(57)【要約】【課題】非接触充電方式において従来にはない大容量の充電が短時間で可能になる蓄電装置およびそれを用いた携帯電話並びにバッテリー式電気自動車を提供する。【解決手段】外部から供給される電力を受信する受信アンテナ４と、上記受信アンテナ４に接続された蓄電デバイス２とを備えた蓄電装置１であって、上記蓄電デバイス２が、導電性ポリマーを含む電極を有することを特徴とする。送電装置６中の送信アンテナ５と、上記受信アンテナ４とが充電時に電磁的結合することによって、非接触で蓄電デバイス２を充電する。【選択図】図１
2015026507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される電力を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナに接続された蓄電デバイスとを備え、
上記蓄電デバイスが、導電性ポリマーを含む電極を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
上記導電性ポリマーを含む電極が、さらにアニオン性材料を含むものである請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
上記請求項１または２に記載の蓄電装置を用いてなることを特徴とする携帯電話機。
【請求項４】
上記請求項１または２に記載の蓄電装置を用いてなることを特徴とするバッテリー式電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置およびそれを用いた携帯電話並びにバッテリー式電気自動車であって、非接触充電方式において従来にはない大容量の充電が短時間で可能になる蓄電装置およびそれを用いた携帯電話並びにバッテリー式電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話等の電源として使用される二次電池等の蓄電デバイスを充電する充電装置と、当該蓄電デバイスとの間に存在する電気的接点等に起因する問題（例えば、電子的接点が汚損した場合には接触不良となって充電ができなくなるという問題）がある。これを解決するため、充電装置と接点なしで充電可能な非接触充電方式に基づく携帯電子機器用電源システムが提案されている（特許文献１参照）。これは、金属接点をなくし、誘導コイルにより電力を伝達、充電する非接触型の電源システムであり、既に広く商品化されている。
【０００３】
また、最近においては、携帯電話本体と充電装置のセットの使い勝手をより向上することが重視されるようになり、置くだけで充電できるイージーオペレーションタイプのものが強く望まれるようになってきている（特許文献２参照）。
【０００４】
上記特許文献１の携帯電子機器用電源システムでは、蓄電デバイスとしてニッケルカドミウム電池を使用しているが、近年では蓄電デバイスとしてニッケルカドミウム電池に比較して小型軽量かつ蓄電容量が大きいリチウムイオン二次電池が主に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４４８５５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１１７１２号公報
【特許文献３】特表２０１３−５２８０４３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、上記リチウムイオン二次電池は、電気化学反応によって電気エネルギーを得る蓄電デバイスであって、上記電気化学反応の速度が小さいために、出力密度が低いという重要な問題があり、さらに、電池の内部抵抗が高いので、急速な充放電は困難である。また、上記正極活物質の比重が大きいので、単位重量当りの容量密度には尚、改善の余地があり、そのうえ、充放電に伴う電気化学反応によって電極や電解液が劣化するので、一般に寿命、即ち、サイクル特性もよくない。
【０００７】
一方、最近になって、大気汚染や、さらには、地球の温暖化の問題についても、真剣にこれを解決する方策が研究されており、その一つとして、ハイブリッド車や電気自動車が既に実用化の段階に入っており、蓄電デバイスを無線充電システム（以下「非接触充電方式」ということがある）にて充電することが提案されている（特許文献３参照）。リチウムイオン二次電池は、これらの主な蓄電デバイスとして実用化されている。
【０００８】
しかし、ハイブリッド車や電気自動車のための蓄電デバイスは、特に、回生ブレーキによる急速充電や加速時に高い出力密度が求められるところ、リチウムイオン二次電池は、蓄電容量は高いが、上述したように、出力密度は低いという問題がある。
【０００９】
そこで、電気二重層キャパシタが注目されている。電気二重層キャパシタは、通常、粉末活性炭や繊維状活性炭等の比表面積の大きい導電性多孔性炭素材料を用いて形成された分極性電極を用い、電解液中の支持電解質イオンの物理吸着特性を利用して、電気を貯蔵するデバイスである。そのため、電気二重層キャパシタは、出力密度が高く、急速充電も可能であり、しかも、その寿命は著しく長い。
【００１０】
しかし一方において、電気二重層キャパシタは、蓄電容量が非常に小さい。例えば、電気二重層キャパシタは、リチウムイオン二次電池に比較して、体積エネルギー密度が約１／５０〜１／２０であるといわれている。このため、ハイブリッド車や電気自動車のための蓄電デバイスとしての実用化には問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非接触充電方式において従来にはない大容量の充電が短時間で可能となる蓄電装置およびそれを用いた携帯電話並びにバッテリー式電気自動車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】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は、外部から供給される電力を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナに接続された蓄電デバイスとを備え、上記蓄電デバイスが、導電性ポリマーを含む電極を有する蓄電装置を第一の要旨とする。
