JP7192072B2 - 正極活物質、蓄電装置、電子機器 - Google Patents
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Description
ン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特
に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それら
の駆動方法、それらの製造方法、またはそれらの評価方法に関する。特に、本発明の一態
様は、蓄電装置およびその作製方法、またはその評価方法に関する。または、本発明は、
リチウム含有複合リン酸塩およびその作製方法に関する。または、本発明は、正極活物質
およびその作製方法に関する。または本発明は、リチウムイオン電池に関する。または、
本発明は、電池制御ユニット、および電子機器に関する。
た、溶液のpHを調整することにより、材料の溶解および沈殿を制御することができる(
特許文献1)。高温高圧下の反応として水熱法などがある。
ては、例えば複合酸化物であるLiFePO4(リン酸鉄リチウム)を活物質に用いた電
極を有する蓄電装置が挙げられる。LiFePO4を用いた電極を有する蓄電装置は、熱
安定性が高く、またサイクル特性が良好である。
許文献2)。
とができるため、常温常圧による生産方法では得られないような物質の合成、又は結晶成
長を行うことができる。また、水熱法を用いることにより、容易に目的物質における単結
晶の微粒子を合成することもできる。
、その後加圧及び加熱による処理を行った溶液を濾過することにより、所望の化合物を生
成することができる。
つとする。または、本発明の一態様は、リチウムの拡散速度の大きい正極活物質を提供す
ることを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、出力が大きい蓄電装置を提供す
ることを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な蓄電装置を提供することを
課題の一とする。
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
μm以下であり、それぞれの集合体は、二以上の粒子を有し、複数の集合体が有する二以
上の粒子はそれぞれ、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を
有するリチウム含有複合リン酸塩であり、第1の集合体が有する第1の粒子および第2の
粒子はそれぞれ、ある所定の方向からみた上面(例えば顕微鏡を用いて観察される上面)
において、長径と、短径と、を有し、第1の粒子と、第2の粒子は、所定の方向からみて
、それぞれの長径が互いに概略平行になるように並んで配置し、第1の粒子の長径は第1
の粒子の短径の2倍以上6以下であり、かつ、第1の粒子の短径は20nm以上130n
m以下である正極活物質である。
、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩で
あり、第1の粒子および第2の粒子はそれぞれ、顕微鏡を用いて観察される上面において
、長径と、短径と、を有し、第1の粒子と、第2の粒子は、所定の方向からみて、それぞ
れの長径が概略平行になるように並んで配置し、第1の粒子の長径は第1の粒子の短径の
2倍以上6以下であり、かつ、第1の粒子の短径は20nm以上130nm以下であり、
レーザ回折・散乱法により求められる粒径の中央値は500nm以上6μm以下である正
極活物質である。
、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩で
あり、第1の粒子および第2の粒子はそれぞれ、顕微鏡を用いて観察される上面において
、長径と、短径と、を有し、第1の粒子と、第2の粒子は、所定の方向からみて、それぞ
れの長径が概略平行になるように並んで配置し、第1の粒子の長径は第1の粒子の短径の
2倍以上6以下であり、かつ、第1の粒子の短径は20nm以上130nm以下であり、
レーザ回折・散乱法により求められる粒径の中央値は500nm以上6μm以下であり、
比表面積が18m2/g以上50m2/g以下である正極活物質である。
た、上記記載において、正極活物質は、LiFePO4で表されることが好ましい。
極と、を有する蓄電装置である。または、本発明の一態様は、該蓄電装置を有する電子機
器である。
子を有し、リチウム化合物、リン化合物、および水を混合して第1の混合液を形成し、第
1の混合液に第1の水溶液を加えてpHを調整して第2の混合液を形成し、第2の混合液
に鉄(II)化合物を混合して第3の混合液を形成し、第3の混合液に対して、0.1M
Pa以上2MPa以下の圧力において、および最高温度は150℃より大きく250℃以
下で熱処理を行うことにより第4の混合液を形成し、第3の混合液のpHは、3.5以上
5.0以下であり、複数の粒子はそれぞれ、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトの
うちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩であり、第1の粒子および第2の
粒子はそれぞれ、顕微鏡を用いて観察される上面において、長径と、短径と、を有し、第
1の粒子と、第2の粒子は、所定の方向からみて、それぞれの長径が概略平行になるよう
に並んで配置し、第1の粒子の長径は第1の粒子の短径の2倍以上6以下であり、かつ、
第1の粒子の短径は20nm以上130nm以下であり、レーザ回折・散乱法により求め
られる粒径の中央値は500nm以上6μm以下である正極活物質の作製方法である。
子を有し、リチウム化合物、リン化合物、および水を混合して第1の混合液を形成し、第
1の混合液に第1の水溶液を加えてpHを調整して第2の混合液を形成し、第2の混合液
に鉄(II)化合物を混合して第3の混合液を形成し、第3の混合液に対して、0.1M
Pa以上2MPa以下の圧力において、および最高温度は150℃より大きく250℃以
下で熱処理を行うことにより第4の混合液を形成し、第3の混合液のpHは、3.5以上
5.0以下であり、複数の粒子はそれぞれ、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトの
うちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩であり、第1の粒子および第2の
粒子はそれぞれ、顕微鏡を用いて観察される上面において、長径と、短径と、を有し、第
1の粒子と、第2の粒子は、所定の方向からみて、それぞれの長径が概略平行になるよう
に並んで配置し、第1の粒子の長径は第1の粒子の短径の2倍以上6以下であり、かつ、
第1の粒子の短径は20nm以上130nm以下であり、レーザ回折・散乱法により求め
られる粒径の中央値は500nm以上6μm以下であり、比表面積が18m2/g以上5
0m2/g以下である正極活物質の作製方法である。
る。また、本発明の一態様により、リチウムの拡散速度の大きい正極活物質を提供するこ
とができる。また、本発明の一態様により、出力が大きい蓄電装置を提供することができ
る。また、本発明の一態様により、新規な蓄電装置を提供することができる。
態様は、場合によっては、または、状況に応じて、これらの効果以外の効果を有する場合
もある。または、例えば、本発明の一態様は、場合によっては、または、状況に応じて、
これらの効果を有さない場合もある。
これらの説明に限定されず、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。
厚さ等は、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしも各
構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相対的な大きさに限定されな
い。
のであって工程の順番や積層の順番などを示すものではない。そのため、例えば、「第1
の」を「第2の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本
明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞
は一致しない場合がある。
部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。ま
た、同様の機能を有する部分を指す場合には、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。
があるが、この場合、電極は正極及び負極のうち少なくともいずれか一方を示すものとす
る。
本実施の形態では、本発明の一態様の正極活物質について説明する。
する粒子の粒径は小さいことが好ましい。また本発明の一態様の正極活物質は粒子同士の
接着している面積が少ないことが好ましい。また本発明の一態様の正極活物質は粒子のア
スペクト比が高いことが好ましい。また本発明の一態様の正極活物質は扁平な粒子である
ことが好ましい。本発明の一態様の正極活物質は液相法、より好ましくは水熱法を用いて
作製されることが好ましい。
粒子状の正極活物質において、粒径をより小さくすることにより、キャリアの移動距離
が短くなるため、蓄電装置の出力をより高めることができる。またオリビン型構造を有す
る正極材料においては一次元方向にキャリアが拡散するため、キャリアの移動方向である
b軸方向の厚さをより薄くすることにより、蓄電装置の出力をより高めることができる。
小さく、充放電において安定であり、蓄電装置の安全性が高く、信頼性に優れる。
ちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩が好ましい。また、本発明の一態様
の正極活物質は、オリビン型構造を有することが好ましい。
Fe(II)、Ni(II)、Co(II)、Mn(II)の一以上))が挙げられる。
より具体的には例えば、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnP
O4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、L
iNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0<b
<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicC
odMnePO4(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、Li
FefNigCohMniPO4(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、
0<h<1、0<i<1)等が挙げられる。
接着し、間に電解質が入り込めなくなるとキャリアイオンが該粒子の表面に到達しないた
め、粒子の反応表面積が低下してしまう。反応表面積の低下は、蓄電装置の出力の低下を
招く場合がある。
有することが好ましい。電解液を用いる場合には例えば、粒子間に該電解液が充分に入り
込める程度、例えば1nm以上、より好ましくは10nm以上の空間を有することが好ま
しい。
表面積の測定には例えばBET法、Langmuir法、などを用いることができる。粒
子同士が接着し、間にガスが入り込めなくなると、比表面積が小さくなる。本発明の一態
様の正極活物質は、比表面積がより大きいことが好ましい。
大できる場合がある。ただし、例えば粒子を機械的に粉砕すると粒子に歪みや割れ等のダ
メージを与える場合があり好ましくない。ここで粒子を機械的に粉砕する場合には例えば
、粒子の形状が球状に近づく。また、アスペクト比が小さくなる。
る実施例1において作製された正極活物質201を走査型電子顕微鏡(Scanning
Electron Microscope;SEM)を用いて表面を観察した結果を示
す。図1に示す正極活物質201は、リン酸鉄リチウムを有する粒子で構成される。
体を複数有することが好ましい。図1(A)に示す正極活物質201は、集合体202a
、集合体202bおよび集合体202cを有する。図1(A)より、集合体の大きさはお
よそ0.6μm程度と見積もられる。ここで、粒子の集合体は二次粒子、と呼ばれる場合
がある。いずれの集合体においても、10以上の粒子が観測される。ここで集合体は3次
