蓄電装置及びその作製方法
【課題】蓄電装置の正極におけるリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われるようにし、反応速度を早くすることを課題とする。また正極の活物質あたりの容量を増大することを課題とする。
【解決手段】正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層することにより、正極の膜厚を厚くしても、正極におけるリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われ、反応速度を速くすることが可能となった。また、炭素を含む層に挟まれた活物質層は、粒子状の結晶を有しており、活物質の密度を高くすることで、活物質における単位体積あたりの容量を増加させる。
【解決手段】正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層することにより、正極の膜厚を厚くしても、正極におけるリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われ、反応速度を速くすることが可能となった。また、炭素を含む層に挟まれた活物質層は、粒子状の結晶を有しており、活物質の密度を高くすることで、活物質における単位体積あたりの容量を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
蓄電装置用正極の作製方法、及び蓄電装置の作製方法に関する。特に、蓄電装置として、リチウムイオン電池（リチウムイオン二次電池）又はリチウムイオンキャパシタ用の正極の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯可能な電子機器の分野が著しく進歩している。携帯可能な電子機器において、小型軽量で信頼性を有している、高エネルギー密度で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（また、リチウムイオン蓄電池、あるいは単に、リチウムイオン電池、さらにあるいはリチウムイオンバッテリともいう）が知られている（特許文献１参照）。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。
【０００３】
二次電池及び電気二重層キャパシタは、正極と負極との間に電解質を介在させた構成を有する。正極及び負極は、それぞれ、集電体と、集電体上に設けられた活物質と、を有する構成が知られている。例えば、リチウムイオン電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することのできる材料を活物質として正極に用い、電解質を間に介在させて構成する。
【０００４】
正極に用いられる活物質の材料は、酸化に強い必要がある。そのため、酸化物であればそれ以上酸化されないので、酸化物がよく用いられる。しかし、酸化物は一般的に抵抗が高いため、電圧をかけても活物質においてリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われず、反応速度が遅くなる。また、反応速度をあげるため、導電助剤を多くすると、活物質における単位体積あたりの容量が小さくなる。また、膜厚を厚くすると、リチウムイオンの移動が阻害され、容量は小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、リチウムイオンの反応速度が速く、容量の大きい蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【０００７】
または、本発明の一態様は、良好な電池特性を有する正極、又は蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層することにより、正極の膜厚を厚くしても、正極におけるリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われることを見いだした。
【０００９】
また、炭素を含む層に挟まれた活物質層は、粒子状の結晶を有しており、活物質層の密度を高くすることで、活物質における単位体積あたりの容量を増加させることができる。
【００１０】
本発明の一は、集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは２以上の自然数）積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１１】
本発明の一は、集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回積層され、ｎ回積層された活物質層上に、第ｎ＋１層目の炭素を含む層が積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１２】
本発明の一は、集電体上に、粒子状の結晶を含む活物質層と炭素を含む層とが、順にｎ回積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１３】
本発明の一において、ｎは、２以上１０以下である。
【００１４】
本発明の一において、リチウム金属酸化物は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｒＰＯ４のいずれか一である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、電池としての容量を増大させた蓄電装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様によれば、正極において、リチウムイオンの反応速度が速い蓄電装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様によれば、良好な電池特性を有する正極、または蓄電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】蓄電装置用正極の断面図。
【図２】蓄電装置用正極の作製方法の一例を示す図。
【図３】本発明の一態様である電池の一例を説明する図。
【図４】本発明の一態様である電池の断面の一例を説明する図。
【図５】無線給電システムの構成を示す図。
【図６】無線給電システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である正極について図１を参照して説明する。
【００１９】
集電体１０１上に、炭素を含む層１０２及び粒子状の結晶を有する活物質層１０３を有する。なお、炭素を含む層１０２を設けることで、集電体１０１と活物質層１０３とで起こる反応を抑制することができる。また、集電体１０１上に、活物質層１０３を積層して有してもよく、その場合、集電体及び活物質層ともに無機物であるため、界面の密着性が高くなり、剥離を防ぐことができる。
【００２０】
さらに、活物質層１０３上に、炭素を含む層１０４及び粒子状の結晶を有する活物質層１０５を積層して設ける（以下、炭素を含む層と活物質層とを、それぞれ一層ずつ積層することを、１回の積層とする）。図１では、炭素を含む層を２層、活物質層を２層、つまり２回、積層した構成を記載しているが、この構成に限定されず、必要に応じて複数回の積層を行えばよい。積層する回数は、求める二次電池の容量及び活物質の性質に応じて決定され、２回以上、好ましくは２回以上１０回以下である。
【００２１】
炭素を含む層の一層の厚さは、０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ〜１０ｎｍである。活物質層の一層の厚さは、０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ〜５０ｎｍである。しかしながら、両層とも、用いる材料や形状により、性質が異なるため、最適の値を適宜選択するとよい。炭素を含む層及び活物質層の総膜厚としては、２０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは２００ｎｍ〜４００ｎｍとする。