【００１３】
そして、本発明は、上記第一の要旨である蓄電装置を用いてなる携帯電話機であることを第二の要旨とし、同様に、上記第一の要旨である蓄電装置を用いてなるバッテリー式電気自動車であることを第三の要旨とする。
【００１４】
すなわち、本発明者らは、従来にない電池性能に優れた蓄電装置を得るため、鋭意研究を行った。その結果、導電性ポリマーを含む電極を有する蓄電デバイスを、蓄電装置の蓄電デバイスとして用いると、上記導電性ポリマーを含む電極を有する蓄電デバイスの高容量、高出力、高いサイクル特性が、非接触充電時においても安定した電力供給を可能にする。そのため、従来の非接触充電では考えられない程の大容量の充電が短時間で可能となることを見出し、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の蓄電装置は、外部から供給される電力を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナに接続された蓄電デバイスとを備え、上記蓄電デバイスが、導電性ポリマーを含む電極を有するものであるため、上記蓄電デバイスの電池容量が大きく、充電速度も速いことから、非接触充電方式において従来にはない大容量の充電が短時間で可能になる。
【００１６】
さらに、上記導電性ポリマーを含む電極が、さらにアニオン性材料を含むものであると、この蓄電装置を用いた電気機器はより一層サイクル特性および充電速度を有するようになる。
【００１７】
さらに、上記の蓄電装置を用いてなる携帯電話機またはバッテリー式電気自動車であると、非接触充電方式で、大容量の充電が短時間で可能な携帯電話機またはバッテリー式電気自動車が得られるようになる。これは、電気容量の簡易急速充電が要求される携帯電話機やバッテリー式電気自動車等の蓄電装置において長年望まれていた効果である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の蓄電装置のブロック構成図である。
【図２】本発明における蓄電デバイスの構造を示す断面図である。
【図３】本発明における蓄電デバイスの充放電サイクル特性を示すグラフ図である。
【図４】本発明における蓄電デバイスの放電レート特性を示すグラフ図である。
【図５】導電性ポリマー型電池とリチウムイオン二次電池の充電効率を示すグラフ図である。
【図６】実施例（導電性ポリマー型電池使用）と比較例（リチウムイオン二次電池使用）における蓄電デバイスのＳＯＣ（State Of Charge）に対する充電または放電特性を示すグラフ図である。
【図７】実施例（導電性ポリマー型電池使用）と比較例（リチウムイオン二次電池使用）における蓄電デバイスのＳＯＣ（State Of Charge）に対する放電または充電抵抗値を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の実施態様の一例を説明するものであり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の蓄電装置は、外部から供給される電力を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナに接続された蓄電デバイスとを備え、上記蓄電デバイスが、導電性ポリマーを含む電極を有することを特徴とする。例えば、図１に示すように、本発明による蓄電装置１は、蓄電デバイス２と受信アンテナ４とを内蔵し、送電装置６中の送信アンテナ５と、上記受信アンテナ４とが充電時に電磁的結合することによって、蓄電装置１と送電装置６とが電気回路的接続がない、いわゆる非接触充電方式で、蓄電デバイス２を充電するようになっている。
【００２１】
そして、上記蓄電装置１に内蔵される蓄電デバイス２は、少なくとも正極の主な活物質が導電性ポリマーからなり、高容量、高出力、高いサイクル特性を備えるものである。上記蓄電デバイス２の詳細について、つぎに説明する。
【００２２】
＜蓄電デバイス２について＞
上記蓄電デバイス２の構成をより詳しく説明すると、例えば、図２に示すように、電解質層１３と、これを挟んで対向して設けられる正極１２と負極１４とを備え、その少なくとも一方の電極が、導電性ポリマーを主な活物質として用いた構成になっている。
【００２３】
上記のように、上記導電性ポリマーを含む電極は、蓄電デバイス２の正極１２および負極１４のいずれにも用いることができるが、とりわけ、正極１２として使用することが好ましい。以下、導電性ポリマーを含む電極を正極１２として使用する場合について説明する。
【００２４】
蓄電デバイス２の正極１２は、上述のように、導電性ポリマーを含む正極形成用材料から構成される。上記正極１２は、このような正極形成材料から構成される正極活物質層を集電体上に有する複合体からなることが通常であり、正極シートとして用いることが好ましい。以下、正極形成材料等について順を追って説明する。
【００２５】
〔導電性ポリマー〕
本発明において、導電性ポリマーとは、ポリマー主鎖の酸化反応または還元反応によって生成し、または消失する電荷の変化を補償するために、イオン種がポリマーに挿入し、またはポリマーから脱離することによって、ポリマー自身の導電性が変化する一群のポリマーをいう。このようなポリマーにおいて、イオン種がポリマーに挿入されて、導電性が高い状態をドープ状態といい、イオン種がポリマーから脱離して、導電性が低い状態を脱ドープ状態という。導電性を有するポリマーが酸化反応または還元反応によって導電性を失い、絶縁性（即ち、脱ドープ状態）となっても、そのようなポリマーは、酸化還元反応によって再度、可逆的に導電性を有することができるので、このように、脱ドープ状態にある絶縁性のポリマーも、本発明においては、導電性ポリマーの範疇に入れることとする。
