(57)【要約】【課題】  ガス吸収能を維持しつつ、アルカリ腐食性を有する材からなるケースの腐食を低減することができるガス吸収材及びこれを用いた蓄電デバイス、並びに当該蓄電デバイスを用いた電気機器及び電子機器を提供する。【解決手段】  アルカリ腐食性を有する材からなる電池ケース３を備えたリチウムイオン電池（蓄電デバイス）１０に用いられるためのガス吸収材５であって、水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａと、水分吸収性を有する物質Ｂとを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ腐食性を有する材からなるケースを備えた蓄電デバイスに用いられるためのガス吸収材であって、
水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａと、水分吸収性を有する物質Ｂとを含むことを特徴とするガス吸収材。
【請求項２】
前記物質Ａと前記物質Ｂとの含有量比が１：４〜４：１であることを特徴とする請求項１に記載のガス吸収材。
【請求項３】
乾燥処理が行われたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス吸収材。
【請求項４】
アルカリ腐食性を有する材からなるケースと、前記ケースに収容された請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス吸収材とを備えることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項５】
前記蓄電デバイスが、リチウムイオン電池又は電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項４に記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の蓄電デバイスを備えたことを特徴とする電気機器。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の蓄電デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスを長期間使用することにより発生するガスを吸収するための蓄電デバイス用ガス吸収材及びこれを用いた蓄電デバイス、並びに当該蓄電デバイスを用いた電気機器及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非水系電解質を用いた蓄電デバイスは、長期間の使用に伴う充放電の繰り返しによって、電解液が蒸発あるいは分解してガスが発生し、内部でＣＯ２などのガスや水などが発生する。これらガス等の発生により蓄電デバイスのケースの内圧が上昇すると、やがてケースの変形や防爆弁の作動により性能が低下し、蓄電デバイスは寿命を迎えてしまう。
【０００３】
このような問題を解決するために、電解液に種々の物質を添加することにより、電解液の分解を抑制する方法が種々提案されている。例えば、電気二重層キャパシタの例として、電気分解を起こりにくくするために、電解液にγ−ブチロラクトン、フルオロベンゼン、ジフェニル化合物等を添加する方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、蓄電デバイス内部で発生したガスを様々な吸収材によって吸収し、ケースの変形を防止する方法として、例えば、水酸化リチウムを主成分とするＣＯ２吸収層を備えた電気二重層キャパシタが提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１７１５０号公報
【特許文献２】特開２００４−００６８０３号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６６１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１９７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に示すような電解液中に添加剤を添加する方法では、ガス発生の抑制効果が不十分であるという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献４に示すように、ケース内で発生したＣＯ２を水酸化リチウムで吸収する方法では、電解液の分解や外気の浸入等によりケース内に生じた水分と接触することで、水酸化リチウムがアルカリ性を示してしまう。このため、アルミニウムケースのようなアルカリ腐食性のケースを腐食してしまい、ひいてはケースの変形を引き起こすため、結果として長寿命化が実現できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ガス吸収能を維持しつつ、アルカリ腐食性を有する材からなるケースの腐食を低減することができるガス吸収材及びこれを用いた蓄電デバイス、並びに当該蓄電デバイスを用いた電気機器及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第一に本発明は、アルカリ腐食性を有する材からなるケースを備えた蓄電デバイスに用いられるためのガス吸収材であって、水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａと、水分吸収性を有する物質Ｂとを含むことを特徴とするガス吸収材を提供する（発明１）。
【００１０】
水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａは、酸塩基反応に基づいてＣＯ２を効率よく吸収することができるが、アルカリ腐食性を有する材からなるケースを腐食させてしまう。しかし、上記発明（発明１）に係るガス吸収材においては、水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａを含むことでＣＯ２の吸収能が発揮されつつ、水分吸収性を有する物質Ｂをも含むため、物質Ａと水との接触が抑制される。このため、アルカリ腐食性を有する材からなるケースを使用したとしても、かかる材の腐食を低減することができ、これにより蓄電デバイスの長寿命化を達成することができる。
