(57)【要約】【課題】建材間空間を最大限に活用することができるリチウムイオン二次電池を備えた建築物を提供する。【解決手段】複数の建材によって区画形成された居住空間と、複数の建材間に形成された建材間空間とを備えた建築物に配設されるリチウムイオン二次電池１であって、正極１１と、負極１２と、これら正極１１および負極１２間に介在されリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）を含む固体電解質１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の建材によって区画形成された居住空間と、前記複数の建材間に形成された建材間空間とを備えた建築物であって、
正極と、負極と、これら正極および負極間に介在されリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）を含む固体電解質と、を備えたリチウムイオン二次電池が前記建材間空間に配設された
ことを特徴とした建築物。
【請求項２】
前記リチウムイオン二次電池の固体電解質は、硫化リチウムと硫化リンとを原料として加熱処理した硫化物系焼成体である
ことを特徴とした請求項１に記載の建築物。
【請求項３】
下階の天井面材と上階の床面材と前記天井面材および前記床面材の間に形成された天井空間とを有する二重天井を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、前記建材間空間としての前記天井空間に設けられた
ことを特徴とした請求項１または２に記載の建築物。
【請求項４】
基礎と、
床材および前記基礎と前記床材との間の床下空間を含む二重床と、を備え、
前記リチウムイオン二次電池は、前記建材間空間としての前記床下空間に設けられた
ことを特徴とした請求項１または２に記載の建築物。
【請求項５】
前記リチウムイオン二次電池は、防湿性を有するケース体に収容された状態で前記建材間空間に配設された
ことを特徴とした請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池を備えた建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅等の建造物においては、種々の目的により、複数の建材の間に建材間空間が設けられる場合がある。また、構造上やむなく、建材間空間が発生する場合もある。
例えば、アパートやマンションなどの集合住宅等においては、図６（ａ）に示す二重床構造１１０が広く採用されている（特許文献１等参照）。
二重床構造１１０は、コンクリートスラブなどの床基盤１１２の上に支持脚１２０などの支持体を複数本配置し、これにより所定の高さの空間１１６（床下空間）を隔ててパーティクルボード等の床パネル１１３を支持し、さらに床パネル１１３の上にフローリング材等の仕上げ材を敷設する構造である。
また、床基盤１１２の下方に空間（天井空間）を隔ててプラスターボード等の天井パネルを対向させ、これを吊りボルトなどの支持体にて支持する二重天井構造もまた広く採用されている。
二重床構造や二重天井構造は、床パネルや天井パネルを床基盤に直接敷設する直貼り構造に比べ、均一な高さの床面や天井面を容易に得ることができる。また、床下空間または天井空間に配管や配線を通すことが容易でありリフォーム性に優れる。
また、このような建材間空間には、配管や配線のほかに、断熱材や吸音材などの部材が設けられスペースの有効利用が図られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８６９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１等の従来の建築物においては、建材間空間の利用法は配管、配線、断熱および吸音等の狭い範囲に限定されており、貴重なスペースを有効に活用しているとはいえない場合もあった。
本発明の目的は、上述の問題点等に鑑みて、建材間空間を最大限に活用することができるリチウムイオン二次電池を備えた建築物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に記載の建築物は、複数の建材によって区画形成された居住空間と、前記複数の建材間に形成された建材間空間とを備えた建築物であって、正極と、負極と、これら正極および負極間に介在されリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）を含む固体電解質と、を備えたリチウムイオン二次電池が前記建材間空間に配設されたことを特徴とする。
【０００６】
そして、本発明では、前記リチウムイオン二次電池の固体電解質は、硫化リチウムと硫化リンとを原料として加熱処理した硫化物系焼成体である構成とすることが好ましい。
【０００７】
また、本発明では、下階の天井面材と上階の床面材と前記天井面材および前記床面材の間に形成された天井空間とを有する二重天井を備え、前記リチウムイオン二次電池は、前記建材間空間としての前記天井空間に設けられた構成とすることが好ましい。
