JP2000285910A - Lithium battery - Google Patents

Lithium battery

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JP2000285910A
JP2000285910A JP11088920A JP8892099A JP2000285910A JP 2000285910 A JP2000285910 A JP 2000285910A JP 11088920 A JP11088920 A JP 11088920A JP 8892099 A JP8892099 A JP 8892099A JP 2000285910 A JP2000285910 A JP 2000285910A
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JP
Japan
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active material
electrode active
oxide
lithium
solid electrolyte
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JP11088920A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Kamimura
俊彦 上村
Hiromitsu Mishima
洋光 三島
Nobuyuki Kitahara
暢之 北原
Hisashi Higuchi
永 樋口
Makoto Osaki
誠 大崎
Shinji Umagome
伸二 馬込
Toru Hara
亨 原
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve charging rate of active material and battery energy density by forming a positive electrode active material body and/or a negative electrode active material body from a sintered body of a metal oxide and solid electrolyte where conductive particles are dispersed. SOLUTION: As metal oxide used for a positive electrode active material body and a negative electrode active material body, composite oxide such as lithium manganese composite oxide, oxide such as titan oxide, and their derivative are used. As solid electrolyte, an oxide-based or sulfide-based amorphous solid electrolyte is used. The metal oxide and the solid electrolyte are preferably mixed in volume ratio of about 65:35-97:3. As conductive particle to be dispersed, metal particle such as Pt, acetylene black, or natural graphite is used. Volume ratio of this conductive particle is preferably 50% in order to form a continuous network in the solid electrolyte.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池に関
し、特に電極を改良したリチウム電池に関する。
The present invention relates to a lithium battery, and more particularly, to a lithium battery having an improved electrode.

【0002】[0002]

【従来技術】携帯電話やパーソナルコンピューターに代
表される携帯機器の近年の目覚しい発達に伴い、その電
源としての電池の需要も急速に増加している。特にリチ
ウムイオン電池は、原子量が小さく、かつイオン化エネ
ルギーが大きなリチウムを使う電池であることから、高
エネルギー密度を得ることができる電池として盛んに研
究され、現在では携帯機器の電源をはじめとして広範囲
に用いられるに至っている。これらリチウムイオン電池
には、大きく分けて円筒型と角型があるが、いずれも正
極と負極がセパレータを介して倦回された極群を電槽缶
内に挿入し、そこに有機電解液が注入されて封口された
構造となっている。
2. Description of the Related Art With the recent remarkable development of portable devices typified by portable telephones and personal computers, demand for batteries as power sources has been rapidly increasing. In particular, lithium ion batteries are batteries that use lithium, which has a low atomic weight and a large ionization energy, and are therefore being actively studied as batteries that can obtain high energy densities. It has been used. These lithium-ion batteries are roughly classified into cylindrical type and square type.In both cases, the positive electrode and the negative electrode are inserted through a separator into a battery case. The structure has been injected and sealed.

【0003】上述したリチウムイオン電池では、正極活
物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )やマン
ガン酸リチウム(LiMn2 4 )が一般的に用いられ
ている。また、負極活物質には、コークスや炭素繊維な
どの炭素材料が用いられている。ここで挙げたLiCo
2 やLiMn2 4 の充放電電圧は約4Vである。こ
れに対して炭素材料の充放電位は0V付近である。した
がって、これらの正極活物質と負極活物質を組み合わせ
ることでリチウムイオン電池は約3.5Vの高電圧を達
成している。
In the above-mentioned lithium ion battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) are generally used as a positive electrode active material. Further, a carbon material such as coke and carbon fiber is used for the negative electrode active material. LiCo listed here
The charge and discharge voltage of O 2 and LiMn 2 O 4 is about 4V. On the other hand, the charge / discharge potential of the carbon material is around 0V. Therefore, a lithium ion battery achieves a high voltage of about 3.5 V by combining these positive electrode active materials and negative electrode active materials.

