JP7835430B2 - Battery manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、キャパシタ電池、２次電池の製造方法に関するものである。 This invention relates to a method for manufacturing capacitor batteries and secondary batteries.
リチウムイオン二次電池としては正極にマンガン複合酸化物、負極にリチウム・アルミニウム合金を使用するマンガンリチウム二次電池（ML系）が普及している。
特許文献１には、リチウムイオン二次電池用正極材料等に特徴を有するリチウムイオン二次電池が開示されている。
Among lithium-ion secondary batteries, the manganese-lithium secondary battery (ML type), which uses a manganese composite oxide for the positive electrode and a lithium-aluminum alloy for the negative electrode, is widely used.
Patent Document 1 discloses a lithium-ion secondary battery characterized by its positive electrode material and the like.
リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池は、電解液に有機系電解液を用いるため、発火の危険性がある。また、リチウムイオン二次電池はリチウムが発熱、発火の危険性がある。また、電池の製造工程において製造不良が発生し易い。 Lithium-ion and sodium-ion rechargeable batteries use organic electrolytes, which poses a fire hazard. Furthermore, lithium-ion batteries generate heat due to lithium, which also poses a fire hazard. Additionally, manufacturing defects are prone to occur during the battery production process.
集電極２０８に、黒鉛を蒸着する、または黒鉛をコーティング等することによりコーティング材３０２を形成する。次に、電解液２２２に、活性炭と金属酸化物を混合させてペースト状とした正極材料２２１を正極コーティング材３０２ａに塗布し、負極材料２３１を負極コーティング材３０２ｂに塗布する。正極材料２２１と負極材料２３１間にセパレータ２０４を配置し、ガスケット２０７で封止し、セパレータ２０４、正極材料２２１、負極材料２３１間に電解液２２２を充填する。 A coating material 302 is formed on the electrode collector 208 by depositing graphite or coating it with graphite. Next, a paste-like positive electrode material 221, made by mixing activated carbon and metal oxide in the electrolyte 222, is applied to the positive electrode coating material 302a, and the negative electrode material 231 is applied to the negative electrode coating material 302b. A separator 204 is placed between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231, sealed with a gasket 207, and the electrolyte 222 is filled between the separator 204, the positive electrode material 221, and the negative electrode material 231.
水溶液系の電解液（過塩素酸塩水溶液）をキャパシタ電池に用いることにより、電池の導電性を高めると同時に火災の恐れがなく、製造が容易である。また、正極材料２２１、負極材料２３１をペースト状にし、塗布することで製造できるため、容量の極大化とコストを低減できる。 By using an aqueous electrolyte (perchlorate aqueous solution) in a capacitor battery, the battery's conductivity is enhanced while eliminating the risk of fire and simplifying manufacturing. Furthermore, since the positive electrode material 221 and negative electrode material 231 can be manufactured by forming them into a paste and applying it, capacity can be maximized while costs are reduced.
以下、本発明のキャパシタ及び二次電池の製造方法について、図面を参照しながら説明する。 The manufacturing method for the capacitor and secondary battery of the present invention will be described below with reference to the drawings.
発明を実施するための形態を説明するための各図面において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、本明細書に記載する本発明の実施例は、それぞれの実施例と一部または全部を組み合わせることができる。
発明を実施するための形態を説明するための各図面において、理解、説明を容易にするため、図示を容易にするため、拡大、縮小、省略する場合がある。
In the drawings illustrating embodiments for carrying out the invention, elements having the same function are denoted by the same reference numeral, and their descriptions may be omitted. Furthermore, the embodiments of the present invention described herein can be combined in part or in whole with each other.
In each drawing illustrating an embodiment for carrying out the invention, parts may be enlarged, reduced, or omitted to facilitate understanding and explanation, and to simplify the illustration.
なお、本発明の実施例の説明あるいは図示において、正極、負極とは容器あるいは電極の概念として説明あるいは図示する場合がある。また、使用する電極材料の概念として説明する場合がある。また、容器、電極材料を含む概念として説明する場合がある。 In the description and illustration of the embodiments of this invention, the terms "positive electrode" and "negative electrode" may be used to describe or illustrate the concepts of a container or electrode. They may also be used to describe the concept of the electrode material used. Furthermore, they may be used as a concept encompassing both the container and the electrode material.
図１は、本発明のキャパシタ電池、二次電池の構造、構成及び説明図である。本願の図面等は、説明を容易にするため、また、理解を容易にするため、厚み、サイズ等を拡大あるいは縮小して模式化して図示している。 Figure 1 is a diagram illustrating the structure, configuration, and explanatory characteristics of the capacitor battery and secondary battery of the present invention. The drawings in this application are schematic representations, with thickness, size, etc., enlarged or reduced for ease of explanation and understanding.
本発明のキャパシタ電池、二次電池は、電池の電解液として、過塩素酸リチウム(LiClO4)、過塩素酸ナトリウム（NaClO4）、過塩素酸バリウム（Ba(ClO4)2)、過塩素酸マグネシウム（Mg(ClO4)2）、過塩素酸アンモニウム（NH4ClO4）、過塩素酸カリウム(KClO4)、過塩素酸銀(AgClO4)のうち、いずいれかの水溶液、もしくはこれらの水溶液を混合させた水溶液を使用する。特に、過塩素酸リチウム(LiClO4)、過塩素酸ナトリウム（NaClO4）を使用することが好ましい。
各過塩素酸水溶液は、９０％以上の飽和過塩素酸水溶液とすることが好ましい。さらに好ましくは、９８％以上の飽和過塩素酸水溶液とすることが好ましい。
The capacitor battery and secondary battery of the present invention use an aqueous solution of any of the following as the electrolyte: lithium perchlorate ( LiClO₂ ), sodium perchlorate ( NaClO₂ ), barium perchlorate (Ba( ClO₂ ) ₂ ), magnesium perchlorate (Mg(ClO₂) ₂ ) , ammonium perchlorate ( NH₄ClO₂ ), potassium perchlorate ( KClO₂ ), or silver perchlorate ( AgClO₂ ). An aqueous solution of a mixture of these aqueous solutions is used. In particular, the use of lithium perchlorate ( LiClO₂ ) or sodium perchlorate ( NaClO₂ ) is preferred.
Each perchloric acid aqueous solution is preferably a saturated perchloric acid aqueous solution of 90% or more. More preferably, it is a saturated perchloric acid aqueous solution of 98% or more.
セパレータ２０４は、電解液２２２により、充填、浸透、含浸されている。セパレータ２０４は、正極と負極の間に設置され、過塩素酸水溶液を透過し、かつ正極と負極との接触を防止する。セパレータ２０４は多孔質構造を持つ材料で構成または形成される。 The separator 204 is filled, permeated, and impregnated with the electrolyte 222. The separator 204 is placed between the positive and negative electrodes, allowing the perchloric acid aqueous solution to permeate while preventing contact between the positive and negative electrodes. The separator 204 is composed of or formed from a material having a porous structure.
セパレータ２０４の多孔質構造は、樹脂フィルムに開孔した形状の多孔質膜、及び不織布等が例示される。化学的安定性、電気化学的安定性の点から、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）などのポリオレフィン、芳香族ポリアミド、フッ素樹脂が好ましい。特に、セパレータ２０４の基材には、より低温で軟化してシャットダウン機能を発揮するポリエチレンを含むポリオレフィン（軟化点130℃）が好ましい。 The porous structure of separator 204 can be exemplified by a porous membrane with openings in a resin film, or a nonwoven fabric. From the viewpoint of chemical and electrochemical stability, polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), aromatic polyamides, and fluororesins are preferred. In particular, the substrate of separator 204 is preferably a polyolefin containing polyethylene (softening point 130°C) that softens at lower temperatures and exhibits a shutdown function.
機械的強度を確保するため、分子量が数10万以上のポリオレフィンが使用する。セパレータ２０４の厚みが１０μｍ以下など薄くなると、分子量１００万超のものも配合される。 To ensure mechanical strength, polyolefins with molecular weights of several hundred thousand or more are used. When the thickness of separator 204 is reduced to 10 μm or less, materials with molecular weights exceeding 1 million are also incorporated.
セパレータ２０４として、フッ素系化合物をコーティングすることが好ましい。各図では、理解を容易にすることなどを目的として、セパレータ２０４の周囲が電解液２２２で充填されているように図示しているが、これに限定するものではない。正極材料２２１、負極材料２３１にセパレータ２０４に貼り付けても良い。また、正極材料２２１、負極材料２３１っとセパレータ２０４が接触するように配置して良い。 It is preferable to coat the separator 204 with a fluorine-based compound. In each figure, for the purpose of facilitating understanding, the separator 204 is shown as being surrounded by the electrolyte 222, but this is not limiting. The separator 204 may be attached to the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231. Alternatively, the separator 204 may be arranged so that it is in contact with the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231.
負極材料２３１は、酸化鉄等の酸化物と活性炭、黒鉛等を混合させた材料で形成あるいは構成される。酸化物として、酸化鉄（Fe2O3）、四酸化三鉄（Fe3O4）、五酸化バナジウム（V2O5）、三酸化バナジウム（V2O3）が例示される。特に、酸化物として、酸化鉄（Fe2O3）が安価であり、好ましい。 The negative electrode material 231 is formed or composed of a material obtained by mixing an oxide such as iron oxide with activated carbon, graphite , etc. Examples of oxides include iron oxide ( Fe₂O₃ ), triiron tetroxide ( Fe₃O₄ ), vanadium pentoxide ( V₂O₅ ), and vanadium trioxide ( V₂O₃ ) . In particular, iron oxide ( Fe₂O₃ ) is inexpensive and therefore preferred as the oxide.
酸化鉄等の酸化物と活性炭、黒鉛等は、使用する電荷液２２２と混合させて、ペースト状にして集電極２０８に塗布、印刷等して負電極２０６として形成する。正電極２０５においても同様である。 Iron oxide and other oxides, along with activated carbon, graphite, etc., are mixed with the charging solution 222 to form a paste, which is then applied to the collecting electrode 208, printed, or otherwise used to form the negative electrode 206. The same procedure is followed for the positive electrode 205.
酸化鉄等の酸化物と活性炭、黒鉛等は、使用する電荷液２２２と混合させる工程で、ガラス等の無機材料あるいは樹脂等からなるビーズ、または円筒形のロット等を負極材料２３１、正極材料２２１に混合する。あるいは、負極材料２３１、正極材料２２１をコーティング等した後に、前記コーティング部にビーズ、または円筒形のロット等を散布する。 In the process of mixing oxides such as iron oxide, activated carbon, graphite, etc., with the charging solution 222 to be used, beads or cylindrical rods made of inorganic materials such as glass or resin are mixed with the negative electrode material 231 and positive electrode material 221. Alternatively, after coating the negative electrode material 231 and positive electrode material 221, beads or cylindrical rods are scattered on the coated area.
