JP2017059545A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般式Li2MSiO4(式中、MはFe、Co、Mn、Niから選択される少なくとも1種の元素)で表される化合物を主成分として含む核と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含み、核の周囲を覆う被覆層と、を有する粒状の電極用材料である。また、核と、被覆層との間には、固溶体を有する。このような構成にすることにより、電気伝導性が高い電極用材料を得ることが可能である。さらに、このような電極用材料を得ることにより、放電容量が大きい蓄電装置を得ることができる。
【選択図】図1
Description
る。携帯可能な電子機器において、小型軽量で信頼性を有し、高エネルギー密度且つ充電
可能な蓄電装置が必要になっている。このような蓄電装置として、例えば、リチウムイオ
ン二次電池が知られている。また、環境問題やエネルギー問題の認識の高まりから二次電
池を搭載した電気推進車両の開発も急速に進んでいる。
4)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸コバルトリチウム(LiCo
PO4)、リン酸ニッケルリチウム(LiNiPO4)などの、リチウム(Li)と鉄(
Fe)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)またはニッケル(Ni)とを含むオリビン
構造を有するリン酸化合物などが知られている(特許文献1、非特許文献1、及び非特許
文献2参照)。
系(ケイ酸塩)化合物をリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いることが提案さ
れている(例えば、特許文献2)。また、特許文献2には、正極活物質に炭素成分を含有
させることで、該正極活物質の導電性を向上する方法が開示されている。
塩化合物はバルク電気伝導性が低く、粒子単体としては電極用材料として十分な特性を得
ることが困難である。
びそれを用いた蓄電装置を提供することを課題の一とする。
装置を提供することを課題の一とする。
通りである。
択される少なくとも1種の元素)で表される化合物を主成分として含む核と、一般式Li
MPO4で表される化合物を主成分として含み、前記核の周囲を覆う被覆層と、を有する
粒状の電極用材料である。
じであっても、異なっていてもよい。また、一般式LiMPO4で表される化合物は、一
般式Li2MSiO4で表される化合物と比較して導電性が高い化合物であることが好ま
しい。
た、上記の構成において、カーボンコート層の膜厚は、0nmより大きく100nm以下
であることが好ましい。
い。
このような電極用材料を得ることにより、放電容量が大きい蓄電装置を得ることができる
。
の形態の記載内容に限定されず、本明細書などにおいて開示する発明の趣旨から逸脱する
ことなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異
なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下
に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号
を用い、その繰り返しの説明は省略する。
実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、
必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
別するために便宜上付したものであり、その数を限定するものではない。
本実施の形態では、本発明の一態様である電極用材料の構造について、図1を用いて説明
する。
0を複数用いて形成される。
e、Co、Mn、Niから選択される少なくとも1種の元素)で表される化合物を主成分
として含む核102と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含み、核1
02の周囲を覆う被覆層104と、を有する。また、核102と被覆層104との間には
、固溶体106が存在する。固溶体106は、一般式Li2MSiO4で表される化合物
に一般式LiMPO4で表される化合物がわずかに溶け込んだものである。固溶体106
は、一般式Li2MSiO4で表される化合物に一般式LiMPO4で表される化合物が
10%程度溶け込んだものであることが好ましい。
核102と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含む被覆層104との
間において、固溶体106が存在することにより、正極活物質100表面において、一般
式Li2MSiO4に含まれるLiの挿入脱離によるエネルギー障壁を下げることが可能
である。その結果、正極活物質100は、利用できる容量を理論容量に近づけることがで
きる。また、正極活物質100の電気伝導性を向上させることができる。
方が核(コア)を形成し、もう一方の化学種がその周囲を取り囲んだ(シェル)構造のこ
とである。このような構造をとることにより、被覆層104による核の安定化、核102
による被覆層104の高機能化、核102および被覆層104のそれぞれの性質を同時に
利用することができる。つまり、核102において、一般式Li2MSiO4で表される
化合物を含むことで、遷移金属1molに対して、Liが2mol含まれるため、正極活