【0004】また、一般的にリチウムイオン電池は、こ
れらの正極または負極にバインダー、例えばポリテトラ
フルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどを必要に
応じてアセチレンブラックや黒鉛などの導電剤および溶
剤を加えて塗液を作製した後、この塗液をエクストルー
ジョン方式やドクターブレード方式などの塗布方式で集
電体と呼ばれるアルミニウムあるいは銅製の金属箔状に
塗布して乾燥・裁断することでシート状に作製されるの
が一般的である。また、必要に応じて、裁断前に電極の
充填密度を向上させるために塗液を金属箔に塗布したも
のをロールプレス装置で加圧・圧縮することがある。
In general, a lithium ion battery is coated with a binder, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or the like by adding a conductive agent such as acetylene black or graphite and a solvent, if necessary, to the positive electrode or the negative electrode. After preparing the liquid, this coating liquid is coated on an aluminum or copper metal foil called a current collector by a coating method such as an extrusion method or a doctor blade method, and dried and cut to form a sheet. It is common. In addition, if necessary, a coating liquid applied to a metal foil may be pressed and compressed by a roll press device in order to increase the filling density of the electrode before cutting.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、塗布に
より集電体上に形成された電極には、電極反応に直接は
寄与しない粒子同士を結着させるためのバインダーを必
要とし、さらに電極の充填密度を向上させるためにロー
ルプレス装置で加圧・圧縮しても空隙が存在しているた
め、実質的な活物質が電極内で占める体積、つまり活物
質充填率が30から60%に留まり高くならないという
問題がある。
However, the electrode formed on the current collector by coating requires a binder for binding particles that do not directly contribute to the electrode reaction, and furthermore, the packing density of the electrode. Even if the roll is pressed and compressed by a roll press device to improve the volume, the volume occupied by the substantial active material in the electrode, that is, the active material filling rate is limited to 30 to 60% and does not increase. There is a problem.

【0006】したがって、塗布型の電極を用いた場合
は、電池の容量が小さくなり、結果的に電池のエネルギ
ー密度が小さいものとなっている。また、コイン形電池
のように加圧成形されたペレット状の電極においても同
様であり、バインダーを含有するために、活物質充填率
を上げられないという問題がある。
Accordingly, when the coating type electrode is used, the capacity of the battery is reduced, and as a result, the energy density of the battery is reduced. The same applies to pressure-formed pellet-shaped electrodes, such as coin-shaped batteries, and there is a problem that the active material filling rate cannot be increased because of containing a binder.

【0007】また、特開平8−138724号公報に
は、ガラス状固体電解質粉と活物質粉の混合物を加圧成
形することによって正極および負極を得、これらでガラ
ス状固体電解質粉を加圧成形した固体電解質を挟んで加
圧成形することが提案されている。すなわち、ガラス状
固体電解質粉と活物質粉の混合物を加圧成形した正極お
よび負極は、電極内部で固体電解質と活物質との接触状
態が粉同志の点接触であったものが、軟化したガラス状
固体電解質によって前記接合状態が面接触になり、活物
質と固体電解質との接触面積が増加し、リチウムイオン
のインターカレーション・デインターカレーション反応
が起こりやすくなり、電極内のインピーダンスを低くす
ることができるというものである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-138724 discloses that a positive electrode and a negative electrode are obtained by pressing a mixture of a glassy solid electrolyte powder and an active material powder, and the glassy solid electrolyte powder is pressed with these. It has been proposed to press-mold the solid electrolyte in between. That is, the positive electrode and the negative electrode obtained by press-molding a mixture of the glassy solid electrolyte powder and the active material powder were those in which the contact state between the solid electrolyte and the active material was point contact between the powder inside the electrode, but the softened glass By the solid electrolyte, the bonding state becomes surface contact, the contact area between the active material and the solid electrolyte increases, the intercalation / deintercalation reaction of lithium ions easily occurs, and the impedance in the electrode is reduced. That you can do it.

【0008】しかしながら、金属酸化物を電極活物質と
した場合は、活物質自体の電子伝導性が低く、依然とし
て電極内のインピーダンスが高いという問題がある。
However, when a metal oxide is used as the electrode active material, there is a problem that the electron conductivity of the active material itself is low and the impedance inside the electrode is still high.

【0009】一方、負極活物質体に炭素材料を用いるリ
チウムイオン電池は、炭素材料の充放電電位が0V付近
であることから、高エネルギー密度が期待されるが、電
池の充放電過程でリチウム金属が負極表面に析出して内
部短絡を起こす可能性があり、十分な安全性を有してい
るとはいえない。
On the other hand, a lithium ion battery using a carbon material for the negative electrode active material body is expected to have a high energy density because the charge / discharge potential of the carbon material is around 0 V. May be deposited on the surface of the negative electrode to cause an internal short circuit, and cannot be said to have sufficient safety.

