JPH0244660A

JPH0244660A - 充電機構を有するリチウム電池

Info

Publication number: JPH0244660A
Application number: JP63195416A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Nakanaga; 偉文中長; Yuji Tada; 祐二多田
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は各種電源による直接充電が可能な充電用端子を
有するリチウム二次電池に関するものであり、更に詳し
くは可搬性に優れた光充電機構を有するリチウム二次電
池に関するものである。

従来の技術とその問題点近年、電気、電子機器の軽薄短小化が一段と加速されて
おり、これに伴い、機器用電源の軽薄短小化の要望も非
常に大きくなっている。これに加えて最近の機器に於て
は、可搬、コードレス化の要求が富みに増大しており、
何処でも何時でも安心して使える電源が要求されている
。例えば、最も一般的な電力商用電源は電線なしての使
用が不可能であり、可搬、コードレス要求の発端となっ
ている。また、太陽電池は光がなければ使えないこと、
乾電池は容量に限度があること、鉛蓄電池等は重く、大
きく、過充電による危険性等から電圧を厳しく制御し得
る専用の充電回路や装置を要すること等から、前記要求
を満し得ていない状況である。

一方、太陽電池の欠点を補うため、太陽電池を充電可能
な蓄電池やキャパシタと組合せる方式が種々提案、採用
されているものの、照光時しか充電できないことから、
安全率を大きく採らねばならず、最適な機器設計の制約
となっている。

問題点を解決するための手段前記諸要求を満すためには、単位重量、単位容積中にで
きるだけ多くの電気エネルギーを安定に保持し得るもの
であって、何時でも何処でも安全にエネルギーを取り出
して使用でき、且つできるだけ多くの電源から簡単にエ
ネルギーを補充できるものでなければならない。

本発明は、斯かる条件を満たす電池を提供するものであ
る。

本発明の電池は、その片方の極板の外面へ放電防止方向
（充電方向）に電流が流れるようにダイオードを積層し
、安定な直流電源はもとより、不安定な直流電源や、各
種交流電源でも直接充電できるようにしたものである。

而してエネルギーを蓄積する材料として理論的にも最も
高エネルギー密度のリチウムを使用し、固態で難燃性の
高分子電解質を使用することで安全性を確保し、かつリ
チウムイオンを吸放出できる正極材料を用いることによ
り、充電可能な二次電池としたもののである。

リチウム二次電池部の正極材としては、例えばＴ　ｉ　
Ｓ２　、ＭｎＯ２、Ｍｎ　Ｓ２　、アモルファスＶ２Ｏ
５、層状Ｖ２Ｏ５、アモルファス０．５　　２　　（３
，５〜４）等０リチＣｒ２Ｏ５、Ｌｉ　　　Ｍｎ　　Ｏラムイオンを吸蔵し得る物質を挙げることができ、この
中でも層状Ｖ２Ｏ５が好適である。負極材としては、例
えば金属リチウム、リチウムアルミニウム合金等のリチ
ウムイオンを生成し得る物質を挙げることができる。ま
た高分子電解質としては、リチウムイオン伝導性のポリ
ホスファゼン電解質を好ましく例示できる。ポリホスフ
ァゼン電解質としては、オリゴエチレンオキシ基を側鎖
に有するポリマーにＬｉＣＱ０４．ＬｉＢＦ４゜ＬｉＡ
ｓＦ６．ＬｉＰＦ６　、ＣＦ３　ＳＯ３Ｌｉ等のリチウ
ム塩を複合化させた物質を用いることができ、特に、側
鎖にオリゴエチレンオキシ基を有する下記式（Ｉ）、　
　（ｎ）、　　（ＩＩＩ）、　　（ＩＶ）又は（Ｖ）で
示されるセグメントが任意に配列したオリゴエチレンオ
キシポリホスファゼン、或はこれらに前記リチウム塩を
複合化させた高分子電解質は、充電電圧を５Ｖ（短時間
ならば３５Ｖ）まで印加できることから、好適に用いる
ことができる。

０（Ｃｔｌｚ　ＣＨ２０）ｋＲ〔」−記式（Ｉ）〜（Ｖ）において、Ｒ及びＲ′はそれ
ぞれ低級アルキル基を示す。ｈ及びｋはエチレンオキシ
単位の平均の繰り返し数を意味し、０≦ｈ≦１５，０≦
に≦１５の範囲の実数である。またＱ、ｍ及びｎはそれ
ぞれ整数であり、３≦Ｑ＋ｍ＋ｎ≦２０００００を満足
するものとする。〕本発明においては、ダイオードの解放端とリチウム電池
の他方の極板とをツェナーダイオードで接続するのが望
ましい。ツェナーダイオードを有する並列回路を組み込
むことにより、より広範囲の電源電圧にも適用し得るマ
ルチ充電用端子を有するものとすることができる。