物質100を容量の大きな電極材料として用いることができる。また、一般式Li2MS
iO4で表される化合物よりも電気伝導性の高いLiMPO4で表される化合物で核10
2を被覆することにより、容量が大きく、電気伝導性の高い電極材料(正極活物質100
)を形成することができる。
分として含む核102と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含み、核
102の周囲を覆う被覆層104と、を有し、該被覆層104はカーボンコート層108
で覆われている。また、核102と被覆層104との間には、固溶体106が存在する。
、正極活物質100の導電率を向上させることができる。また、正極活物質100同士が
、カーボンコート層108を介して接することにより、正極活物質100同士が導通し、
正極活物質100の電気伝導性をさらに向上させることができる。
説明する。
て説明する。
源と成る化合物に溶液を加えて混合し、混合材料を作製する。一般式中のMは、例えば、
鉄(Fe)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの一の元素ま
たは複数の元素を表す。
酸化リチウム(Li2O)、硫化リチウム(Li2S)、過酸化リチウム(Li2O2)
、硫酸リチウム(Li2SO4)、亜硫酸リチウム(Li2SO3)、チオ硫酸リチウム
(Li2S2O3)等のリチウム塩を用いることができる。
酸化マンガン(II)(MnO)、酸化コバルト(II)(CoO)、及び酸化ニッケル
(II)(NiO)等の酸化物、または、シュウ酸鉄(II)二水和物(FeC2O4・
2H2O)、シュウ酸マンガン(II)二水和物(MnC2O4・2H2O)、シュウ酸
コバルト(II)二水和物(CoC2O4・2H2O)、及びシュウ酸ニッケル(II)
二水和物(NiC2O4・2H2O)等のシュウ酸塩を用いることができる。
を用いることができる。
)を用いることができる。
源となる化合物に溶媒を加えて混合し、混合材料を作製する。
る化合物を混合する方法として、例えば、ボールミル処理を用いることができる。具体的
な方法は、化合物に揮発性の高いアセトン等の溶媒を加え、金属製またはセラミック製の
ボール(ボール径φ1mm以上10mm以下)を用いて、回転数50rpm以上500r
pm以下、回転時間30分間以上5時間以下、の処理を行うというものである。ボールミ
ル処理を行うことにより、化合物を混合するのと同時に、化合物の微粒子化を行うことが
でき、作製後のLi2MSiO4の微粒子化を図ることができる。また、ボールミル処理
を行うことにより、化合物を均一に混合することができ、作製後の電極用材料の結晶性を
高めることができる。なお、溶媒としてアセトンを示したが、エタノールおよびメタノー
ル等も用いることができる。
イ酸リチウム、一般式中のMの供給源となる化合物にシュウ酸鉄(II)二水和物を用い
、溶媒としてアセトンを加えて、ボールミル処理を行うとよい。
けてペレットを成型し、成型したペレットに対して第1の熱処理(仮焼成)を行う。
和物)の混合材料を、50℃に加熱して溶媒(アセトン)を蒸発させた後、ペレットプレ
スにて圧力14.7Pa(150kgf/cm2)として5分間圧力をかけ、ペレットに
成型する。その後、ペレットに成型した混合物を、窒素雰囲気中で、第1の熱処理(仮焼
成)を行う。
上20時間以下、好ましくは10時間以下行えばよい。本実施の形態では焼成温度350
℃、焼成時間10時間で行うこととする。400℃以下の低温で第1の熱処理(仮焼成)
を行うことにより、シュウ酸鉄(II)二水和物を、酸化鉄(II)とすることができる
。
ばよい。例えば、不活性ガス雰囲気として、窒素、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン
、キセノン等)等を適用することができる。また、水素雰囲気において行ってもよい。
したペレットに対して第2の熱処理(本焼成)を行う。
1時間以上20時間以下として行うことができる。第2の熱処理は、例えば、窒素雰囲気
中で、焼成温度700℃、焼成時間10時間として行うことができる。第2の熱処理によ
り、微粒子化された電極用材料の核を形成することができる。
できる。
方法の一例について説明する。
供給源と成る化合物に溶液を加えて混合し、混合材料を作製する。また、一般式中のMは
、例えば、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの
一の元素または複数の元素を表す。
SiO4の作製方法で示した材料を用いることができるため、詳細な説明は省略する。ま
た、一般式Li2MSiO4に含まれるMと、一般式LiMPO4に含まれるMは、同じ
であっても、異なっていてもよい。
ム((NH4)2HPO4)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、五酸化
二リン(P2O5)を用いることができる。
の供給源となる化合物、Mの供給源となる化合物、およびPO4の供給源となる化合物に
溶媒を加えて混合し、混合材料を作製する。
となる化合物を混合する方法としては、ボールミル処理を行えばよい。ボールミル処理の
具体的な方法については、上述のLi2MSiO4の作製方法で示した方法を適用するこ
とができるため、詳細な説明は省略する。ボールミル処理を行うことにより、化合物を混
合するのと同時に、化合物の微粒子化を行うことができる。
としてFeC2O4・2H2Oを用い、PO4の供給源となる化合物としてNH4H2P