【0010】[0010]

【発明の目的】本発明は上述のような従来のリチウム電
池の問題点に鑑みてなされたものであり、活物質充填率
が低く、電池エネルギー密度が小さいという従来の問題
点を解消したリチウム電池を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems of the conventional lithium battery, and has solved the conventional problems of low active material filling rate and low battery energy density. The purpose is to provide.

【0011】また、活物質と固体電解質の接触面積が小
さく、電極内のインピーダンスを低くすることができな
いという従来の問題点を解消したリチウム電池を提供す
ることを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a lithium battery which has solved the conventional problem that the contact area between the active material and the solid electrolyte is small and the impedance inside the electrode cannot be reduced.

【0012】さらに、負極活物質に炭素材料を用いると
負極表面にリチウム金属が析出して内部短絡を起こす可
能性があるという従来の問題点を解消したリチウム電池
を提供することを目的とする。
It is a further object of the present invention to provide a lithium battery which solves the conventional problem that when a carbon material is used as the negative electrode active material, lithium metal may precipitate on the surface of the negative electrode and cause an internal short circuit.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のリチウム電池では、正極活物質体と負極活
物質体との間に電解質を介在させて成るリチウム電池に
おいて、前記正極活物質体および/または負極活物質体
を導電性を有する粒子を分散させた固体電解質と金属酸
化物との焼結体で形成した。
In order to achieve the above object, a lithium battery according to the present invention is characterized in that an electrolyte is interposed between a positive electrode active material body and a negative electrode active material body. The material and / or the negative electrode active material were formed of a sintered body of a metal oxide and a solid electrolyte in which conductive particles were dispersed.

【0014】上記リチウム電池では、前記導電性を有す
る粒子が金属粉末および/またはカーボン粉末であるこ
とが望ましい。
In the above-mentioned lithium battery, it is desirable that the conductive particles are metal powder and / or carbon powder.

【0015】また、前記金属酸化物がリチウムマンガン
複合酸化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸
化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル
コバルト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物、
リチウムチタン複合酸化物、酸化チタン、酸化ニオブ、
酸化バナジウム、酸化タングステンまたはそれらの誘導
体のいずれか一種または複数種から成ることが望まし
い。
The metal oxide may be a lithium manganese composite oxide, manganese dioxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium vanadium composite oxide,
Lithium titanium composite oxide, titanium oxide, niobium oxide,
It is desirable to be composed of one or more of vanadium oxide, tungsten oxide or a derivative thereof.

【0016】[0016]

【作用】金属酸化物と固体電解質の焼結体で電極活物質
体を形成した場合、活物質の充填率が向上し、また電極
内の活物質と固体電解質の接触面積を広く確保でき、さ
らに固体電解質中に導電性を有する金属粒子やカーボン
粒子が分散していることから、電極内のインピーダンス
を低くすることができ、電池のエネルギー密度が向上す
るものである。また、一般的に金属酸化物の充放電電位
は炭素材料の充放電電位よりも貴な電位を示すことか
ら、原理的にリチウムの析出反応が起こらず、電池の信
頼性が向上する。
When the electrode active material body is formed of a sintered body of a metal oxide and a solid electrolyte, the filling rate of the active material is improved, and a wide contact area between the active material and the solid electrolyte in the electrode can be secured. Since the conductive metal particles and carbon particles are dispersed in the solid electrolyte, the impedance in the electrode can be reduced, and the energy density of the battery can be improved. In general, the charge / discharge potential of a metal oxide is higher than the charge / discharge potential of a carbon material. Therefore, in principle, no lithium deposition reaction occurs, and the reliability of the battery is improved.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明のリチウム電池の実
施形態について説明する。図1は、本発明に係わるコイ
ン型リチウム電池の構成例を示す断面図である。図1に
おいて、1は正極缶、2は正極集電層、3は正極活物質
体、5は電解質、6は負極活物質体、7は負極集電層、
8は負極缶である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the lithium battery of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a coin-type lithium battery according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a positive electrode can, 2 is a positive electrode current collecting layer, 3 is a positive electrode active material body, 5 is an electrolyte, 6 is a negative electrode active material body, 7 is a negative electrode current collecting layer,
8 is a negative electrode can.

【0018】正極集電層2は、正極缶1と正極活物質体
3と接着と集電のために配置され、例えば炭素材料を含
んだポリイミド系接着剤からなる。
The positive electrode current collecting layer 2 is arranged for bonding and current collection to the positive electrode can 1 and the positive electrode active material member 3, and is made of, for example, a polyimide adhesive containing a carbon material.