【０００８】
さらに、本発明では、基礎と、床材および前記基礎と前記床材との間の床下空間を含む二重床と、を備え、前記リチウムイオン二次電池は、前記建材間空間としての前記床下空間に設けられた構成とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明では、前記リチウムイオン二次電池は、防湿性を有するケース体に収容された状態で前記建材間空間に配設された構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的に高い温度まで実質的に変成しない安定した特性で、かつ寒冷地などの比較的に低温雰囲気でもイオン伝導度の急激な低下がなく、リチウムイオンの輸率がほぼ１と高い固体電解質を用いるので、建築物の安全性を害することなく、電力の貯蔵等が可能で、大面積化することで大容量を容易に得られ、断熱や吸音等の効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は、本実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１２】
［リチウムイオン二次電池の構成］
図１に、本実施形態の建築物に配設されるリチウムイオン二次電池の概略断面図を示す。
リチウムイオン二次電池１は、正極１１と、負極１２と、これら正極１１及び負極１２間に介在されリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）を含む固体電解質１３と、これらを一体化する図示しないパッケージと、を備え、後述する建材の内部に配設される。
そして、正極１１及び負極１２は、例えば、ステンレス鋼、金、白金、亜鉛、ニッケル、スズ、アルミニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、チタンなどの金属、及び、これらの合金にて、シート、箔、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などに形成されたものが用いられる。特に、正極ではアルミニウム箔、負極ではアルミニウム箔やスズ箔が、集電性、加工性、コストの点で好ましい。
【００１３】
本発明の電極は、下記極材（正極材または負極材）を集電体の少なくとも一部に膜状に形成することで作製できる。製膜方法としては、極材を溶液に混合した混合液を集電体に塗布することにより、電極を形成することができる。また、上述した電池用部材の製造と同様、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法または溶射法等が挙げられる。このような方法により製膜することで、極材層の空隙率をより小さくすることができ、イオン伝導度を向上させることができる。
また、固体電解質層の製造法で記載されている他の同様の方法で電極層を製作することが可能である。
【００１４】
正極材としては、電池分野において正極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、硫化物系では、硫化チタン（ＴｉＳ2）、硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ2）、硫化銅（ＣｕＳ）および硫化ニッケル（Ｎｉ3Ｓ2）等が使用できる。好ましくは、ＴｉＳ２が使用できる。
また、酸化物系では、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、鉛酸ビスマス（Ｂｉ2Ｐｂ2Ｏ5）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化バナジウム（Ｖ6Ｏ13）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）等、リン酸系として、鉄オリビン（ＬｉＦｅＰＯ４）、ニッケルオリビン（ＬｉＮｉＰＯ４）、マンガンオリビン（ＬｉＭｎＰＯ４）が使用できる。なお、これらを混合して用いることも可能である。好ましくは、コバルト酸リチウムが使用できる。
なお、上記の他にはセレン化ニオブ（ＮｂＳｅ3）が使用できる。
【００１５】
導電助剤として、電子が正極活物質内で円滑に移動するようにするための電気的に導電性を有す物質を適宜添加してもよい。前記、電気的に導電性を有する物質としては特に限定しないが、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブのような導電性物質、またはポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロールのような導電性高分子を単独または混合して用いることができる。
【００１６】