【００２２】
次に炭素を含む層１０６を積層する。活物質層１０５の表面を覆う炭素を含む層１０６を設けることで、活物質層１０５の酸化を防ぐ保護膜としても機能することができる。なお、炭素を含む層１０６を設けず、活物質層の最上層である活物質層１０５を設けた時点で、正極としてもよい。
【００２３】
正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層すれば、活物質層表面の導電率を上昇させることができる。また、高抵抗の活物質層同士が、低抵抗の炭素を介することで、活物質同士が導通しやすくなり、正極全体の導電率を高めることができる。このため、正極内でのリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われ、蓄電装置としての容量を増大させることができる。
【００２４】
また、粒子状の結晶を有する活物質層は、密度が高く、単位体積あたりの活物質量を増やすことができる。さらに、活物質が粒子状の結晶を有しているため、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二次電池のレート特性が向上し、短時間での充電が可能となる。
【００２５】
本発明の一態様の構成を用いることで、容量が大きく、良好な電池特性を有する正極、または蓄電装置を提供することが可能となる。
【００２６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である正極の作製方法について図２を参照して説明する。
【００２７】
集電体１０１上に、炭素を含む層１０２を形成する（図２（Ａ）参照）。集電体１０１としては、チタン等の導電性の高い材料を用いる。炭素を含む層を形成する手段としては、ピレン、黒鉛、活性炭、フタロシアニン等の炭素を含む物質を蒸着すればよい。蒸着方法としては、真空蒸着法、抵抗加熱を用いた蒸着法などを用いる。また、ポリアニリン等のポリマーやアセトン等の液状のケトン類を塗布法、インクジェット法、スピンコート法、及びディップコート法などにより作製してもよい。
【００２８】
活物質層１０３は、スパッタリング法を利用して得られる。例えば、ＬｉｘＦｅｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＭｎｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＮｉｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＣｒｙ（ＰＯ４）ｚ等（ｘ、ｙ、ｚは正の実数）のリチウム酸化物の薄膜により作製される。
【００２９】
本実施の形態では、ＬｉＦｅＰＯ４を作製する場合について説明する。Ｆｅと、Ｌｉと、ＰＯ４と、を少なくとも含む組成のターゲット１００を用いて、希ガス等のイオンでターゲット１００をスパッタリングすることにより、炭素を含む層１０２上に活物質層１０３を形成する（図２（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。
【００３０】
ターゲット１００を構成する材料の組成としては、一般式としてＬｉｘＦｅｙ（ＰＯ４）ｚが挙げられ、具体的にはＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３が挙げられる。また、ターゲット１００を構成する材料は混合材料としてもよく、例えばＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３及びＦｅ２Ｏ３の混合が挙げられる。好ましくは、ターゲット１００にナシコン型のリン酸鉄リチウムを用いる。これにより安価で安定なターゲットを用いて、活物質層を作製することができる。
【００３１】
スパッタリング法としては、高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、又はパルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法などを用いることができる。
【００３２】
スパッタリング用のガスとしては、希ガス、酸素、又は希ガス及び酸素の混合ガス等を用いることができる。希ガスとしては、アルゴン等が挙げられる。
【００３３】
さらに、活物質層１０３上に、炭素を含む層１０４を形成する。炭素を含む層１０４を形成する手段としては、炭素を含む層１０２と同様に、ピレン、黒鉛、活性炭、フタロシアニン等の炭素を含む物質を蒸着すればよい。また、ポニアニリン等のポリマーや、アセトン等の液状のケトン類を塗布することで形成してもよい。
【００３４】
さらに、活物質層１０５を形成する。このように、活物質層及び炭素を含む層をｎ回積層させる（図２では２回）。なお、ｎは求める蓄電装置の形態に応じて、決定すればよい。
【００３５】
十分な容量が確保できる膜厚を形成したら、一番上に積層された活物質層（図２では活物質層１０５）上に、最上層となる炭素を含む層１０６を積層する。炭素を含む層１０６は、活物質層１０５の酸化を防ぐ保護膜としても機能する（図２（Ｄ）参照）。
【００３６】
次に、加熱処理を行なう（図２（Ｅ））。加熱処理は４００℃以上、１０００℃以下、好ましくは５００℃以上、６００℃以下で、１時間以上１０時間以下、好ましくは５時間程度で行えばよい。
【００３７】
加熱処理を行なうことにより、活物質層が粒子状に結晶化される。活物質が粒子状に結晶化することにより、活物質層の密度が上がり、単位体積あたりの容量が大きくなる。また、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二次電池のレート特性が向上し、短時間での充電が可能となる。
【００３８】
本実施の形態にて説明した正極を用いることで、容量が大きく、特性の高い蓄電装置を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である電池と、その作製方法について説明する。該電池の正極としては、実施の形態１及び２にて説明した正極を用いる。
【００４０】
図３は、本発明の一態様である円筒型蓄電池の一例について、概略を示す斜視図である。なお、本発明はこれに限定されず、角型であってもよい。
【００４１】
図３に示す円筒型蓄電池は、電池側壁部３０４と電池蓋３０２と電池底部３０６により囲まれた閉空間を有する。
【００４２】
図４は、図３に示す円筒型蓄電池の断面４００における断面図を示す。
【００４３】
電池側壁部３０４および電池底部３０６は、導電性材料により形成すればよく、蓄電池の使用環境下において適切な機械的強度と耐薬品性を有するように、適切な材料を選択すればよい。例えばアルミニウム合金を用いることができる。電池側壁部３０４および電池底部３０６と、電池蓋３０２により囲まれた電池内部には閉空間が設けられる。閉空間には、例えば電極体３１０が配されている。電極体としては、例えば図３に示すように巻回電極体が挙げられる。
【００４４】
電極体３１０は、上部（電池蓋３０２側）と下部（電池底部３０６側）が絶縁板３１２および絶縁板３１４によって挟まれ、絶縁板３１２および絶縁板３１４のそれぞれから導線３２０と導線３２８が引き出されている。上部（電池蓋３０２側）の絶縁板３１２から引き出された導線３２０は、好ましくは抵抗素子３１６を介して電池蓋３０２に接続されている。抵抗素子３１６としては、温度の上昇により抵抗が増大する熱感抵抗素子を用いることが好ましい。過剰な電流による異常な発熱を防止するためである。下部（電池底部３０６側）の絶縁板３１４から引き出された導線３２８は、電池底部３０６に接続されている。なお、電池底部３０６と電池側壁部３０４は導通している。
【００４５】
電池側壁部３０４、電池蓋３０２および上部（電池蓋３０２側）の絶縁板３１２はガスケット３１８を介して接続されているとよい。ガスケット３１８は絶縁性であることが好ましいが、これに限定されず、少なくとも電池蓋３０２と電池側壁部３０４が絶縁されていればよい。
