JP2000311684A - Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode - Google Patents

Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode

Info

Publication number
JP2000311684A
JP2000311684A JP11117804A JP11780499A JP2000311684A JP 2000311684 A JP2000311684 A JP 2000311684A JP 11117804 A JP11117804 A JP 11117804A JP 11780499 A JP11780499 A JP 11780499A JP 2000311684 A JP2000311684 A JP 2000311684A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound
lithium
positive electrode
secondary battery
lithium secondary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11117804A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Nakagiri
康司 中桐
Yasuhiko Mifuji
靖彦 美藤
Hiromu Matsuda
宏夢 松田
Tadashi Tonomura
正 外邨
Yoshinori Toyoguchi
▲吉▼徳 豊口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP11117804A priority Critical patent/JP2000311684A/en
Priority to US09/557,420 priority patent/US6576370B1/en
Priority to DE60001377T priority patent/DE60001377T2/en
Priority to KR10-2000-0021905A priority patent/KR100371663B1/en
Priority to EP00108784A priority patent/EP1050914B1/en
Priority to CNB001081764A priority patent/CN1134080C/en
Publication of JP2000311684A publication Critical patent/JP2000311684A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-energy density battery by forming the battery with a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueoous electrolyte including lithium salt, and containing at least one kind of compound selected from a group of a lithium thiolic compound and a thiol compound and lithium sulfide in the positive electrode. SOLUTION: A thiol compound or a lithium thiolic compound and lithium sulfide are fixed at the molecular level to the positive electrode of a lithium secondary battery having an inorganic-organic hybrid structure made of at least one kind selected from a group of the lithium thiolic compound and the thiol compound as an active material, therefore the dissipation of the thiol compound or the lithium thiolic compound from the electrode and the isolation of simple substance sulfur can be suppressed. The battery is operated at the voltage of the thiol compound or the lithium thiolic compound while keeping a gravimetric and volumetric high capacity of the lithium sulfide. The battery preventing the reduction of its electric capacity after repeated charges/discharges and having a good charge/discharge cycle is obtained.

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、リチウム二次電
池、特にリチウムおよび硫黄を正極に含んだリチウム二
次電池およびその製造方法に関するものである。
The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery containing lithium and sulfur in a positive electrode and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】1971年に導電性のポリアセチレンが
発見されて以来、導電性高分子を電極材料に用いると、
軽量で高エネルギー密度の電池や、大面積のエレクトロ
クロミック素子、微小電極を用いた生物化学センサー等
の電気化学素子が期待できることから、導電性高分子電
極が盛んに検討されてきた。ポリアセチレン以外にも、
他のπ電子共役系導電性高分子として、ポリアニリン、
ポリピロール、ポリアセン、ポリチオフェンといった比
較的安定な高分子が開発され、このような高分子を正極
に用いたリチウム二次電池が開発されている。これらの
電池のエネルギー密度は、40〜80Wh/kgといわ
れている。
2. Description of the Related Art Since conductive polyacetylene was discovered in 1971, when a conductive polymer was used as an electrode material,
Conductive polymer electrodes have been actively studied because electrochemical devices such as light-weight, high-energy-density batteries, large-area electrochromic devices, and biochemical sensors using microelectrodes can be expected. Besides polyacetylene,
As other π-electron conjugated conductive polymers, polyaniline,
Relatively stable polymers such as polypyrrole, polyacene, and polythiophene have been developed, and lithium secondary batteries using such polymers for the positive electrode have been developed. The energy density of these batteries is said to be 40 to 80 Wh / kg.

【0003】最近では、さらに高エネルギー密度が期待
できる有機材料として、米国特許第4,833,048
号に有機ジスルフィドが提案されている。この化合物
は、最も簡単には、M+-S−R−S-−M+と表される
(Rは脂肪族あるいは芳香族の有機基、Sは硫黄、M+
はプロトンあるいは金属カチオン)。この化合物は、電
解酸化によりS−S結合を介して互いに結合し、 M+-S−R−S−S−R−S−S−R−S-−M+ のような形でポリマー化する。こうして生成したポリマ
ーは、電解還元により元のモノマーに戻る。カチオン
(M+)を供給・捕捉する金属Mと有機ジスルフィド系
化合物を組み合わせた金属−硫黄二次電池が前述の米国
特許に提案されている。
Recently, US Pat. No. 4,833,048 has been proposed as an organic material which can be expected to have a higher energy density.
Organic disulfides have been proposed in the article. This compound, the easiest, M + - - S-R -S - represented as -M + (R is an aliphatic or aromatic organic group, S is sulfur, M +
Is a proton or metal cation). This compound is bonded to each other via an SS bond by electrolytic oxidation, and is polymerized in a form such as M + -- S-R-S-S-S-R-S-S-R-S -- M + . I do. The polymer thus formed returns to the original monomer by electrolytic reduction. A metal-sulfur secondary battery combining a metal M that supplies and traps cations (M + ) and an organic disulfide compound has been proposed in the aforementioned U.S. Patent.

【0004】これらの電池は、金属リチウム負極を使用
しており、電池作動電圧は3〜4Vであり、エネルギー
密度は150Wh/kg以上となるので、通常の二次電
池に匹敵あるいはそれ以上のエネルギー密度が期待でき
る。また、一方で、さらなる高エネルギー密度化を目指
して、硫黄の高容量性を生かして、単体硫黄そのものを
正極に使用する検討も行われ、米国特許第5,523,
179号で提案されている。この電池は、金属リチウム
負極を用いて作動電圧が2Vであり、100〜800W
h/kgの高エネルギー密度が期待できるといわれてい
る。
[0004] These batteries use a lithium metal negative electrode, the operating voltage of the battery is 3 to 4 V, and the energy density is 150 Wh / kg or more, so that the energy is equal to or higher than that of a normal secondary battery. Density can be expected. On the other hand, with the aim of further increasing the energy density, studies have been made to use elemental sulfur itself for the positive electrode by taking advantage of the high capacity of sulfur, and US Pat.
No. 179. This battery has an operating voltage of 2 V using a metal lithium anode, and 100 to 800 W
It is said that a high energy density of h / kg can be expected.

【0005】しかしながら、上記のような有機ジスルフ
ィド化合物は、電解酸化(充電)によるポリマー化およ
び電解還元(放電)によるモノマー化の酸化還元(充放
電)を繰り返すと、電極容量が徐々に減少するという問
題がある。これは、以下のようなことが原因として考え
られている。有機ジスルフィド化合物を酸化(充電)す
ると、電気絶縁性でかつイオン伝導性に乏しいポリジス
ルフィド化合物が生成する。ポリジスルフィド化合物
は、電解質に対する溶解性が乏しい。一方、このポリジ
スルフィド化合物が還元(放電)によりモノマー化した
際に生ずる有機ジスルフィドモノマーは、電解質に対す
る溶解性が高い。そのため、還元(放電)によりモノマ
ー化したジスルフィドが一部電解質に溶解し、この溶解
したモノマーは、酸化(充電)により電極のもともと位
置していた場所と異なる場所でポリマー化する現象が起
こる。カーボン等の導電剤から離れてポリマー化して析
出したポリジスルフィド化合物は、電極内の電子・イオ
ン伝導のネットワークから孤立し、電極反応に関与しな
くなる。このため、酸化還元を繰り返すと、孤立するポ
リジスルフィド化合物が増加し、その結果、電池の容量
が徐々に低下する。また、溶解性の高い有機ジスルフィ
ドモノマーは、動きやすく、正極からセパレータあるい
は電解質内、さらには負極側に散逸する。
However, when the organic disulfide compound as described above repeatedly undergoes polymerization by electrolytic oxidation (charge) and oxidation-reduction (charge / discharge) of monomerization by electrolytic reduction (discharge), the electrode capacity is gradually reduced. There's a problem. This is thought to be due to the following. When the organic disulfide compound is oxidized (charged), a polydisulfide compound having electrical insulation and poor ion conductivity is generated. Polydisulfide compounds have poor solubility in electrolytes. On the other hand, an organic disulfide monomer generated when the polydisulfide compound is monomerized by reduction (discharge) has high solubility in an electrolyte. For this reason, a part of the disulfide monomerized by reduction (discharge) is dissolved in the electrolyte, and the dissolved monomer is polymerized by oxidation (charging) in a place different from the place where the electrode was originally located. The polydisulfide compound polymerized and separated from the conductive agent such as carbon is isolated from the electron / ion conduction network in the electrode and does not participate in the electrode reaction. Therefore, when redox is repeated, the number of isolated polydisulfide compounds increases, and as a result, the capacity of the battery gradually decreases. Further, the organic disulfide monomer having high solubility is easy to move and is dissipated from the positive electrode into the separator or the electrolyte and further to the negative electrode side.