ビーズ、または円筒形などのロットは、集電極２０８部、正極材料２２１部、負極材料２３１部の膜厚を規定する。つまり、ビーズ、ロット直径により正極材料２２１部、負極材料２３１部の膜厚の膜厚が均一あるいは規定される。また、セパレータ２０４を支える機能を発揮する。また、正極材料２２１部、負極材料２３１部が接触しないように抑制する機能を発揮する。
また、ビーズ、または円筒形などのロットの替りに、膜厚を規定する微細な支柱を形成しても良い。
Beads or cylindrical lots define the film thickness of the electrode collector 208, the positive electrode material 221, and the negative electrode material 231. In other words, the film thickness of the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 is uniform or defined by the diameter of the beads or lot. They also provide support for the separator 204 and prevent contact between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231.
Alternatively, instead of beads or cylindrical or other types of rods, fine pillars that define the film thickness may be formed.
正極は正電極２０５の内面に位置して接続される正極材料２２１で構成され、負極は正極材料２２１と対面する位置に配置される。正極と負極間にセパレータ２０４が配置される。 The positive electrode is composed of a positive electrode material 221 located on the inner surface of the positive electrode 205 and connected to it, while the negative electrode is positioned opposite the positive electrode material 221. A separator 204 is placed between the positive and negative electrodes.
一実施態様として、正極材料２２１は、コバルトを含有する材料を使用する。たとえば、黒鉛とコバルト酸リチウム（LiCoO2）の混合物を使用しても良い。また、黒鉛と混合せる材料との含有割合は、１：０．８～１：１．５の範囲とすることが好ましい。 In one embodiment, the positive electrode material 221 is a material containing cobalt. For example, a mixture of graphite and lithium cobalt oxide ( LiCoO₂ ) may be used. Furthermore, the ratio of the material mixed with graphite is preferably in the range of 1:0.8 to 1:1.5.
また、黒鉛とコバルトを使用する材料（LiCoO2）の混合物、黒鉛とマンガンを使用する材料（LiMn2O4）の混合物、黒鉛とニッケルを使用する材料（LiNiO2の混合物）、黒鉛とリン酸鉄を使用する材料（LiFePO4）の混合物、黒鉛と二酸化マンガン（MnO2）を使用する材料、黒鉛と酸化鉄を使用する材料（Fe2O、Fe2O3）の混合物が例示される。 Examples of materials include mixtures of graphite and cobalt ( LiCoO₂ ), mixtures of graphite and manganese ( LiMn₂O₄ ), mixtures of graphite and nickel ( LiNiO₂ ), mixtures of graphite and iron phosphate ( LiFePO₄ ), mixtures of graphite and manganese dioxide ( MnO₂ ), and mixtures of graphite and iron oxide ( Fe₂O , Fe₂O₃ ) .
以上の実施例では、正極材料２２１、負極材料２３１の混合物として黒鉛を例示するが、活性炭、炭素量子ドット（Carbon quantum dots：CQDs）でも良い。
正極の構成材料としてコバルト酸リチウムの他、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム等を用いることができる。
In the above examples, graphite is used as an example of the mixture of positive electrode material 221 and negative electrode material 231, but activated carbon or carbon quantum dots (CQDs) may also be used.
In addition to lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium iron phosphate, and the like can be used as constituent materials for the positive electrode.
酸化材料と黒鉛等は、電解液２２２と混合させて、ペースト状にして集電極２０８に塗布、印刷等して、負極材料２３１として形成する。正極材料２２１も同様に形成することができる。ペースト状の工程において、ペーストは脱泡器で脱泡することが好ましい。 The oxidizing material and graphite, etc., are mixed with the electrolyte 222 to form a paste, which is then applied to the electrode collector 208, printed, or otherwise used to form the negative electrode material 231. The positive electrode material 221 can be formed in the same manner. In the paste-forming process, it is preferable to degas the paste using a degasser.
脱泡器は、溶液、ペースト中の気体を脱泡する脱泡装置である。真空（減圧）、心力を利用するものが例示される。その他、超音波、ガス透過膜を利用した脱泡装置でも良い。
液体、ペーストから気泡を取り除くことで製品の強度や性状、表面性状を均一化することができ、歩留まりや品質の向上が実現できる。
A degasser is a device that removes gases from solutions and pastes. Examples include those that utilize vacuum (reduced pressure) or kinetic energy. Other degassing devices that utilize ultrasound or gas permeable membranes are also acceptable.
By removing air bubbles from liquids and pastes, the strength, properties, and surface characteristics of the product can be made uniform, leading to improved yield and quality.
真空脱泡装置は、真空ポンプを用いて溶液を減圧することにより、液体内に含まれる気泡を膨張させる。膨張した気泡は浮力により液体表面まで浮き上がり、時間経過とともに表面の液体膜が破壊されることで減圧空気内に排出される。
遠心脱泡装置は、溶液が入った容器が自転および公転する際の遠心力により、密度差のある液体と気体が分離する原理を利用する。
正極材料２２１は、鉄錯体等を用いて構成あるいは形成する。また、正極と負極のうち少なくとも一方の電極をFe2O3でコーティングすることが好ましい。
本発明の電池はキャパシタの構造を有するため、キャパシタ電池、電気二重層キャパシタ電池と呼ぶこともある。二次電池と呼ぶこともある。
Vacuum degassing devices use a vacuum pump to reduce the pressure of a solution, thereby expanding air bubbles contained within the liquid. The expanded bubbles rise to the liquid surface due to buoyancy, and over time, the liquid film on the surface breaks down, releasing the bubbles into the reduced-pressure air.
Centrifugal degassing devices utilize the principle that the centrifugal force generated when a container holding a solution rotates and revolves separates liquids and gases with different densities.
The positive electrode material 221 is constructed or formed using an iron complex or the like. Furthermore, it is preferable to coat at least one of the electrodes, the positive or negative electrode , with Fe₂O₃ .
Because the battery of this invention has a capacitor structure, it is sometimes called a capacitor battery or an electric double-layer capacitor battery. It is also sometimes called a secondary battery.
本発明の一実施態様として、キャパシタ電池、二次電池等は負極として、黒鉛、または活性炭混合物、または黒鉛と活性炭混合物で構成される。正極として、黒鉛、またはLiCoO2（あるいは酸化されて構造変化しないもの）混合物、または黒鉛とLiCoO2を使用する。 In one embodiment of the present invention, a capacitor battery, a secondary battery, etc., is composed of graphite, an activated carbon mixture, or a graphite and activated carbon mixture as the negative electrode. As the positive electrode, graphite, a LiCoO₂ (or a material that does not undergo structural change upon oxidation), or graphite and LiCoO₂ are used.
正極材料２２１と負極材料２３１間にはセパレータ２０４が配置される。セパレータ２０４は、一実施態様として過塩素酸リチウム(LiClO4)水溶液に含浸されている。正電極２０５と負電極２０６はガスケット２０７により絶縁されている。 A separator 204 is placed between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231. In one embodiment, the separator 204 is impregnated with an aqueous lithium perchlorate ( LiClO4 ) solution. The positive electrode 205 and the negative electrode 206 are insulated by a gasket 207.
ガスケット２０７の材料として、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、パーフロロゴムが例示される。ガスケット２０７のゴム材質を、耐候性、耐薬品性、耐熱、機械的性質、ガス透過性等に応じて選定する。 Examples of materials for gasket 207 include natural rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, silicone rubber, fluororubber, and perfluororubber. The rubber material for gasket 207 is selected according to its weather resistance, chemical resistance, heat resistance, mechanical properties, gas permeability, etc.
また、ガスケット２０７と組み合わせて、あるいは単独で、ジョイントシート（図示せず）を使用する。ジョイントシートは、ゴム、ポリアミド繊維、ガラス繊維、膨張黒鉛などを均一に混合させた後加熱ロールで加圧圧延した厚さ０．４ｍｍ～３．０ｍｍのシートを打抜いたものである。 Furthermore, a joint sheet (not shown) is used in combination with gasket 207, or on its own. The joint sheet is made by uniformly mixing rubber, polyamide fibers, glass fibers, expanded graphite, etc., then press-rolling it with a heated roller, and finally punching out a sheet with a thickness of 0.4 mm to 3.0 mm.
本発明の一実施態様として、キャパシタ電池、二次電池等はステンレス（ＳＵＳ）、チタン等の箔、フィルム、あるいは板上の導電物からなる集電極２０８に、正電極２０５、負電極２０６を形成する。チタン箔の他、鉄箔、銀箔等の他の金属箔、金属板を用いることができることは言うまでもない。 In one embodiment of the present invention, a capacitor battery, secondary battery, etc., has a collector electrode 208 made of a conductive material such as stainless steel (SUS), titanium, foil, film, or plate, with a positive electrode 205 and a negative electrode 206 formed on it. Needless to say, other metal foils and plates such as iron foil and silver foil can also be used in addition to titanium foil.
集電極２０８上には、黒鉛等のコーティング材３０２を塗布または形成する。正電極２０５、負電極２０６間には電解液２２２を充填、配置、あるいは浸漬されて構成される。 A coating material 302, such as graphite, is applied or formed on the electrode collector 208. The positive electrode 205 and the negative electrode 206 are filled, placed, or immersed in an electrolyte solution 222.
図８、図１０、１３（ａ）、図１４等の実施例では、一実施態様として、本発明のキャパシタ電池、二次電池等は、正電極２０５及び負電極２０６を1つの基板またはフィルム３０１上に形成する。前記基板またはフィルム３０１上に電解液２２２が配置、あるいは前記正電極２０５及び負電極２０６が電解液２２２に浸漬させて構成される。 In the embodiments shown in Figures 8, 10, 13(a), and 14, as one embodiment, the capacitor battery, secondary battery, etc. of the present invention has a positive electrode 205 and a negative electrode 206 formed on a single substrate or film 301. An electrolyte 222 is placed on the substrate or film 301, or the positive electrode 205 and negative electrode 206 are immersed in the electrolyte 222.
図８、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４等の実施例では、ベースフィルム５０８ａ及びベースフィルム５０８ｂに正極材料２２１と負極材料２３１とを隣接して配置している。 In the embodiments shown in Figures 8, 10, 11, 12, 13, and 14, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are arranged adjacent to each other on the base film 508a and base film 508b.
