭素が酸素と結合し、
多員環となる。当該多員環は、グラフェンにおいて間隙となり、イオンの移動が可能な領
域である。また、通常のグラファイトを構成するグラフェンの層間距離は約0.34nm
であるのに対し、多層グラフェンにおいて、隣り合うグラフェンの距離は、0.34nm
より大であり0.5nm以下である。以上より、グラファイトと比較して、グラフェンの
間におけるイオンの移動が容易となる。
正極活物質を内包する多層グラフェンとを有することを特徴とする。また、本発明の一態
様は、蓄電装置の負極に含まれる負極活物質層が、負極活物質と、該負極活物質を内包す
る多層グラフェンとを有することを特徴とする。
元的形状及び三次元的形状の両方を含む。同一の多層グラフェンまたは複数の多層グラフ
ェンにより、複数の正極活物質または負極活物質を内包する。即ち、同一の多層グラフェ
ンまたは複数の多層グラフェンの間に、複数の正極活物質または負極活物質が内在する。
なお、多層グラフェンは袋状になっており、該内部において、複数の正極活物質または負
極活物質を内包する場合がある。また、多層グラフェンは、一部に開放部があり、当該領
域において、正極活物質または負極活物質が露出している場合がある。多層グラフェンは
正極活物質または負極活物質の分散や、正極活物質層または負極活物質層の崩落を妨げる
ことが可能である。このため、多層グラフェンは、充放電にともない正極活物質または負
極活物質の体積が増減しても、正極活物質同士または負極活物質同士の結合を維持する機
能を有する。
多層グラフェンに接するため、多層グラフェンを介して電子の移動が可能である。即ち、
多層グラフェンは導電助剤の機能を有する。
層及び負極活物質層におけるバインダーや導電助剤の含有量を低減することが可能である
ため、正極活物質層及び負極活物質層に含まれる活物質量を高めることができる。また、
バインダーの含有量を低減することが可能であるため、正極活物質層及び負極活物質層の
耐久性を高めることができる。
多層グラフェンで被覆されることを特徴とする。多層グラフェンは、柔軟であるため、凹
凸状の表面を均一な厚さで覆うと共に、凹凸状の正極または負極の崩壊を低減することが
できる。
の移動量を増加させることができる。また、上記多層グラフェンを蓄電装置の正極または
負極に用いることで、正極活物質層及び負極活物質層中の活物質量を増やすことが可能で
あるため、蓄電装置の放電容量を向上させることができる。また、蓄電装置の正極または
負極に含まれるバインダーの代わりに上記多層グラフェンを用いることで、蓄電装置の信
頼性及び耐久性を高めることができる。
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
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、
以下の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。
本実施の形態では、多層グラフェンの構造及び作製方法について、図1を用いて説明する
。
数のグラフェン103が略平行に重なっている。このときの、グラフェンの層間距離10
5は0.34nmより大であり0.5nm以下、好ましくは0.38nm以上0.42n
m以下、更に好ましくは0.39nm以上0.41nm以下である。また、多層グラフェ
ン101には、グラフェン103が2層以上100層以下含まれる。
、一辺の長さが数μmのシート状であり、ところどころに間隙107を有する。当該間隙
107は、イオンの移動が可能な通路として機能する。このため、図1(A)に示す多層
グラフェン101において、グラフェン103の表面と平行な方向、即ちグラフェン10
3同士の隙間と共に、多層グラフェン101の表面に対する垂直方向、即ちグラフェン1
03それぞれに設けられる間隙107の間をイオンが移動することが可能である。
。グラフェン103は、炭素113で構成される六員環111が平面方向に広がっており
、一部に、七員環、八員環、九員環、十員環等の、六員環の一部の炭素−炭素結合が切断
された多員環が形成される。当該多員環が図1(B)に示す間隙107に相当し、炭素1
13で構成される六員環111が結合する領域が図1(B)のハッチング領域に相当する
。
の炭素−炭素結合が切断されて形成される。また、炭素113で構成される多員環の炭素
113に、酸素が結合する場合がある。このような多員環は、六員環の一部の炭素−炭素
結合が切断され、且つ該六員環の一部の炭素に酸素115aが結合して形成される。また
、多員環は、炭素113及び酸素115bで構成される多員環116がある。また、炭素
113及び酸素115bで構成される多員環116、または炭素113で構成される六員
環111の炭素113に、酸素115cが結合する場合がある。
%以下、好ましくは3atomic%以上10atomic%以下である。酸素の割合が
低い程多層グラフェンのグラフェン表面と平行な方向の導電性を高めることができる。ま
た、酸素の割合を高める程、グラフェンにおいてグラフェン表面と垂直な方向のイオンの
通路となる間隙をより多く形成することができる。
距離のばらつきが少ない。一方、本実施の形態で示す多層グラフェン101は、炭素で構
成される六員環の一部に酸素が含まれる。または、炭素、若しくは炭素及び酸素で七員環
以上の多員環を有する。または、七員環以上の多員環の炭素に酸素が結合される。即ち、
酸素を含むため、多層グラフェンにおけるグラフェンの層間距離がグラファイトと比較し
て長い。このため、グラフェンの各層の間において、グラフェンの表面と平行な方向にお
けるイオンの移動が容易となる。また、グラフェンには空隙を有するため、当該空隙を介
してグラフェン表面に対する垂直方向のイオンの移動も容易となる。
る。Hummers法は、グラファイト粉末に過マンガン酸カリウムの硫酸溶液を加えて