【0006】このように、有機ジスルフィド化合物を含
む電極を正極に用いた電池では、充放電効率が下がった
り、充放電サイクル寿命が短くなったりするという欠点
を有していた。さらに、体積エネルギー密度の向上のた
めに負極に金属リチウムを用いた場合には、充放電サイ
クル中に金属リチウム表面においてデンドライトが発生
し、短絡による発火等の危険性の問題があったり充放電
効率が低下したりするという問題があった。
As described above, a battery using an electrode containing an organic disulfide compound as a positive electrode has disadvantages such as a decrease in charge / discharge efficiency and a shortened charge / discharge cycle life. Furthermore, when lithium metal is used for the negative electrode to improve the volume energy density, dendrites are generated on the surface of the lithium metal during the charge / discharge cycle, and there is a danger of ignition due to a short circuit, etc. Or decrease.

【0007】一方、高容量化のために単体硫黄を正極に
使用した場合には、作動電圧が2Vと低くなり、さらに
充放電サイクル特性が悪いという問題もあった。単体硫
黄を正極に用いた場合の充放電サイクル劣化の現象は、
次のように考えられる。単体硫黄は、同素体が多く知ら
れている。シクロオクタ硫黄(S8)は、α型(斜方
晶)、β型(単斜晶)、γ型(単斜晶)の3種類の構造
が知られている。シクロヘキサ硫黄(S6)は、菱面体
晶構造であり、その他にさらに大きな環状、鎖状および
無定形等が報告されている。すなわち、これらの構造に
おけるエネルギー的な差は小さく、硫黄元素は鎖を形成
しながら不安定にいろんな形態をとることがわかる。こ
のような状況の硫黄粉末を充放電の出発物質に用い、放
電(リチウム挿入)および充電(リチウム脱離)を繰り
返すと、初期の状態の硫黄が再現されなくなり、絶縁物
である硫黄が単離していき、電子の授受やリチウムイオ
ンの挿入が行われなくなるものと思われる。
On the other hand, when elemental sulfur is used for the positive electrode in order to increase the capacity, the operating voltage is as low as 2 V, and the charge / discharge cycle characteristics are poor. The phenomenon of charge / discharge cycle deterioration when using elemental sulfur for the positive electrode is as follows:
It is considered as follows. As for elementary sulfur, many allotropes are known. Cyclooctasulfur (S 8 ) is known to have three types of structures, α-type (orthogonal), β-type (monoclinic), and γ-type (monoclinic). Cyclohexasulfur (S 6 ) has a rhombohedral structure, and in addition, larger cyclic, chain-like and amorphous structures have been reported. That is, it is understood that the energy difference between these structures is small, and that the sulfur element takes various forms unstable while forming chains. When the sulfur powder in such a situation is used as a starting material for charging and discharging, and discharging (lithium insertion) and charging (lithium desorption) are repeated, the sulfur in the initial state cannot be reproduced, and the insulating sulfur is isolated. It is thought that the transfer of electrons and the insertion of lithium ions will not be performed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、充放電中に
おける正極活物質の正極内からの散逸や単離を軽減し、
リチウムチオレート化合物の電圧特性と硫化リチウムの
高容量特性を保持し、3V級の平坦な放電電圧を持つ、
高エネルギー密度リチウム二次電池を提供することを目
的とする。本発明は、そのようなリチウム二次電池を与
える正極の製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention reduces the dissipation and isolation of a positive electrode active material from inside a positive electrode during charge and discharge,
Maintains the voltage characteristics of lithium thiolate compounds and the high capacity characteristics of lithium sulfide, and has a flat discharge voltage of 3V class.
An object is to provide a high energy density lithium secondary battery. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a positive electrode that provides such a lithium secondary battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のリチウム二次電
池は、正極、負極、およびリチウム塩を含む非水電解質
を具備し、正極が、リチウムチオレート化合物及びチオ
ール化合物からなる群より選択される少なくとも1種の
化合物と硫化リチウムとを含有することを特徴とする。
ここで、リチウムチオレート化合物は、充電により硫黄
−硫黄結合を生成し、放電により硫黄−リチウムイオン
結合を再生する硫黄−リチウムイオン結合を有する化合
物である。また、チオール化合物は、放電により硫黄−
硫黄結合が開裂して硫黄−金属イオン(プロトンを含
む)結合を生成し、充電により硫黄−硫黄結合を再生す
る化合物である。正極は、さらに導電性高分子および/
または単体硫黄を含有することが好ましい。
The lithium secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, wherein the positive electrode is selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound. Or at least one compound and lithium sulfide.
Here, the lithium thiolate compound is a compound having a sulfur-lithium ion bond that generates a sulfur-sulfur bond by charging and regenerates the sulfur-lithium ion bond by discharging. In addition, the thiol compound is converted to sulfur-
A compound in which a sulfur bond is cleaved to generate a sulfur-metal ion (including proton) bond, and the sulfur-sulfur bond is regenerated by charging. The positive electrode further comprises a conductive polymer and / or
Or it is preferable to contain elemental sulfur.

【0010】本発明は、リチウムチオレート化合物及び
チオール化合物からなる群より選択される少なくとも1
種の化合物、前記化合物を溶解する溶媒、および硫化リ
チウムを均一に混合する工程を含むリチウム二次電池用
正極の製造方法を提供する。
[0010] The present invention provides at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound.
Disclosed is a method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery, which comprises a step of uniformly mixing a species compound, a solvent for dissolving the compound, and lithium sulfide.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明のリチウム二次電池の正極
は、活物質のリチウムチオレート化合物およびチオール
化合物からなる群より選択される少なくとも1種と硫化
リチウムからなる無機−有機ハイブリッド構造を持って
いる。この無機−有機ハイブリッド構造においては、両
活物質が分子レベルで均一に混合されていることが好ま
しい。そのような無機−有機ハイブリッド構造を有する
正極の製造法については、以下に詳しく説明する。無機
−有機ハイブリッド構造を有する正極においては、チオ
ール化合物(モノマー)またはリチウムチオレート化合
物(モノマー)が硫化リチウムと分子レベルで電極に固
定されるので、チオール化合物(モノマー)またはリチ
ウムチオレート化合物(モノマー)の電極からの散逸や
単体硫黄の単離を抑制することができる。さらに、硫化
リチウムの重量的および体積的な高容量性を保ちなが
ら、チオールまたはリチウムチオレート化合物の電圧で
作動することができる。そのため、このような分子レベ
ルで均一に混合されている活物質を正極に用いて電池を
構成すると、3V級の電圧を保ちながら高容量を保持
し、充放電を繰り返しても電気容量の低下しない、すな
わち充放電サイクルが良好な電池を得ることができる。
また、この正極を用いた場合には、電池構成時には負極
にリチウムが必要ないので、金属リチウムを使用せずに
その他の負極を用いることができ、金属リチウム使用に
よる危険性や容量劣化の問題も避けることもできる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The positive electrode of a lithium secondary battery of the present invention has an inorganic-organic hybrid structure comprising lithium sulfide and at least one selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound as active materials. ing. In this inorganic-organic hybrid structure, it is preferable that both active materials are uniformly mixed at a molecular level. The method for producing the positive electrode having such an inorganic-organic hybrid structure will be described in detail below. In a positive electrode having an inorganic-organic hybrid structure, a thiol compound (monomer) or a lithium thiolate compound (monomer) is fixed to lithium sulfide at the molecular level with an electrode, so that a thiol compound (monomer) or a lithium thiolate compound (monomer) is used. ) Can be suppressed from dissipating from the electrode and isolation of elemental sulfur. In addition, it can operate at the voltage of a thiol or lithium thiolate compound, while maintaining the high weight and volume capacity of lithium sulfide. Therefore, when a battery is formed using an active material uniformly mixed at the molecular level as the positive electrode, a high capacity is maintained while maintaining a voltage of 3 V class, and the electric capacity does not decrease even if charge and discharge are repeated. That is, a battery having a good charge / discharge cycle can be obtained.
In addition, when this positive electrode is used, lithium is not required for the negative electrode when the battery is constructed, so that another negative electrode can be used without using lithium metal, and there is also a problem of danger and capacity deterioration due to the use of metallic lithium. You can avoid it.

