JPH0541249A - リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法 - Google Patents
リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法Info
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- JPH0541249A JPH0541249A JP3192825A JP19282591A JPH0541249A JP H0541249 A JPH0541249 A JP H0541249A JP 3192825 A JP3192825 A JP 3192825A JP 19282591 A JP19282591 A JP 19282591A JP H0541249 A JPH0541249 A JP H0541249A
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- battery
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、より大きい充放電容量密度
をもつリチウム二次電池及びそれに用いる負極構造体へ
のリチウムイオンの注入方法を提供することにある。 【構成】 本発明に係るリチウム二次電池は負極が、リ
チウムイオンを可逆的に吸収し、放出する機能をもつ負
極構造体からなるリチウム電池において、負極構造体が
炭素材料を含みかつリチウムイオンを電池組立前に注入
したものであることを特徴とし、該負極構造体へのリチ
ウムイオンの注入方法は、炭素材料を含む負極構造体と
リチウム金属またはリチウム合金を直接接触させてなが
ら、リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させる
か、または該負極構造体とリチウム金属またはリチウム
合金を多孔質の絶縁物を介して接触させたまま、リチウ
ムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、通電すること
により行うことができる。
をもつリチウム二次電池及びそれに用いる負極構造体へ
のリチウムイオンの注入方法を提供することにある。 【構成】 本発明に係るリチウム二次電池は負極が、リ
チウムイオンを可逆的に吸収し、放出する機能をもつ負
極構造体からなるリチウム電池において、負極構造体が
炭素材料を含みかつリチウムイオンを電池組立前に注入
したものであることを特徴とし、該負極構造体へのリチ
ウムイオンの注入方法は、炭素材料を含む負極構造体と
リチウム金属またはリチウム合金を直接接触させてなが
ら、リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させる
か、または該負極構造体とリチウム金属またはリチウム
合金を多孔質の絶縁物を介して接触させたまま、リチウ
ムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、通電すること
により行うことができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電池、特に、リチウム
イオンを用いるリチウム二次電池及びそれに用いる負極
構造体へのリチウムイオンの注入方法に関するものであ
る。
イオンを用いるリチウム二次電池及びそれに用いる負極
構造体へのリチウムイオンの注入方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】リチウムイオンを用いる二次電池の負極
として従来用いられている材料は、リチウム金属または
リチウム合金であったが、充放電サイクルに対する安定
性が悪く、放電した電気量を充電によっては完全に回復
することができなかった。このため数100回を超える
充放電を行うためには、余分の負極材料を電池に仕込ま
なれければならなかった。
として従来用いられている材料は、リチウム金属または
リチウム合金であったが、充放電サイクルに対する安定
性が悪く、放電した電気量を充電によっては完全に回復
することができなかった。このため数100回を超える
充放電を行うためには、余分の負極材料を電池に仕込ま
なれければならなかった。
【0003】また、リチウムイオンを可逆的に吸収し、
放出する機能をもつ負極構造体を用いた二次電池は、例
えば特開平2−66856号公報記載の従来の例のように、
正極に十分なリチウムを含んだ電極を用いており、使用
にあたってはまず充電したのち、充電電気量未満の放電
を行うようになっている。従って、電池に仕込むべき正
極量は設計容量値相当量以上にならざるを得なかった。
放出する機能をもつ負極構造体を用いた二次電池は、例
えば特開平2−66856号公報記載の従来の例のように、
正極に十分なリチウムを含んだ電極を用いており、使用
にあたってはまず充電したのち、充電電気量未満の放電
を行うようになっている。従って、電池に仕込むべき正
極量は設計容量値相当量以上にならざるを得なかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の負