【００４６】
なお、図示していないが、電池内部に安全弁を設けて、負極３２６と正極３２２がショートした場合または電池が加熱されて電池内部の圧力が高まった場合に電池蓋３０２と電極体３１０の接続が切断される構成としてもよい。
【００４７】
また、電極体３１０を固定するために、電極体３１０の中心に、センターピンが挿入されていてもよい。
【００４８】
電極体３１０は、負極３２６と正極３２２と、これらの間に設けられたセパレータ３２４を有する。電極体３１０が有する正極３２２は、導線３２０を介して電池蓋３０２に、電気的に接続されている。電極体３１０が有する負極３２６は、導線３２８を介して電池底部３０６に、電気的に接続されている。
【００４９】
正極としては、実施の形態１及び２にて説明した正極を用いる。負極３２６は、集電体と活物質により構成されていることが好ましい。例えば、負極集電体上に負極活物質となる黒鉛やシリコンを形成すればよい。
【００５０】
負極活物質層は、負極活物質を導電助剤やバインダーなどと混合させてペースト化して集電体上に塗布して形成してもよいし、スパッタリング法により形成してもよい。負極活物質層についても、必要に応じて加圧成形するとよい。
【００５１】
なお、集電体としては、チタンまたは銅などを用いることができる。
【００５２】
なお、セパレータ３２４は、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、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ることができる。ただし、電解液に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
【００５３】
また、セパレータ３２４が浸される電解液としては、例えば、ＥＣ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）とＤＥＣ（Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）の混合液中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含ませたものを用いればよい。または、電解質としては、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）、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）などを用いることができる。または、リチウム以外のアルカリ金属イオンを用いる場合には、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）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、硼弗化カリウム（ＫＢＦ４）などを挙げることができ、これらを単独で、または二種以上を組み合わせて溶媒に溶解させて使用することができる。
【００５４】
なお、溶媒としては、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）などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（以下、ＥＭＣと略す）、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）などの非環状カーボネート類、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の脂肪族カルボン酸エステル類、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）等の非環状エーテル類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、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のアルキルリン酸エステルやそのフッ化物を挙げることができ、これらの一種または二種以上を混合して使用することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、電解液に主にリチウムイオンが含まれる場合について説明したが、これに限定されず、他のアルカリ金属イオンを用いてもよい。
【００５６】
以上説明したように、実施の形態１及び２にて説明した電極を正極として用いて電池を作製することができる。
【００５７】
本実施の形態にて説明した構成を用いることで、容量が大きく、特性の高い蓄電装置を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る二次電池を、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５及び図６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。
【００５９】
はじめに、図５を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００６０】
受電装置５００は、給電装置６００から供給された電力で駆動する電子機器または電気推進車両であるが、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。電子機器の代表例としては、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６００は、受電装置５００に電力を供給する機能を有する。
【００６１】
図５において、受電装置５００は、受電装置部５０１と、電源負荷部５１０とを有する。受電装置部５０１は、受電装置用アンテナ回路５０２と、信号処理回路５０３と、二次電池５０４とを少なくとも有する。また、給電装置６００は、給電装置用アンテナ回路６０１と、信号処理回路６０２とを有する。
【００６２】
受電装置用アンテナ回路５０２は、給電装置用アンテナ回路６０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路６０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路５０３は、受電装置用アンテナ回路５０２が受信した信号を処理し、二次電池５０４の充電、および、二次電池５０４から電源負荷部５１０への電力の供給を制御する。電源負荷部５１０は、二次電池５０４から電力を受け取り、受電装置５００を駆動する駆動部である。電源負荷部５１０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６０１は、受電装置用アンテナ回路５０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０２からの信号を受け取る役割を有する。信号処理回路６０２は、給電装置用アンテナ回路６０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路６０１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。
【００６３】
本発明の一態様に係る二次電池は、ＲＦ給電システムにおける受電装置５００が有する二次電池５０４として利用される。
【００６４】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に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）。
【００６５】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部５１０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５００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。
