特開 2024-58225 二次電池、及び飛行体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058225

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】二次電池、及び飛行体

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/052 20100101AFI20240418BHJP

   H01M 4/525 20100101ALI20240418BHJP

   H01M 4/505 20100101ALI20240418BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240418BHJP

   B64D 27/24 20240101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

H01M10/052

H01M4/525

H01M4/505

B64C39/02

B64D27/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165451

(22)【出願日】2022-10-14

(71)【出願人】

【識別番号】521157432

【氏名又は名称】ＯＲＬＩＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117226

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 正春

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 喜美雄

【テーマコード（参考）】

5H029

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H029AJ03

5H029AK01

5H029AK03

5H029AL02

5H029AL03

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL08

5H029AL11

5H029AM02

5H029AM03

5H029AM04

5H029AM07

5H029HJ19

5H050AA08

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA01

5H050CA08

5H050CA09

5H050CB02

5H050CB03

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB09

5H050CB11

5H050HA19

(57)【要約】

【課題】エネルギー密度が大きい二次電池、およびエネルギー密度の大きな二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置と、を備える、飛行体を提供する。
【解決手段】少なくとも正極、負極、及び電解質を構成要素とする二次電池において、前記負極の単位面積当たりの容量と、前記正極の単位面積当たりの容量の比（ＡＣ比）が０．３以下であることを特徴とする二次電池により上記課題を解決する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも正極、負極、及び電解質を構成要素とする二次電池において、
前記負極の単位面積当たりの容量と、前記正極の単位面積当たりの容量の比（ＡＣ比）が０．３以下である、ことを特徴とする二次電池。

【請求項2】

前記正極を構成する正極活物質がリチウム含有化合物を含む、請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記リチウム含有化合物が、リチウム含有遷移金属酸化物である、請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池と、前記二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置と、を備える、飛行体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池、及び飛行体に関する。さらに詳しくは、本発明は、少なくとも正極、負極、及び電解質を構成要素とする二次電池において、前記負極の単位面積当たりの容量と、前記正極の単位面積当たりの容量の比（ＡＣ比）が０．３以下であることを特徴とする二次電池、及び、前記二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置とを備える、飛行体に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電子機器や電気自動車等の市場の拡大とともに、これらに用いられる電池には高エネルギー密度が要求されている。そしてこれまでに、リチウム等のアルカリ金属イオンを荷電担体として、その電荷授受に伴う電気化学反応を利用した二次電池が開発されている。特に、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が大きいために、広く普及している。

【0003】

リチウムイオン二次電池では正極活物質としてリチウム含有遷移金属酸化物が用いられ、負極活物質には黒鉛が用いられている。充放電は、これら正負極活物質に対するリチウムイオンの挿入反応、および脱離反応を利用して行われている。しかしながら、よりいっそうの高エネルギー密度化を実現する新しい技術の開発が求められている。

【0004】

こうした要求に対し、負極の高容量密度化や不可逆容量の低減などが検討されている。例えば特許文献１には、多数の電子が反応可能で黒鉛の２倍以上の理論容量をもつＳｉやＳｉ化合物をリチウム吸蔵層とする負極からなる二次電池が開示されている。特許文献２には、リチウムを吸蔵、放出可能な材料を主体とした電極層にリチウムを主体とした金属箔を張付して不可逆容量を補償した負極からなる二次電池が開示されている。

【0005】

一般にリチウムイオン電池は、リチウム含有遷移金属酸化物を正極活物質、黒鉛を負極活物質とし、それら含む電極層を対向させて作製される。このとき、単位面積当たりの負極の設計容量と正極の設計容量との比、すなわちＡＣ比は１以上とされることが多く、１以下では充電時にリチウムがイオンの形で吸蔵される量を超えるために金属リウムが析出し、短絡の原因となる。一方、ＡＣ比が大きすぎると負極の容量に比例する不可逆容量の割合が大きくなって実質的な容量が低下するため、ＡＣ比は１～１．２の範囲で選択される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－８７２５１号公報

