JP7124171B2 - 正極活物質層の作製方法 - Google Patents
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Description
製方法に関する。または二次電池を有する半導体装置に関する。
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
の材料の候補としてグラフェンや酸化グラフェンが挙げられる。また、グラフェンや酸化
グラフェンなどの炭素系材料を用いた電池(リチウムイオン二次電池、キャパシタなど)
の部材への応用が近年盛んに研究されている。
ェンは炭素六員環で構成される原子層1層の材料である。黒鉛(グラファイトとも呼ぶ)
は多数のグラフェンが積層されてなる積層体である。
ァイトを酸化するHummers法や、KMnO4を濃硫酸、リン酸及び黒鉛の混合物に
加える改良型Hummers法が用いられる。Hummers法は有毒ガスが発生するた
め、改良型Hummers法などを用いて製造されているが、市販されている酸化グラフ
ェンは、非常に高価である。
化グラフェンの製造方法を提供する。
ラフェンを製造すると安価なコストで実現できる。
層間化合物:Graphite Intercalation Compounds)で
ある。また、本明細書では、加熱処理またはマイクロ波照射などによって膨張黒鉛からガ
スを放出させた後の物質を膨張化黒鉛と呼ぶこととする。
なく、例えば市販されている膨張黒鉛からでは薄い黒鉛層を得ることは難しい。市販され
ている膨張黒鉛に含まれる硫酸の量が少ないため、硫酸が挿入された黒鉛層間の数が少な
く、厚さの厚い黒鉛層が形成されてしまう問題点がある。
れていた硫酸も放出される。
液または有機溶媒で洗浄して膨張黒鉛を形成する作製方法である。
その膨張黒鉛の合成後に純水ではなく、硫酸マグネシウム(MgSO4)飽和水溶液また
は特定の有機溶媒を用いて洗浄することで黒鉛層間に多くの硫酸を含ませた状態を得るこ
とができる。また、硫酸マグネシウムに代えて硫酸カリウム(K2SO4)、硫酸チタン
(Ti(SO4)2)などの硫酸塩を用いてもよい。特定の有機溶媒としては、γ-ブチ
ロラクトンが一例に挙げられる。
水が沸騰して滴下箇所付近の硫酸が飛散するが、硫酸マグネシウム飽和水溶液または特定
の有機溶媒を用いる場合にはそのような現象が現れないため、製造者が安全にプロセスを
進めることができる点も有用である。
射して膨張化黒鉛を形成し、超音波処理を行って剥離された黒鉛層を形成し、黒鉛層を酸
化させてグラフェン化合物を形成すると、グラフェン化合物の新規の作製方法とも言える
。
射して膨張化黒鉛を形成し、酸化させ、超音波処理を行って酸化グラフェンを形成すると
、グラフェン化合物の新規の作製方法とも言える。
あればよく、加熱、機械的剥離力などを用いて剥離を行ってもよい。
くとも含むことで、黒鉛層を薄く剥離させることができる。超音波による処理の後にビー
ズミル、ロールミル、フィルミックス(登録商標)等の高分散装置を用いて混合分散処理
を行って、乾燥させてもよい。
ネルギー消費が低く、コストが安く、環境負荷が小さく、工業生産に適するといえる。
ことができる。グラフェン化合物は後述の通り、修飾により構造及び特性を幅広く選択す
ることができため、グラフェン化合物を適用しようとする部材に応じて、好ましい性質を
発現させることができる。また、グラフェン化合物は機械的強度が高いため、グラフェン
化合物は可撓性を有する蓄電装置を構成する各部材にも適用することができる。
合させたペーストを形成し、ペーストを集電体に塗布して第1の電極を形成し、第1の電
極に対してセパレータを間に挟んで第2の電極と重ねて二次電池を形成することもできる
。
水溶液または有機溶媒で洗浄し、加熱させて膨張化黒鉛を形成し、超音波処理を行って剥
離された黒鉛層を形成し、超音波処理を行う前または後に酸化させてグラフェン化合物を
形成し、酸化させたグラフェン化合物を活物質と混合させたペーストを形成し、ペースト
を集電体に塗布して第1の電極を形成し、第1の電極に対してセパレータを間に挟んで第
2の電極と重ねて二次電池を形成する二次電池の作製方法である。
グラフェンが2層以上100層以下重なったものを、マルチグラフェンと呼ぶ場合がある
。グラフェンおよびマルチグラフェンは、例えば、長手方向、あるいは面における長軸の
長さが50nm以上100μm以下または800nm以上50μm以下である。
を「グラフェン化合物(「グラフェンコンパウンド:Graphene Compoun
d」ともいう)」と呼ぶ。グラフェン化合物には、グラフェンとマルチグラフェンを含む
。
たは炭素以外の原子を有する原子団に修飾された化合物である。また、グラフェンまたは
マルチグラフェンが、アルキル基、アルキレン基等の炭素を主とした原子団に修飾された
化合物であってもよい。なお、グラフェンまたはマルチグラフェンを修飾する原子団を、
置換基、官能基、または特性基等と呼ぶ場合がある。ここで、本明細書等において修飾と
は、置換反応、付加反応またはその他の反応により、グラフェン、マルチグラフェン、グ
ラフェン化合物、または酸化グラフェン(後述)に、炭素以外の原子、炭素以外の原子を
有する原子団、または炭素を主とした原子団を導入することをいう。
よい。また、マルチグラフェンにおいては、それぞれの層が異なる原子や原子団に修飾さ
れていてもよい。
む官能基に修飾されたグラフェンまたはマルチグラフェンが挙げられる。ここで酸素を含
む官能基として例えば、エポキシ基、カルボキシル基などのカルボニル基、または水酸基
等が挙げられる。酸素または酸素を有する官能基により修飾されたグラフェン化合物を、
酸化グラフェンと呼ぶ場合がある。また、本明細書においては、酸化グラフェンは多層の
酸化グラフェンをも含むものとする。
