JPS62113364A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
- Publication number
- JPS62113364A JPS62113364A JP60252154A JP25215485A JPS62113364A JP S62113364 A JPS62113364 A JP S62113364A JP 60252154 A JP60252154 A JP 60252154A JP 25215485 A JP25215485 A JP 25215485A JP S62113364 A JPS62113364 A JP S62113364A
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- JP
- Japan
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- lithium
- negative electrode
- positive electrode
- battery
- cr2o5
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
-
- Y—GENERAL 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
- 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
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。
従来の技術
従来より、負極に金属リチウム、正極に二硫化チタン(
以後Tie2と略す)を用いる非水電解質二次電池が検
討されて来た(特開昭50−554836号公報)。し
かし、この電池のサイクル特性は悪く、これは、負極の
リチウムを充電する際に発生するデンドライトによるも
のであると考えられて来た。事実、正極であるT工S2
の充放電挙動を、リチウムの照合電極に対して測定する
と、そのサイクル特性は優れたものであった。
以後Tie2と略す)を用いる非水電解質二次電池が検
討されて来た(特開昭50−554836号公報)。し
かし、この電池のサイクル特性は悪く、これは、負極の
リチウムを充電する際に発生するデンドライトによるも
のであると考えられて来た。事実、正極であるT工S2
の充放電挙動を、リチウムの照合電極に対して測定する
と、そのサイクル特性は優れたものであった。
この負極の問題を解決するために、負極に原子の数の百
分率で63〜92%のリチウムと残部がアルミニウムで
ある合金を用いて、正極にTiS2を用いることが考え
られた(特開昭52−5423号公報)。これは、リチ
ウムアルミニウム合金中のリチウムが放電により、電解
質中に溶解し、充電ではリチウムがアルミニウムと合金
を作り負極中に取り込まれるものであった。したがって
合金中のリチウム量が多い程、電気量は多くなり有利な
ことは自明である。
分率で63〜92%のリチウムと残部がアルミニウムで
ある合金を用いて、正極にTiS2を用いることが考え
られた(特開昭52−5423号公報)。これは、リチ
ウムアルミニウム合金中のリチウムが放電により、電解
質中に溶解し、充電ではリチウムがアルミニウムと合金
を作り負極中に取り込まれるものであった。したがって
合金中のリチウム量が多い程、電気量は多くなり有利な
ことは自明である。
一方、TiS2は高価であることにより、正極活物質に
Cr2O5、負極に金属リチウムを用いた電池が考えら
れた。しかし、この電池も、サイクル特性は悪かった。
Cr2O5、負極に金属リチウムを用いた電池が考えら
れた。しかし、この電池も、サイクル特性は悪かった。
このため、負極の改良が試みられた。すなわち、負翫の
鉛、リチウムの合金を用いて、放電で鉛、リチウム合金
中のリチウムが電解質中へ溶解し、充電で鉛、リチウム
合金を作るものである(特開昭57−141869号公
報)。
鉛、リチウムの合金を用いて、放電で鉛、リチウム合金
中のリチウムが電解質中へ溶解し、充電で鉛、リチウム
合金を作るものである(特開昭57−141869号公
報)。
さらに、負極に酸化第1銅(以後Cu2Oと略す)のリ
チウムとの電解還元物を負極に使用することも提案され
ている(特開昭55−166871号公報)。
チウムとの電解還元物を負極に使用することも提案され
ている(特開昭55−166871号公報)。
発明が解決しようとする間屓点
TiS2を正極に、負極にリチウムアルミニウム合金を
用いた二次電池では、負極のデンドライトの問題が解消
され、サイクル特性の良好な電池であった。
