(57)【要約】【課題】固体電解質の電気特性を測定する際の作業効率を向上させることのできる電気特性測定装置を提供すること。【解決手段】電気特性測定装置１は、第一電極１１と、第二電極１２と、筒状のホルダ２と、固体電解質４を第一電極１１および第二電極１２の間で挟持する方向に付勢する付勢手段３と、を有する。ホルダ２は、軸方向で一端側に第一端部２１を備え、軸方向で他端側に第二端部２２を備える。ホルダ２は、第一端部２１側から第一電極１１、固体電解質４、および第二電極１２をこの順番に対向させて収容する。ホルダ２は、第二端部２２側から第一端部２１側へ向かって切り込まれたスリット２４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、
第二電極と、
軸方向で一端側に第一端部を備え、軸方向で他端側に第二端部を備え、前記第一端部側から前記第一電極、固体電解質、および前記第二電極をこの順番に対向させて収容する筒状のホルダと、
前記固体電解質を前記第一電極および前記第二電極の間で挟持する方向に付勢する付勢手段と、を有し、
前記ホルダは、前記第二端部側から前記第一端部側へ向かって切り込まれたスリットを有することを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気特性測定装置において、
前記付勢手段は、弾性部材と蓋材とを有し、
前記弾性部材は、前記第二電極よりも前記第二端部側に収容され、
前記蓋材は、前記弾性部材よりも前記第二端部側に載置されて前記弾性部材を圧縮することを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気特性測定装置において、
前記第一電極は、前記固体電解質と接する第一接触面を有し、
前記第二電極は、前記固体電解質と接する第二接触面を有し、
前記第二接触面の面積は、前記第一接触面の面積よりも小さく、
前記固体電解質の面積は、前記第二接触面の面積よりも大きいことを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気特性測定装置において、
前記第一電極および前記第二電極のうち少なくともいずれかは、つまみ部を有し、
前記つまみ部は、前記ホルダの内部から前記スリットを介して外側へ突出する長さを有していることを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気特性測定装置において、
前記第一電極よりも前記第一端部側に収容されて、前記第一電極と当接する第三電極と、
前記第二電極よりも前記第二端部側に収容されて、前記第二電極と当接する第四電極と、を有していることを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電気特性測定装置において、
前記第三電極および前記第四電極のうち少なくともいずれかは、つまみ部を有し、
前記つまみ部は、前記ホルダの内部から前記スリットを介して外側へ突出する長さを有していることを特徴とする電気特性測定装置。
【請求項７】
請求項４または請求項６に記載の電気特性測定装置において、
前記つまみ部は、導電性であることを特徴とする電気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコン、タブレット型パソコン、携帯電話、スマートフォンなどの携帯端末の普及は著しい。このような携帯端末に対しては、より快適な携帯性が求められており、携帯端末の小型化、薄型化、軽量化、高性能化等が急速に進んでいる。そして、携帯端末の電源には、二次電池として、リチウム二次電池が多用されており、電池に対しても同様に、小型化、薄型化、軽量化、高性能化の要求が強まっている。
【０００３】
リチウム二次電池の性能は、電極間に保持される電解質の性能に左右されるため、より高性能な電解質の研究開発が続けられている。
従来、電解質の特性を評価するに当たっては、市販の電池評価用セルが使用されている。従来の評価用セルは、液体電解質の伝導度を測定するために作られているものが多く、例えば、セル本体内に電極等の部材や金属塩を含有する電解液を入れて、セルの外装ボディーをネジ止めして締め付けて、封止することにより組み立てられる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−００２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の評価用セルの組み立てや、電気特性の測定は、外気と遮断された状況の測定環境下、例えば、グローブボックス内部で行われる。すなわち、セル本体内に電極等の部材や電解液を入れたり、セルを封止するためにネジ止めしたりするといった細かい作業を、手にグローブを装着したままで行わなければならず、作業し難くいため、作業効率が低いという問題がある。電解質の研究開発段階においては多数の種類のサンプルを複数回にわたって測定されることが想定されるため、測定作業の効率を向上させたいという強い要望がある。
