【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年1月5日(2007.1.5)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電気化学的発電素子および対応する電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの極性を有する第１の電極層（１１４）、第１の電解質層（１１０）、前記１つの極性と逆の極性を有する電極層（１０８）、第２の電解質層（１１２）および前記１つの極性を有する第２の電極層（１１６）を連続して含む電気化学的発電電池（１０２）であって、前記１つの極性を有する第１および第２の電極層（１１４，１１６）が並列結合によって結合され、その電池が、さらに、前記１つの極性を有する第１および第２の電極層（１１４，１１６）に結合された電流コレクタ（１１８，１２０）を含み、前記１つの極性を有する前記第１の電極層（１１４）の厚さが前記１つの極性を有する前記第２の電極層（１１６）の厚さと異なることを特徴とする、前記電池。
【請求項２】
前記１つの極性を有する電極層（１１４，１１６）が正の電極層であり、前記逆の極性を有する電極層が負の電極層であることを特徴とする、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記負の電極層（１０８）がリチウム製またはリチウム基体の合金製であり、前記電解質層（１１０，１１２）が固体のポリマー製であり、前記正の電極層（１１４，１１６）が、酸化バナジウム、酸化ニッケル、酸化コバルトもしくは酸化マンガンまたはこれら酸化物の混合物を含む複合体製であることを特徴とする、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１の正の電極層（１１４）の厚さが８０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記第１の正の電極層（１１４）の厚さが１００μｍ〜１６０μｍであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の電池。
【請求項６】
前記第１の正の電極層（１１４）の厚さが１３０μｍ〜１７０μｍであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の電池。
【請求項７】
前記第１の正の電極層（１１４）の厚さが１４０μｍ〜１６０μｍであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の電池。
【請求項８】
前記第２の正の電極（１１６）の厚さが１０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
前記第２の正の電極（１１６）の厚さが２０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの電池を含む電気化学電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、１つの極性を有する第１の電極層、第１の電解質層、前記１つの極性と逆の極性を有する電極層、第２の電解質層および前記１つの極性を有する第２の電極層を連続して含む電気化学的発電電池であって、前記１つの極性を有する第１および第２の電極層が並列結合によって結合され、その電池が、さらに、前記１つの極性を有する第１および第２の電極層に結合された電流コレクタを含む、前記電気化学的発電電池に関する。
【０００２】
本発明は、例えば、電気自動車用途または定常状態用途についてのリチウム−ポリマー電気化学電池に適用可能である。
ポリマー電解質を有するリチウムによる電気化学的発電機は公知である。このような発電機は、一般に、電気的に並列に結合された２つの半電池からなる電池を含む。
【０００３】
図１に示すように、各半電池（１又は２）は、リチウム層（８）の半分と、リチウム層（８）の２つの面のうち１つの面上にある電解質層（１０又は１２）と、電解質層（１０又は１２）を介して適用されるカソード層（１４又は１６）とからなる。電流は、カソード（１４，１６）と、リチウム層（８）に結合したコレクティングリード線（２６）との自由表面上に配列された電流コレクタ（１８，２０）によって生ずる。
