JPH11283665A - 電気化学素子 - Google Patents
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- JPH11283665A JPH11283665A JP10086381A JP8638198A JPH11283665A JP H11283665 A JPH11283665 A JP H11283665A JP 10086381 A JP10086381 A JP 10086381A JP 8638198 A JP8638198 A JP 8638198A JP H11283665 A JPH11283665 A JP H11283665A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電気化学的な酸化還元反応によってもガスが発
生して電池内圧が上昇して破裂したり、電解質の液漏れ
等の恐れが皆無であり、安全性に優れた全固体の電気化
学素子を提供する。 【解決手段】少なくとも一対の電極４と、電極４に接触
した固体電解質５を備え、電気化学的な酸化還元反応に
伴うイオンの吸蔵及び放出現象を示す材料を組み合わせ
て電極４と固体電解質５を構成し、より望ましくは、金
属リチウムを基準電位として正極２の充放電電位が２．
５〜４．０Ｖ、負極３の充放電電位が２．０〜３．０
Ｖ、固体電解質５の充放電電位が１．５〜２．９Ｖで、
全固体の電気化学素子１を構成する。
生して電池内圧が上昇して破裂したり、電解質の液漏れ
等の恐れが皆無であり、安全性に優れた全固体の電気化
学素子を提供する。 【解決手段】少なくとも一対の電極４と、電極４に接触
した固体電解質５を備え、電気化学的な酸化還元反応に
伴うイオンの吸蔵及び放出現象を示す材料を組み合わせ
て電極４と固体電解質５を構成し、より望ましくは、金
属リチウムを基準電位として正極２の充放電電位が２．
５〜４．０Ｖ、負極３の充放電電位が２．０〜３．０
Ｖ、固体電解質５の充放電電位が１．５〜２．９Ｖで、
全固体の電気化学素子１を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一対の
電極に接触した電解質として固体状の電解質を用いた電
池をはじめとする全固体の電気化学素子に関し、特に、
電極及び固体電解質がリチウムイオンを吸蔵及び放出す
ることが可能で、金属リチウムを基準電位として所定範
囲の充放電電位を示す材料の組み合わせから成る、より
エネルギー密度の高い二次電池として最適な全固体の電
気化学素子に関するものである。
電極に接触した電解質として固体状の電解質を用いた電
池をはじめとする全固体の電気化学素子に関し、特に、
電極及び固体電解質がリチウムイオンを吸蔵及び放出す
ることが可能で、金属リチウムを基準電位として所定範
囲の充放電電位を示す材料の組み合わせから成る、より
エネルギー密度の高い二次電池として最適な全固体の電
気化学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、少なくとも正負一対の電極間
に、水系あるいは非水系の電解質を用いた各種電池が使
用されていたが、近年のビデオ撮影装置やノートパソコ
ン、携帯電話等の携帯用情報端末機器に代表される各種
電子応用機器の薄型かつ軽量小型化の要求に伴い、それ
らの電源用としては、充放電におけるレート特性やサイ
クル特性、保存特性、あるいはエネルギー密度等、電池
性能の点で満足すべきものではなかった。
に、水系あるいは非水系の電解質を用いた各種電池が使
用されていたが、近年のビデオ撮影装置やノートパソコ
ン、携帯電話等の携帯用情報端末機器に代表される各種
電子応用機器の薄型かつ軽量小型化の要求に伴い、それ
らの電源用としては、充放電におけるレート特性やサイ
クル特性、保存特性、あるいはエネルギー密度等、電池
性能の点で満足すべきものではなかった。
【０００３】そこで、前記諸要求を満足する電池とし
て、高電圧で高いエネルギー密度を有する二次電池の研
究開発が盛んに行われており、特に、かかる軽量で再使
用可能な小型の二次電池としては、負極に金属リチウム
を用いたリチウム二次電池が前記携帯用情報端末機器の
電源用として脚光を浴びている。
て、高電圧で高いエネルギー密度を有する二次電池の研
究開発が盛んに行われており、特に、かかる軽量で再使
用可能な小型の二次電池としては、負極に金属リチウム
を用いたリチウム二次電池が前記携帯用情報端末機器の
電源用として脚光を浴びている。
【０００４】しかしながら、前記リチウム二次電池は、
負極に金属リチウムを用いており、、該金属リチウムは
反応性に富むものの燃え易い材料であり、突然発火する
という恐れがあることからさまざまな工夫がなされてい
るが、安全確保の点で本質的な問題があった。
負極に金属リチウムを用いており、、該金属リチウムは
反応性に富むものの燃え易い材料であり、突然発火する
という恐れがあることからさまざまな工夫がなされてい
るが、安全確保の点で本質的な問題があった。
【０００５】かかる問題を解決するために、電極を構成
する材料として負極を黒鉛等の層状構造を有する材料に