またはマルチグラフェンを酸化して得ることができる。または、酸化グラフェンは、酸化
グラファイトを分離して得ることができる。酸化グラファイトは、グラファイトを酸化し
て得ることができる。ここで、酸化グラフェンに、さらに上述の原子または原子団を修飾
してもよい。
ne Oxide)」と呼ぶ場合がある。なお、RGOには、酸化グラフェンに含まれる
酸素は全て脱離されずに、一部の酸素または酸素を含む原子団が炭素に結合した状態で残
存する場合がある。例えばRGOは、エポキシ基、カルボキシル基などのカルボニル基、
または水酸基等の官能基を有する場合がある。
なっていてもよい。このようなグラフェン化合物を、グラフェン化合物シートと呼ぶ場合
がある。グラフェン化合物シートは例えば、厚さが0.33nm以上10mm以下、より
好ましくは0.34nmより大きく10μm以下の領域を有する。グラフェン化合物シー
トは、炭素以外の原子、炭素以外の原子を有する原子団、またはアルキル基等の炭素を主
とした原子団等により修飾されていてもよい。また、グラフェン化合物シートが有する複
数の層のそれぞれにおいて、異なる原子または原子団により修飾されていてもよい。
で構成される七員環以上の多員環を有してもよい。ここで、七員環以上の多員環の近傍で
は、リチウムイオンが通過可能な領域が生じる場合がある。
物同士、あるいはグラフェン化合物と活物質との間の接触面積を増加させることができる
。よって、体積あたりの量が少なくても効率よく導電パスを形成することができる。
シートをシート状の絶縁体として用いることができる。ここで例えば、酸化グラフェンは
酸化されていないグラフェン化合物と比較して絶縁性が高い場合がある。また、原子団に
修飾されたグラフェン化合物は、修飾する原子団の種類により、絶縁性を高めることがで
きる場合がある。
ラフェン前駆体とは、グラフェンを製造するために用いられる物質のことをいい、グラフ
ェン前駆体には例えば、上述の酸化グラフェンや、酸化グラファイトなどを含んでもよい
。
を、グラフェン類似体と呼ぶ場合がある。本明細書等においてグラフェン化合物には、グ
ラフェン類似体も含まれる。
オンを有してもよい。なお、グラフェン化合物が層間に原子、原子団、およびそれらのイ
オンを有することにより、グラフェン化合物の物性、例えば電気伝導性やイオン伝導性が
変化する場合がある。また、層間距離が大きくなる場合がある。
い機械的強度を有するという優れた物理特性と、を有する場合がある。また、グラフェン
化合物は、修飾の種類に応じて、導電性を極めて低くし絶縁体とすることができる場合が
ある。また、グラフェン化合物は平面的な形状を有する。グラフェン化合物は、接触抵抗
の低い面接触を可能とする。
また、製造コストを低くすることができるため、酸化グラフェンを使用した二次電池の普
及が盛んになる。また、製造コストを低くすることができるため、酸化グラフェンを使用
した正極を有する二次電池を備えた電子機器が広く普及する。
以下の説明に限定されず、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。また、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。
水(H2O2)、濃硫酸の順に、液体成分を混合した混合液を用意する。(S101、S
102)
の順に、液体成分を混合した混合液に添加する(S103)。黒鉛の粉末と過酸化水素水
と濃硫酸の反応は、大気雰囲気下でおこなってもよいし、アルゴンや窒素などの不活性ガ
ス雰囲気下でおこなってもよい。黒鉛の粉末と過酸化水素水と濃硫酸の反応時間は30分
以上48時間以下とし、反応温度は0℃以上50℃以下とする。過酸化水素の濃度が低い
と黒鉛の層間の硫酸が流出してしまい、所望の量の硫酸を維持できない。従って、過酸化
水素水中の過酸化水素の濃度は、20wt%以上40wt%以下とする。黒鉛の粉末と過
酸化水素水とを反応させると黒鉛に水酸基が導入され、その後、黒鉛の層間に硫酸(また
は硫酸イオン)が挿入された膨張黒鉛が形成される。
酸塩を含む水溶液を用いることで黒鉛の層間の硫酸の流出を抑制することができるため好
ましい。硫酸塩を含む水溶液として、例えば、硫酸マグネシウム水溶液、硫酸カリウム水
溶液、硫酸チタン水溶液などを用いることができる。さらに硫酸塩が飽和していると、よ
り硫酸の流出を抑えるため硫酸の飽和水溶液を用いることが好ましい。例えば、硫酸マグ
ネシウム飽和水溶液、硫酸カリウム飽和水溶液、硫酸チタン飽和水溶液などを用いること
ができる。また、硫酸塩を含む水溶液のかわりに有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒を用
いることで洗浄時に酸化した黒鉛の還元を抑制することができる。有機溶媒として、例え
ば、γ-ブチロラクトンなどを用いることができる。
を行う(S105)。120℃以上の加熱を行うと黒鉛内部の硫酸がガス化し、黒鉛層間
が開いて膨張して膨張化黒鉛が得られる。膨張化黒鉛を得るための熱処理は電子レンジ等
を用いてマイクロ波を照射してもよい。
は、150℃以上1000℃以下の温度範囲で30分以上24時間以下とする。
理を用いることもできる。
N-メチルピロリドン(NMP)などの分散媒中に分散させる。分散媒中で超音波処理を
行う際の超音波の照射時間としては特に限定されず5分以上2時間以下とする。
なってもよい。また、超音波処理と機械的剥離処理を交互に繰り返して剥離を行ってもよ
い。
せることで剥離を行ってもよい。
理を行ってもよい。以上の工程で酸化グラフェンを安価に製造することができる。
タルの製造コストを低減することができる。
本実施の形態では、実施の形態1で示した製造方法により製造した酸化グラフェンを導電
助剤に用いた蓄電池の構造について、図2乃至図4を参照して説明する。
面図である。
02とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット303で絶縁シールされている。正
極304は、正極集電体305と、これと接するように設けられた正極活物質層306に
より形成される。正極活物質層306は、正極活物質の他、正極活物質の密着性を高める
ための結着剤(バインダ)、正極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有しても
よい。導電助剤としては、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
)等を用いることができる。また、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンとい
った炭素材料を用いることもできる。
309により形成される。負極活物質層309は、負極活物質の他、負極活物質の密着性
を高めるための結着剤(バインダ)、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を
有してもよい。正極活物質層306と負極活物質層309との間には、セパレータ310
と、電解質(図示せず)とを有する。
イオンの挿入・脱離が可能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材料、合金
系材料等を用いることができる。リチウム金属は、酸化還元電位が低く(標準水素電極に
対して-3.045V)、重量及び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mA
h/g、2062mAh/cm3)ため、好ましい。
ドカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。
系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。
リチウム金属と同程度に卑な電位を示す(例えば0.1から0.3V vs.Li/Li
+)。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに
、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウ
ム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。
能な合金系材料も用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンである場合、例
えば、Ga、Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、I
n等のうち少なくとも一つを含む材料がある。このような元素は炭素に対して容量が大き
く、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと飛躍的に高い。このため、負極活物
質にシリコンを用いることが好ましい。このような元素を用いた合金系材料としては、例
えば、SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、V
2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3
Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、I
nSb、SbSn等がある。ここでSiOとは、SiO2と比較してシリコンの組成が多
い材料を指す。
i5O12)、リチウム-黒鉛層間化合物(LixC6)、五酸化ニオブ(Nb2O5)
、酸化タングステン(WO2)、酸化モリブデン(MoO2)等の酸化物を用いることが
できる。
Li3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6
Co0.4N3は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm3)を示
し好ましい。
正極活物質としてリチウムイオンを含まないV2O5、Cr3O8等の材料と組み合わせ
ることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも
、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質とし
てリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウム
と合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反
応が生じる材料としては、さらに、Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O
3等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、G
e3N4等の窒化物、NiP2、FeP2、CoP3等のリン化物、FeF3、BiF3
等のフッ化物でも起こる。
金、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属、及びこれらの
合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しな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。ま
た、集電体は、箔状、板状(シート状)、網状、円柱状、コイル状、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。集電体は、厚みが5μm以
上30μm以下のものを用いるとよい。
ロピレン等の絶縁体を用いることができる。