【０００４】
リチウム層の２つの面上にあるカソード層は、それぞれ同一の厚さを有する（図１）。このような電気化学的発電機の比エネルギー（単位質量当たりのエネルギー）を増大させるためには、カソード層の厚さ（両方のカソード層について同等の値を有する）を増大させる。同様に、リチウム層の厚さも増大させる。こうすることにより、電池の抵抗が増大するにつれて最大比電力（単位質量当たりの出力）が減少する結果となる。
【０００５】
本発明の目的は、この欠点を克服し、かつ、比エネルギーが最大比電力とは実質的に独立である電気化学電池を提供することである。
この目的のために、本発明の主題は、前述したタイプの電気化学的発電電池において、前記１つの極性を有する前記第１の電極層の厚さが前記１つの極性を有する前記第２の電極層の厚さと異なることを特徴とする。
【０００６】
本発明の主題は、また、上記定義したタイプの少なくとも１つの電気化学的発電電池を含む電気化学電池である。
本発明は、単に例として示され、かつ、添付の図面を参照してなされる以下の説明を読めばさらによく理解されるであろう。
【０００７】
本発明の効果をよりよく理解するために、図１および図２を参照して、何よりもまず、従来技術によって提示される問題を説明しよう。
図１は、従来技術の電気化学的発電電池２を断面図において示す。この電池は、２つの半電池４，６を含み、その各々は、共通のリチウム層８、電解質層１０，１２、正の電極層１４，１６および電流コレクタ１８，２０からなる。
【０００８】
導電体２２，２４がコレクタ１８，２０に結合され、導電体２６がリチウム層８に結合される。
アキュムレータのタイプに応じて、導電体２４，２６は、電流が導電体２４，２６によって収集されるように、正の電極層１４，１６に直接結合してもよい。
【０００９】
２つの導電体２２，２４は、ユーザー（図示せず）の１つの側に結合され、他方、導電体２６は、２つの半電池４，６の並列結合が形成されるように、ユーザーの他の側に結合される。
【００１０】
電解質層１０，１２は、各々、厚さ３０μｍを有し、負の電極として作用する共通のリチウム層８から正の電極層１４，１６を離隔する。
リチウム層は、１０μｍ〜１５０μｍの厚さ、好ましくは、３０μｍ〜７０μｍの厚さを有する。
【００１１】
正の電極層１４，１６は、各々、（この例において）、厚さ９０μｍを有し、ある一定の量比Ｙ、一般的には５０％より大きい量比のＶ２Ｏ５を含有する材料から製造される。このＶ2Ｏ５の量比は比容量を決定し、Ｙ＝５４％である場合に、比容量は１５３Ａｈ／ｋｇである。
【００１２】
変形例として、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガンまたはこれらの酸化物の混合物をＶ2Ｏ５の代わりに使用することができる。
半電池の内部表面抵抗は、以下の式：
Ｒs_de＝Ｒs_Li/e1＋ｒs_e1×e1＋ｒs_cath×ｅcath  （１．１）
〔式中、Ｒs_Li/e1は、電解質１０，１２とリチウムアノード層８との間の界面の表面抵抗であり、その値は、１０Ωｃｍ2であり；ｒs_e1は、電解質１０，１２の比抵抗（ｒs_e1＝０．２Ωｃｍ2／μｍ）であり；ｒs_cathは、８０％放電でのカソード１４，１６の比抵抗（ｒs_cath＝３．５Ωｃｍ2／μｍ）である。〕
によって計算される。
【００１３】
ｅelおよびｅcathは、それぞれ、電解質層１０，１２の厚さ（ｅel＝３０μｍ）およびカソード層１４，１６の厚さ（ｅcath＝９０μｍ）である。
示した表面抵抗は、９０℃の温度に対して有効である。
【００１４】
電流コレクタ２２，２４，２６およびリチウム８の電気抵抗は、界面、電解質およびカソードの表面抵抗と比較して無視できると考えられる。
所定の電気化学電池２については、したがって、半電池４，６は、表面抵抗：
Ｒs_de＝１０Ωｃｍ2＋０．２Ωｃｍ2／μｍ×３０μｍ＋３．５Ωｃｍ2／μｍ×９０μｍ＝３３１Ωｃｍ2
を有する。
【００１５】
このような電池の内部表面抵抗は、以下の式（並列結合）：
Ｒs_e＝（Ｒs_deＲs_de）／（Ｒs_de＋Ｒs_de）＝（Ｒs_de）／２
から計算される。
【００１６】
所定の例については、その表面抵抗は、
Ｒs_e＝（３３１Ωｃｍ2）／２＝１６５．５Ωｃｍ2
である。
【００１７】
このようなリチウム−ポリマー電池２によって生ずる最大表面電力は、以下の式：
