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蓄電デバイス用セパレータ及びその製造方法、蓄電デバイス用一体構造物及びその製造方法

国内特許コード P190016395
整理番号 2018
掲載日 2019年10月17日
出願番号 特願2018-032431
公開番号 特開2019-149259
出願日 平成30年2月26日(2018.2.26)
公開日 令和元年9月5日(2019.9.5)
発明者
  • 野田 優
  • 金子 健太郎
  • 堀 圭佑
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 蓄電デバイス用セパレータ及びその製造方法、蓄電デバイス用一体構造物及びその製造方法
発明の概要 【課題】蓄電デバイス用セパレータ及びその製造方法、蓄電デバイス用一体構造物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セパレータ12は、絶縁性繊維22のスポンジ状構造体からなることを特徴とする。一体構造物10は、セパレータ12と、セパレータ12の一方の表面に設けられ、導電性繊維24のスポンジ状構造体の内部に負極活物質25が保持された負極14と、セパレータ12の他方の表面に設けられ、導電性繊維26のスポンジ状構造体の内部に正極活物質27が保持された正極16とを備え、セパレータ12と電極としての負極14及び正極16が一体に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要 リチウムイオン電池をはじめとした二次電池や、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタをはじめとした電気化学キャパシタなどの蓄電デバイスは、携帯電子機器、ハイブリッド自動車や、電気自動車などの電源として、広く利用されている。

このような蓄電デバイスの電極構造体は、セパレータの両面に正極と負極を積層して形成される。セパレータは、正極と負極の短絡を防止するために絶縁性の材料で形成される。正極と負極とは、金属箔の集電体上に活物質を塗布して形成される。各層の機械的強度を向上させるために、セパレータも集電体も厚くする必要がある。正極と負極の集電体を厚くした場合、蓄電デバイスの容量を確保するために、活物質を厚く塗布する必要がある。しかし、活物質を厚く塗布すると、集電体からの活物質層の剥離や、電極反応が電解液中のイオンの拡散に律速されることによる出力の低下等の問題が生じる。

セパレータは、正極と負極の短絡による蓄電デバイスの暴走を防ぐために、安全性の観点からも厚くすることが望まれる。しかしながら、蓄電デバイスの出力と容量を向上させるためには、セパレータを薄くすることが望ましい。従来、セパレータとして微多孔質性の有機高分子膜が用いられているが、機械的強度と安全性の観点より20μm程度の厚みが必要であり、また、耐熱性にも限界があった。特許文献1には、1000℃程度以上の耐熱性を有する窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT;boron nitride nanotube)と高分子材料とを複合化した、厚み5μm程度以下に調整可能なセパレータが記載されている。
産業上の利用分野 本発明は、蓄電デバイス用セパレータ及びその製造方法と、蓄電デバイス用一体構造物及びその製造方法とに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
絶縁性繊維のスポンジ状構造体からなることを特徴とする蓄電デバイス用セパレータ。

【請求項2】
前記絶縁性繊維は、窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイス用セパレータ。

【請求項3】
請求項1記載の蓄電デバイス用セパレータと、
前記蓄電デバイス用セパレータの表面に設けられ、導電性繊維のスポンジ状構造体の内部に正極活物質または負極活物質が保持された電極と、
を備え、
前記蓄電デバイス用セパレータと前記電極とが一体に形成されていることを特徴とする蓄電デバイス用一体構造物。

【請求項4】
前記絶縁性繊維は、窒化ホウ素ナノチューブまたは有機系ナノファイバーであり、
前記導電性繊維は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項3記載の蓄電デバイス用一体構造物。

【請求項5】
絶縁性繊維が溶媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、
前記分散液から前記溶媒を除去して前記絶縁性繊維のスポンジ状構造体からなるセパレータを形成するセパレータ形成工程と
を有することを特徴とする蓄電デバイス用セパレータの製造方法。

【請求項6】
前記絶縁性繊維は、窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする請求項5記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。

【請求項7】
絶縁性繊維が溶媒に分散した分散液を支持体に供給し、前記絶縁性繊維を前記支持体の表面で集積させることにより、前記絶縁性繊維のスポンジ状構造体からなるセパレータを形成するセパレータ形成工程と、
正極活物質または負極活物質と導電性繊維とが溶媒に分散した分散液を前記支持体上の前記セパレータの上に供給し、前記導電性繊維を前記セパレータの表面で集積させることにより、前記導電性繊維のスポンジ状構造体に前記正極活物質または前記負極活物質が保持された電極を形成する電極形成工程と
を有することを特徴とする蓄電デバイス用一体構造物の製造方法。

【請求項8】
正極活物質または負極活物質と導電性繊維とが溶媒に分散した分散液を支持体に供給し、前記導電性繊維を前記支持体の表面で集積させることにより、前記導電性繊維のスポンジ状構造体に前記正極活物質または前記負極活物質が保持された電極を形成する電極形成工程と、
絶縁性繊維が溶媒に分散した分散液を前記支持体上の前記電極の上に供給し、前記絶縁性繊維を前記電極の表面で集積させることにより、前記絶縁性繊維のスポンジ状構造体からなるセパレータを形成するセパレータ形成工程と
を有することを特徴とする蓄電デバイス用一体構造物の製造方法。

【請求項9】
前記絶縁性繊維は、窒化ホウ素ナノチューブまたは有機系ナノファイバーであり、
前記導電性繊維は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項7または8記載の蓄電デバイス用一体構造物の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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thum_JPA 501149259_i_000002.jpg
出願権利状態 公開
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