JPH05283061A - リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池

Info

Publication number
JPH05283061A
JPH05283061A JP4076665A JP7666592A JPH05283061A JP H05283061 A JPH05283061 A JP H05283061A JP 4076665 A JP4076665 A JP 4076665A JP 7666592 A JP7666592 A JP 7666592A JP H05283061 A JPH05283061 A JP H05283061A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
secondary battery
lithium secondary
negative electrode
carbon fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4076665A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiteru Nakagawa
喜照 中川
Akihiro Mabuchi
昭弘 馬淵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP4076665A priority Critical patent/JPH05283061A/ja
Publication of JPH05283061A publication Critical patent/JPH05283061A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カーボン材よりなる負極を用いたリチウム二
次電池の出力密度、放電容量およびサイクル特性を向上
させる。 【構成】 カーボン材として炭素粒子と炭素繊維を複合
化したものを用いる。複合化は、炭素粒子および炭素繊
維の他、適当なバインターを混合し、得られた混合物に
対し種々の成型法を施すことによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池およ
びリチウム二次電池用負極、さらに詳しくは、特定の複
合化カーボン材を用いた、出力密度・放電容量が大であ
ってサイクル特性に優れたリチウム二次電池およびかか
るリチウム二次電池用の負極に関する。
【0002】
【従来の技術】負極活物質としてリチウム、正極活物質
として金属カルコゲン化物や金属酸化物を用い、電解液
として非プロトン性有機溶媒に種々の塩を溶解させたも
のを用いた、いわゆるリチウム二次電池は高エネルギー
密度型二次電池の一種として注目され、盛んに研究が行
われている。
【0003】しかしながら、従来のリチウム電池では、
負極活物質としてのリチウムは箔状の如き単体で用いら
れることが多く、充放電を繰り返すうちに、樹枝状リチ
ウムが析出して両極が短絡するため充放電のサイクル寿
命が短いという欠点を有する。
【0004】そこで、アルミニウムや、鉛、カドミウム
及びインジウムを含む可融性合金を用い、充電時にリチ
ウムを合金として析出させ、放電時には合金からリチウ
ムを溶解させる方法が提案されている[米国特許第40
02492号(1977)参照]。しかしながら、この
ような方法では、樹枝状リチウムの析出は抑止できる
が、エネルギー密度は低下する。
【0005】また、同様に、樹枝状リチウムの析出をな
くしかつ前記合金タイプのものが有するエネルギー密度
の低下という問題点を解消する目的で、リチウムをカー
ボン材に担持させようという試みも種々行われている。
例えば、種々の繊維状、あるいは粉末状のカーボン材を
用いる試みがなされている[東芝電池(株)および三菱
油化(株)共願の特開昭63−114056号(198
8)、三菱瓦斯化学(株)出願の特開昭62−2680
56号(1987)参照]。しかるに、従来のこのタイ
プのリチウム二次電池では、出力密度・放電容量・サイ
クル特性が未だ十分ではなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記事情のため、カー
ボン材よりなる負極を用いたリチウム二次電池において
は、出力密度・放電容量・サイクル特性をさらに向上さ
せる技術の出現が望まれており、特に他の電池に比べて
出力密度が小さいという点の改良はその要望が強い。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
の解決のため、種々のカーボン材のうちカーボン材同士
を複合化することに着想して、鋭意研究を重ねた結果、
特定のカーボン材を組み合わせた場合に、意外にも、前
記諸特性を改良できることを見出し、本発明を完成する
に至った。
【0008】即ち、本発明は、炭素粒子および炭素繊維
を複合化したカーボン材よりなるリチウム二次電池用負
極を提供するものである。本発明では、このように、複
合化カーボン材の成分として炭素粉末と炭素繊維とを選
択することによって、始めてその目的が達成されるもの
である。
【0009】まず、複合化カーボン材の第一の成分たる
炭素粉末としては、アルカリ金属等をドープ・脱ドープ
し得るカーボン材であってインターカレーション反応の
ホストとして使用できるものであればいずれでもよく、
例えば、熱分解炭素類・活性炭・有機高分子化合物の焼
成体・ガラス状炭素・グラファイト類・コークス類など
の粉砕品が使用できる。炭素粉末の粒子径は特に限定さ
れるものではないが、分散性・成型性の観点より0.1
〜100μmの範囲が好ましい。
【0010】一方、複合化カーボン材の第二の成分たる
炭素繊維としては、アルカリ金属等をドープ・脱ドープ
し得るカーボン材であってインターカレーション反応の
ホストとして使用できるものであればいずれでもよく、
例えば、気相成長炭素繊維・PAN系、フェノール系、
レーヨン系炭素繊維・ピッチ系炭素繊維などが使用でき
る。炭素繊維の繊維長は0.15〜40mm程度のもの
を使用する。
【0011】次に、炭素粉末と炭素繊維の複合化につい
て説明する。複合化には種々の成型法が使用でき、炭素
粉末と炭素繊維との混合物(混合比は炭素繊維が5〜9
0重量%)に電解液や溶媒と反応しないバインダーを加
え、混合した後、押出成型・射出成型・圧縮成型等各種
の賦型技術を施して成型できる。両カーボン成分の混合
法としては、使用するバインダーの形態にもよるが、液
相混合法(溶媒を使用)、固相混合法のいずれも採用で
きる。バインダーとしては、例えば、ポリエチレン粉
末、その他PTFE粉末、ディスパージョンタイプPT
FEなど、使用する溶媒、電解液と反応しないものであ
れば特に限定されない。バインダーの配合率は、炭素粉
末と炭素繊維の混合物100重量%に対して1〜30重
量%の範囲が好ましい。
【0012】複合カーボン材は最終的な電池の形状等に
応じ、種々の形態とできる。例えば、フィルム状、シー
ト状、板状、膜状、ディスク状等の形態とでき、その厚
みは通常0.01〜5mmの範囲のものとできる。これ
らの形態の複合化カーボン材を電池構成要素として用
い、常法に従って、リチウム二次電池用負極を作成する
ことができる。
【0013】かくして得られる本発明のリチウム二次電
池用負極は、通常用いられる正極活物質、電解液等と組
み合わせることにより、リチウム二次電池に好適に使用
