JP2951013B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JP2951013B2 JP2951013B2 JP3026374A JP2637491A JP2951013B2 JP 2951013 B2 JP2951013 B2 JP 2951013B2 JP 3026374 A JP3026374 A JP 3026374A JP 2637491 A JP2637491 A JP 2637491A JP 2951013 B2 JP2951013 B2 JP 2951013B2
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- Japan
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- lithium
- battery
- aqueous electrolyte
- secondary battery
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム等のアルカリ
金属、或るいはアルカリ土類金属を活物質とする負極
と、二酸化マンガン、三酸化モリブデン、五酸化バナジ
ウム、硫化チタンなどを活物質とする正極と非水電解液
とを備えた非水電解液二次電池に係り、特に負極の改良
に関するものである。
金属、或るいはアルカリ土類金属を活物質とする負極
と、二酸化マンガン、三酸化モリブデン、五酸化バナジ
ウム、硫化チタンなどを活物質とする正極と非水電解液
とを備えた非水電解液二次電池に係り、特に負極の改良
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種電池は、負極活物質であるリチウ
ムが、充電の際に負極表面に樹枝状に析出して正極に接
し、内部短絡を引き起こすため、充放電サイクルが極め
て短いという問題点があった。
ムが、充電の際に負極表面に樹枝状に析出して正極に接
し、内部短絡を引き起こすため、充放電サイクルが極め
て短いという問題点があった。
【０００３】この対策として、負極をリチウム−アルミ
ニウム合金のようなリチウム合金で構成する方法や、負
極材料として充放電によりド−ピング、脱ドーピングさ
れるリチウムを結晶中に混入した黒鉛の層間化合物を用
いる方法（特公昭60−23433 号公報）や、所定の結晶厚
み、真密度を持つ炭素質材料のｎド−プ体を用いる方法
（特開昭62−90863号公報）や、或るいは負極を酸化
鉄、酸化モリブデンのよ うな金属酸化物にリチウムを
ド−ピングした材料で構成する方法が検討されている。
ニウム合金のようなリチウム合金で構成する方法や、負
極材料として充放電によりド−ピング、脱ドーピングさ
れるリチウムを結晶中に混入した黒鉛の層間化合物を用
いる方法（特公昭60−23433 号公報）や、所定の結晶厚
み、真密度を持つ炭素質材料のｎド−プ体を用いる方法
（特開昭62−90863号公報）や、或るいは負極を酸化
鉄、酸化モリブデンのよ うな金属酸化物にリチウムを
ド−ピングした材料で構成する方法が検討されている。
【０００４】中でも、酸化鉄はリチウムの吸蔵量が大き
く、また電位も比較的卑であることより負極材料として
有望視されている。しかしながら酸化鉄はリチウムの挿
入、脱離による体積変化が極めて大きいため、充放電に
より電極が膨張、崩壊したり、負極材料が集電体から剥
離したりして、充放電効率やサイクル特性が低下するな
どの欠点があった。
く、また電位も比較的卑であることより負極材料として
有望視されている。しかしながら酸化鉄はリチウムの挿
入、脱離による体積変化が極めて大きいため、充放電に
より電極が膨張、崩壊したり、負極材料が集電体から剥
離したりして、充放電効率やサイクル特性が低下するな
どの欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非水電解液
二次電池において、特にリチウムの挿入、脱離による負
極の膨張や、それに起因する電極の崩れを抑制し、充放
電サイクル特性を改善することを目的とする。
二次電池において、特にリチウムの挿入、脱離による負
極の膨張や、それに起因する電極の崩れを抑制し、充放
電サイクル特性を改善することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】正極と、負極と、非水電