また、近年、非水系電解液を電解質としたリチウム二次電池は、液漏れやショート等の問題が生じる可能性があるため、それに代わる電解質として、例えば、ポリマーと金属塩とを含み、溶媒を含まない高分子固体電解質の研究開発が行われている。固体電解質のイオン伝導度を測定する装置は、規格等で特に定められておらず、未だに従来の評価用セルが使用されている。固体電解質の電気特性の評価用セルの作成や測定に際しても、高分子化合物が吸湿することを防ぐため、グローブボックス内部で行われる。そのため、評価用セルの組み立てに時間がかかり、作業効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、固体電解質の電気特性を測定する際の作業効率を向上させることのできる電気特性測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置は、第一電極と、第二電極と、軸方向で一端側に第一端部を備え、軸方向で他端側に第二端部を備え、前記第一端部側から前記第一電極、固体電解質、および前記第二電極をこの順番に対向させて収容する筒状のホルダと、前記固体電解質を前記第一電極および前記第二電極の間で挟持する方向に付勢する付勢手段と、を有し、前記ホルダは、前記第二端部側から前記第一端部側へ向かって切り込まれたスリットを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前記付勢手段は、弾性部材と蓋材とを有し、前記弾性部材は、前記第二電極よりも前記第二端部側に収容され、前記蓋材は、前記弾性部材よりも前記第二端部側に載置されて前記弾性部材を圧縮することが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前記第一電極は、前記固体電解質と接する第一接触面を有し、前記第二電極は、前記固体電解質と接する第二接触面を有し、前記第二接触面の面積は、前記第一接触面の面積よりも小さく、前記固体電解質の面積は、前記第二接触面の面積よりも大きいことを特徴とする電気特性測定装置。
【００１０】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前記第一電極および前記第二電極のうち少なくともいずれかは、つまみ部を有し、前記つまみ部は、前記ホルダの内部から前記スリットを介して外側へ突出する長さを有していることが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前記第一電極よりも前記第一端部側に収容されて、前記第一電極と当接する第三電極と、前記第二電極よりも前記第二端部側に収容されて、前記第二電極と当接する第四電極と、を有することが好ましい。
さらに、この態様に係る電気特性測定装置において、前記第三電極および前記第四電極のうち少なくともいずれかは、つまみ部を有し、前記つまみ部は、前記ホルダの内部から前記スリットを介して外側へ突出する長さを有していることが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前記つまみ部は、導電性であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様に係る電気特性測定装置によれば、第一電極、固体電解質および第二電極をホルダに収容したり、ホルダから取り出したりする際に、スリットを介して、固体電解質等を把持しながらホルダ内に収容したり、ホルダから取り出したりすることができる。
また、付勢手段によって、固体電解質を第一電極および第二電極の間で簡便に挟持することができる。ネジ止め等の締め付け作業を行うことなく、迅速に測定作業に移ることができる。
このように、本発明の一態様に係る電気特性測定装置によれば、測定準備、測定対象物の入れ換え、測定終了後の後片付け等を容易に行うことができるので、固体電解質の電気特性を測定する際の作業効率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前述の弾性部材と蓋材とを含む付勢手段を有していれば、第一端部側を下側にしてホルダを設置した場合に、第二端部側に蓋材が載置され、この蓋材の重みによって弾性部材が圧縮され、第二電極が、ホルダの第一端部側に向けて付勢される。そのため、ネジ止め等の締め付け作業が不要となり、測定前の準備を容易に行うことができる。また、測定後は、ネジを緩める作業も無く、蓋材を除去し、弾性部材を取り出し、固体電解質等を取り出せばよいので、測定終了後の作業も簡便に行うことができる。ゆえに、固体電解質の電気特性を測定する際の作業効率をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、第一電極の第一接触面の面積よりも、第二電極の第二接触面の面積の方が小さいという関係を満たしていれば、固体電解質の電極と対向する面積（電極対向面積）は、小さい方の第二接触面の面積によって決定される。その結果、固体電解質を入れ換えて複数回測定する場合でも、イオン伝導度を算出する際の固体電解質の電極対向面積は、毎回、第二接触面の面積で固定されて一定に保つことができるので、測定精度を向上させることができる。