用いた二次電池では、負極のデンドライトの問題が解消
され、サイクル特性の良好な電池であった。
一方、正極に安価なCr2O5を用い、負極にリチウム
鉛合金を用いた電池では、金属リチウムを負極にした電
池よりは、改良されているが、サイクル特性は十分では
なかった。このリチウム鉛合金を用いた負極では、デン
ドライトの問題は解消されており劣化は正極で起った。
鉛合金を用いた電池では、金属リチウムを負極にした電
池よりは、改良されているが、サイクル特性は十分では
なかった。このリチウム鉛合金を用いた負極では、デン
ドライトの問題は解消されており劣化は正極で起った。
しかし、負極にCu2oの電解還元物を用い、正極にC
r2O5を用いた電池では、サイクル特性が良好であり
、負極のデンドライトの問題も解消され、正極のサイク
ル特性も良好であった。しかしこの電池の電圧は、負極
にCu2Oの電解還元物を用いているために2v〜1v
と低い欠点があった。
r2O5を用いた電池では、サイクル特性が良好であり
、負極のデンドライトの問題も解消され、正極のサイク
ル特性も良好であった。しかしこの電池の電圧は、負極
にCu2Oの電解還元物を用いているために2v〜1v
と低い欠点があった。
以上より、Cr2O5を正極に用いた非水電解質電池で
は、単に負極でのデンドライトの問題を解消しただけで
は不十分であり、負極に用いる物質により、サイクル特
性は相当変化することが推定できる。
は、単に負極でのデンドライトの問題を解消しただけで
は不十分であり、負極に用いる物質により、サイクル特
性は相当変化することが推定できる。
本発明は高電圧で、正極に安価なCr2O5を用いた非
水電解質二次電池において、サイクル特性を低下させる
原因を考察し、特定の組成を有する負極を提案し、二次
電池のサイクル特性を向上させるものである。
水電解質二次電池において、サイクル特性を低下させる
原因を考察し、特定の組成を有する負極を提案し、二次
電池のサイクル特性を向上させるものである。
問題点を解決するだめの手段
本発明は正極にCr2O5を用いる非水電解質二次電池
において、負極にリチウムを原子の数の百分率で6〜6
0%含有し、95〜40%をアルミニウムとするリチウ
ムアルミニウム合金を用いたことを特徴とし、これによ
り、サイクル特性の良好な、かつ高電圧の二次電池を得
ることができる。
において、負極にリチウムを原子の数の百分率で6〜6
0%含有し、95〜40%をアルミニウムとするリチウ
ムアルミニウム合金を用いたことを特徴とし、これによ
り、サイクル特性の良好な、かつ高電圧の二次電池を得
ることができる。
作用
先に記したように、Cr2O5を正極とする非水電解質
二次電池では、負極のデンドライトの問題を解消しても
、正極で劣化が起こり、サイクル特性は悪いものであっ
た。
二次電池では、負極のデンドライトの問題を解消しても
、正極で劣化が起こり、サイクル特性は悪いものであっ
た。
本発明者らは、実施例の項で述べるように検討し、以下
のように考察した。すなわち、充放電をくり返す際に、
負極である析出した金属リチウムや、リチウム鉛合金中
のリチウムと電解質に用いている溶媒が化学反応を起し
、この反応生成物、例えば二酸化炭素が、電解質中を拡
散し、正極に吸着または反応し、このために正極のサイ
クル特性が低下すると考えた。
のように考察した。すなわち、充放電をくり返す際に、
負極である析出した金属リチウムや、リチウム鉛合金中
のリチウムと電解質に用いている溶媒が化学反応を起し
、この反応生成物、例えば二酸化炭素が、電解質中を拡
散し、正極に吸着または反応し、このために正極のサイ
クル特性が低下すると考えた。
この問題を解決するには、電解質と負極との反応を抑制
する必要がある。本発明者らは、種々の負極を検討した
結果、リチウムの原子の数の百分率が6〜60%、96
〜40%がアルミニウムのリチウムアルミニウム合金が
良いことを見い出した。エネルギー密度の観点では、リ
チウムアルミニウム合金中のリチウム椴が犬である程良
い。しかし、リチウム量が60%を超えると、リチウム
鉛合金と同様の電解質の反応が顕著になり、電池のサイ
クル特性は低下した。したがって、60%以下、好まし
くは50%以下が良い。
する必要がある。本発明者らは、種々の負極を検討した
結果、リチウムの原子の数の百分率が6〜60%、96
〜40%がアルミニウムのリチウムアルミニウム合金が
良いことを見い出した。エネルギー密度の観点では、リ
チウムアルミニウム合金中のリチウム椴が犬である程良
い。しかし、リチウム量が60%を超えると、リチウム
鉛合金と同様の電解質の反応が顕著になり、電池のサイ
クル特性は低下した。したがって、60%以下、好まし
くは50%以下が良い。
またエネルギー密度の観点より、リチウム量は6%以上