【0019】正極活物質体3は、正極活物質となる金属
酸化物と固体電解質を混合して焼結させたものであり、
固体電解質中に導電性の粒子が分散したものから成る。
負極活物質体6は、負極活物質として正極活物質体3中
の正極活物質の充放電電位よりも卑な充放電電位を有す
る金属酸化物と固体電解質を混合して焼結させたもので
あり、固体電解質中に導電性の粒子が分散したものから
成る。
The positive electrode active material body 3 is obtained by mixing and sintering a metal oxide serving as a positive electrode active material and a solid electrolyte.
It consists of a solid electrolyte in which conductive particles are dispersed.
The negative electrode active material member 6 is obtained by mixing and sintering a metal oxide having a charge / discharge potential lower than the charge / discharge potential of the positive electrode active material in the positive electrode active material member 3 as a negative electrode active material and a solid electrolyte. Yes, it consists of a solid electrolyte in which conductive particles are dispersed.

【0020】この正極活物質体3および負極活物質体6
に用いる金属酸化物としては、例えばリチウムマンガン
複合酸化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸
化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル
コバルト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物、
リチウムチタン複合酸化物、酸化チタン、酸化ニオブ、
酸化バナジウム、酸化タングステンなどとそれらの誘導
体が挙げられる。ここで、正極活物質と負極活物質には
明確な区別はなく、2種類の化合物の充放電電位を比較
して貴な電位を示すものを正極に、卑な電位を示すもの
を負極に用いて任意の電圧の電池を構成することができ
る。
The positive electrode active material 3 and the negative electrode active material 6
As the metal oxide used for, for example, lithium manganese composite oxide, manganese dioxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium vanadium composite oxide,
Lithium titanium composite oxide, titanium oxide, niobium oxide,
Vanadium oxide, tungsten oxide, and derivatives thereof are given. Here, there is no clear distinction between the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the charge and discharge potentials of the two types of compounds are compared to each other, and those showing a noble potential are used for the positive electrode, and those showing a noble potential are used for the negative electrode. Thus, a battery having an arbitrary voltage can be formed.

【0021】正極活物質体3および負極活物質体6に用
いる固体電解質としては、例えばLi2 O−B2 3
2 5 系、Li2 O−B2 3 −ZnO系の酸化物系
非晶質固体電解質、LiI−Li2 S−P2 5 やLi
3 PO4 −Li2 S−Si2Sなどの硫化物系非晶質固
体電解質、あるいは、Li3 PO4 −Li2 S−SiS
などのような金属酸化物と硫化物が混合された非晶質電
解質が挙げられる。
As the solid electrolyte used for the positive electrode active material 3 and the negative electrode active material 6, for example, Li 2 O—B 2 O 3
P 2 O 5 system, Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO -based oxide-based amorphous solid electrolyte, LiI-Li 2 S-P 2 S 5 and Li
3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S sulfide-based amorphous solid electrolytes such as, or, Li 3 PO 4 -Li 2 S -SiS
And an amorphous electrolyte in which a metal oxide and a sulfide are mixed.

【0022】金属酸化物と固体電解質は、体積比で6
5:35から97:3程度で混合される。金属酸化物の
量が多くなりすぎると、活物質と固体電解質の接触面積
が小さくなり、電極内のインピーダンスが小さくなる。
また、固体電解質の量が多すぎると活物質充填率が低く
なり、電池エネルギー密度が小さくなるという問題があ
る。
The metal oxide and the solid electrolyte have a volume ratio of 6
It is mixed at about 5:35 to 97: 3. If the amount of the metal oxide is too large, the contact area between the active material and the solid electrolyte decreases, and the impedance in the electrode decreases.
On the other hand, when the amount of the solid electrolyte is too large, there is a problem that the active material filling rate decreases and the battery energy density decreases.

【0023】正極活物質体3および負極活物質体6に用
いる固体電解質に分散させる導電性を有する粒子として
は、Pt、Rh、Pd、Au、Ruの金属粒子、アセチ
レンブラック、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒
鉛などの1種もしくは2種以上が用いられる。
The conductive particles dispersed in the solid electrolyte used for the positive electrode active material member 3 and the negative electrode active material member 6 include metal particles of Pt, Rh, Pd, Au, and Ru, acetylene black, Ketjen black, and natural metal. One or more of graphite, artificial graphite, and the like are used.

【0024】導電性を有する粒子は、電子導電性を付与
するために、固体電解質中で連続したネットワークを形
成することが必要である。固体電解質中における導電性
粒子は体積比で50%以上を占めることが望ましい。
It is necessary that the conductive particles form a continuous network in the solid electrolyte in order to impart electronic conductivity. The conductive particles in the solid electrolyte preferably occupy 50% or more by volume.