さらに、第二電極の第二接触面の面積の方が小さいので、電極と固体電解質との間に空気が巻き込まれ難くなり、測定精度を向上させることができる。また、第二電極の第二接触面の面積の方が小さいので、第二電極を設置する際に高に位置精度が要求されず、グローブボックス内での作業性が向上する。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、ホルダ内部からスリットを介して外側へ突出する長さのつまみ部を第一電極および第二電極のうち少なくともいずれかが有していれば、電極や固体電解質のホルダへの出し入れを、つまみ部を把持して行うことができる。それゆえ、測定準備、測定対象物の入れ換え、測定終了後の後片付け等をさらに容易に行うことができるので、測定作業の効率をさらに向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、前述の第三電極および第四電極を有していれば、固体電解質に接する第一電極および第二電極の材質を測定する固体電解質の特性に応じて適宜変更し、第三電極および第四電極は、第一電極および第二電極とは異なる導電性の材質とすることができる。そのため、電気特性測定装置のコストアップを抑制することができる。例えば、固体電解質と接する第一電極および第二電極を高価な金属で構成する場合、第一電極および第二電極は、厚みを薄くして金属使用量を少なくしてコストを抑制し、第三電極および第四電極は、比較的安価な金属で厚みを確保した形状として導電性を確保する態様等が挙げられる。
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、第三電極および第四電極のうち少なくともいずれかがつまみ部を有していれば、前述と同様、測定作業の効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る電気特性測定装置において、つまみ部が導電性であれば、つまみ部をリード電極として利用することができる。リード電極としての導電性のつまみ部は、スリット部からホルダの外側に突出しているので、例えば、当該つまみ部を介して電気特性測定装置と測定計器とを電気的に接続すればよい。そのため、簡便に電気特性の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気特性測定装置の分解斜視図である。
【図２】前記実施形態に係る電気特性測定装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について実施形態を例に挙げて説明する。本発明は実施形態の内容に限定されるものではない。
【００２１】
（電気特性測定装置）
図１には、本発明の一実施形態に係る電気特性測定装置１の分解斜視図が示されている。図２には、電気特性測定装置１の縦断面図が示されている。
本実施形態では、電気特性測定装置１にて固体電解質のイオン伝導度を測定する態様を例に挙げて説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。
電気特性測定装置１は、第一電極１１と、第二電極１２と、第三電極１３と、第四電極１４と、ホルダ２と、付勢手段３とを有する。第一電極１１と第二電極１２との間には、測定対象物である固体電解質４が配置されている。
【００２２】
ホルダ２は、円筒状の本体部２０を有し、軸方向で一端側に第一端部２１を備え、軸方向で他端側に第二端部２２を備えている。本実施形態では、第一端部２１側は、底部２３によって閉塞されており、第二端部２２側が開口している。
ホルダ２は、本体部２０の内部に電極等を収容することのできる内部空間を有している。ホルダ２には、第一端部２１側から第三電極１３、第一電極１１、固体電解質４、第二電極１２、および第四電極１４が、この順番に収容される。これら部材をホルダ２に収容する際は、底部２３を下側に向けてホルダ２を載置し、上側の第二端部２２側から順次入れていけばよい。
【００２３】
ホルダ２は、本体部２０側面に、第二端部２２側から第一端部２１側へ向かって切り込まれたスリット２４を２つ有する。なお、スリットの数は、２つに限定されず、１つであっても、３つ以上であってもよい。本実施形態では、２つのスリット２４は、互いに向き合う位置に形成されている。スリット２４の形状は、特に限定されないが、例えば、スリット２４を正面で見て、Ｕ字状、Ｖ字状、長方形状、楕円形状等である。また、２つのスリット２４の位置、形状、幅、切り込まれた深さ等は、互いに同じでも異なっていてもよい。なお、スリット２４を通じて電極や固体電解質４をホルダ２の内部に出し入れしてもよい。
【００２４】
ホルダ２の材質は、内部に収容される電極や固体電解質等と電気的絶縁性が確保されれば特に限定されない。ホルダ２の材質としては、例えば、合成樹脂、紙材、金属、木材等が挙げられる。合成樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート等）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などが挙げられる。金属としては、ステンレス、銅、アルミニウム、チタンなどが挙げられる。ホルダを金属製とする場合には、収容される電極や固体電解質４等と接触し得る部位に、絶縁処理が施された構造が採用される。