、好ましくは10%以上が良い。
、好ましくは10%以上が良い。
実施例
〈実施例1〉
第4図に示す電気化学セルを用いて、正極であるCr2
O5のサイクル特性を調べた。図中1は正極で、Cr2
O570重量部、導電剤としてのアセチレンブラック1
6重量部、結着剤としてのポリ4フツ化エチレン樹脂1
6重量部よりなる合剤を2 am X 2 am 、厚
さO,BMIMにプレス成型したものである。この正極
はチタンリボンよりなるリード2を備えている。3は1
モル/eの過塩素酸リチウム(LiCe04)を溶解し
たグロピレンカーボネイト(以後PCと略す)よりなる
電解質、4は液絡橋、5は照合電極である金属リチウム
であり、6はニッケルリボンよりなるリードである。7
は種々の材料を用いた2α×2cTn、厚さ0゜511
1gの負僕でちる。8は負極のリードでありニッケルリ
ボンよりなる。
O5のサイクル特性を調べた。図中1は正極で、Cr2
O570重量部、導電剤としてのアセチレンブラック1
6重量部、結着剤としてのポリ4フツ化エチレン樹脂1
6重量部よりなる合剤を2 am X 2 am 、厚
さO,BMIMにプレス成型したものである。この正極
はチタンリボンよりなるリード2を備えている。3は1
モル/eの過塩素酸リチウム(LiCe04)を溶解し
たグロピレンカーボネイト(以後PCと略す)よりなる
電解質、4は液絡橋、5は照合電極である金属リチウム
であり、6はニッケルリボンよりなるリードである。7
は種々の材料を用いた2α×2cTn、厚さ0゜511
1gの負僕でちる。8は負極のリードでありニッケルリ
ボンよりなる。
負極7に従来より用いられて来たリチウムを用いた電池
a1 リチウムの原子の数の百分率が80%であるリチ
ウム鉛合金を用いた電池すを正極の電位がリチウム照合
電甑に対して、1.6vになるまで4風ムで放電し、そ
の後3.7vになるまで4風ムで充電した。そして、そ
の後、この放電。
a1 リチウムの原子の数の百分率が80%であるリチ
ウム鉛合金を用いた電池すを正極の電位がリチウム照合
電甑に対して、1.6vになるまで4風ムで放電し、そ
の後3.7vになるまで4風ムで充電した。そして、そ
の後、この放電。
充電をくり返した。この時のサイクルに伴う放電量の変
化を第1図に示した。また本発明の負極として、50%
のリチウムよりなるリチウムアルミニウム合金を用いた
電池Cの結果も示した。
化を第1図に示した。また本発明の負極として、50%
のリチウムよりなるリチウムアルミニウム合金を用いた
電池Cの結果も示した。
この実験では、正極の電位をリチウム照合電極に対して
測定し、充放電を規制しているのであるから、負極の種
類てかかわらずに、同じ結果が得られなければならない
。しかし、第1図に示した如く、負極の違いにより、正
極の特性が変化した。
測定し、充放電を規制しているのであるから、負極の種
類てかかわらずに、同じ結果が得られなければならない
。しかし、第1図に示した如く、負極の違いにより、正
極の特性が変化した。
これは、負極において、充放電時に化学反応が副反応と
して起こり、この反応生成物が正極に影響したためであ
ると考えた。そこで、電解質の溶媒であるPCがリチウ
ムや、リチウム鉛合金中のリチウムと反応し、pcに不
溶性の炭酸リチウム(Li2Go3)を生成し、これが
次式のように分解して、PCに可溶性の炭酸ガス(Co
□)Li2 CO5−Li2O+Co2 ができ、このCO2が電解質中を拡散し、正極表面に吸
着または反応して、正極のサイクル特性が低下したと考
えた。本発明のリチウムアルミニウム合金では、PCと
の反応が抑制されて、サイクル特性が向上したものと考
えられる。
して起こり、この反応生成物が正極に影響したためであ
ると考えた。そこで、電解質の溶媒であるPCがリチウ
ムや、リチウム鉛合金中のリチウムと反応し、pcに不
溶性の炭酸リチウム(Li2Go3)を生成し、これが
次式のように分解して、PCに可溶性の炭酸ガス(Co
□)Li2 CO5−Li2O+Co2 ができ、このCO2が電解質中を拡散し、正極表面に吸
着または反応して、正極のサイクル特性が低下したと考
えた。本発明のリチウムアルミニウム合金では、PCと
の反応が抑制されて、サイクル特性が向上したものと考
えられる。
また、本発明の一実施例の電池Cに用いた負極を用い、
電解質中に外部よりC02を導入してバブリングし、電
解質中のC02を飽和させた電解質を用いた電池αの特
性結果も合わせて示す。これより上記推定は妥当である
ことがわかる。
電解質中に外部よりC02を導入してバブリングし、電
解質中のC02を飽和させた電解質を用いた電池αの特
性結果も合わせて示す。これより上記推定は妥当である
ことがわかる。