【００１１】
上記発明（発明１）においては、前記物質Ａと前記物質Ｂとの含有量比が１：４〜４：１であることが好ましい（発明２）。
【００１２】
上記発明（発明１，２）に係るガス吸収材は、乾燥処理が行われたことが好ましい（発明３）。
【００１３】
第二に本発明は、アルカリ腐食性を有する材からなるケースと、前記ケースに収容された発明１〜３に記載のガス吸収材とを備えることを特徴とする蓄電デバイスを提供する（発明４）。かかる発明（発明４）においては、前記蓄電デバイスが、リチウムイオン電池又は電気二重層キャパシタであることが好ましい（発明５）。
【００１４】
第三に本発明は、発明４又は５に記載の蓄電デバイスを備えたことを特徴とする電気機器を提供する（発明６）。また、第四に本発明は、発明４又は５に記載の蓄電デバイスを備えたことを特徴とする電子機器を提供する（発明７）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス吸収材によれば、水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａを含むことで、酸塩基反応に基づくＣＯ２の吸収能を発揮しつつ、水分吸収性を有する物質Ｂをも含むため、物質Ａと水との接触を抑制することができる。このため、アルカリ腐食性を有する材よりなるケースを使用したとしても、かかる材の腐食を低減することができ、これにより蓄電デバイスの長寿命化を達成することができる。このような本発明のガス吸収材を用いた蓄電デバイスは、各種電気機器や電子機器に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、各実施形態はいずれも例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明のガス吸収材を適用可能な蓄電デバイスの一実施形態を示している。図１において、本実施形態に係る蓄電デバイスの一例としてのリチウムイオン電池１０は、正極端子１及び負極端子２と、電池ケース（ケース）３とを備える。また、このリチウムイオン電池１０において、電池ケース３の内部には電極体４及びガス吸収材５が収納されている。電極体４は、正極集電体（図示省略）及び正極用電極板（図示省略）と、負極集電体（図示省略）及び負極用電極板とを有し、正極用電極板と負極用電極板とは、それぞれセパレータ（図示省略）を介して巻回した構造を有する。そして、正極端子１は、リード線６ａを介して正極用電極板に電気的に接続され、負極端子２は、リード線６ｂを介して負極用電極板に電気的に接続されている。電池ケース３は、アルカリ腐食性を有する材からなるものであるが、かかる材は、汎用的である点、安価でかつ軽量であるなどから、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。また、本実施形態では、電池ケース３は角型に形成されている場合を一例として示しているが、この場合に限られず任意の形状を採用することができる。
【００１９】
このリチウムイオン電池１０において、電池ケース３の外周面には、略十字形状の薄肉部からなる安全弁（図示省略）が形成されている。この安全弁は、略Ｋ字形状、略Ｙ字形状、略Ｘ字形状、略Ｔ字形状、略Ｖ字形状等の様々な形状の薄肉部により形成されていてもよい。安全弁は、電池ケース３内の圧力がガス発生などによって上昇した際に、外部へガスを開放する役割がある。この安全弁は、一般的に約０．５〜１．０ＭＰａで開くように設計されている。
【００２０】
正極用電極板は、両面に正極合剤を保持させた集電体である。例えば、その集電体は厚さ約２０μｍのアルミニウム箔であり、ペースト状の正極合剤は、遷移金属のリチウム含有酸化物であるリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）に結着材としてポリフッ化ビニリデンと導電材としてアセチレンブラックとを添加後混練したものである。そして、正極用電極板は、このペースト状の正極合剤をアルミニウム箔の両面に塗布後、乾燥、圧延、帯状に切断の手順で得られる。
【００２１】
負極用電極板は、両面に負極合剤を保持させた集電体である。例えば、その集電体は厚さ約１０μｍの銅箔であり、ペースト状の負極合剤は、グラファイト粉末に結着材としてポリフッ化ビニリデンを添加後混練したものである。そして、負極用電極板はこのペースト状の負極合剤を銅箔の両面に塗布後、乾燥、圧延、帯状に切断の手順で得られる。
【００２２】
セパレータとしては、多孔膜を用いる。例えば、セパレータは、ポリエチレン製微多孔膜を用いることができる。また、セパレータに含浸させる電解液は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を１：１：１の割合で混合した混合液に１ｍｏｌ／Ｌの六フッ化リン酸リチウムを添加したものを用いることができる。
【００２３】
本実施形態に係るガス吸収材５は、水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａと、水分吸収性を有する物質Ｂとを含みこれらを混合したものであって、例えば角型等のブロック状、あるいは錠剤状等に成形されたものである。ガス吸収材５は、例えば安全弁の近傍に配置されている。
【００２４】
水と接触することによりアルカリ性を示す物質Ａは、その性質により、酸塩基反応に基づいてＣＯ２を効率よく吸収することができるものである。物質Ａの素材としては、上記性質を有するものであれば特に制限はないが、無機系の素材が好ましい。具体的には、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ性水酸化物；炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩；炭酸水素ナトリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウムなどの金属炭酸水素塩；その他アルカリ性の鉱物、有機物、多孔質材料などを用いることができる。中でも、安価であるとの観点から、水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。