また、本発明の好ましいリチウム電池は、ダイオード上
に、光照射により電池と逆の起電力を発生する光電変換
素子を複数個、積層するか、直列するか又は積層したも
のを直列に接続してなる光電源部が積層され、且つリチ
ウム電池の両極がツェナーダイオードで接続された光充
電機構を有するものである。この機構により、商用、風
力、潮力、エンジン式電源のみならず、付帯装置なしで
光充電も可能となし得たものである。また、随時、任意
の電源で光充電と並列的に充電し得るものである。

ここで光電変換素子としては、従来公知のものを広く使
用でき、例えばアモルファスシリコン、多結晶シリコン
、単結晶シリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム
、ヒ化ガリウム等が挙げられ、これらはプラズマＣＶＤ
法等の慣用の方法にて作製され得る。

更に本発明では、水系のリチウム電池が３Ｖ級であり、
通常２Ｖ以上の電圧で使用されることや、ダイオードに
よる電圧低下を考慮して、光電源部の出力電圧が２．３
Ｖ以上となるように光電変換素子を複数個、積層又は直
列接続するのが望ましい。

発明の効果本発明のリチウム電池は、各種電源による直接充電が可
能であり、また可搬性に優れたものである。

実施例以下に実施例を掲げて本発明をより一層明らかにする。

実施例１３５ｍｍＸ　３５ｍｍのステンレス板（８）上に、Ｖ２
０５水溶液を塗布、乾燥して正極層（７）を形成し、こ
の上に前記式（１）、　　（ＩＩ）、　　（ＩＩＩ）。

（ＩＶ）又は（Ｖ）で示されるセグメントの任意に配列
したオリゴエチレンオキシポリホスファゼン（例えば特
願昭６１−３１０７４０号の実施例３に記載のポリマー
）に、１０％のＬ　Ｌ　ＣＱ　Ｏ４を添加した電解質（
６）を塗布し、リチウム箔（５）を真空下に密着させる
。続いて、予め金属端子（１）を有する逆流防止ダイオ
ード（３）を積層しておいたステンレス板（４）をリチ
ウム箔（５）の上に圧着し、封止材（２）にて、絶縁封
止を行い、本発明のリチウム電池を得る。第１図は、該
リチウム電池の縦断面図である。

第２図は、上記リチウム電池の一使用例を示す回路図で
ある。この第２図に示すように、５．５Ｖ以下に変圧さ
れた、交流もしくは変動電源（１０）と、直流機器（１
１）の間に入れて、安定化整流補助電源（１２）として
使用できる。

直流機器（１１）の代りに１０にΩの抵抗を接続した時
の電圧と電流の状況を示したものが第３図であり、ＯＦ
Ｆは電源（１０）を切った時、０Ｎ−１は電源の安定し
た状態、０Ｎ−２は電源の不安定な状態である。

実施例２実施例１と同様にして準備した電池部（５）、（６）、
（７）及び（８）とダイオードを積層した負極端子部（
１）、（３）及び（４）並びに別途準備した直列抵抗を
有するカットオフ電圧４Ｖのツェナーダイオードを第４
図のように絶縁封止材（２）を用いて組立てた。第４図
は、斯くして得られるリチウム電池の縦断面図である。

第５図は、該リチウム電池の一使用例を示す回路図であ
る。該リチウム電池を変動のある電源（１０’）と直流
機器（１１’）の間で安定化整流補助電源（１２’）と
して第５図のように用いることができる。

実施例１と同様に行ったテストの結果を第６図に示した
。

実施例３８０ｍｍＸ４０ｍｍのステンレス板（２８）に逆流防止
ダイオード（３３）と絶縁層（２７）及び金属電極（２
６）を形成し、この上にプラズマＣＶＤ法にて（２５）
から（２３）べと順次ｎ、ｉ、ｐ型アモルファスシリコ
ン層を積層し、その上に透明電極（２２）と透明保護膜
（２１）を作製する。そしてステンレス板（２８）と透
明電極（２２）を直列抵抗を有するカットオフ電圧４ｖ
のツェナーダイオード（３４）で接続する。一方８０　
ｍｍＸ、４０　ｍｍのステンレス板（３２）上に実施例
１と同様にして、正極層（３１）、電解質層（３０）、
リチウム層（２９）を積層する。以上の如く準備した光
電源部と、電池部を絶縁封止材（３５）を用いて、第７
図の如く接合する。第４図は、斯くして得られるリチウ
ム電池の縦断面図である。