【特許文献2】特開２０００－１８２６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１では高容量のＳｉを活物質としているが、その不可逆容量は黒鉛よりも大きく、実質的な容量増加はほとんどなかった。また、特許文献２ではリチウムを負極上に配置して不可逆容量として失われる容量を補償しているが、その効果は小さく容量はほとんど改善されなかった。また、例えばドローンなどの飛行体では飛行時間が十分ではなく、求められる作業ができないこともあった。このように、高エネルギー密度の二次電池は未だ見出されていないのが現状であった。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エネルギー密度が大きい二次電池、およびエネルギー密度が大きな二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置と、を備える、飛行体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第一の様態においては二次電池が提供される。本発明に係る二次電池は、少なくとも正極、負極、及び電解質を構成要素とし、ＡＣ比が０．３以下であることを特徴としている。

【0010】

本発明に係る二次電池において、前記正極を構成する正極活物質が発明の効果の点からリチウム含有化合物であることが好ましく、特にリチウム含有遷移金属酸化物であることが好ましい。

【0011】

本発明の第２の態様においては飛行体が提供される。本発明に係る飛行体は、例えば、第１の態様に係る二次電池を備える。本発明に係る飛行体は、例えば、二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、少なくとも正極、負極、及び電解質を構成要素とする二次電池において、ＡＣが０．３以下であることにより、負極に起因する不可逆容量が低減し、エネルギー密度が大きく放電電圧の変化が小さい二次電池を得ることができる。また、本発明の二次電池に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させることにより、飛行時間の長い飛行体を得ることができる。

【0013】

本発明を実施することにより、例えば事故を起こした原子力発電所の核燃料デブリの調査などでは、できるだけ離れた場所からの長時間の飛行が可能となる。また、このような用途では放射能汚染の蓄積などにより充放電サイクル数が大きくならないうちに、電池を廃棄することも多く、充放電サイクル寿命が短い本発明の二次電池に適している。

【0014】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る二次電池の一例を示す断面図である。

【図2】実施例１で作製した二次電池の充放電過程における電圧の変化を示すグラフである。

【図3】飛行体のシステム構成の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、特許請求に範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。

【0017】

［二次電池］
本発明に係る二次電池は、少なくとも正極、負極及び電解質を有し、ＡＣ比が０．３以下であることに特徴がある。二次電池の形態は特に限定されないが、図１の例はコイン型の二次電池である。この例の場合は、正極４、負極６及び電解質１０を有するとともに、正極ケース２、負極ケース３、ガスケット９、セパレーター５、金属製ばね８で構成されている。

【0018】

（構造要素）
正極ケース２は、正極４の外装部材として設けられており、正極集電体としての役割がある。正極ケース２の底部中央には、電気化学的に酸化還元しうる正極活物質と導電材とから構成された電極層が配設されている。正極４上には、微多孔膜、不織布、織布等の多孔性のシート又はフィルムからなるセパレーター５が積層されている。さらに、セパレーター上には、負極６が配設されている。この負極６の上には金属からなる負極集電体７が積層されている。さらに、負極集電体７上には、金属製のばね８が載置されている。ここではコイン型の二次電池について説明するが、電池形状は特に限定されるものでないのはいうまでもなく、円筒型、角型、シート型等にも適用できる。また、外装方法も特に限定されず、金属ケースや、モールド樹脂、アルミラミネートフイルム等を使用してもよい。

【0019】

図１において、負極ケース３は、金属製のばね８の付勢力に抗して正極ケース２に固着されている。正極ケース２と負極ケース３とが固着されて形成された内部空間には、正極４、セパレーター５、負極６及び負極集電体７が積層されて載置されるとともに、電解質１０が充填されている。内部空間を形成する正極ケース２と負極ケース３との間隙は、ガスケット９を介して封止されている。

【0020】

本発明において、ＡＣ比は０．３以下であるが、０の場合には負極６は省略される。通常、二次電池では正極と負極を対向させて使用する。そのため、対向させる単位面積当たりの容量比が電池の特性に影響を与える。本発明においては、正極および負極全体の容量は特に限定されない。また、本発明において、ＡＣ比を求める単位面積当たりの容量は設計容量であり、それぞれの電極層の電極活物質の量と理論容量から計算する。