は、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(
CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等のリチウム塩がある。これらの電解
質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい
。
属イオンの場合、電解質として、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、ベリリウム、マグネシウム等)を用いてもよい。
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(EC)、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(DEC)、γーブチロラクトン、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、電解液の溶媒とし
てゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、蓄
電池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
コーンゲル、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系ゲル、ポ
リプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。また、電解液の溶媒
として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つまたは複数用いるこ
とで、蓄電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電池の破裂や発
火などを防ぐことができる。
EO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができ
る。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電
池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。
ウム、チタン等の金属、またはこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えばステン
レス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアル
ミニウム等を被覆することが好ましい。正極缶301は正極304と、負極缶302は負
極307とそれぞれ電気的に接続する。
示すように、正極缶301を下にして正極304、セパレータ310、負極307、負極
缶302をこの順で積層し、正極缶301と負極缶302とをガスケット303を介して
圧着してコイン形の蓄電池300を製造する。
たバッテリーを一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向
きになる。なお、リチウムを用いたバッテリーでは、充電と放電でアノード(陽極)とカ
ソード(陰極)が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応
電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書
においては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても
、充電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「+極(プラス極)」と呼び、
負極は「負極」または「-極(マイナス極)」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に
関連したアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いると、充電時と放電時と
では、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード(陽極)やカ
ソード(陰極)という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード(
陽極)やカソード(陰極)という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正
極(プラス極)と負極(マイナス極)のどちらに対応するものかも併記することとする。
400の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図2(C)では、蓄電池400の
外部の端子から、正極402の方へ流れ、蓄電池400の中において、正極402から負
極404の方へ流れ、負極から蓄電池400の外部の端子の方へ流れる電流の向きを正の
向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしている。
次に、円筒型の蓄電池の一例について、図3を参照して説明する。円筒型の蓄電池600
は図3(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)601を有し、側面及び底面
に電池缶(外装缶)602を有している。これら正極キャップと電池缶(外装缶)602
とは、ガスケット(絶縁パッキン)610によって絶縁されている。
02の内側には、帯状の正極604と負極606とがセパレータ605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602は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶602には、
