JPH05290850A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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JPH05290850A
JPH05290850A JP4115395A JP11539592A JPH05290850A JP H05290850 A JPH05290850 A JP H05290850A JP 4115395 A JP4115395 A JP 4115395A JP 11539592 A JP11539592 A JP 11539592A JP H05290850 A JPH05290850 A JP H05290850A
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JP
Japan
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lithium
positive electrode
active material
electrode active
discharge
Prior art date
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Withdrawn
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JP4115395A
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English (en)
Inventor
Kazunobu Matsumoto
和伸 松本
Hideaki Yumiba
秀章 弓場
Akira Kawakami
章 川上
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正極活物質としてCu4 O(PO4 2 を用
い、負極にリチウムまたはリチウムを含む物質を用い、
電解液として有機電解液を用いるリチウム電池におい
て、放電初期の電圧低下を抑制する。 【構成】 Cu4 O(PO4 2 にTiS2 などのリチ
ウムに対して2V以上の電位域を持つリチウム二次電池
用正極活物質をそれらの総量中2〜30重量%になるよ
うに添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、正極活物質としてCu
4 O(PO4 2 を用い、負極にリチウムまたはリチウ
ムを含む物質を用い、電解液として有機電解液を用いる
リチウム電池に係わり、さらに詳しくはその正極の改良
に関する。
【0002】
【従来の技術】Cu4 O(PO4 2 を正極活物質とし
て用い、負極にリチウムまたはリチウムを含む物質を用
い、電解液として有機電解液を用いるリチウム電池は、
正極活物質のCu4 O(PO4 2 が単位重量当りの容
量が大きいことから、放電容量が大きいという優れた特
徴を有している。
【0003】しかしながら、このCu4 O(PO4 2
を正極活物質として用いたリチウム電池は、M.BRO
USSELYらが報告しているように〔たとえば、M.
BROUSSELY etal.,J.Power S
ources,20,111(1987)〕、放電初期
において電圧(閉路電圧)が低くなるという現象が見ら
れる。そして、放電容量の約10%程度を放電した時点
で電圧が回復する。
【0004】上記のようにCu4 O(PO4 2 を正極
活物質として用いたリチウム電池が放電初期において電
圧低下を生じる理由は、現在のところ必ずしも明確では
ないが、正極活物質のCu4 O(PO4 2 と有機電解
液との反応によって電極表面に被膜が形成されたり、C
4 O(PO4 2 に電子伝導性がないことなどがその
原因であると考えられる。
【0005】いずれにせよ、放電初期に電圧が低下する
と、使用する機器によってはその機器の作動電圧以下に
なり、放電初期において機器が停止してしまうという問
題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
リチウム電池が持っていた放電初期に電圧が低下すると
いう問題点を解決し、放電電圧の平坦性が優れたリチウ
ム電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、Cu4 O(P
4 2 にTiS2 、MoS2 などのリチウムに対して
2V以上の電位域を持つリチウム二次電池用正極活物質
を添加することによって、上記目的を達成したものであ
る。
【0008】Cu4 O(PO4 2 に上記のようなリチ
ウム二次電池用正極活物質を添加することによって放電
初期の電圧低下を抑制し得る理由を、負極にリチウムを
用い、リチウム二次電池用正極活物質としてTiS
2 (二硫化チタン)を用いた場合を例にあげて説明する
と、次の通りである。
【0009】すなわち、負極にリチウムを用い、正極活
物質としてCu4 O(PO4 2 を用い、電解液として
有機電解液を用いたリチウム電池を作製し、このリチウ
ム電池をある条件下で放電させると、電圧が平坦になる
ところでは2.3V程度の電圧を示すが、放電初期には
2.0V近くまで電圧が低下する。また、この電圧低下
は、電圧が平坦となった領域でさえも放電を一旦休止す
ると再び現れる。
【0010】そこで、リチウムに対して2.5V〜1.