置き換えたリチウム二次電池が提案されている（特開平
７−１２２２６１号公報参照）。
する材料として負極を黒鉛等の層状構造を有する材料に
置き換えたリチウム二次電池が提案されている（特開平
７−１２２２６１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案の二次電池は、層状構造を有する黒鉛等を負極として
いるため、該黒鉛表面に結合したキノン基やケトン基等
の種々の末端基は、電気化学的に還元され易いものが多
く、第１回目の初期充電反応において、末端基と電解質
が関係した電気化学的還元反応によりガスが発生し、電
池の内圧が上昇して破裂する恐れがあり、電池性能の劣
化を生じる他、電解質にリチウム塩を溶解した可燃性の
有機系電解液を用いていることから液漏れの問題があ
り、やはり安全性確保のために２重３重の安全対策が必
要であるという課題があった。
案の二次電池は、層状構造を有する黒鉛等を負極として
いるため、該黒鉛表面に結合したキノン基やケトン基等
の種々の末端基は、電気化学的に還元され易いものが多
く、第１回目の初期充電反応において、末端基と電解質
が関係した電気化学的還元反応によりガスが発生し、電
池の内圧が上昇して破裂する恐れがあり、電池性能の劣
化を生じる他、電解質にリチウム塩を溶解した可燃性の
有機系電解液を用いていることから液漏れの問題があ
り、やはり安全性確保のために２重３重の安全対策が必
要であるという課題があった。
【０００７】
【発明の目的】本発明は、前記課題に鑑み成されたもの
で、その目的は、電解質が電気化学的な酸化還元反応を
してもガスが発生して電池内圧が上昇して破裂したり、
電解質の液漏れ等の恐れが皆無であり、格別な安全対策
が不要となる、安全性に優れた全固体の電気化学素子を
提供することにある。
で、その目的は、電解質が電気化学的な酸化還元反応を
してもガスが発生して電池内圧が上昇して破裂したり、
電解質の液漏れ等の恐れが皆無であり、格別な安全対策
が不要となる、安全性に優れた全固体の電気化学素子を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決するために鋭意検討した結果、電気化学素子を構
成する材料として電気化学的な酸化還元反応に伴うイオ
ンの吸蔵及び放出現象を示すものを適宜、組み合わせる
ことによりガスの発生や、電解質の液漏れ等を生じない
ことを知見し、前記組み合わせについて適性化を種々試
み、本発明に至った。
を解決するために鋭意検討した結果、電気化学素子を構
成する材料として電気化学的な酸化還元反応に伴うイオ
ンの吸蔵及び放出現象を示すものを適宜、組み合わせる
ことによりガスの発生や、電解質の液漏れ等を生じない
ことを知見し、前記組み合わせについて適性化を種々試
み、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明の電気化学素子は、少なくと
も一対の電極及び該電極に接触した固体電解質が、電気
化学的な酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び放出現象
を示す材料の組み合わせにより構成されたものである。
も一対の電極及び該電極に接触した固体電解質が、電気
化学的な酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び放出現象
を示す材料の組み合わせにより構成されたものである。
【００１０】特に、前記電極を構成する活物質は、金属
リチウムを基準電位として正極の充放電電位が２．５〜
４．０Ｖで、負極の充放電電位が２．０〜３．０Ｖであ
り、前記固体電解質が、金属リチウムを基準電位として
その充放電電位が１．５〜２．９Ｖであることが、又、
前記固体電解質は、遷移金属を含むリチウム酸化物であ
ることがより望ましいものであり、更に、前記遷移金属
を含むリチウム酸化物は、金属リチウムを基準電位とし
て充放電電位が１．５〜１．６Ｖであるチタン酸リチウ
ム（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12）であることが最も好ましいもの
である。
リチウムを基準電位として正極の充放電電位が２．５〜
４．０Ｖで、負極の充放電電位が２．０〜３．０Ｖであ
り、前記固体電解質が、金属リチウムを基準電位として
その充放電電位が１．５〜２．９Ｖであることが、又、
前記固体電解質は、遷移金属を含むリチウム酸化物であ
ることがより望ましいものであり、更に、前記遷移金属
を含むリチウム酸化物は、金属リチウムを基準電位とし
て充放電電位が１．５〜１．６Ｖであるチタン酸リチウ
ム（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12）であることが最も好ましいもの
である。
【００１１】
【作用】本発明の電気化学素子によれば、少なくとも一
対の電極と該電極に接触した固体電解質が電気化学的な
酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵、放出を示す材料を組