本実施形態では、ホルダ２は、化学的に安定で耐熱性、耐薬品性に優れるポリテトラフルオロエチレン樹脂製である。
【００２５】
第一電極１１および第二電極１２は、ホルダ２の内部に収容され、固体電解質４を挟持する。本実施形態では第一電極１１および第二電極１２は、円板状に形成されている。
第一電極１１は、固体電解質４と接する第一接触面１１Ａを有し、第二電極１２は、固体電解質４と接する第二接触面１２Ａを有する。本実施形態では、第二接触面１２Ａの面積は、第一接触面１１Ａの面積よりも小さい。第一接触面１１Ａおよび第二接触面１２Ａは、固体電解質４との密着性が高まるように、平滑であることが好ましい。第一接触面１１Ａの面積は、ホルダ２を軸方向で見て内周側の円の面積と等しいか、若干小さい。
【００２６】
第一電極１１および第二電極１２は、導電性を有していれば、その材質は特に限定されない。例えば、第一電極１１および第二電極１２の材質としては、ステンレス、金、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属、カーボン、導電性樹脂等が挙げられる。固体電解質４と接する第一電極１１および第二電極１２の材質は、測定する電気特性の項目に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、リチウムイオンの伝導度を測定する場合には、リチウムイオン以外のイオンをブロックする機能を有する材質の電極を選択することで、より正確な測定が可能になる。また、電気特性測定装置１にて、電子や正孔が電解質中をどの程度流れているかについても測定できる。なお、第一電極１１および第二電極１２は、全体が同じ材質で形成されていなくてもよく、第一接触面１１Ａ側および第二接触面１２Ａ側に、所望の材質の層が成膜された構成であってもよい。例えば、ステンレス製の電極表面に金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）をスパッタリング法で成膜し、金や白金のコーティング膜の表面を、第一接触面１１Ａおよび第二接触面１２Ａとする構成でもよい。
【００２７】
第三電極１３および第四電極１４は、ホルダ２の内部に収容され、第一電極１１、固体電解質４および第二電極１２を挟持する。
第三電極１３は、第一電極１１よりも第一端部２１側に収容され、第一電極１１と当接する。第四電極１４は、第二電極１２よりも第二端部２２側に収容されて、第二電極１２と当接する。
本実施形態では、第三電極１３は、第一電極１１よりも厚さが大きい円柱状に形成され、第四電極１４は、第二電極１２よりも厚さが大きい円柱状に形成されている。第三電極１３や第四電極１４は、例えば、第一電極１１や第二電極１２の厚さが薄く、リード電極が取り付け難い場合に、リード電極を取り付けしやすくするために用いられる。第三電極１３および第四電極１４を軸方向で見た円の面積は、円筒状のホルダ２に収容可能な大きさであれば特に限定されないが、第一電極１１の第一接触面１１Ａと略等しい。
【００２８】
第三電極１３は、つまみ部１３Ａを有し、第四電極１４は、つまみ部１４Ａを有する。つまみ部１３Ａは、円柱状の第三電極１３の側面から突出し、つまみ部１４Ａは、円柱状の第四電極１４の側面から突出している。つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａは、それぞれ、第三電極１３および第四電極１４がホルダ２に収容された際に、スリット２４を介してホルダ２の外側まで突出し得る長さを有している。また、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａは、スリット２４に沿って移動可能な形状であれば特に限定されない。つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａの形状としては、例えば、棒状、板状等が挙げられ、本実施形態では、棒状である。なお、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａの形状に合わせて、スリット２４の幅や深さ等の形状が設定されていてもよい。つまみ部１３Ａは、第三電極１３に着脱可能に取り付けられ、つまみ部１４Ａは、第四電極１４に着脱可能に取り付けられる。つまみ部に着脱可能に取り付ける態様としては、例えば、第三電極１３または第四電極１４にネジ穴を設けておき、つまみ部を１３Ａまたはつまみ部１４Ａにネジ部を設け、当該ネジ穴に当該ネジ部を螺合させる態様が挙げられる。また、つまみ部を１３Ａまたはつまみ部１４Ａをネジそのものとし、当該ネジ穴に螺合させる態様としてもよい。
なお、つまみ部１３Ａは、第三電極１３に一体形成されていてもよいし、つまみ部１４Ａは、第四電極１４に一体形成されていてもよい。
【００２９】