O4を用い、溶媒としてアセトンを加えて、ボールミル処理を行うとよい。
けてペレットを成型し、成型したペレットに対して第3の熱処理(仮焼成)を行う。
4H2PO4)の混合材料を、50℃に加熱して溶媒(アセトン)を蒸発させた後、ペレ
ットプレスにて圧力14.7Pa(150kgf/cm2)として5分間圧力をかけ、ペ
レットに成型する。その後、ペレットに成型した混合物を、窒素雰囲気中で、焼成温度3
50℃、焼成時間10時間として第3の熱処理(仮焼成)を行う。第3の熱処理を行うこ
とにより、一般式Li2MSiO4で表される化合物を主成分として含む核102と、一
般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含み、核102の周囲を覆う被覆層1
04を形成することができる。例えば、核102としてLi2FeSiO4と、被覆層1
04としてLiFePO4を形成することができる。また、核102の重量は、被覆層1
04の重量よりも大きいものとなる。
り、核102(例えば、Li2FeSiO4)と被覆層104(LiFePO4)に含ま
れる元素がお互いの領域に拡散し、核102と被覆層104の境界が不明瞭となった固溶
体106が形成される。固溶体106が形成されることにより、図1に示す構造(正極活
物質100)を形成することが可能である。このような固溶体106が存在することで、
固溶体106が存在しない場合と比較して、核102に含まれるLiは、効果的に挿入脱
離しやすくなる。また、第4の熱処理を行うことにより、LiMPO4の結晶性を高める
こともできる。LiMPO4の結晶性を高めることにより、Liの挿入脱離をさらに起こ
しやすくすることができる。
を添加して以後の工程を行うと、グルコースから供給された炭素が、正極活物質の表面に
担持される(図1(B)参照)。
がカーボンコートされるとも言う。
nmより大きく100nm以下、好ましくは2nm以上10nm以下が好ましい。
せることができる。また、正極活物質100同士が、表面に担持された炭素を介して接す
れば、正極活物質100同士が導通し、正極活物質100の導電率をさらに高めることが
できる。
それがあるが、本発明の一態様のように、核102に被覆層104を形成することによっ
て、カーボンコート層108による核102の還元を抑制することができる。
るため、炭素の供給源としてグルコースを用いたが、グルコースの代わりに、リン酸基と
の反応性のよい環状単糖類、直鎖単糖類、または多糖類を用いてもよい。
たが、本発明の一態様はこれに限定されず、第5の熱処理を行って、有機化合物を添加し
て、カーボンコート層108を形成してもよい。
以下、好ましくは、20nm以上60nm以下が好ましい。正極活物質100の粒径が上
記範囲であると正極活物質100粒子が小さいため、リチウムイオンの挿入脱離がしやす
くなり、蓄電装置のレート特性が向上し、短時間での充放電が可能である。
ため、固溶体106の膜厚を薄くすることができる。
、水熱法、共沈法、スプレードライ法などを用いることも可能である。また、被覆層10
4の形成方法として、本実施の形態で説明した方法の代わりに、スパッタリング法、CV
D法、ゾルゲル法、水熱法、共沈法などを用いることも可能である。
本実施の形態では、上記実施の形態1に示す作製工程によって得られた電極用材料を正極
活物質として用いたリチウムイオン二次電池について説明する。リチウムイオン二次電池
の概要を図2に示す。
を外部と隔絶する筐体220の中に設置し、筐体220中に電解液211が充填されてい
る。また、正極202及び負極207との間にセパレータ210を有する。
続されており、第1の電極221及び第2の電極222より、充電や放電が行われる。ま
た、正極活物質層201及びセパレータ210の間と負極活物質層206及びセパレータ
210との間とはそれぞれは一定間隔をおいて示しているが、これに限らず、正極活物質
層201及びセパレータ210と負極活物質層206及びセパレータ210とはそれぞれ
が接していても構わない。また、正極202及び負極207は間にセパレータ210を配
置した状態で筒状に丸めても構わない。
実施の形態1で作製した電極用材料が複数含まれている。一方、負極集電体205の上に
は負極活物質層206が形成されている。本明細書では、正極活物質層201と、それが
形成された正極集電体200を合わせて正極202と呼ぶ。また、負極活物質層206と
、それが形成された負極集電体205を合わせて負極207と呼ぶ。
スを用いた炭素層などを含むものではない。よって、例えば、活物質の導電率を表す時に
は、活物質自身の導電率を指し、表面に形成された炭素層を含む活物質層の導電率を意味
するものではない。
とができる。正極集電体200は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる
。
化合物を主成分として含む核102と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分と
して含み、核102の周囲を覆う被覆層104と、を有する正極活物質100が含まれて
いる。または、実施の形態1で示した一般式Li2MSiO4で表される化合物を主成分
として含む核102と、一般式LiMPO4で表される化合物を主成分として含み、核1
02の周囲を覆う被覆層104と、を有する正極活物質100と、該正極活物質100を
覆うカーボンコート層108と、が含まれている。核102と被覆層104との間には、
固溶体106が存在することが好ましい。
器で粉砕して、微粉体を得る。得られた微粉体に、導電助剤やバインダ、溶媒を加えてペ