8Vの電位域を持つTiS2 をCu4 O(PO4 2
添加して、それ以外は上記と同様にリチウム電池を作製
し、この電池を放電すると、Cu4 O(PO4 2 の放
電電圧が低下したところではTiS2 が放電するので、
電圧低下が抑制される。また、Cu4 O(PO4 2
放電電圧が2.3V程度の電圧平坦部まで回復すれば、
一旦放電したTiS2が再び2.3V程度まで充電され
る。
【0011】その結果、放電休止後に再放電しても、C
4 O(PO4 2 の放電電圧が低下すると先に充電さ
れたTiS2 が再び放電するので、電圧低下が抑制され
るようになる。
【0012】本発明において、Cu4 O(PO4 2
添加するためのリチウムに対して2V以上の電位域を持
つリチウム二次電池用正極活物質としては、上記のTi
2以外にも、たとえばMoS2 、VSe、MoS3
Fe0.250.752 、NbSe3 などのカルコゲナイド
やLi2 MoO3 、V6 13、アモルファスV2 5
LiMn3 6 などのリチウム複合酸化物などを用いる
ことができる。特にカルコゲナイドは電子伝導性が高い
ことから好適に使用される。
【0013】また、これらのリチウム二次電池用正極活
物質において、そのリチウムに対する電位域が2V以上
であることを要件にしているのは、放電条件により若干
の相違があるものの、放電初期の電圧低下が2.0V近
くにまでなり、この2.0Vから平坦部の電圧(2.3
V)までを補う必要があるという理由によるものであ
る。また、この理由からも明らかであるように、リチウ
ム二次電池用正極活物質としては、2.0〜2.3V間
で大きな容量を持つものが特に好ましい。
【0014】これらのリチウムに対して2V以上の電位
域を持つリチウム二次電池用正極活物質のCu4 O(P
4 2 に対する添加量は、特に限定されるものではな
いが、リチウムに対して2V以上の電位域を持つリチウ
ム二次電池用正極活物質がCu4 O(PO4 2 との総
量中において2〜30重量%になるようにするのが好ま
しい。
【0015】すなわち、リチウムに対して2V以上の電
位域を持つリチウム二次電池用正極活物質の添加量が2
重量%より少ない場合は、放電初期における電圧低下を
充分に抑制することができない。一方、リチウムに対し
て2V以上の電位域を持つリチウム二次電池用正極活物
質の添加量が多くなっても格別の欠点は生じないが、リ
チウムに対して2V以上の電位域を持つリチウム二次電
池用正極活物質の添加量が多くなりすぎるとCu4
(PO4 2 の利点である放電容量の大きさが充分に発
揮できなくなるので、前記のように、リチウムに対して
2V以上の電位域を持つリチウム二次電池用正極活物質
がCu4 O(PO4 2 との総量中で30重量%を超え
ないようにするのが好ましい。ちなみに、放電容量につ
いて説明すると、Cu4 O(PO4 2 の理論放電容量
は470mAh/gであるが、前述のTiS2 の理論放
電容量は240mAh/gであり、Cu4 O(PO4
2 の単位重量当りの放電容量はTiS2 に比べて2倍近
く大きい。
【0016】負極にはリチウムまたはリチウムを含む物
質が用いられるが、そのリチウムを含む物質としてはリ
チウム合金やリチウム・カーボンなどがあげられる。そ
して、上記リチウム合金としては、たとえばリチウム−
アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−インジウム、
リチウム−ガリウム、リチウム−インジウム−ガリウム
などがあげられる。
【0017】電解液には、たとえばLiCF3 SO3
LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiC4 9
SO3 などの電解質の1種または2種以上を、たとえば
1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタ
ン、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、1,3−ジ
オキソランなどの単独または2種以上の混合溶媒に溶解
した有機電解液が用いられる。
【0018】
【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。
【0019】実施例1 まず、正極活物質として用いるCu4 O(PO4 2
以下に示すようにして合成した。
【0020】CuOにH3 PO4 水溶液を加え、攪拌し
ながら、100℃で6時間反応させてCu2 (OH)P
4 を合成した。H3 PO4 濃度は3.9重量%から1
1重量%で純粋なものが得られた。得られたCu(O
H)PO4 を大気中で加熱して脱水し、目的とするCu
4 O(PO4 2 を得た。加熱温度は700〜900℃
でCu4 O(PO4 2 が得られた。
【0021】得られたCu4 O(PO4 2 にTiS2
を両者の総量中15重量%になるように添加して混合
し、得られた混合物に電子伝導助剤としてアセチレンブ
ラックと結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを8
0:18:2(重量比)の割合で混合して正極合剤を調
製した。
【0022】得られた正極合剤を金型内に充填し、1t