【0012】リチウムチオレート化合物の出発原料でも
あるチオール化合物としては、有機ジスルフィド化合
物、有機トリスルフィド化合物、有機テトラスルフィド
化合物等があげられる。これらは、モノマー分子中に含
まれる硫黄原子の数が違うもので、充放電反応により硫
黄−硫黄結合と硫黄−リチウム結合との間で変化する反
応機構はどれも同じである。有機ジスルフィド化合物と
しては、一般式(R(S)y)nで表される化合物を用
いることができる。Rは脂肪族基または芳香族基、Sは
硫黄、yは1以上の整数、nは2以上の整数である。H
SCH2CH2SHで表されるジチオグリコール、C22
S(SH)2で表される2,5−ジメルカプト−1,
3,4−チアジアゾール、C3342で表されるs−
トリアジン−2,4,6−トリチオール、C6643
で表される7−メチル−2,6,8−トリメルカプトプ
リン、C 4642で表される4,5−ジアミノ−2,
6−ジメルカプトピリミジン等が用いられる。いずれも
市販品をそのまま用いることができる。また、これらの
有機ジスルフィド化合物をヨウ素、フェリシアン化カリ
ウムまたは過酸化水素等の酸化剤を用いて重合した有機
ジスルフィド化合物の2量体、3量体を含む化合物も用
いることができる。有機ジスルフィド化合物を酸化剤を
用いて化学重合する他に、酸化剤を用いないで電解酸化
法により重合することもできる。
[0012] The starting material of the lithium thiolate compound
Some thiol compounds include organic disulfide compounds
Substance, organic trisulfide compound, organic tetrasulfide
And the like. These are contained in the monomer molecule.
Are different in the number of sulfur atoms
The reaction that changes between the yellow-sulfur bond and the sulfur-lithium bond
The response mechanisms are all the same. Organic disulfide compounds and
The compound represented by the general formula (R (S) y) n
Can be. R is an aliphatic group or an aromatic group, and S is
Sulfur and y are integers of 1 or more, and n is an integer of 2 or more. H
SCHTwoCHTwoDithioglycol represented by SH, CTwoNTwo
S (SH)Two2,5-dimercapto-1, represented by
3,4-thiadiazole, CThreeHThreeNFourSTwoS- represented by
Triazine-2,4,6-trithiol, C6H6NFourSThree
7-methyl-2,6,8-trimercaptop represented by
Lynn, C FourH6NFourSTwo4,5-diamino-2,
6-dimercaptopyrimidine and the like are used. Any
Commercial products can be used as they are. Also, these
Organic disulfide compounds are converted to iodine and potassium ferricyanide.
Organic polymerized using an oxidizing agent such as aluminum or hydrogen peroxide
Compounds containing dimers and dimers of disulfide compounds are also used
Can be. Oxidizing agent for organic disulfide compound
Electrolytic oxidation without using oxidizing agent
It can also be polymerized by a method.

【0013】これらの出発原料をブチルリチウムやフェ
ニルリチウム等のR・Li(Rは脂肪族基または芳香族
基)で処理してリチウム化すると、充電反応により硫黄
−硫黄結合を生成し、放電反応により硫黄−リチウムイ
オン結合を再生するリチウムチオレート化合物を得るこ
とができる。また、チオール化合物と硫化リチウムで電
極を構成し、第1回目の放電時や化成処理により、硫黄
−リチウム結合を形成しても、チオール化合物と硫化リ
チウムが分子レベルで均一に混合されている無機−有機
ハイブリッド構造を持っていれば、上記の特性は同様に
得ることができる。
When these starting materials are treated with R · Li (R is an aliphatic group or an aromatic group) such as butyllithium or phenyllithium to be lithiated, a sulfur-sulfur bond is generated by a charging reaction and a discharging reaction is performed. Thus, a lithium thiolate compound that regenerates a sulfur-lithium ion bond can be obtained. In addition, even if an electrode is composed of a thiol compound and lithium sulfide, and a sulfur-lithium bond is formed at the time of the first discharge or chemical conversion treatment, the thiol compound and lithium sulfide are uniformly mixed at the molecular level. The above properties can likewise be obtained if they have an organic hybrid structure.

【0014】硫化リチウムとしては、Li2S、Li2
2、Li24、Li25、Li26、Li28、Li2
12等があり、硫酸リチウムの還元、硫化水素リチウムの
酸化、硫黄の化成処理といった方法で得ることができ
る。この中で、固体状態で安定して得られている物質と
してLi2SおよびLi22が知られている。その他は
液中でイオンとして生成している。この場合も、出発時
点からの硫化リチウムの使用や単体硫黄で混合した後に
リチウム化処理を行う方法等を用いることができ、分子
レベルで均一に混合されている無機−有機ハイブリッド
構造を持っていれば、上記の特性は同様に得ることがで
きる。このようなチオール化合物またはリチウムチオレ
ート化合物と硫化リチウムとを液中で分子レベルで混合
することにより、無機−有機ハイブリッド構造が形成さ
れる。または、単体硫黄を液中でチオール化合物または
リチウムチオレート化合物と分子レベルで混合後にリチ
ウム化処理を行っても良い。そして、このような構造を
保ちながら充放電を行うと、各活物質の散逸や単離を避
け、それぞれの特長を維持しながら良好な充放電サイク
ル特性を得ることができる。
As lithium sulfide, Li 2 S, Li 2 S
2, Li 2 S 4, Li 2 S 5, Li 2 S 6, Li 2 S 8, Li 2 S
There are 12 and the like, which can be obtained by a method such as reduction of lithium sulfate, oxidation of lithium hydrogen sulfide, and chemical conversion treatment of sulfur. Among them, Li 2 S and Li 2 S 2 are known as substances which are stably obtained in a solid state. Others are generated as ions in the liquid. Also in this case, it is possible to use lithium sulfide from the starting point or a method of performing lithiation after mixing with elemental sulfur, etc., and it is possible to have an inorganic-organic hybrid structure that is uniformly mixed at the molecular level. If so, the above properties can be obtained similarly. By mixing such a thiol compound or lithium thiolate compound with lithium sulfide at a molecular level in a liquid, an inorganic-organic hybrid structure is formed. Alternatively, lithiation treatment may be performed after elemental sulfur is mixed with a thiol compound or a lithium thiolate compound in a liquid at a molecular level. When charging and discharging are performed while maintaining such a structure, dissipation and isolation of each active material can be avoided, and good charge and discharge cycle characteristics can be obtained while maintaining the respective characteristics.

