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多孔質固体電極及びそれを用いた全固体リチウム二次電池 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P06P003548
整理番号 N072P37
掲載日 2006年10月5日
出願番号 特願2005-074937
公開番号 特開2006-260887
登録番号 特許第4615339号
出願日 平成17年3月16日(2005.3.16)
公開日 平成18年9月28日(2006.9.28)
登録日 平成22年10月29日(2010.10.29)
発明者
  • 金村 聖志
  • 獨古 薫
  • 芥川 奈緒
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 多孔質固体電極及びそれを用いた全固体リチウム二次電池 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 リチウム二次電池用の多孔質固体電解質と前記多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合電極により、電子デバイスに搭載可能でかつ高出力、長寿命の全固体リチウム二次電池を提供する。
【解決手段】 リチウム二次電池用の電極が、0.5×10-4S/cm-1以上のリチウムイオン導電性を示す多孔質固体電解質と前記多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合体から構成されることを特徴とするリチウム二次電池用電極。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


近年、パーソナルコンピュータおよび携帯電話などのポータブル機器の開発にともない、その電源として電池の需要は非常に大きくなってきている。特に、リチウム二次電池は、リチウムが小さな原子量を持ちかつ大きいイオン化エネルギーを有することから、高エネルギー密度を得ることが出来る電池として各方面で盛んに研究が行われている。



これらの用途に用いられる電池においては、電解質に液体を使用しているため、電解質の漏液などの問題を完全に解決することは難しい。さらに、リチウム二次電池に関しては、そのエネルギー密度が高いことから、電池に異常が生じた際には電池が発熱する恐れがあり、そのため、電解質が不燃性であることが要求されている。



こうした問題を解決するものとして、液体の電解質に代えて固体電解質を用いる全固体電池が挙げられる。この種の電池の構成要素はすべて固体であるため、電池の信頼性が向上するだけでなく、電池をより小型化および薄型化することが可能である。
従って、リチウム二次電池の場合でも、不燃性の固体材料で構成される固体電解質を用いた全固体リチウム二次電池の開発が望まれている。



全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質としては、例えばハロゲン化リチウム、窒化リチウム、リチウム酸素酸塩、およびこれらの誘導体などが知られている。特に、ペロブスカイト型結晶構造を有するLi3XLa2/3-XTiOおよびナシコン型結晶構造を有するLi1+yAlTi2-y(POなどは、酸化物系の材料にも拘わらず、1~10×10-4S/cmと非常に高いLiイオン伝導性を有するため、全固体リチウム二次電池用の電解質として盛んに研究が行われている。



前記Li3xLa2/3-xTiOおよびLi1+yAlTi2-y(PO
などの固体電解質を用いてリチウム二次電池を作製する場合、粉末状の固体電解質と粉末状の電池活物質(電池の正極材料または負極材料)を混合し、錠剤成型し、高温で熱処理するなどして電極を作製している。
しかしながら、前記のようにして粉末を混合して圧縮成型して電極を作製する場合、電極内部のイオン導電パスに欠陥が多く発生し、これが電池性能を大きく低下させてしまう。
また、薄膜電池を作製する場合は、集電体、電池活物質、固体電解質をそれぞれスパッタリング法などにより成膜して電池としている。しかしながら、このような薄膜電池では電極の厚みが10ミクロン以下であるため、薄膜電池の充放電容量は小さく、大容量化が困難である。

産業上の利用分野


本発明は、リチウム二次電池用の電極に関し、特に多孔質固体電解質と電池活物質とを複合化したリチウム二次電池用の多孔質固体電極に関する。
更にまた、本発明は、前記多孔質固体電極を用いた全固体リチウム二次電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
リチウム二次電池用の電極において、前記電極が、0.5×10-4S/cm-1以上のリチウムイオン導電性を示す多孔質固体電解質と前記多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合体から構成されることを特徴とするリチウム二次電池用電極。

【請求項2】
多孔質固体電解質が、ペロブスカイト型結晶またはナシコン型結晶の結晶構造を有するものである請求項1に記載のリチウム二次電池用電極。

【請求項3】
電池活物質が、電池の正極材料または電池の負極材料を構成するものである請求項1に記載のリチウム二次電池用電極。

【請求項4】
電池の正極材料または電池の負極材料が、遷移金属酸化物で構成される請求項1に記載のリチウム二次電池用電極。

【請求項5】
請求項1に記載の多孔質固体電解質と電池活物質との複合体から成るリチウム二次電池用電極を用いた全固体リチウム二次電池。

国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005074937thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST エネルギーの高度利用に向けたナノ構造材料・システムの創製 領域
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