【００２５】
また、水分吸収性を有する物質Ｂの素材としては、やはり無機系の素材が好ましいが、上述した物質Ａに該当する素材、すなわち水と接触することによりアルカリ性を示すものを包含しない。物質Ｂとして使用し得る素材の具体例としては、モレキュラーシーブ等のゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、塩化カルシウム、五酸化二リンを挙げることができる。中でも、多孔質で吸収量が多いことという観点から、モレキュラーシーブ、ゼオライトが好ましい。
【００２６】
ここで、ガス吸収材５における物質Ａと物質Ｂとの含有量比は、ＣＯ２吸収能と水分吸収能とが効果的に発揮される限り特に制限はないが、物質Ａの含有量：物質Ｂの含有量として１：４〜４：１であることが好ましく、１：４〜２：１であることがより好ましい。かかる範囲で物質Ａ及び物質Ｂを含有させることにより、ＣＯ２吸収能と水分吸収能とのいずれも効果的に発揮させることができ、蓄電デバイスの寿命を延長することができる。
【００２７】
なお、本実施形態に係るガス吸収材５は、上述した物質Ａ及び物質Ｂのほか、一酸化炭素や水素等の他のガスを吸収する物質などを、本実施形態による効果を損なわない範囲で配合してもよい。
【００２８】
また、物質Ａ及び物質Ｂを含有するガス吸収材５は、乾燥処理を行うことが好ましい。これにより物質Ｂの水分吸収能をさらに効果的に発揮させることができ、蓄電デバイスの寿命をさらに延長することができる。ここで、乾燥処理は、物質Ａと物質Ｂとを混合する前にそれぞれ行ってもよく、これらを混合しブロック状に成形したガス吸収材５としてから行ってもよい。かかる乾燥処理は、例えば、真空ポンプにより減圧しながら、１４０〜２００℃にて６０〜１８０分の条件にて行うことが好ましい。
【００２９】
上述した構成を有する蓄電デバイスにつき、その作用を説明する。リチウムイオン電池１０は、長期間使用することで、電極体４に含まれる駆動用電解液が分解し、ＣＯ２が発生する。また、長期間の使用により、外気から水分がケース内に浸入する。
【００３０】
ＣＯ２は電池ケース３の内圧上昇を引き起こすおそれがあるが、本実施形態に係る蓄電デバイスによれば、ＣＯ２はガス吸収材５に含まれる物質Ａにより吸収されるため、ケースの内圧を過度に上昇させない。また、物質Ａは水との接触によりアルカリ性を示し、電池ケース３を腐食させるおそれがあるが、水分はガス吸収材５に含まれる物質Ｂにより吸収されるため、物質Ａが水と接触することがなく、そのためケースを腐食させることがない。
【００３１】
このため、アルミニウム等のアルカリ腐食性を有する材を電池ケース３に用い、かつＣＯ２吸収材として水との接触によりアルカリ性を示す物質Ａを用いた場合であっても、電池ケース３の腐食が低減され、ひいては腐食による電池ケース３の変形を抑制することができ、その結果、蓄電デバイスの長寿命化を達成することができる。
【００３２】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３３】
なお、上述した実施形態においては蓄電デバイスをリチウムイオン電池として説明してきたが、本発明に係る蓄電デバイスは、この他のリチウムイオンキャパシタ等の電気二重層キャパシタ等の非水系電解質蓄電デバイス等にも適用が可能である。
【実施例】
【００３４】
以下の実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３５】
〔実施例１〜３，比較例１〕
水と接触することでアルカリ性を示す物質Ａ（ＣＯ２を吸収し得る物質）としての水酸化ナトリウムと、水分吸収性を有する物質Ｂとしてのゼオライト（ユニオン昭和社製，モレキュラーシーブ５Ａ）とを、表１に示す含有量比にて混合し、ガス吸収材を得た（実施例１〜３，比較例１）。
【００３６】
〔実施例４〜６，比較例２〕
水と接触することでアルカリ性を示す物質Ａ（ＣＯ２を吸収し得る物質）としての水酸化ナトリウムと、水分吸収性を有する物質Ｂとしてのゼオライト（昭和ユニオン社製，モレキュラーシーブ５Ａ）とを、表２に示す含有量比にて混合したのち、２００℃にて１８０分間で乾燥処理を行い、ガス吸収材を得た（実施例４〜６，比較例２）。
【００３７】
これらのガス吸収材をリチウムイオン電池の電池ケース（アルミニウム製）内に配置して密封し、１２５℃の恒温槽にて１週間保管した後、恒温槽から取り出して電池ケースを分解し、電池ケースの内壁を観察した。
実施例１〜３及び比較例１の結果を表１に、また実施例４〜６及び比較例２の結果を表２に、それぞれ示す。
【００３８】
【表１】
2014216304.tif 000003
【００３９】
【表２】
2014216304.tif 000004
【００４０】
表１に示すように、物質Ｂとしてのゼオライトを含まない比較例１のガス吸収材は、析出物の形成やケースの変形が生じていたのに対し、ゼオライトを含む実施例１〜３のガス吸収材にはこれらが生じていなかった。特に、物質Ａとしての水酸化ナトリウムと物質Ｂとしてのゼオライトとの含有量比が１：４〜２：１の範囲に含まれる実施例２及び３は、アルミケースの腐食が見られなかった。
【００４１】
また、表２に示すように、ガス吸収材に乾燥処理を行った後に電池ケース内に配置することで、ゼオライトを含まない比較例２であっても電池ケースとガス吸収材との反応を抑制することができるが、ゼオライトを含む実施例４〜６のガス吸収材は、電池ケースの腐食が見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
上述したような本発明のガス吸収材及びこれを用いた蓄電デバイスは、長寿命化を達成できるため、各種電気機器や電子機器に利用できるものとして産業上の利用可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００４３】
１…正極端子
２…負極端子
３…電池ケース
４…電極体
５…ガス吸収材
６ａ，６ｂ…リード線
１０…リチウムイオン電池（蓄電デバイス）
【図１】
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