酸化反応させて酸化グラファイトを含む混合液を形成する。酸化グラファイトは、グラフ
ァイトの炭素の酸化により、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の官能基
を有する。このため、複数のグラフェンの層間距離がグラファイトと比較して長い。次に
、酸化グラファイトを含む混合液に超音波振動を加えることで、層間距離の長い酸化グラ
ファイトを劈開し、酸化グラフェンを形成することができる。なお、市販の酸化グラフェ
ンを用いてもよい。
するため、異なる多層グラフェン同士が凝集しにくい。
混合液を設ける方法としては、塗布法、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、電気
泳動法等がある。また、これらの方法を複数組み合わせてもよい。例えば、ディップ法に
より、基体上に酸化グラフェンを含む混合液を設けた後、スピンコート法と同様に基体を
回転させることで、酸化グラフェンを含む混合液の厚さの均一性を高めることができる。
還元処理としては、真空あるいは不活性ガス(窒素あるいは希ガス等)等の還元性の雰囲
気、または空気中で、150℃以上、好ましくは200℃以上の温度で加熱する。加熱す
る温度が高い程、また、加熱する時間が長いほど、酸化グラフェンが還元されやすく、純
度の高い(すなわち、炭素以外の元素の濃度の低い)多層グラフェンが得られる。
、スルホン基等も結合しているが、この分解(脱離)は、200℃以上300℃以下、好
ましくは200℃以上250℃以下で行われる。したがって、酸化グラフェンの還元を2
00℃以上で行うことが好ましい。
ト状となる。また、当該還元処理において、酸素の脱離により、グラフェンには間隙が形
成される。更には、グラフェン同士が基体の表面に対して、平行に重なり合う。この結果
、イオンの移動が可能な多層グラフェンが形成される。
ン移動が可能な、多層グラフェンを作製することができる。
本実施の形態では、蓄電装置の電極の構造及び作製方法について説明する。
質層203が形成される。
活物質と活物質層は区別される。
ができる。また、負極集電体201は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることがで
きる。
いる。負極活物質の代表例としては、リチウム、アルミニウム、黒鉛、シリコン、錫、及
びゲルマニウムなどがある。または、リチウム、アルミニウム、黒鉛、シリコン、錫、及
びゲルマニウムから選ばれる一以上を含む化合物がある。なお、負極集電体201を用い
ず負極活物質層203を単体で負極として用いてもよい。負極活物質として、黒鉛と比較
すると、ゲルマニウム、シリコン、リチウム、アルミニウムの方が、理論容量が大きい。
吸蔵容量が大きいと小面積でも十分に充放電が可能であり、コストの削減及び金属イオン
二次電池、代表的にはリチウムイオン二次電池の小型化につながる。
は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム等のアルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオン等があ
る。
オンの吸蔵放出が可能な粒子状の負極活物質211と、当該負極活物質211の複数を覆
いつつ、当該負極活物質211が内部に詰められた多層グラフェン213とを有する。複
数の負極活物質211の表面を異なる多層グラフェン213が覆う。また、一部において
、負極活物質211が露出していてもよい。
質層203は、負極活物質211、及び該負極活物質211を内包する多層グラフェン2
13を有する。多層グラフェン213は断面図においては線状で観察される。同一の多層
グラフェンまたは複数の多層グラフェンにより、複数の負極活物質を内包する。即ち、同
一の多層グラフェンまたは複数の多層グラフェンの間に、複数の負極活物質が内在する。
なお、多層グラフェン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、多層グラフェンは、一部に開放部があり、当該領域において、負極
活物質が露出している場合がある。
。
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粒子(カーボンナノファイバー等
)、公知のバインダーを有してもよい。
負極活物質層203表面にリチウム層を形成することで、負極活物質層203にリチウム
をプレドープすることができる。または、負極活物質層203の表面にリチウム箔を設け
ることで、負極活物質層203にリチウムをプレドープすることができる。
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、負極活物質221の周
辺を多層グラフェン213で覆うことで、負極活物質が充放電により体積が増減しても、
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、多層グラフェ
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。
する。また、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質を保持する機能を有する。こ
のため、負極活物質層にバインダーを混合する必要が無く、負極活物質層当たりの負極活
物質量を増加させることが可能であり、蓄電装置の放電容量を高めることができる。
に、当該スラリーを塗布した後、実施の形態1に示す多層グラフェンの作製方法と同様に
、還元雰囲気での加熱により還元処理を行って、負極活物質を焼成すると共に、酸化グラ
フェンから酸素の一部を脱離させ、グラフェンに間隙を形成する。なお、酸化グラフェン
に含まれる酸素は全て還元されず、一部の酸素はグラフェンに残存する。以上の工程によ