ースト状に調合する。
さないものであればよい。例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラ
ック、VGCF(商標登録)などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウムもしくは銀
など金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などがそれに該当する。導電助剤とは、
活物質間の導電性を助ける物質であり、離れている活物質の間に充填され、活物質同士の
導通をとる材料である。
キシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド
、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、EPDM(Ethylene Propylene Dien
e Monomer)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム
、フッ素ゴムもしくはポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂またはゴム弾性
を有するポリマーなどがある。
0〜96重量%、2〜10重量%、2〜10重量%の割合で、且つ全体で100重量%に
なるように混合する。更に、電極用材料、導電助剤、及びバインダの混合物と同体積程度
の有機溶媒を混合し、スラリー状に加工する。なお、電極用材料、導電助剤、バインダ、
及び有機溶媒をスラリー状に加工して得られたものを、スラリーと呼ぶ。溶媒としては、
N−メチル−2−ピロリドンや乳酸エステルなどがある。成膜した時の活物質および導電
助剤の密着性が弱い時にはバインダを多くし、活物質の抵抗が高い時には導電助剤を多く
するなどして、活物質、導電助剤、バインダの割合を適宜調整するとよい。
ト法により薄く広げた後、ロールプレス器で更に延伸し、厚みを均等にした後、真空乾燥
(10Pa以下)や加熱乾燥(150〜280℃)して、正極集電体200上に正極活物
質層201を形成する。正極活物質層201の厚さは、20〜100μmの間で所望の厚
さを選択する。クラックや剥離が生じないように、正極活物質層201の厚さを適宜調整
することが好ましい。さらには、電池の形態にもよるが、平板状だけでなく、筒状に丸め
た時に、正極活物質層201にクラックや剥離が生じないようにすることが好ましい。
ることができる。
などが用いられる。負極集電体205上に、塗布法、スパッタ法、蒸着法などにより負極
活物質層206を形成してもよいし、それぞれの材料を単体で負極活物質層206として
用いてもよい。黒鉛と比較すると、ゲルマニウム、シリコン、リチウム、アルミニウムの
理論リチウム吸蔵容量が大きい。吸蔵容量が大きいと小面積でも十分に充放電が可能であ
り、負極として機能するため、コストの節減及び二次電池の小型化につながる。ただし、
シリコンなどはリチウム吸蔵により体積が4倍程度まで増えるために、材料自身が脆くな
る事や爆発する危険性などにも十分に気をつける必要がある。
。電解液は、キャリアイオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含み
、このキャリアイオンが電気伝導を担っている。アルカリ金属イオンとしては、例えば、
リチウムイオン、ナトリウムイオン、若しくはカリウムイオンがある。アルカリ土類金属
イオンとしては、例えば、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、若しくはバリウム
イオンがある。
ら構成されている。リチウム塩としては、例えば、塩化リチウム(LiCl)、フッ化リ
チウム(LiF)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、硼弗化リチウム(LiBF4)
、LiAsF6、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等がある。ナトリウム塩とし
ては、例えば、塩化ナトリウム(NaCl)、フッ化ナトリウム(NaF)、過塩素酸ナ
トリウム(NaClO4)、硼弗化ナトリウム(NaBF4)等がある。
、ECと略す)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、お
よびビニレンカーボネート(VC)など)、非環状カーボネート類(ジメチルカーボネー
ト(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)
、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソブチルカーボネート(MIBC)
、およびジプロピルカーボネート(DPC)など)、脂肪族カルボン酸エステル類(ギ酸
メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなど)、非環状エ
ーテル類(γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、1,2−ジメトキシエタン(DME
)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、およびエトキシメトキシエタン(EME)等
)、環状エーテル類(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等)、環状ス