負極材としては、電池分野において負極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、チタン酸リチウム（ＬＴＯ、Ｌｉ２ＴｉＯ３）、炭素材料、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛および難黒鉛化性炭素が挙げられる。またはその混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素や、これらの金属自体や他の元素、化合物と組み合わせた合金を、負極材としてもちいることができる。
更に、極材に電解質層で使用する固体電解物質を混合して使用してもよい。
【００１７】
固体電解質１３は、リチウム元素（Ｌｉ）、リン元素（Ｐ）及び硫黄元素（Ｓ）を主成分としたものである。特に、硫化リチウム（Ｌｉ2Ｓ）と硫化リン（Ｐ2Ｓ5）とをモル比で６５：３５〜７５：２５の混合原料から製造、特に混合原料を窒素などの不活性ガス雰囲気中において１５０℃以上３６０℃以下で加熱処理した硫化物系焼成体である硫化物系ガラスであることが好ましい。この組成比により、高いリチウムイオン伝導度が得られる。
このような本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、温度変化や物理的な衝撃に強いという特徴がある。
さらに、硫化物系ガラスの平均粒径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。平均粒径が０．１μｍより細かくなると取扱性が低下し、精勤粒径が２０μｍより粗くなると高エネルギー密度化および高出力化が得られにくくなるとともに、正極および負極と固体電解質との界面抵抗を低減できなくなるおそれがある。さらには、シート状に形成する際の分散性が低下してシート化が困難となるおそれもある。
【００１８】
なお、硫化物系ガラスの微粒子は、例えば、非水系溶媒による湿式粉砕、あるいは乾式粉砕により製造する。
湿式粉砕としては、各種粉砕機を用いることができる。例えば、ビーズミル、ボールミル振動ミルなどが利用できる。なお、粉砕条件の設定自由度が高い点で、ボールを粉砕メディアに用いるものが好ましい。特に、転動ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミルなどが好ましい。
非水系溶媒としては、例えば、トルエン、ヘキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、Ｎメチルピロリドン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジメチルカーボネートなどを用いることができる。特に、水分含有量が１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下のものを用いるとよい。
非水系溶媒は、効率性および適度なスラリー粘度による取扱性などの点で、スラリー全体に示す固体の割合が５質量％以上５０質量％以下、好ましくは５質量％以上３０質量％以下の割合で用いるとよい。
また、分散安定剤を適宜添加してもよい。
【００１９】
一方、乾式粉砕としては、各種粉砕機を用いることができ、特に微粒子の製造が容易であるとともに非接触による粉砕のために不純物の混入を抑制できる点で、ジェット粉砕機が有効である。
そして、変性防止のため、低露点環境で粉砕する。好ましくは−１００℃以上−２５℃以下、特に好ましくは−９０℃以上−３０℃以下で粉砕する。
【００２０】
このように、硫化リチウムと硫化リンとを原料として加熱処理した硫化物系ガラスを固体電解質に用いている。
このため、約４００℃程度の高い温度まで実質的に変成しない安定した特性で、比較的に高くかつ０℃から−４０℃の比較的に低温でもイオン伝導度の急激な低下がなく、電力を安定して供給できる。
【００２１】
［建築物の構成］
図２に、本実施形態の建築物の概略断面図を示す。
本実施形態の建築物２は、壁材２０１、床面材２０２、天井面材２０３等の複数の建材２０によって区画形成された居住空間２１と、複数の建材２０間に形成された建材間空間２２とを備えた家屋である。この建材間空間２２に、リチウムイオン二次電池１が配設されている。また、建築物２は、屋根２０４上に、リチウムイオン二次電池１を充電する発電手段２３としての太陽電池２３１を備える。
なお、居住空間２１と建材間空間２２とは、通常の生活ないし活動において、建築物２の利用者が進入したり、手を入れる等して操作ができる空間かどうかで区別される。例えば、家屋の居室や廊下、階段等は進入可能な範囲であり、居住空間２１である。また、進入が不可能であっても、例えば、収納等は、通常の生活において手を入れる等して操作ができる空間であるから、居住空間２１である。
【００２２】
［二重天井の構成］
建築物２は、図２に示すように、下階２Ａの天井面材２０３Ａと上階２Ｂの床面材２０２Ａと天井面材２０３Ａおよび床面材２０２Ａの間に形成された天井空間２２１とを有する二重天井２４を備える。
建材間空間２２としての天井空間２２１には、空調や換気のための風導管や、電気配線等、従来の建築物においても設けられていた配管等２２２に加え、板状のリチウムイオン二次電池１Ａが設けられている。
