Top > Search of Japanese Patents > SECONDARY BATTERY

SECONDARY BATTERY

Patent code P180015232
File No. 1870
Posted date Aug 28, 2018
Application number P2017-001386
Publication number P2018-113108A
Date of filing Jan 6, 2017
Date of publication of application Jul 19, 2018
Inventor
  • (In Japanese)野田 優
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title SECONDARY BATTERY
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery of high capacity density, capable of maintaining stability of the whole battery at the time of charge/discharge.
SOLUTION: A secondary battery includes an electrode structure 10 provided with a positive electrode 20 which expands or contracts to change the volume at the time of discharge or charge, and a negative electrode 30 which changes the volume contrary to the positive electrode 20, provided via a separator 12. The positive electrode 20 and the negative electrode 30 have a volume ratio, i.e., the value of volume during expansion divided by volume during contraction, of 1.1 or more, the positive electrode 20 or the negative electrode 30 has the volume ratio of 1.9 or more, and the total volume ratio, i.e., the value obtained by dividing the small value, out of the total volume of the positive and negative electrodes 20, 30 during discharge, and the total volume of the positive and negative electrodes 20, 30 during charge, by the large value is 1.2 or less.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


近年、高エネルギー密度二次電池の開発が活発に行われているが、エネルギーシステムを本格的に支えるには、更なる高容化と低コスト化が要求される。リチウムイオン二次電池は、正極活物質にコバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質に黒鉛(C)等の炭素材料を用い、活物質の結晶構造の隙間にリチウムイオン(Li)を挿入・脱離することにより、正極・負極ともに体積変化が小さく、安定な充放電が実現されている。しかしながら、リチウム遷移金属複合酸化物および炭素材料は、保持できるリチウムイオンに対する質量や体積が大きく、さらなる高容量密度化は困難である。



そこで、活物質に、硫黄、シリコン、スズ等の、リチウムと反応して化合物を形成する材料を用いた、高容量電池の研究が進められている。硫黄やシリコンからなる活物質を用いた場合には、活物質に対して反応するリチウムイオンの量が多いため、高容量密度が実現できる一方、充放電時の体積変化が大きい。体積変化は、電池や電極の構造の劣化の原因となる。体積変化を抑制するために、活物質をシェル材料で覆うなどの複合化技術が研究されているが、追加材料により、電極の質量や体積が増加してしまう。また、活物質が膨張できる空隙を電極内に予め設けることで、電極の体積変化を抑える技術も研究されているが、電極体積あたりの容量密度が低下してしまう。電極の体積変化を抑制しつつ、電池容量密度を増加させることは難しい。



リチウムイオン二次電池において、正極に用いる導電材の凝集を防止し、正極活物質の導通を確実なものとするとともに、容量密度を大きくし、高出力における容量密度の低下を抑制するために、カーボンナノチューブ(以下、CNTと称する)を導電材として用いた正極が提案されている(例えば、特許文献1)。



しかしながら、充放電時における正極および負極それぞれの体積変化に起因した電池全体の劣化を抑制でき、しかも高容量密度の二次電池は未だ得られていない。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、二次電池に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
放電時または充電時に膨張または収縮して体積が変化する正極と、前記正極とは逆に体積が変化する負極とがセパレータを介して設けられた電極構造体を備え、
前記正極および前記負極は、膨張時の体積を収縮時の体積で割った値である体積比が1.1以上であり、
前記正極または前記負極は、前記体積比が1.9以上であり、
前記放電時における前記正極と前記負極との合計体積、および前記充電時における前記正極の体積と前記負極の体積との合計体積のうち、大きい値で小さい値を割った値である合計体積比が1.2以下である
ことを特徴とする二次電池。

【請求項2】
 
前記正極は、カーボンナノチューブのスポンジ状構造体からなる第1の三次元集電体と、前記第1の三次元集電体の内部に包含された正極活物質とを備え、
前記負極は、カーボンナノチューブのスポンジ状構造体からなる第2の三次元集電体と、前記第2の三次元集電体の内部に包含された負極活物質とを備える
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池。

【請求項3】
 
前記正極および前記負極は、空隙率が5%以上80%未満であることを特徴とする請求項1または2記載の二次電池。

【請求項4】
 
前記正極および前記負極は、金属箔を含まないことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項記載の二次電池。

【請求項5】
 
前記二次電池はリチウム二次電池であり、前記正極または前記負極はLiを含み、前記Liの質量は、前記二次電池の5%以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載の二次電池。

【請求項6】
 
前記正極はSを含み、前記Sの質量は、前記二次電池の12%以上であることを特徴とする請求項5記載の二次電池。

【請求項7】
 
前記負極はSiを含み、前記Siの質量は、前記二次電池の6%以上であることを特徴とする請求項5または6記載の二次電池。

【請求項8】
 
質量容量密度が400Wh/kg以上であり、体積容量密度が700Wh/L以上であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項記載の二次電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2017001386thum.jpg
State of application right Published
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close