解液とを備えた非水電解液二次電池において、前記負極
としてリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いる。
解液とを備えた非水電解液二次電池において、前記負極
としてリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いる。
【０００７】
【作用】前述した如く、この種電池では、充放電の際の
リチウムの挿入、脱離により電極が膨張、崩壊し、電池
特性を劣化させる要因となっていると考えられる。
リチウムの挿入、脱離により電極が膨張、崩壊し、電池
特性を劣化させる要因となっていると考えられる。
【０００８】そこで、負極にリチウムと遷移金属との複
合酸化物を用いると、その結晶格子にリチウムの挿入、
脱離可能なサイトができ、そのため充放電による体積変
化が小さく、電極の膨張や崩壊、負極材料の集電体から
の剥離が抑制され、結晶内のリチウムの拡散速度も速く
なり、充放電効率やサイクル特性が向上するものと考え
られる。
合酸化物を用いると、その結晶格子にリチウムの挿入、
脱離可能なサイトができ、そのため充放電による体積変
化が小さく、電極の膨張や崩壊、負極材料の集電体から
の剥離が抑制され、結晶内のリチウムの拡散速度も速く
なり、充放電効率やサイクル特性が向上するものと考え
られる。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の実施例につき詳述する。
【００１０】［実施例１］図１に、本発明の一実施例と
しての扁平型非水電解液二次電池の半断面図を示す。
しての扁平型非水電解液二次電池の半断面図を示す。
【００１１】１は本発明の要旨とするリチウムと遷移金
属との複合酸化物よりなる負極であり、負極缶２の内底
面に固着せる負極集電体３に圧着されている。４は正極
であって、活物質としてのマンガン酸化物に導電剤とし
てのアセチレンブラックと結着剤としてのフッ素樹脂と
を８０：１０：１０の重量比で混合した合剤を成型した
ものであり、正極缶５の内底面に圧接されている。６は
ポリプロピレン不織布よりなるセパレ−タであって、プ
ロピレンカ−ボネ−トと１,２−ジメトキシエ タンとの
等体積混合溶媒に過塩素酸リチウムを１モル／ｌ溶解し
た非水電解液が含浸されている。７は正負極缶を電気絶
縁する絶縁パッキングであり、電池寸法は直径２５ｍ
ｍ、高さ３.０ｍｍである。
属との複合酸化物よりなる負極であり、負極缶２の内底
面に固着せる負極集電体３に圧着されている。４は正極
であって、活物質としてのマンガン酸化物に導電剤とし
てのアセチレンブラックと結着剤としてのフッ素樹脂と
を８０：１０：１０の重量比で混合した合剤を成型した
ものであり、正極缶５の内底面に圧接されている。６は
ポリプロピレン不織布よりなるセパレ−タであって、プ
ロピレンカ−ボネ−トと１,２−ジメトキシエ タンとの
等体積混合溶媒に過塩素酸リチウムを１モル／ｌ溶解し
た非水電解液が含浸されている。７は正負極缶を電気絶
縁する絶縁パッキングであり、電池寸法は直径２５ｍ
ｍ、高さ３.０ｍｍである。
【００１２】ところで前記負極１は、Ｆe2Ｏ3とＬi2Ｃ
Ｏ3を表１のモル比で十分混合して得た合剤を、空気中
にて４５０℃で５時間焼成し、リチウムと鉄との複合酸
化物を作成し、ついでこれに導電剤としての炭素粉末
と、結着剤としてのポリオレフィン樹脂とを８０：１
０：１０の重量比で混合した合剤を所定寸法に加圧成型
する。その後この成型体に電池反応に関係するリチウム
をド−プするために、リチウム塩を含む電解液中に浸漬
し、対極をリチウムとして、電気化学的にＦｅと複合酸
化物中のＬｉも含めたＬｉとの比率が１：３になるまで
反応させる。更にこの成型体を乾燥、粉砕した後、１.
５トン／ｃｍ2の圧力で最終加圧成型し、直径２０ｍ
ｍ、厚さ１.０ｍｍの電極としたものである。
Ｏ3を表１のモル比で十分混合して得た合剤を、空気中
にて４５０℃で５時間焼成し、リチウムと鉄との複合酸
化物を作成し、ついでこれに導電剤としての炭素粉末
と、結着剤としてのポリオレフィン樹脂とを８０：１
０：１０の重量比で混合した合剤を所定寸法に加圧成型
する。その後この成型体に電池反応に関係するリチウム
をド−プするために、リチウム塩を含む電解液中に浸漬
し、対極をリチウムとして、電気化学的にＦｅと複合酸
化物中のＬｉも含めたＬｉとの比率が１：３になるまで
反応させる。更にこの成型体を乾燥、粉砕した後、１.