【００６６】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図６を用いて説明する。
【００６７】
図６において、受電装置５００は、受電装置部５０１と、電源負荷部５１０とを有する。受電装置部５０１は、受電装置用アンテナ回路５０２と、信号処理回路５０３と、二次電池５０４と、整流回路５０５と、変調回路５０６と、電源回路５０７とを、少なくとも有する。また、給電装置６００は、給電装置用アンテナ回路６０１と、信号処理回路６０２と、整流回路６０３と、変調回路６０４と、復調回路６０５と、発振回路６０６とを、少なくとも有する。
【００６８】
受電装置用アンテナ回路５０２は、給電装置用アンテナ回路６０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路６０１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６０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路５０５は受電装置用アンテナ回路５０２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５０３は受電装置用アンテナ回路５０２が受信した信号を処理し、二次電池５０４の充電、二次電池５０４から電源回路５０７への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路５０７は、二次電池５０４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５０６は受電装置５００から給電装置６００へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【００６９】
電源回路５０７を有することで、電源負荷部５１０に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部５１０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５００の劣化や破壊を低減することができる。
【００７０】
また、変調回路５０６を有することで、受電装置５００から給電装置６００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置５００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５００から給電装置６００に信号を送信し、給電装置６００から受電装置５００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池５０４を１００％充電しないことが可能であり、二次電池５０４の充電回数を増加させることが可能である。
【００７１】
また、給電装置用アンテナ回路６０１は、受電装置用アンテナ回路５０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０２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５０２に信号を送る場合、信号処理回路６０２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６０６は一定の周波数の信号を生成する回路である。変調回路６０４は、信号処理回路６０２が生成した信号と発振回路６０６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６０１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６０１から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路５０２から信号を受け取る場合、整流回路６０３は受け取った信号を整流する役割を有する。復調回路６０５は、整流回路６０３が整流した信号から受電装置５００が給電装置６００に送った信号を抽出する。信号処理回路６０２は復調回路６０５によって抽出された信号を解析する役割を有する。
【００７２】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間にどんな回路が有っても良い。例えば、受電装置５００が電磁波を受信し整流回路５０５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。
【００７３】
本発明の一態様に係る二次電池は、ＲＦ給電システムにおける受電装置５００が有する二次電池５０４として利用される。
【００７４】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に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）。
【００７５】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部５１０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５００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。
【００７６】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路５０２と二次電池５０４を重ねる場合は、二次電池５０４の充放電に伴い形状が変化し、受電装置用アンテナ回路５０２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、二次電池５０４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５０２と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【００７７】
また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周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ＬＦ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【００７８】
また、信号の伝送方式は電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、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。
【００７９】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００ ターゲット
１０１ 集電体
１０２ 炭素を含む層
１０３ 活物質層
１０４ 炭素を含む層
１０５ 活物質層
１０６ 炭素を含む層
３００ 断面
３０２ 電池蓋
３０４ 電池側壁部
３０６ 電池底部
３１０ 電極体
３１２ 絶縁板
３１４ 絶縁板
３１６ 抵抗素子
３１８ ガスケット
３２０ 導線
３２２ 正極
３２４ セパレータ
３２６ 負極
３２８ 導線
４００ 断面
５００ 受電装置
５０１ 受電装置部
５０２ 受電装置用アンテナ回路
５０３ 信号処理回路
５０４ 二次電池
５０５ 整流回路
５０６ 変調回路
５０７ 電源回路
５０８ 復調回路
５０９ 発振回路
５１０ 電源負荷部
６００ 給電装置
６０１ 給電装置用アンテナ回路
６０２ 信号処理回路
６０３ 整流回路
６０４ 変調回路
６０５ 復調回路
６０６ 発振回路
【技術分野】
【０００１】
蓄電装置用正極の作製方法、及び蓄電装置の作製方法に関する。特に、蓄電装置として、リチウムイオン電池（リチウムイオン二次電池）又はリチウムイオンキャパシタ用の正極の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯可能な電子機器の分野が著しく進歩している。携帯可能な電子機器において、小型軽量で信頼性を有している、高エネルギー密度で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（また、リチウムイオン蓄電池、あるいは単に、リチウムイオン電池、さらにあるいはリチウムイオンバッテリともいう）が知られている（特許文献１参照）。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。