電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの
合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。ま
た、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい
。電池缶602の内側において、正極、負極及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608、609により挟まれている。また、電池素子が設けられた電
池缶602の内部は、非水電解液(図示せず)が注入されている。非水電解液は、コイン
型の蓄電池と同様のものを用いることができる。
ればよいが、円筒型の蓄電池に用いる正極及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604には正極端子(正極集電リード)603が接
続され、負極606には負極端子(負極集電リード)607が接続される。正極端子60
3及び負極端子607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603は安全弁機構612に、負極端子607は電池缶602の底にそれぞれ抵抗
溶接される。安全弁機構612は、PTC素子(Positive Temperatu
re Coefficient)611を介して正極キャップ601と電気的に接続され
ている。安全弁機構612は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャッ
プ601と正極604との電気的な接続を切断するものである。また、PTC素子611
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(BaTi
O3)系半導体セラミックス等を用いることができる。
次に、ラミネート型の蓄電池の一例について、図4(A)を参照して説明する。ラミネー
ト型の蓄電池は、可撓性を有する構成とすれば、可撓性を有する部位を少なくとも一部有
する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電池も曲げることもできる。
502を有する正極503と、負極集電体504および負極活物質層505を有する負極
506と、セパレータ507と、電解液508と、外装体509と、を有する。外装体5
09内に設けられた正極503と負極506との間にセパレータ507が設置されている
。また、外装体509内は、電解液508で満たされている。正極活物質層502には、
実施の形態1で示した正極活物質を用いることができる。
電体504は、外部との電気的接触を得る端子の役割も兼ねている。そのため、正極集電
体501および負極集電体504の一部は、外装体509から外側に露出するように配置
してもよい。また、正極集電体501および負極集電体504を、外装体509から外側
に露出させず、リード電極を用いてそのリード電極と正極集電体501、或いは負極集電
体504と超音波接合させてリード電極を外側に露出するようにしてもよい。
ロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アル
ミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属
薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂
膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。
は簡略のため、2つの集電体で構成する例を示しているが、実際は、複数の電極層で構成
する。
も蓄電池500は、可撓性を有する。図4(B)では負極集電体504が8層と、正極集
電体501が8層の合計16層の構造を示している。なお、図4(B)は負極の取り出し
部の断面を示しており、8層の負極集電体504を超音波接合させている。勿論、電極層
数は16に限定されず、多くてもよいし、少なくてもよい。電極層数が多い場合には、よ
り多くの容量を有する蓄電池とすることができる。また、電極層数が少ない場合には、薄
型化でき、可撓性に優れた蓄電池とすることができる。
[電気機器の一例:車両に搭載する例]次に、蓄電池を車両に搭載する例について示す。
蓄電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプラ
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を実現できる。
0は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行
のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブ
リッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、安価な蓄電池を搭載した車両を実
現することができる。また、自動車8100は蓄電装置を有する。蓄電装置は電気モータ
ーを駆動するだけでなく、ヘッドライト8101やルームライト(図示せず)などの発光
装置に電力を供給することができる。
装置に電力を供給することができる。また、蓄電装置は、自動車8100が有するナビゲ
ーションゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。
や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる
。図5(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8200に搭載された蓄電装
置に、ケーブル8022を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方
法やコネクタの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式で適宜行え
ばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家
庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により
自動車8200に搭載された蓄電装置を充電することができる。充電は、ACDCコンバ
ータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組
み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電
の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に
太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置の充電を行ってもよい。このような非接触で
の電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
とができる。
つ加えて撹拌し、ここに黒鉛粉末5gを加えて室温で1時間攪拌する。本実施例では、黒
鉛粉末として鱗片状黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製、F#1(商品名):平均粒径500
μm)を用いる。
を用いて洗浄する。純水を用いて洗浄するのではなく、ここでは硫酸イオンを多量に含む
水溶液を用いて洗浄することで黒鉛内部からの硫酸の放出を抑え、さらには、硫酸塩によ
って水と濃硫酸の混和による発熱も抑えられている。
黒鉛が得られている。XRDスペクトルから、層間距離が約8.02オングストロームで
あると推測することができる。また、硫酸マグネシウム飽和水溶液を用いて洗浄後の黒鉛
のXRD測定結果を図7に示す。図7に示すようにステージ7の膨張黒鉛が得られている
。ステージ数は、黒鉛層間化合物の中にどれぐらい原子や分子がインターカレートしてい
るかを示す指標であり、例えばステージ2の黒鉛というと、黒鉛層の2層に1層毎に硫酸
(または硫酸イオン)が挿入している物質を指している。従って、黒鉛に関しては、ステ
ージ数が小さければ小さいほど、熱膨張化させた後に剥離すると薄い黒鉛層が得られると
いえる。
得る。膨張化黒鉛を得るための熱処理は電子レンジを用いてマイクロ波を照射してもよい
。電子レンジ(600W)を用いる場合は、10秒間の処理を2回繰り返すことで膨張化
黒鉛を得ることができる。
させることで酸化グラフェンを作製することができる。こうして得られた酸化グラフェン
は、製造コストが低く、安全に、且つ、効率よく量産できる。
gを取り出し、エタノール(10mL)中で25kHzの超音波処理(約10分間)を行
い、観察したSEM写真を図8に示す。
。
いた。
こでは省略することとする。
が約8オングストロームであると推測することができる。図9に示すようにステージ3ま
たはステージ4の膨張黒鉛が得られている。
張化黒鉛を得るための熱処理は電子レンジを用いてマイクロ波を照射してもよい。その後
、エタノール中で25kHzの超音波処理(約10分間)を行うことで膨張化黒鉛を剥離
し、酸化させることで酸化グラフェンを作製することができる。こうして得られた酸化グ
ラフェンは、製造コストが低く、安全に、且つ、効率よく量産できる。
301 正極缶
302 負極缶
303 ガスケット
304 正極
305 正極集電体
306 正極活物質層
307 負極
308 負極集電体
309 負極活物質層
310 セパレータ
400 蓄電池
402 正極
404 負極
500 蓄電池
501 正極集電体
502 正極活物質層
503 正極
504 負極集電体
505 負極活物質層
506 負極
507 セパレータ
508 電解液
509 外装体
600 蓄電池
601 正極キャップ
602 電池缶
603 正極端子
604 正極
605 セパレータ
606 負極
8021 充電装置
8022 ケーブル
8100 自動車
8101 ヘッドライト
Claims (4)
- 硫酸または硫酸イオンが挿入されたステージ7の膨張黒鉛を加熱し、
前記加熱後に、超音波処理と酸化処理を行ってグラフェン化合物を形成し、
正極活物質と、前記グラフェン化合物と、を混合して正極活物質層を形成する正極活物質層の作製方法。 - 硫酸または硫酸イオンが挿入されたステージ3またはステージ4の膨張黒鉛を加熱し、
前記加熱後に、超音波処理と酸化処理を行ってグラフェン化合物を形成し、
正極活物質と、前記グラフェン化合物と、を混合して正極活物質層を形成する正極活物質層の作製方法。 - XRDスペクトルにおいて、2θが24度から27度に第1のピークを有し、27度から31度に第2のピークを有する炭素材料を加熱し、
前記加熱後に、超音波処理と酸化処理を行ってグラフェン化合物を形成し、
正極活物質と、前記グラフェン化合物と、を混合して正極活物質層を形成する正極活物質層の作製方法。 - XRDスペクトルにおいて、2θが22度から27度に第1のピークを有し、28度から32度に第2のピークを有し、55度から57度に第3のピークを有する炭素材料を加熱し、
前記加熱後に、超音波処理と酸化処理を行ってグラフェン化合物を形成し、
正極活物質と、前記グラフェン化合物と、を混合して正極活物質層を形成する正極活物質層の作製方法。
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