【0025】電解質5は、イオン伝導性を有する材料で
あれば液体でも固体でもよい。この電解質5には、有機
溶媒に所用の電解質塩を溶解させた有機電解液やイオン
伝導性高分子材料に電解質塩を溶解させた高分子固体電
解質、さらにはそれらを複合させたゲル電解質、無機材
料からなる無機固体電解質を用いることができる。電解
質5に有機電解液を用いる場合、正極活物質体3と負極
活物質体6を隔離するためのセパレータ(不図示)が必
要である。
The electrolyte 5 may be liquid or solid as long as it has ion conductivity. The electrolyte 5 includes an organic electrolyte in which a desired electrolyte salt is dissolved in an organic solvent, a solid polymer electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in an ion-conductive polymer material, a gel electrolyte in which these are combined, and an inorganic electrolyte. An inorganic solid electrolyte made of a material can be used. When an organic electrolyte is used for the electrolyte 5, a separator (not shown) for separating the positive electrode active material member 3 and the negative electrode active material member 6 is required.

【0026】有機電解液に用いる有機溶媒には、例えば
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、ガンマーブ
チロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタ
ン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、
炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよびメチルエチルカーボ
ネートから選ばれる1種もしくは2種以上の混合系の溶
媒が挙げられる。
Examples of the organic solvent used in the organic electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, and the like.
Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran,
One or a mixture of two or more solvents selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate can be used.

【0027】電解質塩としては、例えばLiClO4
LiBF4 、LiPF6 、LiCF 3 SO3 、LiN
(CF3 SO2 2 、LiN(C2 5 SO2 2 など
のリチウム塩を挙げることができる。
As the electrolyte salt, for example, LiClOFour,
LiBFFour, LiPF6, LiCF ThreeSOThree, LiN
(CFThreeSOTwo)Two, LiN (CTwoFFiveSOTwo)TwoSuch
Can be mentioned.

【0028】セパレータには、例えばポリオレフィン繊
維製の不織布やポリオレフィン繊維製の微多孔膜を用い
ることができる。ここでポリオレフィン繊維としては、
例えばポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維などを挙
げることができる。
As the separator, for example, a nonwoven fabric made of polyolefin fiber or a microporous film made of polyolefin fiber can be used. Here, as polyolefin fiber,
For example, polypropylene fiber, polyethylene fiber and the like can be mentioned.

【0029】イオン伝導性高分子材料としては、例えば
ポリエチレンオキシドに代表されるエチレンオキシド骨
格を有する高分子やプロピレンオキシドに代表されるプ
ロピレンオキシド骨格を有する高分子、またはそれらの
混合物や共重合体などが挙げられる。この場合の電解質
塩としては、上述の有機電解液と同じものが使用可能で
ある。
As the ion conductive polymer material, for example, a polymer having an ethylene oxide skeleton represented by polyethylene oxide, a polymer having a propylene oxide skeleton represented by propylene oxide, or a mixture or copolymer thereof is used. No. As the electrolyte salt in this case, the same one as the above-mentioned organic electrolyte can be used.

【0030】無機固体電解質としては、例えば30Li
I−41Li2 O−29P2 5 やLi2 O−35B2
3 −25LiNbO3 などの酸化物系非晶質固体電解
質、45LiI−37Li2 S−18P2 5 や1Li
3 PO4 −63Li2 S−36Si2 Sなどの硫化物系
非晶質固体電解質などを挙げることができる。
As the inorganic solid electrolyte, for example, 30Li
I-41Li 2 O-29P 2 O 5 and Li 2 O-35B 2
O 3 -25LiNbO 3 oxide-based amorphous solid electrolytes such as, 45LiI-37Li 2 S-18P 2 S 5 and 1Li
Such as 3 PO 4 -63Li 2 S-36Si 2 S sulfide-based amorphous solid electrolyte, and the like.

【0031】負極集電層7は、負極活物質体6と例えば
ステンレスからなる負極缶8の接着と集電のために配置
され、例えば銀を含んだ導電性接着剤からなる。
The negative electrode current collecting layer 7 is arranged for bonding and current collecting between the negative electrode active material body 6 and the negative electrode can 8 made of, for example, stainless steel, and is made of, for example, a conductive adhesive containing silver.

