JPS62113364A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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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
Prior art date
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JP60252154A
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English (en)
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Junichi Yamaura
純一 山浦
Yoshinori Toyoguchi
豊口 吉徳
Toru Matsui
徹 松井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
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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。

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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〈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。
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。
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。
〈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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP60252154A 1985-11-11 1985-11-11 非水電解質二次電池 Pending JPS62113364A (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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