なお、例えば、天井面材２０３Ａの一部が開放可能に構成されている等の方法により、リチウムイオン二次電池１は、取り外し可能に配設されている。これにより、寿命により容量が低下した場合でも、新しいリチウムイオン二次電池１と交換が可能である。
【００２３】
［二重床の構成］
また、建築物２は、図２に示すように、基礎２５と、床材２６１（床面材２０２）および基礎２５と床材２６１との間の床下空間２６２を含む二重床２６と、を備える。床材２６１は、床下空間２６２に立設された複数の支持部材２６３によって水平に支持されている。
建材間空間２２としての床下空間２６２には、複数の支持部材２６３間に配設可能に矩形形状に形成されたリチウムイオン二次電池１Ｂが設けられている。また、床下空間２６２には、給排水管や、電気配線等、従来の建築物において設けられていたものと同様の配管等２６４が設けられている。
ここで、リチウムイオン二次電池１は、水分による悪影響を排除するため、防湿性を有するケース体（図示省略）に収容された状態で建材間空間２２に配設されることが好ましい。
なお、床下空間２６２のリチウムイオン二次電池１も、天井空間２２１のものと同様に、例えば、床材２６１の一部が開放可能に構成されている等の方法により、取り外し可能に構成されている。
【００２４】
［電力使用に関する構成］
本実施形態の建築物２の電力使用に関する概略構成を図３に示す。
建築物２は、図３に示すように、リチウムイオン二次電池１を複数備えて構成される。また、建築物２は、リチウムイオン二次電池１の充電および放電を制御する制御手段２７と、リチウムイオン二次電池１を充電する発電手段２３と、建築物２内部に電力を供給するコンセント等の建築物内電力供給手段２８と、を備える。
複数のリチウムイオン二次電池１は、図示しない接続手段によって互いに電気的に接続され、最終的には制御手段２７に接続されている。発電手段２３は、本実施形態では、太陽電池２３１であるが、燃料電池等の他の手段であってもよい。発電手段２３は、発電した電気を制御手段２７に伝達する。
制御手段２７には、リチウムイオン二次電池１、発電手段２３および建築物内電力供給手段２８に加え、電力会社等から供給される外部電源３も接続されており、制御手段２７は、建築物２内における電気の流れを制御する。具体的には、（i）発電手段２３または外部電源３からの電気をリチウムイオン二次電池１に伝達し、これを充電し、（ii）発電手段２３、外部電源３またはリチウムイオン二次電池１からの電気を建築物内電力供給手段２８に伝達し、建築物２内における電力利用に供する。
【００２５】
［実施形態の作用効果］
このような本実施形態によれば、例えば、下記のような優れた作用効果が得られる。
本実施形態によれば、建材間空間２２にリチウムイオン二次電池１に配設し、余剰空間を有効に利用することができる。ここで、リチウムイオン二次電池１は、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）を含む固体電解質を備えるため、イオン伝導度が高く、高温または低温の環境下においても電池としての十分な性能を有し、物理的な衝撃にも強いので、建築物２の安全性を害することなく、電力の貯蔵等が可能となる。その上、大面積化することで大容量を容易に得られ、断熱や吸音等の効果も得られる。また発電手段２３としての太陽電池パネル２３１を備えるので、柔軟な態様の電気使用が可能となり、エネルギー使用を飛躍的に効率化することができる。
また、リチウムイオン二次電池１の固体電解質として、硫化リチウムと硫化リンとを原料として加熱処理した硫化物系焼成体を用いているので、０℃から−４０℃の比較的に低温でもイオン伝導度の急激な低下がなく、また、約４００℃程度の高い温度まで実質的に変成しない安定した特性を備えるため、電力を安定して供給できる。
さらに、従来、天井空間や床下空間に配設されていた、配管、配線に加え、リチウムイオン二次電池を配設することで、スペースの有効利用を図ることができる。リチウムイオン二次電池は、断熱および吸音の効果も有するので、従来の断熱材および吸音材に代えることができ、また、これらと併用することで、より一層優れた効果を得られる。
また、リチウムイオン二次電池が防湿性を有するケース体に収容されるので、湿気等の水分が入り込みやすい建材間空間、例えば床下空間等には給排水管が配設されており、漏れ等によるリチウムイオン二次電池への悪影響が懸念される空間でも、水分による影響を排除でき、安定して利用できる。
そして、リチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する制御手段を備えることにより、状況に合わせて充電、放電を実施することで、様々な効果、利益が得られる。例えば、電気料金が安い夜間に充電し、充電した電気を、電気料金が高い昼間に利用することで、電気料金を低減できる。
また、リチウムイオン二次電池を取り外し可能に配設することで、耐用年数が長い建築物の耐用期間中に仮にリチウムイオン二次電池の寿命が切れても、新しいものと交換するなどすればよく、寿命により容量が低下した状態で利用する不都合を防止でき、建造物とともに長期間安定利用できる。