図１２、図１３（ｂ）等の実施例でベースフィルム５０８ａの正極材料２２１の対向するベースフィルム５０８ｂには正極材料２２１が配置される。ベースフィルム５０８ａの負極材料２３１の対向するベースフィルム５０８ｂには負極材料２３１が配置される。
ベースフィルム５０８ａとベースフィルム５０８ｂ間はガスケット２０７で封止され、過塩素酸塩水溶液からなる電解液２２２が充填される。
In the embodiments shown in Figures 12 and 13(b), the positive electrode material 221 is placed on the base film 508b opposite to the positive electrode material 221 of the base film 508a. The negative electrode material 231 is placed on the base film 508b opposite to the negative electrode material 231 of the base film 508a.
The space between base film 508a and base film 508b is sealed with a gasket 207, and filled with an electrolyte solution 222 consisting of a perchlorate aqueous solution.
本発明の電池は、黒鉛と活性炭の混合物からなる負極と、コバルト酸リチウムを含有する正極と、正極及び負極間に充填された過塩素酸リチウム水溶液を具備する。 The battery of the present invention comprises a negative electrode made of a mixture of graphite and activated carbon, a positive electrode containing lithium cobalt oxide, and an aqueous lithium perchlorate solution filled between the positive and negative electrodes.
本発明の電池は、金属酸化物、黒鉛、活性炭等の混合物からなる負極と、黒鉛とコバルト酸リチウム等を含有する正極と、正極及び負極間に充填された過塩素酸リチウム水溶液を具備し、正極の黒鉛と混合せる材料との含有割合は、１：０．８～１：１．５である。 The battery of the present invention comprises a negative electrode made of a mixture of metal oxide, graphite, activated carbon, etc., a positive electrode containing graphite and lithium cobalt oxide, etc., and an aqueous lithium perchlorate solution filled between the positive and negative electrodes. The ratio of the graphite in the positive electrode to the material mixed with the other materials is 1:0.8 to 1:1.5.
本発明の電池は、黒鉛と活性炭の混合物からなる負極と、低スピン鉄（II）錯体材料からなる正極と、正極及び負極間に充填された電解液を具備し、電解液は、過塩素酸リチウム(LiClO4)、過塩素酸ナトリウム（NaClO4）、過塩素酸バリウム（Ba(ClO4)2)、過塩素酸マグネシウム（Mg(ClO4)2）のうち、いずれかである。 The battery of the present invention comprises a negative electrode made of a mixture of graphite and activated carbon, a positive electrode made of a low-spin iron(II) complex material, and an electrolyte filled between the positive and negative electrodes, the electrolyte being one of lithium perchlorate ( LiClO₄ ), sodium perchlorate ( NaClO₄ ), barium perchlorate (Ba( ClO₄ ) ₂ ), or magnesium perchlorate (Mg( ClO₄ ) ₂ ).
低スピン鉄（II）錯体材料は、[Fe(phen)3]2+、[Fe(bipy)3]2+、[Fe(terpy)3]2+のいずれかであることが好ましい。 The low-spin iron(II) complex material is preferably one of [Fe(phen) 3 ] 2+ , [Fe(bipy) 3 ] 2+ , or [Fe(terpy) 3 ] 2+ .
また、本発明の電池は、黒鉛と活性炭の混合物からなる負極及び正極と、正極及び負極間に充填された電解液を具備し、電解液は、過塩素酸リチウム(LiClO4)、過塩素酸ナトリウム（NaClO4）、過塩素酸バリウム（Ba(ClO4)2)、過塩素酸マグネシウム（Mg(ClO4)2）のうち、いずれかである。 Furthermore, the battery of the present invention comprises a negative electrode and a positive electrode made of a mixture of graphite and activated carbon, and an electrolyte filled between the positive electrode and the negative electrode, the electrolyte being one of lithium perchlorate ( LiClO₄ ), sodium perchlorate ( NaClO₄ ), barium perchlorate (Ba( ClO₄ ) ₂ ), or magnesium perchlorate (Mg( ClO₄ ) ₂ ).
図１では省略しているが、正電極２０５には正極端子２０２が接続され、負電極２０６には負極端子２０３が接続される。正電極２０５と負電極２０６間はガスケット２０７により絶縁されている。 Although not shown in Figure 1, the positive electrode 205 is connected to the positive terminal 202, and the negative electrode 206 is connected to the negative terminal 203. The positive electrode 205 and the negative electrode 206 are insulated from each other by a gasket 207.
図１では、一実施態様として、コイン型のキャパシタ電池、コイン型の二次電池として図示しているが、本発明の技術的思想は、これに限定するものではない。たとえば、図４に図示するように円筒形等であっても良いことは言うまでもない。その他、シート形状、立方体形状が例示される。 Figure 1 illustrates a coin-type capacitor battery and a coin-type secondary battery as one embodiment; however, the technical concept of the present invention is not limited to these. For example, as shown in Figure 4, the battery may also be cylindrical or other shapes. Other examples include sheet shapes and cubic shapes.
図１に図示するように、本発明のキャパシタ電池の一例としての二次電池は、正電極２０５をなす導電体に正極材料２２１が形成または配置されている。負電極２０６をなす導電体に負極材料２３１が形成または配置されている。正極材料２２１と負極材料２３１間にセパレータ２０４が配置され、セパレータ２０４は電解液２２２が充填、浸透、含浸されている。正電極２０５と負電極２０６間はガスケット２０７により絶縁されている。 As shown in Figure 1, in a secondary battery as an example of the capacitor battery of the present invention, a positive electrode material 221 is formed or arranged on a conductive material that forms the positive electrode 205. A negative electrode material 231 is formed or arranged on a conductive material that forms the negative electrode 206. A separator 204 is placed between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231, and the separator 204 is filled, permeated, or impregnated with an electrolyte 222. The positive electrode 205 and the negative electrode 206 are insulated by a gasket 207.
正極は正電極２０５の内面に位置して接続される正極材料２２１で構成され、負極は正極材料２２１と対面する位置に配置され、正極と負極間にセパレータ２０４が配置される。 The positive electrode is composed of a positive electrode material 221 located on the inner surface of the positive electrode 205 and connected to it. The negative electrode is positioned facing the positive electrode material 221, and a separator 204 is placed between the positive and negative electrodes.
正極材料２２１は、コバルトを含有する材料を使用する。たとえば、黒鉛とコバルト酸リチウム（LiCoO2）の混合物を使用しても良い。また、黒鉛と混合せる材料との含有割合は、１：０．８～１：１．５の範囲とすることが好ましい。 The positive electrode material 221 uses a material containing cobalt. For example, a mixture of graphite and lithium cobalt oxide ( LiCoO₂ ) may be used. The ratio of graphite to the material to be mixed is preferably in the range of 1:0.8 to 1:1.5.
また、黒鉛とコバルトを使用する材料（LiCoO2）の混合物、黒鉛とマンガンを使用する材料（LiMn2O4）の混合物、黒鉛とニッケルを使用する材料（LiNiO2の混合物）、黒鉛とリン酸鉄を使用する材料（LiFePO4）の混合物、黒鉛と酸化鉄を使用する材料（Fe2O、Fe2O3）の混合物が例示される。また、炭素量子ドット（Carbon quantum dots：CQDs）も例示される。
以上のように、正極としてコバルト酸リチウムの他、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム等を用いることができる。
Examples also include mixtures of materials using graphite and cobalt ( LiCoO₂ ), mixtures of materials using graphite and manganese ( LiMn₂O₄ ), mixtures of materials using graphite and nickel ( LiNiO₂ ), mixtures of materials using graphite and iron phosphate ( LiFePO₄ ), and mixtures of materials using graphite and iron oxide ( Fe₂O , Fe₂O₃ ) . Carbon quantum dots (CQDs) are also given as examples.
As described above, in addition to lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium iron phosphate, and the like can be used as the positive electrode.
正極の集電極２０８ａの表面には、正極コーティング材３０２ａとして、黒鉛がコーティングされている。コーティング材３０２ａは、活性炭、黒鉛の印刷方式、塗布方式、蒸着方式、コーティング方式、インクジェット方式、コーター方式によって形成または構成される。 The surface of the positive electrode collector electrode 208a is coated with graphite as a positive electrode coating material 302a. The coating material 302a is formed or constructed by activated carbon, graphite, printing, coating, vapor deposition, inkjet, or coater methods.
負極の集電極２０８ｂの表面には、負極コーティング材３０２ｂとして、黒鉛がコーティングされている。コーティング材３０２ｂは、黒鉛の印刷、塗布、蒸着、コーティング等によって形成または構成される。
正極コーティング材３０２ａ上に、活性炭と正極としての金属酸化物をペースト状にした混合物が塗布され、正極材料２２１として形成される。
正極材料２２１、負極材料２３１は、ペースト状にして集電極２０８に塗布、印刷等して負電極２０６として形成する。
The surface of the negative electrode collector electrode 208b is coated with graphite as a negative electrode coating material 302b. The coating material 302b is formed or constructed by printing, coating, vapor deposition, or other methods of applying graphite.
A mixture of activated carbon and a metal oxide as the positive electrode, in paste form, is applied to the positive electrode coating material 302a to form the positive electrode material 221.
The positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are formed into a paste and applied to the electrode collector 208, printed, or otherwise used to form the negative electrode 206.
正極材料２２１、負極材料２３１は、使用する電荷液２２２と混合させる工程で、ガラス等の無機材料あるいは樹脂等からなるビーズ、または円筒形のロット等を混合する。あるいは、負極材料２３１、正極材料２２１をコーティング等した後に、コーティング部にビーズ、または円筒形のロット等を散布する。ビーズして、たとえば、ミクロパール（積水化学工業（株）商標）、ハヤビーズ（早川ゴム（株）商標）等が例示される。 The positive electrode material 221 and negative electrode material 231 are mixed with the charging solution 222 during the mixing process, and beads or cylindrical rods made of inorganic materials such as glass or resin are added. Alternatively, after coating the negative electrode material 231 and positive electrode material 221, beads or cylindrical rods are scattered onto the coated area. Examples of beads include Micropearl (trademark of Sekisui Chemical Co., Ltd.) and Hayabeads (trademark of Hayakawa Rubber Co., Ltd.).
ビーズ、または円筒形などのロットは、負極材料２３１部、正極材料２２１部の膜厚を規定する。つまり、ビーズ、ロット直径により負極材料２３１部、正極材料２２１部の膜厚が均一となる。また、セパレータ２０４を支える機能を発揮する。 The beads or cylindrical lot define the film thickness of the negative electrode material 231 and the positive electrode material 221. In other words, the diameter of the beads or lot ensures uniform film thickness of the negative electrode material 231 and the positive electrode material 221. Furthermore, they provide support for the separator 204.