５トン／ｃｍ2の圧力で最終加圧成型し、直径２０ｍ
ｍ、厚さ１.０ｍｍの電極としたものである。
【００１３】このようにして作製した電池を本発明電池
Ａ〜Ｄとする。
Ａ〜Ｄとする。
【００１４】
【表１】
【００１５】［実施例２］負極材料としてＦe2Ｏ3とＬi
2ＣＯ3よりなる複合酸化物を用いる代わりに、Ｆe2Ｏ3
とＬiＯＨを表２のモル比で混合して作成した複合酸化
物を用いる以外は前記実施例１と同様の電池を作製し、
これを本発明電池Ｅ〜Ｈとする。
2ＣＯ3よりなる複合酸化物を用いる代わりに、Ｆe2Ｏ3
とＬiＯＨを表２のモル比で混合して作成した複合酸化
物を用いる以外は前記実施例１と同様の電池を作製し、
これを本発明電池Ｅ〜Ｈとする。
【００１６】
【表２】
【００１７】［比較例１］負極材料としてＦe2Ｏ3を単
独で用いる以外は前記実施例１と同様の電池を作 製
し、これを比較電池Ｘとする。
独で用いる以外は前記実施例１と同様の電池を作 製
し、これを比較電池Ｘとする。
【００１８】以上の本発明電池Ａ〜Ｈ、比較電池Ｘにつ
いて、サイクル試験を行い、その結果を図２及び図３に
示した。尚、充放電条件は、充放電電流を３ｍＡ、放電
時間を４時間、充電終止電圧を３.０Ｖとした。
いて、サイクル試験を行い、その結果を図２及び図３に
示した。尚、充放電条件は、充放電電流を３ｍＡ、放電
時間を４時間、充電終止電圧を３.０Ｖとした。
【００１９】これらの図より明白なように、本発明電池
Ａ〜Ｈは比較電池Ｘに対してサイクル特性が改善されて
いることが分かる。
Ａ〜Ｈは比較電池Ｘに対してサイクル特性が改善されて
いることが分かる。
【００２０】また図５、図６は、上記電池の１００サイ
クル経過後の電極の体積膨張率を示したものである。こ
れらの図より明らかなように、本発明電池Ａ〜Ｈは比較
電池Ｘに対して電極の膨張が抑制されていることが分か
る。
クル経過後の電極の体積膨張率を示したものである。こ
れらの図より明らかなように、本発明電池Ａ〜Ｈは比較
電池Ｘに対して電極の膨張が抑制されていることが分か
る。
【００２１】このように、比較電池は負極中にリチウム
が挿入、脱離する際に、負極材料の結晶構造が大きく変
化するのに対し、本発明電池では結晶自体でリチウムの
挿入、脱離するサイトが存在するため結晶構造の変化が
小さく、充放電を繰り返しても電極の崩れや集電体から
の脱落が抑制され、サイクル特性が向上するものと考え
られる。
が挿入、脱離する際に、負極材料の結晶構造が大きく変
化するのに対し、本発明電池では結晶自体でリチウムの
挿入、脱離するサイトが存在するため結晶構造の変化が
小さく、充放電を繰り返しても電極の崩れや集電体から
の脱落が抑制され、サイクル特性が向上するものと考え
られる。
【００２２】［実施例３］負極材料としてＷＯ2とＬi2
ＣＯ3を表３のモル比で十分混合して得た合剤を、空気
中で４５０℃で５時間焼成して、リチウムとタングステ
ンの複合酸化物を作成し、ついでこれに導電剤としての
炭素粉末と、結着剤としてのポリオレフィン樹脂とを８
０：１０：１０の重量比で混合した合剤を所定寸法に加
圧成型する。その後この成型体に電池反応に関係するリ
チウムをド−プするために、リチウム塩を含む電解液中
に浸漬し、対極をリチウムとして、電気化学的にＷと複
合酸化物中のＬｉも含めたＬｉの比率が１：１になるま
で反応させる。更にこの成型体を乾燥、粉砕した後、
１.５トン／ｃｍ2の圧力で最終加圧成型し、直径２０ｍ
ｍ、厚さ１.０ｍｍの負極とした。
ＣＯ3を表３のモル比で十分混合して得た合剤を、空気
中で４５０℃で５時間焼成して、リチウムとタングステ
ンの複合酸化物を作成し、ついでこれに導電剤としての
炭素粉末と、結着剤としてのポリオレフィン樹脂とを８
０：１０：１０の重量比で混合した合剤を所定寸法に加
圧成型する。その後この成型体に電池反応に関係するリ
チウムをド−プするために、リチウム塩を含む電解液中
に浸漬し、対極をリチウムとして、電気化学的にＷと複
合酸化物中のＬｉも含めたＬｉの比率が１：１になるま
で反応させる。更にこの成型体を乾燥、粉砕した後、
１.５トン／ｃｍ2の圧力で最終加圧成型し、直径２０ｍ
ｍ、厚さ１.０ｍｍの負極とした。