元的な形状を有するため、図1(A)において集合体202a、集合体202bおよび集
合体202cは、観察される表面部分のみならず、観察されない奥行き方向にも粒子を有
する。すなわち集合体は例えば30以上の粒子を有すると考えられる。
一態様の正極活物質を有する正極の強度を高めることができる場合がある。一方、粒子の
集合体が大きすぎる場合、正極の厚さの均一性が低下する場合がある。また、導電助剤と
分散されづらい場合がある。
しく、0.1μm以上6μm以下がより好ましく0.3μm以上3μm以下がさらに好ま
しい。
ることが好ましい。すなわち、正極活物質の表面積が大きいことが好ましい。
粒子203c等の複数の粒子を有する。集合体202bは粒子204a、粒子204b等
の複数の粒子を有する。集合体202cは粒子205a、粒子205b、粒子205c等
の複数の粒子を有する。ここで図1(B)においては図の明瞭化のため、粒子の集合体が
有する粒子の一部のみを記載している。
あるいは2倍以上7倍以下、あるいは2倍以上6倍以下であることが好ましい。
により、正極が作製しやすくなる場合がある。また、アスペクト比を高くすることにより
、正極の強度を高めることができる場合がある。また、粒子がオリビン型構造を有する場
合には、短径方向をb軸に概略平行とすることによりリチウムの拡散距離を短くすること
ができ、蓄電装置の出力を高めることができる。
形状とは例えば、薄い粒子である。あるいは例えば、最も広い面と、面に概略垂直方向の
厚みと、を有し、厚みが薄い粒子である。また、粒子がオリビン型構造を有する場合には
、厚み方向をb軸に概略平行とすることによりリチウムの拡散距離を短くすることができ
、蓄電装置の出力を高めることができる。
ましい。短軸がb軸に沿うことにより、本発明の一態様の正極活物質を用いた蓄電装置の
出力を高めることができる場合がある。
えば、直方体に近似し、3軸のうち最も長い辺を長径、最も短い辺を短径とする場合があ
る。
より見積もってもよい。あるいは例えば、SEMの表面観察において、長方形近似を行い
、長辺を長径、短辺を短径とする場合がある。
球で近似した場合には以下の数式(1)が成立する。
できる。例えばリン酸鉄リチウムの場合、密度dを3.55g/cm3とすると、比表面
積Sが20m2/gにおいて直径2rは124nmと求まる。
て顕著に小さい場合には、一次粒子同士が多く接着していることが示唆される。
測定が挙げられる。ここで粒度分布測定による評価においては、粒子の粒径と、粒子の集
合体の径と、の両方が混在した情報が得られる場合がある。例えば粒子の粒径と、粒子の
集合体の径と、の平均された情報が得られる場合がある。但し例えばレーザ回折・散乱法
の測定下限以下の粒径が存在する場合には、測定下限以下の範囲の情報については得られ
ない。
比表面積で得られる粒径と比較して顕著に大きな値である場合には、粒度分布計において
得られる粒径は、粒子の集合体の径の情報を含むことが示唆される。
より好ましくは10nm以上200nm以下、さらに好ましくは20nm以上130nm
以下である。
、より好ましくは15m2/g以上40m2/g以下、さらに好ましくは18m2/g以
上40m2/g以下、さらに好ましくは20m2/g以上30m2/g以下である。
径)の中央値が、好ましくは10μm以下、より好ましくは0.5μm以上6μm以下、
さらに好ましくは0.5μm以上3μm以下である。
本発明の一態様の正極活物質が有する粒子は例えば、集合体を形成する際に、二以上の
粒子において、粒子間の長径がそれぞれ概略平行になるように配置される。ここで図1(
B)において例えば、集合体202aが有する粒子203a、粒子203bおよび粒子2
03cは、粒子間において、それぞれの長径が互いに概略平行であることが示唆される。
また、集合体202bが有する粒子204aおよび粒子204bは、粒子間において、そ
れぞれの長径が互いに概略平行であることが示唆される。また、集合体202cが有する
粒子205a、粒子205bおよび粒子205cは、長径方向が概略平行であることが示
唆される。
の長径方向が概略平行、例えば0°以上10°以下に並ぶ場合がある。複数の粒子同士の
長径方向が概略平行に並ぶことにより、本発明の一態様の正極活物質を用いて作製する正
極の電極密度を高めることができる場合がある。すなわち、蓄電装置のエネルギー密度を
高めることができる場合がある。
本発明の一態様の正極活物質は、液相法、より好ましくは水熱法を用いて作製されるこ
とが好ましい。液相法を用いることにより、粒径の小さい粒子を得ることができる。また
、液相法を用いることにより、アスペクト比の高い粒子が得られる場合がある。また、水
熱法を用いることにより生産性を高めることができる。
において、リン化合物を秤量する。
リチウム、金属M(II)、およびリンの原子数比をx:y:zとする。LiMPO4を
得るためには例えばx:y:z=1:1:1とすればよい。
COOLi)、シュウ酸リチウム((COOLi)2)、炭酸リチウム(Li2CO3)
、水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)等がある。
アンモニウム((NH4)2HPO4)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4
)等のリン酸水素アンモニウム等がある。
ましい。また、溶媒として水と他の溶媒との混合液を用いてもよい。例えば、水とアルコ
ールを混合してもよい。ここで、リチウム化合物およびリン化合物、あるいはリチウム化
合物とリン化合物との反応生成物は、水に対する溶解度とアルコールに対する溶解度が異
なる場合がある。アルコールを用いることにより、形成される粒子の粒径がより小さくな
る場合がある。また、水より沸点の低いアルコールを用いることにより、後述するステッ
プS211において、圧力を高めやすい場合がある。
、等の雰囲気下で行うことができる。不活性ガスとして例えば窒素を用いればよい。ここ
では一例として、大気雰囲気下で、ステップS201dで秤量した溶媒と、ステップS2
01aで秤量したリチウム化合物と、ステップS201bで秤量したリン化合物と、を混
合する。例えば、ステップS201dで秤量した溶媒に、ステップS201aで秤量した
リチウム化合物と、ステップS201bで秤量したリン化合物を入れ、混合液Aを形成す
る。大気雰囲気下で混合液Aの形成を行う場合には、不活性ガスを用いる場合に比べ、雰
囲気を制御する装置が不要であり、工程の簡便化、および低コストが可能となる。
合物との反応生成物は、溶液に沈殿するが、一部は沈殿せずに溶媒に溶解する、すなわち
イオンとして溶媒内に存在する。ここで、混合液AのpHが低いと、該反応生成物等が溶
媒に溶解しやすい場合があり、高いと、該反応生成物等が沈殿しやすい場合がある。
PO4,LiH2PO4等、のリンとリチウムを有する化合物を秤量し、溶媒に加えて混
合液Aを形成してもよい。
よび解離度により決定される。よって、原料として用いるリチウム化合物およびリン化合
物により、混合液AのpHは変化する。例えば、リチウム化合物として塩化リチウム、リ
ン化合物としてオルトリン酸を用いる場合には、混合液Aは強酸となる。また例えば、リ
チウム化合物として水酸化リチウム一水和物を用いる場合には、混合液Aはアルカリ性と
なりやすい。
とを混合し、混合液Bを形成する。ここで、加える溶液Qの量あるいは濃度を調整するこ
とにより、得られる混合液B、および後に得られる混合液CのpHを調整することができ
る。ステップS207において例えば、混合液AのpHを測定しながら溶液Qを滴下すれ
ばよい。溶液Qとしては、混合液AのpHに応じて、アルカリ溶液、または酸溶液を用い
る。ここで弱アルカリ性、または弱酸性の溶液を用いることにより、pHの調整がしやす
くなる場合がある。例えばアルカリ溶液のpHは、8以上12以下とすればよい。また、
酸溶液のpHは、2以上6以下とすればよい。アルカリ溶液として例えば、アンモニア水
を用いればよい。後述する混合液Cが酸性または中性となるように、溶液QのpHを決定
することが好ましい。
ルト(II)化合物、及びニッケル(II)化合物(以下、M(II)化合物と示す。)
の一以上を秤量する。
鉄七水和物(FeSO4・7H2O)、酢酸鉄(Fe(CH3COO)2)等がある。
2O)、硫酸マンガン一水和物(MnSO4・H2O)、酢酸マンガン四水和物(Mn(
CH3COO)2・4H2O)等がある。
2O)、硫酸コバルト七水和物(CoSO4・7H2O)、酢酸コバルト四水和物(Co
(CH3COO)2・4H2O)等がある。
2O)、硫酸ニッケル六水和物(NiSO4・6H2O)、酢酸ニッケル四水和物(Ni
(CH3COO)2・4H2O)等がある。
、不活性ガス、等の雰囲気下で行うことができる。不活性ガスとして例えば窒素を用いれ
ばよい。ここでは一例として、大気雰囲気下で、ステップS207で形成した混合液Aと
、ステップS208で秤量したM(II)化合物とを混合し、混合液Cを形成する。大気
雰囲気下でステップS209を行う場合には、ステップS208はステップS209の直
前、例えば1時間以内、より好ましくは20分以内、さらに好ましくは10分以内に行う
ことが好ましい。
と、M(II)化合物との混合物を形成した後、ステップS209bにおいて溶媒を秤量
し、ステップS209において、溶媒とを混合物とを混合し、混合液Cを作製する。
たのち、温度を100℃以上350℃以下、より好ましくは100℃より大きく200℃
未満、圧力を0.11MPa以上100MPa以下、より好ましくは0.11MPa以上
2MPa以下とし、0.5時間以上24時間以下、より好ましくは1時間以上10時間以
下、さらに好ましくは1時間以上5時間未満、の加熱した後冷却し、耐熱耐圧容器内の溶
液を濾過し、水洗して、乾燥させる。その後、溶液を分離する。例えば、ろ過および洗浄
を行う。その後、ステップS213で乾燥を行い、合成物Aを得る。
(II),Ni(II),Co(II),Mn(II)の一以上)が得られることが好ま
しい。M(II)化合物の種類によって、LiFePO4、LiNiPO4、LiCoP
O4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFea
MnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+bは1以下、0
<a<1、0<b<1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO
4、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)等が適宜得られる。また、本実施の形態によ
り得られるリチウム含有複合リン酸塩は単結晶粒となる場合がある。
結晶構造を特定することができる。合成物Aの結晶解析を行うことにより、空間群Pnm
aに属する結晶構造が得られる場合がある。ここでオリビン型の結晶構造を有するLiM
PO4は例えば、空間群Pnmaに属する。
℃より大きく300℃未満、より好ましくは160℃以上200℃未満とすることにより
、比表面積が大きくアスペクト比が高い、優れた合成物Aが得られる場合があり、好まし
い。反応温度を高くすることにより、析出速度に対して溶解の頻度が高められ、粒子の接
着が抑制できる場合がある。pHを3以上5以下、最高温度を例えば150℃より大きく
することにより、粒子の接着を抑制できるため好ましい。また、粒子が集合体を形成する
ため好ましい。また、粒子が集合体を形成する際に、二以上の粒子において、粒子間の長
径がそれぞれ概略平行になるように配置されるため好ましい。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電池について説明する。
活物質に負極活物質を用いる場合は、例えば合金系材料や炭素系材料等を用いることが
できる。
可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、
ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち
少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が
大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと高い。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。また、これらの元素を有する化合物を用いてもよい。