極では、設計容量通りの充放電量を満たすためには、負
極容量または正極容量を過剰な量にしなければならず、
その結果として、容積当たり、あるいは重量当たりの充
放電容量(充放電容量密度)として期待した値を下回らざ
るを得なかった。
極では、設計容量通りの充放電量を満たすためには、負
極容量または正極容量を過剰な量にしなければならず、
その結果として、容積当たり、あるいは重量当たりの充
放電容量(充放電容量密度)として期待した値を下回らざ
るを得なかった。
【0005】本発明は、係る問題を解決し、より大きい
充放電容量密度をもつリチウム二次電池及びそれに用い
る負極構造体へのリチウムイオンの注入方法を提供する
ものである。
充放電容量密度をもつリチウム二次電池及びそれに用い
る負極構造体へのリチウムイオンの注入方法を提供する
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るリチウム二
次電池は、負極が、リチウムイオンを可逆的に吸収し、
放出する機能をもつ負極構造体からなるリチウム電池に
おいて、負極構造体が炭素材料を含みかつリチウムイオ
ンを電池組立前に注入したものであることを特徴とす
る。
次電池は、負極が、リチウムイオンを可逆的に吸収し、
放出する機能をもつ負極構造体からなるリチウム電池に
おいて、負極構造体が炭素材料を含みかつリチウムイオ
ンを電池組立前に注入したものであることを特徴とす
る。
【0007】更に、本発明に係るリチウム二次電池用負
極構造体へのリチウムイオンの注入方法は、炭素材料を
含む負極構造体とリチウム金属またはリチウム合金を直
接接触させてながら、リチウムイオンを含有する電解液
中に浸漬させることを特徴とする。
極構造体へのリチウムイオンの注入方法は、炭素材料を
含む負極構造体とリチウム金属またはリチウム合金を直
接接触させてながら、リチウムイオンを含有する電解液
中に浸漬させることを特徴とする。
【0008】更に、本発明に係るリチウム二次電池用負
極構造体へのリチウムイオンの注入方法の第2の態様に
おいては、炭素材料を含む負極構造体とリチウム金属ま
たはリチウム合金を多孔質の絶縁物を介して接触させた
まま、リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、
負極構造体を+極とし、接触させたリチウム金属または
リチウム合金を一極として、1平方cm当たり4mA以
下、0.1mA以上で通電し、+極と−極の間の電圧が
100mV以下0V以上で通電を停止することを特徴と
する。
極構造体へのリチウムイオンの注入方法の第2の態様に
おいては、炭素材料を含む負極構造体とリチウム金属ま
たはリチウム合金を多孔質の絶縁物を介して接触させた
まま、リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、
負極構造体を+極とし、接触させたリチウム金属または
リチウム合金を一極として、1平方cm当たり4mA以
下、0.1mA以上で通電し、+極と−極の間の電圧が
100mV以下0V以上で通電を停止することを特徴と
する。
【0009】
【作用】本発明に係るリチウム二次電池においては、負
極構造体に必要かつ十分な量のリチウムイオンをあらか
じめ注入したものを設計容量通りの正極と組合せて電池
を組み立てることで、充放電容量密度が高い電池とな
る。
極構造体に必要かつ十分な量のリチウムイオンをあらか
じめ注入したものを設計容量通りの正極と組合せて電池
を組み立てることで、充放電容量密度が高い電池とな
る。
【0010】本発明のリチウム二次電池に使用する負極
構造体には、焼成温度が1000℃〜2800℃、好ま
しくは1200℃〜2200℃である炭素材料を用い、
この炭素材料はシート状としたもの、または他の支持体
に炭素材料を接着した形態のものを使用することができ
る。これらの形状の炭素材料にあらかじめリチウムイオ
ンを注入したものを負極構造体として使用する。
構造体には、焼成温度が1000℃〜2800℃、好ま
しくは1200℃〜2200℃である炭素材料を用い、
この炭素材料はシート状としたもの、または他の支持体
に炭素材料を接着した形態のものを使用することができ
る。これらの形状の炭素材料にあらかじめリチウムイオ
ンを注入したものを負極構造体として使用する。
【0011】この炭素材料を含んでなる負極構造体とリ
チウム金属またはリチウム合金を接触させて、リチウム
イオンを含有する電解液中に浸漬させる方法でリチウム
イオンを組立前に負極構造体に注入することができる。
チウム金属またはリチウム合金を接触させて、リチウム
イオンを含有する電解液中に浸漬させる方法でリチウム
イオンを組立前に負極構造体に注入することができる。
【0012】更に、負極構造体とリチウム金属またはリ
チウム合金を多孔質の絶縁物を介して接触させたまま、
リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、負極構
造体を+極とし、接触させたリチウム金属またはリチウ
ム合金を一極として、1平方cm当たり4mA以下、
