(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）放電されているときに黒鉛からなり、充電されているときに臭化炭素からなる組成を有する正極と、
（ｂ）放電されているときに黒鉛からなり、充電されているときに炭化リチウムからなる組成を有する負極と、
（ｃ）ラクトンの群から選択される溶媒に溶解された臭化リチウム溶液を含む電解質と、を含み、
前記電解質中には黒鉛粉末の層が浸漬され、前記正極のみが前記黒鉛粉末の層中に延伸している、蓄電池。
【請求項２】
前記電解質がγ−ブチロラクトンを含有する、請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記電解質がγ−バレロラクトンを含有する、請求項１に記載の蓄電池。
【請求項４】
前記電解質がδ−バレロラクトンを含有する、請求項１に記載の蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その特有の電気化学によって特徴づけられる新規のタイプの蓄電池に関する。正および負の両電極は、黒鉛から製作される。電解質には、臭化リチウムの有機溶液が含まれる。溶媒は、ラクトンの群から選択される。電池を充電すると、カーボン臭素化合物が正極で形成され、そして、リチウム炭素化合物が負極で形成される。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代初期において最初に商業化されて、リチウムイオン電池は、現在至る所にある。それらは、携帯電話からラップトップ・コンピュータ、電気自動車に至るまですべてに電力を供給する。この新型の電池の急成長は、より高いエネルギー密度、比較的高い電池電圧、およびより長い充電保持または寿命を含むいくつかの利点によって拍車が掛かった。
【０００３】
リチウムイオン電池の多くのバリエーションがあるが、しかし、それらの全ては同じ基礎化学に依存している。正極はコバルト酸リチウムなどの挿入化合物でできており、そして、負電極は一般的にリチウム黒鉛である。電解質は、例えばプロピレンカーボネートのような非プロトン性有機溶剤に溶解されるリチウム・リン・フッ化物などのリチウム塩の溶液である。電池の動作の間、それが繰り返し充電および放電を行われるにつれて、リチウムイオンは前後に正および負の電極の間を往復する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン電池による成功にもかかわらず、これらの電池には、多くの欠点がある。一例として、それらは、放電または電力が低率であることである。第２に、それらは、限られたサイクル寿命を有する。そして最後に、それらは、それらの構成要素の引火性のため、安全性の課題を示していた。見過ごせないのは、リチウムイオン電池の相対的に高いコストが、新規な使用へのそれらの需要を遅らせている。
【０００５】
これらおよびその他の理由のために、改良された二次電池を見出す切実な必要性がある。理想的な電池は、リチウムイオン電池の最高の特徴を保持するが、その不利な点を回避するかまたは最小化する。従って、電池技術でこの種の改良を提供することが、本発明の目的である。本発明のこれらのおよびその他の目的、特徴および利点は、以下の記載および添付の図から認識されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
蓄電池は、黒鉛の正極およびまた、黒鉛の負電極から製作される。電解質は、ラクトンの群から選択される溶媒に臭化リチウムを溶かすことによって調製される。ラクトンは、ブチロラクトンおよびバレロラクトンを含有する。
【０００７】
電池の充電中、臭素イオンは、カーボン臭素化合物を形成する正極に引きつけられる。同時に、リチウムイオンは、リチウム炭素化合物を生産するために、負電極に移動する。当該プロセスは、電池の放電に際し逆転する。
【０００８】
さまざまな共溶媒は、電解質に使用され得る。これらは、アセトンおよびジエチルエーテルを含有する。電極の構成は、固定していない。それらが、電極表面積を最大にするために、シート、繊維または粒子の形態であり得る。必要に応じて、セパレータは、電気的にそれらを分離するために、正と負との電極の間に使用され得る。
【０００９】
任意に、負極はケイ素から製作され得る。
【００１０】
本願明細書における記載は、添付の図面に言及し、ここで、参照数字の如きがいくつかの図の全体にわたる部品の如きに関連する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明によってカバーされるバッテリーの原型の略図的表現である。電池の原理的構成成分が図に描かれている。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の臭化リチウム電池は、その顕著な性能につながるユニークな特徴を含む。正極は黒鉛で製作される、そして、負極の両方とも黒鉛、またはケイ素で製作される。電池の動作の間、これらの電極は、複合体を形成する。両方の電極が黒鉛であるときに、電池を充電する際の正極は臭化炭素化合物を形成する。これらの反応は、以下の式で説明される。