【００２６】
したがって、本発明において好ましい導電性ポリマーの一つは、無機酸アニオン、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、ポリマースルホン酸アニオンおよびポリビニル硫酸アニオンから選ばれる少なくとも１種のプロトン酸アニオンをドーパントとして有するポリマーである。また、本発明において、好ましい別の導電性ポリマーは、上記導電性ポリマーを脱ドープした脱ドープ状態のポリマーである。
【００２７】
上記導電性ポリマーを構成するポリマーとしては、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリアズレン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセン等や、これらの種々の誘導体が用いられる。これらのなかでも、本発明において、好ましいポリマーの一つは、得られる導電性ポリマーが単位重量当りの容量が大きいことから、ポリアニリンおよびその誘導体から選ばれる少なくとも１種である。
【００２８】
上記ポリアニリンとは、アニリンを電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいい、ポリアニリンの誘導体とは、アニリンの誘導体を電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいう。ここに、アニリンの誘導体としては、アニリンの４位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも１つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、ｏ−メチルアニリン、ｏ−エチルアニリン、ｏ−フェニルアニリン、ｏ−メトキシアニリン、ｏ−エトキシアニリン等のｏ−置換アニリン、ｍ−メチルアニリン、ｍ−エチルアニリン、ｍ−メトキシアニリン、ｍ−エトキシアニリン、ｍ−フェニルアニリン等のｍ−置換アニリンを挙げることができる。
【００２９】
但し、本発明によれば、４位に置換基を有するものでも、ｐ−フェニルアミノアニリンは、酸化重合によってポリアニリンを与えるので、例外的に、アニリン誘導体として好適に用いることができる。
【００３０】
また、前記ポリピロールとは、ピロールを化学酸化重合や電解酸化重合させて得られるポリマーをいい、ポリピロールの誘導体とは、ピロールの誘導体を化学酸化重合や電解酸化重合させて得られるポリマーをいう。ここに、ピロールの誘導体としては、ピロールの２位および５位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも１つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−エテニルピロール、３−メトキシピロール、３−エトキシピロール、３−フェニルピロール、３−フェノキシピロール、３−ｐ−トルイルピロール、３−ベンジルピロール、３−メトキシメチルピロール、３−ｐ−フルオロフェニルピロール、３，４−ジメチルピロール、３，４−ジエチルピロール、３，４−ジエテニルピロール、３，４−ジメトキシピロール、３，４−ジエトキシピロール、３，４−ジフェニルピロール、３，４−ジフェノキシピロール、３，４−ジ（ｐ−トルイル）ピロール、３，４−ジベンジルピロール、３，４−ジメトキシメチルピロール、３，４−ジ（ｐ−フルオロフェニル）ピロール等を挙げることができる。
【００３１】
以下、本発明において、特に断らない限り「アニリンまたはその誘導体」を単に「アニリン」といい、また、「ポリアニリンおよびその誘導体から選ばれる少なくとも１種」を単に「ポリアニリン」という。また、本発明において、特に断らない限り「ピロールまたはその誘導体」を単に「ピロール」といい、また、「ポリピロールおよびその誘導体から選ばれる少なくとも１種」を単に「ポリピロール」という。したがって、導電性ポリマーを構成するポリマーがアニリン誘導体またはピロール誘導体から得られる場合であっても、それぞれ「導電性ポリアニリン」または「導電性ポリピロール」ということがある。
【００３２】
そして、上記導電性ポリマーをドープ状態で得るには、上記導電性ポリマーを形成しうるモノマーの化学酸化重合または電解酸化重合時に、ドーパントを共存させることが好適である。
【００３３】
また、本発明で用いられる蓄電デバイス２は、その少なくとも一方の電極、例えば正極１２が、上記導電性ポリマーとアニオン性材料とを有するものであることが好ましい。
【００３４】
〔アニオン性材料〕
上記アニオン性材料の具体例としては、ポリマーアニオンや分子量の比較的大きなアニオン化合物、電解液に溶解性の低いアニオン化合物等があげれら、なかでも、ポリマーアニオンは、電極形成材料のバインダーとしても機能するため、より好ましく用いられる。
【００３５】
このようなポリマーアニオンとしては、分子中にカルボキシル基を有する活物質化合物、特に、ポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種が好ましく用いられる。ポリカルボン酸の具体例としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニル安息香酸、ポリアリル安息香酸、ポリメタリル安息香酸、ポリマレイン酸、ポリフマル酸、ポリグルタミン酸およびポリアスパラギン酸、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、およびこれらポリマーの繰り返し単位の少なくとも二種を含む共重合体から選ばれる少なくとも一種である。なお、上記共重合体は、グラフト共重合体を含むものとする。
【００３６】