り、負極集電体201上に負極活物質層203を形成することができる。
。負極活物質層203は、表面が凹凸状である負極活物質221と、当該負極活物質22
1の表面を覆う多層グラフェン223を有する。
1bとを有する。凸部221bは、円柱状、角柱状等の柱状、円錐状または角錐状の針状
等の形状を適宜有する。なお、凸部の頂部は湾曲していてもよい。また、負極活物質22
1は、負極活物質211と同様に、キャリアであるイオン、代表的にはリチウムイオンの
吸蔵放出が可能な負極活物質を用いて形成される。なお、共通部221a及び凸部221
bが同じ材料を用いて構成されてもよい。または、共通部221a及び凸部221bが異
なる材料を用いて構成されてもよい。
倍程度まで増える。このため、充放電により、負極活物質221が脆くなり、負極活物質
層203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
、負極活物質221の周辺を多層グラフェン223で覆うことで、シリコンが充放電によ
り体積が増減しても、負極活物質の分散や負極活物質層203の崩落を防ぐことができる
。
反応し、負極の表面に被膜が形成される。当該被膜はSEI(Solid Electr
olyte Interface)と呼ばれ、電極と電解質の反応を和らげ、安定化させ
るために必要であると考えられている。しかしながら、当該被膜が厚くなると、キャリア
イオンが負極に吸蔵されにくくなり、電極と電解液間のキャリアイオン伝導性の低下及び
それに伴う放電容量の低減、電解液の消耗などの問題がある。
制することが可能であり、放電容量の低下を抑制することができる。
る。または、塗布法、スパッタリング法、蒸着法などにより膜状の負極活物質を設けた後
、選択的に除去して、凹凸状の負極活物質を負極集電体上に設ける。または、リチウム、
アルミニウム、黒鉛、及びシリコンのうちいずれかで形成される箔または板の表面を一部
除去して凹凸状の負極集電体及び負極活物質とする。または、リチウム、アルミニウム、
黒鉛、及びシリコンのうちいずれかで形成される網を負極活物質及び負極集電体として用
いることができる。
負極活物質上に酸化グラフェンを含む混合液を設ける方法としては、塗布法、スピンコー
ト法、ディップ法、スプレー法、電気泳動法等がある。次に、実施の形態1に示す多層グ
ラフェンの作製方法と同様に、還元雰囲気での加熱により還元処理を行って、負極活物質
に設けられた酸化グラフェンから酸素の一部を脱離させ、グラフェンに間隙を形成する。
なお、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て還元されず、一部の酸素はグラフェンに残存
する。以上の工程により、負極活物質221の表面に多層グラフェン223が被覆された
負極活物質層203を形成することができる。
物質の表面に均一な膜厚の多層グラフェンを被覆させることができる。
集電体上に、シリコンで形成された、凹凸状の負極活物質(以下、シリコンウィスカーと
いう。)を設けることができる。なお、負極活物質の一例であるシリコンは、キャリアと
なるイオンの吸蔵により体積が4倍程度まで増える。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、シリコンウィスカーの表面に多層グラフェンが被覆されると、シ
リコンウィスカーの体積膨張による負極活物質層の崩落が低減できるため、蓄電装置の信
頼性を高めることができると共に、耐久性を高めることができる。
質層309が形成される。
料を用いることができる。また、正極集電体307は、箔状、板状、網状等の形状を適宜
用いることができる。
のリチウム化合物、V2O5、Cr2O5、MnO2等を材料として用いることができる
。
Mn,Co,Ni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、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaN
ibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO
4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFec
NidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(
c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFefNigCoh
MniPO4(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材料として用いることができる。
ム含有複合酸化物を用いることができる。一般式Li2MSiO4の代表例としては、L
i2FeSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、L
i2FekNilSiO4、Li2FekColSiO4、Li2FekMnlSiO4
、Li2NikColSiO4、Li2NikMnlSiO4(k+lは1以下、0<k
<1、0<l<1)、Li2FemNinCoqSiO4、Li2FemNinMnqS
iO4、Li2NimConMnqSiO4(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n
<1、0<q<1)、Li2FerNisCotMnuSiO4(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。
イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、正極活物質層309とし