また、ビーズ、または円筒形などのロットの替りに、膜厚を規定する微細な支柱を形成しても良い。たとえば、図５の隣接した正極材料２２１間、あるいは隣接した負極材料２３１間に、正極材料２２１、負極材料２３１と同一の高さの支柱を形成あるいは構成する。支柱は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料で形成することが好ましい。支柱（図示せず）は、集電極２０８に形成しても良い。 Alternatively, instead of beads or cylindrical or other rod-shaped structures, fine pillars defining the film thickness may be formed. For example, pillars of the same height as the positive electrode material 221 or negative electrode material 231 may be formed or constructed between adjacent positive electrode material 221 or adjacent negative electrode material 231 in Figure 5. The pillars are preferably formed from organic materials such as acrylic resin or epoxy resin. The pillars (not shown) may also be formed on the electrode collector 208.
負極コーティング材３０２ｂ上に、黒鉛あるいは活性炭と負極としての金属酸化物をペースト状にした混合物が塗布され、負極材料２３１として形成される。正極材料２２１と負極材料２３１に、Fe2O3をコーティングすることが好ましい。 A paste-like mixture of graphite or activated carbon and a metal oxide as the anode is applied to the negative electrode coating material 302b to form the negative electrode material 231. It is preferable to coat the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 with Fe₂O₃ .
LiCoO2等の混合物は酸化されて構造変化しないものであればいずれの酸化物であっても良い。なお、黒鉛に限定するものではなく、活性炭、グラファイト系、コークス系等のカーボン材料を使用することができる。 The mixture, such as LiCoO2, can be any oxide as long as it does not undergo structural change upon oxidation. Furthermore, it is not limited to graphite; activated carbon, graphite-based materials, coke-based materials, and other carbon materials can be used.
黒鉛とコバルトを使用する酸化物材料（LiCoO2等）の混合物をペースト状にして使用しても良い。また、黒鉛と混合せる材料との含有割合は、１：０．８～１：１．５の範囲とすることが好ましい。 A paste-like mixture of graphite and an oxide material using cobalt (such as LiCoO2 ) may also be used. Furthermore, the ratio of graphite to the other material is preferably in the range of 1:0.8 to 1:1.5.
黒鉛と混合させる材料は、酸化材料に限定されるものではない。たとえば、黒鉛と鉄フェナントロリン錯体（[Fe(phen)3](ClO4)2）を使用する材料の混合物、黒鉛と鉄シアノ錯体（Li4[Fe(CN)6])を使用する材料の混合物が例示される。
負極材料２３１として、黒鉛(LiC6)、ハードカーボン(LiC6)、チタネイト(Li4Ti5O12)、チタン酸リチウム(LTO)も例示される。
The materials mixed with graphite are not limited to oxidizing materials. For example, mixtures of graphite with iron phenanthroline complexes ([Fe(phen) 3 ]( ClO4 ) 2 ) and mixtures of graphite with iron cyano complexes ( Li4 [Fe(CN) 6 ]) are examples.
Examples of negative electrode material 231 include graphite ( LiC6 ), hard carbon ( LiC6 ), titanate ( Li4Ti5O12 ), and lithium titanate (LTO).
セパレータ２０４は、過塩素酸リチウム(LiClO4)等の過塩素酸塩水溶液に含浸されている。過塩素酸塩水溶液は飽和過塩素酸塩水溶液であることが好ましいが、飽和状態に近い水溶液でも性能、効率に差異はない。飽和状態の９５％以上であれば良い。さらに好ましくは、９８％以上であれば良い。 The separator 204 is impregnated with an aqueous solution of a perchlorate, such as lithium perchlorate ( LiClO₄ ). While a saturated perchlorate aqueous solution is preferable, there is no difference in performance or efficiency even with a solution close to saturation. A level of 95% or higher of saturation is acceptable. More preferably, a level of 98% or higher is acceptable.
負電極２０６は、その端部がその下端及び両側面をガスケット２０７で包んだ状態で正電極２０５内に挿入され、負電極２０６を正電極２０５に挿入して固定する。負電極２０６及び正電極２０５とはガスケット２０７により絶縁している。 The negative electrode 206 is inserted into the positive electrode 205 with its end wrapped in gaskets 207 at its lower end and both sides. The negative electrode 206 is then inserted into and fixed to the positive electrode 205. The negative electrode 206 and the positive electrode 205 are insulated from each other by the gaskets 207.
二次電池は負極と正極で起こる酸化還元反応を電気エネルギーに変換するものである。電解液の役割は、電子とイオンが負極と正極の間での移動を可能にすることである。 A rechargeable battery converts oxidation-reduction reactions occurring at the negative and positive electrodes into electrical energy. The role of the electrolyte is to enable the movement of electrons and ions between the negative and positive electrodes.
電位窓が３Ｖ以上の飽和過塩素酸リチウム水溶液は、リチウムイオン電池の電解液に使用することができる。飽和でなくても、飽和に近い濃厚水溶液において、広い電位窓を有するため、二次電池の電解液に使用することができる。 A saturated lithium perchlorate aqueous solution with a potential window of 3V or higher can be used as the electrolyte in lithium-ion batteries. Even if not saturated, a concentrated aqueous solution close to saturated can be used as the electrolyte in secondary batteries because it has a wide potential window.
飽和過塩素酸塩水溶液を二次電池の電解液にするためには、電解液の電位窓は固有であるので、二次電池の起電力が電解液の電位窓よりも小さなものを選ばなければならない。 To use a saturated perchlorate solution as the electrolyte in a secondary battery, the potential window of the electrolyte is inherent; therefore, a secondary battery with an electromotive force smaller than the potential window of the electrolyte must be selected.
セパレータ２０４に固体電解質を用いても良い。固体電解質は負極と正極の間のイオンの移動を抑えるため、個々の電極、即ち負極と正極には独立して印加されるため、充電において、負極における還元電位と正極における酸化電位を低く抑えることができる。 A solid electrolyte may be used in the separator 204. Because the solid electrolyte suppresses ion movement between the negative and positive electrodes, it is applied independently to each electrode, i.e., the negative and positive electrodes. Therefore, during charging, the reduction potential at the negative electrode and the oxidation potential at the positive electrode can be kept low.
そのため、電位窓の狭い水溶液を電解液にすることが可能になる。飽和過塩素酸リチウム(LiClO4)水溶液は、他の水溶液よりも電位窓が広く（25℃で3.2V）、電解液として好ましい。
固体電解質がセパレータの役割を果たす。
Therefore, it becomes possible to use aqueous solutions with a narrow potential window as electrolytes. Saturated lithium perchlorate ( LiClO₄ ) aqueous solution has a wider potential window than other aqueous solutions (3.2V at 25°C) and is therefore preferred as an electrolyte.
The solid electrolyte acts as a separator.
本発明は、電位窓が広いため、安定して長時間の使用が可能である。ナトリウムイオン電池においても、同様に飽和過塩素酸ナトリウム水溶液を電解液として使用することができる。 Because the present invention has a wide potential window, it can be used stably for extended periods. Similarly, a saturated sodium perchlorate aqueous solution can be used as the electrolyte in sodium-ion batteries.
飽和過塩素酸塩水溶液は過塩素酸リチウム(LiClO4)、過塩素酸ナトリウム（NaClO4）、過塩素酸バリウム（Ba(ClO4)2)及び過塩素酸マグネシウム（Mg(ClO4)2）である。これら飽和過塩素酸塩水溶液を二次電池の電解液に用いる。 Saturated perchlorate aqueous solutions include lithium perchlorate ( LiClO₄ ), sodium perchlorate ( NaClO₄ ), barium perchlorate (Ba( ClO₄ ) ₂ ), and magnesium perchlorate (Mg( ClO₄ ) ₂ ). These saturated perchlorate aqueous solutions are used as electrolytes in secondary batteries.
本発明の実施例において、電解液として、飽和過塩素酸塩水溶液を用いるとして説明するが、飽和に限定するものではない。飽和に近い過塩素酸塩水溶液であっても、効果、能力、性能に大きな差異はない。したがって、過塩素酸塩水溶液を用いても良いことはいうまでもない。 In the embodiments of this invention, a saturated perchlorate aqueous solution is used as the electrolyte; however, it is not limited to saturated solutions. Even with a perchlorate aqueous solution that is close to saturated, there is no significant difference in effect, capacity, or performance. Therefore, it goes without saying that a perchlorate aqueous solution may be used.
以下、本発明の他の実施例について説明をする。以前に説明した事項と同一あるいは類似の事項、内容は説明を省略することがある。また、本明細書、図面で記載した実施例は一部または全部を組み合わせることができる。 The following describes other embodiments of the present invention. Matters and content identical or similar to those previously described may be omitted. Furthermore, some or all of the embodiments described in this specification and drawings can be combined.
図２は本発明のキャパシタ電池、２次電池の製造方法の説明図である。図２（ａ）に図示するように、金属等の導電物からなる集電極２０８の表面に蒸着材料として黒鉛等を蒸着し、コーティング材３０２を形成する。図２（ａ）では、コーティング材３０２は”蒸着”として図示しているが、これに限定するものではない。コーティング材３０２は、スパッタ技術で形成しても良いし、コーティング技術、塗布技術、オフセット印刷技術、ハンドコーター技術あるいは印刷技術で形成しても良い。 Figure 2 is an explanatory diagram of the manufacturing method for the capacitor battery and secondary battery of the present invention. As shown in Figure 2(a), a coating material 302 is formed by depositing graphite or the like as a deposition material onto the surface of a conductive electrode 208 made of a metal or the like. In Figure 2(a), the coating material 302 is shown as "deposited," but it is not limited to this. The coating material 302 may be formed by sputtering, coating, coating, offset printing, hand coater, or printing technology.
正極集電極２０８ａと負極集電極２０８ｂとは同一材料でも良い。正極集電極２０８ａをステンレスフィルムと負極集電極２０８ｂをチタンフィルム等と異ならせても良い。 The positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b may be made of the same material. Alternatively, the positive electrode collector 208a may be made of a stainless steel film, while the negative electrode collector 208b may be made of a titanium film or the like.
正極コーティング材３０２ａと負極コーティング材３０２ｂは、同一材料でも良い。正極コーティング材３０２ａを炭素量子ドット（Carbon quantum dots：CQDs）、負極コーティング材３０２ｂを黒鉛等と異ならせても良い。 The positive electrode coating material 302a and the negative electrode coating material 302b may be made of the same material. Alternatively, the positive electrode coating material 302a may be made of carbon quantum dots (CQDs), and the negative electrode coating material 302b may be made of graphite or the like.
コーティング材３０２は、スパッタ技術で形成しても良いし、塗布技術、オフセット印刷技術、コーティング技術、ハンドコーター技術あるいは印刷技術で形成しても良い。 The coating material 302 may be formed by sputtering, coating, offset printing, hand coater, or printing techniques.