【０００３】
二次電池及び電気二重層キャパシタは、正極と負極との間に電解質を介在させた構成を有する。正極及び負極は、それぞれ、集電体と、集電体上に設けられた活物質と、を有する構成が知られている。例えば、リチウムイオン電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することのできる材料を活物質として正極に用い、電解質を間に介在させて構成する。
【０００４】
正極に用いられる活物質の材料は、酸化に強い必要がある。そのため、酸化物であればそれ以上酸化されないので、酸化物がよく用いられる。しかし、酸化物は一般的に抵抗が高いため、電圧をかけても活物質においてリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われず、反応速度が遅くなる。また、反応速度をあげるため、導電助剤を多くすると、活物質における単位体積あたりの容量が小さくなる。また、膜厚を厚くすると、リチウムイオンの移動が阻害され、容量は小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、リチウムイオンの反応速度が速く、容量の大きい蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【０００７】
または、本発明の一態様は、良好な電池特性を有する正極、又は蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層することにより、正極の膜厚を厚くしても、正極におけるリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われることを見いだした。
【０００９】
また、炭素を含む層に挟まれた活物質層は、粒子状の結晶を有しており、活物質層の密度を高くすることで、活物質における単位体積あたりの容量を増加させることができる。
【００１０】
本発明の一は、集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは２以上の自然数）積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１１】
本発明の一は、集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回積層され、ｎ回積層された活物質層上に、第ｎ＋１層目の炭素を含む層が積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１２】
本発明の一は、集電体上に、粒子状の結晶を含む活物質層と炭素を含む層とが、順にｎ回積層された正極を有し、活物質層はリチウム金属酸化物を含む。
【００１３】
本発明の一において、ｎは、２以上１０以下である。
【００１４】
本発明の一において、リチウム金属酸化物は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｒＰＯ４のいずれか一である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、電池としての容量を増大させた蓄電装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様によれば、正極において、リチウムイオンの反応速度が速い蓄電装置を提供することが可能となる。または、本発明の一態様によれば、良好な電池特性を有する正極、または蓄電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】蓄電装置用正極の断面図。
【図２】蓄電装置用正極の作製方法の一例を示す図。
【図３】本発明の一態様である電池の一例を説明する図。
【図４】本発明の一態様である電池の断面の一例を説明する図。
【図５】無線給電システムの構成を示す図。
【図６】無線給電システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である正極について図１を参照して説明する。
【００１９】
集電体１０１上に、炭素を含む層１０２及び粒子状の結晶を有する活物質層１０３を有する。なお、炭素を含む層１０２を設けることで、集電体１０１と活物質層１０３とで起こる反応を抑制することができる。また、集電体１０１上に、活物質層１０３を積層して有してもよく、その場合、集電体及び活物質層ともに無機物であるため、界面の密着性が高くなり、剥離を防ぐことができる。
【００２０】
さらに、活物質層１０３上に、炭素を含む層１０４及び粒子状の結晶を有する活物質層１０５を積層して設ける（以下、炭素を含む層と活物質層とを、それぞれ一層ずつ積層することを、１回の積層とする）。図１では、炭素を含む層を２層、活物質層を２層、つまり２回、積層した構成を記載しているが、この構成に限定されず、必要に応じて複数回の積層を行えばよい。積層する回数は、求める二次電池の容量及び活物質の性質に応じて決定され、２回以上、好ましくは２回以上１０回以下である。
【００２１】
炭素を含む層の一層の厚さは、０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ〜１０ｎｍである。活物質層の一層の厚さは、０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ〜５０ｎｍである。しかしながら、両層とも、用いる材料や形状により、性質が異なるため、最適の値を適宜選択するとよい。炭素を含む層及び活物質層の総膜厚としては、２０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは２００ｎｍ〜４００ｎｍとする。
【００２２】
次に炭素を含む層１０６を積層する。活物質層１０５の表面を覆う炭素を含む層１０６を設けることで、活物質層１０５の酸化を防ぐ保護膜としても機能することができる。なお、炭素を含む層１０６を設けず、活物質層の最上層である活物質層１０５を設けた時点で、正極としてもよい。
【００２３】
正極において、炭素を含む層及び活物質層を積層すれば、活物質層表面の導電率を上昇させることができる。また、高抵抗の活物質層同士が、低抵抗の炭素を介することで、活物質同士が導通しやすくなり、正極全体の導電率を高めることができる。このため、正極内でのリチウムイオンの挿入離脱が効果的に行われ、蓄電装置としての容量を増大させることができる。
【００２４】
また、粒子状の結晶を有する活物質層は、密度が高く、単位体積あたりの活物質量を増やすことができる。さらに、活物質が粒子状の結晶を有しているため、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二次電池のレート特性が向上し、短時間での充電が可能となる。
【００２５】
本発明の一態様の構成を用いることで、容量が大きく、良好な電池特性を有する正極、または蓄電装置を提供することが可能となる。
【００２６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である正極の作製方法について図２を参照して説明する。
【００２７】
集電体１０１上に、炭素を含む層１０２を形成する（図２（Ａ）参照）。集電体１０１としては、チタン等の導電性の高い材料を用いる。炭素を含む層を形成する手段としては、ピレン、黒鉛、活性炭、フタロシアニン等の炭素を含む物質を蒸着すればよい。蒸着方法としては、真空蒸着法、抵抗加熱を用いた蒸着法などを用いる。また、ポリアニリン等のポリマーやアセトン等の液状のケトン類を塗布法、インクジェット法、スピンコート法、及びディップコート法などにより作製してもよい。