例えば、SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、
V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag
3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、
InSb、SbSn等がある。ここで、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電
反応を行うことが可能な元素、および該元素を有する化合物等を合金系材料と呼ぶ場合が
ある。
Oxと表すこともできる。ここでxは1近傍の値を有することが好ましい。例えばxは、
0.2以上1.5以下が好ましく、0.3以上1.2以下が好ましい。
ードカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等を用いればよ
い。
カーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等が挙げ
られる。ここで人造黒鉛として、球状の形状を有する球状黒鉛を用いることができる。例
えば、MCMBは球状の形状を有する場合があり、好ましい。また、MCMBはその表面
積を小さくすることが比較的容易であり、好ましい場合がある。天然黒鉛としては例えば
、鱗片状黒鉛、球状化天然黒鉛等が挙げられる。
にリチウム金属と同程度に低い電位を示す(0.05V以上0.3V以下 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、体積膨張が比較的小さい、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。
Ti5O12)、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。
つLi3-xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.
6Co0.4N3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。
ば、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウ
ムとの合金を作ら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、Cr2O3
等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge
3N4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。
また、初回の充放電において被膜が形成される場合に不可逆な反応が生じる。例えば正
極と負極のいずれかにおける不可逆な反応がより大きい場合には充放電のバランスが崩れ
、蓄電池の容量の低下を招く場合がある。対極を用いて充放電を行った後、電極の組み換
えを行うことにより容量の低下を抑制できる場合がある。例えば、負極に対して正極を組
み合わせて充電、あるいは充放電を行った後、充電、あるいは充放電に用いた正極を取り
外し、新たな正極と組み合わせて蓄電池を作製することにより、蓄電池の容量の低下を抑
制できる場合がある。該手法をプレドープ、またはプリエージングと呼ぶ場合がある。
等の金属、及びこれらの合金など、導電性が高い材料をもちいることができる。また集電
体を正極に用いる場合には、正極の電位で溶出しないことが好ましい。また集電体を負極
に用いる場合には、リチウム等のキャリアイオンと合金化しないことが好ましい。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。集電体は、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。集電体は、厚みが5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
金属材料、又は導電性セラミックス材料等を用いることができる。また、導電助剤として
繊維状の材料を用いてもよい。活物質層の総量に対する導電助剤の含有量は、1wt%以
上10wt%以下が好ましく、1wt%以上5wt%以下がより好ましい。
により、正極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。活物質層中に導電
助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する活物質層を実現することができる。
繊維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊
維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、
カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナ
ノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、
例えばカーボンブラック(アセチレンブラック(AB)など)、グラファイト(黒鉛)粒
子、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、
ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等
を用いることができる。
高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、薄くても導電性が非常に高い場合があり、少ない量で効率よく活物質層内で
導電パスを形成することができる。そのため、グラフェン化合物を導電助剤として用いる
ことにより、活物質と導電助剤との接触面積を増大させることができるため好ましい。ま
た、電気的な抵抗を減少できる場合があるため好ましい。ここでグラフェン化合物として
例えば、グラフェンまたはマルチグラフェンまたはreduced Graphene
Oxide(以下、RGO)を用いることが特に好ましい。ここで、RGOは例えば、酸
化グラフェン(graphene oxide:GO)を還元して得られる化合物を指す
。
が大きく、活物質同士を繋ぐ導電パスがより多く必要となる。このような場合には、少な
い量でも効率よく導電パスを形成することができるグラフェン化合物を用いることが、特
に好ましい。
合の断面構成例を説明する。
03と、導電助剤としてのグラフェン化合物321と、結着剤(図示せず)と、を含む。
ここで、グラフェン化合物321として例えばグラフェンまたはマルチグラフェンを用い
ればよい。ここで、グラフェン化合物321はシート状の形状を有することが好ましい。
また、グラフェン化合物321は、複数のマルチグラフェン、または(および)複数のグ
ラフェンが部分的に重なりシート状となっていてもよい。
においてシート状のグラフェン化合物321が分散する。図3(A)においてはグラフェ
ン化合物321を模式的に太線で表しているが、実際には炭素分子の単層又は多層の厚み
を有する薄膜である。複数のグラフェン化合物321は、複数の粒状の活物質103を包
むように、覆うように、あるいは複数の粒状の活物質103の表面上に張り付くように形
成されているため、互いに面接触している。
物シート(以下グラフェン化合物ネットまたはグラフェンネットと呼ぶ)を形成すること
ができる。活物質をグラフェンネットが被覆する場合に、グラフェンネットは活物質同士
を結合するバインダーとしても機能することができる。よって、バインダーの量を少なく
することができる、又は使用しないことができるため、電極体積や電極重量に占める活物
質の比率を向上させることができる。すなわち、蓄電装置の容量を増加させることができ
る。
質層102となる層を形成後、還元することが好ましい。グラフェン化合物321の形成
に、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いることにより、グラフェン
化合物321を活物質層102の内部において良好に分散させることができる。均一に分
散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元す
るため、活物質層102に残留するグラフェン化合物321は部分的に重なり合い、互い
に面接触する程度に分散していることで三次元的な導電パスを形成することができる。な
お、酸化グラフェンの還元は、例えば熱処理により行ってもよいし、還元剤を用いて行っ
てもよい。
ェン化合物321は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、通常の導電助剤
よりも少量で粒状の活物質103とグラフェン化合物321との電気伝導性を向上させる
ことができる。よって、活物質103の活物質層102における比率を増加させることが
できる。これにより、蓄電装置の放電容量を増加させることができる。
ジエンゴム(SBR)、スチレン-イソプレン-スチレンゴム、アクリロニトリル-ブタ
ジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体などのゴム材料を
用いることが好ましい。また結着剤として、フッ素ゴムを用いることができる。
子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチ
ルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセ
ルロース、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉など
を用いることができる。また、これらの水溶性の高分子を、前述のゴム材料と併用して用
いると、さらに好ましい。
チル(ポリメチルメタクリレート(PMMA))、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニ
ルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、
ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデ
ン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、エチレンプロピレンジエンポリマー
、ポリ酢酸ビニル、ニトロセルロース等の材料を用いることが好ましい。
例えばゴム材料等は接着力や弾性力に優れる反面、溶媒に混合した場合に粘度調整が難し
い場合がある。このような場合には例えば、粘度調整効果の特に優れた材料と混合するこ
とが好ましい。粘度調整効果の特に優れた材料としては、例えば水溶性高分子を用いると
よい。また、粘度調整効果に特に優れた水溶性高分子としては、前述の多糖類、例えばカ
ルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキ
シプロピルセルロースおよびジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘
導体や、澱粉を用いることができる。
ルセルロースのナトリウム塩やアンモニウム塩などの塩とすることにより溶解度が上がり
、粘度調整剤としての効果を発揮しやすくなる。溶解度が高くなることにより電極のスラ
リーを作製する際に活物質や他の構成要素との分散性を高めることもできる。本明細書に
おいては、電極のバインダーとして使用するセルロースおよびセルロース誘導体としては
、それらの塩も含むものとする。
て組み合わせる他の材料、例えばスチレンブタジエンゴムなどを、水溶液中に安定して分
散させることができる。また、官能基を有するために活物質表面に安定に吸着しやすい。
また、例えばカルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体は、例えば水酸基やカ
ルボキシル基などの官能基を有する材料が多く、官能基を有するために高分子同士が相互
作用し、活物質表面を広く覆って存在する場合があるため好ましい。
としての役割を果たして電解液の分解を抑えられる場合があり、好ましい。ここで、不動
態膜とは、電子の伝導性のない膜、または電気伝導性の極めて低い膜であり、例えば活物
質の表面に不動態膜が形成された場合には、電池反応電位において、電解液の分解を抑制
することができる。また、不動態膜は、電気の伝導性を抑えるとともに、リチウムイオン
