(57)【要約】【課題】多大なスペースを占有することなく配設可能であるとともに安全で十分な発電性能を発揮可能なリチウムイオン二次電池を備えた建築物の提供。【解決手段】正極１１と、負極１２と、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、を備えたリチウムイオン二次電池１を、建築物を構成する壁部材の内側面に配設した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極および前記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外側面および内側面のうち少なくとも一方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は、防湿性を有するケース体に収容された状態で配設されたことを特徴とした請求項１に記載の建築物。
【請求項３】
前記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たことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の建築物。
【請求項４】
前記リチウムイオン二次電池を充電する発電手段を備えたことを特徴とした請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の建築物。
【請求項５】
前記リチウムイオン二次電池は、取り外し可能に配設されたことを特徴とする請求項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が配設された建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物におけるエネルギーの効率的な利用方法が種々検討されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、発電した電気と発電時に生成した熱とを効率的に利用することができる燃料電池排熱回収システムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８９２４２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に記載のような従来のエネルギー利用方法では、電力を貯蔵することができず、柔軟な電力利用が不可能である結果、非効率となる場合がある。例えば、特許文献１に記載の燃料電池排熱回収システムでは、熱と電気の需要のタイミングが異なることから、熱および電気の一方しか使用されず非効率となる場合がある。
ここで、建築物に二次電池を設ければ、熱の利用時に余った電気を貯蔵しておき、必要なときに効率的に利用できる。しかし、建築物で必要とされる電気の容量は大きいため、サイズの大きい二次電池が必要となり、多大なスペースを占有して好ましくない。二次電池を建材に埋め込み、充放電機能を付与した機能性建材とすることが考えられるが、従来の二次電池では性能や安全性の問題から実現が困難である。
【０００５】
本発明の目的は、上述の問題点等に鑑みて、多大なスペースを占有することなく配設可能であるとともに安全で十分な発電性能を発揮可能なリチウムイオン二次電池が配設され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】
【０００６】
本発明の建築物は、正極と、負極と、前記正極および前記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外側面および内側面のうち少なくとも一方に配設されたことを特徴とする。
本発明によれば、建築物の外側面および内側面のうち少なくとも一方（以下、外内側面と適宜称す）に配設されたリチウムイオン二次電池に電力を貯蔵することができ、貯蔵した電気を建築物へ供給することができる。
ここで、従来の二次電池は液体の電解質を用いており、温度変化や物理的な衝撃に弱かったため、低温または高温になることがあり、衝撃や振動等が加えられることもある建築物の外内側面には配設できなかった。
一方、固体電解質を用いた二次電池は、温度変化や物理的な衝撃に強く、建築物の外内側面に配設した場合でも建築物の安全性を維持できる。しかし、従来の固体電解質を用いた二次電池はイオン伝導度が低かったため、電池として十分な性能を発揮できなかった。
これに対し、本発明で用いるリチウムイオン二次電池は、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、電池としての十分な性能を有する。また、外内側面の大きさに合わせて大面積化することもでき、容易に大容量を得られる。さらに、リチウムイオン二次電池を建築物の外内側面に配設することにより、多大なスペースを占有することがなく、建築物の柱の内部や壁の内部に配設する構成と比べて配設作業を容易に実施できる。また、リチウムイオン二次電池の正極、負極および固体電解質を一体化するパッケージとして意匠性が高いものを用いれば、建築物の意匠性を高めることができる。
ここで、本発明におけるリチウムイオン二次電池の配設位置としては、外壁、内壁、屋根、窓、戸、扉、床、天井等の構造物における外内側面が挙げられる。また、リチウムイオン二次電池を建築物の建築後に配設してもよいし、リチウムイオン二次電池を建築物の構造物に取り付けてから建築物を建築してもよい。
【０００７】
本発明の建築物では、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配設された構成が好ましい。
ここで、建築物の外側や内側には湿気等の水分が存在しているため、リチウムイオン二次電池への悪影響が懸念される。これに対して、リチウムイオン二次電池を防湿性を有するケース体に収容することで、水分による影響を排除できる。また、意匠性が高いケース体を用いれば、ケース体に水分の悪影響を除去する機能と、建築物の意匠性を高める機能とを持たせることができる。
本発明の建築物では、前記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た構成が好ましい。
このような構成によれば、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。
【０００８】
本発明の建築物では、前記リチウムイオン二次電池を充電する発電手段を備えた構成が好ましい。
このような構成によれば、発電手段によって発電された電気をリチウムイオン二次電池に充電しておき、必要なときに使用するといった柔軟な態様の電気使用が可能となる。
本発明の建築物では、前記リチウムイオン二次電池は、取り外し可能に配設された構成が好ましい。
リチウムイオン二次電池には寿命があり、充放電を繰り返すと次第に容量が低下していく。これに対し、建築物は耐用年数が長いので、建築物の耐用期間中にリチウムイオン二次電池の寿命が切れる可能性が高い。本発明では、リチウムイオン二次電池を取り外し可能に配設したので、寿命により容量が低下した場合でも、新しいものと交換が可能である。
【発明の効果】
【０００９】
リチウム、リンおよび硫黄を含む固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池を建築物の外側面および内側面のうちの少なくとも一方に配設することで、多大なスペースを占有することがなく、さらに、安全で十分な発電性能を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［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、これらを一体化する図示しないパッケージと、を備え、後述する建築物２の外部または内部に露出して配設される。