【００２８】
活物質層１０３は、スパッタリング法を利用して得られる。例えば、ＬｉｘＦｅｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＭｎｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＮｉｙ（ＰＯ４）ｚ、ＬｉｘＣｒｙ（ＰＯ４）ｚ等（ｘ、ｙ、ｚは正の実数）のリチウム酸化物の薄膜により作製される。
【００２９】
本実施の形態では、ＬｉＦｅＰＯ４を作製する場合について説明する。Ｆｅと、Ｌｉと、ＰＯ４と、を少なくとも含む組成のターゲット１００を用いて、希ガス等のイオンでターゲット１００をスパッタリングすることにより、炭素を含む層１０２上に活物質層１０３を形成する（図２（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。
【００３０】
ターゲット１００を構成する材料の組成としては、一般式としてＬｉｘＦｅｙ（ＰＯ４）ｚが挙げられ、具体的にはＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３が挙げられる。また、ターゲット１００を構成する材料は混合材料としてもよく、例えばＬｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３及びＦｅ２Ｏ３の混合が挙げられる。好ましくは、ターゲット１００にナシコン型のリン酸鉄リチウムを用いる。これにより安価で安定なターゲットを用いて、活物質層を作製することができる。
【００３１】
スパッタリング法としては、高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、又はパルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法などを用いることができる。
【００３２】
スパッタリング用のガスとしては、希ガス、酸素、又は希ガス及び酸素の混合ガス等を用いることができる。希ガスとしては、アルゴン等が挙げられる。
【００３３】
さらに、活物質層１０３上に、炭素を含む層１０４を形成する。炭素を含む層１０４を形成する手段としては、炭素を含む層１０２と同様に、ピレン、黒鉛、活性炭、フタロシアニン等の炭素を含む物質を蒸着すればよい。また、ポニアニリン等のポリマーや、アセトン等の液状のケトン類を塗布することで形成してもよい。
【００３４】
さらに、活物質層１０５を形成する。このように、活物質層及び炭素を含む層をｎ回積層させる（図２では２回）。なお、ｎは求める蓄電装置の形態に応じて、決定すればよい。
【００３５】
十分な容量が確保できる膜厚を形成したら、一番上に積層された活物質層（図２では活物質層１０５）上に、最上層となる炭素を含む層１０６を積層する。炭素を含む層１０６は、活物質層１０５の酸化を防ぐ保護膜としても機能する（図２（Ｄ）参照）。
【００３６】
次に、加熱処理を行なう（図２（Ｅ））。加熱処理は４００℃以上、１０００℃以下、好ましくは５００℃以上、６００℃以下で、１時間以上１０時間以下、好ましくは５時間程度で行えばよい。
【００３７】
加熱処理を行なうことにより、活物質層が粒子状に結晶化される。活物質が粒子状に結晶化することにより、活物質層の密度が上がり、単位体積あたりの容量が大きくなる。また、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二次電池のレート特性が向上し、短時間での充電が可能となる。
【００３８】
本実施の形態にて説明した正極を用いることで、容量が大きく、特性の高い蓄電装置を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である電池と、その作製方法について説明する。該電池の正極としては、実施の形態１及び２にて説明した正極を用いる。
【００４０】
図３は、本発明の一態様である円筒型蓄電池の一例について、概略を示す斜視図である。なお、本発明はこれに限定されず、角型であってもよい。
【００４１】
図３に示す円筒型蓄電池は、電池側壁部３０４と電池蓋３０２と電池底部３０６により囲まれた閉空間を有する。
【００４２】
図４は、図３に示す円筒型蓄電池の断面４００における断面図を示す。
【００４３】
電池側壁部３０４および電池底部３０６は、導電性材料により形成すればよく、蓄電池の使用環境下において適切な機械的強度と耐薬品性を有するように、適切な材料を選択すればよい。例えばアルミニウム合金を用いることができる。電池側壁部３０４および電池底部３０６と、電池蓋３０２により囲まれた電池内部には閉空間が設けられる。閉空間には、例えば電極体３１０が配されている。電極体としては、例えば図３に示すように巻回電極体が挙げられる。
【００４４】
電極体３１０は、上部（電池蓋３０２側）と下部（電池底部３０６側）が絶縁板３１２および絶縁板３１４によって挟まれ、絶縁板３１２および絶縁板３１４のそれぞれから導線３２０と導線３２８が引き出されている。上部（電池蓋３０２側）の絶縁板３１２から引き出された導線３２０は、好ましくは抵抗素子３１６を介して電池蓋３０２に接続されている。抵抗素子３１６としては、温度の上昇により抵抗が増大する熱感抵抗素子を用いることが好ましい。過剰な電流による異常な発熱を防止するためである。下部（電池底部３０６側）の絶縁板３１４から引き出された導線３２８は、電池底部３０６に接続されている。なお、電池底部３０６と電池側壁部３０４は導通している。
【００４５】
電池側壁部３０４、電池蓋３０２および上部（電池蓋３０２側）の絶縁板３１２はガスケット３１８を介して接続されているとよい。ガスケット３１８は絶縁性であることが好ましいが、これに限定されず、少なくとも電池蓋３０２と電池側壁部３０４が絶縁されていればよい。
【００４６】
なお、図示していないが、電池内部に安全弁を設けて、負極３２６と正極３２２がショートした場合または電池が加熱されて電池内部の圧力が高まった場合に電池蓋３０２と電極体３１０の接続が切断される構成としてもよい。
【００４７】
また、電極体３１０を固定するために、電極体３１０の中心に、センターピンが挿入されていてもよい。
【００４８】
電極体３１０は、負極３２６と正極３２２と、これらの間に設けられたセパレータ３２４を有する。電極体３１０が有する正極３２２は、導線３２０を介して電池蓋３０２に、電気的に接続されている。電極体３１０が有する負極３２６は、導線３２８を介して電池底部３０６に、電気的に接続されている。
【００４９】
正極としては、実施の形態１及び２にて説明した正極を用いる。負極３２６は、集電体と活物質により構成されていることが好ましい。例えば、負極集電体上に負極活物質となる黒鉛やシリコンを形成すればよい。
【００５０】
負極活物質層は、負極活物質を導電助剤やバインダーなどと混合させてペースト化して集電体上に塗布して形成してもよいし、スパッタリング法により形成してもよい。負極活物質層についても、必要に応じて加圧成形するとよい。
【００５１】
なお、集電体としては、チタンまたは銅などを用いることができる。
【００５２】
なお、セパレータ３２４は、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、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ることができる。ただし、電解液に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
【００５３】