み合わせて構成され、その電解質に液体、特に有機系電
解液を使用していないことから、電解質の液漏れが皆無
となり、更に、電解質が水分や空気と反応を起こすこと
がなく、安全性の高い電気化学素子とすることができ
る。
対の電極と該電極に接触した固体電解質が電気化学的な
酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵、放出を示す材料を組
み合わせて構成され、その電解質に液体、特に有機系電
解液を使用していないことから、電解質の液漏れが皆無
となり、更に、電解質が水分や空気と反応を起こすこと
がなく、安全性の高い電気化学素子とすることができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電気化学素子を図
面に基づき詳細に説明する。
面に基づき詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明の電気化学素子の一実施例
を示す断面図である。図において、１は正極２と負極３
から成る一対の電極４と、固体電解質５とから成る電気
化学素子であり、一対の電極４を成す正極２と負極３
は、集電体６に塗布されて形成されており、一対の電極
４の間に固体電解質５を介在させ、気密性を保持できる
パッケージ７で外装して電池が構成されている。
を示す断面図である。図において、１は正極２と負極３
から成る一対の電極４と、固体電解質５とから成る電気
化学素子であり、一対の電極４を成す正極２と負極３
は、集電体６に塗布されて形成されており、一対の電極
４の間に固体電解質５を介在させ、気密性を保持できる
パッケージ７で外装して電池が構成されている。
【００１４】本発明の電気化学素子は、電気化学的な酸
化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び放出現象を示す後述
する充放電電位を有する材料の組み合わせで電極及び固
体電解質が構成されるものであり、かかる現象を示し、
所定の充放電電位を有するものであれば特に限定するも
のではなく、公知の材料が適用でき、例えば、ＬｉＣｏ
Ｏ2 やＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＣｒＯ2 、ＬｉＶＯ2 、Ｌｉ
Ｎｉ1/2 Ｃｏ1/2 Ｏ4、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＭｎ
Ｏ2 、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12、ＬｉＴｉＯ2 、ＬｉＦｅ
Ｏ2 、ＬｉＲｕＯ2 、ＬｉＷＯ2 、λ−ＭｎＯ2 、Ｖ2
Ｏ5 、Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12、アナターゼ型ＴｉＯ2 、Ｎｂ
2 Ｏ5 等が挙げられる。
化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び放出現象を示す後述
する充放電電位を有する材料の組み合わせで電極及び固
体電解質が構成されるものであり、かかる現象を示し、
所定の充放電電位を有するものであれば特に限定するも
のではなく、公知の材料が適用でき、例えば、ＬｉＣｏ
Ｏ2 やＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＣｒＯ2 、ＬｉＶＯ2 、Ｌｉ
Ｎｉ1/2 Ｃｏ1/2 Ｏ4、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＭｎ
Ｏ2 、Ｌｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12、ＬｉＴｉＯ2 、ＬｉＦｅ
Ｏ2 、ＬｉＲｕＯ2 、ＬｉＷＯ2 、λ−ＭｎＯ2 、Ｖ2
Ｏ5 、Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12、アナターゼ型ＴｉＯ2 、Ｎｂ
2 Ｏ5 等が挙げられる。
【００１５】更に、二次電池の起電力を考慮すれば、前
記電極を構成する材料の充放電電位の差が大であること
が望ましく、かつ前記固体電解質を構成する材料の充放
電電位は、それらより更に低いことがより好適なもので
ある。
記電極を構成する材料の充放電電位の差が大であること
が望ましく、かつ前記固体電解質を構成する材料の充放
電電位は、それらより更に低いことがより好適なもので
ある。
【００１６】従って、前記電極を構成する活物質は、金
属リチウムを基準電位として正極の充放電電位が２．５
〜４．０Ｖである材料で、又、負極の充放電電位が２．
０〜３．０Ｖである材料で構成し、前記固体電解質は、
金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が１．５
〜２．９Ｖである材料で構成することがより望ましいも
のである。
属リチウムを基準電位として正極の充放電電位が２．５
〜４．０Ｖである材料で、又、負極の充放電電位が２．
０〜３．０Ｖである材料で構成し、前記固体電解質は、