【0021】

（正極と負極）
本発明において、正極を構成する電極活物質は特に限定されず、電気化学的に可逆に酸化還元反応する化合物が使用されるが、特にリチウム含有化合物が好ましい。そうした化合物としては、例えば、一般式Ｌｉ_ｎＳ_ｍ（ｎ、ｍは整数）で表される硫化リチウムやリチオ化したジスルフィド化合物、キノン化合物、リチウム遷移金属酸化物などが挙げられるが、特に取り扱いの容易さや安定性からリチウム遷移金属酸化物が好ましい。

【0022】

リチウム遷移金属酸化物としては、例えばリチウムマンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウムマンガンスピネル、一般式：ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、オリビン型ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素）等のリチウム含有金属酸化物を挙げることができる。

【0023】

本発明において、正極４は、従来の公知の方法で作製することができる。すなわち、リチウム金属酸化物などの正極活物質を導電材及びバインダーと共に混合し、溶剤を加えてスラリーを作製し、そのスラリーを集電体となる電極箔上に従来公知の方法で塗工し、乾燥することにより作製することができる。

【0024】

本発明において、負極６は、従来公知の方法で作製することができる。

【0025】

負極を構成する電極活物質は特に限定されず、電気化学的に可逆に酸化還元反応する化合物が使用される。そうした化合物としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、被覆天然黒鉛などの黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボンなどの炭素材料、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２などのリチウム遷移金属複合酸化物、ＳｉやＳｉＯなどのシリコン化合物を挙げることができる。本発明において、負極の形成は、従来の方法と同様に、例えば電極活物質を導電材（黒鉛等）及びパインダーと共に混合し、溶剤を加えてスラリーを作製し、そのスラリーを集電体となる電極箔上に従来公知の方法で塗工し、乾燥する工程を適用することができる。本発明において、負極集電体となる電極箔は特に制限されないが、発明の効果の点から銅箔、およびステンレス箔が好ましい。

【0026】

本発明において、正極と負極の作製に使用する導電材は特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素質繊維、グラフェン等の炭素質シート等を挙げることができる。これら導電材は、必要に応じて２種類以上組み合わせて使用することができる。また、溶剤も特に限定されるものではなく、例えば、Ｎ－メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ－ブチロラクトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼン、アセトン等の非プロトン溶媒や、メタノール、エタノール、水等を挙げることができる。バインダーは、電極活物質や導電材を結着させるものであれば特に限定されず、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンオキシド、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸、ポリイミド樹脂等の各種樹脂を挙げることができる。

【0027】

本発明においてＡＣ比０の場合は負極となる電極箔をそのまま使用する。

【0028】

本発明者らの研究によれば、黒鉛やＳｉなどの負極活物質を使った場合、充電の場合はＡＣ比の割合までは負極活物質とリチウムが反応し、それ以上では金属Ｌｉの形で電極上に析出する。次に、放電ではまず電位の低い金属Ｌｉがイオン化し、その後で活物質と反応したリチウムがイオンの形で解離する。反応する電位はＬｉ金属が最も低く、活物質と反応した場合には０．１～０．３Ｖ程度高くなる。また、反応速度もＬｉ金属が最も大きく、活物質と反応した場合には小さくなる。すなわち、ＡＣ比が１以下の二次電池では、そのＡＣ比以上の領域で電圧が高く高出力の放電が可能となる。本発明者他の検討によれば、ドローンなどの飛行体に使用する場合、ＡＣ比０．３以上ではＡＣ比と飛行時間は反比例するが、０．３以下ではＡＣ比に関わらず飛行時間は一定となった。ドローンに要求される大きな出力がこの閾値の理由と考えられる。

【0029】

ところで、ＡＣ比が小さいと充放電サイクル寿命が小さくなる。図２にはＡＣ比０で作製した二次電池について、１０サイクルまでの充放電曲線を示す。図から明らかなように充放電を繰り返すごとに容量は１０％程度低下するが、３サイクル目でも初期の８０％以上を維持している。また、本発明では負極活物質が少ないため、質量を軽減することができ、その結果、エネルギー密度が増大する。さらに負極の電極層が通常の１／３以下であることから、塗工過程における電極の収縮やそりの影響が少なくなり、これまでより薄い電極箔を使用することができる。その結果、エネルギー密度はさらに大きくなる。その結果、例えば事故を起こした原子力発電所の核燃料デブリの調査をドローンで行う場合は、本発明の二次電池を使用することで飛行時間を延長することができ、より離れた地点から飛行させることができる。この用途の場合は検査によって汚染されることもあるため、二次電池とは言っても使用回数は１回から数回に限られる。そのため、本発明の二次電池の充放電サイクル寿命でも問題なく使用できる。