正極集電極２０８ａと負極集電極２０８ｂとは同一材料でも良い。正極集電極２０８ａをステンレスフィルムと負極集電極２０８ｂをチタンフィルム等と異ならせても良い。 The positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b may be made of the same material. Alternatively, the positive electrode collector 208a may be made of a stainless steel film, while the negative electrode collector 208b may be made of a titanium film or the like.
正極コーティング材３０２ａと負極コーティング材３０２ｂは、同一材料でも良い。正極コーティング材３０２ａをカーボングラファイト、負極コーティング材３０２ｂを活性炭等と異ならせても良い。 The positive electrode coating material 302a and the negative electrode coating material 302b may be made of the same material. Alternatively, the positive electrode coating material 302a may be carbon graphite, and the negative electrode coating material 302b may be activated carbon, etc.
集電極２０８に黒鉛等のコーティング材２０８を形成し、コーティング材２０８に正電極２０５または負電極２０６を形成することにより、集電極２０８と正電極２０５または負電極２０６との密着性が向上し、剥がれることがない。また、集電極２０８と正電極２０５または負電極２０６との接触抵抗が大幅に低減する。 By forming a coating material 208, such as graphite, on the collecting electrode 208, and then forming a positive electrode 205 or negative electrode 206 on the coating material 208, the adhesion between the collecting electrode 208 and the positive electrode 205 or negative electrode 206 is improved, preventing peeling. Furthermore, the contact resistance between the collecting electrode 208 and the positive electrode 205 or negative electrode 206 is significantly reduced.
図２（ｂ）に図示するように、コーティング材３０２上に、正極材料２２１または負極材料２３１を形成する。正極材料２２１または負極材料２３１は、黒鉛・活性炭等と金属酸化物と電解液２２２とを混合させてペースト状に形成する。混合時に、５０℃以上に加温して混合させる。また、ペーストの粘度を５Pa・s以上５０Pa・s以下にする。 As shown in Figure 2(b), a positive electrode material 221 or a negative electrode material 231 is formed on the coating material 302. The positive electrode material 221 or negative electrode material 231 is formed into a paste by mixing graphite, activated carbon, metal oxide, and electrolyte 222. The mixing is carried out under heating to 50°C or higher. Furthermore, the viscosity of the paste is adjusted to be between 5 Pa·s and 50 Pa·s.
図２（ｂ）において、コーティング材３０２は、コーティング技術で形成するように図示しているが、これに限定するものではない。たとえば、蒸着技術、スパッタ技術、印刷技術、塗布技術等で形成しても良いことは言うまでもない。
酸化鉄等の酸化物と黒鉛等は、使用する電荷液２２２と混合させて、ペースト状にして集電極２０８に塗布等し、オーブン等を用いて粘度を高くする。
In Figure 2(b), the coating material 302 is shown to be formed by coating technology, but it is not limited to this. For example, it may also be formed by vapor deposition technology, sputtering technology, printing technology, coating technology, etc.
The oxides such as iron oxide and graphite are mixed with the charging solution 222 to form a paste, which is then applied to the collecting electrode 208, and its viscosity is increased using an oven or the like.
正電極２０５は正極集電極２０８ａと電気的に接続されている。正極集電極２０８ａと正極材料２２１とは正極コーティング材３０２ａを介して電気的に接続される。 The positive electrode 205 is electrically connected to the positive electrode collector 208a. The positive electrode collector 208a and the positive electrode material 221 are electrically connected via the positive electrode coating material 302a.
負電極２０６は負極集電極２０８ｂと電気的に接続されている。負極集電極２０８ｂと負極材料２３１とは負極コーティング材３０２ｂを介して電気的に接続される。
図２（ｂ）の工程では、正極材料２２１または負極材料２３１を、図３に図示する塗布装置を用いて形成しても良い。
図３は、本発明の電極材料５０２（正極材料２２１、負極材料２３１）を形成する塗布装置の構成図及び説明図である。
The negative electrode 206 is electrically connected to the negative electrode collector 208b. The negative electrode collector 208b and the negative electrode material 231 are electrically connected via the negative electrode coating material 302b.
In the process shown in Figure 2(b), the positive electrode material 221 or the negative electrode material 231 may be formed using the coating apparatus shown in Figure 3.
Figure 3 is a configuration diagram and explanatory diagram of a coating apparatus for forming the electrode material 502 (positive electrode material 221, negative electrode material 231) of the present invention.
塗布台５０４の平坦部上にキャリアフィルム５０６が搬送される。キャリアフィルム５０６は巻出しローラ５１０から巻きだされ、巻取りローラ５０９に巻き取られる。 The carrier film 506 is transported onto the flat surface of the coating table 504. The carrier film 506 is unwound from the unwinding roller 510 and wound onto the winding roller 509.
電極材料５０２（正極材料２２１、負極材料２３１）は、黒鉛あるいは活性炭と金属酸化物と電解液２２２が攪拌されてペースト状にされている。供給槽５０３は脱泡器（図示せず）を有している。 The electrode material 502 (positive electrode material 221, negative electrode material 231) is a paste formed by stirring graphite or activated carbon, metal oxide, and electrolyte 222. The supply tank 503 has a degasser (not shown).
脱泡器は、溶液の気体を脱泡する脱泡装置である。真空（減圧）、心力を利用するものが例示される。その他、超音波、ガス透過膜を利用した脱泡装置でも良い。
液体から気泡を取り除くことで製品の強度や性状、表面性状を均一化することができ、歩留まりや品質の向上が実現できる。
A degasser is a device that removes gas from a solution. Examples include those that utilize vacuum (reduced pressure) or kinetic energy. Other degassing devices that utilize ultrasound or gas permeable membranes are also acceptable.
By removing air bubbles from a liquid, the strength, properties, and surface characteristics of the product can be made more uniform, leading to improved yield and quality.
真空脱泡装置は、真空ポンプを用いて溶液を減圧することにより、液体内に含まれる気泡を膨張させる。膨張した気泡は浮力により液体表面まで浮き上がり、時間経過とともに表面の液体膜が破壊されることで減圧空気内に排出される。
遠心脱泡装置は、溶液が入った容器が自転及び公転する際の遠心力により、密度差のある液体と気体が分離する原理を利用する。
Vacuum degassing devices use a vacuum pump to reduce the pressure of a solution, thereby expanding air bubbles contained within the liquid. The expanded bubbles rise to the liquid surface due to buoyancy, and over time, the liquid film on the surface breaks down, releasing the bubbles into the reduced-pressure air.
Centrifugal degassing devices utilize the principle that the centrifugal force generated when a container holding a solution rotates and revolves separates liquids and gases with different densities.
ペースト（電極材料５０２（正極材料２２１、負極材料２３１））は、供給槽５０３に供給される。キャリアフィルム５０６には、巻出しローラ５１０から巻き出され、巻取りローラ５０９に巻き取られる。キャリアフィルム５０６に供給槽５０３からペースト（電極材料５０２ａ）が供給される。 The paste (electrode material 502 (positive electrode material 221, negative electrode material 231)) is supplied to the supply tank 503. It is unwound from the unwinding roller 510 onto the carrier film 506 and wound onto the winding roller 509. Paste (electrode material 502a) is supplied to the carrier film 506 from the supply tank 503.
ペースト（電極材料５０２ａ）の膜厚は供給槽５０３の出口のスキージ（図示せず）で調整される。所定膜厚に形成されたペースト（電極材料５０２ｂ）は、塗布台５０４の表面を搬送される。
キャリアフィルム５０６は、ローラ５０５ａ、ローラ５０５ｂ、塗布台５０４で平坦性が維持される。
キャリアフィルム５０６を搬送することによりキャリアフィルム５０６上に電極材料５０２が形成される（図３（ｂ））。
The film thickness of the paste (electrode material 502a) is adjusted by a squeegee (not shown) at the outlet of the supply tank 503. The paste (electrode material 502b) formed to a predetermined film thickness is conveyed across the surface of the coating table 504.
The flatness of the carrier film 506 is maintained by the rollers 505a and 505b and the coating table 504.
The electrode material 502 is formed on the carrier film 506 by transporting the carrier film 506 (Figure 3(b)).
印刷ヘッド５０１は上下方向に移動動作する。印刷ヘッド５０１を下げることにより、集電極２０８のコーティング材３０２にペースト（電極材料５０２）が転写される。電極材料５０２は正極材料２２１または負極材料２３１となる。キャリアフィルム５０６を搬送することにより、次の集電極２０８に電極材料５０２を転写させることができる（図３（ｂ）。
図２（ｃ）に図示するように、正極材料２２１が形成された正極集電極２０８ａと、負極材料２３１が形成された負極集電極２０８ｂとは対面して配置される。
The print head 501 moves vertically. By lowering the print head 501, the paste (electrode material 502) is transferred to the coating material 302 of the electrode collector 208. The electrode material 502 becomes either the positive electrode material 221 or the negative electrode material 231. By transporting the carrier film 506, the electrode material 502 can be transferred to the next electrode collector 208 (Figure 3(b)).
As shown in Figure 2(c), the positive electrode collector 208a, on which the positive electrode material 221 is formed, and the negative electrode collector 208b, on which the negative electrode material 231 is formed, are arranged facing each other.
正極集電極２０８ａと負極集電極２０８ｂ間には、セパレータ２０４が配置される。もしくは、セパレータ２０４は、正極材料２２１、または負極材料２３１に貼り付ける。あるいはセパレータ２０４は、正極材料２２１、または負極材料２３１に接触して配置される。
図２（ｄ）に図示するように、正極集電極２０８ａ及び負極集電極２０８ｂはガスケット２０７で周辺部が封止される。
A separator 204 is placed between the positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b. Alternatively, the separator 204 is attached to the positive electrode material 221 or the negative electrode material 231. Alternatively, the separator 204 is placed in contact with the positive electrode material 221 or the negative electrode material 231.
As shown in Figure 2(d), the positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b are sealed around the periphery with a gasket 207.
図２（ｅ）は、図１３に図示するように入出穴３０５から、電解液２２２が注入される。なお、電解液２２２はガスケット２０７を取り付ける前に、あるいは同時に、セパレータ２０４等を電解液２２２に浸透させても良い。 Figure 2(e) shows the electrolyte 222 being injected through the inlet/outlet hole 305, as illustrated in Figure 13. Note that the separator 204, etc., may be permeated into the electrolyte 222 before or at the same time as the gasket 207 is installed.
図１、図２の実施例では、平面形状のキャパシタ電池、二次電池の構成あるいは製造方法であるように図示等をしているが、本発明はこれに限定するものではない。図４に図示するように、円筒形等であっても良いことは言うまでもない。その他、フィルム形状、箱型形状、湾曲形状が例示される。 While the embodiments in Figures 1 and 2 illustrate the configuration or manufacturing method of a planar capacitor battery or secondary battery, the present invention is not limited to this. As shown in Figure 4, cylindrical shapes are also possible. Other examples include film shapes, box shapes, and curved shapes.