金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が１．５
〜２．９Ｖである材料で構成することがより望ましいも
のである。
【００１７】即ち、金属リチウムを基準電位とし、その
充放電電位が最も低い材料を固体電解質材料とし、中間
の充放電電位を示す材料を負極を構成する活物質材料に
適用し、最も高い充放電電位を示す材料を正極を構成す
る活物質材料として組み合わせ、金属リチウムを基準電
位として正極と負極の充放電電位の差が大きいことが、
より高い充放電電位を得ることができ、望ましい組み合
わせとなる。
充放電電位が最も低い材料を固体電解質材料とし、中間
の充放電電位を示す材料を負極を構成する活物質材料に
適用し、最も高い充放電電位を示す材料を正極を構成す
る活物質材料として組み合わせ、金属リチウムを基準電
位として正極と負極の充放電電位の差が大きいことが、
より高い充放電電位を得ることができ、望ましい組み合
わせとなる。
【００１８】つまり、本発明の電気化学素子の充放電電
位は、他の二次電池と同様に、正極と負極の充放電電位
の差によって決定されるためである。
位は、他の二次電池と同様に、正極と負極の充放電電位
の差によって決定されるためである。
【００１９】従って、負極を構成する活物質材料として
は、金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が比
較的低い材料が選択され、例えば、アナターゼ型ＴｉＯ
2 やＮｂ2 Ｏ5 等の金属元素の酸化物が挙げられる。
は、金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が比
較的低い材料が選択され、例えば、アナターゼ型ＴｉＯ
2 やＮｂ2 Ｏ5 等の金属元素の酸化物が挙げられる。
【００２０】具体的には、正極を構成する活物質材料と
して、金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が
約４Ｖを示すＬｉＣｏＯ2 を選択すると、負極を構成す
る活物質材料には充放電電位が約３Ｖを示すＬｉＭｎＯ
2 を選択することができ、固体電解質材料には、前記負
極を構成する活物質材料の充放電電位より更に低い充放
電電位を有するものであることが必要であることから、
例えば、約１．５５Ｖの充放電電位を示すＬｉ4 Ｔｉ5
Ｏ12を用いることが望ましい。
して、金属リチウムを基準電位としてその充放電電位が
約４Ｖを示すＬｉＣｏＯ2 を選択すると、負極を構成す
る活物質材料には充放電電位が約３Ｖを示すＬｉＭｎＯ
2 を選択することができ、固体電解質材料には、前記負
極を構成する活物質材料の充放電電位より更に低い充放
電電位を有するものであることが必要であることから、
例えば、約１．５５Ｖの充放電電位を示すＬｉ4 Ｔｉ5
Ｏ12を用いることが望ましい。
【００２１】かかる組み合わせにより、それぞれ正極、
負極、固体電解質として積層体を形成し、その充放電電
位を測定すると、約１Ｖの充放電電位を示すことが確認
できる。
負極、固体電解質として積層体を形成し、その充放電電
位を測定すると、約１Ｖの充放電電位を示すことが確認
できる。
【００２２】又、負極に金属酸化物を使用する具体例と
しては、負極を構成する活物質材料に、金属リチウムを
基準電位としてその充放電電位が約１．８Ｖを示すアナ
ターゼ型ＴｉＯ2 を選択することができ、正極を構成す
る活物質材料には充放電電位が約４Ｖを示すＬｉＭｎ2
Ｏ4 を選択し、更に、固体電解質材料には充放電電位が
約１．５５Ｖを示すＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を組み合わせて、
それぞれ正極、負極、固体電解質として積層体を形成
し、その充放電電位を測定すると、約２．２Ｖの充放電
電位を示すことが確認できる。
しては、負極を構成する活物質材料に、金属リチウムを
基準電位としてその充放電電位が約１．８Ｖを示すアナ
ターゼ型ＴｉＯ2 を選択することができ、正極を構成す
る活物質材料には充放電電位が約４Ｖを示すＬｉＭｎ2
Ｏ4 を選択し、更に、固体電解質材料には充放電電位が
約１．５５Ｖを示すＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を組み合わせて、
それぞれ正極、負極、固体電解質として積層体を形成
し、その充放電電位を測定すると、約２．２Ｖの充放電
電位を示すことが確認できる。
【００２３】従って、前記固体電解質は、ＴｉやＶ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金属を含むリチウ
ム酸化物が適用され、前記組み合わせの選択が広いとい
う点からは、前記遷移金属を含むリチウム酸化物が、金
属リチウムを基準電位として１．５〜１．６Ｖの充放電
電位を有するチタン酸リチウム（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12）で
あることが最適である。
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金属を含むリチウ