て、上記リチウム化合物及びリチウム含有複合酸化物において、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、バリウム等)、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。
オンの吸蔵放出が可能な粒子状の正極活物質321と、当該正極活物質321の複数を覆
いつつ、当該正極活物質321が内部に詰められた多層グラフェン323とを有する。複
数の正極活物質321の表面を異なる多層グラフェン323が覆う。また、一部において
、正極活物質321が露出していてもよい。
321内を電子が移動するため、正極活物質321の粒径はより小さい方が好ましい。
表面に炭素膜が被覆されていなくとも十分な特性が得られるが、炭素膜が被覆されている
正極活物質及び多層グラフェン323を共に用いると、電子が正極活物質間をホッピング
しながら伝導するためより好ましい。
質層309は、正極活物質321、及び該正極活物質321を覆う多層グラフェン323
を有する。多層グラフェン323は断面図においては線状で観察される。同一の多層グラ
フェンまたは複数の多層グラフェンにより、複数の正極活物質を内包する。即ち、同一の
多層グラフェンまたは複数の多層グラフェンの間に、複数の正極活物質が内在する。なお
、多層グラフェンは袋状になっており、該内部において、複数の正極活物質を内包する場
合がある。また、多層グラフェンは、一部に開放部があり、当該領域において、正極活物
質が露出している場合がある。
。なお、クラックや剥離が生じないように、正極活物質層309の厚さを適宜調整するこ
とが好ましい。
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粒子(カーボンナノファイバー等
)、公知のバインダーを有してもよい。
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、正極活物質の周辺を多
層グラフェン323で覆うことで、正極活物質が充放電により体積が増減しても、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、多層グラフェンは、
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。
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321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ーを混合する必要が無く、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、蓄電装置の放電容量を高めることができる
。
に、当該スラリーを塗布した後、実施の形態1に示す多層グラフェンの作製方法と同様に
、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、グラフェンに間隙を形成する。なお、酸化グラフェン
に含まれる酸素は全て還元されず、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307上に正極活物質層309を形成することができる。この結果、正極
活物質層の導電性が高まる。
ェンは互いに分散する。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、
焼成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。
本実施の形態では、蓄電装置の作製方法について説明する。
用いて説明する。ここでは、リチウムイオン二次電池の断面構造について、以下に説明す
る。
る負極411と、正極集電体401及び正極活物質層403で構成される正極405と、
負極411及び正極405で挟持されるセパレータ413とで構成される。なお、セパレ
ータ413中には電解質415が含まれる。また、負極集電体407は外部端子419と
接続し、正極集電体401は外部端子417と接続する。外部端子419の端部はガスケ
ット421に埋没されている。即ち、外部端子417、419は、ガスケット421によ
って絶縁されている。
負極活物質層203を適宜用いて形成すればよい。
07及び正極活物質層309を適宜用いることができる。
ルロース(紙)、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。
する材料を用いる。電解質の溶質の代表例としては、LiClO4、LiAsF6、Li
BF4、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等のリチウム塩がある。
イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、電解質415の溶質とし
て、上記リチウム塩において、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、バリウム等
)、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。
質415の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代
表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート
、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テ
トラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解
質415の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が
高まる。また、リチウムイオン二次電池400の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化