【0030】

（電解質）
本発明において、電解質１０は正極４と負極６との間に介在して両電極間の荷電担体輸送を行うものであり、イオン電導性を有するものであれば特に限定されず、室温で１０^－６Ｓ／ｃｍ以上のイオン伝導度を有する液体状、ゲル状、及び固体状のものを使用することができる。本発明では反応のしやすさから電解質として液体状、及びゲル状などの電解質が好ましく使用される。液体状の場合は電解質塩を含む有機溶媒であり、電解質塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_３、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３等を挙げることができ、有機溶媒としては例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ一ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、プロピルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、プロピルエチルスルホン、イソプロピルエチルスルホン、ジプロピルスルホン、ジイソプロピルスルホン、スルホラン、ペンタメチレンスルホン、ヘキサメチレンスルホン、３－メチルスルホラン、２，４－ジメチルスルホラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等や、これらの混合溶媒を挙げることができる。

【0031】

本発明において、電解質塩の濃度は特に限定されないが、０．１モル／Ｌ～２．５モル／Ｌの範囲内で任意に選択することができ、１モル／Ｌ等の一般的な濃度を使用してもよい。また、電解質には、フルオロエチレンカーボネートやビニレンカーボネート、ハイドロフルオロエーテル、ビフェニル等の電解液添加剤を加えてもよい。

【0032】

電解質１０には、高分子化合物に溶媒を含ませてゲル状にしたゲル電解質やイオン性液体、グライム等の対称グリコールジエーテル、鎖状スルホン等を使用してもよい。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体、アクリロニトリルーメチルメタクリレート共重合体等のアクリルニトリル系重合体、さらにはポリエチレンオキシド、エチレンオキシドープロピレンオキシド共重合体、及びこれらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体等に電解液を含有させたもの等を挙げることができる。

【0033】

［二次電池の製造方法］
本発明に係る二次電池の製造方法は、既述した二次電池１を製造する方法であり、少なくとも、正極４、負極６及び電解質１０を有する二次電池の製造方法である。この方法で製造した二次電池１は、負極６の単位面積当たりの容量と正極４の単位面積当たりの容量の比が０．３以下であるので、不可逆容量が小さく放電電圧が高く、また変動も小さいという特徴を有している。

【0034】

一般的なリチウムイオン二次電池の製造方法では、電極形成工程、電極とセパレーターの積層工程、電解液の注液・含浸工程、電極引き出し工程、外装工程等で構成されている。本発明では上記のＡＣ比を一定の条件で設定する以外は一般的なリチウムイオン二次電池の製造方法を利用することができる。

【0035】

図３は飛行体１１のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、飛行体１１は、電源システム１２と、制御装置１４と、１又は複数の推進力発生装置１５と、１又は複数のプロペラ１６とを備える。本実施形態において、電源システム１２は、１又は複数の二次電池１３を有する。

【0036】

本実施形態において、飛行体１１は電源システムに蓄電された電気エネルギーを利用して飛行する、飛行体１１としては、飛行機、飛行船又は風船、気球、ヘリコプター、ドローンなどが例示される。

【0037】

本実施形態において、二次電池１３は飛行体１１に搭載される。そのため二次電池のエネルギー密度は大きい方が良い。本発明において、二次電池の質量エネルギー密度は３５０Ｗｈ／ｋｇ以上であることが好ましく、４００Ｗｈ／ｋｇ以上であることがより好ましく、４５０Ｗｈ／ｋｇ以上であることがさらに好ましい。これにより、飛行体の電源の用途に適した二次電池が得られる。

【0038】

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。以下に、実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体例に説明する。