ルホン(スルホランなど)、アルキルリン酸エステル(ジメチルスルホキシド、1,3−
ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルなど
)やそのフッ化物があり、これらの一種または二種以上を混合して使用する。
、ビニロン(ビナロンともいう)(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アク
リル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いればよい。ただし、上記
した電解液211に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
レンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタク
リレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、
ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、
ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロー
ス、紙、不織布から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて用いることがで
きる。
第2の電極222に負極端子を接続する。正極202からは電子が第1の電極221を介
して奪われ、第2の電極222を通じて負極207に移動する。加えて、正極からはリチ
ウムイオンが正極活物質層201中の活物質から溶出し、セパレータ210を通過して負
極207に達し、負極活物質層206内の活物質に取り込まれる。当該領域でリチウムイ
オン及び電子が合体して、負極活物質層206に吸蔵される。同時に正極活物質層201
では、活物質から電子が放出され、活物質に含まれる金属Mの酸化反応が生じる。
、第2の電極222に電子が送り込まれる。リチウムイオンはセパレータ210を通過し
て、正極活物質層201に達し、正極活物質層201中の活物質に取り込まれる。その時
には、負極207からの電子も正極202に到達し、金属Mの還元反応が生じる。
ウム化合物またはオリビン構造を有するケイ酸リチウム化合物を正極活物質として有して
いる。また、該リン酸リチウム化合物またはケイ酸リチウム化合物中には、キャリアの発
生源となる第2の金属元素が添加されており、バルク電気伝導率が向上している。そのた
め、本実施の形態で得られるリチウムイオン二次電池を、放電容量が大きく、充放電の速
度が大きいリチウムイオン二次電池とすることができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、実施の形態2で説明した蓄電装置の応用形態について説明する。
ルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、
携帯情報端末、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、電気自動車、ハ
イブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、自転車等の電気推進車両
に用いることができる。
部412が組み込まれている。筐体411は、さらに操作ボタン413、操作ボタン41
7、外部接続ポート414、スピーカー415、及びマイク416等を備えている。
体431及び第2の筐体433の2つの筐体で構成されて、2つの筐体が軸部432によ
り一体にされている。第1の筐体431及び第2の筐体433は、軸部432を軸として
開閉動作を行うことができる。第1の筐体431には第1の表示部435が組み込まれ、
第2の筐体433には第2の表示部437が組み込まれている。その他、第2の筐体43
3に、操作ボタン439、電源443、及びスピーカー441等を備えている。
部503、座部503の後方に設けられた背もたれ505、座部503の前下方に設けら
れたフットレスト507、座部503の左右に設けられたアームレスト509、背もたれ
505の上部後方に設けられたハンドル511を有する。アームレスト509の一方には
、車椅子の動作を制御するコントローラ513が設けられる。座部503の下方のフレー
ム515を介して、座部503前下方には一対の前輪517が設けられ、座部503の後
下方には一対の後輪519が設けられる。後輪519は、モータ、ブレーキ、ギア等を有
する駆動部521に接続される。座部503の下方には、バッテリー、電力制御部、制御
手段等を有する制御部523が設けられる。制御部523は、コントローラ513及び駆
動部521と接続しており、使用者によるコントローラ513の操作により、制御部52
3を介して駆動部521が駆動し、電動式の車椅子501の前進、後進、旋回等の動作及
び速度を制御する。
御部523のバッテリーは、プラグイン技術による外部から電力供給により充電をするこ
とができる。
されている。蓄電装置651の電力は、制御回路653により出力が調整されて、駆動装
置657に供給される。制御回路653は、コンピュータ655によって制御される。
み合わせて構成される。コンピュータ655は、電気自動車650の運転者の操作情報(
加速、減速、停止など)や走行時の情報(登坂や下坂等の情報、駆動輪にかかる負荷情報
など)の入力情報に基づき、制御回路653に制御信号を出力する。制御回路653は、