0.1mA以上で通電し、+極と−極の間の電圧が10
0mV以下0V以上で通電を停止することによっても本
発明のリチウム二次電池に用いる負極構造体を得ること
ができる。
チウム合金を多孔質の絶縁物を介して接触させたまま、
リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬させ、負極構
造体を+極とし、接触させたリチウム金属またはリチウ
ム合金を一極として、1平方cm当たり4mA以下、
0.1mA以上で通電し、+極と−極の間の電圧が10
0mV以下0V以上で通電を停止することによっても本
発明のリチウム二次電池に用いる負極構造体を得ること
ができる。
【0013】上記のように炭素材料を含む負極構造体と
リチウム金属またはリチウム合金とを接触させたもの
は、リチウム金属が安定に存在できる環境例えば露点が
マイナス20℃以下の空気中では、なんら変化を起こさ
ないが、これをリチウムイオンを含む電解液例えばプロ
ピレンカーボネート(以下、PCと略記する)とジメチル
エーテル(以下、DMEと略記する)の混合溶媒に過塩素
酸リチウム塩や六フッ化リン酸リチウム塩を溶かしたも
のに浸漬すると、電気化学的な作用により、リチウム金
属が溶けてリチウムイオンとなり、負極構造体中に注入
される。注入量を加減するには、負極構造体とリチウム
金属をはりあわせて電解液に浸漬する時間を変化させ
る。なお、電解液の濃度は特に限定されるものではない
が、使用する溶媒への各種リチウム塩の溶解度の上限に
近いものを使用することがこのましい。
リチウム金属またはリチウム合金とを接触させたもの
は、リチウム金属が安定に存在できる環境例えば露点が
マイナス20℃以下の空気中では、なんら変化を起こさ
ないが、これをリチウムイオンを含む電解液例えばプロ
ピレンカーボネート(以下、PCと略記する)とジメチル
エーテル(以下、DMEと略記する)の混合溶媒に過塩素
酸リチウム塩や六フッ化リン酸リチウム塩を溶かしたも
のに浸漬すると、電気化学的な作用により、リチウム金
属が溶けてリチウムイオンとなり、負極構造体中に注入
される。注入量を加減するには、負極構造体とリチウム
金属をはりあわせて電解液に浸漬する時間を変化させ
る。なお、電解液の濃度は特に限定されるものではない
が、使用する溶媒への各種リチウム塩の溶解度の上限に
近いものを使用することがこのましい。
【0014】このようにして所定の容量に必要かつ十分
なリチウムイオンを注入した負極構造体を、セパレータ
を介して設計容量を満たす量の正極活物質を含む正極と
対向させてリチウム二次電池とすると余分な量の正極及
び負極をもたないため、電池容積あるいは電池重量当た
りの充放電容量が増え、充放電容量密度が向上する。
なリチウムイオンを注入した負極構造体を、セパレータ
を介して設計容量を満たす量の正極活物質を含む正極と
対向させてリチウム二次電池とすると余分な量の正極及
び負極をもたないため、電池容積あるいは電池重量当た
りの充放電容量が増え、充放電容量密度が向上する。
【0015】
【実施例】実施例1 図1は、本発明における負極構造体にリチウムイオンを
注入する方法の1例を示したものである。(1)は負極構
造体で、焼成温度が1200℃である炭素材料のシート
を打ち抜いたもので、炭素材料を単位面積当たり35m
g含むように造られている。(2)はリチウム金属であ
る。(3)は押さえであり、、(4)は負極構造体、リチウム
金属及び電解液と反応しない物質例えばテトラフルオロ
エチレンポリマー(以下、PTFEと略記する)でできた
容器で、押さえ(3)を容器(4)にネジ込むことで適当な接
触圧を負極構造体(1)とリチウム金属(2)に与える。負極
構造体(1)はあらかじめ直径14mmの円形に成形して
おく。リチウム金属(2)も負極構造体(1)と同じか、より
大きいサイズに成形しておく。負極構造体(1)とリチウ
ム金属(2)に適当な接触圧を与えた後、容器(4)に設けら
れた電解液注入口(5)から電解液を注ぎ込む。(6)は息抜
き口である。
注入する方法の1例を示したものである。(1)は負極構
造体で、焼成温度が1200℃である炭素材料のシート
を打ち抜いたもので、炭素材料を単位面積当たり35m
g含むように造られている。(2)はリチウム金属であ
る。(3)は押さえであり、、(4)は負極構造体、リチウム
金属及び電解液と反応しない物質例えばテトラフルオロ
エチレンポリマー(以下、PTFEと略記する)でできた
容器で、押さえ(3)を容器(4)にネジ込むことで適当な接
触圧を負極構造体(1)とリチウム金属(2)に与える。負極
構造体(1)はあらかじめ直径14mmの円形に成形して
おく。リチウム金属(2)も負極構造体(1)と同じか、より
大きいサイズに成形しておく。負極構造体(1)とリチウ
ム金属(2)に適当な接触圧を与えた後、容器(4)に設けら
れた電解液注入口(5)から電解液を注ぎ込む。(6)は息抜
き口である。
【0016】6時間放置したあと、露点がマイナス20
℃以下の雰囲気にしたドライボックス中でリチウムイオ
ンを注入した負極構造体を取り出す。このとき負極構造
体は注入前の黒色から金色に変色している。