ム酸化物が適用され、前記組み合わせの選択が広いとい
う点からは、前記遷移金属を含むリチウム酸化物が、金
属リチウムを基準電位として１．５〜１．６Ｖの充放電
電位を有するチタン酸リチウム（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12）で
あることが最適である。
【００２４】又、前記固体電解質は、固体電解質材料と
結着剤となるバインダーから構成され、該バインダーと
しては、テフロン系やスチレン系の有機物を用いること
ができる。
結着剤となるバインダーから構成され、該バインダーと
しては、テフロン系やスチレン系の有機物を用いること
ができる。
【００２５】更に、前記正極及び負極は、活物質材料と
電子電導性を付与させる添加物及び結着剤となるバイン
ダーから構成され、電子電導性を付与させる添加物とし
ては、アセチレンブラックやケッチェンブラック、黒鉛
等を用いることができ、前記バインダーには、固体電解
質と同様のテフロン系やスチレン系の有機物を用いるこ
とができる。
電子電導性を付与させる添加物及び結着剤となるバイン
ダーから構成され、電子電導性を付与させる添加物とし
ては、アセチレンブラックやケッチェンブラック、黒鉛
等を用いることができ、前記バインダーには、固体電解
質と同様のテフロン系やスチレン系の有機物を用いるこ
とができる。
【００２６】尚、前記集電体としては、アルミニウム
（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属箔を
用いることができる。
（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属箔を
用いることができる。
【００２７】又、前記パッケージには、気密性を保持で
きれば材質の限定はなく、例えば、アルミニウム製ラミ
ネート材や、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）
等の金属、シュリンクケース等を用いることができる。
きれば材質の限定はなく、例えば、アルミニウム製ラミ
ネート材や、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）
等の金属、シュリンクケース等を用いることができる。
【００２８】
【実施例】次に、本発明の電気化学素子を以下に詳述す
るようにして評価した。
るようにして評価した。
【００２９】（実施例１）先ず、正極を構成する活物質
材料としてＬｉＣｏＯ2 を８０重量％に、電子導電性を
付与させる添加物としてアセチレンブラックを１１重量
％、及びテフロン系バインダーを９重量％を混合した
後、該混合物に公知の有機溶媒を同一重量比で添加混合
して正極形成用ペーストを調製した。
材料としてＬｉＣｏＯ2 を８０重量％に、電子導電性を
付与させる添加物としてアセチレンブラックを１１重量
％、及びテフロン系バインダーを９重量％を混合した
後、該混合物に公知の有機溶媒を同一重量比で添加混合
して正極形成用ペーストを調製した。
【００３０】一方、負極を構成する活物質材料としてＬ
ｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12を８０重量％に、電子導電性を付与させ
る添加物としてアセチレンブラックを１１重量％、及び
テフロン系バインダーを９重量％を混合した後、該混合
物に公知の有機溶媒を同一重量比で添加混合して負極形
成用ペーストを調製した。
ｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12を８０重量％に、電子導電性を付与させ
る添加物としてアセチレンブラックを１１重量％、及び
テフロン系バインダーを９重量％を混合した後、該混合
物に公知の有機溶媒を同一重量比で添加混合して負極形
成用ペーストを調製した。
【００３１】次いで、集電板として厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔を用い、該アルミニウム箔上にそれぞれ正極
形成用、負極形成用ペーストを塗布し、充分に乾燥させ
て溶媒を除去した後、ロール加圧により正極の厚さを８
０μｍ、負極の厚さを７５μｍとなるように調整した。
ミニウム箔を用い、該アルミニウム箔上にそれぞれ正極
形成用、負極形成用ペーストを塗布し、充分に乾燥させ
て溶媒を除去した後、ロール加圧により正極の厚さを８
０μｍ、負極の厚さを７５μｍとなるように調整した。
【００３２】一方、固体電解質としてＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12
を９０重量％に、テフロン系バインダーを１０重量％を
混合した後、該混合物に同一重量比で公知の有機溶媒を
添加混合して固体電解質形成用ペーストを調製した。
を９０重量％に、テフロン系バインダーを１０重量％を
混合した後、該混合物に同一重量比で公知の有機溶媒を
添加混合して固体電解質形成用ペーストを調製した。
【００３３】次に、得られた固体電解質形成用ペースト