当該電池の出力端子に１０にΩの抵抗を接続した時の明
時及び暗時の電圧と電流は、第８図のような状況であり
、光充電機構がうまく作動していることか確認された。

以上の如く、本電池は多様な電源で任意に充電でき、何
時でも何処でも使用可能であることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で得られるリチウム電池の縦断面図
である。第２図は、実施例１で得られるリチウム電池の
一使用例を示す回路図である。第３図は、実施例１で得
られるリチウム電池について電圧及び電流の時間的変化
を示すグラフである。午第５図は、実施例２で得られるリチウム゛電池の縦断面
図である。第５図は、実施例２で得られるリチウム電池
の一使用例を示す回路図である。第６図は、実施例２で
得られるリチウム電池について電圧及び電流の時間的変
化を示すグラフである。第８図は、実施例３で得られるリチウム電池の縦断面図
である。第８図は、実施例３で得られるリチウム電池に
ついて電圧及び電流の時間的変化を示すグラフである。（１）・・・金属端子、（２）・・・封止材（３）・・
・逆流防止ダイオード（４）・・・ステンレス板、（５）リチウム箔（６）・
・・電解質、（７）・・・正極層（８）・・・ステンレ
ス板（１０）、　（１０°）・・・電源、（Ｈ）、　（１１
°）・・・直流機器、（１２）、　（１２°）・・・安
定化整流補助電源、（２１）・・・透明保護膜、（２２
）・・・透明電極（２３）・・・ｐ型アモルファスシリ
コン層（２４）・・・ｉ型アモルファスシリコン層（２
５）・・・ｎ型アモルファスシリコン層（２６）・・・
金属電極、（２７）・・・絶縁層（２８）・・・ステン
レス板、（２９）・・・リチウム層・・・電解質層、（
３１）・・・正極層・・・ステンレス板・・・逆流防止ダイオード・・・ツェナーダイオード・・・絶縁封止材（以上）第１図第２図第４図第６図第３図時間（ｍｉｎ）Ｆｆ＋間　（ｍｉｎ）第図手続補正書（師）平成１年１０月１８日特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿１　事件の表示昭和６３年特許願第１９５４１６号２　発明の名称充電機構を有するリチウム電池大塚化学株式会社第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）リチウム電池の一方の極板の外面へ放電防止方向
にダイオードを積層したリチウム電池。
（２）ダイオードの解放端とリチウム電池の他方の極板
とをツェナーダイオードで接続した請求項（１）記載の
リチウム電池。
（３）ダイオード上に、光照射により電池と逆の起電力
を発生する光電変換素子を複数個、積層するか、直列す
るか又は積層したものを直列に接続してなる光電源部が
積層され、且つリチウム電池の両極がツェナーダイオー
ドで接続された光充電機構を有する請求項（１）記載の
リチウム電池。
（４）光電源部の出力電圧が２．３Ｖ以上となるように
光電変換素子を複数個、積層又は直列接続した請求項（
３）記載のリチウム電池。
（５）リチウム電池部が層状のＶ＿２Ｏ＿５正極、リチ
ウム金属又はリチウム・アルミニウム合金負極及びポリ
ホスファゼン電解質で構成された二次電池である請求項
（１）乃至（３）のいずれかに記載のリチウム電池。
（６）ポリホスファゼン電解質が下記式（Ｉ）、（II）
、（III）、（IV）又は（Ｖ）で示されるセグメントの
任意に配列したオリゴエチレンオキシポリホスファゼン
、或はこれらにリチウム塩を複合化させたものである請
求項（５）記載のリチウム電池。 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（II） ▲数式、化学式、表等があります▼（III） ▲数式、化学式、表等があります▼（IV） ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｖ）〔上記式（ I ）〜（Ｖ）において、Ｒ及びＲ′はそれ
ぞれ低級アルキル基を示す。ｈ及びｋはエチレンオキシ
単位の平均の繰り返し数を意味し、０≦ｈ≦１５、０≦
ｋ≦１５の範囲の実数である。またｌ、ｍ及びｎはそれ
ぞれ整数であり、３≦ｌ＋ｍ＋ｎ≦２０００００を満足
するものとする。〕