することができる。
【0014】正極活物質としては、例えば、TiS2
MoS3、NbSe3、FeS、VS2、VSe2等の層状
構造を有する金属カルコゲン化物、CoO2、Cr
35、TiO2、CuO、V36、Mo3O、V25(・
25)、Mn2O(・Li2O)等の金属酸化物、ポリ
アセチレン、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリ
チオフェン、ポリピロール等の導電性を有する共役系高
分子物質等を用いることができる。好ましくは、V
25、Mn2Oを用いる。
【0015】また、電解液としては、例えば、プロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロ
フラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、スル
ホラン、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルスルホキ
シド、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、ジエチレングリコール、ジメチルエーテル等の非プ
ロトン性溶媒、好ましくは、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチル
ジオキソランのような強い還元雰囲気でも安定なエーテ
ル系溶媒、あるいは前記した溶媒2種類以上の混合溶媒
に、LiBF4、LiClF4、LiAsF6、LiSb
6、LiAlO4、LiAlCl4、LiPF6、LiC
l、LiI等の溶媒和しにくいアニオンを生成する塩を
溶解させたものを用いることができる。
【0016】その他、通常使用される多孔質ポリプロピ
レン製不織布をはじめとするポリオレフィン系の多孔膜
のセパレータ、集電体、ガスケット、封口板、ケース等
の電池構成要素と前記したような本発明の負極を使用
し、常法によって、円筒型、角型あるいはボタン型等の
形態のリチウム二次電池を組み立てることができる。か
くして得られるリチウム二次電池も本発明の範囲内のも
のであり、充電時に負極にてリチウムが層間化合物を形
成した担持され、ポータブル電子機器等の電源、あるい
は各種メモリーやソーラーのバックアップ等、さらには
電気自動車、電力貯蔵用バッテリーなどに好適に使用す
ることができる。
【0017】次に、上記した炭素粉末と炭素繊維の複合
体を用いることによる効果を説明する。まず、炭素粉末
と炭素繊維の複合化により、(1)炭素粒子あるいは炭
素繊維を単独で用いた場合に比べて、導電性が大幅に向
上し、充放電反応の速度が向上する、(2)炭素粒子あ
るいは炭素繊維を単独で用いた場合に比べて、バルキー
な構造となり、負極への電解液等の拡散が容易となる気
孔が形成される、等の作用により、充放電反応が容易と
なり、その結果出力密度が向上する。また、適度のバル
キーさを持つために、活物質がカーボン層に出入りする
際に生じるカーボンの膨張、収縮を吸収でき、電池の長
寿命化に有効であるため、サイクル特性が向上する。ま
た、炭素粉末、炭素繊維という、いずれもリチウムイオ
ンを吸蔵可能な材料を複合化させることにより、両者の
長所を相補的に生かすことができると共に、負極体当た
りに吸蔵されるリチウムイオンの量、即ち放電容量を高
めることができる。
【0018】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく
説明する。 [負極体の作成]出発原料は、炭素粒子として中心粒径
が20μmになるように粉砕したニードルコークスを、
炭素繊維として光学的等方性のピッチ系炭素繊維をミル
ド化したもの(繊維系13μm、繊維長0.15mm)
を用いた。両者を炭素粒子:炭素繊維=80:20(重
量比)の比率で混合し、この混合物にバインダーとして
ポリエチレン粉末をカーボン材混合物:バインダー=9
0:10(重量比)の比率で混合し、その30mgを加
圧成型してディスク状とした。得られた負極体を作用極
として、対極及び参照極にリチウム金属を用いて、電位
が0Vになるまで負極体にリチウムを吸蔵させた。この
条件(電解液、電流密度等)は、後記する電池特性の測
定の条件と同様にして行った。
【0019】[電池の作成]図1にその断面図を示すご
とく、前記にて得られた負極体(1)の他、正極体
(2)として電解二酸化マンガンを、電解液として1モ
ル/lの濃度にLiClO4を溶解させたプロピレンカ
ーボネートを用い、セパレータ(3)としてポリプロピ
レン不織布、さらにケース(4)、封口板(5)および
絶縁パッキング(6)を用い、常法によりリチウム二次
電池を作成した。
【0020】[電池特性の測定]前記リチウム二次電池
の出力密度、放電容量及びサイクル特性を測定した。測
定は、通常、50mA/g(負極カーボン基準)の定電
流充放電下で行った。放電容量は、電池電圧が2.0V
に低下するまでの容量とした。サイクル特性は、放電容
量が初期放電容量の90%に低下するまでのサイクル数
で評価した。また、出力密度は放電電流密度を変化させ
て得られた電流−電位曲線から求めた。対照として、上
記の炭素粒子あるいは炭素繊維を単独で用いてなる負極
を電池構成要素とした以外は同様にして作成したリチウ
ム二次電池についても同条件で測定を行った。結果を表
1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1より明らかなように、本発明のリチウ
ム二次電池は容量、サククル特性、出力密度いずれにお
いても、対照のリチウム二次電池よりも優れる。
【0023】
【発明の効果】本発明により、出力密度が大で単位体積
(重量)当たりの容量が増大し、サイクル特性が向上し
たリチウム二次電池及びかかるリチウム二次電池用の負
極が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例で作成したリチウム二次電池の断面図
である。
【符号の説明】
1:負極、2:正極、3:セパレータ、4:ケース、
5:封口板、6:絶縁パッキング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素粒子および炭素繊維を複合化したカ
    ーボン材よりなるリチウム二次電池用負極。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の負極を電池構成要素とし
    て用いたリチウム二次電池。
JP4076665A 1992-03-31 1992-03-31 リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池 Pending JPH05283061A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4076665A JPH05283061A (ja) 1992-03-31 1992-03-31 リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4076665A JPH05283061A (ja) 1992-03-31 1992-03-31 リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05283061A true JPH05283061A (ja) 1993-10-29