【実施例0039】

［実施例１］
（二次電池の作製）
コバルト酸リチウム９．４ｇ、アセチレンブラック０．４ｇ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）０．３ｇを含むＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液をそれぞれ秤りとり、ＮＭＰを加えて混錬して混合体とした。この混合体にＮＭＰをさらに加えて粘度を調整し、塗工用の正極スラリーを作製した。この正極スラリーをナイフロールコーターで塗工厚さ１５０μｍ、幅１３０ｍｍで厚さ１２μｍのＡｌ箔上に塗工し、１２０℃で乾燥して片面塗工電極を得た。その後、同じ組成の正極スラリーを用いて裏面にも厚さ１５０μｍとなるように塗工し、両面塗工箔を得た。次に、得られた両面塗工電極をロールプレスし、集電体であるアルミニウム箔の両面にそれぞれ厚さ５０μｍの正極活物質層を形成して、コバルト酸リチウムを正極活物質とする正極を得た。

【0040】

上記のように作製した正極を高さ５．５ｃｍ、長さ１５０ｃｍに切り出し、一方の端部から４ｃｍにわたって両面の塗工電極をはがしてアルミ箔を露出させ、超音波溶接機にて幅５ｍｍのアルミニウム製タブを超音波溶接した。次いで、タブを溶接した電極を取り囲むようにその両面にポリオレフィン性のセパレーターフィルムをかぶせ、部分的に熱融着させて固定した。次に厚さ６μｍのステンレス箔を、高さ５．７ｃｍ、長さ１５０ｃｍに切り出して、ニッケル製のタブを超音波溶接して負極とした。

【0041】

作製した正極、および負極を重ね、幅４．０ｃｍの巻き芯を用いて巻回して厚さ５ｍｍの巻回体を得た。この巻回体を幅４５ｍｍ、高さ６０ｍｍ、深さ５ｍｍで絞り加工したラミネートフィルムに入れ、タブ部分を含む３辺を熱融着した後、ドライ環境下で残りの一辺から電解液を注液、含浸し、真空封止を行って、正極がＬｉＮＭＣ、負極が活物質なしのステンレス箔の二次電池を得た。この二次電池のＡＣ比は０であった。

【0042】

（二次電池の動作確認）
作製した二次電池を、１，０Ａの定電流で電圧が４．４Ｖになるまで充電し、その後、１．０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電を行った。その結果、このセルは、放電容量３．８Ａｈの二次電池であることが確認された。その後、２．５～４．５Ｖの範囲で充放電を３回繰り返したところ、３サイクル後においても容量は３Ａｈ以上を維持していた。このセルのエネルギーと質量から求めたエネルギー密度は３サイクル目でも４００Ｗｈ／ｋｇ以上であった。

【0043】

また、試作したセルをドローンに搭載して飛行させたところ、同じ重さの従来電池に比べて２倍以上の時間、飛行が可能であった。

【0044】

［比較例１］
（二次電池の作製）
実施例１の方法で塗工し、実施例１と同じ形状に切り出してタブを溶接し、両面にセパレーターをかぶせた。

【0045】

次に、Ｓｉ粉末７．０ｇ、アセチレンブラック１．２ｇ、平均分子量５０，００００のポリアクリル酸１０％溶液１８ｇをそれぞれ秤り取り、さらに純水を加えて粘度を調整することで、塗工用の負極スラリーを作製した。このスラリーをナイフロールコーターで厚さ６μｍのステンレス箔上に塗工厚さ４０μｍ、幅１３０ｍｍで塗工し、８０℃で乾燥した。その後、ロールプレスして、厚さ２０μｍのＳｉを電極活物質とする負極を得た。

【0046】

上のように作製した正極と負極を実施例１と同様の方法で巻回した。その結果、正極の長さで８０ｃｍまで巻回したところで厚さが５ｍｍ以上となり、それ以上の部分をカットして巻回体とした。その後、実施例１の方法で電解液を注液し、真空封止を行って正極がＬｉＮＭＣ、負極がＳｉの二次電池を得た。この二次電池のＡＣ比は１．０であった。