また、上記ポリカルボン酸の金属塩は、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも１種であり、アルカリ金属塩として好ましくは、リチウム塩やナトリウム塩であり、上記アルカリ土類金属塩として好ましくは、マグネシウム塩やカルシウム塩である。
【００３７】
蓄電デバイス２において、上記導電性ポリマーとともに上記ポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種を正極１２に用いた場合、この上記ポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種が、バインダーとしての機能を有するとともに、一方において、正極１２の導電性ポリマーのドーパントとしても機能してロッキングチェア型の機構を有し、蓄電デバイス２の特性の向上にも関与しているものとみられる。
【００３８】
このようなポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種は、導電性ポリマー１００重量部に対して、通常、１〜１００重量部、好ましくは、２〜５０重量部、最も好ましくは、５〜３０重量部の範囲で用いられる。導電性ポリマーに対する上記ポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種の量が余りに少ないときは、重量出力密度に優れる蓄電デバイス２を得にくい傾向にあり、他方、導電性ポリマーに対する上記ポリカルボン酸およびその金属塩から選ばれる少なくとも１種の量が余りに多いときは、正極活物質以外の部材重量が増大することによる正極１２の重量の増大によって、電池全体の重量を考慮したとき、高重量エネルギー密度の非蓄電デバイスを得にくい傾向がある。
【００３９】
正極形成材料としては、上記導電性ポリマーおよび上記アニオン性材料とともに、必要に応じて、上記アニオン性材料以外のバインダー、導電助剤等を適宜配合することができる。
【００４０】
上記導電助剤としては、蓄電デバイス２の放電時に印加する電位によって性状の変化しない導電性材料であればよく、例えば、導電性炭素材料、金属材料等があげられ、なかでもアセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電性カーボンブラックや、炭素繊維、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素材料が好ましく用いられる。特に好ましくは導電性カーボンブラックである。
【００４１】
上記導電助剤は、上記導電性ポリマー１００重量部に対して１〜３０重量部であることが好ましく、さらに好ましくは４〜２０重量部であり、特に好ましくは８〜１８重量部である。導電助剤の配合量がこの範囲内であれば、活物質としての形状や特性に異常なく調製でき、効果的にレート特性を向上させることが可能となる。
【００４２】
上記アニオン性材料以外のバインダーとしては、例えば、フッ化ビニリデン等があげられる。
【００４３】
上記正極１２は、導電性ポリマーを含む固体の正極活物質と、必要に応じて適宜配合される導電助剤等とからなる層を集電体上に有する複合体シートからなり、通常、上記正極活物質と導電助剤を含む層は固体の多孔質性である。
【００４４】
上記正極１２は、例えば、つぎのようにして得ることができる。すなわち、まず、前記ポリカルボン酸等のアニオン性材料を水に溶解させ、または分散させ、これに導電性ポリマー粉末と、必要に応じて、導電性カーボンブラックのような導電助剤を加え、これを充分に分散させて、溶液粘度（３０℃、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、粘度弾性測定装置  ＨＡＡＫＥ  Ｒｈｅｏｓｔｒｅｓｓ６００粘度計にて測定）が０．０５〜５０Ｐａ・ｓ程度である高粘性のペーストを調製する。そして、これを集電体上に塗布した後、水を蒸発させることによって、集電体上に、上記導電性ポリマー粉末と前記アニオン性材料と（必要に応じて用いられる導電助剤等と）からなる均一な正極活物質の層を有する複合体シートとして得ることができる。
【００４５】
上記正極１２は、好ましくは多孔質シートに形成される。正極シートの厚みは、１〜１０００μｍであることが好ましく、１０〜７００μｍであることがさらに好ましい。
【００４６】
上記正極１２の厚みは、先端形状が直径５ｍｍの平板である標準型ダイヤルゲージ（尾崎製作所社製）を用いて測定し、正極１２の面に対して１０点の測定値の平均を求めることにより得られる。
【００４７】
また、上記正極１２の空孔率は、２０〜８０％であることが好ましく、より好ましくは４０〜６０％の範囲である。なお、上記空孔率は、下記の式（１）により求められる値であり、下記の「電極の見かけ体積」とは、「電極の電面面積×電極厚みから集電体厚みを除いた厚み」を意味する。一方、下記の「電極の真体積」とは、「集電体を除いた電極形成材料の体積」をいう。具体的には、電極形成材料の構成重量割合と各構成材料の真密度の値を用いて、電極形成材料全体の平均密度を算出しておき、電極形成材料の重量総和をこの平均密度で除することにより求められる。
【００４８】
〔数１〕
電極の空孔率（％）＝｛（電極の見かけ体積−電極の真体積）／電極の見かけ体積｝×１００    …（１）
【００４９】
また、上記正極に形成される微細孔の孔径の平均値は、０．１〜１０μｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜５μｍの範囲である。なお、上記孔径は、例えば、島津製作所製マイクロメリテックス細孔分測定装置オートポア９５２０形を用いて測定される。
【００５０】
〔蓄電デバイス２について〕
ここで上述のように、図２は、蓄電デバイス２の一例を示すものであり、電解質層１３と、これを挟んで対向して設けられた正極１２と負極１４とを有している。なお、１１は正極用集電体、１５は負極用集電体である。また、図２は、蓄電デバイス２の構造を模式的に示したものであり、各層の厚み等は実際とは異なっている。