【００２６】
［変形例］
以上に説明した各態様は本発明の一態様を示したものであり、本発明は前記した実施形態に限定されない。本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良は、本発明の内容に含まれ、具体的な構造および形状等は、他の構造や形状等としても問題ない。
上述の実施形態において、二重天井２４および二重床２６にリチウムイオン二次電池１を配設する構成を例示したが、これに限らない。例えば、外壁材と内壁材との間に形成された建材間空間２２に、リチウムイオン二次電池１を配設してもよい。
建築物２として家屋を例示したが、これに限らず、例えば、学校、商業施設、工場等であってもよい。いずれの建築物２においても電力の柔軟利用という優れた効果が得られる。
【実施例】
【００２７】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
なお、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制約されるものではない。
【００２８】
（イオン伝導度算出方法）
直径１０mmφの錠剤成形器（ＳＰＥＣＡＣ社製）に質量１５０ｍｇの各種電解質を入れ、４ＭＰａで加圧する。各種電解質としては、以下の表１に示す硫化物系固体電解質（実施例１）、有機系電解質（比較例１）、ポリマー電解質（比較例２）を用いた。
その後、錠剤成形器中のペレットの軸方向における両端面に、炭素：電解質＝１：１の割合で混合したものを１０ｍｇ入れて均一になるようにならす。その後さらに、４ＭＰａで加圧する。加圧後の成形ペレットを内抜き評価ペレットとした。
この内抜き評価ペレットをイオン伝導度測定用セルに設置し、複素インピダンス測定を行った。機器はソーラトロン社製  １２６０型を用い、測定周波数は１０Ｈｚ〜１０ＭＨｚで行い、印加電圧１０ｍＶで測定した。測定温度は、室温（２５℃）〜２００℃の範囲で実施した。これから得られた測定結果から、アレニウスの式よりイオン伝導度を算出した。
その結果を、表１に示す。
【００２９】
（リチウムイオン輸率）
イオン輸率は、以下のようなモデル電池を作成したブロッキング電極法により、固体電解質内のイオンの動きを測定して算定する。
具体的には、一方の電極は固体電解質をサンドイッチ状に挟み込んだ２枚のリチウム電極（ノンブロッキング電極）とし、他方の電極は固体電解質を挟み込んだ２枚のステンレス電極（ブロッキング電極）とする。各種電解質としては、以下の表１に示す硫化物系固体電解質（実施例１）、有機系電解質（比較例１）、ポリマー電解質（比較例２）を用いた。
機器はソーラトロン社製  １２８７型を用い、印加電圧０．１Ｖで測定した。測定は室温（２５℃）で実施した。得られた測定結果から以下に示す式に基づいてイオン輸率を算出した。
イオン輸率＝σion／（σion＋σe）＞0.9999
σion：ノンブロッキング電極の伝導度
σe  ：ブロッキング電極の伝導度＝４×１０-9[S/cm]
その結果を、表１に示す。
【００３０】
（結果）
表１に示す結果から、比較例１のものはイオン伝導度が高いがリチウムイオン輸率が低く、大きな電力の供給が困難である。比較例２のものはリチウムイオン輸率は高めだが、イオン伝導度が低く、大きな電力供給のためにはリチウムイオン二次電池１が大型化してしまう。
一方、実施例１では、イオン伝導度およびリチウムイオン輸率とも高く大きな電力を供給できることがわかる。また、室温（２５℃）〜２００℃の広い温度範囲で、安定した高いイオン伝導度が認められた。
このように、実施例１では、広い温度範囲でも良好な電気特性を示すので、建材間空間２２に配設しても電池として良好に機能する。
【００３１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３２】
リチウムイオン二次電池を備えた建築物として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る建築物の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る建築物の電力使用に関する概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  リチウムイオン二次電池
２  建築物
２Ａ  下階
２Ｂ  上階
１１  正極
１２  負極
１３  固体電解質
２０  建材
２１  居住空間
２２  建材間空間
２３  発電手段
２４  二重天井
２６  二重床
２７  制御手段
２２１  天井空間
２３１  太陽電池
２６１  床材
２６２  床下空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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