を前記正極もしくは負極に塗布し、充分に乾燥させて溶
媒を除去した後、ロール加圧により固体電解質の厚さを
２０μｍに調整した。
を前記正極もしくは負極に塗布し、充分に乾燥させて溶
媒を除去した後、ロール加圧により固体電解質の厚さを
２０μｍに調整した。
【００３４】従って、本実施例では、金属リチウムを基
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＣｏＯ
2 を正極の活物質とし、約３Ｖの充放電電位を有するＬ
ｉ4Ｍｎ5 Ｏ12を負極の活物質とし、充放電電位が約
１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を固体電解質と
して電気化学素子を構成したものである。
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＣｏＯ
2 を正極の活物質とし、約３Ｖの充放電電位を有するＬ
ｉ4Ｍｎ5 Ｏ12を負極の活物質とし、充放電電位が約
１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を固体電解質と
して電気化学素子を構成したものである。
【００３５】かくして得られた電極及び固体電解質層を
被着した電極を３０ｍｍ角の大きさに切り出した後、１
２０℃の温度で２時間、真空乾燥させてから、両電極を
貼り合わせ積層体を作製し、更にロール加圧して密着性
を向上させた。
被着した電極を３０ｍｍ角の大きさに切り出した後、１
２０℃の温度で２時間、真空乾燥させてから、両電極を
貼り合わせ積層体を作製し、更にロール加圧して密着性
を向上させた。
【００３６】その後、得られた積層体を測定用の気密セ
ルに組み上げ、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験を行
った結果、図２に示すように平均作動電圧が１．０Ｖの
電気化学素子が得られたことを確認した。
ルに組み上げ、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験を行
った結果、図２に示すように平均作動電圧が１．０Ｖの
電気化学素子が得られたことを確認した。
【００３７】（実施例２）正極を構成する活物質材料と
してＬｉＭｎ2 Ｏ4 を、負極を構成する活物質材料とし
てアナターゼ型ＴｉＯ2 を採用した以外は、実施例１と
同様にして正極形成用ペーストを調製し、実施例１と同
一の集電板に正極を厚さ８５μｍに、負極を厚さ７５μ
ｍとなるように調整し、固体電解質は、実施例１と同一
とした。
してＬｉＭｎ2 Ｏ4 を、負極を構成する活物質材料とし
てアナターゼ型ＴｉＯ2 を採用した以外は、実施例１と
同様にして正極形成用ペーストを調製し、実施例１と同
一の集電板に正極を厚さ８５μｍに、負極を厚さ７５μ
ｍとなるように調整し、固体電解質は、実施例１と同一
とした。
【００３８】従って、本実施例では、金属リチウムを基
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＭｎ2
Ｏ4 を正極の活物質とし、約１．８Ｖの充放電電位を有
するアナターゼ型ＴｉＯ2 を負極の活物質とし、充放電
電位が約１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を固体
電解質として電気化学素子を構成したものである。
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＭｎ2
Ｏ4 を正極の活物質とし、約１．８Ｖの充放電電位を有
するアナターゼ型ＴｉＯ2 を負極の活物質とし、充放電
電位が約１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を固体
電解質として電気化学素子を構成したものである。
【００３９】その後、実施例１と同様にして測定用の気
密セルを組み上げ、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験
を行った結果、図３に示すように平均作動電圧が２．２
Ｖの電気化学素子が得られたことを確認した。
密セルを組み上げ、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験
を行った結果、図３に示すように平均作動電圧が２．２
Ｖの電気化学素子が得られたことを確認した。
【００４０】（比較例）正極を構成する活物質材料とし
てＬｉＭｎ2 Ｏ4 を、負極を構成する活物質材料として
Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を採用した以外は、実施例１と同様に
して正極を厚さ８５μｍに、負極を厚さ７５μｍとなる
ように調整すると共に、固体電解質としてＬｉ4 Ｍｎ5
Ｏ12を用いる以外は実施例１と同様にして厚さ２０μｍ
に調整した。
てＬｉＭｎ2 Ｏ4 を、負極を構成する活物質材料として
Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を採用した以外は、実施例１と同様に