℃以下の雰囲気にしたドライボックス中でリチウムイオ
ンを注入した負極構造体を取り出す。このとき負極構造
体は注入前の黒色から金色に変色している。
【0017】リチウムイオン注入を終えた負極構造体を
多孔質ポロプロピレンをセパレータとして、リチウム処
理した二酸化マンガンを正極活物質とする正極と対向さ
せて六フッ化リン酸リチウム濃度が1モル/リットルで
あるPCとDMEの混合溶媒電解液中に浸漬させたもの
を常法に従いコイン電池とした。正極は放電容量が3m
Ahとなるように、活物質を20mg含むものである。
多孔質ポロプロピレンをセパレータとして、リチウム処
理した二酸化マンガンを正極活物質とする正極と対向さ
せて六フッ化リン酸リチウム濃度が1モル/リットルで
あるPCとDMEの混合溶媒電解液中に浸漬させたもの
を常法に従いコイン電池とした。正極は放電容量が3m
Ahとなるように、活物質を20mg含むものである。
【0018】図2は、本実施例により製作した設計容量
3mAhのコイン電池の終始電圧を2Vとして、充放電
電流密度を2mA/cm2としたときの充放電特性であ
る。設計容量通りの電気量を充放電している。このとき
の電池の活物質部分の容積エネルギー密度は約270w
h/lとなる。
3mAhのコイン電池の終始電圧を2Vとして、充放電
電流密度を2mA/cm2としたときの充放電特性であ
る。設計容量通りの電気量を充放電している。このとき
の電池の活物質部分の容積エネルギー密度は約270w
h/lとなる。
【0019】実施例2 図3は、長尺の負極構造体電極に連続的にリチウムを注
入する装置の主要な部分を図示したものである。(7)は
多孔質ポリプロピレン製のセパレータであり、(8)は−
極ローラー集電軸、(9)はSUS製の+極ローラー、(1
0)はリチウムイオンを含む電解液、(11)はPTFE製の
電解液浴である。−極ローラー(8)と+極ローラーの間
の電流電圧は、電源(12)と可変抵抗(13)で規制される。
−極ローラー集電軸(8)はSUS製の集電をかねる軸体
の外周にリチウム金属が張り付けられ、その外側にセパ
レータ(7)が張り付いていた。ローラーの幅は負極構造
体の幅と同等である。
入する装置の主要な部分を図示したものである。(7)は
多孔質ポリプロピレン製のセパレータであり、(8)は−
極ローラー集電軸、(9)はSUS製の+極ローラー、(1
0)はリチウムイオンを含む電解液、(11)はPTFE製の
電解液浴である。−極ローラー(8)と+極ローラーの間
の電流電圧は、電源(12)と可変抵抗(13)で規制される。
−極ローラー集電軸(8)はSUS製の集電をかねる軸体
の外周にリチウム金属が張り付けられ、その外側にセパ
レータ(7)が張り付いていた。ローラーの幅は負極構造
体の幅と同等である。
【0020】負極構造体(1)はガイドローラー(14)を経
由して電解液に浸漬され、電解液を吸収する。2つの−
極ローラーの間を通るとき、−極ローラー集電軸(8)、
+極ローラー(9)間を流れる電流によって、電解液中の
リチウムイオンが負極構造体に注入される。
由して電解液に浸漬され、電解液を吸収する。2つの−
極ローラーの間を通るとき、−極ローラー集電軸(8)、
+極ローラー(9)間を流れる電流によって、電解液中の
リチウムイオンが負極構造体に注入される。
【0021】負極構造体に注入するリチウムイオンの量
は、通電電圧及び電流の大きさと、負極構造体の幅及び
ローラー送りの速度で決定される。幅5cmのローラー
を使い、送り速度を毎時2cmとしたとき、最適な電流
は20mAである。
は、通電電圧及び電流の大きさと、負極構造体の幅及び
ローラー送りの速度で決定される。幅5cmのローラー
を使い、送り速度を毎時2cmとしたとき、最適な電流
は20mAである。
【0022】図4は本実施例により作成した容量700
mAh分の負極構造体と同容量のリチウム処理した二酸
化マンガンを正極活物質とする多孔質ポリプロピレンを
はさんで対向させて、六フッ化リン酸リチウム濃度が1
モル/リットルであるPCとDMEの混合溶媒電解液を
使用して作成したAAサイズの円筒状の電池の充放電特
性である。設計通りの容量を繰り返し充放電できてい
る。図中、点線は実施例と同じく容量700mAh分の
正極及び負極構造体を用いて、従来の方法で組み立てた
電池の充放電特性である。設計容量のおよそ半分程度の
容量しか採れないことがわかる。
mAh分の負極構造体と同容量のリチウム処理した二酸
化マンガンを正極活物質とする多孔質ポリプロピレンを
はさんで対向させて、六フッ化リン酸リチウム濃度が1
モル/リットルであるPCとDMEの混合溶媒電解液を
使用して作成したAAサイズの円筒状の電池の充放電特
性である。設計通りの容量を繰り返し充放電できてい
る。図中、点線は実施例と同じく容量700mAh分の
正極及び負極構造体を用いて、従来の方法で組み立てた
電池の充放電特性である。設計容量のおよそ半分程度の
容量しか採れないことがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明に係るリチウム二次電池は、負極
構造体を上述のような構造としたので、リチウム二次電