図４に図示するように、本発明のキャパシタ電池（二次電池）は容器１０７に、正極材料２２１、負極材料２３１、セパレータ２０４が構成され、また、必要に応じて、正極材料２２１、負極材料２３１、セパレータ２０４間等に絶縁フィルム１０８が配置される。
セパレータ２０４、正極材料２２１、負極材料２３１間には電解液２２２が充填され、また、正極材料２２１、負極材料２３１中に電解液２２２が充填される。
As shown in Figure 4, the capacitor battery (secondary battery) of the present invention has a container 107 comprising a positive electrode material 221, a negative electrode material 231, and a separator 204. In addition, an insulating film 108 is placed between the positive electrode material 221, the negative electrode material 231, and the separator 204 as needed.
The space between the separator 204, the positive electrode material 221, and the negative electrode material 231 is filled with electrolyte 222, and the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are also filled with electrolyte 222.
容器１０７内の電解液２２２はガスケット２０７で密封される。正電極２０５は、正極材料２２１と電気的に接続され、負電極２０６は、負極材料２３１と電気的に接続される。
図３の転写装置では、印刷ヘッド５０１をローラ形状とし、集電極２０８もローラ形状とすれば、図４に図示する円筒形の電池を製造することができる。
The electrolyte 222 in container 107 is sealed with gasket 207. The positive electrode 205 is electrically connected to the positive electrode material 221, and the negative electrode 206 is electrically connected to the negative electrode material 231.
In the transfer apparatus shown in Figure 3, if the printing head 501 is made roller-shaped and the collecting electrode 208 is also made roller-shaped, a cylindrical battery as shown in Figure 4 can be manufactured.
図１の実施例は、正極材料２２１、負極材料２３１を平面形状に形成した実施例であった。本発明はこれに限定するものではない。たとえば、図５等に図示するように、正極材料２２１、負極材料２３１をストライプ状、矩形状、あるいはドット状に形成しても良い。 The embodiment shown in Figure 1 was an embodiment in which the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 were formed in a planar shape. The present invention is not limited to this. For example, as shown in Figure 5, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 may be formed in a striped, rectangular, or dotted shape.
図５は他の実施態様におけるキャパシタ電池、二次電池の構成図及び説明図である。図５において、正極コーティング材３０２ａ上に、ストライプ状あるいはドット状の正極材料２２１が形成されている。負極コーティング材３０２ｂ上に、ストライプ状あるいはドット状の負極材料２３１が形成されている。 Figure 5 shows a configuration diagram and explanatory diagram of a capacitor battery and a secondary battery in another embodiment. In Figure 5, a striped or dotted positive electrode material 221 is formed on the positive electrode coating material 302a. A striped or dotted negative electrode material 231 is formed on the negative electrode coating material 302b.
電池の製造時に、セパレータ２０４は、セパレータフィルムの巻出しでの剥離や、ロール搬送での摩擦によって帯電する。帯電したフィルムがローラに近づくと放電し、フィルムにピンホール(小さな穴)が発生する。また、製造時異物混入（コンタミ）、電極材料の金属が溶けだし、析出物（金属析出）が発生し、セパレータ２０４に穴が発生する場合がある。セパレータ２０４に穴が発生すると、正極材料２２１と負極材料２３１が接触する。接触すると電気的に短絡し、不良となる。 During battery manufacturing, the separator 204 becomes charged due to peeling during unwinding of the separator film and friction during roll transport. When the charged film approaches the roller, it discharges, causing pinholes (small holes) in the film. Furthermore, contamination during manufacturing, metal leaching from the electrode material, and deposition (metal deposition) can also cause holes in the separator 204. If holes occur in the separator 204, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 come into contact. This contact causes an electrical short circuit, resulting in a defect.
図５の本発明の実施例では、正極材料２２１の対面する位置には、負極材料２３１が配置されていない。したがって、セパレータ２０４に穴が発生しても、正極材料２２１と負極材料２３１が接触することがない。また、負電極２０６と正電極２０５とが押圧されて集電極２０８がひずんでも、正極材料２２１と負極材料２３１が接触することがない。したがって、本発明の電池等は、正極材料２２１と負極材料２３１との短絡不良が発生しない。 In the embodiment of the present invention shown in Figure 5, the negative electrode material 231 is not positioned opposite the positive electrode material 221. Therefore, even if a hole occurs in the separator 204, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 will not come into contact. Furthermore, even if the negative electrode 206 and the positive electrode 205 are pressed together and the collector electrode 208 is distorted, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 will not come into contact. Therefore, the battery of the present invention will not experience short-circuit failures between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231.
図５の実施例では、正極材料２２１、負極材料２３１の形状は、凸状と図示したが、本発明はこれに限定するものではない。図７に図示するように、正極材料２２１、負極材料２３１は三角形状にしても良い。また、正極材料２２１、負極材料２３１は三角形状に限定するものではなく、鋸歯状、サイン波状等、他の形状であっても良いことは言うまでもない。また、これらの形状のストライプ状、ドット状であっても良い。 In the embodiment shown in Figure 5, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are depicted as convex, but the present invention is not limited to this. As shown in Figure 7, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 may be triangular in shape. Furthermore, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are not limited to a triangular shape; they may also be sawtooth, sinusoidal, or other shapes. They may also be striped or dotted in these shapes.
図１１は、図８の構成の電池を対面した位置に配置した構成である。ベースフィルム５０８ａとベースフィルム５０８ｂ間に、セパレータ２０４を配置している。ベースフィルム５０８ａとベースフィルム５０８ｂ間には電解液２２２が充填され、電解液２２２が漏出しないように、ガスケット２０７で封止されている。 Figure 11 shows a configuration in which the batteries in Figure 8 are arranged facing each other. A separator 204 is placed between base film 508a and base film 508b. Electrolyte 222 is filled between base film 508a and base film 508b, and the space is sealed with a gasket 207 to prevent leakage of the electrolyte 222.
図１１（ａ）において、正極材料２２１の対向位置には、負極材料２３１が配置されている。本願発明はこれに限定するものではない。図１１（ｂ）のように、正極材料２２１の対向位置に、正極材料２２１を配置し、負極材料２３１の対向位置に、負極材料２３１を配置しても良い。 In Figure 11(a), the negative electrode material 231 is positioned opposite the positive electrode material 221. The present invention is not limited to this. As shown in Figure 11(b), the positive electrode material 221 may be positioned opposite the positive electrode material 221, and the negative electrode material 231 may be positioned opposite the negative electrode material 231.
図１１（ｂ）、図１２のように、対向位置で、正極材料２２１と正極材料２２１である場合は、セパレータ２０４に穴などが発生していても、電気的に同極性のため、接触しても電気的な短絡は発生しない。また、対向位置で、負極材料２３１と負極材料２３１である場合は、セパレータ２０４に穴などが発生していても、電気的に同極性のため、接触しても電気的な短絡は発生しない。この構成の場合、セパレータ２０４がなくとも電池等を構成できる。
また、図１２に図示するように、図１１の構造を多層に重ねて構成して良いことは言うまでもない。
図８に図示するように、１枚のベースフィルム５０８に、負極材料２３１と正極材料２２１を形成する実施例も例示される。
As shown in Figures 11(b) and 12, when the positive electrode material 221 is in a opposing position to the negative electrode material 221, even if there are holes or other defects in the separator 204, an electrical short circuit will not occur even if they come into contact because they are electrically the same polarity. Similarly, when the negative electrode material 231 is in a opposing position to the negative electrode material 231, even if there are holes or other defects in the separator 204, an electrical short circuit will not occur even if they come into contact because they are electrically the same polarity. In this configuration, a battery or the like can be constructed even without the separator 204.
Furthermore, as shown in Figure 12, it goes without saying that the structure of Figure 11 can be constructed by stacking multiple layers.
As shown in Figure 8, an example is provided in which a negative electrode material 231 and a positive electrode material 221 are formed on a single base film 508.
ベースフィルム５０８に正極集電極２０８ａと負極集電極２０８ｂとが交互に配置される。正極集電極２０８ａには正極コーティング材３０２ａが形成され、負極集電極２０８ｂには負極コーティング材３０２ｂが形成される。 Positive electrode collectors 208a and negative electrode collectors 208b are arranged alternately on the base film 508. A positive electrode coating material 302a is formed on the positive electrode collector 208a, and a negative electrode coating material 302b is formed on the negative electrode collector 208b.
正極コーティング材３０２ａには、図３、図６の装置を用いて、正極材料２２１が形成される。負極コーティング材３０２ｂには、負極材料２３１が形成される。正極材料２２１、負極材料２３１の周囲は電解液２２２が充填され、電解液２２２は、キャップ状のガスケットで密封される。
正極集電極２０８ａは、正電極２０５と電気的に接続される。負極集電極２０８ｂは、負電極２０６と電気的に接続される。
A positive electrode material 221 is formed on the positive electrode coating material 302a using the apparatus shown in Figures 3 and 6. A negative electrode material 231 is formed on the negative electrode coating material 302b. The area around the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 is filled with electrolyte 222, and the electrolyte 222 is sealed with a cap-shaped gasket.
The positive electrode collector 208a is electrically connected to the positive electrode 205. The negative electrode collector 208b is electrically connected to the negative electrode 206.
図９は、図８におけるベースフィルム５０８に、正極集電極２０８ａ、負極集電極２０８ｂを形成した実施例である。図９のベースフィルム５０８が、図８等のベースフィルム５０８となる。 Figure 9 shows an embodiment in which a positive electrode collector 208a and a negative electrode collector 208b are formed on the base film 508 shown in Figure 8. The base film 508 in Figure 9 is the same as the base film 508 in Figure 8, etc.
正極集電極２０８ａ、負極集電極２０８ｂは、１枚の集電極２０８として形成され、溝５１２を形成することにより、正極集電極２０８ａ、負極集電極２０８ｂに分離される。溝５１２が、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザにより形成される。また、サンドブラスタ等のブラスタ研摩、化学エッチング等のエッチング技術で形成しても良い。
正極集電極２０８ａの端は正極端子２０２となり、電気的に接続される。負極集電極２０８ｂの端は負極端子２０３となり、電気的に接続される。
図５、図７、図８に示す電池等では、正極材料２２１、負極材料２３１はドット状あるいはストライプ状に形成する。
図６は、本発明の電極材料５０２（正極材料２２１、負極材料２３１）を、ドット状またはストライプに形成する塗布装置の構成図及び説明図である。
The positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b are formed as a single collector 208 and separated into the positive electrode collector 208a and the negative electrode collector 208b by forming grooves 512. The grooves 512 are formed by a YAG laser, a CO2 laser, or by etching techniques such as sandblasting or chemical etching.