また非水電解質の溶媒を、ジオキンランやテトラヒドロ
フランに変えても、また電解質を硼フフ化リチウム(L
iBF4) を溶解したγ−ブチロラクトンや、ジメ
トキシエタンおよびこれらの混合物に変えても、第1図
と同様の結果が得られた。
フランに変えても、また電解質を硼フフ化リチウム(L
iBF4) を溶解したγ−ブチロラクトンや、ジメ
トキシエタンおよびこれらの混合物に変えても、第1図
と同様の結果が得られた。
これらの電解質を用いても電解質とリチウムやリチウム
鉛合金中のリチウムが反応し、その反応生成物が正極に
影響して、正極のサイクル特性を低下せしめていること
がわかる。
鉛合金中のリチウムが反応し、その反応生成物が正極に
影響して、正極のサイクル特性を低下せしめていること
がわかる。
〈実施例2〉
実施例1と同じ様にして、負極にリチウム含量の異るリ
チウムアルミニウム合金を用い、合金中のリチウム含量
が、正極の0r205 に与える影響について検討した
。第2サイクルの放電量を基準にとり、この放電量の半
分の放電量になるサイクル数をサイクル特性として、負
極合金中のリチウムの%に対して、プロットしたのが第
2図である。
チウムアルミニウム合金を用い、合金中のリチウム含量
が、正極の0r205 に与える影響について検討した
。第2サイクルの放電量を基準にとり、この放電量の半
分の放電量になるサイクル数をサイクル特性として、負
極合金中のリチウムの%に対して、プロットしたのが第
2図である。
これより、リチウムアルミニウム合金中のリチウム量が
60%を超えると、正極のサイクル特性を著しく低下さ
せることがわかる。つまり、リチウム量が60%を超え
ると、充放電に際して、電解質と反応しやすくなること
を示している。これより、リチウムは60%以下、好1
しくは5o%以下が良好である。
60%を超えると、正極のサイクル特性を著しく低下さ
せることがわかる。つまり、リチウム量が60%を超え
ると、充放電に際して、電解質と反応しやすくなること
を示している。これより、リチウムは60%以下、好1
しくは5o%以下が良好である。
しかし、リチウムアルミニウム合金中のリチウム量が減
少すると、負極の放電量の低下につながるので、リチウ
ムは6%以上、好ましくは10%以上必要である。
少すると、負極の放電量の低下につながるので、リチウ
ムは6%以上、好ましくは10%以上必要である。
〈実施例3〉
第3図のeには、正極にCr2O5を用い、負極に本発
明のリチウムが60%のリチウムアルミニウム合金を用
いた直径23Mll1.高さ2.0風の電池での、第1
0サイクルでの放電曲線を示す。
明のリチウムが60%のリチウムアルミニウム合金を用
いた直径23Mll1.高さ2.0風の電池での、第1
0サイクルでの放電曲線を示す。
これより、平均放電電圧は、2.8vと相当高くなって
おり、同じ寸法の電池での従来のCu2Oの電解還元物
を負極に用いた場合fに比べ、高起電力の電池となるこ
とは明らかである。
おり、同じ寸法の電池での従来のCu2Oの電解還元物
を負極に用いた場合fに比べ、高起電力の電池となるこ
とは明らかである。
また、従来のTiS2を正極に用いる二次電池では、先
に記したように、負極のデンドライトの問題だけを解決
すれば、サイクル特性の良好な二次電池となり、本発明
に用いたCr2O5とは異り、負極での反跳生成物の影
響を受けない優れた活物質であるが、高価であるという
欠点があった。
に記したように、負極のデンドライトの問題だけを解決
すれば、サイクル特性の良好な二次電池となり、本発明
に用いたCr2O5とは異り、負極での反跳生成物の影
響を受けない優れた活物質であるが、高価であるという
欠点があった。
発明の効果
以上のように、正極にCr2O5を用いる非水電解質二
次電池において、負極に6〜60%のリチウムを含み9
5〜40%のアルミニウムを含むリチウムアルミニウム
合金を用いることにより、サイクル特性の良好な二次電
池とすることができる。
次電池において、負極に6〜60%のリチウムを含み9
5〜40%のアルミニウムを含むリチウムアルミニウム
合金を用いることにより、サイクル特性の良好な二次電
池とすることができる。
第1図は種々の負極を用いた時の正極の特性を示す図、
第2図は負極のリチウムアルミニウム合金中のリチウム
の%を変えた時の正極のサイクル特性をプロットした図
、第3図は電池の放電曲線である。 第4図は正極のサイクル特性を検討した電気化学セルの
概念図である。 a・・・・・・リチウムを負極とする従来電池、b・・
・・・・リチウム鉛合金を負極とする電池、C・・・・
・・リチウムアルミニウム合金を負極とする本発明の実
施例の電池、d・・・・・・電池Cにおいて電解質中に
CO□を通気した電池、e・・・・・・電池Cと同構成