【0015】正極には、導電性高分子材料を混合するこ
とができる。導電性高分子材料としては、ポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリアセン、ポリチオフェン、ポリ
アセチレン等があげられる。これらの導電性高分子材料
をチオール化合物またはリチウムチオレート化合物およ
び硫化リチウムに分子レベルで混合すると、それぞれが
3次元的に混合されるために、先ほどよりもさらにお互
いが絡まりあった高次の無機−高分子ハイブリッド構造
が形成される。この無機−高分子ハイブリッド構造は、
リチウムチオレート化合物と硫化リチウムをより強固に
電極内に保持する。そのため、リチウムチオレート化合
物にとっても、硫化リチウムにとっても、より充放電サ
イクルが良好となる。特に、ポリアニリンは、導電材と
して作用するだけでなく、チオール化合物またはリチウ
ムチオレート化合物がポリアニリンのドーパントとして
作用して複合体を形成するため、チオール化合物または
リチウムチオレート化合物、ポリアニリン分子および硫
化リチウムが3次元的に相互作用しあうことができる。
ポリアニリンとしては、アニリンあるいはその誘導体を
化学重合法あるいは電解重合法により重合して得られる
ものが用いられる。特に、脱ドープ状態の還元性ポリア
ニリンは、有機ジスルフィドモノマーを有効に捕捉する
ので好ましい。ポリアニリンの還元度(RDI)は、ポ
リアニリンをn−メチル−2−ピロリドンに微量溶解し
た溶液の電子吸収スペクトルで示される。つまり、64
0nm付近の長波長側に現れるキノンジイミン構造に起
因する吸収ピークの強度(I640)と340nm付近の
短波長側に現れるパラ置換ベンゼン構造に起因する吸収
ピークの強度(I340)との比(RDI=I640
340)で表される。RDIが0.5以下のポリアニリ
ンが好適に用いられる。
The positive electrode may be mixed with a conductive polymer material. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polyacene, polythiophene, and polyacetylene. When these conductive polymer materials are mixed with a thiol compound or a lithium thiolate compound and lithium sulfide at the molecular level, they are mixed three-dimensionally, so that higher-order inorganic materials that are more entangled with each other than before are mixed. A polymeric hybrid structure is formed. This inorganic-polymer hybrid structure is
The lithium thiolate compound and lithium sulfide are more strongly held in the electrode. Therefore, the charge / discharge cycle becomes better for both the lithium thiolate compound and lithium sulfide. In particular, polyaniline not only acts as a conductive material, but also a thiol compound or a lithium thiolate compound acts as a dopant for polyaniline to form a complex, so that a thiol compound or a lithium thiolate compound, a polyaniline molecule, and lithium sulfide are used. They can interact three-dimensionally.
As the polyaniline, those obtained by polymerizing aniline or a derivative thereof by a chemical polymerization method or an electrolytic polymerization method are used. In particular, undoped reducible polyaniline is preferred because it effectively captures organic disulfide monomers. The degree of reduction (RDI) of polyaniline is shown by an electronic absorption spectrum of a solution in which a small amount of polyaniline is dissolved in n-methyl-2-pyrrolidone. That is, 64
The ratio (RDI) between the intensity (I 640 ) of the absorption peak due to the quinone diimine structure appearing on the long wavelength side near 0 nm and the intensity (I 340 ) of the absorption peak due to the para-substituted benzene structure appearing on the short wavelength side near 340 nm = I640 /
I 340 ). Polyaniline having an RDI of 0.5 or less is preferably used.

【0016】本発明の正極を製造するには、リチウムチ
オレート化合物及び/またはチオール化合物、前記化合
物を溶解する溶媒、および硫化リチウムを均一に混合す
る。ここに用いる溶媒は、硫化リチウムをも溶解するも
のが好ましい。そのような溶媒としては、テトラヒドロ
フラン、ジメチルホルムアミドおよびN−R−2−ピロ
リドン(Rは水素またはCH3、C25、C37等のア
ルキル基を表す)がある。本発明による正極の製造方法
の好ましい実施の形態では、(a)リチウムチオレート
化合物およびチオール化合物からなる群より選択される
少なくとも1種の化合物をN−R−2−ピロリドンに溶
解する工程、(b)得られた溶液に硫化リチウムを混合
する工程、および(c)得られた混合物を導電性基板上
に塗布し、不活性ガス中あるいは真空中で加熱する工程
を含む。
To produce the positive electrode of the present invention, a lithium thiolate compound and / or a thiol compound, a solvent for dissolving the compound, and lithium sulfide are uniformly mixed. The solvent used here is preferably one that also dissolves lithium sulfide. Such solvents include tetrahydrofuran, (the R represents hydrogen or CH 3, C 2 H 5, alkyl groups such as C 3 H 7) dimethylformamide and N-R-2-pyrrolidone is. In a preferred embodiment of the method for producing a positive electrode according to the present invention, (a) a step of dissolving at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound in NR-2-pyrrolidone; b) a step of mixing lithium sulfide with the obtained solution, and (c) a step of applying the obtained mixture on a conductive substrate and heating in an inert gas or vacuum.

【0017】本発明による正極の製造方法の好ましい他
の実施の形態では、(a)リチウムチオレート化合物お
よびチオール化合物からなる群より選択される少なくと
も1種の化合物をN−R−2−ピロリドンに溶解する工
程、(b)得られた溶液に単体硫黄を混合する工程、
(c)得られた混合物を導電性基板上に塗布し、不活性
ガス中あるいは真空中で加熱して電極を作製する工程、
および(d)前記電極中の単体硫黄をリチウム化処理す
る工程を含む。本発明による正極の製造方法の好ましい
さらに他の実施の形態では、(a)チオール化合物をN
−R−2−ピロリドンに溶解する工程、(b)得られた
溶液に硫化リチウムを混合する工程、(c)得られた混
合物を導電性基板上に塗布し、不活性ガス中あるいは真
空中で加熱して電極を作製する工程、(d)得られた電
極中のチオール化合物をリチウム化処理する工程を含
む。本発明による正極の製造方法の好ましいさらに他の
実施の形態では、上記の実施の形態において、(b)工
程に先立って、(a)工程で得られた溶液に導電性高分
子を添加する工程を含む。
In another preferred embodiment of the method for producing a positive electrode according to the present invention, (a) at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound is converted to NR-2-pyrrolidone. Dissolving, (b) mixing elemental sulfur with the obtained solution,
(C) a step of applying the obtained mixture on a conductive substrate and heating it in an inert gas or in a vacuum to produce an electrode;
And (d) lithiation of the elemental sulfur in the electrode. In still another preferred embodiment of the method for producing a positive electrode according to the present invention, (a) the thiol compound is
-Dissolving in R-2-pyrrolidone, (b) mixing lithium sulfide with the obtained solution, (c) applying the obtained mixture on a conductive substrate, and applying the mixture in an inert gas or vacuum. A step of preparing an electrode by heating; and (d) a step of subjecting the thiol compound in the obtained electrode to lithiation. In still another preferred embodiment of the method for producing a positive electrode according to the present invention, in the above embodiment, a step of adding a conductive polymer to the solution obtained in the step (a) prior to the step (b). including.