The end of the positive electrode collector 208a becomes the positive terminal 202 and is electrically connected. The end of the negative electrode collector 208b becomes the negative terminal 203 and is electrically connected.
In the batteries shown in Figures 5, 7, and 8, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are formed in a dot or stripe pattern.
Figure 6 is a configuration diagram and explanatory diagram of a coating apparatus for forming the electrode material 502 (positive electrode material 221, negative electrode material 231) of the present invention into a dot or stripe pattern.
図６（ａ）に図示するように、塗布台５０４の平坦部上にキャリアフィルム５０６が搬送される。キャリアフィルム５０６は巻出しローラ５１０から巻き出され、巻取りローラ５０９に巻き取られる。
キャリアフィルム５０６は巻出しローラ５１０から巻き出され、巻取りローラ５０９に巻き取られる。
As shown in Figure 6(a), the carrier film 506 is transported onto the flat surface of the coating table 504. The carrier film 506 is unwound from the unwinding roller 510 and wound onto the winding roller 509.
The carrier film 506 is unwound from the unwinding roller 510 and wound onto the take-up roller 509.
電極材料５０２は、黒鉛あるいは活性炭と金属酸化物と電解液２２２が攪拌されてペースト状にされている。ペースト（電極材料５０２）は、供給槽５０３に供給される。キャリアフィルム５０６には、巻出しローラ５１０から巻きだされ、巻取りローラ５０９に巻き取られる。キャリアフィルム５０６に供給槽５０３からペースト（電極材料５０２ａ）が供給される。 The electrode material 502 is a paste made by stirring graphite or activated carbon, metal oxide, and electrolyte 222. The paste (electrode material 502) is supplied to the supply tank 503. The paste is unwound from the unwinding roller 510 and wound onto the take-up roller 509. Paste (electrode material 502a) is supplied to the carrier film 506 from the supply tank 503.
ペースト（電極材料５０２ａ）の膜厚は、正極材料２２１、負極材料２３１の厚みに適合するように、供給槽５０３の出口のスキージ（図示せず）で調整される。スキージ（図示せず）で所定膜厚に形成されたペースト（電極材料５０２ｂ）は、塗布台５０４の表面を搬送される。
印刷ヘッド５０１には、正極材料２２１、負極材料２３１の位置、サイズ及び形状に対応した凸部５０７が形成されている。
The thickness of the paste (electrode material 502a) is adjusted using a squeegee (not shown) at the outlet of the supply tank 503 to match the thickness of the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231. The paste (electrode material 502b), formed to a predetermined thickness using the squeegee (not shown), is conveyed across the surface of the coating table 504.
The print head 501 has protrusions 507 formed on it that correspond to the position, size, and shape of the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231.
印刷ヘッド５０１は上下方向に移動動作する。印刷ヘッド５０１を下げることにより、凸部５０７に、電極材料５０２ｂ（正極材料２２１または負極材料２３１）が転写される（図６（ｂ））。転写残りの電極材料５０２ｂは、剥離ブレード５１１で剥離される。剥離された電極材料５０２ｂは、再度、電解液２２２と混合され、電極材料５０２ａとして使用される。 The print head 501 moves vertically. By lowering the print head 501, the electrode material 502b (positive electrode material 221 or negative electrode material 231) is transferred to the protrusion 507 (Figure 6(b)). The remaining electrode material 502b is peeled off by the peeling blade 511. The peeled electrode material 502b is then mixed again with the electrolyte 222 and used as electrode material 502a.
次に、図６（ｃ）に図示するように、印刷ヘッド５０１を集電極２０８上のコーティング材３０２にペースト（電極材料５０２）に押し付けることにより、電極材料５０２（正極材料２２１または負極材料２３１）が転写される。電極材料５０２は正極材料２２１または負極材料２３１となる。キャリアフィルム５０６を搬送することにより、次の集電極２０８に電極材料５０２を転写させることができる。 Next, as shown in Figure 6(c), the electrode material 502 (positive electrode material 221 or negative electrode material 231) is transferred by pressing the print head 501 onto the coating material 302 on the electrode collector 208. The electrode material 502 becomes either the positive electrode material 221 or the negative electrode material 231. By transporting the carrier film 506, the electrode material 502 can be transferred to the next electrode collector 208.
集電極２０８に、コーティング材３０２が形成される。集電極２０８とコーティング材３０２には、レーザ光等を照射し、溝５１２が形成されて、正極集電極２０８ａと負極集電極２０８ｂに分離される。正極集電極２０８ａ上には、転写等により正極材料２２１が形成され、負極集電極２０８ｂ上には、転写等により負極材料２３１が形成される。 A coating material 302 is formed on the collector electrode 208. Laser light or the like is irradiated onto the collector electrode 208 and the coating material 302 to form grooves 512, separating them into a positive electrode collector electrode 208a and a negative electrode collector electrode 208b. A positive electrode material 221 is formed on the positive electrode collector electrode 208a by transfer or the like, and a negative electrode material 231 is formed on the negative electrode collector electrode 208b by transfer or the like.
図１０は、ベースフィルム５０８に正極材料２２１、負極材料２３１を隣接して形成した構成である。ベースフィルム５０８に段差ｔを形成している。段差ｔは、ベースフィルム５０８に樹脂などを使用して形成しても良いし、ベースフィルム５０８を溝状あるいはドット状に切削して形成しても良い。 Figure 10 shows a configuration in which a positive electrode material 221 and a negative electrode material 231 are formed adjacent to each other on a base film 508. A step t is formed on the base film 508. The step t may be formed on the base film 508 using resin or the like, or it may be formed by cutting the base film 508 into grooves or dots.
図１０の実施例では、凸部に正極材料２２１を形成し、凹部に負極材料２３１を形成しているとして図示している。なお、正極材料２２１と負極材料２３１の位置は、この逆でも良い。たとえば、凸部に負極材料２３１を形成し、凹部に正極材料２２１を形成しても良い。 In the embodiment shown in Figure 10, the positive electrode material 221 is formed on the convex portion and the negative electrode material 231 is formed on the concave portion. Note that the positions of the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 may be reversed. For example, the negative electrode material 231 may be formed on the convex portion and the positive electrode material 221 on the concave portion.
段差ｔは、正極材料２２１と負極材料２３１の膜厚で決定する。正極材料２２１＋正極集電極２０８ａ＋正極コーティング材３０２ａ、あるいは負極材料２３１＋負極集電極２０８ｂ＋負極コーティング材３０２ｂの膜厚をａとすれば、ｔ ＞ ａの関係となるように形成し、さらに好ましくは、２ｔ ＞ ａの関係となるように形成する。 The step height t is determined by the film thickness of the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231. If the film thickness of the positive electrode material 221 + positive electrode collector 208a + positive electrode coating material 302a, or the negative electrode material 231 + negative electrode collector 208b + negative electrode coating material 302b, is a, then the structure is formed such that t > a, and more preferably, 2t > a.
図１０では、凹部、凸部、あるいは凹凸部があるベースフィルム５０８に、正極材料２２１、負極材料２３１等が形成され、ベースフィルム５０８とガスケット２０７間に電解液２２２が充填されている。正極材料２２１、負極材料２３１と電解液２２２でキャパシタ電池等が構成される。図５、図７、図８、図１０の構成ではセパレータ２０４を省略することができる。 In Figure 10, a positive electrode material 221, a negative electrode material 231, etc., are formed on a base film 508 which has recesses, protrusions, or uneven surfaces, and an electrolyte 222 is filled between the base film 508 and the gasket 207. The positive electrode material 221, negative electrode material 231, and electrolyte 222 constitute a capacitor battery, etc. In the configurations of Figures 5, 7, 8, and 10, the separator 204 can be omitted.
本発明の電池の製造方法では、正極材料２２１、負極材料２３１は、印刷技術、インクジェット技術、蒸着技術、コーター技術、スパッタ技術、コーティング技術等で形成する。 In the battery manufacturing method of the present invention, the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are formed using printing technology, inkjet technology, vapor deposition technology, coater technology, sputtering technology, coating technology, etc.
図１３（ａ）は、ベースフィルム５０８ｂに電解液２２２の充填穴（入出穴）３０５が形成されている。入出穴３０５ａから電解液を注入することができ、入出穴３０５ｂから電解液を注出することができる。したがって、電解液２２２を入れ替えることができる。 Figure 13(a) shows that the base film 508b has filling holes (inlet/outlet holes) 305 for the electrolyte 222. The electrolyte can be injected through the inlet/outlet hole 305a and poured out through the inlet/outlet hole 305b. Therefore, the electrolyte 222 can be replaced.
電解液２２２は、電池の使用により劣化する。したがって、一定以上、電解液２２２を入れ替えることが好ましい。また、電解液はベースフィルム５０８ａとベースフィルム５０８ｂとをガスケット２０７で組み立ててから、注入すると電池の製造が容易となる。 The electrolyte 222 deteriorates with use. Therefore, it is preferable to replace the electrolyte 222 after a certain period. Furthermore, the manufacturing of the battery is facilitated by injecting the electrolyte after assembling the base film 508a and base film 508b with the gasket 207.
入出穴３０５は、ベースフィルム５０８ａとベースフィルム５０８ｂの両方に形成または配置して良い。また、ガスケット２０７、容器１０７等に電解液２２２等の入出穴（図示せず）を形成し、この入出穴（図示せず）から電解液２２２を注入、注出しても良い。また、常時あるいは間欠的に、電解液２２２を入出穴３０５ａから注入し、入出穴３０５ｂから注出するように構成し、電解液２２２を巡廻させても良い。 The inlet/outlet holes 305 may be formed or arranged in both the base film 508a and the base film 508b. Alternatively, inlet/outlet holes (not shown) for the electrolyte 222 may be formed in the gasket 207, container 107, etc., and the electrolyte 222 may be injected and dispensed through these holes. Furthermore, the electrolyte 222 may be continuously or intermittently injected through the inlet/outlet hole 305a and dispensed through the inlet/outlet hole 305b, thereby circulating the electrolyte 222.
図１３（ｂ）等の本発明の電池等において、ベースフィルム５０８ａ正極材料２２１とベースフィルム５０８ｂ正極材料２２１とを対向位置に配置し、ベースフィルム５０８ａ負極材料２３１とベースフィルム５０８ｂ負極材料２３１とを対向位置に配置することが好ましい。ベースフィルム５０８ａ、ベースフィルム５０８ｂが外部押圧などにより変形し、ベースフィルム５０８ａの正極材料２２１とベースフィルム５０８ｂの正極材料２２１が接触し、また、ベースフィルム５０８ａの負極材料２３１とベースフィルム５０８ｂの負極材料２３１とが接触しても電池の動作的に問題が少ないからである。 In the battery of the present invention, as shown in Figure 13(b), it is preferable to arrange the positive electrode material 221 of the base film 508a and the positive electrode material 221 of the base film 508b in opposing positions, and the negative electrode material 231 of the base film 508a and the negative electrode material 231 of the base film 508b in opposing positions. This is because even if the base films 508a and 508b are deformed by external pressure, causing the positive electrode material 221 of the base film 508a and the positive electrode material 221 of the base film 508b to come into contact, and the negative electrode material 231 of the base film 508a and the negative electrode material 231 of the base film 508b to come into contact, there are few operational problems with the battery.