第三電極１３および第四電極１４は、導電性を有していれば、その材質は特に限定されない。例えば、第三電極１３および第四電極１４の材質としては、第一電極１１および第二電極１２の説明において例示した材質が挙げられる。第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３および第四電極１４の材質は、互いに同一でも異なっていてもよい。
つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａの材質は、特に限定されないが、例えば、合成樹脂や金属等が挙げられる。つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａは、金属製であることが好ましい。また、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａが金属製である場合、第三電極１３とつまみ部１３Ａとが電気的に導通可能に形成されていることが好ましく、第四電極１４とつまみ部１４Ａとが電気的に導通可能に形成されていることが好ましい。この場合、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａがリード電極として機能し得る。
【００３０】
固体電解質４は、所定の厚みを有する膜状に形成されている。本実施形態では、固体電解質４は、円筒状のホルダ２に収容可能な円形状であり、固体電解質４の面積は、第二電極１２の第二接触面１２Ａの面積よりも大きい。
固体電解質４は、高分子化合物と金属塩とを含む高分子固体電解質である。固体電解質４に含有される高分子化合物は、質量平均分子量が１０万以上であることが好ましく、質量平均分子量が１０万以上１００万以下であることがより好ましい。
質量平均分子量１０万以上の高分子化合物として、具体的には、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーが例示される。
前記金属塩としては、非水電解質二次電池や活物質の種類に応じて公知のものが利用できる。例えば、リチウム塩、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩や、マグネシウム塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩を挙げることができる。これらの中でも、エネルギー密度が高いことから、リチウム塩がより好ましい。
固体電解質中で金属塩は、アルカリ金属等の陽イオンおよび当該陽イオンの対イオンとして存在し得る。金属塩がリチウム塩であれば、リチウムイオンが高分子化合物を介して輸送される。
【００３１】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＩ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯＯ、ＬｉＮＯ３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＢ（Ｃ２Ｈ５）４、ＬｉＣＨ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）Ｎ、Ｌｉ［（ＣＯ２）２］２Ｂ等を挙げることができる。
【００３２】
付勢手段３は、固体電解質４を第一電極１１および第二電極１２の間で挟持する方向に付勢する。本実施形態では、付勢手段３は、ホルダ２に収容されている第二電極１２を、第二端部２２側から第一端部２１側に向けて付勢する。ホルダ２の第一端部２１側は、底部２３によって閉塞されているため、第二端部２２側からの一方向の付勢により、固体電解質４が挟持される。付勢手段３は、ネジ止め等による締め付けを行うことなく付勢可能である。
【００３３】
付勢手段３は、弾性部材３１と蓋材３２とを有する。
弾性部材３１は、第四電極１４よりも第二端部２２側に収容される。弾性部材３１としては、特に限定されないが、例えば、コイルバネ、皿バネ、板バネ等が挙げられ、その材質としては、例えば、金属、ゴム、エラストマ―等の弾性材等が挙げられ、導電性を有していることが好ましい。本実施形態では、弾性部材３１として、金属製のコイルバネが用いられている。
蓋材３２は、弾性部材３１よりも第二端部２２側に載置されて弾性部材３１を圧縮する。具体的には、本実施形態では、底部２３を下側に向けてホルダ２を載置し、底部２３側から第三電極１３、第一電極１１、固体電解質４、第二電極１２、第四電極１４および弾性部材３１がこの順番で収容される。そして、第二端部２２側に載置された蓋材３２の重みによって弾性部材３１が圧縮されて、前述のとおり付勢される。蓋材３２の材質は、特に限定されないが、弾性部材３１を圧縮し得る程度の重量を有していればよい。蓋材３２は、導電性を有していることが好ましい。本実施形態では、蓋材３２は、金属製であり、金属製のコイルバネのバネ定数に応じた重量を有する。
【００３４】
（電気特性測定方法）
次に、本実施形態に係る電気特性測定方法について説明する。
本実施形態では、電気特性測定装置１を用いて固体電解質４のイオン伝導度を測定する。測定およびその準備は、グローブボックス内で行われるため、ホルダ２や電極等は、グローブを装着した手で取り扱われる。グローブボックス内は、所定の湿度および温度条件下に制御される。