Ｐs_max＝（Ｕ02）／（４Ｒs_e）
〔式中、Ｕ0は、電池２の真空での電圧（８０％放電で２．２Ｖ）である。〕
によって与えられる。
【００１８】
単位面積当たりのエネルギーは、以下の式：
Ｅs_e＝Ｅs_de1＋Ｅs_de2＝（ｅcath1＋ｅcath2）×ρcath×Ｙ×Ｅs×Ｕmean  （１．２．）
〔式中、Ｅs_deXは、半電池１または２の表面エネルギーであり；ｅcathXは、対応するカソードの厚さであり；ρは、カソードの密度（ρ＝２．１ｇ／ｃｍ3）であり；Ｙは、重量パーセントでのカソードのＶ2Ｏ５含量（５４％）であり；Ｅsは、Ｖ2Ｏ５の比容量（１５３Ａｈ／ｋｇ）であり；Ｕmeanは、平均電圧２．５５Ｖである。〕
によって与えられる。
【００１９】
所定の例については、Ｅs_e＝７．９８ｍＷｈ／ｃｍ2である。
リチウム−ポリマー電池２の比表面エネルギーを増大させるためには、２つのカソード層１４，１６の厚さを増大させることが既に提案されている。こうすることにより、２つの半電池４，６の表面抵抗が増大するのに対し、他方、電池２の真空での電圧が一定のままであり、かくして、表面電力、および、したがって、電池２の比電力が減少する結果となる。
【００２０】
リチウム層の厚さは、一定のままである。
電池２の最大電力対電池２の比エネルギーの比は、カソード層の厚さが増大するにつれて減少する。
【００２１】
表１は、カソードの厚さの関数として、表面抵抗の値、８０％放電での表面電力の値、表面エネルギーの値、表面電力対表面エネルギーの比、表面質量、比電力および比エネルギーを示す。これらの値は、９０℃の温度で測定した。
【００２２】
【表１】
2004508657.tif 000001
【００２３】
図２は、公知の電気化学電池のカソード厚さの関数として、比エネルギーおよび比電力を示すグラフである。
２つのカソード層の厚さを同じ値だけ増大させることにより、比電力を低減させることなく、リチウム−ポリマー電池の比エネルギーを増大させることは不可能であることが観測される。
【００２４】
さて、図３および図４を参照しながら、本発明を説明しよう。
図３は、本発明に従うポリマー電解質を有するリチウムによる電気化学的発電電池１０２を断面図で示す。
【００２５】
図３において、図１の電池と同様の電池を参照符号に１００を加えて示す。
電気化学的発電電池１０２は、図１の電池と同様に、２つの半電池１０４，１０６を含み、その各々が、共通のリチウム層１０８の一部、電解質層１１０，１１２およびカソード層１１４，１１６を、コレクタ１１８，１２０を形成する層とともに含む。
【００２６】
リチウム層１０８および電解質層１１０，１１２の厚さは、図１の電池２の層８，１１および１２の厚さと同じである。
しかし、２つのカソード層１１４，１１６の厚さは、相互に異なり、他方、それらの合計は、図１の電池２の２つのカソード層１４，１６の合計と等しい。第１の層１１４の厚さは、例えば、１５０μｍである。この例に対して、第１の層１１４の厚さは、１３０μｍ〜１７０μｍ、好ましくは、１４０μｍ〜１６０μｍであってもよい。第２の層１１６の厚さは、３０μｍであり、１０μｍ〜５０μｍ、好ましくは、２０μｍ〜４０μｍであってもよい。
【００２７】
一般に、厚い方の層は、８０μｍ〜２００μｍ、好ましくは、１００μｍ〜１６０μｍの厚さを有してもよい。
２つの電池２および１０２の電力およびエネルギーを比較しうるためには、以下のように、本発明に従い、電池１０２の表面抵抗が計算される。
【００２８】
２つの半電池の各々の電気的表面抵抗は、カソード層１１４，１１６のそれぞれの厚さの値について、式（１．１．）を使用して計算される。
ここで、再度、電流コレクタ１１８，１２０およびリチウム層１０８の電気的表面抵抗は、無視できると考える。
【００２９】
操作温度９０℃での比抵抗の値は同じままである。
それぞれ、３０μｍおよび１５０μｍのカソード層を含む２つの半電池を有するアセンブリからなる電池について、２つの半電池１０４，１０６の内部表面抵抗は、以下の値：
Ｒs_de1＝６０．５Ωｃｍ2
Ｒs_de2＝２７０．５Ωｃｍ2
を与える。
【００３０】
完全な電池１０２の表面抵抗は、２つの電池の並列結合に関して以下の式：
Ｒs_e＝（Ｒs_de1Ｒs_de2）／（Ｒs_de1＋Ｒs_de2）
〔式中、Ｒs_deXは、半電池Ｘ（Ｘ∈〔１，２〕）の表面抵抗である。〕