される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲ
ル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
電解質415として固体電解質を用いる場合は、セパレータ413は不要である。
ることができる。
ン二次電池を示したが、封止型リチウムイオン二次電池、円筒型リチウムイオン二次電池
、角型リチウムイオン二次電池等様々な形状のリチウムイオン二次電池とすることができ
る。また、正極、負極、及びセパレータが複数積層された構造、正極、負極、及びセパレ
ータが捲回された構造であってもよい。
また、出力電圧が高い。これらのため、小型化及び軽量化が可能でとなり、コスト削減が
可能である。また、充放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能である。
に、外部端子417に、正極405、セパレータ413、ガスケット421、負極411
、及び外部端子419の順に積層し、「コインかしめ機」で外部端子417及び外部端子
419をかしめてコイン型のリチウムイオン二次電池を作製することができる。
、スペーサ、及びワッシャを入れて、外部端子417及び正極405の接続、並びに外部
端子419及び負極411の接続をより高めてもよい。
本発明の一態様に係る蓄電装置は、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。
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、DVD(Digital V
ersatile Disc)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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、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。
て、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。或いは、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、本発明の一態様に係る蓄電装置を用
いることができる。或いは、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、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。
明の一態様に係る蓄電装置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。本発明の一態様に係る蓄電装置500
4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5004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、本発明の一態
様に係る蓄電装置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、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Devi
ce)、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。
、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
3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8では、蓄電装置5103が、筐体5101
及び光源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5
100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、本発明の一態様に係る蓄電装置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。
が、本発明の一態様に係る蓄電装置は、天井5104以外、例えば側壁5105、床51
06、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。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。
発明の一態様に係る蓄電装置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8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良い。或いは、室内機5200と室外機5
204の両方に、蓄電装置5203が設けられていても良い。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、
本発明の一態様に係る蓄電装置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。
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、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることもできる。
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8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