【0018】上記のようにN−R−2−ピロリドンを溶
媒として用いると、チオール化合物、リチウムチオレー
ト化合物、硫化リチウム、およびポリアニリンを分子レ
ベルで均一に混合することが可能である。したがって、
均一な組成の薄膜状あるいは大面積の形状を有する電極
を容易に得ることができる。N−R−2−ピロリドンと
しては、市販の試薬をそのまま、あるいは、ゼオライト
吸着剤により、水分を20ppm以下に低減したものを
用いることができる。
When NR-2-pyrrolidone is used as a solvent as described above, a thiol compound, a lithium thiolate compound, lithium sulfide, and polyaniline can be uniformly mixed at a molecular level. Therefore,
An electrode having a uniform composition in the form of a thin film or a large area can be easily obtained. As the NR-2-pyrrolidone, a commercially available reagent can be used as it is, or a reagent whose water content has been reduced to 20 ppm or less by a zeolite adsorbent can be used.

【0019】本発明によるリチウム二次電池の正極に
は、リチウムチオレート化合物と硫化リチウムおよび導
電性高分子材料以外に、ポリビニルピロリドン、ポリビ
ニルアルコール、ポリビニルピリジン、ポリフッ化ビニ
リデン等の有機高分子バインダーを含有させても良い。
また、アセチレンブラックまたはカーボンブラック等の
導電材をこれらの材料に混合しても良い。さらに、ゲル
電解質を電極に含有させても良い。このゲル電解質は、
プロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等の非
プロトン性溶媒にLiBF4,LiPF6,LiAs
6,LiClO4,LiCF3SO3,LiN(CF3
22等のリチウム塩を溶解した有機電解液をポリアク
リロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリアクリル酸などの高分子化合物でゲル化
したものである。また、本発明によるリチウム二次電池
の非水電解質にポリマー電解質を用いても良い。ポリマ
ー電解質としては、上記したゲル電解質を用いても良
い。
The positive electrode of the lithium secondary battery according to the present invention contains, in addition to the lithium thiolate compound, lithium sulfide and a conductive polymer material, an organic polymer binder such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinylpyridine, and polyvinylidene fluoride. You may make it contain.
Further, a conductive material such as acetylene black or carbon black may be mixed with these materials. Further, a gel electrolyte may be contained in the electrode. This gel electrolyte is
LiBF 4 , LiPF 6 , LiAs are added to aprotic solvents such as propylene carbonate and ethylene carbonate.
F 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 S
An organic electrolyte solution in which a lithium salt such as O 2 ) 2 is dissolved is gelled with a polymer compound such as polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, or polyacrylic acid. Further, a polymer electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery according to the present invention. As the polymer electrolyte, the above-described gel electrolyte may be used.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール
(以下DMcTと略す)を化成処理によりリチウム化し
てリチウムチオレート化合物(以下L−DMcTと略
す)を得た。この化成処理は、DMcTをn−ブチルリ
チウムのn−ヘキサン溶液(1.53モル/L)に1時
間浸漬することにより行った。この処理後、n−ヘキサ
ンによりよく洗浄した。得られたL−DMcT1.3
g、DMcT0.2g、及び硫化リチウム(Li2S)
2gをテトラヒドロフラン5gに溶解した。次に、プロ
ピレンカーボネート10.5gとエチレンカーボネート
7.9gを混合した混合溶媒に、LiBF4を2.3g
を溶解して有機電解液を作製した。この有機電解液にポ
リアクリロニトリル粉末3gを添加し、100℃に加熱
して、ポリアクリロニトリルを溶解させてゲル化した
後、アセトニトリル20gで希釈してゲル電解質溶液を
作製した。このゲル電解質溶液1gと先に作製したテト
ラヒドロフラン溶液2g、およびアセチレンブラック粉
末0.05gを混合して、混合スラリーを得た。フッ素
樹脂とアセチレンブラックよりなる厚さ50μmの多孔
質カーボンシートを5×10cmの大きさに切断し、こ
の多孔質カーボンシートに前記の混合スラリーを塗布し
た後、真空中60℃で加熱乾燥した。こうして作製した
電極Aの厚みは、カーボンシートを含めて75μmであ
った。
Embodiments of the present invention will be described below. Example 1 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (hereinafter abbreviated as DMcT) was lithiated by a chemical conversion treatment to obtain a lithium thiolate compound (hereinafter abbreviated as L-DMcT). This chemical conversion treatment was performed by immersing DMcT in an n-hexane solution of n-butyllithium (1.53 mol / L) for 1 hour. After this treatment, it was thoroughly washed with n-hexane. L-DMcT1.3 obtained
g, DMcT 0.2 g, and lithium sulfide (Li 2 S)
2 g was dissolved in 5 g of tetrahydrofuran. Next, 2.3 g of LiBF 4 was added to a mixed solvent obtained by mixing 10.5 g of propylene carbonate and 7.9 g of ethylene carbonate.
Was dissolved to prepare an organic electrolytic solution. 3 g of polyacrylonitrile powder was added to the organic electrolyte solution, heated to 100 ° C. to dissolve and gel the polyacrylonitrile, and then diluted with 20 g of acetonitrile to prepare a gel electrolyte solution. 1 g of this gel electrolyte solution, 2 g of the previously prepared tetrahydrofuran solution, and 0.05 g of acetylene black powder were mixed to obtain a mixed slurry. A 50 μm thick porous carbon sheet made of a fluororesin and acetylene black was cut into a size of 5 × 10 cm. The mixed slurry was applied to the porous carbon sheet, and then dried by heating at 60 ° C. in a vacuum. The thickness of the electrode A thus produced was 75 μm including the carbon sheet.

【0021】比較例1 実施例1で作製したゲル電解質溶液1gとDMcT粉末
1g、およびアセチレンブラック粉末0.05gを混合
して混合スラリーを得た。この混合スラリーを実施例1
と同様にして多孔質カーボンシートに塗布し、乾燥させ
た。このようにして作製した電極A’の厚みは、カーボ
ンシートを含めて80μmであった。
Comparative Example 1 1 g of the gel electrolyte solution prepared in Example 1, 1 g of DMcT powder, and 0.05 g of acetylene black powder were mixed to obtain a mixed slurry. This mixed slurry was used in Example 1
Was applied to a porous carbon sheet in the same manner as described above, and dried. The thickness of the electrode A ′ thus produced was 80 μm including the carbon sheet.

【0022】実施例2 ジメチルホルムアミド5gに、硫化リチウム(Li
2S)1gと硫黄0.7gを溶解し、さらにL−DMc
T1.5gを溶解させた。次に、この溶液2gをアセチ
レンブラック0.05gと共に、実施例1で作製したゲ
ル電解質溶液1gに混合し、混合スラリーを得た。この
混合スラリーを実施例1と同様にして多孔質カ一ボンシ
ートに塗布し、乾燥させた。このようにして作製した電
極Bの厚みは、カーボンシートを含めて85μmであっ
た。
EXAMPLE 2 Lithium sulfide (Li) was added to 5 g of dimethylformamide.
Was dissolved 2 S) 1 g of sulfur 0.7 g, further L-DMc
1.5 g of T was dissolved. Next, 2 g of this solution was mixed with 1 g of the gel electrolyte solution prepared in Example 1 together with 0.05 g of acetylene black to obtain a mixed slurry. This mixed slurry was applied to a porous carbon sheet in the same manner as in Example 1 and dried. The thickness of the electrode B thus produced was 85 μm including the carbon sheet.

【0023】比較例2 硫黄粉末1gをテトラヒドロフラン5gに溶解し、これ
をアセチレンブラック粉末0.05gと共に、実施例1
で作製したゲル電解質溶液1gに混合して、混合スラリ
ーを得た。この混合スラリーを実施例1と同様にして多
孔質カーボンシートに塗布し、乾燥させた。このように
して作製した電極B’の厚みは、カーボンシートを含め
て77μmであった。
Comparative Example 2 1 g of sulfur powder was dissolved in 5 g of tetrahydrofuran, and this was dissolved in 0.05 g of acetylene black powder in Example 1
Was mixed with 1 g of the gel electrolyte solution prepared in the above to obtain a mixed slurry. This mixed slurry was applied to a porous carbon sheet and dried in the same manner as in Example 1. The thickness of the electrode B ′ thus produced was 77 μm including the carbon sheet.