【００５１】
また、電解質層１３は、電解質により構成されるが、例えば、セパレータに電解液を含浸させてなるシートや、固体電解質からなるシートが好ましく用いられる。固体電解質からなるシートは、それ自体がセパレータを兼ねている。ここで、溶媒に電解質が溶解したものを「電解液」ということがある。
【００５２】
上記電解質としては、例えば、卑金属イオンとこれに対する適宜のカウンターイオン、例えば、スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ素イオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドイオン、ハロゲンイオン等を組み合わせてなるものが好ましく用いられる。
【００５３】
上記卑金属とは、イオン化傾向が水素よりも大きく、空気中で（加熱すると）容易に酸化される金属をいい、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛、鉛等がこれに属する。
【００５４】
したがって、このような電解質の具体例としては、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣｌ、ＮａＣＦ3ＳＯ3、ＮａＣｌＯ4、ＮａＢＦ4、ＮａＰＦ6、ＮａＡｓＦ6、Ｃａ（ＣＦ3ＳＯ3）2、Ｃａ（ＣｌＯ4）2、Ｃａ（ＢＦ4）2、Ｃａ（ＰＦ6）2、Ｃａ（ＡｓＦ6）2等を挙げることができる。
【００５５】
上記電解液を構成する溶媒としては、例えば、カーボネート類、ニトリル類、アミド類、エーテル類等の少なくとも１種の非水溶媒、すなわち、有機溶媒が用いられる。このような有機溶媒の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、アセトニトリル、プロピオニトリル、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン等をあげることができる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００５６】
また、本発明においては、セパレータを各種の態様で用いることができる。上記セパレータとしては、これを挟んで対向して配設される正極１２と負極１４の間の電気的な短絡を防ぐことができ、さらに、電気化学的に安定であり、イオン透過性が大きく、ある程度の機械強度を有する絶縁性の多孔質シートであればよい。したがって、上記セパレータとしては、例えば、紙、不織布や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる多孔性の多孔質シートが好ましく用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００５７】
また、前記電解質層１３として、上述したように、電解液を含浸させたセパレータを用いる場合、その電解液を構成する電解質としては、上記と同様のもの用いられる。
【００５８】
前記負極１４には、卑金属および卑金属イオンを挿入・脱離し得る材料の少なくとも一方を含むことが好ましい。上記卑金属としては、金属リチウムや金属ナトリウム等のアルカリ金属類、金属マグネシウム、金属カルシウム等のアルカリ土類金属をあげることができ、また、上記卑金属イオンとしては、上記卑金属のイオンをあげることができる。本発明において好ましい蓄電デバイスはリチウム二次電池であり、好ましい卑金属としてリチウムをあげることができる。また、さらに好ましい卑金属イオンとしてリチウムイオンをあげることができる。上記卑金属イオンを挿入・脱離し得る材料としては、好ましくは、炭素材料が用いられるが、ケイ素やスズ等も用いることができる。なお、本発明において、「用いる」とは、その形成材料のみを使用する場合以外に、その形成材料と他の形成材料とを組み合わせて使用する場合も含める趣旨であり、通常、他の形成材料の使用割合は、その形成材料の５０重量％未満に設定される。
【００５９】
また、蓄電デバイス２は、上述の正極１２、電解質層１３、負極１４等のほかに、集電体１１，１５を用いることができる。集電体１１，１５は、導電性がよく安定なものであれば特に限定されないが、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属箔やメッシュ等が好ましく用いられ、さらにステンレス製の材料が好ましく用いられる。さらに負極１４が金属の場合には負極そのものが集電体を兼ねてもよい。
【００６０】
蓄電デバイス２としては、ラミネートセル、多孔質シート型、シート型、角型、円筒型、ボタン型、等の種々の形状に形成される。
【００６１】
なお、上記蓄電デバイス２の組立ては、グローブボックス中、超高純度アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００６２】
このようにして得られる蓄電デバイス２は、電気二重層キャパシタのように、重量出力密度とサイクル特性に優れるだけでなく、従来の電気二重層キャパシタの重量エネルギー密度よりも非常に高い重量エネルギー密度を有している。したがって、非接触充電方式の蓄電装置において、電気二重層キャパシタと、それとは別の、リチウムイオン二次電池等とを組み合わせる必要がなく、蓄電デバイス単独で用いるだけで、優れた蓄電装置１を得ることができる。
【００６３】
なお、上記蓄電デバイス２が、このように高容量を有する理由は、電解液量が少なくてすむカチオン移動型であるロッキングチェア型の蓄電デバイスと、出力特性が優れるアニオン移動型のリザーブ型の蓄電デバイスの、両方の優れた特性を兼ね備えていることによると考えられる。
【００６４】
＜蓄電装置について＞