底部２３を下側に向けてホルダ２を載置し、底部２３側から第三電極１３、第一電極１１、固体電解質４、第二電極１２、第四電極１４および弾性部材３１をこの順番で収容する。第三電極１３や第四電極１４を収容させるときは、スリット２４に沿って、つまみ部１３Ａやつまみ部１４Ａを把持しながら収容する。なお、予め第三電極１３に第一電極１１、固体電解質４および第二電極１２を積層させた状態で、つまみ部１３Ａを把持しながらホルダ２に収容してもよい。または第一電極１１、固体電解質４および第二電極１２をそれぞれピンセット等で把持しながら収容してもよい。
その後、第四電極１４の上に弾性部材３１を載せる。このとき、弾性部材３１の一部は、ホルダ２の第二端部２２側からはみ出している。蓋材３２を第二端部２２側に載置することで、弾性部材３１を圧縮させ、第二端部２２側から第一端部２１側に向けて付勢する。
本実施形態では、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａをリード電極として利用し、リード電極を介して、電気特性測定装置１と、測定計器としてのインピーダンス測定装置とを電気的に接続する。インピーダンス測定装置は、固体電解質４のインピーダンスを測定し、測定結果に基づいて固体電解質４の抵抗値を決定する。得られた抵抗値、固体電解質４の厚み、および電極対向面積に基づいてイオン伝導度を算出する。
測定終了後は、蓋材３２および弾性部材３１を取り外し、第四電極１４のつまみ部１４Ａを把持しながら取り出し、第三電極１３の上に第一電極１１、固体電解質４および第二電極１２を積層させたまま、つまみ部１３Ａを把持しながら取り出してもよい。
【００３５】
（本実施形態の効果）
本実施形態に係る電気特性測定装置１によれば、スリット２４を介して、ホルダ２に収容される収容物（第一電極１１等の各電極や、固体電解質４）を把持しながら、ホルダ２に収容したり、ホルダ２から出したりすることができる。また、当該収容物をホルダ２に収容した後に、付勢手段３を用いることで、固体電解質４を第一電極１１および第二電極１２の間で簡便に挟持することができる。ネジ止め等の締め付け作業を行うことなく、固体電解質４を電極間で挟持することができ、迅速に測定作業に移ることができる。したがって、電気特性測定装置１によれば、測定準備、測定対象物の入れ換え、測定終了後の後片付け等を容易に行うことができるので、固体電解質４の電気特性を測定する際の作業効率を向上させることができる。
【００３６】
電気特性測定装置１によれば、固体電解質４を電極間で挟持する構成なので、固体電解質４に加わる負荷を少なくすることができ、固体電解質４の破壊を防止できる。ゆえに、電気特性測定装置１によれば、固体電解質４のイオン伝導度をより正確に測定することができる。
【００３７】
また、電気特性測定装置１において、付勢手段３は、前述の弾性部材３１と蓋材３２とで構成される。このような付勢手段３によれば、蓋材３２の重みによって弾性部材３１が圧縮され、第二電極１２が、ホルダ２の第一端部２１（底部２３）側に向けて付勢される。そのため、ネジ止め等の締め付け作業が不要で、測定前の準備を容易に行うことができる。
また、測定後は、ネジを緩める作業も無く、蓋材３２を除去し、弾性部材３１を取り出し、前述と同様、固体電解質４等の収容物を取り出せばよいので、測定後の作業も簡便に行うことができる。ゆえに、固体電解質４の電気特性を測定する際の作業効率をさらに向上させることができる。
【００３８】
また、電気特性測定装置１において、第一電極１１の第一接触面１１Ａの面積よりも、第二電極１２の第二接触面１２Ａの面積の方が小さいという関係を満たしている。そのため、固体電解質４の電極対向面積は、第二接触面１２Ａの面積によって決定される。そのため、固体電解質４を入れ換えて複数回測定する場合でも、イオン伝導度を算出する際の固体電解質４の電極対向面積は、毎回、第二接触面１２Ａの面積で固定されて一定に保つことができるため、測定精度を向上させることができる。さらに、第二電極１２の第二接触面１２Ａの面積の方が小さいので、第二電極１２と固体電解質４との間に空気が巻き込まれ難くなり、測定精度を向上させることができる。また、第二電極１２の第二接触面１２Ａの面積の方が小さいので、第二電極１２を設置する際に高に位置精度が要求されず、グローブボックス内での作業性が向上する。
【００３９】