また、セパレータ３２４が浸される電解液としては、例えば、ＥＣ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）とＤＥＣ（Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）の混合液中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含ませたものを用いればよい。または、電解質としては、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）、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）などを用いることができる。または、リチウム以外のアルカリ金属イオンを用いる場合には、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）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、硼弗化カリウム（ＫＢＦ４）などを挙げることができ、これらを単独で、または二種以上を組み合わせて溶媒に溶解させて使用することができる。
【００５４】
なお、溶媒としては、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）などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（以下、ＥＭＣと略す）、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）などの非環状カーボネート類、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の脂肪族カルボン酸エステル類、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）等の非環状エーテル類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、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のアルキルリン酸エステルやそのフッ化物を挙げることができ、これらの一種または二種以上を混合して使用することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、電解液に主にリチウムイオンが含まれる場合について説明したが、これに限定されず、他のアルカリ金属イオンを用いてもよい。
【００５６】
以上説明したように、実施の形態１及び２にて説明した電極を正極として用いて電池を作製することができる。
【００５７】
本実施の形態にて説明した構成を用いることで、容量が大きく、特性の高い蓄電装置を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る二次電池を、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５及び図６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。
【００５９】
はじめに、図５を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００６０】
受電装置５００は、給電装置６００から供給された電力で駆動する電子機器または電気推進車両であるが、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。電子機器の代表例としては、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６００は、受電装置５００に電力を供給する機能を有する。
【００６１】
図５において、受電装置５００は、受電装置部５０１と、電源負荷部５１０とを有する。受電装置部５０１は、受電装置用アンテナ回路５０２と、信号処理回路５０３と、二次電池５０４とを少なくとも有する。また、給電装置６００は、給電装置用アンテナ回路６０１と、信号処理回路６０２とを有する。
【００６２】
受電装置用アンテナ回路５０２は、給電装置用アンテナ回路６０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路６０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路５０３は、受電装置用アンテナ回路５０２が受信した信号を処理し、二次電池５０４の充電、および、二次電池５０４から電源負荷部５１０への電力の供給を制御する。電源負荷部５１０は、二次電池５０４から電力を受け取り、受電装置５００を駆動する駆動部である。電源負荷部５１０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６０１は、受電装置用アンテナ回路５０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０２からの信号を受け取る役割を有する。信号処理回路６０２は、給電装置用アンテナ回路６０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路６０１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。
【００６３】
本発明の一態様に係る二次電池は、ＲＦ給電システムにおける受電装置５００が有する二次電池５０４として利用される。
【００６４】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に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）。
【００６５】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部５１０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５００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。
【００６６】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図６を用いて説明する。
【００６７】
図６において、受電装置５００は、受電装置部５０１と、電源負荷部５１０とを有する。受電装置部５０１は、受電装置用アンテナ回路５０２と、信号処理回路５０３と、二次電池５０４と、整流回路５０５と、変調回路５０６と、電源回路５０７とを、少なくとも有する。また、給電装置６００は、給電装置用アンテナ回路６０１と、信号処理回路６０２と、整流回路６０３と、変調回路６０４と、復調回路６０５と、発振回路６０６とを、少なくとも有する。
【００６８】
受電装置用アンテナ回路５０２は、給電装置用アンテナ回路６０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路６０１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６０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路５０５は受電装置用アンテナ回路５０２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５０３は受電装置用アンテナ回路５０２が受信した信号を処理し、二次電池５０４の充電、二次電池５０４から電源回路５０７への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路５０７は、二次電池５０４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５０６は受電装置５００から給電装置６００へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【００６９】
電源回路５０７を有することで、電源負荷部５１０に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部５１０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５００の劣化や破壊を低減することができる。
【００７０】