（１）Ｃ＋Ｂ-       →      Ｃ＋ｅ-
および負極において
（２）Ｃ + Ｌｉ＋＋ｅ-          ＬｉＣ
式１および２を組合せると、全体の動作に対して以下の表現が得られる：
（３）２Ｃ＋Ｂｒ- ＋Ｌｉ＋      →      ＣＢｒ＋Ｌｉ
放電の際には、これらの反応は逆転する。 
【００１３】
実際は、臭素およびリチウムと形成された黒鉛化合物は、上記の式と構成において異なり得る。例えば、黒鉛は、リチウムと反応し、炭化リチウム、ＬｉＣ６化合物を与える。また、臭素蒸気にさらされるときに、黒鉛は臭化炭素、Ｃ８Ｂｒ化合物を形成する。
【００１４】
電解質の組成は、電池の成功にきわめて重大である。挑戦は、臭化リチウムの溶媒を見つけることである。この溶媒は、リチウムとのその低い反応性によって特徴づけられる非プロトン性有機化合物である。さらなる要求は、溶媒が良好なイオン伝導率を提供するということである。電池への広い応用に適合するために、溶媒は、低融点および高沸点を有することを必要とする。加えて、溶媒は、電池の他の構成要素と互換性を持たなければならない。
【００１５】
溶媒のこれらの、およびその他の利点は、ラクトンを含む化合物の特定の分類で見出された。それらの環状構造が５または６員環を含むという点で、これらの化合物は独特である。環式化合物が安定であるので、それらの形成が促進されるからである。
【００１６】
臭化リチウムのラクトンによる溶媒和の機構は、以下のように説明される。
【数１】
0006275871.tif 000002
式中、ラクトンはブチロラクトンである。
【００１７】
ラクトンの物理定数は、非常に有利である。γ−ブチロラクトンが―４５℃の融点および２０４℃〜２０５℃の沸点を有する。γ―バレロラクトンが３１℃で溶融し、２０７〜２０８℃で沸騰する。最後に、δ―バレロラクトンは、−１３〜−１２℃の融点を有し、２２６〜２２９℃で沸騰する。
【００１８】
さまざまな共溶媒が、電解質の調製において用いられ得る。例えば、臭化リチウムは、アセトニトリルと同様にアセトンに溶解することが報告されている。これらの塩も、ジエチルエーテルに限られた溶解性を有する。共溶媒を使用する利点は、いくつもある。液範囲は、拡大され得る。また、粘度は低下することができ、イオン移動度を改良する。
【００１９】
本発明の臭化リチウム電池の設計は、フレキシブルにできる。両方の電極は、黒鉛から製作され得る。これらの電極は、いかなる形状も取り得る。加えて、粒状であるか粉末状の黒鉛が用いられ得る。１つの可能な構成は、双極電池である。
【００２０】
本発明によって包含される電池の原型は、図１に示される。単電池を含み、電池は、黒鉛粉２の層を保持し、電解質３で充填される容器１から製作される。黒鉛４の正極は、電池の一番下まで伸び、黒鉛粉と接触する。黒鉛５の負電極は、電解質に浸漬される。電気リードは、２本の電極に接続される。
【００２１】
本発明の電池の潜在的な応用は、多種多様である。リチウムは、高エネルギー内容物および電池の主要な構成要素を有する；例えば、黒鉛電極は軽く、このように、電池をモバイルか携帯可能の使用に提供する。電池の電力は例外的であり、それは急速に再充電され得る。これらの属性およびその他は、電池に競争力のある利点にを確実にする。
【実施例】
【００２２】
２５ｍｍ直径×長さ１５０ｍｍのガラス試験管が、電池のために使用された。試験管の下半分は、黒鉛粉、合成導電銘柄、―２００メッシュパスで被覆された。電池は、７．６グラムの臭化リチウムを５０ｍｌのγ−バレロラクトンに溶解して調製される電解質で満たされた。両方の電極は、０．２５インチ直径×６インチ長の黒鉛ロッドであった。正極は、黒鉛粉の層に、管の下まで伸ばした。負電極は、電解質だけとの接触を有した。０．１２アンペアの電流で１５．０ボルトにおいて電池に充電した後に、実験的な電池は、３．４１ボルトのオープン回路電位を達成した。
【００２３】
本発明は、現在最も実際的なおよび好適な実施例であると考慮されることと関連して記載される一方で、本発明は開示された実施例に限定されず、他方で、添付の請求の範囲は、請求の範囲が法律によって許容されるように、すべてのこの種の変更態様および等価な構造体を含むために最も幅広い解釈を与えられるためにそうである範囲内に含まれる、種々の変更態様および等価な装置をカバーすることを目的とすることを理解すべきである。
【図１】
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