【0024】実施例3 実施例1に用いたL−DMcT1.5gをN−メチル−
2−ピロリドン(以下、NMPと略す)10gに溶解し
た。一方、ポリアニリン(日東電工(株)製;商品名ア
ニリード以下PAnと略す)をアルカリ溶液中で脱ドー
プした後、ヒドラジンで還元して、脱ドープ還元状態の
PAnを得た。この脱ドープ還元状態のPAnは、伝導
度が10-8S/cm、RDI値が0.28であった。先
に作製した溶液に、この脱ドープ還元状態のPAn粉末
1.0gを添加して、青緑色の粘ちょうな(L−DMc
T)−PAn−NMP溶液を得た。次に、この溶液に硫
化リチウム(Li2S)2gを混合し、粘ちょうなイン
クを得た。厚さ30μmのチタン箔集電体を5×8cm
の大きさに切断し、このチタン箔集電体上に先に作製し
たインクを塗布し、真空中80℃で2特間乾燥した。こ
のようにして作製した電極Cの厚みは、チタン箔を含め
て53μmであった。
Example 3 1.5 g of L-DMcT used in Example 1 was
It was dissolved in 10 g of 2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP). On the other hand, polyaniline (manufactured by Nitto Denko Corporation; trade name: Anilead, hereinafter abbreviated as PAn) was undoped in an alkaline solution, and then reduced with hydrazine to obtain undoped reduced PAn. This undoped and reduced PAn had a conductivity of 10 -8 S / cm and an RDI value of 0.28. 1.0 g of the undoped and reduced PAn powder was added to the solution prepared above, and a blue-green viscous (L-DMc) was added.
T) -PAn-NMP solution was obtained. Next, 2 g of lithium sulfide (Li 2 S) was mixed with this solution to obtain a viscous ink. 30μm thick titanium foil current collector 5 × 8cm
The titanium foil current collector was coated with the previously prepared ink, and dried at 80 ° C. in vacuum for two hours. The thickness of the electrode C thus manufactured was 53 μm including the titanium foil.

【0025】比較例3 実施例3と同様の方法で作製したDMcT−PAn−N
MP溶液をチタン箔上に塗布し、乾燥させた。このよう
にして作製した電極C’の厚みは、チタン箔を含めて5
1μmであった。
Comparative Example 3 DMcT-PAn-N prepared in the same manner as in Example 3
The MP solution was applied on a titanium foil and dried. The thickness of the electrode C ′ thus produced was 5
It was 1 μm.

【0026】実施例4 実施例3と同様に作製した青緑色の粘ちょうなDMcT
−PAn−NMP溶液に単体硫黄2gを混合し、粘ちょ
うなインクを得た。このインクを実施例3と同様のチタ
ン箔集電体上に塗布し、真空中80℃で2特間乾燥し
た。その後、乾燥後の電極をリチウム化するためにn−
ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.53モル/
L)中に30分浸して処理した。その後n−ヘキサンで
よく洗浄した。このようにして作製した電極Dの厚み
は、チタン箔を含めて61μmであった。
Example 4 Blue-green viscous DMcT prepared in the same manner as in Example 3.
-2 g of elemental sulfur was mixed with the -PAn-NMP solution to obtain a viscous ink. This ink was applied on the same titanium foil current collector as in Example 3, and dried at 80 ° C. in vacuum for two hours. After that, in order to lithiate the dried electrode, n-
Butyllithium n-hexane solution (1.53 mol /
L) for 30 minutes. After that, it was thoroughly washed with n-hexane. The thickness of the electrode D thus produced was 61 μm including the titanium foil.

【0027】比較例4 実施例3と同様の方法で作製したDMcT−PAn−N
MP溶液をチタン箔上に塗布し、乾燥させた後、実施例
4と同様のn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液で処
理した。こうして作製した電極D’の厚みは、チタン箔
を含めて59μmであった。
Comparative Example 4 DMcT-PAn-N prepared in the same manner as in Example 3
The MP solution was applied on a titanium foil and dried, and then treated with the same n-butyl lithium n-hexane solution as in Example 4. The thickness of the electrode D ′ thus produced was 59 μm including the titanium foil.

【0028】上記の実施例1〜4の電極A〜D、および
比較例1〜4の電極A’〜D’をそれぞれ厚み0.3m
mの金属リチウム負極、及びセパレータ層と組み合わせ
て2×2cm角の電池A〜D及びA’〜D’を構成し
た。セパレータ層には、厚み0.6mmのゲル電解質を
用いた。ゲル電解質は、LiBF4を1M溶解した容積
比1:1で混合したプロピレンカーボネートとエチレン
カーボネートの混合溶液20.7gをポリアクリロニト
リル3.0gでゲル化して得たものである。これらの電
池を20℃において0.2mAの一定電流、4.65〜
2.0Vの範囲で繰り返し充放電させた。各充放電サイ
クルでの放電容量を測定して、充放電サイクルの進行に
伴う放電容量の減少の程度により充放電サイクル特性を
評価した。その結果を表1に示す。
The electrodes A to D of Examples 1 to 4 and the electrodes A 'to D' of Comparative Examples 1 to 4 were each 0.3 m thick.
The batteries A to D and A ′ to D ′ each having a size of 2 × 2 cm were formed in combination with the metallic lithium negative electrode of m and the separator layer. For the separator layer, a gel electrolyte having a thickness of 0.6 mm was used. The gel electrolyte was obtained by gelling 20.7 g of a mixed solution of propylene carbonate and ethylene carbonate in which LiBF 4 was dissolved in 1 M at a volume ratio of 1: 1 with 3.0 g of polyacrylonitrile. These batteries were charged at a constant current of 0.2 mA at 20 ° C.
The battery was repeatedly charged and discharged in a range of 2.0 V. The discharge capacity in each charge / discharge cycle was measured, and the charge / discharge cycle characteristics were evaluated based on the degree of decrease in the discharge capacity with the progress of the charge / discharge cycle. Table 1 shows the results.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1より、本発明に従う実施例のリチウム
二次電池では、比較例のリチウム二次電池に較べ、放電
容量が大きく、また充放電サイクルの進行に伴う放電容
量の低下が小さいことがわかる。図1は、実施例1、2
および比較例1、2の電極を用いた電池A、B、A’、
B’の充放電第5サイクル目の放電容量に対する放電電
圧を示す。横軸が放電容量(単位:mAh)、縦軸が電
池電圧(単位:V)を表す。図1より、本発明による電
極を用いて構成した電池A、Bは、放電容量が増加して
も、比較的平坦な放電電圧を示し、3.5V近辺から
2.5V近辺へとなだらかに電圧が降下している。一
方、比較例の電池A’は、放電容量の増加とともに放電
電圧が急激に降下している。また、電池B’は、放電容
量は大きいが、2V近辺での放電電圧で平坦な挙動を示
している。図2は、実施例3、4および比較例3、4の
電極を用いた電池C、D、C’、D’の充放電第5サイ
クル目の放電電圧を示す。図から明らかなように、本発
明によるリチウム二次電池が、3.5〜2.5Vの間で
比較的平坦な電圧を持ち、高容量であるという良好な結
果を示している。以上の表1および図1、2から明らか
なように、本発明によるリチウム二次電池は、3V級の
電圧を保ちながら高容量を保持し、充放電を繰り返して
も電気容量の低下しない、すなわち充放電サイクルが良
好な電池を得ることができることがわかる。
Table 1 shows that the lithium secondary battery of the example according to the present invention has a larger discharge capacity and a smaller decrease in the discharge capacity as the charge / discharge cycle progresses, as compared with the lithium secondary battery of the comparative example. Understand. FIG.
And batteries A, B, A ′ using the electrodes of Comparative Examples 1 and 2,
The discharge voltage with respect to the discharge capacity of the fifth cycle of charge and discharge of B ′ is shown. The horizontal axis represents the discharge capacity (unit: mAh), and the vertical axis represents the battery voltage (unit: V). From FIG. 1, it can be seen that the batteries A and B using the electrodes according to the present invention exhibited a relatively flat discharge voltage even when the discharge capacity was increased, and showed a gentle voltage from around 3.5 V to around 2.5 V. Is descending. On the other hand, in the battery A 'of the comparative example, the discharge voltage sharply drops as the discharge capacity increases. Battery B 'has a large discharge capacity, but shows a flat behavior at a discharge voltage around 2V. FIG. 2 shows the discharge voltage of the fifth cycle of charging and discharging of batteries C, D, C ′, and D ′ using the electrodes of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4. As is apparent from the figure, the lithium secondary battery according to the present invention has a relatively flat voltage between 3.5 and 2.5 V, and has a good result of high capacity. As is clear from the above Table 1 and FIGS. 1 and 2, the lithium secondary battery according to the present invention maintains a high capacity while maintaining a voltage of 3 V class, and does not decrease in electric capacity even after repeated charging and discharging. It can be seen that a battery having a good charge / discharge cycle can be obtained.