また、変調回路５０６を有することで、受電装置５００から給電装置６００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置５００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５００から給電装置６００に信号を送信し、給電装置６００から受電装置５００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池５０４を１００％充電しないことが可能であり、二次電池５０４の充電回数を増加させることが可能である。
【００７１】
また、給電装置用アンテナ回路６０１は、受電装置用アンテナ回路５０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０２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５０２に信号を送る場合、信号処理回路６０２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６０６は一定の周波数の信号を生成する回路である。変調回路６０４は、信号処理回路６０２が生成した信号と発振回路６０６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６０１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６０１から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路５０２から信号を受け取る場合、整流回路６０３は受け取った信号を整流する役割を有する。復調回路６０５は、整流回路６０３が整流した信号から受電装置５００が給電装置６００に送った信号を抽出する。信号処理回路６０２は復調回路６０５によって抽出された信号を解析する役割を有する。
【００７２】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間にどんな回路が有っても良い。例えば、受電装置５００が電磁波を受信し整流回路５０５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。
【００７３】
本発明の一態様に係る二次電池は、ＲＦ給電システムにおける受電装置５００が有する二次電池５０４として利用される。
【００７４】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に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）。
【００７５】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部５１０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５００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。
【００７６】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路５０２と二次電池５０４を重ねる場合は、二次電池５０４の充放電に伴い形状が変化し、受電装置用アンテナ回路５０２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、二次電池５０４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５０２と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【００７７】
また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周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ＬＦ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【００７８】
また、信号の伝送方式は電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、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。
【００７９】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００ ターゲット
１０１ 集電体
１０２ 炭素を含む層
１０３ 活物質層
１０４ 炭素を含む層
１０５ 活物質層
１０６ 炭素を含む層
３００ 断面
３０２ 電池蓋
３０４ 電池側壁部
３０６ 電池底部
３１０ 電極体
３１２ 絶縁板
３１４ 絶縁板
３１６ 抵抗素子
３１８ ガスケット
３２０ 導線
３２２ 正極
３２４ セパレータ
３２６ 負極
３２８ 導線
４００ 断面
５００ 受電装置
５０１ 受電装置部
５０２ 受電装置用アンテナ回路
５０３ 信号処理回路
５０４ 二次電池
５０５ 整流回路
５０６ 変調回路
５０７ 電源回路
５０８ 復調回路
５０９ 発振回路
５１０ 電源負荷部
６００ 給電装置
６０１ 給電装置用アンテナ回路
６０２ 信号処理回路
６０３ 整流回路
６０４ 変調回路
６０５ 復調回路
６０６ 発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記ｎ回積層された活物質層上に、第ｎ＋１層目の炭素を含む層が積層され、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
集電体上に、粒子状の結晶を含む活物質層と炭素を含む層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
請求項１乃至３において、
前記ｎは、２以上１０以下であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４において、
前記リチウム金属酸化物は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｒＰＯ４のいずれか一であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項１】
集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
集電体上に、炭素を含む層と粒子状の結晶を含む活物質層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記ｎ回積層された活物質層上に、第ｎ＋１層目の炭素を含む層が積層され、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
集電体上に、粒子状の結晶を含む活物質層と炭素を含む層とが、順にｎ回（ｎは自然数）積層された正極を有し、
前記活物質層はリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
請求項１乃至３において、
前記ｎは、２以上１０以下であることを特徴とする蓄電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４において、
前記リチウム金属酸化物は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｒＰＯ４のいずれか一であることを特徴とする蓄電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９４２３（Ｐ２０１２−９４２３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４２７５（Ｐ２０１１−１１４２７５）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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