は伝導できるとさらに望ましい。
負極および正極の作製方法の一例として、スラリーを作製し、該スラリーを塗工するこ
とにより電極を作製することができる。電極作製に用いるスラリーの作製方法の一例を述
べる。
、メタノール、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルム
アミド(DMF)、N-メチルピロリドン(NMP)及びジメチルスルホキシド(DMS
O)のいずれか一種又は二種以上の混合液を用いることができる。
Jに溶媒を添加し、固練り(高粘度における混練)を行い、混合物Kを作製する。ここで
、混合物Kは例えばペースト状であることが好ましい。ここで、後のステップにおいて第
2の結着剤を添加する場合には、本ステップにおいて第1の結着剤を添加しなくてもよい
場合がある。
この時、溶媒を加えてもよい。また、第2の結着剤を用いない場合には、必要に応じて溶
媒を添加し、混合物Nを作製する。
する。この時、溶媒を加えてもよい。ここで各ステップの混合および混練の工程において
、例えば混練機を用いることができる。
行う。以上の工程により、活物質層を塗工するためのスラリーを得る。
質、結着剤、および導電助剤の分散性が優れる(互いによく混じり合う)場合がある。よ
って、例えば混合物Oの粘度はより高いことが好ましい。一方、混合物Oの粘度が高すぎ
る場合には、例えば電極の塗工速度が低くなる場合があり、生産性の観点から好ましくな
い場合がある。
る。
に表面処理を行ってもよい。表面処理としては例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、
アンダーコート処理等が挙げられる。ここでアンダーコートとは、集電体上にスラリーを
塗布する前に、活物質層と集電体との界面抵抗を低減する目的や、活物質層と集電体との
密着性を高める目的で集電体上に形成する膜を指す。なお、アンダーコートは、必ずしも
膜状である必要はなく、島状に形成されていてもよい。また、アンダーコートが活物質と
して容量を発現しても構わない。アンダーコートとしては、例えば炭素材料を用いること
ができる。炭素材料としては例えば、黒鉛や、アセチレンブラック、ケッチェンブラック
(登録商標)等のカーボンブラック、カーボンナノチューブなどを用いることができる。
合わせた方式等を用いることができる。また、塗布には連続塗工機などを用いてもよい。
℃以下の温度範囲で行うとよい。
加熱処理を行い、その後、例えば、室温以上100℃以下、1時間以上10時間以下の条
件で減圧環境下にて加熱処理を行えばよい。
30℃以上120℃以下の温度で、30秒以上20分以下の加熱処理を行えばよい。
行った後、65℃以上の温度で更に1分以上の加熱処理を行ってもよい。
以下、より好ましくは10μm以上150μm以下であればよい。また、活物質層102
の活物質担持量は、例えば好ましくは2mg/cm2以上50mg/cm2以下であれば
よい。
。または、部分的に両面に活物質層が形成されている領域を有しても構わない。
プレスを行ってもよい。プレスを行う際に、熱を加えてもよい。
に限定されないが、例えば、電気化学的に行うことができる。例えば、電池組み立て前に
、対極としてリチウム金属を用いて、後述の電解液中において、リチウムを活物質層にプ
レドープすることができる。あるいは、負極に対して、対極をプレドープ用の正極を準備
してプレドープを行い、その後、プレドープ用の正極を取り除いてもよい。プレドープを
行うことにより、特に初回の充放電効率の低下を抑制し、蓄電池の容量を高めることがで
きる。
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置について説明する。
る二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学キャパシタ、空
気電池、燃料電池等が挙げられる。
図4に、蓄電装置の一例として、薄型の蓄電池について示す。図4は、薄型の蓄電池の
一例を示す。薄型の蓄電池は、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。
(B)は、図4に一点鎖線で示すA1-A2断面およびB1-B2断面を示す。蓄電池5
00は、正極集電体501および正極活物質層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5
08と、外装体509と、を有する。外装体509内に設けられた正極503と負極50
6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。
ーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロ
エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクト
ン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチル
カーボネート(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、1,3-ジオキサン、
1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエ
ーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、ス
ルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうちの2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。
安全性が高まる。また、二次電池の薄型化およ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。
一つ又は複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇し
ても、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。イオン液体は、カチオンとアニオ
ンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四
級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン
等の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等
の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、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、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アニオン、パーフルオロアルキルボレー
トアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフ
ェートアニオン等が挙げられる。
合、例えばLiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、L
iSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl
12、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C
2F5SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO
2)、LiN(C2F5SO2)2等のリチウム塩を一種、又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。
不純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。
具体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、より
好ましくは0.01%以下とすることが好ましい。
ベンゼン(TBB)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、LiBOBなどの添加
剤を添加してもよい。添加剤の濃度は、例えば溶媒全体に対して0.1weight%以
上5weight%以下とすればよい。
シド構造を有するポリマーや、PVDF、およびポリアクリロニトリル等、およびそれら
を含む共重合体等を用いることができる。例えばPVDFとヘキサフルオロプロピレン(
HFP)の共重合体であるPVDF-HFPを用いることができる。また、形成されるポ
リマーは、多孔質形状を有してもよい。
PEO(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。
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、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いるこ
とができる。
ように配置することが好ましい。例えば、図6(A)に示すように、正極503を挟むよ
うにセパレータ507を2つ折りにし、正極503と重なる領域よりも外側で封止部51
4により封止することで、正極503をセパレータ507内に確実に担持することができ
る。そして、図6(B)に示すように、セパレータ507に包まれた正極503と負極5
06とを交互に積層し、これらを外装体509内に配置することで蓄電池500を形成す
るとよい。
ージングを行うことが好ましい。エージング条件の一例について以下に説明する。まず初
めに0.001C以上0.2C以下のレートで充電を行う。温度は例えば室温以上、50
℃以下とすればよい。ここで、正極や負極の反応電位が電解液508の電位窓の範囲を超
える場合には、蓄電池の充放電により電解液の分解が生じる場合がある。電解液の分解に
よりガスが発生した場合には、そのガスがセル内にたまると、電解液が電極表面と接しな
い領域が発生してしまう。つまり電極の実効的な反応面積が減少し、実効的な抵抗が高く
なることに相当する。
入が起こると同時に、黒鉛表面へのリチウム析出も生じてしまう。このリチウム析出は容
量の低下を招く場合がある。例えば、リチウムが析出した後、表面に被膜等が成長してし
まうと、表面に析出したリチウムが再溶出できなくなり、容量に寄与しないリチウムが増
えてしまう。また、析出したリチウムが物理的に崩落し、電極との導通を失った場合にも
、やはり容量に寄与しないリチウムが生じてしまう。よって、負極電極の電位が充電電圧
上昇によりリチウム電位まで到達する前に、ガスを抜くことが好ましい。
、より好ましくは35℃以上50℃以下において、例えば1時間以上100時間以下、充
電状態で保持してもよい。初めに行う充電の際に、表面で分解した電解液は黒鉛の表面に
被膜を形成する。よって、例えばガス抜き後に室温よりも高い温度で保持することにより
、形成された被膜が緻密化する場合もある。
ータ507に包まれた正極503と、負極506と、を交互に重ねる。次に、正極集電体
501を正極リード電極510に、負極集電体504を負極リード電極511に、それぞ
れ溶接する。正極集電体501を正極リード電極510に溶接する例を図7(B)に示す
。正極集電体501は、超音波溶接などを用いて溶接領域512で正極リード電極510
に溶接される。また、正極集電体501は、図7(B)に示す湾曲部513を有すること
により、蓄電池500の作製後に外から力が加えられて生じる応力を緩和することができ
、蓄電池500の信頼性を高めることができる。
する正極集電体501と、負極リード電極511は負極506が有する負極集電体504
と、それぞれ超音波接合される。また、外部との電気的接触を得る端子の役割を正極集電
体501および負極集電体504で兼ねることもできる。その場合は、リード電極を用い
ずに、正極集電体501および負極集電体504の一部を外装体509から外側に露出す
るように配置してもよい。
るが、図8に示すように、正極リード電極510と負極リード電極511を異なる辺に配
置してもよい。このように、本発明の一態様の蓄電池は、リード電極を自由に配置するこ
とができるため、設計自由度が高い。よって、本発明の一態様の蓄電池を用いた製品の設
計自由度を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電池を用いた製品の生産性を