コンピュータ655の制御信号により、蓄電装置651から供給される電気エネルギーを
調整して駆動装置657の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、直流を交
流に変換するインバータも内蔵される。
蓄電装置651は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができ
る。
をすることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置を、無線給電システム(以下、RF給
電システムと呼ぶ。)に用いた場合の一例を、図6及び図7のブロック図を用いて説明す
る。なお、各ブロック図では、受電装置および給電装置内の構成要素を機能ごとに分類し
、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り
分けることが困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
進車両であるが、この他電力で駆動するものに適宜適用することができる。電子機器の代
表的としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携
帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再
生装置、表示装置、コンピュータ等がある。また、電気推進車両の代表例としては、電気
自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等がある。また
、給電装置900は、受電装置800に電力を供給する機能を有する。
受電装置部801は、受電装置用アンテナ回路802と、信号処理回路803と、蓄電装
置804とを少なくとも有する。また、給電装置900は、給電装置用アンテナ回路90
1と、信号処理回路902とを有する。
取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路901に信号を発信する役割を有する。信号処
理回路803は、受電装置用アンテナ回路802が受信した信号を処理し、蓄電装置80
4の充電、および、蓄電装置804から電源負荷部810への電力の供給を制御する。電
源負荷部810は、蓄電装置804から電力を受け取り、受電装置800を駆動する駆動
部である。電源負荷部810の代表例としては、モータ、駆動回路等があるが、その他の
電源負荷部を適宜用いることができる。また、給電装置用アンテナ回路901は、受電装
置用アンテナ回路802に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路802からの
信号を受け取る役割を有する。信号処理回路902は、給電装置用アンテナ回路901の
動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路901から発信する信号の強度、周
波数などを制御することができる。
電装置804として利用される。
比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の間隔を延ばすことができる(何
度も給電する手間を省くことができる)。
810を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置800の小型化及
び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
受電装置部801は、受電装置用アンテナ回路802と、信号処理回路803と、蓄電装
置804と、整流回路805と、変調回路806と、電源回路807とを、少なくとも有
する。また、給電装置900は、給電装置用アンテナ回路901と、信号処理回路902
と、整流回路903と、変調回路904と、復調回路905と、発振回路906とを、少
なくとも有する。
取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路901に信号を発信する役割を有する。給電装
置用アンテナ回路901が発信する信号を受け取る場合、整流回路805は受電装置用ア
ンテナ回路802が受信した信号から直流電圧を生成する役割を有する。信号処理回路8
03は受電装置用アンテナ回路802が受信した信号を処理し、蓄電装置804の充電、
蓄電装置804から電源回路807への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路8
07は、蓄電装置804が蓄電している電圧を電源負荷部に必要な電圧に変換する役割を
有する。変調回路806は受電装置800から給電装置900へ何らかの応答を送信する
場合に使用される。
る。このため、電源負荷部810に過電圧が印加されることを低減することが可能であり
、受電装置800の劣化や破壊を低減することができる。
することが可能である。このため、受電装置800の充電量を判断し、一定量の充電が行
われた場合に、受電装置800から給電装置900に信号を送信し、給電装置900から
受電装置800への給電を停止させることができる。この結果、蓄電装置804を100
%充電しないことで過充電による劣化や破壊を低減し、蓄電装置804の充電回数を増加
させることが可能である。
あるいは、受電装置用アンテナ回路802から信号を受け取る役割を有する。受電装置用
アンテナ回路802に信号を送る場合、信号処理回路902は、受電装置に送信する信号
