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硫黄複合体を含む正極及び二次電池 実績あり

国内特許コード P130008830
整理番号 H23-035
掲載日 2013年3月27日
出願番号 特願2012-177454
公開番号 特開2014-035944
出願日 平成24年8月9日(2012.8.9)
公開日 平成26年2月24日(2014.2.24)
発明者
  • 堤 宏守
  • 中本 大俊
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 硫黄複合体を含む正極及び二次電池 実績あり
発明の概要 【課題】正極材料として導電性や反応性の高い硫黄材料であって、充放電時に生じる硫黄化合物の電解液中への溶出を防止することができ、また、正極中の硫黄の含有量を増加させることのできる硫黄材料や、該硫黄材料を用いた高容量で充放電による容量低下の少ない正極や二次電池を提供すること。
【解決手段】硫黄表面が金属層又は金属硫化物層で被覆されていることを特徴とする硫黄複合体、この硫黄複合体が含まれている正極活物質層と、集電体とを備えた正極、及びこの正極と電解質、負極を備えたことを特徴とする二次電池。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



近年、急速な携帯電子機器や電気自動車の普及に伴い、高容量で繰り返し充放電可能な二次電池が要求され、開発が盛んに行われている。なかでもリチウム電池が、軽量で高出力が期待されることから、特に注目されている。現在、リチウム電池としては、正極にはLiCoO、LiMn、LiFePO等が、負極にはカーボン、リチウム等が用いられているケースが多い。負極がカーボンの場合は容量が300-370Ah/kg、リチウムの場合は3830Ah/kgであるのに対して、正極のLiCoOやLiMnの容量は110~140Ah/kg程度、LiFePOの容量は150~170Ah/kg程度であるため、高容量の正極材料の開発が望まれている。





一方、高エネルギー密度の正極材料として、硫黄が着目されている。硫黄はLiSまでリチウムと完全に反応すると仮定した場合、2600Wh/kgの理論エネルギー密度と1672Ah/kgの理論的に高い容量を有している。さらに硫黄は毒性が低く、資源も豊富であるため、安価であるという利点もある。





しかしながら、硫黄は反応性に乏しく、また絶縁体であるため、正極材料に用いるためには、硫黄の活性を高め、さらに導電性を付与する必要がある。そこで、これらの問題点を補うための開発がなされている。例えば、金属ナトリウムを負極材料とし、硫黄を正極材料とする二次電池として、硫黄の活性を高めるために、作動温度を300℃以上とする提案がなされている。また、このような高温下での作動を改良するナトリウム/硫黄電池として、50~70重量%の硫黄、導電剤である15~30重量%の炭素、15~20重量%のポリエチレンオキサイドからなる混合物を正極に用い、ナトリウム、ナトリウム含有炭素又はナトリウム酸化物を負極に用い、ナトリウム塩を含むグリミド(grymid)溶液を電解液に用いることで、常温作動のナトリウム/硫黄電池が提案されている(特許文献1)。





また、硫黄と炭素を単に混合する代わりに、硫黄粒子の表面に炭素粒子を機械的に付着させる方法が提案され、この硫黄粒子を正極に、リチウムを負極に用いたリチウム/硫黄電池が提案されている(特許文献2)。





しかしながら、300℃もの高温下で作動する電池では、装置の大型化や安定性に欠けるなどの問題点があった。また、電池を常温で作動させるために、硫黄と炭素を混合したり硫黄に炭素を機械的に付着させたりしても、硫黄への導電性や反応性の付与は十分ではなかった。さらに、硫黄と炭素を用いる上記方法では、硫黄への導電性や反応性の付与のために多量の炭素の添加が必要となり、正極中で活物質として作用する硫黄の含有量が低下するという問題点があった。





これらの問題点を改善するために、本発明者らは、繊維状の硫黄に導電性ポリマーを被覆した複合体を開発し、これを正極材料として用いる提案を行っている(特許文献3)。

産業上の利用分野



本発明は、硫黄表面が金属層又は金属硫化物層で被覆されている硫黄複合体や、該硫黄複合体を含む正極や二次電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
硫黄表面が金属層又は金属硫化物層で被覆されていることを特徴とする硫黄複合体。

【請求項2】
繊維形状であることを特徴とする請求項1記載の硫黄複合体。

【請求項3】
金属層がビスマス層であることを特徴とする請求項1又は2記載の硫黄複合体。

【請求項4】
金属硫化物層が硫化銅層であることを特徴とする請求項1又は2記載の硫黄複合体。

【請求項5】
請求項1~4のいずれか記載の硫黄複合体が含まれている正極活物質層と、集電体とを備えたことを特徴とする正極。

【請求項6】
請求項5記載の正極、電解質、負極を備えたことを特徴とする二次電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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