して正極を厚さ８５μｍに、負極を厚さ７５μｍとなる
ように調整すると共に、固体電解質としてＬｉ4 Ｍｎ5
Ｏ12を用いる以外は実施例１と同様にして厚さ２０μｍ
に調整した。
【００４１】従って、本比較例では、金属リチウムを基
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＭｎ2
Ｏ4 を正極の活物質とし、約３Ｖの中間の充放電電位を
有するＬｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12を固体電解質とし、充放電電位
が約１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を負極の活
物質として電気化学素子を構成したものである。
準電位として充放電電位が約４Ｖと最も高いＬｉＭｎ2
Ｏ4 を正極の活物質とし、約３Ｖの中間の充放電電位を
有するＬｉ4 Ｍｎ5 Ｏ12を固体電解質とし、充放電電位
が約１．５５Ｖと最も低いＬｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12を負極の活
物質として電気化学素子を構成したものである。
【００４２】次いで、実施例１と同様にして組み上げた
気密セルに対して、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験
を行ったところ、充放電反応は全く確認されなかった。
気密セルに対して、０．３ｍＡの電流で充放電反応試験
を行ったところ、充放電反応は全く確認されなかった。
【００４３】尚、本発明は、前記実施例に示したものに
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて適宜変更して実施できるものである。
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて適宜変更して実施できるものである。
【００４４】
【発明の効果】叙上の如く、本発明の電気化学素子は、
少なくとも一対の電極と、該電極に接触した電解質を備
え、電気化学的な酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び
放出現象を示す材料を組み合わせて電極と固体電解質を
構成して全固体の電気化学素子とすることから、電解質
が電気化学的な酸化還元反応をしてもガスが発生して電
池内圧が上昇して破裂したり、電解質の液漏れ等の恐れ
が皆無となり、更に、電解質が水分や空気と反応を起こ
すこともなく、格別な安全対策が不要であり、極めて安
定な安全性の高い全固体の電気化学素子が得られ、高い
エネルギー密度を有するリチウム二次電池をはじめ、電
気二重層コンデンサ等、各種用途に適用可能となり、そ
の産業上の利用価値は極めて多大なものとなる。
少なくとも一対の電極と、該電極に接触した電解質を備
え、電気化学的な酸化還元反応に伴うイオンの吸蔵及び
放出現象を示す材料を組み合わせて電極と固体電解質を
構成して全固体の電気化学素子とすることから、電解質
が電気化学的な酸化還元反応をしてもガスが発生して電
池内圧が上昇して破裂したり、電解質の液漏れ等の恐れ
が皆無となり、更に、電解質が水分や空気と反応を起こ
すこともなく、格別な安全対策が不要であり、極めて安
定な安全性の高い全固体の電気化学素子が得られ、高い
エネルギー密度を有するリチウム二次電池をはじめ、電
気二重層コンデンサ等、各種用途に適用可能となり、そ
の産業上の利用価値は極めて多大なものとなる。
【図１】本発明の電気化学素子の一実施例を示す断面図
である。
である。
【図２】本発明の電気化学素子の一実施例の充放電反応
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の電気化学素子の他の実施例の充放電反
応を示す図である。
応を示す図である。
１ 電気化学素子 ２ 正極 ３ 負極 ４ 一対の電極 ５ 固体電解質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 4/48 Ｈ０１Ｍ 4/58 4/58 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｇ
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも一対の電極と、該電極に接触し
た固体電解質を具備した電気化学素子であって、前記電
極及び固体電解質が、電気化学的な酸化還元反応に伴う
イオンの吸蔵及び放出現象を示す材料の組み合わせによ
り構成されたことを特徴とする電気化学素子。 - 【請求項２】前記電極を構成する活物質が、金属リチウ
ムを基準電位として正極の充放電電位が２．５〜４．０
Ｖ、負極の充放電電位が２．０〜３．０Ｖであり、前記
固体電解質が、金属リチウムを基準電位としてその充放
電電位が１．５〜２．９Ｖであることを特徴とする請求
項１に記載の電気化学素子。 - 【請求項３】前記固体電解質が、遷移金属を含むリチウ
ム酸化物であることを特徴とする請求項１又は請求項２
のいずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項４】前記遷移金属を含むリチウム酸化物が、金
属リチウムを基準電位として１．５〜１．６Ｖの充放電
電位を有するチタン酸リチウム（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12）で
あることを特徴とする請求項３に記載の電気化学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10086381A JPH11283665A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 電気化学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10086381A JPH11283665A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 電気化学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283665A true JPH11283665A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=13885308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10086381A Pending JPH11283665A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 電気化学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11283665A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003531466A (ja) * | 2000-04-13 | 2003-10-21 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 電解質層にセラミック粒子を有する電気化学素子 |
| WO2013035526A1 (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 株式会社 村田製作所 | 全固体電池用積層成形体、全固体電池およびその製造方法 |
| WO2013111804A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | 国立大学法人東京工業大学 | 固体イオンキャパシタ、及び固体イオンキャパシタの使用方法 |
| JP2014501436A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-01-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 固体電解質ベースのリチウム−硫黄電池 |
-
1998
- 1998-03-31 JP JP10086381A patent/JPH11283665A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003531466A (ja) * | 2000-04-13 | 2003-10-21 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 電解質層にセラミック粒子を有する電気化学素子 |
| JP2014501436A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-01-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 固体電解質ベースのリチウム−硫黄電池 |
| WO2013035526A1 (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 株式会社 村田製作所 | 全固体電池用積層成形体、全固体電池およびその製造方法 |
| JPWO2013035526A1 (ja) * | 2011-09-09 | 2015-03-23 | 株式会社村田製作所 | 全固体電池用積層成形体、全固体電池およびその製造方法 |
| WO2013111804A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | 国立大学法人東京工業大学 | 固体イオンキャパシタ、及び固体イオンキャパシタの使用方法 |
| JPWO2013111804A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2015-05-11 | 国立大学法人東京工業大学 | 固体イオンキャパシタ、及び固体イオンキャパシタの使用方法 |
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