/cm2 で直径10mmの円板状に加圧成形したのち、
250℃で熱処理して正極とした。得られた正極1個当
りの重量は60mgであった。
【0023】この正極を用い、図1に示すボタン形のリ
チウム電池を作製した。
【0024】図1において、1は上記の正極であり、2
は直径14mmの円板状のリチウムからなる負極であ
る。3はポリプロピレン不織布からなるセパレータであ
り、4はステンレス鋼製の正極缶である。5はステンレ
ス鋼製網からなる正極集電体で、上記正極1の加圧成形
時にその一方の面に配設したものであり、6はステンレ
ス鋼製で表面にニッケルメッキを施した負極缶である。
【0025】7はステンレス鋼製網からなる負極集電体
で、上記負極缶6の内面にスポット溶接されていて、前
記の負極2はこのステンレス鋼製網からなる負極集電体
7に圧着されている。8はポリプロピレン製の環状ガス
ケットであり、この電池にはエチレンカーボネートと
1,2−ジメトキシエタンとの容量比1:1の混合溶媒
にLiCF3 SO3 を0.6mol/l溶解した電解液
が注入されている。
【0026】比較例1 Cu4 O(PO4 2 にTiS2 を添加しなかったほか
は、実施例1と同様にしてリチウム電池を作製した。
【0027】上記実施例1の電池および比較例1の電池
を0.785mAの電流で連続放電させた。その結果を
図2に示す。なお、図2において、横軸は正極の重量あ
たりの容量(mAh/g)である。
【0028】図2に示す結果から明らかなように、Cu
4 O(PO4 2 を単独で用いた比較例1の電池では、
放電開始時から放電容量の約10%に相当する部分まで
の領域において電圧の低下が認められた。特に放電開始
時では2V近くにまで電圧が低下した。これに対し、C
4 O(PO4 2 にTiS2 を添加した実施例1の電
池では、比較例1の電池にみられたような電圧低下は認
められず、ほぼ平坦に近い放電特性を示した。
【0029】なお、本発明では、Cu4 O(PO4 2
にリチウムに対して2V以上の電位域を持つリチウム二
次電池用正極活物質を添加するが、それに代えて一次電
池用の正極活物質、たとえば二酸化マンガンなどを添加
してもよい。ただし、その場合は、Cu4 O(PO4
2 の電位が2.3V付近に回復しても二酸化マンガンな
どが充電されることがないので、一旦放電して休止した
後に再放電した時にその放電初期の電圧低下を防止する
ことができず、本発明のような効果を奏し得ない。ま
た、本発明はCu4 O(PO4 2 の特性を改善した
が、それ以外にも、CuO−P2 5 系の化合物、たと
えばCu3 (PO4 2 、Cu5 2 (PO4 2 を正
極活物質として用いる場合に、TiS2 などのリチウム
二次電池用正極活物質を添加しても放電初期の電圧低下
を抑制し得る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、Cu
4 O(PO4 2 にTiS2 などのリチウムに対して2
V以上の電位域を持つリチウム二次電池用正極活物質を
添加することによって、Cu4 O(PO4 2 を単独で
使用した場合にみられたような放電初期の電圧低下を抑
制することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウム電池の一例を示す断面図
である。
【図2】実施例1の電池および比較例1の電池の放電特
性を示す図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質としてCu4 O(PO4 2
    を用い、負極にリチウムまたはリチウムを含む物質を用
    い、電解液として有機電解液を用いるリチウム電池にお
    いて、リチウムに対して2V以上の電位域を持つリチウ
    ム二次電池用正極活物質をCu4 O(PO4 2 に添加
    したことを特徴とするリチウム電池。
  2. 【請求項2】 上記リチウム二次電池用正極活物質がT
    iS2 、MoS2 などのカルコゲナイドであることを特
    徴とする請求項1記載のリチウム電池。
JP4115395A 1992-04-07 1992-04-07 リチウム電池 Withdrawn JPH05290850A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003242981A (ja) * 2002-02-14 2003-08-29 Hitachi Maxell Ltd 非水電解液電池およびその製造方法
JP2006344395A (ja) * 2005-06-07 2006-12-21 Toyota Motor Corp リチウム二次電池用正極及びその利用と製造
JP2007214147A (ja) * 1996-04-23 2007-08-23 Board Of Regents Univ Of Texas System 2次(再充電)リチウム電池用正極材料

Cited By (4)

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Date Code Title Description
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Effective date: 19990608