池の組立前に負極構造体に必要な量のリチウムイオンを
注入することができ、容量密度が高い電池を作成するこ
とができる。
構造体を上述のような構造としたので、リチウム二次電
池の組立前に負極構造体に必要な量のリチウムイオンを
注入することができ、容量密度が高い電池を作成するこ
とができる。
【図1】実施例1に用いた装置を示す断面図である。
【図2】実施例1の効果を示す電池特性図である。
【図3】実施例2に用いた装置の主要部分を示す断面図
である。
である。
【図4】実施例2の効果を示す電池特性図である。
1 負極構造体 2 リチウム金属 3 押さえ 4 容器 5 電解液注入口 6 息抜き口 7 セパレータ 8 −極ローラー集電軸 9 +極ローラー 10 電解液 11 電解液浴 12 電源 13 可変抵抗 14 ガイドローラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 漆畑 広明 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項1】 負極が、リチウムイオンを可逆的に吸収
し、放出する機能をもつ負極構造体からなるリチウム電
池において、負極構造体が炭素材料を含みかつリチウム
イオンを電池組立前に注入したものであることを特徴と
するリチウム二次電池。 - 【請求項2】 炭素材料を含む負極構造体とリチウム金
属またはリチウム合金を直接接触させてながら、リチウ
ムイオンを含有する電解液中に浸漬させることを特徴と
するリチウム二次電池用負極構造体へのリチウムイオン
の注入方法。 - 【請求項3】 炭素材料を含む負極構造体とリチウム金
属またはリチウム合金を多孔質の絶縁物を介して接触さ
せたまま、リチウムイオンを含有する電解液中に浸漬さ
せ、負極構造体を+極とし、接触させたリチウム金属ま
たはリチウム合金を一極として、1平方cm当たり4m
A以下、0.1mA以上で通電し、+極と−極の間の電
圧が100mV以下0V以上で通電を停止することを特
徴とするリチウム二次電池用負極構造体へのリチウムイ
オンの注入方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3192825A JPH0541249A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3192825A JPH0541249A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0541249A true JPH0541249A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16297605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3192825A Pending JPH0541249A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0541249A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08162164A (ja) * | 1994-07-28 | 1996-06-21 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池およびその製造方法 |
WO1998033227A1 (fr) * | 1997-01-27 | 1998-07-30 | Kanebo Limited | Batterie electrolytique organique |
WO2004059672A1 (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-15 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | 蓄電装置および蓄電装置の製造方法 |
JP2008077963A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池用負極前駆体にリチウムイオンを吸蔵させる方法と装置 |
US7477728B2 (en) | 2002-05-25 | 2009-01-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fast voice dialing apparatus and method |
JP2012049500A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | リチウムイオンキャパシタの製造方法 |
JP2012049543A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | エネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法 |
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