また、電気特性測定装置１において、第三電極１３のつまみ部１３Ａおよび第四電極１４のつまみ部１４Ａは、スリット２４を介してホルダ内部から外側へ突出しており、スリット２４に沿って移動可能な形状を有する。そのため、ホルダ２への固体電解質４等の収容物の出し入れを、つまみ部１３Ａやつまみ部１４Ａを把持して行うことができる。それゆえ、測定準備、測定対象物の入れ換え、測定終了後の後片付け等をさらに容易に行うことができるので、測定作業の効率をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、電気特性測定装置１において、つまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａが導電性であるので、リード電極として利用することができる。リード電極としてのつまみ部１３Ａおよびつまみ部１４Ａは、スリット２４からホルダ２の外側に突出しているので、例えば、電気特性測定装置１とインピーダンス測定装置とを、当該つまみ部を介して電気的に接続すればよい。このように電気特性測定装置１と他の装置との電気的接続が容易になるため、測定作業の効率をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、電気特性測定装置１において、弾性部材３１および蓋材３２が金属製であって、導電性を有している。そのため、第四電極１４と弾性部材３１とが接触し、弾性部材３１と蓋材３２とが接触し、第二電極１２から蓋材３２までが電気的に導通可能な状態で、ホルダ２にセットされていることが好ましい。この場合、蓋材３２を第二電極１２側のリード電極として利用することができるため、インピーダンス測定装置との電気的接続が容易になる。ゆえに、測定作業の効率をさらに向上させることができる。
【００４２】
また、電気特性測定装置１は、簡易な構成であるため、装置コストを低減することができる。コストの低い電気特性測定装置１を複数台使用して、複数のサンプルについて並行して測定を行えば、サンプル数が多い場合でも、測定結果を迅速に得ることができる。
【００４３】
電気特性測定装置１を使用すれば、グローブボックス内部で手にグローブを装着したまま固体電解質４の測定作業を行う場合において、効率化という効果が顕著に得られる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００４５】
前記実施形態においては、ホルダ２が円筒状である場合を例に挙げて説明したが、本発明において、ホルダの形状は円筒状に限定されない。例えば、角筒のように、ホルダを軸方向で見た際の形状が、正方形や長方形などの矩形状や三角形、五角形、六角形などの多角形状であってもよいし、その他にも、例えば、楕円形状、不定形状等であってもよい。
また、前記実施形態においては、ホルダ２の第一端部２１側が底部２３によって閉塞されている態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、第一端部２１側も開口していて、第一端部２１側および第二端部２２側の両側から付勢手段によって付勢して、固体電解質４を挟持する構成としてもよい。また、第一端部２１側が開口したホルダを測定台に載置し、当該測定台をホルダ２の底部としてもよい。
【００４６】
前記実施形態においては、第三電極１３および第四電極１４を用いる態様を例に挙げて説明したが、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、第三電極１３および第四電極１４を用いずに、第一電極１１および第二電極１２によって固体電解質４を挟持する態様であってもよい。この場合、第一電極１１および第二電極１２が、それぞれ前述のようなつまみ部を有していることが好ましく、当該つまみ部が導電性であって、第一電極１１および第二電極１２と電気的に導通可能に形成されていることがより好ましい。
【００４７】
また、第一電極１１は第一つまみ部を有し、第二電極１２が第二つまみ部を有し、第三電極１３が第三つまみ部を有し、第四電極１４が第四つまみ部を有する態様としてもよい。これら第一から第四までのつまみ部も前記実施形態の説明と同様の構成とすることができる。
また、各電極に設けられるつまみ部の数も一つに限定されず、一つの電極に二つ以上設けられていてもよい。例えば、一つの電極が、２つのスリット２４の位置に対応して２つのつまみ部を有していれば、２つのつまみ部を把持しながら電極をホルダ２に収容させたり、ホルダ２から取り出したりすることができるので、作業効率が向上する。
【００４８】
前記実施形態において、電極がつまみ部を有する態様を例に挙げて説明したが、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、各電極がつまみ部を備えていなくてもよい。この場合、ホルダにはスリットが形成されているので、ピンセット等の把持手段で各電極や固体電解質を把持したまま、ホルダに収容することができる。測定終了後もスリットを介してホルダ内部の電極等を把持して、ホルダから取り出すことができる。スリットを有さない筒状のホルダでは、電極等を把持したまま、ホルダ内部へ収容したり、ホルダから取り出したりする作業を行い難く、例えば、収容作業中に固体電解質を損傷させるおそれがある。
【００４９】
電気特性測定装置は、さらに、加熱ヒーターや冷却装置等の温度制御手段を備えていてもよい。この温度制御手段により、電気特性測定装置のホルダに収容された固体電解質の温度制御が可能となり、電気特性の温度依存性を測定できる。
【００５０】
また、電気特性測定方法は、前記実施形態で説明した方法に限定されない。第二端部側から第一端部側へ向かって切り込まれたスリットを有する筒状のホルダに、第一電極、固体電解質、および第二電極をこの順番で収容する工程と、固体電解質を第一電極および前記第二電極の間で挟持する方向に付勢する工程と、固体電解質の電気特性を測定する工程とを有していればよい。