【0032】上述の正極活物質体3が収納された正極缶
1と負極活物質体6が収納装着された負極缶8は、絶縁
パッキング4を介してかしめ合わされて封口される。
The positive electrode can 1 containing the above-mentioned positive electrode active material 3 and the negative electrode can 8 containing the negative electrode active material 6 are caulked via an insulating packing 4 and sealed.

【0033】本発明が適用されるリチウム電池は、正極
活物質体および/または負極活物質体が固体電解質粉末
との混合物で構成されているものであれば、一次電池で
あっても二次電池であってもよい。電池形状は円筒型、
角型、ボタン型、コイン型および扁平型などに限定され
るものではない。
The lithium battery to which the present invention is applied may be a primary battery or a secondary battery as long as the cathode active material body and / or the anode active material body is composed of a mixture with a solid electrolyte powder. It may be. Battery shape is cylindrical,
It is not limited to a square type, a button type, a coin type, a flat type and the like.

【0034】[0034]

【実施例】[実施例]正極活物質としてLiMn2 4
を、負極活物質にLi4 Ti5 12を、電極活物質と混
合する固体電解質にLi2 O−B2 3 −ZnOガラス
を、導電性粒子にグラファイトをそれぞれ用いた電池に
ついて以下に示す。
[Example] [Example] LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material
The following shows a battery using Li 4 Ti 5 O 12 as the negative electrode active material, Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO glass as the solid electrolyte mixed with the electrode active material, and graphite as the conductive particles. .

【0035】水酸化リチウムと二酸化マンガンをLiと
Mnのモル比が1:2となるように混合し、この混合物
を大気中、800℃で20時間加熱焼成することにより
リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )を調整
した。水酸化リチウムと二酸化チタンをLiとTiのモ
ル比が4:5となるように混合し、この混合物を大気
中、850℃で15時間加熱合成することにより、リチ
ウムチタン複合酸化物(Li4 Ti5 12)を調整し
た。固体電解質のLi2 O−B2 3 −ZnOガラスと
導電性粒子の天然黒鉛は市販のものを用いた。
Lithium hydroxide and manganese dioxide are mixed such that the molar ratio of Li to Mn is 1: 2, and this mixture is heated and fired at 800 ° C. for 20 hours in the air to form a lithium manganese composite oxide (LiMn). 2 O 4 ) was adjusted. Lithium hydroxide and titanium dioxide are mixed such that the molar ratio of Li and Ti is 4: 5, and this mixture is heated and synthesized at 850 ° C. for 15 hours in the air to obtain a lithium-titanium composite oxide (Li 4 Ti). 5 O 12 ) was adjusted. Commercially available Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO glass as the solid electrolyte and natural graphite as the conductive particles were used.

【0036】正極活物質体3は、LiMn2 4 とLi
2 O−B2 3 −ZnOと天然黒鉛を8:1:1の重量
比になるように秤量し、この混合物を直径17mmにな
るように加圧成形し、正極活物質体の生成形体を得た。
The cathode active material body 3 is composed of LiMn 2 O 4 and LiMn 2 O 4.
2 O-B 2 O 3 -ZnO and natural graphite 8: 1 were weighed at 1 weight ratio, pressure-molding such that the mixture to a diameter 17 mm, the product form of the positive electrode active material body Obtained.

【0037】この生成形体を大気中550℃で焼成する
ことで焼結体電極を作製した。作製した正極活物質体は
直径15mm、厚み1.0mmであった。
The green compact was fired at 550 ° C. in the atmosphere to produce a sintered electrode. The produced positive electrode active material had a diameter of 15 mm and a thickness of 1.0 mm.

【0038】負極活物質体6も同様に、Li4 Ti5
12とLi2 O−B2 3 −ZnOと天然黒鉛を8:1:
1の重量比になるように秤量し、この混合物を直径17
mmになるように加圧成形し、負極活物質体の生成形体
を得た。この生成形体を大気中550℃で焼成すること
で焼結体を作成した。作製した負極活物質体は直径1
5.5mm、厚み1.2mmであった。
Similarly, the negative electrode active material body 6 is made of Li 4 Ti 5 O
12 and Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO and natural graphite 8: 1:
And weighed to a weight ratio of 1.
mm to obtain a formed negative electrode active material body. The formed body was fired at 550 ° C. in the atmosphere to produce a sintered body. The prepared negative electrode active material had a diameter of 1
It was 5.5 mm and 1.2 mm in thickness.