高めることができる。
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
層構造のフィルムを用いることができる。
しているが、勿論、活物質層の組は5組に限定されず、多くてもよいし、少なくてもよい
。活物質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
、活物質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
。
30mm以下、より好ましくは3mm以上10mm以下となるように変形することができ
る。二次電池の外装体であるフィルムは、1枚または2枚で構成されており、積層構造の
二次電池である場合、湾曲させた電池の断面構造は、外装体であるフィルムの2つの曲線
で挟まれた構造となる。
切断した平面1701において、曲面1700に含まれる曲線1702の一部を円の弧に
近似して、その円の半径を曲率半径1703とし、円の中心を曲率中心1704とする。
図9(B)に曲面1700の上面図を示す。図9(C)に、平面1701で曲面1700
を切断した断面図を示す。曲面を平面で切断するとき、曲面に対する平面の角度や切断位
置に応じて、断面に現れる曲線の曲率半径は異なるものとなるが、本明細書等では、最も
小さい曲率半径を面の曲率半径とする。
場合には、二次電池の曲率中心1800に近い側のフィルム1801の曲率半径1802
は、曲率中心1800から遠い側のフィルム1803の曲率半径1804よりも小さい(
図10(A))。二次電池を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心1800に近いフ
ィルムの表面には圧縮応力がかかり、曲率中心1800から遠いフィルムの表面には引っ
張り応力がかかる(図10(B))。外装体の表面に凹部または凸部で形成される模様を
形成すると、このように圧縮応力や引っ張り応力がかかったとしても、ひずみによる影響
を許容範囲内に抑えることができる。そのため、二次電池は、曲率中心に近い側の外装体
の最小の曲率半径が例えば、3mm以上30mm以下、より好ましくは3mm以上10m
m以下となるように変形することができる。
することができ、例えば図10(C)に示す形状や、波状(図10(D))、S字形状な
どとすることもできる。二次電池の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複
数の曲率中心それぞれにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、2
枚の外装体の曲率中心に近い方の外装体の最小の曲率半径が例えば、3mm以上30mm
以下、より好ましくは3mm以上10mm以下となるように変形することができる。
極111が有する正極集電体121の片面に正極活物質層122が設けられている。また
、負極115が有する負極集電体125の片面に負極活物質層126が設けられている。
士が接し、負極115の負極活物質層126を有さない面同士が接するように、正極11
1及び負極115が積層される。このような積層順とすることで、正極111の正極活物
質層122を有さない面同士、負極115の負極活物質層126を有さない面同士という
、金属同士の接触面をつくることができる。金属同士の接触面は、活物質とセパレータと
の接触面と比較して摩擦係数を小さくすることができる。
士、負極115の負極活物質層126を有さない面同士が滑ることで、湾曲の内径と外径
の差により生じる応力を逃がすことができる。ここで湾曲の内径とは例えば、蓄電池50
0を湾曲させる場合に、蓄電池500の外装体509において、湾曲部の内側に位置する
面が有する曲率半径を指す。そのため、蓄電池500の劣化を抑制することができる。ま
た、信頼性の高い蓄電池500とすることができる。
す。図13(B)に示す構成では、正極集電体121の両面に正極活物質層122を設け
ている点において、図13(A)に示す構成と異なる。図13(B)のように正極集電体
121の両面に正極活物質層122を設けることで、蓄電池500の単位体積あたりの容
量を大きくすることができる。
す。図10(C)に示す構成では、負極集電体125の両面に負極活物質層126を設け
ている点において、図10(B)に示す構成と異なる。図10(C)のように負極集電体
125の両面に負極活物質層126を設けることで、蓄電池500の単位体積あたりの容
量をさらに大きくすることができる。
たが、本発明はこれに限られるものではない。ここで、図14(A)に、図13(A)と
異なる構成のセパレータ123を有する例を示す。図14(A)に示す構成では、正極活
物質層122と負極活物質層126との間にシート状のセパレータ123を1枚ずつ設け
ている点において、図13(A)に示す構成と異なる。図14(A)に示す構成では、正
極111及び負極115を6層ずつ積層しており、セパレータ123を6層設けている。
14(B)に示す構成では、1枚のセパレータ123が正極活物質層122と負極活物質
層126の間に挟まれるように複数回折り返されている点において、図14(A)に示す
構成と異なる。また、図14(B)の構成は、図14(A)に示す構成の各層のセパレー
タ123を延長して層間をつなぎあわせた構成ということもできる。図14(B)に示す
構成では、正極111及び負極115を6層ずつ積層しており、セパレータ123を少な
くとも5回以上折り返せばよい。また、セパレータ123は、正極活物質層122と負極
活物質層126の間に挟まれるように設けるだけでなく、延長して複数の正極111と負
極115を一まとめに結束するようにしてもよい。
は第1の電極組立体130、図15(B)は第2の電極組立体131の断面図である。図
15(C)は、図1(A)の一点破線A1-A2における断面図である。なお、図15(
C)では図を明瞭にするため、第1の電極組立体130、電極組立体131およびセパレ
ータ123を抜粋して示す。
数の電極組立体131を有する。
正極活物質層122を有する正極111a、セパレータ123、負極集電体125の両面
に負極活物質層126を有する負極115a、セパレータ123、正極集電体121の両
面に正極活物質層122を有する正極111aがこの順に積層されている。また図15(
B)に示すように、第2の電極組立体131では、負極集電体125の両面に負極活物質
層126を有する負極115a、セパレータ123、正極集電体121の両面に正極活物
質層122を有する正極111a、セパレータ123、負極集電体125の両面に負極活
物質層126を有する負極115aがこの順に積層されている。
立体131は、捲回したセパレータ123によって覆われている。
次に蓄電装置の一例として、コイン型の蓄電池の一例について、図11を参照して説明
する。図11(A)はコイン型(単層偏平型)の蓄電池の外観図であり、図11(B)は
、その断面図である。
302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。
層309により形成される。
質層502を参照すればよい。負極307は、負極506を参照すればよい。負極活物質
層309は、負極活物質層505の記載を参照すればよい。セパレータ310は、セパレ
ータ507の記載を参照すればよい。電解液は、電解液508の記載を参照すればよい。
質層は片面のみに形成すればよい。
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。正極缶301は正極304と、負極缶302は負極3
07とそれぞれ電気的に接続する。
B)に示すように、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。
次に蓄電装置の一例として、円筒型の蓄電池を示す。円筒型の蓄電池について、図12
を参照して説明する。円筒型の蓄電池600は、図12(A)に示すように、上面に正極
キャップ(電池蓋)601を有し、側面および底面に電池缶(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)6
10によって絶縁されている。
缶602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。また、正極604および負極606は、例えば実施の形態1に示す電極の作製
方法を参照することができる。円筒型の蓄電池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ことが好ましい。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603および負極端子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
Temperature 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(BaTiO3)系半導体セラミックス等を用いることができる。
きな応力が作用する。また、電極の捲回体を筐体に収納した場合に、電極には常に捲回軸
の外側に向かう応力が作用する。このように電極に大きな応力が作用したとしても、活物
質が劈開してしまうことを防止することができる。
たが、その他の封止型蓄電池、角型蓄電池等様々な形状の蓄電池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。例えば、他の蓄電池の例を図21乃至図29に示
す。
図16および図17に、薄型の蓄電池の構成例を示す。図16(A)に示す捲回体99
3は、負極994と、正極995と、セパレータ996と、を有する。
て積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体993を角型の封止容器な
どで覆うことにより角型の二次電池が作製される。
な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい。負極994はリード電極997およびリ
ード電極998の一方を介して負極集電体(図示せず)に接続され、正極995はリード
電極997およびリード電極998の他方を介して正極集電体(図示せず)に接続される
。
と、凹部を有するフィルム982とを熱圧着などにより貼り合わせて形成される空間に上
述した捲回体993を収納したものである。捲回体993は、リード電極997およびリ
ード電極998を有し、フィルム981と、凹部を有するフィルム982との内部で電解
液に含浸される。
料や樹脂材料を用いることができる。フィルム981および凹部を有するフィルム982
の材料として樹脂材料を用いれば、外部から力が加わったときにフィルム981と、凹部
を有するフィルム982を変形させることができ、可撓性を有する蓄電池を作製すること
ができる。
、1枚のフィルムを折り曲げることによって空間を形成し、その空間に上述した捲回体9
93を収納してもよい。
蓄電装置を作製することができる。ただし、外装体や、封止容器を樹脂材料にする場合、
外部に接続を行う部分は導電材料とする。
93は、図16(A)に示したものと同一であるため、詳細な説明は省略することとする
。
た捲回体993を収納したものである。捲回体993は、リード電極997およびリード
電極998を有し、外装体991、992の内部で電解液に含浸される。外装体991、
992は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。外装体
991、992の材料として樹脂材料を用いれば、外部から力が加わったときに外装体9
91、992を変形させることができ、可撓性を有する薄型蓄電池を作製することができ
る。
より、薄型蓄電池を繰り返し折り曲げることによって電極に応力が作用したとしても、活
物質が劈開してしまうことを防止することができる。
とにより、電池の電圧の低下や、放電容量の低下を抑制することができる。これにより、
充放電に伴う電池のサイクル特性を向上させることができる。
また、蓄電システムの構造例について、図18乃至図20を用いて説明する。ここで蓄
電システムとは、例えば、蓄電装置を搭載した機器を指す。
テムは、回路基板900と、蓄電池913と、を有する。蓄電池913には、ラベル91
0が貼られている。さらに、図18(B)に示すように、蓄電システムは、端子951と
、端子952と、アンテナ914と、アンテナ915と、を有する。
