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公開番号2025097873
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2024005234
出願日2024-01-17
発明の名称二次電池
出願人個人,CIBソリューション株式会社
代理人個人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20250624BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負極としてアルミニウム以外の金属を採用したうえで、製造コストが安価であり、しかも製造工程がシンプルである二次電池の構成を提供すること。
【解決手段】正極1を構成する素材として銅を採用し、負極2を構成する素材として鉄又はニッケル又はコバルトを採用し、電解質として非水系電解液を採用したうえで、当該非水素系電解物質中を充電時に銅イオン(Cu ²⁺ )が正極から負極に移動することによって、鉄又はニッケル又はコバルトと銅との固溶体が形成され、放電時に、銅イオン(Cu²⁺)が充電時と逆方向に移動するという構成によって、前記課題を達成している二次電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質として銅を採用し、負極活物質として鉄又はニッケル又はコバルトを採用し、電解質として非水系電解液を採用し、かつ当該非水系電解液中を、充電時に銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が正極から負極に移動し、放電時には銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が充電時と逆方向に移動することを特徴とする二次電池
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
銅が正極活物質及び正極集電体として作用し、鉄又はニッケル又はコバルトが負極活物質及び負極集電体として作用することを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
正極及び負極として５０ｍｍ×７０ｍｍによる面積を採用し、かつ電流を４０ｍＡとし、終止電圧を４.５Ｖとする充電、及び電流を１０ｍＡとし、終止電圧を２．５Ｖとする放電とを繰り返す充放電サイクルによって、放電の段階にて３．５Ｖ付近にプラトーによる安定電圧を実現することができる請求項１、２の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項４】
負極においてＣｕ
２＋
＋ＸＦｅ＋２ｅ ⇔ ＣｕＦｅ
ｘ
又はＣＵ
２＋
＋ｘＮｉ＋２ｅ ⇔ ＣｕＮｉ
ｘ
ＣｕＣｏｘ又はＣｕ
２＋
＋Ｃｏ＋２ｅ ⇔ ＣｕＣｏｘという反応式に基づき、充電時に銅と鉄又はニッケル又はコバルトとの合金化の実現及び放電時に銅と鉄又はニッケル又はコバルトとの分離が実現していることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極との間に非水系電解液およびセパレータを備え、かつリチウムイオン電池と同様に小型高容量であって、しかも充放電の繰り返しが可能である二次電池を対象としている。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
小型高容量のリチウムイオン二次電池はノートパソコン、スマートフォン等の携帯型電子機器の電源として用いられているが、近年においては地球環境問題・脱炭素化の観点から再生化のエネルギー用蓄電池や電気自動車における二次電池としても採用されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池においては、正極活物質として、コバルト酸リチウム（LiCoO
2
）、三元系（Li（Ni,Co,Mn）O
2
）、マンガン酸リチウム（LiMn
2
O
4
）、リン酸鉄リチウム（LiFePO
4
）等のリチウムの化合物を採用し、負極活物質として、ハードカーボン、黒鉛などの炭素材料、酸化ケイ素（SiO）、ケイ素（Si）などが採用されている。
しかし、リチウム、コバルト、ニッケルはレアメタルであることから、製造のコストが高い状態にあり、しかも鉄、アルミニウム等に比し、採掘量が乏しく、大幅な需要増に対し原料が不足する恐れがある。
【０００４】
更には、正極活物質及び負極活物質は、それぞれ正極集電体及び負極集電体、即ち正極活物質及び負極活物質によって発生した電流を電池の外部に伝達する端子に塗布されることを必要不可欠としているが、このような塗布による製造工程は、決してシンプルではなく煩雑である。
因みに、典型的なリチウムイオン電池においては、正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末を正極集電体であるアルミ箔に塗布し、負極活物質である黒鉛粉末を負極集電体である銅箔に塗布しているが、これらの塗布作業は、相当煩雑である。
【０００５】
このようなリチウムイオン電池の状況を考慮し、出願人らは正極活物質として銅を採用し、負極活物質としてアルミニウムを採用し、しかも電解質として非水系電解液を採用している二次電池の特許出願を行い（特願２０２２－０４７８９４）、かつ当該出願に基づき、特許文献１による特許権が成立している（以下、特許文献１の構成による発明を「先願発明」と略称する）。
先願発明は、下記の構成をベースとしてる。
記
正極活物質として銅を採用し、負極活物質としてアルミニウムを採用し、電解質として非水系電解液を採用し、かつ当該非水系電解液中を、充電時に銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が正極から負極に移動し、放電時には銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が充電時と逆方向に移動することを特徴とする二次電池。
【０００６】
前記基本構成に基づく先願発明は、リチウムイオン電池に比し、製造コストが安価であるという技術的メリットを発揮することができる。
【０００７】
しかしながら、銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が、充電時及び放電時に移動する二次電池については、負極活物質として採用する金属を、アルミニウムに限定する必要はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第７３４３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、リチウムイオン電池に比し、製造コストが安価であり、しかも正極活物質として銅を採用する一方、負極活物質としてアルミニウム以外の金属を採用する二次電池の構成を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題の解決を目的として、発明者が想定し得た基本構成は、
（１）正極活物質として銅を採用し、負極活物質として鉄又はニッケル又はコバルトを採用し、電解質として非水系電解液を採用し、かつ当該非水系電解液中を、充電時に銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が正極から負極に移動し、放電時には銅イオン（Ｃｕ
２＋
）が充電時と逆方向に移動することを特徴とする二次電池、
（２）銅が正極活物質及び正極集電体として作用し、鉄又はニッケル又はコバルトが負極活物質及び負極集電体として作用することを特徴とする前記（１）の二次電池、
である。
（【００１１】以降は省略されています）

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