【0039】電解液は、プロピレンカーボネートに電解
質として過塩素酸リチウム(LiClO4 )をその濃度
が1mol/lになるように溶解させて調整した。
The electrolytic solution was prepared by dissolving lithium perchlorate (LiClO 4 ) as an electrolyte in propylene carbonate so that its concentration was 1 mol / l.

【0040】上記正極活物質体3を導電性接着剤からな
る正極集電層2を介して正極缶1内に収納装着し、電解
液4を含浸させたポリプロピレン製不織布からなるセパ
レータを正極活物質体3上に載置した。一方、負極側も
正極側と同様に負極活物質体6を導電性接着剤からなる
負極集電体層7を介して負極缶8内に収納装着した。
The positive electrode active material body 3 is housed and mounted in the positive electrode can 1 via the positive electrode current collecting layer 2 made of a conductive adhesive, and the separator made of a polypropylene nonwoven fabric impregnated with the electrolytic solution 4 is used as the positive electrode active material. Placed on body 3. On the other hand, on the negative electrode side, similarly to the positive electrode side, the negative electrode active material body 6 was housed and mounted in the negative electrode can 8 via the negative electrode current collector layer 7 made of a conductive adhesive.

【0041】次に、前記正極缶1と負極缶8とを絶縁パ
ッキング4を介してかしめ合わせることにより、図1に
示した外径が20mm、厚みが3.3mmのコイン型リ
チウム電池を組み立てた。
Next, the positive electrode can 1 and the negative electrode can 8 were caulked via the insulating packing 4 to assemble a coin-type lithium battery having an outer diameter of 20 mm and a thickness of 3.3 mm as shown in FIG. .

【0042】[比較例]実施例と同様にして作製したL
iMn2 4 とLi2 O−B2 3 −ZnOを9:1の
重量比になるように秤量し、この混合物を直径17mm
になるように加圧成形し、正極活物質体の生成形体を得
た。作製した負極活物質体は、直径15mm、厚み0.
9mmであった。
[Comparative Example] L produced in the same manner as in the example
iMn 2 O 4 and Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO were weighed at a weight ratio of 9: 1, and the mixture was weighed 17 mm.
To obtain a formed form of the positive electrode active material body. The prepared negative electrode active material body had a diameter of 15 mm and a thickness of 0.1 mm.
9 mm.

【0043】また、Li4 Ti5 12とLi2 O−B2
3 −ZnOを9:1の重量比になるように秤量し、こ
の混合物を直径17mmになるように加圧成形し、負極
活物質体の生成形体を得た。作製した負極活物質体は直
径15mm、厚み1mmであった。
Further, Li 4 Ti 5 O 12 and Li 2 O—B 2
O 3 -ZnO was weighed so as to have a weight ratio of 9: 1, and this mixture was subjected to pressure molding so as to have a diameter of 17 mm to obtain a formed form of a negative electrode active material body. The prepared negative electrode active material body had a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm.

【0044】以下、実施例と同様にしてコイン型リチウ
ム電池を作製した。作製したコイン型リチウム電池は直
径が20mm、厚みが2.9mmであった。
Hereinafter, a coin-type lithium battery was manufactured in the same manner as in the example. The manufactured coin-type lithium battery had a diameter of 20 mm and a thickness of 2.9 mm.

【0045】上述の電池の容量測定を実施した。なお、
電池の放電容量は充電終止電圧を2.8V、電流値を2
mAとして定電流充電した後、1時間放置して同じく電
流値2mAで2.0Vまで定電流放電して求めた。ま
た、正極および負極活物質の理論容量に対する比率を求
めた。
The above-described battery capacity measurement was performed. In addition,
The discharge capacity of the battery was 2.8 V at the end-of-charge voltage and 2
After the battery was charged at a constant current of mA and left for 1 hour, the battery was discharged at a constant current of 2.0 mA to a constant current of 2.0 V. Further, the ratio of the positive electrode and the negative electrode active material to the theoretical capacity was determined.

【0046】その結果、上記実施例の電池では、放電容
量が41mAhであり理論容量に対する比率は88%で
あった。これに対して、比較例の電池では、放電容量が
28mAhであり、理論容量に対する比率も55%であ
った。これにより、電極活物質体に混合する固体電解質
に導電性の粒子が分散していることにより、電極内のイ
ンピーダンスを低くすることができ、電池のエネルギー
密度が向上することがわかる。
As a result, in the battery of the above example, the discharge capacity was 41 mAh, and the ratio to the theoretical capacity was 88%. On the other hand, in the battery of the comparative example, the discharge capacity was 28 mAh, and the ratio to the theoretical capacity was 55%. This indicates that the conductive particles are dispersed in the solid electrolyte mixed with the electrode active material body, so that the impedance in the electrode can be reduced and the energy density of the battery can be improved.