1、端子952、アンテナ914、アンテナ915、および回路912に接続される。な
お、端子911を複数設けて、複数の端子911のそれぞれを、制御信号入力端子、電源
端子などとしてもよい。
およびアンテナ915は、コイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。ま
た、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘
電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ914若しくはアンテナ91
5は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能
することができる。つまり、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、
アンテナ914若しくはアンテナ915を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界
だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
より、アンテナ914により受電する電力量を大きくできる。
16を有する。層916は、例えば蓄電池913による電磁界を遮蔽することができる機
能を有する。層916としては、例えば磁性体を用いることができる。
図18(B)に示す蓄電池913のうち、対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設け
てもよい。図19(A-1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図1
9(A-2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図18(A)
および図18(B)に示す蓄電システムと同じ部分については、図18(A)および図1
8(B)に示す蓄電システムの説明を適宜援用できる。
ンテナ914が設けられ、図19(A-2)に示すように、蓄電池913の一対の面の他
方に層917を挟んでアンテナ915が設けられる。層917は、例えば蓄電池913に
よる電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層917としては、例えば磁性体を用
いることができる。
きくすることができる。
図18(B)に示す蓄電池913のうち、対向する一対の面のそれぞれに別のアンテナを
設けてもよい。図19(B-1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、
図19(B-2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図18(
A)および図18(B)に示す蓄電システムと同じ部分については、図18(A)および
図18(B)に示す蓄電システムの説明を適宜援用できる。
ンテナ914およびアンテナ915が設けられ、図19(B-2)に示すように、蓄電池
913の一対の面の他方に層917を挟んでアンテナ918が設けられる。アンテナ91
8は、例えば、外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ91
8には、例えばアンテナ914およびアンテナ915に適用可能な形状のアンテナを適用
することができる。アンテナ918を介した蓄電システムと他の機器との通信方式として
は、NFCなど、蓄電システムと他の機器の間で用いることができる応答方式などを適用
することができる。
3に表示装置920を設けてもよい。表示装置920は、端子919を介して端子911
に電気的に接続される。なお、表示装置920が設けられる部分にラベル910を設けな
くてもよい。なお、図18(A)および図18(B)に示す蓄電システムと同じ部分につ
いては、図18(A)および図18(B)に示す蓄電システムの説明を適宜援用できる。
表示してもよい。表示装置920としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレク
トロルミネセンス(ELともいう)表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペ
ーパーを用いることにより表示装置920の消費電力を低減することができる。
3にセンサ921を設けてもよい。センサ921は、端子922を介して端子911に電
気的に接続される。なお、図18(A)および図18(B)に示す蓄電システムと同じ部
分については、図18(A)および図18(B)に示す蓄電システムの説明を適宜援用で
きる。
離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射
線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むものを用いること
ができる。センサ921を設けることにより、例えば、蓄電システムが置かれている環境
を示すデータ(温度など)を検出し、回路912内のメモリに記憶しておくこともできる
。
ている。そのため、蓄電池や蓄電システムの容量を大きくすることができる。また、エネ
ルギー密度を高めることができる。また、信頼性を高めることができる。また、寿命を長
くすることができる。
本実施の形態では、可撓性を有する蓄電池を電子機器に実装する例について説明する。
レキシブルな形状を備える蓄電装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装
置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタ
ルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携
帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機など
の大型ゲーム機などが挙げられる。
車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
1に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、
スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、蓄
電装置7407を有している。
00を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電装
置7407も湾曲される。また、その時、曲げられた蓄電装置7407の状態を図21(
C)に示す。蓄電装置7407は薄型の蓄電池である。蓄電装置7407は曲げられた状
態で固定されている。なお、蓄電装置7407は集電体7409と電気的に接続されたリ
ード電極7408を有している。例えば、集電体7409は銅箔であり、一部ガリウムと
合金化させて、集電体7409と接する活物質層との密着性を向上し、蓄電装置7407
が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。
、筐体7101、表示部7102、操作ボタン7103、及び蓄電装置7104を備える
。また、図21(E)に曲げられた蓄電装置7104の状態を示す。蓄電装置7104は
曲げられた状態で使用者の腕への装着時に、筐体が変形して蓄電装置7104の一部また
は全部の曲率が変化する。なお、曲線の任意の点における曲がり具合を相当する円の半径
の値で表したものを曲率半径であり、曲率半径の逆数を曲率と呼ぶ。具体的には、曲率半
径が40mm以上150mm以下の範囲内で筐体または蓄電装置7104の主表面の一部
または全部が変化する。蓄電装置7104の主表面における曲率半径が40mm以上15
0mm以下の範囲であれば、高い信頼性を維持できる。
は、筐体7201、表示部7202、バンド7203、バックル7204、操作ボタン7
205、入出力端子7206などを備える。
ターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することがで
きる。
ことができる。また、表示部7202はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面
に触れることで操作することができる。例えば、表示部7202に表示されたアイコン7
207に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
フ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を
持たせることができる。例えば、携帯情報端末7200に組み込まれたオペレーティング
システムにより、操作ボタン7205の機能を自由に設定することもできる。
である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリー
で通話することもできる。
を介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7206を介して充
電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子7206を介さずに無線給電により
行ってもよい。
を有している。例えば、図21(E)に示した蓄電装置7104を、筐体7201の内部
に湾曲した状態で、またはバンド7203の内部に湾曲可能な状態で組み込むことができ
る。
ンサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度セ
ンサ、等が搭載されることが好ましい。
7304を有し、本発明の一態様の蓄電装置を有している。また、表示装置7300は、
表示部7304にタッチセンサを備えることもでき、また、携帯情報端末として機能させ
ることもできる。
ができる。また、表示装置7300は、通信規格された近距離無線通信などにより、表示
状況を変更することができる。
データのやりとりを行うことができる。また入出力端子を介して充電を行うこともできる
。なお、充電動作は入出力端子を介さずに無線給電により行ってもよい。
本実施の形態では、蓄電装置を搭載することのできる電子機器の一例を示す。
図22(A)および図22(B)に示すタブレット型端末9600は、筐体9630a、
筐体9630b、筐体9630aと筐体9630bを接続する可動部9640、表示部9
631aと表示部9631bを有する表示部9631、表示モード切り替えスイッチ96
26、電源スイッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629
、操作スイッチ9628、を有する。図22(A)は、タブレット型端末9600を開い
た状態を示し、図22(B)は、タブレット型端末9600を閉じた状態を示している。
電体9635を有する。蓄電体9635は、可動部9640を通り、筐体9630aと筐
体9630bに渡って設けられている。
れた操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部96
31aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領
域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部96
31aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9
631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表
示画面として用いることができる。
部をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボー
ド表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれること
で表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
タッチ入力することもできる。
切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えス
イッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用