、本発明の一態様に係る蓄電装置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。
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、本発明の一態様に係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ブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
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。
SEM(Scanning Electron Microscopy)及びTEM(T
ransmission Electron Microscopy)により多層グラフ
ェンを観察した。はじめに、サンプルの作製方法について、説明する。
ート上にシリコン活物質層を形成した。
00Pa、温度600℃のチャンバーに導入するLPCVD法により、厚さ0.1mm、
直径12mmのチタンシート上に、シリコン活物質層としてシリコンウィスカーを形成し
た。
秒かけて引き上げた。次に、酸化グラフェンを含む混合液を50℃のホットプレートで数
分乾燥した後、600℃に保たれた真空状態のチャンバーにおいて10時間放置して、酸
化グラフェンの還元処理を行い、多層グラフェンを形成した。
py)写真を図5(倍率5千倍)に示す。ここでは、試料の中央部を観察した。図5にお
いて、表面には多層グラフェンが設けられ、多層グラフェンがシリコンウィスカーを覆っ
ている。
た断面TEM像を図6(倍率4万8千倍)に示す。シリコンウィスカー511の表面には
、観察を促すためのカーボン膜515及びタングステン膜517が設けられている。図7
(A)に、図6のシリコンウィスカーの頂部である領域Aの拡大図(倍率205万倍)を
示し、図7(B)に、図6のシリコンウィスカーの側面である領域Bの拡大図(倍率20
5万倍)を示す。図7(A)、(B)において、シリコンウィスカー511の表面に多層
グラフェン513、523が設けられる。また、多層グラフェン513、523表面に、
観察を促すためのカーボン膜515が設けられる。
対して平行に積層している。当該線状の層が結晶性の高いグラフェンの領域である。なお
、当該領域の長さは1nm以上10nm以下、好ましくは1nm以上2nm以下である。
なお、炭素の六員環の直径が0.246nmであるため、結晶性の高いグラフェンは、六
員環が5個以上8個以下で構成される。また、当該コントラストの低い線状の層は一部切
断されており、コントラストが若干高い(灰色)領域が、コントラストの低い(白い)線
状の層の間に設けられる。当該領域が、イオンの通過が可能な通路として機能する空隙で
ある。また、多層グラフェンの厚さは、約6.8nmであり、グラフェンの層間距離は約
0.35nm〜0.5nmであることが分かった。多層グラフェンの層間距離を0.4n
mとしたとき、グラフェンの層数は、およそ17層であると考えられる。
コン活物質層の表面に対して平行に積層している。また、当該コントラストの低い線状は
一部切断されており、コントラストが若干高い(灰色)領域が、コントラストの低い線状
の間に設けられる。多層グラフェンの厚さは約17.2nmであった。多層グラフェンの
層間距離を0.4nmとしたとき、グラフェンの層数は、およそ43層であると考えられ
る。
製した。
製方法について、説明する。
拌しながら混合液1に12gの過マンガン酸カリウムを加え、混合液2を得た。次に、氷
浴を取り除き、室温で2時間撹拌した後、35℃で30分放置し酸化反応を生じさせ、酸
化グラファイトを有する混合液3を得た。次に、氷浴中で撹拌しながら混合液3に水18
4mlを加え、混合液4を得た。次に、およそ95℃のオイルバス中で、混合液を15分
撹拌し、反応させた後、撹拌しながら混合液4に水560ml及び過酸化水素水(濃度3
0wt%)を36ml加えて、未反応の過マンガン酸カリウムを還元し、酸化グラファイ
ト有する混合液5を得た。
を混合して硫酸を取り除き、酸化グラファイトを有する混合液6を得た。
液を取り除いた。また、沈殿物に再び水を加えて遠心分離を行い、上澄み液を取り除く作
業を複数回繰り返し、塩酸を除去した。上澄み液が取り除かれた混合液6のpHがおよそ
5〜6になったところで、沈殿物に超音波処理を2時間行い、酸化グラファイトを剥離し
、酸化グラフェンが分散する混合液7を得た。
ラスチューブオーブンで10時間加熱し、酸化グラフェンの酸素を還元し、一部の酸素を
脱離させ、多層グラフェンを得た。得られた多層グラフェンの組成をXPSで分析した結
果を表1に示す。ここでは、ULVAC−PHI社製QuanteraSXMを用いて測
定した。なお、定量精度は±1atomic%程度である。
ける各元素の濃度を測定している。このため、多層グラフェンの表面が空気中で酸化され
た酸素が含まれる可能性があり、多層グラフェンの酸素濃度は表1より低い可能性がある
。
Claims (3)
- 正極活物質と、酸化グラフェンとを含むスラリーを形成し、還元雰囲気で加熱処理を行う正極活物質層の作製方法であって、
前記加熱処理により前記酸化グラフェンは還元され、隣接したグラフェン同士が結合して網目状又はシート状となることを特徴とする正極活物質層の作製方法。 - 正極活物質と、酸化グラフェンとを含むスラリーを形成し、窒素雰囲気で加熱処理を行う正極活物質層の作製方法であって、
前記加熱処理により前記酸化グラフェンは還元され、隣接したグラフェン同士が結合して網目状又はシート状となることを特徴とする正極活物質層の作製方法。 - 請求項1又は請求項2において、
前記加熱処理は、200℃以上300℃以下で行われることを特徴とする正極活物質層の作製方法。
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