の直径23朋、高さ2.0朋の電池、f・・・・・Cu
2Oの電解還元物を負極としたeと同寸法の電池。 第1図 サイクル数 第2図 O204θ 〆O勿 lθθ yテウムアルミニクム・白イミ中の9fクムっx(2り
第 3 図 欣覧量(trLA幻
第2図は負極のリチウムアルミニウム合金中のリチウム
の%を変えた時の正極のサイクル特性をプロットした図
、第3図は電池の放電曲線である。 第4図は正極のサイクル特性を検討した電気化学セルの
概念図である。 a・・・・・・リチウムを負極とする従来電池、b・・
・・・・リチウム鉛合金を負極とする電池、C・・・・
・・リチウムアルミニウム合金を負極とする本発明の実
施例の電池、d・・・・・・電池Cにおいて電解質中に
CO□を通気した電池、e・・・・・・電池Cと同構成
の直径23朋、高さ2.0朋の電池、f・・・・・Cu
2Oの電解還元物を負極としたeと同寸法の電池。 第1図 サイクル数 第2図 O204θ 〆O勿 lθθ yテウムアルミニクム・白イミ中の9fクムっx(2り
第 3 図 欣覧量(trLA幻
Claims (1)
- リチウムイオンを含む非水電解質と、正極活物質として
のCr_2O_5と、負極に原子の数の百分率として、
5〜60%のリチウムと95〜40%のアルミニウムか
らなる合金を用いたことを特徴とする非水電解質二次電
池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60252154A JPS62113364A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60252154A JPS62113364A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 非水電解質二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62113364A true JPS62113364A (ja) | 1987-05-25 |
Family
ID=17233232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60252154A Pending JPS62113364A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62113364A (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS525423A (en) * | 1975-07-01 | 1977-01-17 | Exxon Research Engineering Co | Rechargeable chemical battery having lithiummaluminum anode |
JPS5673860A (en) * | 1979-10-01 | 1981-06-18 | Duracell Int | Secondary chemical battery |
JPS58161260A (ja) * | 1982-03-19 | 1983-09-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池 |
JPS5966062A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液電池 |
-
1985
- 1985-11-11 JP JP60252154A patent/JPS62113364A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS525423A (en) * | 1975-07-01 | 1977-01-17 | Exxon Research Engineering Co | Rechargeable chemical battery having lithiummaluminum anode |
JPS5673860A (en) * | 1979-10-01 | 1981-06-18 | Duracell Int | Secondary chemical battery |
JPS58161260A (ja) * | 1982-03-19 | 1983-09-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池 |
JPS5966062A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液電池 |
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