時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末
は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検
出装置を内蔵させてもよい。
しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表
示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネ
ルとしてもよい。
633、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634有する。また、蓄電
体9635として、本発明の一態様に係る蓄電体を用いる。
よび筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより
、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、タブレット型端末9600の
耐久性を高めることができる。また、本発明の一態様の蓄電体を用いた蓄電体9635は
可撓性を有し、曲げ伸ばしを繰り返しても充放電容量が低下しにくい。よって、信頼性の
優れたタブレット型端末を提供できる。
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、日付又は時刻
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又は編集するタッ
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。
、表示部、又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9633は、
筐体9630の片面又は両面に設けることができ、蓄電体9635の充電を効率的に行う
構成とすることができる。なお蓄電体9635としては、リチウムイオン電池を用いると
、小型化を図れる等の利点がある。
(C)にブロック図を示し説明する。図22(C)には、太陽電池9633、蓄電体96
35、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、
表示部9631について示しており、蓄電体9635、DCDCコンバータ9636、コ
ンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図22(B)に示す充放電制御回路9
634に対応する箇所となる。
。太陽電池で発電した電力は、蓄電体9635を充電するための電圧となるようDCDC
コンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電
池9633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963
7で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部963
1での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにして蓄電体9635の
充電を行う構成とすればよい。
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蓄
電体9635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。
一態様に係る蓄電装置8004を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置80
00は、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ
部8003、蓄電装置8004等を有する。本発明の一態様に係る蓄電装置8004は、
筐体8001の内部に設けられている。表示装置8000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8004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8004を無停電電源として用いることで、表示装置8000の利用が可能と
なる。
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。
ど、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
103を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置8100は、筐体8101、
光源8102、蓄電装置8103等を有する。図23では、蓄電装置8103が、筐体8
101及び光源8102が据え付けられた天井8104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8103は、筐体8101の内部に設けられていても良い。照明
装置8100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8103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8103を無停電電源として用い
ることで、照明装置8100の利用が可能となる。
いるが、本発明の一態様に係る蓄電装置は、天井8104以外、例えば側壁8105、床
8106、窓8107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。
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。
、本発明の一態様に係る蓄電装置8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室
内機8200は、筐体8201、送風口8202、蓄電装置8203等を有する。図23
では、蓄電装置8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、蓄
電装置8203は室外機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室
外機8204の両方に、蓄電装置8203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8203に蓄積された
電力を用いることもできる。特に、室内機8200と室外機8204の両方に蓄電装置8
203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8203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。
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、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることもできる。
を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、
冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303、蓄電装置8304等を有する。図23では、
蓄電装置8304が、筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300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8304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8304を無停電電源として用いることで、電気
冷凍冷蔵庫8300の利用が可能となる。
子機器は、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、電子機器
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。
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8300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉83
02、冷凍室用扉8303の開閉が行われない夜間において、蓄電装置8304に電力を
蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行
われる昼間において、蓄電装置8304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。
本実施の形態では、車両に蓄電装置を搭載する例を示す。
、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。
8400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、航続距離の長い車両を実現
することができる。また、自動車8400は蓄電装置を有する。蓄電装置は電気モーター
8406を駆動するだけでなく、ヘッドライト8401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。
示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8400が有するナビ
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。
方式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24(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された
蓄電装置8024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ーの規格等は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8500に搭載された蓄電装置8024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。
給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。
ことができる。また、本発明の一態様によれば、蓄電装置の特性を向上することができ、
よって、蓄電装置自体を小型軽量化することができる。蓄電装置自体を小型軽量化できれ
ば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭
載した蓄電装置を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要
のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。
よび試料C2を作製した。なお以下において3つの試料において同じ条件を用いた場合は
、その記載を省く。
。ステップS201bにおいて、リン化合物としてH3PO4を3.41ml秤量した。
リンに対するリチウムのモル数が3倍となるようにした。ステップS201dにおいて、
溶媒として純水を50ml秤量した。
形成した。ステップS205は、大気雰囲気下で行った。なお、混合液の形成の際に、撹
拌子等を用いて攪拌を行いながら、材料等を投入することが好ましい。
を準備した。
った。所望のpHとなるまで溶液Qの滴下を行い、混合液Bを形成した。ここで、各試料
について後述する混合液Cの濃度が表1に示す値となるように、pHを調整した。pH測
定にはメトラー・トレド製のセブンゴーデュオpHメータを用いた。
.941g秤量した。リンに対する鉄のモル数が1倍となるようにした。また、ステップ
S209bにおいて、溶媒として水を秤量した。
、混合液Bと、FeCl2・4H2Oと、純水と、を混合し、混合液Cを形成した。各試
料における混合液CのpHを表1に示す。
Cを入れ密閉し、撹拌を行い、試料A1については180℃で1時間、試料C1および試
料C2においては150℃で1時間、それぞれ加熱を行った。加熱中の内筒内の圧力は1
50℃においておよそ0.4MPa乃至0.5MPa程度、180℃においておよそ0.