【0047】

（二次電池の動作確認）
作製した二次電池を、１，０Ａの定電流で電圧が４．５Ｖになるまで充電し、その後、１．０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電を行った。その結果、このセルは、放電容量１．８Ａｈの二次電池であることが確認された。その後、２．５～４．５Ｖの範囲で充放電を３回繰り返したところ、１００サイクル後においても容量は１．５Ａｈ以上を維持していた。このセルのエネルギーと質量から求めたエネルギー密度は１サイクル目において１８０Ｗｈ／ｋｇであった。

【0048】

また、試作したセルをドローンに搭載して飛行させたところ、出力が小さく離陸することができなかった。

【0049】

［実施例２］
（二次電池の作製）
実施例１の方法で塗工し、実施例１と同じ形状に切り出してタブを溶接し、両面にセパレーターをかぶせた。

【0050】

次に、比較例１と同様の方法でＳｉ粉末、アセチレンブラック、ポリアクリル酸からなる負極スラリーを作製し、ナイフロールコーターを用いてステンレス箔上に塗工厚さ１０μｍ、幅１３０ｍｍで塗工し、８０℃で乾燥した。その後、ロールプレスして、厚さ８μｍのＳｉを電極活物質とする負極を得た。

【0051】

以上のように作製した正極と負極を実施例１と同様の方法で巻回した。その結果、正極の長さで１３０ｃｍまで巻回したところで厚さが５ｍｍ以上となり、それ以上の部分をカットして巻回体とした。その後、実施例１の方法で電解液を注液し、真空封止を行って正極がコバルト酸リチウム、負極がＳｉの二次電池を得た。この二次電池のＡＣ比は０．２５であった。

【0052】

（二次電池の動作確認）
作製した二次電池を、１，０Ａの定電流で電圧が４．５Ｖになるまで充電し、その後、１．０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電を行った。その結果、このセルは、放電容量３．２Ａｈの二次電池であることが確認された。その後、２．５～４．５Ｖの範囲で充放電を３回繰り返したところ、１００サイクル後においても容量は３．０Ａｈ以上を維持していた。このセルのエネルギーと質量から求めたエネルギー密度は１サイクル目において４００Ｗｈ／ｋｇであった。

【0053】

また、試作したセルをドローンに搭載して飛行させたところ、同じ重さの従来電池に比べて２倍以上の時間、飛行が可能であった。

【0054】

［実施例３］
（二次電池の作製）
実施例１のコバルト酸リチウムに代えてニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム（Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎ＝１：１：１、ＬｉＮＭＣ）を使う以外は実施例１と同じ方法でスラリーを作製、塗工し、実施例１と同じ形状に切り出してタブを溶接し、両面にセパレーターをかぶせた。次に実施例１と同様の方法で厚さ６μｍのステンレス箔を切り出し、ニッケル製のタブを超音波溶接して負極とした。

【0055】

以上のように作製した正極と負極を実施例１と同様の方法で巻回した。その後、実施例１の方法で電解液を注液し、真空封止を行って正極がニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム（Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎ＝１：１：１、ＬｉＮＭＣ）、負極が活物質なしのステンレス箔からなる二次電池を得た。この二次電池のＡＣ比は０であった。

【0056】

（二次電池の動作確認）
作製した二次電池を、１，０Ａの定電流で電圧が４．５Ｖになるまで充電し、その後、１．０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電を行った。その結果、このセルは、放電容量４．０Ａｈの二次電池であることが確認された。その後、２．５～４．５Ｖの範囲で充放電を３回繰り返したところ、１００サイクル後においても容量は３．２Ａｈ以上を維持していた。このセルのエネルギーと質量から求めたエネルギー密度は１サイクル目において４００Ｗｈ／ｋｇ以上であった。

【0057】

また、試作したセルをドローンに搭載して飛行させたところ、同じ重さの従来電池に比べて２倍以上の時間、飛行が可能であった。

【符号の説明】

【0058】

１ 二次電池
２ 正極ケース
３ 負極ケース
４ 正極
５ セパレーター
６ 負極
７ 負極集電体
８ 金属製のばね
９ ガスケット
１０ 電解質
１１ 飛行体
１２ 電源システム
１３ 二次電池
１４ 制御装置
１５ 推進力発生装置
１６ プロペラ

【図1】

【図2】

【図3】