【００２３】上記負極を用いる以外は実施例１と同様に
作成した電池を本発明電池Ｉ〜Ｋとする。
作成した電池を本発明電池Ｉ〜Ｋとする。
【００２４】
【表３】
【００２５】［比較例２］負極材料としてＷＯ2を単独
で用いる以外は実施例３と同様の電池を作製し、 これ
を比較電池Ｙとする。
で用いる以外は実施例３と同様の電池を作製し、 これ
を比較電池Ｙとする。
【００２６】図４は本発明電池Ｉ〜Ｋ、比較電池Ｙのサ
イクル特性を示すものである。尚、充放電条件は前記実
施例と同様である。
イクル特性を示すものである。尚、充放電条件は前記実
施例と同様である。
【００２７】これより明白なように、本発明電池Ｉ〜Ｋ
は比較電池Ｙに対してサイクル特性が改善されているこ
とが分かる。
は比較電池Ｙに対してサイクル特性が改善されているこ
とが分かる。
【００２８】また図７は、本発明電池Ｉ〜Ｋ及び比較電
池Ｙの１００サイクル経過後の電極の体積膨張率を示し
たものである。これらの図より明白なように、本発明電
池Ｉ〜Ｋは比較電池Ｙに対して電極の膨張が抑制されて
いることが分かる。
池Ｙの１００サイクル経過後の電極の体積膨張率を示し
たものである。これらの図より明白なように、本発明電
池Ｉ〜Ｋは比較電池Ｙに対して電極の膨張が抑制されて
いることが分かる。
【００２９】尚、本実施例では正極材料として二酸化マ
ンガンを例示したが、それ以外の正極活物質、例えばバ
ナジウムの酸化物やコバルトの酸化物あるいはこれらの
金属とリチウムとの複合酸化物であってもよい。特にこ
れらの複合酸化物は、酸化物中のリチウムを電気化学的
に脱離させ、高電圧の電池を作成できるため、本発明の
ように負極にリチウムより電位が貴な材料を用いるとき
は特に有望である。
ンガンを例示したが、それ以外の正極活物質、例えばバ
ナジウムの酸化物やコバルトの酸化物あるいはこれらの
金属とリチウムとの複合酸化物であってもよい。特にこ
れらの複合酸化物は、酸化物中のリチウムを電気化学的
に脱離させ、高電圧の電池を作成できるため、本発明の
ように負極にリチウムより電位が貴な材料を用いるとき
は特に有望である。
【００３０】又、本実施例では負極の導電剤として炭素
粉末を用いているが、これに限定されず、例えばグラフ
ァイト、カ−ボンブラック、コ−クス或るいはポリアク
リロニトリルなどの高分子化合物の熱分解生成物であっ
ても良い。特に石油系、石炭系、あるいはピッチ系のコ
−クスや、熱分解したポリアクリロニトリル等を用いる
とリチウムと反応させた時に、ガス発生が生じず好まし
い。
粉末を用いているが、これに限定されず、例えばグラフ
ァイト、カ−ボンブラック、コ−クス或るいはポリアク
リロニトリルなどの高分子化合物の熱分解生成物であっ
ても良い。特に石油系、石炭系、あるいはピッチ系のコ
−クスや、熱分解したポリアクリロニトリル等を用いる
とリチウムと反応させた時に、ガス発生が生じず好まし
い。
【００３１】更に結着剤としてポリオレフィン系の高分
子を例示したが、この他にポリテトラフルオロエタンや
ポリフッ化ビニリデン等のフッ素化合物も使用できる。
子を例示したが、この他にポリテトラフルオロエタンや
ポリフッ化ビニリデン等のフッ素化合物も使用できる。
【００３２】また本発明は固体電解質二次電池への応用
も可能である。
も可能である。
【００３３】
【発明の効果】正極と、負極と、非水電解液とを備えた
非水電解液二次電池の負極の材料として、リチウムと遷
移金属特に鉄又はタングステンとの複合酸化物を用いる
ことにより、金属酸化物にリチウムをド−ピングしたも
のを負極とするよりも、負極の体積膨張率が小さく、負
極の脱落が抑制され、サイクル特性に優れた非水電解液
二次電池を得ることができるものであり、その工業的価
値は極めて大である。
非水電解液二次電池の負極の材料として、リチウムと遷
移金属特に鉄又はタングステンとの複合酸化物を用いる
ことにより、金属酸化物にリチウムをド−ピングしたも
のを負極とするよりも、負極の体積膨張率が小さく、負
極の脱落が抑制され、サイクル特性に優れた非水電解液
二次電池を得ることができるものであり、その工業的価
値は極めて大である。