【0047】なお、本発明は上記実施形態に示したもの
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
において適宣変更して実施できるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように、本発明に係わるリチウム
電池によれば、正極活物質体および/または負極活物質
体を導電性を有する粒子を分散させた固体電解質と金属
酸化物との焼結体で形成したことから、活物質の充填率
が向上し、また電極内の活物質と固体電解質の接触面積
を広く確保でき、さらに電極内のインピーダンスを低く
することができ、電池のエネルギー密度を向上させるこ
とができる。
As described above, according to the lithium battery of the present invention, the positive electrode active material and / or the negative electrode active material are sintered with the solid electrolyte in which conductive particles are dispersed and the metal oxide. Since it is formed of a solid body, the filling rate of the active material is improved, the contact area between the active material in the electrode and the solid electrolyte can be secured widely, the impedance in the electrode can be reduced, and the energy density of the battery can be reduced. Can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わるリチウム電池の一実施形態を示
す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a lithium battery according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・正極缶、2・・・正極集電体層、3・・・正極
活物質体、4・・・絶縁パッキング、5・・・電解質、
6・・・負極活物質体、7・・・負極集電層、8・・・
負極缶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode can, 2 ... Positive electrode collector layer, 3 ... Positive electrode active material body, 4 ... Insulating packing, 5 ... Electrolyte,
6 ... negative electrode active material body, 7 ... negative electrode current collecting layer, 8 ...
Negative electrode can

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01M 10/40 Z (72)発明者 樋口 永 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 大崎 誠 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 馬込 伸二 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 原 亨 京都府相楽郡精華町光台3丁目5番地 京 セラ株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 5H003 AA02 BA01 BB05 BC01 5H014 AA02 AA06 BB01 EE10 5H015 AA01 AA02 AA07 CC01 DD01 EE06 EE12 EE13 5H029 AJ03 AK02 AK03 AL02 AL03 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 BJ03 CJ02 DJ08 DJ09 DJ16 EJ01 EJ04 EJ05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) H01M 10/40 H01M 10/40 Z (72) Inventor Ei Higuchi 3-5 Kodai, Seikacho, Soraku-gun, Kyoto Prefecture Address Kyocera Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Makoto Osaki 3-5 Kyodai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Prefecture 72 Kyocera Co., Ltd. 5-5 Kyocera Corporation Central Research Laboratory (72) Inventor Toru Hara 3-5 Koikadai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Prefecture F-term in Kyocera Corporation Central Research Laboratory 5H003 AA02 BA01 BB05 BC01 5H014 AA02 AA06 BB01 EE10 5H015 AA01 AA02 AA07 CC01 DD01 EE06 EE12 EE13 5H029 AJ03 AK02 AK03 AL02 AL03 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 BJ03 CJ02 DJ08 DJ09 DJ16 EJ01 EJ04 EJ05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極活物質体と負極活物質体との間に電
解質を介在させて成るリチウム電池において、前記正極
活物質体および/または負極活物質体を導電性を有する
粒子を分散させた固体電解質と金属酸化物との焼結体で
形成したことを特徴とするリチウム電池。
1. In a lithium battery having an electrolyte interposed between a positive electrode active material and a negative electrode active material, conductive particles are dispersed in the positive electrode active material and / or the negative electrode active material. A lithium battery formed of a sintered body of a solid electrolyte and a metal oxide.
【請求項2】 前記導電性を有する粒子が金属粉末およ
び/またはカーボン粉末であることを特徴とする請求項
1に記載のリチウム電池。
2. The lithium battery according to claim 1, wherein the conductive particles are metal powder and / or carbon powder.
【請求項3】 前記金属酸化物がリチウムマンガン複合
酸化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸化
物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコ
バルト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物、リ
チウムチタン複合酸化物、酸化チタン、酸化ニオブ、酸
化バナジウム、酸化タングステンまたはそれらの誘導体
のいずれか一種または複数種から成ることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載のリチウム電池。
3. The metal oxide is a lithium manganese composite oxide, manganese dioxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium vanadium composite oxide, lithium titanium composite oxide, 3. The lithium battery according to claim 1, comprising one or more of titanium oxide, niobium oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, and derivatives thereof.
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