【0031】なお、上記の実施例においては、負極に金
属リチウムを用いたが、本発明におけるリチウム二次電
池は、正極活物質内に最初からリチウムを含んでいるの
で、炭素等のリチウムを含有しない負極を用いて電池を
構成しても上記の特性は失われることはない。また、実
施例においては、リチウムチオレート化合物としてDM
cTを出発原料としたが、その他の有機ジスルフィド化
合物や有機トリスルフィド化合物、有機テトラスルフィ
ド化合物、およびその他のチオール化合物やこれらの混
合物を出発原料として用いても同様の効果が得られる。
さらに、実施例においては、導電性高分子としてポリア
ニリンを用いたが、その他のポリピロール、ポリアセ
ン、ポリチオフェン、ポリアセチレンやこれらの混合物
を用いることもできる。また、正極活物質に電子伝導性
物質や有機高分子バインダーを混合しても本発明の効果
が損なわれることはない。また、チオール化合物および
単体硫黄のリチウム化処理には、ブチルリチウムを用い
たが、その代わりにフェニルリチウムを用いたり、他の
手法での処理でも同様の効果が得られる。
In the above embodiment, lithium metal was used for the negative electrode. However, since the lithium secondary battery of the present invention contains lithium in the positive electrode active material from the beginning, it contains lithium such as carbon. The above characteristics are not lost even if a battery is formed using a negative electrode which is not used. Further, in the examples, as the lithium thiolate compound, DM
Although cT was used as a starting material, similar effects can be obtained by using other organic disulfide compounds, organic trisulfide compounds, organic tetrasulfide compounds, other thiol compounds, and mixtures thereof as starting materials.
Furthermore, in the examples, polyaniline was used as the conductive polymer, but other polypyrrole, polyacene, polythiophene, polyacetylene, and mixtures thereof can also be used. Further, even if an electron conductive material or an organic polymer binder is mixed with the positive electrode active material, the effect of the present invention is not impaired. In addition, butyllithium is used for the lithiation treatment of the thiol compound and elemental sulfur, but the same effect can be obtained by using phenyllithium instead, or by a treatment using another method.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、充放電中
における正極活物質の正極内からの散逸や単離を軽減
し、リチウムチオレート化合物の電圧特性と硫化リチウ
ムの高容量特性を保持し、3V級の平坦な放電電圧を持
つ、高エネルギー密度リチウム二次電池を得ることがで
きる。
As described above, according to the present invention, dissipation and isolation of the positive electrode active material from the inside of the positive electrode during charging and discharging are reduced, and the voltage characteristics of the lithium thiolate compound and the high capacity characteristics of lithium sulfide are improved. A high-energy-density lithium secondary battery that retains and has a 3V-class flat discharge voltage can be obtained.

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

【図1】本発明の実施例1、2および比較例1、2の電
極を用いた電池の充放電第5サイクル目の放電特性を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the discharge characteristics of the fifth cycle of charge / discharge of a battery using the electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.

【図2】本発明の実施例3、4および比較例3、4の電
極を用いた電池の充放電第5サイクル目の放電特性を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the discharge characteristics of the fifth cycle of charging and discharging of batteries using the electrodes of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 宏夢 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 外邨 正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA01 AA02 BA01 BA03 BA09 BB02 BB04 BB06 BB14 BB33 BB35 5H014 AA02 AA06 BB00 BB01 BB06 BB08 EE02 EE03 EE05 EE10 5H029 AJ02 AJ03 AK11 AK16 AK18 AM03 AM05 AM07 AM16 CJ02 CJ08 CJ22 DJ09 EJ12  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hiromu Matsuda 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Toyoguchi ▲ Yoshi ▼ Toku 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.F-term (reference) EE03 EE05 EE10 5H029 AJ02 AJ03 AK11 AK16 AK18 AM03 AM05 AM07 AM16 CJ02 CJ08 CJ22 DJ09 EJ12