Family

ID=13611711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4076665A Pending JPH05283061A (ja) 1992-03-31 1992-03-31 リチウム二次電池用負極およびそれを用いたリチウム二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05283061A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0776055A1 (en) 1995-11-24 1997-05-28 PETOCA, Ltd Negative electrode material for use in lithium-ion secondary battery and process for producing the same
WO2001091208A3 (en) * 2000-05-24 2002-03-07 Litech L L C Lithium-ion electrochemical cell and battery
US9193895B2 (en) 2010-12-24 2015-11-24 Sika Technology Ag Adhesive for rotor blades for wind power plants

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0776055A1 (en) 1995-11-24 1997-05-28 PETOCA, Ltd Negative electrode material for use in lithium-ion secondary battery and process for producing the same
WO2001091208A3 (en) * 2000-05-24 2002-03-07 Litech L L C Lithium-ion electrochemical cell and battery
US9193895B2 (en) 2010-12-24 2015-11-24 Sika Technology Ag Adhesive for rotor blades for wind power plants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10651458B2 (en) Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP4897223B2 (ja) 非水電解質二次電池
EP1239495B1 (en) Secondary power source
CA2713274C (en) Cathode active material, cathode, and nonaqueous secondary battery
JP3492173B2 (ja) 非水系電池
JP5271975B2 (ja) 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池
KR20160141676A (ko) 리튬 이온 이차전지
KR100834053B1 (ko) 양극, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터
US20100316908A1 (en) Battery
JP2001126733A (ja) 非水電解質電池
JP4797577B2 (ja) 電池
KR101066446B1 (ko) 전지
JP2001345100A (ja) リチウム二次電池負極用炭素質粒子、その製造方法、リチウム二次電池負極及びリチウム二次電池
JP2009134970A (ja) 非水電解質電池
JP2012204003A (ja) 正極活物質、正極及び非水系二次電池
JP2000182602A (ja) 非水二次電池
JP2012234778A (ja) 正極活物質、正極及び非水系二次電池
JP5463208B2 (ja) 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池
KR101983608B1 (ko) 칼륨 이차 전지용 양극 활물질 및 칼륨 이차 전지
JP3732654B2 (ja) 黒鉛粒子、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
JP2020123500A (ja) 正極活物質および該正極活物質を備える非水電解液二次電池
WO2002073731A1 (en) Battery
JP5463222B2 (ja) 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池
JP7492348B2 (ja) 正極及びこの正極を備えた電池
JP2002075444A (ja) 非水電解質電池