【図１】本発明電池の縦断面図である。
【図２】本発明電池と比較電池との充放電サイクル特性
比較図である。
比較図である。
【図３】本発明電池と比較電池との充放電サイクル特性
比較図である。
比較図である。
【図４】本発明電池と比較電池との充放電サイクル特性
比較図である。
比較図である。
【図５】100サイクル後の電極体積膨張率を示す。
【図６】100サイクル後の電極体積膨張率を示す。
【図７】100サイクル後の電極体積膨張率を示す。
１ 負極 ２ 負極缶 ３ 負極集電体 ４ 正極 ５ 正極缶 ６ セパレ−タ ７ 絶縁パッキング Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ 本発明
電池 Ｘ、Ｙ 比較電池
電池 Ｘ、Ｙ 比較電池
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 4/58
Claims (3)
- 【請求項１】 正極と、負極と、非水電解液とを備えた
非水電解液二次電池において、前記負極としてリチウム
と遷移金属との複合酸化物を用いることを特徴とする非
水電解液二次電池。 - 【請求項２】 前記複合酸化物がリチウム塩と遷移金属
の酸化物とを焼成したるものであることを特徴とする請
求項１記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項３】 前記遷移金属が鉄又はタングステンであ
ることを特徴とする請求項１或るいは２記載の非水電解
液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026374A JP2951013B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026374A JP2951013B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264370A JPH04264370A (ja) | 1992-09-21 |
| JP2951013B2 true JP2951013B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=12191737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3026374A Expired - Lifetime JP2951013B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2951013B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5083866B2 (ja) * | 2007-02-20 | 2012-11-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | リチウム電池用活物質およびその製造方法、並びに該活物質を用いたリチウム電池 |
| JP5387904B2 (ja) * | 2009-12-17 | 2014-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
| JP2012028264A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Toyota Motor Corp | 負極活物質、その製造方法および前記負極活物質を用いた二次電池 |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3026374A patent/JP2951013B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04264370A (ja) | 1992-09-21 |
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Legal Events
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