そして、上記蓄電デバイス２を備えた蓄電装置１は、つぎに説明する非接触充電システムにより蓄電される。充電時には、図１に示した送電装置６から電磁エネルギーとして供給された充電電力が、その送電装置６内にある送信アンテナ５から、電磁的結合による交流電力誘起により受信アンテナ４（例えばコイルで構成されている）へ伝送される。そして変換部３が、受信アンテナ４に伝送された電力を充電するのに適した電力に変換し、この変換された電力が、蓄電デバイス２へ伝送され、蓄電デバイス２に蓄電されることとなる。
【００６５】
すなわち、非接触充電システムでは、送信アンテナ５を有する送電装置６の近くに蓄電装置１を置くことで、蓄電装置１内の受信アンテナ４と、送電装置６内の送信アンテナ５とが揃い、その結果、近接場結合を生じさせ、効率的なエネルギー伝送が可能となる。近接場内であれば、送信アンテナ５と受信アンテナ４との間で結合モードが起こりうるからである。
【００６６】
上記送信アンテナ５は電力を送信する機能を有し、一方、受信アンテナ４は送信アンテナ５から送信された電力を必要に応じて変換部３を介し、蓄電デバイスへ伝送する機能を有する。
【００６７】
そして、上記送信アンテナ５および受信アンテナ４は、「ループ」アンテナとして構成してもよく、より具体的には、複数回巻のループアンテナとして構成してもよい。このループアンテナは、「磁気」アンテナと呼ぶこともある。ループアンテナは、空芯、またはフェライト芯のような物理的な芯を含むように構成してもよい。空芯ループアンテナは、他の要素をコア領域内に置いてもよい。物理的な芯のアンテナであると、より強力な電磁場が起こりうるためより好ましい。
【００６８】
上記変換部３は、受信アンテナ４より伝送された電力を種々変換し、蓄電デバイス２へ出力する。例えば、蓄電デバイス２を充電するのに適した電力出力に変換したり、蓄電に適した電圧に制御変換したりする。なかでも、上記変換部３としては、交流電力を整流して直流電力に変換する整流機能と、電圧を制御する電圧制御機能とを有することが好ましい。
【００６９】
また、上記変換部３は、例えば、発振器、電力増幅器、フィルター、および送受信アンテナと効率的に結合するためのマッチング回路、インバータ、コンバータ、スイッチング回路等を含んでもよい。
【００７０】
上記発振器は、所望の周波数を発生させるように構成されており、この周波数は、調整信号に応じて調整されてもよい。また、上記発振器の信号は、電力増幅器が、整合信号に応じた増幅量で増幅してもよい。上記フィルターおよびマッチング回路は、高調波や他の不要な周波数をフィルターをかけて除去するために、または、電力変換モジュールのインピーダンスを送受信アンテナに整合させるために含まれていてもよい。
【００７１】
上記送電装置６は、その内部に送信アンテナ５と交流または直流の電源とを備える。この送信アンテナ５と受信アンテナ４とが充電時に電磁的結合することにより、接点なしで充電が可能となる。
【００７２】
上記のように蓄電装置１を用いたシステムとして、例えば、携帯電話、バッテリー式電気自動車等があげられる。以下順に説明する。
【００７３】
＜携帯電話＞
蓄電装置１を用いてなる携帯電話の非接触充電システムについて次に説明する。この蓄電装置１を用いた携帯電話は、外部から供給される電力を受信する受信アンテナ４と、上記受信アンテナ４に接続された蓄電デバイス２とを備えることから、つぎに説明する送電装置６（いわゆる充電装置）の上に置く等、送信アンテナ５の近接場に置くだけで、従来にはない大容量の充電が短時間でできるようになる。
【００７４】
本発明の蓄電装置１は、電磁エネルギーを媒体とする電力供給を受けることができるので、具体的な使用シーンとしては、例えば、次のようなものが想定される。
【００７５】
まず、本発明の蓄電装置１を備えた携帯電話機を携行して長期外出した場合にも特に充電装置を携行する必要がなくなる。つまり、外出先のあらゆる場所（例えば、喫茶店のテーブルや外出先のオフィスデスク、移動中の飛行機や電車等、公私に拘わらない所定の場所、位置）に前述した図示しない電磁エネルギーを供給する充電装置が備えられているので、接触端子のタイプ（型式）を全く気にすることなく電力供給を受けることが可能となる。
【００７６】
＜電気自動車＞
上記蓄電装置１を用いてなるバッテリー式電気自動車（以下、「電気自動車」と略すことがある）の非接触充電システムについて次に説明する。
【００７７】
上記電気自動車としては、移動能力の一部として、１つまたは複数の再充電可能な電気化学電池から得られた電力を含む車という意味で使われる。例えば、車の減速から得られたエネルギーと、従来のモーターとを使って車を充電する車載充電装置を含むハイブリッド型電気自動車であってもよいし、全ての移動能力を電力から取り出してもよい。
【００７８】
上記電気自動車のバッテリーは、車の他の部分に対して、無線式や非接触の蓄電装置１で構成できるので、バッテリーを非接触で充電できるだけでなく、バッテリーの取り替えが簡単にでき、信頼性、機械的摩耗、および安全性に関していくつかの利点がありうる。
【００７９】
電気自動車のための非接触充電システムでは、送信アンテナ５と交流または直流の電源とを備える非接触チャージングベース（図１での送電装置６に相当）の上に駐車することで、電気自動車の蓄電装置１内の受信アンテナ４と、チャージングベース内の送信アンテナ５とが揃い、その結果、近接場結合を生じさせ、効率的なエネルギー伝送が可能となる。近接場内にであれば、送信アンテナ５と受信アンテナ４との間で結合モードが起こりうるからである。
【００８０】
電気自動車非接触充電システムの中にある送信アンテナ５と受信アンテナ４を適切に整列させるには、電気自動車を駐車スペース内で適正に位置決めするとともに、電気自動車を駐車スペース内に位置決めした後に、アンテナ位置を微調節すること等により実現可能である。
【実施例】
【００８１】
つぎに、実施例について、比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８２】
まず、本発明の蓄電装置を作製するに際して、それに用いる蓄電デバイスを作製・準備した。
【００８３】
〔実施例用〕
（テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン粉末の製造)
イオン交換水１３８ｇを入れた３００ｍＬ容量のガラス製ビーカーに４２重量％濃度のテトラフルオロホウ酸水溶液（和光純薬工業社製  試薬特級）８４．０ｇ（０．４０２モル）を加え、磁気スターラーにて撹拌しながら、これにアニリン１０．０ｇ（０．１０７モル）を加えた。テトラフルオロホウ酸水溶液にアニリンを加えた当初、アニリンは、テトラフルオロホウ酸水溶液に油状の液滴として分散していたが、その後、数分以内に水に溶解して、均一で透明なアニリン水溶液となった。このようにして得られたアニリン水溶液を、低温恒温槽を用いて−４℃以下に冷却した。
【００８４】
つぎに、酸化剤として二酸化マンガン粉末（和光純薬工業社製  試薬１級）１１．６３ｇ（０．１３４モル）を上記アニリン水溶液中に少量ずつ加えて、ビーカー内の混合物の温度が−１℃を超えないようにした。このようにして、アニリン水溶液に酸化剤を加えることによって、アニリン水溶液は直ちに黒緑色に変化した。その後、しばらく撹拌を続けると、黒緑色の固体が生成し始めた。
【００８５】
このようにして、８０分間かけて酸化剤を加えた後、生成した反応生成物を含む反応混合物を冷却しながら、さらに１００分間撹拌した。その後、ブフナーロートと吸引瓶を用いて、得られた固体をＮｏ．２濾紙（アドバンテック社製）にて吸引濾過して、粉末を得た。この粉末を約２モル／ｄｍ3のテトラフルオロホウ酸水溶液中にて磁気スターラーを用いて撹拌、洗浄し、ついで、アセトンにて数回、撹拌、洗浄し、これを減圧濾過した。得られた粉末を室温で１０時間真空乾燥して、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン１２．５ｇを、鮮やかな緑色粉末として得た。
【００８６】
（導電性ポリアニリン粉末の電導度）
上記導電性ポリアニリン粉末１３０ｍｇを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用ＫＢｒ錠剤成形器を用い、３００ＭＰａの圧力下に１０分間真空加圧成形して、厚み７２０μｍの導電性ポリアニリンのディスクを得た。このディスクの電導度（ファン・デル・ポー法による４端子法電導度測定にて測定）は１９．５Ｓ／ｃｍであった。
【００８７】
（導電性ポリアニリン粉末を含む正極シートの製造）
ポリアクリル酸（和光純薬工業社製  重量平均分子量１００万）０．１ｇをイオン交換水３．９ｇに加え、一夜、静置して、膨潤させた。この後、超音波式ホモジナイザーを用いて１分間処理して溶解させて、２．５重量％濃度の均一で粘稠なポリアクリル酸水溶液４ｇを得た。
【００８８】
上記導電性ポリアニリン粉末０．８ｇを導電性カーボンブラック（電気化学工業社製  デンカブラック）粉末０．１ｇと混合した後、これを前記２．５重量％濃度のポリアクリル酸水溶液４ｇに加え、スパチュラでよく練った後、超音波式ホモジナイザーにて１分間分散処理を施して、流動性を有するペーストを得た。このペーストをさらに真空吸引鐘とロータリーポンプを用いて脱泡した。
【００８９】
卓上型自動塗工装置（テスター産業社製）を用い、マイクロメーター付きドクターブレード式アプリケータによって、塗布速度１０ｍｍ／秒にて、上記脱泡ペーストを電気二重層キャパシタ用エッチングアルミニウム箔（宝泉社製  ３０ＣＢ）上に塗布した。ついで、室温で４５分間放置した後、温度１００℃のホットプレート上で乾燥した。この後、真空プレス機（北川精機社製  ＫＶＨＣ）を用いて、１５ｃｍ角のステンレス板に挟んで、温度１４０℃、圧力１．４９ＭＰａで５分間プレスして、複合体シートを得た。
【００９０】
この複合体シートにおいて、ポリアクリル酸、導電性ポリアニリン粉末および導電性カーボンブラックからなる正極活物質の空隙率は５５％であった。なお、空隙率は、前述の式（１）により算出した。このとき、用いた材料の真密度は、ポリアニリンが１．２、アセチレンブラック（デンカブラック）が２．０、ポリアクリル酸が１．１８であり、これらの値を用いて材料全体の平均密度を求めた。
【００９１】
つぎに、上記複合体シートを直径１５．９５ｍｍの打ち抜き刃が据え付けられた打ち抜き治具にて円盤状に打ち抜いて正極シートとし、負極として金属リチウム（本城金属社製  コイン型金属リチウム）を用い、セパレータとして不織布（宝泉社製、空隙率６８％：ＴＦ４０−５０）を用い。これらを蓄電デバイス実験用のステンレス製ＨＳセル（宝泉社製）に組み付けた。上記正極シートとセパレータは、ＨＳセルへの組み付けの前に真空乾燥機にて１００℃で５時間、真空乾燥した。電解液には１モル／ｄｍ3濃度のテトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）のエチレンカーボネート／ジメチルカーボネート溶液（キシダ化学社製）を用いた。なお、組立ては、露点が−１００℃のグローブボックス中、超高純度アルゴンガス雰囲気下で行った。
【００９２】
上記得られた蓄電デバイス（以下、「導電性ポリマー型電池」という場合がある）を用いて下記の基準に従い、各種試験を行った。
【００９３】
＜サイクル特性＞
上記得られた導電性ポリマー型電池を、８．３Ｃという高い放電レートで５０００回まで放電した時の放電エネルギー密度を測定し、そのサイクル特性を調べた。測定は、電池充放電装置 (北斗電工社製  ＳＤ８) を用い、充電終止電圧を３．８Ｖとし、定電流充電により電圧が３．８Ｖに到達した後は、３．８Ｖの定電圧充電を電流値が定電流充電時の電流値に対して２０％の値になるまで行い、この後、放電終止電圧３．０Ｖまで定電流放電を行った。
【００９４】
その測定結果を図３に示す。図３からわかるように、この導電性ポリマー型電池は、サイクル数１０００回目でも、初期の放電エネルギー密度の８８％を維持している。そして、サイクル数５０００回目でも１００Ｗｈ／ｋｇを維持しており、従来のリチウムイオン二次電池に比べて、格段に優れたサイクル特性を有している。