そして、正極１１および負極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、チタン等の金属、および、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等に形成されたものが用いられる。
【００１２】
本発明の電極（正極１１、負極１２）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、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。
【００１３】
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）等が使用できる。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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、難黒鉛化性炭素、チタン酸リチウム（ＬＴＯ、Ｌｉ２ＴｉＯ３）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。
【００１６】
固体電解質１３は、リチウム元素（Ｌｉ）、リン元素（Ｐ）および硫黄元素（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等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。
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、平均粒径が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１１および負極１２と固体電解質１３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。
【００１７】
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。分散安定剤としては、脂肪酸アルキル、アリール基を有するアミド、アミン塩、エステルなどを用いることができる。特に、ラウロイルジエタノールアミド、ラウロイルジエタノールアミンの塩酸塩、ジオクチルスルホクシネートなどのエステルが特に好ましい。
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。
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。
【００１８】
［建築物の構成］
図２は、本実施形態の建築物の全体の概略構成を示す斜視図である。図３は、建築物の内部を示す斜視図を示す。
本実施形態の建築物２は、図２に示すように、略箱状の建築物本体２０と、この建築物本体２０上に設けられた屋根部材３０と、を備えた家屋である。
建築物本体２０は、図３に示すように、壁部材２１により略箱状に形成されており、この略箱状の内部空間が居住空間２２として利用される。
また、壁部材２１の内側面２３には、略正方形板状の複数のリチウムイオン二次電池１が上下および左右に並んで、かつ、内側面２３から取り外し可能に敷き詰められている。
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内側面２３に配設されることが好ましい。このようなケース体に収容されたリチウムイオン二次電池１を内側面２３から取り外し可能に配設する構成としては、ケース体に開閉自在あるいは取り外し可能な蓋部を設け、ケース体を内側面２３から取り外さずに蓋部を開閉したり取り外したりすることでリチウムイオン二次電池１を取り外し可能にする構成が挙げられる。なお、ケース体は、１個のリチウムイオン二次電池１のみを収容可能なサイズであってもよいし、複数を収容可能なサイズであってもよい。
屋根部材３０上には、リチウムイオン二次電池１を充電する発電手段としての太陽電池パネル３１が配設されている。なお、本発明の発電手段としては、燃料電池等の他の手段であってもよい。
【００１９】
［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４に示す。
建築物２は、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を充電する太陽電池パネル３１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。太陽電池パネル３１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、太陽電池パネル３１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も接続されている。この制御手段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、太陽電池パネル３１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、これを充電する。また、太陽電池パネル３１、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。
【００２０】
［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、壁部材２１の内側面２３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、壁部材２１や屋根部材３０の外側面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】
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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]
【００２４】
（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。
【００２５】
【表１】
2010037880.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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】
【００２７】
【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】前記実施形態における建築物の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図３】前記実施形態における建築物の内部を示す斜視図である。
【図４】前記実施形態におけ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】
【００２８】
１…リチウムイオン二次電池
２…建築物
１１…正極
１２…負極
１３…固体電解質
２３…内側面
２７…制御手段
３１…発電手段としての太陽電池パネル
【図１】
2010037880.tif 000004
【図２】
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【図３】
2010037880.tif 000006
【図４】
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