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極、負極、およびリチウム塩を含む非
水電解質を具備し、前記正極が、リチウムチオレート化
合物及びチオール化合物からなる群より選択される少な
くとも1種の化合物と硫化リチウムとを含有することを
特徴とするリチウム二次電池。
1. A positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, wherein the positive electrode contains at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound, and lithium sulfide. A lithium secondary battery.
【請求項2】 正極が、さらに導電性高分子を含有する
請求項1記載のリチウム二次電池。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode further contains a conductive polymer.
【請求項3】 正極が、さらに硫黄を含む請求項1また
は2記載のリチウム二次電池。
3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode further contains sulfur.
【請求項4】 リチウムチオレート化合物が、リチウム
化ジスルフィド化合物、リチウム化トリスルフィド化合
物、及びリチウム化テトラスルフィド化合物からなる群
より選択される請求項1〜3のいずれかに記載のリチウ
ム二次電池。
4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium thiolate compound is selected from the group consisting of a lithiated disulfide compound, a lithiated trisulfide compound, and a lithiated tetrasulfide compound. .
【請求項5】 チオール化合物が、ジスルフィド化合
物、トリスルフィド化合物、及びテトラスルフィド化合
物からなる群より選択される請求項1〜3のいずれかに
記載のリチウム二次電池。
5. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the thiol compound is selected from the group consisting of a disulfide compound, a trisulfide compound, and a tetrasulfide compound.
【請求項6】 前記負極の活物質が、電池構成時にはリ
チウムを含有していない請求項1記載のリチウム二次電
池。
6. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material does not contain lithium when the battery is configured.
【請求項7】 リチウムチオレート化合物及びチオール
化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合
物、前記化合物を溶解する溶媒、および硫化リチウムを
均一に混合する工程を含むリチウム二次電池用正極の製
造方法。
7. A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a step of uniformly mixing at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound, a solvent for dissolving the compound, and lithium sulfide. Production method.
【請求項8】 前記溶媒が、テトラヒドロフラン、ジメ
チルホルムアミドおよびN−R−2−ピロリドン(Rは
水素またはアルキル基を表す)からなる群より選択され
る請求項7記載のリチウム二次電池用正極の製造方法。
8. The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 7, wherein the solvent is selected from the group consisting of tetrahydrofuran, dimethylformamide, and NR-2-pyrrolidone (R represents hydrogen or an alkyl group). Production method.
【請求項9】 (a)リチウムチオレート化合物および
チオール化合物からなる群より選択される少なくとも1
種の化合物をN−R−2−ピロリドン(Rは水素または
アルキル基を表す)に溶解する工程、(b)得られた溶
液に硫化リチウムを混合する工程、および(c)得られ
た混合物を導電性基板上に塗布し、不活性ガス中あるい
は真空中で加熱する工程を有するリチウム二次電池用正
極の製造方法。
9. At least one member selected from the group consisting of (a) a lithium thiolate compound and a thiol compound
Dissolving a species compound in NR-2-pyrrolidone (R represents hydrogen or an alkyl group), (b) mixing lithium sulfide with the obtained solution, and (c) mixing the obtained mixture. A method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a step of coating on a conductive substrate and heating in an inert gas or vacuum.
【請求項10】 (a)リチウムチオレート化合物およ
びチオール化合物からなる群より選択される少なくとも
1種の化合物をN−R−2−ピロリドン(Rは水素また
はアルキル基を表す)に溶解する工程、(b)得られた
溶液に単体硫黄を混合する工程、(c)得られた混合物
を導電性基板上に塗布し、不活性ガス中あるいは真空中
で加熱する電極を作製する工程、および(d)得られた
電極中のチオール化合物および単体硫黄をリチウム化処
理する工程を有するリチウム二次電池用正極の製造方
法。
10. (a) dissolving at least one compound selected from the group consisting of a lithium thiolate compound and a thiol compound in NR-2-pyrrolidone (R represents hydrogen or an alkyl group); (B) a step of mixing elemental sulfur with the obtained solution, (c) a step of applying the obtained mixture on a conductive substrate and preparing an electrode to be heated in an inert gas or in a vacuum, and (d) A) a method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a step of lithiating a thiol compound and elemental sulfur in the obtained electrode.
【請求項11】 (a)チオール化合物をN−R−2−
ピロリドン(Rは水素またはアルキル基を表す)に溶解
する工程、(b)得られた溶液に硫化リチウムを混合す
る工程、(c)得られた混合物を導電性基板上に塗布
し、不活性ガス中あるいは真空中で加熱して電極を作製
する工程、(d)得られた電極中のチオール化合物をリ
チウム化処理する工程を有するリチウム二次電池用正極
の製造方法。
11. The method according to claim 11, wherein (a) the thiol compound is NR-2-
Dissolving in pyrrolidone (R represents hydrogen or an alkyl group), (b) mixing lithium sulfide with the obtained solution, (c) applying the obtained mixture on a conductive substrate, and applying an inert gas A method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery, comprising: a step of preparing an electrode by heating in a medium or a vacuum; and (d) a step of lithiating a thiol compound in the obtained electrode.
【請求項12】 (b)工程に先立って、(a)工程で
得られた溶液に導電性高分子を添加する工程を有する請
求項9、10または11記載のリチウム二次電池用正極
の製造方法。
12. The method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 9, further comprising a step of adding a conductive polymer to the solution obtained in the step (a) prior to the step (b). Method.
JP11117804A 1999-04-26 1999-04-26 Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode Pending JP2000311684A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11117804A JP2000311684A (en) 1999-04-26 1999-04-26 Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode
US09/557,420 US6576370B1 (en) 1999-04-26 2000-04-21 Positive electrode and lithium battery using the same
DE60001377T DE60001377T2 (en) 1999-04-26 2000-04-25 Positive electrode, process for its manufacture and lithium battery using the same
KR10-2000-0021905A KR100371663B1 (en) 1999-04-26 2000-04-25 Positive electrode, method of producing the same and lithium battery using the same
EP00108784A EP1050914B1 (en) 1999-04-26 2000-04-25 Positive electrode, method of producing the same and lithium battery using the same
CNB001081764A CN1134080C (en) 1999-04-26 2000-04-26 Anode, its manufacturing method and lithium battery using said anode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11117804A JP2000311684A (en) 1999-04-26 1999-04-26 Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000311684A true JP2000311684A (en) 2000-11-07

Family

ID=14720699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11117804A Pending JP2000311684A (en) 1999-04-26 1999-04-26 Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000311684A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003514356A (en) * 1999-11-12 2003-04-15 モルテック・コーポレーション lithium battery
KR100387394B1 (en) * 2001-06-12 2003-06-18 삼성에스디아이 주식회사 Organopolysulfide, cathode active material comprising the same and lithium battery employing the cathode active material
JP2003208897A (en) * 2002-01-16 2003-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lithium battery and manufacturing method thereof
US6692870B2 (en) 2000-04-25 2004-02-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode active material and lithium secondary battery
US7524583B2 (en) 2001-12-21 2009-04-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Non-aqueous electrolytic secondary battery
JP2014089964A (en) * 2005-03-22 2014-05-15 Oxis Energy Ltd Lithium sulfide battery and manufacturing method thereof
WO2014084182A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 日東電工株式会社 Electricity storage device, electrode used therein, and porous sheet
JP2014135218A (en) * 2013-01-11 2014-07-24 Toyota Central R&D Labs Inc Battery
US8993166B2 (en) 2007-02-08 2015-03-31 Sony Corporation Anode active material and battery

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003514356A (en) * 1999-11-12 2003-04-15 モルテック・コーポレーション lithium battery
US6692870B2 (en) 2000-04-25 2004-02-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode active material and lithium secondary battery
KR100387394B1 (en) * 2001-06-12 2003-06-18 삼성에스디아이 주식회사 Organopolysulfide, cathode active material comprising the same and lithium battery employing the cathode active material
US7524583B2 (en) 2001-12-21 2009-04-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Non-aqueous electrolytic secondary battery
JP2003208897A (en) * 2002-01-16 2003-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lithium battery and manufacturing method thereof
JP2014089964A (en) * 2005-03-22 2014-05-15 Oxis Energy Ltd Lithium sulfide battery and manufacturing method thereof
US8993166B2 (en) 2007-02-08 2015-03-31 Sony Corporation Anode active material and battery
WO2014084182A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 日東電工株式会社 Electricity storage device, electrode used therein, and porous sheet
JP2014135218A (en) * 2013-01-11 2014-07-24 Toyota Central R&D Labs Inc Battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6174621B1 (en) Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysulfur materials and electrolytic cells containing same
JP4231411B2 (en) Electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery including the same
KR100276656B1 (en) Solid type secondary battery composed of thin film composite anode
CN1327548C (en) Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
US6228532B1 (en) Lithium secondary cell
US20040058232A1 (en) Negative electrode for lithium battery and lithium battery comprising same
EP0797264B1 (en) Electrode including organic disulfide compound and method of producing the same
KR100371663B1 (en) Positive electrode, method of producing the same and lithium battery using the same
KR100283926B1 (en) High capacity composite electrode and secondary battery using same
US5665492A (en) Composite Electrode including organic disulfide compound, method of producing the same, and lithium secondary battery utilizing the same
KR100305669B1 (en) A lithium polymer secondary battery comprising a positive electrode made of a metal composite cathode material
JP2003208897A (en) Lithium battery and manufacturing method thereof
JP2000311684A (en) Lithium secondary battery and manufacture of its positive electrode
EP0818839A2 (en) Composite electrode containing an organic disulfide compound and method for producing the same
JP2007265712A (en) Electrode and storage element using it
US6309778B1 (en) Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysulfur materials and electrolytic cells containing same
JPH08203530A (en) Combined electrode, manufacture thereof and lithium secondary battery
JP2001266885A (en) Composite electrode composition, its manufacturing method and lithium battery
JPH08124570A (en) Polymer electrode, manufacture thereof and lithium secondary battery
JP3444463B2 (en) Electrode containing organic disulfide compound and method for producing the same
JP2016219372A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor
JP2001266849A (en) Complex electrode and lithium battery
JP2001223010A (en) Nonaqueous secondary battery
JPH09106820A (en) Charging and discharging method of secondary battery having cathode containing organic disulfide compound
JPH10241661A (en) Electrode containing organic disulfide compound and manufacture thereof