によって計算される。
【００３１】
所定のアセンブリについて、電池の合計表面抵抗は：
Ｒs_e＝１２１Ωｃｍ2
である。
【００３２】
単位面積当たりの最大電力（８０％放電で）は、ついで、式１．２．を使用して：
Ｐs_max＝１０（ｍＷ／ｃｍ2）
である。
【００３３】
電池１０２の単位面積当たりに含有されるエネルギーは、式１．３．：
Ｅs_e＝Ｅs_de1＋Ｅs_de2＝（ｅcath1＋ｅcath2）×ρcath×Ｙ×Ｅs×Ｕmean
の数式によって計算される。
【００３４】
表面電力対表面エネルギーの比は、この時、（Ｐmax／Ｅs_e）＝１．５２であり；これは、比（Ｐmax／Ｅs_e）＝０．９２を有する従来技術の電池（表１参照）に関して、６０％の増大を意味する。
【００３５】
合計カソード厚さ（１８０μｍ）が等しい場合、一方で、第１のカソード１１４の厚さが９０μｍから１５０μｍへ増大することにより、すなわち他方で、第２のカソード１１６の厚さが９０μｍから３０μｍへ減少することにより、電池の内部表面抵抗を１６０．５Ωｃｍ2から１２１Ωｃｍ2へと減少させることが可能となることは理解される。比エネルギー密度が一定の場合は、質量および体積が変化していないので、比電力はかなり増大する。
【００３６】
表２は、合計カソード厚さ１８０μｍを有する電池１０２について、異なる厚さを有する２つの半電池１１４，１１６の表面抵抗を示す。表２は、さらに、対応する電池について得られる表面抵抗；および、各々、９０μｍに等しい厚さを有する図１のカソード層を有する電池２に関しての電力利得を示す。
【００３７】
図４は、そのカソード層が合計厚さ１８０μｍを有する本発明に従う電池について、比電力、比エネルギー、および比電力と比エネルギーの比を、最も薄いカソード層厚さの関数として示すグラフである。
【００３８】
【表２】
2004508657.tif 000002
【００３９】
１つの層の厚さを１７０μｍまで増大させ、かつ、他の層の厚さを１０μｍまで減少させることによって、その正電極が各々厚さ９０μｍを有する電池の利用可能な電力に関して、比電力を２．５倍増大させることが可能であることが観測される。
【００４０】
したがって、本発明により、比電力、および結果として、ポリマー電解質を有するリチウムを有する電気化学的発電電池において、一定の比エネルギーにて利用可能な電力密度を増大させることが可能となる。
【００４１】
本発明により、所定のエネルギー密度について予想される用途に応じて、電力対エネルギー比を変化させることが可能となる。
本発明は示された例に限定されないことも明瞭である。電極層の厚さは、広い範囲で変化させることができ、カソード層の厚さの合計は、１８０μｍに限定されることなく、また、変更可能である。
【００４２】
本発明は、また、リチウムおよびポリマー以外の正または負の電極材料を使用する電気発生電池に適用することもできる。
本発明は、また、薄層アセンブリを有する任意のタイプの電気発生電池にも適用することができる。
【００４３】
変形例として、本発明は、また、共通の正の電極層と、異なる厚さを有する２つの負の電極層とを有し、負の電極層のうち１つの層が、正の電極層の２つの面の各々の面上に位置する電池にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、公知のリチウム−ポリマー電気化学的発電電池の断面図である。
【図２】  図２は、従来技術の電気化学電池の比電力および比エネルギーをカソードの厚さの関数として示す。
【図３】  図３は、本発明に従うリチウム−ポリマー電気化学的発電電池の断面図である。
【図４】  図４は、本発明に従う電気化学電池の比電力および比エネルギーを示し、２つの電池の比をカソード厚さの関数として示す。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図１
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１】
2004508657.tif 000003
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図３
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図３】
2004508657.tif 000004