【実施例】
【００５１】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５２】
（固体電解質の作製例）
シグマアルドリッチ株式会社より購入した質量平均分子量６００，０００のポリエチレンオキシドと、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド（Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ）とを、質量比で１０：５となるようにアセトニトリルに溶解させた。この溶液を、ポリテトラフルオロエチレン樹脂製シャーレの上にキャスト成膜した。成膜後、露点が−６０℃以下に制御されたアルゴン雰囲気下で２４時間静置した。その後、８０℃、減圧下で２４時間静置して溶媒を除去し、高分子固体電解質膜を得た。
【００５３】
（実施例１）
前記実施形態で説明した電気特性測定装置１を用いて、前述の作製例で得た高分子固体電解質膜のイオン伝導度を測定した。イオン伝導度の測定および準備は、露点−６０℃以下に制御されたグローブボックス内において行った。
高分子固体電解質膜は、直径１６ｍｍの円形状に切り抜いてから使用した。第一電極および第二電極は、白金製の円板状電極を用いた。第一電極の直径は、２０ｍｍであり、第二電極の直径は、１０ｍｍであった。ポリテトラフルオロエチレン樹脂製の円筒状のホルダの底部側から、ステンレス製の第三電極、第一電極、高分子固体電解質膜、第二電極、ステンレス製の第四電極、および金属製のコイルばねをこの順番で収容した。ステンレス製の蓋材をホルダの開口側に載置してコイルばねを圧縮させ、第一電極および第二電極の間で高分子固体電解質膜を挟持する方向に付勢した。このようにして、高分子固体電解質膜と電極とを密着させた。
インピーダンス測定は、電極間に交流（印加電圧は５０ｍＶ）を印加して抵抗成分を測定する交流インピーダンス法を用いた。得られたコール・コールプロットの実数インピーダンス切片の値に基づいてイオン伝導度を算出した。測定環境は、２５℃および６０℃とした。
抵抗値は、Ａｓ−５１０−ＥＣＡ装置（株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）で測定した。
【００５４】
イオン伝導度σは、次の式（１）により求めた。
σ＝Ｌ／（Ｒ×Ａ）    …（１）
前記式（１）中、σはイオン伝導度（単位はＳ／ｃｍ）であり、Ｒは抵抗（単位はΩ）であり、Ａは高分子固体電解質膜の測定時の電極対向面積（単位はｃｍ２）であり、Ｌは電極間距離（単位はｃｍ）である。なお、高分子固体電解質膜の電極対向面積Ａは、第二電極の第二接触面の面積として算出した。
【００５５】
（比較例１）
簡易型評価セル（東洋システム株式会社製）を用いて、前述の作製例で得た高分子固体電解質膜のイオン伝導度を測定した。イオン伝導度の測定および準備は、露点−６０℃以下に制御されたグローブボックス内において行った。
直径１６ｍｍの円形状に切り抜かれた高分子固体電解質膜を、直径１５ｍｍの円板状の白金製電極で挟持して簡易型評価セルにセットし、セルの外装ボディーをネジ止めして締め付けた。その他の点は、実施例１と同様にしてインピーダンス測定を行った。
【００５６】
実施例１のイオン伝導度の測定結果は、２５℃では、３．３６×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であり、６０℃では、６．６２×１０-４［Ｓ／ｃｍ］であった。
比較例１のイオン伝導度の測定結果は、２５℃では、３．２４×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であり、６０℃では、６．５５×１０−４［Ｓ／ｃｍ］であった。
このように、本発明の一態様にかかる電気特性測定装置を用いて測定した実施例１のイオン伝導度は、従来の評価用セルと同等の測定精度であることが分かった。
さらに、グローブボックス内で行われたイオン伝導度の測定および準備の作業効率は、比較例１よりも実施例１の方が顕著に優れていた。比較例１では、グローブを手に装着した状態で、ネジの締め付け等の細かい作業が必要であったため、測定および準備に手間が掛かり、作業効率が低かった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、固体電解質の電気特性測定装置として利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…電気特性測定装置、１１…第一電極、１Ａ…第一接触面、１２…第二電極、１２Ａ…第二接触面、１３…第三電極、１３Ａ…つまみ部、１４…第四電極、１４Ａ…つまみ部、２…ホルダ、２１…第一端部、２２…第二端部、２４…スリット、３…付勢手段、３１…弾性部材、３２…蓋材、４…固体電解質。
【図１】
2015172546.tif 000003
【図２】
2015172546.tif 000004