を生成する回路である。発振回路906は一定の周波数の信号を生成する回路である。変
調回路904は、信号処理回路902が生成した信号と発振回路906で生成された一定
の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路901に電圧を印加する役割を有する
。そうすることで、給電装置用アンテナ回路901から信号が出力される。一方、受電装
置用アンテナ回路802から信号を受け取る場合、整流回路903は受け取った信号を整
流する役割を有する。復調回路905は、整流回路903が整流した信号から受電装置8
00が給電装置900に送った信号を抽出する。信号処理回路902は復調回路905に
よって抽出された信号を解析する役割を有する。
、受電装置800が電磁波を受信し整流回路805で直流電圧を生成したあとに、DC−
DCコンバータやレギュレータといった回路を設けて、定電圧を生成してもよい。そうす
ることで、受電装置内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。
電装置804として利用される。
比べて蓄電量を増やすことができるので、無線給電の間隔を延ばすことができる(何度も
給電する手間を省くことができる)。
810を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置800の小型化及
び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
回路802と蓄電装置804を重ねる場合は、蓄電装置804の充放電に伴い形状が変化
し、受電装置用アンテナ回路802のインピーダンスが変化しないようにすることが好ま
しい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能
性があるためである。例えば、蓄電装置804を金属製あるいはセラミックス製の電池パ
ックに装填するようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路802と電池
パックは数十um以上離れていることが望ましい。
波数であればどの帯域であっても構わない。充電用の信号は、例えば、135kHzのL
F帯(長波)でも良いし、13.56MHzのHF帯でも良いし、900MHz〜1GH
zのUHF帯でも良いし、2.45GHzのマイクロ波帯でもよい。
々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によ
るエネルギーの損失を抑えるためには、本発明の一態様では、周波数が低い帯域、具体的
には、短波である3MHz〜30MHz、中波である300kHz〜3MHz、長波であ
る30kHz〜300kHz、及び超長波である3kHz〜30kHzの周波数を利用し
た電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが望ましい。
102 核
104 被覆層
106 固溶体
108 カーボンコート層
200 正極集電体
201 正極活物質層
202 正極
205 負極集電体
206 負極活物質層
207 負極
210 セパレータ
211 電解液
220 筐体
221 電極
222 電極
410 携帯電話機
411 筐体
412 表示部
413 操作ボタン
414 外部接続ポート
415 スピーカー
416 マイク
417 操作ボタン
430 電子書籍用端末
431 筐体
432 軸部
433 筐体
435 表示部
437 表示部
439 操作ボタン
441 スピーカー
443 電源
501 車椅子
503 座部
505 背もたれ
507 フットレスト
509 アームレスト
511 ハンドル
513 コントローラ
515 フレーム
517 前輪
519 後輪
521 駆動部
523 制御部
650 電気自動車
651 蓄電装置
653 制御回路
655 コンピュータ
657 駆動装置
800 受電装置
801 受電装置部
802 受電装置用アンテナ回路
803 信号処理回路
804 蓄電装置
805 整流回路
806 変調回路
807 電源回路
810 電源負荷部
900 給電装置
901 給電装置用アンテナ回路
902 信号処理回路
903 整流回路
904 変調回路
905 復調回路
906 発振回路
Claims (3)
- 正極と、負極と、セパレータと、電界液を有し、
前記正極は、正極集電体上に正極活物質を有し、
前記正極活物質は、
一般式Li2MSiO4(式中、MはFe、Co、Mn、Niから選択される少なくとも1種の元素)で表される化合物を主成分として含む核と、
一般式LiMPO4(式中、MはFe、Co、Mn、Niから選択される少なくとも1種の元素)で表される化合物を主成分として含み、前記核の周囲を覆う被覆層と、
前記核と、前記被覆層との間に、固溶体と、を有し、
前記一般式LiMPO4で表される化合物は、前記一般式Li2MSiO4で表される化合物と比較して導電性が高い、
ことを特徴とする蓄電装置。 - 前記被覆層を覆うカーボンコート層を有することを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記カーボンコート層の膜厚は、0nmより大きく100nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電装置。
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