9MPa乃至1.0MPa程度であった。加熱した後、温度が低下するまで放置し、内筒
内の合成物を、ろ過し、水洗した。オートクレーブ装置にはオーエムラボテック社製ミニ
リアクターMS200-Cを用いた。
1、試料C1および試料C2を得た。試料A1は灰色の粉体、試料C1は試料A1よりや
や濃い灰色の粉体、試料C2はやや緑がかかった灰色の粉体であった。
いて述べる。
SEMを用いて各試料の観察を行った。試料A1、試料C1および試料C2の観察結果
をそれぞれ図25、図26および図27に示す。図25(A)、図26(A)および図2
7(A)は50、000倍、図25(C)、図26(C)および図27(C)は1、00
0倍における観察結果である。また図25(B)は図25(A)の点線で囲む領域の、図
26(B)は図26(A)の点線で囲む領域の、図27(B)は図27(A)の点線で囲
む領域の、拡大図をそれぞれ示す。図25(B)より、試料A1が有する2つの粒子を測
定したところ、短径は58nmおよび33nmであった。また図26(B)より試料C1
が有する2つの粒子を測定したところ、短径は478nmおよび665nmであった。ま
た図27(B)より試料C2が有する2つの粒子を測定したところ、短径は291nmお
よび57nmであった。
集合体202bおよび集合体202cを示した図である。また図1(B)には、集合体2
02a、集合体202bおよび集合体202cが有する粒子を模式図で示す。
で近似する場合の長径および短径の一例を示す。粒子203aにおいて、長径206aは
352nm、短径207aは108nm、長径は短径の3.3倍であった。また、粒子2
03bにおいて、長径206bは490nm、短径207bは97.9nm、長径は短径
の5.0倍であった。また、粒子203cにおいて、長径206cは280nm、短径2
07cは125nm、長径は短径の2.2倍であった。
わかった。一方、試料C1では短径が400nm以上とやや大きい結果となった。試料C
2は短径が100nm以下と小さい条件もみられたが、後述するように比表面積が大きく
粒子同士が接着している可能性がある。
次に各試料について、レーザ回折粒度分布測定装置(SALD-2200形、島津製作
所製)を用いて測定した。粒径の算出方式にはレーザ回折・散乱法を用いた。装置の測定
範囲は、0.030μmから1000μmであった。図29(A)は試料A1の、図29
(B)は試料C1の、試料29(C)は試料C2の粒度分布測定の結果をそれぞれ示す。
また各試料について、D50およびD90の結果を表2に示す。ここでD50とは粒度分
布測定結果の積算粒子量曲線において、その積算量が50%を占めるときの粒子径、すな
わちメジアンである。またD90とは粒度分布が90%となる粒径である。なお、表2に
おいて同じ試料名が複数回記載してある場合には、異なる粉体を用いて複数回測定したこ
とを示す。
して大きいことがわかった。
次に、各試料において比表面積の測定を行った。比表面積の測定には自動比表面積・細
孔分布測定装置(トライスターII3020(島津製作所社製))を用いた。解析にはB
ET法を用いた。各試料の比表面積の測定結果を表3に示す。
m3を代入し、球近似の場合の直径を求めると、試料A1が120nm、試料C1が18
1nm、試料C2が299nmであった。
る粒子のサイズに対し、比表面積から得られる粒径も同程度であり、粒子同士の接着が少
ない、優れた正極活物質が得られたと考えられる。一方、作製温度を150℃、混合液C
のpHを6.5とした試料C2では、SEM観察において短径が100nm以下の粒子も
みられたのにも関わらず、比表面積が他の条件と比較して大きく、粒子同士の接着がより
多いことが示唆される。また粒度分布の結果より、集合体の径が大きいことが示唆される
。また、作製温度を150℃、混合液CのpHを3.92とした試料C1においては比表
面積は試料C2よりも大きい結果となった。このことから、pHを酸性寄り(酸性におい
て、より小さいpH)とすることにより、粒子同士の接着が抑制されると考えられる。
103 活物質
111 正極
111a 正極
115 負極
115a 負極
121 正極集電体
122 正極活物質層
123 セパレータ
125 負極集電体
126 負極活物質層
130 電極組立体
131 電極組立体
201 正極活物質
202a 集合体
202b 集合体
202c 集合体
203a 粒子
203b 粒子
203c 粒子
204a 粒子
204b 粒子
205a 粒子
205b 粒子
205c 粒子
206a 長径
207a 短径
206b 長径
207b 短径
206c 長径
207c 短径
300 蓄電池
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
321 グラフェン化合物
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
510 正極リード電極
511 負極リード電極
512 溶接領域
514 封止部
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
607 負極端子
608 絶縁板
609 絶縁板
611 PTC素子
612 安全弁機構
900 回路基板
910 ラベル
911 端子
912 回路
913 蓄電池
914 アンテナ
915 アンテナ
916 層
917 層
918 アンテナ
919 端子
920 表示装置
921 センサ
922 端子
951 端子
952 端子
981 フィルム
982 フィルム
990 蓄電池
991 外装体
992 外装体
993 捲回体
994 負極
995 正極
996 セパレータ
997 リード電極
998 リード電極
1700 曲面
1701 平面
1702 曲線
1703 曲率半径
1704 曲率中心
1800 曲率中心
1801 フィルム
1802 曲率半径
1803 フィルム
1804 曲率半径
7100 携帯表示装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 操作ボタン
7104 蓄電装置
7200 携帯情報端末
7201 筐体
7202 表示部
7203 バンド
7204 バックル
7205 操作ボタン
7206 入出力端子
7207 アイコン
7300 表示装置
7304 表示部
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 蓄電装置
7408 リード電極
7409 集電体
8000 表示装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8004 蓄電装置
8021 充電装置
8022 ケーブル
8024 蓄電装置
8100 照明装置
8101 筐体
8102 光源
8103 蓄電装置
8104 天井
8105 側壁
8106 床
8107 窓
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 蓄電装置
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 蓄電装置
8400 自動車
8401 ヘッドライト
8406 電気モーター
8500 自動車
9600 タブレット型端末
9625 スイッチ
9626 スイッチ
9627 電源スイッチ
9628 操作スイッチ
9629 留め具
9630 筐体
9630a 筐体
9630b 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 蓄電体
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
9640 可動部
Claims (9)
- 一次粒子を有する二次粒子を有し、
前記二次粒子の粒径は300nm以上3μm以下であり、
前記一次粒子は、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩からなり、
前記一次粒子は、第1の径と、第2の径と、を有し、
前記第1の径は、前記第2の径の2倍以上6倍以下であり、
前記第2の径は、20nm以上130nm以下であり、
比表面積が18m 2 /g以上50m 2 /g以下である正極活物質。 - 複数の二次粒子のそれぞれが一次粒子を有する正極活物質であって、
前記複数の二次粒子それぞれの粒径は300nm以上3μm以下であり、
前記一次粒子は、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩からなり、
前記一次粒子は、第1の径と、第2の径と、を有し、
前記第1の径は、前記第2の径の2倍以上6倍以下であり、
前記第2の径は、20nm以上130nm以下であり、
比表面積が18m 2 /g以上50m 2 /g以下である正極活物質。 - 一次粒子を有する二次粒子を有する正極活物質であって、
前記二次粒子の粒径は300nm以上3μm以下であり、
前記一次粒子は、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩からなり、
前記一次粒子は、第1の径と、第2の径と、を有し、
前記第1の径は、前記第2の径の2倍以上6倍以下であり、
前記第2の径は、20nm以上130nm以下であり、
レーザ回折・散乱法により求められる前記正極活物質の中央値は、500nm以上6μm以下であり、
比表面積が18m 2 /g以上50m 2 /g以下である正極活物質。 - 複数の二次粒子のそれぞれが一次粒子を有する正極活物質であって、
前記複数の二次粒子それぞれの粒径は300nm以上3μm以下であり、
前記一次粒子は、鉄、ニッケル、マンガン、およびコバルトのうちいずれか一以上を有するリチウム含有複合リン酸塩からなり、
前記一次粒子は、第1の径と、第2の径と、を有し、
前記第1の径は、前記第2の径の2倍以上6倍以下であり、
前記第2の径は、20nm以上130nm以下であり、
レーザ回折・散乱法により求められる前記正極活物質の中央値は、500nm以上6μm以下であり、
比表面積が18m 2 /g以上50m 2 /g以下である正極活物質。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記比表面積が、18m 2 /g以上40m 2 /g以下である正極活物質。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記正極活物質は、オリビン構造を有する正極活物質。 - 請求項6において、
前記正極活物質は、LiFePO 4 で表される正極活物質。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の正極活物質を有する正極と、
負極と、を有する蓄電装置。 - 請求項8に記載の蓄電装置を有する電子機器。
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