以上の実施例は、正極材料２２１と負極材料２３１を櫛歯状に配置した実施例である。本発明はこれに限定するものではない。たとえば、図１４に図示するように、渦巻き状あるいはらせん状に形成しても良い。つまり、本発明は、１つの基板あるいはフィルムに隣接して正極材料２２１からなる正極と、負極材料２３１からなる負極とを形成し、正極材料２２１と負極材料２３１間に電解液２２２を充填した構成であればいずれの構成あるいは構造であっても良い。 The above embodiment describes an embodiment in which the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231 are arranged in a comb-like manner. The present invention is not limited to this. For example, as shown in Figure 14, they may be formed in a spiral or helical shape. In other words, the present invention may be any configuration or structure in which a positive electrode made of positive electrode material 221 and a negative electrode made of negative electrode material 231 are formed adjacent to each other on a single substrate or film, and an electrolyte 222 is filled between the positive electrode material 221 and the negative electrode material 231.
本発明のキャパシタ電池、二次電池は、キャパシタとしての機能だけでなく、二次電池、あるいは二次電池的な機能を有するものである。電圧を印加すると、電圧上昇に伴い充電が開始する。所定の電圧（起電力）を超えると、リチウムイオン電池と同様の酸化還元反応が発生する。つまり、電気二重層キャパシタに酸化還元反応を付随させた新しい概念の蓄電デバイスである。したがって、高速な充放電機能と、二次電池的な電圧発生の両方の機能、構成、構造を有する。 The capacitor battery and secondary battery of this invention not only function as a capacitor, but also as a secondary battery, or a secondary battery-like function. When a voltage is applied, charging begins as the voltage rises. When a predetermined voltage (electromotive force) is exceeded, a redox reaction similar to that of a lithium-ion battery occurs. In other words, it is a new concept in energy storage devices that incorporates a redox reaction into an electric double-layer capacitor. Therefore, it possesses both high-speed charging and discharging capabilities and secondary battery-like voltage generation functions, configurations, and structures.
本発明のキャパシタ電池は、通常の二次電池と比較して高速な充放電が可能である。高出力特性に優れているキャパシタ電池は、新エネルギーの蓄電等、様々な利用分野への応用が期待されている。 The capacitor battery of this invention enables faster charging and discharging compared to conventional secondary batteries. With its superior high-power characteristics, this capacitor battery is expected to have applications in various fields, such as energy storage for new energy sources.
水溶液系の電解液を用いた、いわゆる水系のキャパシタ電池、二次電池は、導電性が高く、電解質の解離、イオンの移動度に優れ、また、溶媒が水であることから安全性が高く、不揮発性で水分管理がしやすく、コストも低い。また、高速な充放電機能を発揮できる。
本発明のキャパシタ電池、二次電池は、水の電気分解の制約を克服することができ、様々な分野での活用が期待できる。
また、本発明の電池の製造方法は、容易に、かつ、安定して製造できるため、製造コストの低減、電池価格を安くすることができる。
Water-based capacitor batteries and secondary batteries, which use aqueous electrolytes, have high conductivity, excellent electrolyte dissociation and ion mobility, high safety due to the water solvent, non-volatility, easy moisture management, and low cost. They also offer high-speed charging and discharging capabilities.
The capacitor battery and secondary battery of the present invention can overcome the limitations of water electrolysis and are expected to be used in various fields.
Furthermore, since the battery manufacturing method of the present invention allows for easy and stable production, it is possible to reduce manufacturing costs and lower the price of the battery.
１０７ 容器
１０８ 絶縁フィルム
２０２ 正極端子
２０３ 負極端子
２０４ セパレータ
２０５ 正電極
２０６ 負電極
２０７ ガスケット
２０８ａ 正極集電極
２０８ｂ 負極集電極
２２２ 電解液
２２１ 正極材料
２３１ 負極材料
３０２ａ 正極コーティング材
３０２ｂ 負極コーティング材
３０５ 入出穴
３０９ 蒸着材料
５０１ 印刷ヘッド
５０２ 電極材料
５０３ 供給槽
５０４ 塗布台
５０５ ローラ
５０６ キャリアフィルム
５０７ 凸部
５０８ ベースフィルム
５０９ 巻取りローラ
５１０ 巻出しローラ
５１１ 剥離ブレード
５１２ 溝
107 Container 108 Insulating film 202 Positive electrode terminal 203 Negative electrode terminal 204 Separator 205 Positive electrode 206 Negative electrode 207 Gasket 208a Positive electrode collector 208b Negative electrode collector 222 Electrolyte 221 Positive electrode material 231 Negative electrode material 302a Positive electrode coating material 302b Negative electrode coating material 305 Inlet/outlet hole 309 Evaporation material 501 Printing head 502 Electrode material 503 Supply tank 504 Coating stand 505 Roller 506 Carrier film 507 Protrusion 508 Base film 509 Winding roller 510 Unwinding roller 511 Peeling blade 512 Groove
Claims (8)
ペースト状の前記混合物を負極集電極にコーティングする第２の工程と、
ビーズと円筒形のロットのうち少なくとも一方を、前記負極集電極にコーティングした前記混合物に散布し、
鉄錯体を含有する材料が形成された正極集電極と前記負極集電極間にセパレータを配置し、前記正極集電極と前記負極集電極間に過塩素酸塩水溶液を充填する第３の工程を具備し、
前記ビーズと前記ロットは、無機材料あるいは樹脂からなり、
前記ビーズと前記ロットのうち少なくとも一方により、前記負極集電極にコーティングされた前記混合物の膜厚を規定することを特徴とする電池の製造方法。 A first step involves mixing a metal oxide with at least one of activated carbon and graphite to form a paste-like mixture,
A second step involves coating the negative electrode collector with the paste-like mixture ,
At least one of the beads and the cylindrical rods is scattered onto the mixture coated on the negative electrode collector,
The invention comprises a third step of placing a separator between a positive electrode collecting electrode and a negative electrode collecting electrode, the positive electrode collecting electrode being made of a material containing an iron complex , and filling the space between the positive electrode collecting electrode and the negative electrode collecting electrode with an aqueous perchlorate solution .
The aforementioned beads and the aforementioned rod are made of an inorganic material or resin.
A method for manufacturing a battery, characterized in that at least one of the beads and the lot determines the film thickness of the mixture coated on the negative electrode collector .
ペースト状の前記混合物を負極集電極にコーティングする第２の工程と、
鉄錯体を含有する材料が形成された正極集電極と前記負極集電極間にセパレータを配置し、前記正極集電極と前記負極集電極間に過塩素酸塩水溶液を充填する第３の工程を具備し、
前記ビーズと前記ロットは、無機材料あるいは樹脂からなり、
前記ビーズと前記ロットのうち少なくとも一方により、前記負極集電極にコーティングされた前記混合物の膜厚を規定することを特徴とする電池の製造方法。 A first step of mixing a metal oxide with at least one of activated carbon and graphite and at least one of beads and cylindrical rods to form a paste-like mixture,
A second step involves coating the negative electrode collector with the paste-like mixture ,
The invention comprises a third step of placing a separator between a positive electrode collecting electrode and a negative electrode collecting electrode, the positive electrode collecting electrode being made of a material containing an iron complex , and filling the space between the positive electrode collecting electrode and the negative electrode collecting electrode with an aqueous perchlorate solution.
The beads and the lot are made of an inorganic material or resin.
A method for manufacturing a battery, characterized in that at least one of the beads and the lot determines the film thickness of the mixture coated on the negative electrode collector .
前記第１の混合物を負極集電極にコーティングし、前記第２の混合物を正極集電極にコーティングする第２の工程と、
前記正極集電極と前記負極集電極間にセパレータを配置し、前記正極集電極と前記負極集電極間に過塩素酸塩水溶液を充填する第３の工程を具備し、
前記ビーズと前記ロットは、無機材料あるいは樹脂からなり、
前記ビーズと前記ロットのうち少なくとも一方により、前記負極集電極にコーティングされた前記第１の混合物および前記正極集電極にコーティングされた前記第２の混合物の膜厚を規定することを特徴とする電池の製造方法。 A first step involves mixing a metal oxide with at least one of activated carbon and graphite and at least one of beads and cylindrical rods to form a paste-like first mixture , and mixing graphite and an iron complex with at least one of beads and cylindrical rods to form a paste-like second mixture .
A second step involves coating the negative electrode with the first mixture and coating the positive electrode with the second mixture .
The third step involves placing a separator between the positive electrode and the negative electrode, and filling the space between the positive electrode and the negative electrode with a perchlorate aqueous solution .
The beads and the lot are made of an inorganic material or resin.
A method for manufacturing a battery, characterized in that at least one of the beads and the lot determines the film thickness of the first mixture coated on the negative electrode and the second mixture coated on the positive electrode .
キャリアフィルムにペースト状の前記混合物を塗布し、
ペースト状の前記混合物を負極集電極に転写する第２の工程と、
鉄錯体を含有する材料が形成された正極集電極と前記負極集電極間にセパレータを配置し、前記正極集電極と前記負極集電極間に前記過塩素酸塩水溶液を充填する第３の工程を具備し、
前記ビーズと前記ロットは、無機材料あるいは樹脂からなり、
前記ビーズと前記ロットのうち少なくとも一方により、前記負極集電極にコーティングされた前記混合物の膜厚を規定することを特徴とする電池の製造方法。 A first step of mixing a metal oxide with at least one of activated carbon and graphite and at least one of beads and cylindrical rods to form a paste-like mixture,
The paste-like mixture is applied to the carrier film.
A second step involves transferring the paste-like mixture to the negative electrode collector ,
The third step involves placing a separator between a positive electrode collecting electrode and a negative electrode collecting electrode, each of which is formed from a material containing an iron complex , and filling the space between the positive electrode collecting electrode and the negative electrode collecting electrode with the perchlorate aqueous solution .
The beads and the lot are made of an inorganic material or resin.
A method for manufacturing a battery, characterized in that at least one of the beads and the lot determines the film thickness of the mixture coated on the negative electrode collector .
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|---|---|---|---|---|
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| JP2011077070A (en) | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Nippon Zeon Co Ltd | Electrode active material sheet with support and method for producing electrode for electrochemical element |
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