【００９５】
＜放電エネルギー密度＞
また、上記得られた導電性ポリマー型電池について、充放電レートを０．２Ｃから５００Ｃまで変化させて、放電エネルギー密度を測定した。測定装置および測定条件は、上記サイクル特性と同様にした。
【００９６】
この測定結果を図４に示す。なお、得られた放電エネルギー密度は、電池重量当たりの値に換算しており、その単位は「Ｗｈ／ｋｇ」である。
【００９７】
図４からわかるように、この導電性ポリマー型電池は、電流値０．２Ｃから１００Ｃへと５００倍も変化させたにもかかわらず、放電エネルギー密度は３９９Ｗｈ／ｋｇから１６４Ｗｈ／ｋｇへと、約４１％に低下しているにとどまり、元々の容量が大きいため、１００Ｃでも１５０Ｗｈ／ｋｇ以上の高エネルギー密度を維持している。したがって、この導電性ポリマー型電池は、非常に高い放電特性を有していることがわかる。
【００９８】
＜充電効率（％）＞
また、上記と同様の測定装置と測定条件のもと、上記導電性ポリマー型電池の充電レートにおける充電効率（％）を算出し、その結果を図５に示した。図５より、この導電性ポリマー型電池は、レート特性に対して非常に高い充電効率（％）を示し、２０Ｃの充電レートにおいても、満充電に対して８０％以上の容量を示している。ちなみに、２０Ｃの充電レートにおいて満充電できるということは、１／２０時間、すなわち３分で充放電が終了するということであり、ごく短時間の、急速充放電が可能であることを示している。
【００９９】
なお、比較のために、上記導電性ポリマー型電池に代えて、同様の有効面積を持つ正極の活物質としてコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池を作製して、その充電効率を測定した。
【０１００】
上記リチウムイオン二次電池の測定結果を図５に併せて示した。この図５からわかるように、リチウムイオン二次電池は、２Ｃを超える充電レートではその充電される容量が急激に低下するため、短時間の充電はできないことがわかる。
【０１０１】
〔実施例〕
つぎに、前記得られた正極シートを用い、ラミネート状シートタイプセルの導電性ポリマー型電池（電極有効面積１０ｃｍ×１０ｃｍ、設計電力量１００ｍＷｈ／１セル）を作製し、これを実施例用電池とした。そして、この実施例用電池を用いて、実施例である蓄電装置を作製するとともに、蓄電装置に対応する送電装置を作製した。なお、送電装置内の送信アンテナと蓄電装置内の受信アンテナとの距離は５ｍｍとした。
【０１０２】
〔比較例〕
また、上記ラミネート状シートタイプセルである導電性ポリマー型電池に代えて、同様の有効面積を持つ汎用のリチウムイオン二次電池（正極：コバルト酸リチウム、負極：黒鉛、設計電力量２００ｍＷｈ／１セル）を用いた以外は、上記実施例と同様にして、比較例である蓄電装置を作製するとともに、蓄電装置に対応する送電装置を作製した。
【０１０３】
このようにして得られた実施例および比較例について、下記の基準に従い、実際に測定を行った。
【０１０４】
＜電力量および充電効率＞
上記実施例および比較例の蓄電装置において、内蔵する蓄電デバイスを一旦放電した後、送電装置上において非接触充電できる状態に置き、１０Ｗの非接触充電を３６秒間行い、０．２Ｃで放電した時の電力量（ｍＷｈ）と充電効率（％）の結果を下記表１に示した。
【０１０５】
【表１】
2015026507.tif 000003
【０１０６】
上記表１の結果より、３６秒という短時間の非接触充電においても、実施例においては、比較例と比べ、飛躍的に高い充電効率が得られた。これは、実施例に用いた導電性ポリマー型電池の優れた充電性能によるものであると考えられる。
【０１０７】
＜放電または充電特性、放電または充電抵抗値＞
上記実施例および比較例の蓄電装置において、その内蔵する蓄電デバイスのＳＯＣに対する放電または充電特性を測定するとともに、ＳＯＣに対する放電または充電抵抗値を測定した。上記放電または充電特性の結果を、図６に示すとともに、上記放電または充電抵抗値の結果を、図７に示した。
【０１０８】
図６および図７の図からも、実施例における蓄電デバイス（導電性ポリマー型電池）は、比較例における蓄電デバイス（リチウムイオン二次電池）に比べて、放電・充電抵抗値が低く、放電・充電特性に優れる結果となった。特に、図６より実施例における蓄電デバイスの充電特性はＳＯＣが５％から７０％の範囲で顕著に優れ、これが短時間の非接触充電を可能にしていると考えられる。
【０１０９】
本発明の蓄電装置は、上述のようにサイクル特性、エネルギー密度、および充電効率に優れる蓄電デバイスを備えることから、非接触充電方式において従来にはない非常に大容量の充電が短時間で可能になることが分かる。
【０１１０】
また、本発明の蓄電装置は上記のような効果が得られることから、これを用いた携帯電話および電気自動車においても、これまでのリチウムイオン二次電池を用いた場合と比べてサイクル特性、エネルギー密度、および充電効率の飛躍的向上が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、非接触急速充電が望まれる携帯電話および電気自動車の蓄電装置として広く用いることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  蓄電装置
２  蓄電デバイス
３  変換部
４  受信アンテナ
５  送信アンテナ
６  送電装置
１１  正極用集電体
１２  正極
１３  電解質層
１４  負極
１５  負極用集電体
【図１】
2015026507.tif 000004
【図２】
2015026507.tif 000005
【図３】
2015026507.tif 000006
【図４】
2015026507.tif 000007
【図５】
2015026507.tif 000008
【図６】
2015026507.tif 000009
【図７】
2015026507.tif 000010