JP2001052701A - リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池Info
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Abstract
電極及びリチウム二次電池を提供することを目的とす
る。 【解決手段】1.Li4Nb6O17を電極活物質として含
むリチウム二次電池用電極;2.Li4Nb6O17を電極
活物質とするリチウム二次電池用電極を負極として用い
たリチウム二次電池;3.Li4Nb6O17を電極活物質
とするリチウム二次電池用電極を正極として用いたリチ
ウム二次電池。
Description
用電極(正極、負極)及びリチウム二次電池に関するも
のである。
パソコンなど小型電子機器の電源として、近年その用途
を広げている。これらの用途に用いられているリチウム
二次電池は、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニ
ッケル・水素電池などの二次電池と比較して、高電圧、
高エネルギー密度が得られるという特徴をもつ。
れているのは、電子機器が小型軽量化されるなかで、そ
の電源として小型軽量化が可能な高エネルギー密度なリ
チウム二次電池が適しているからである。
望まれており、電子デバイスのいっそうの集積化が必要
となっている。このような高密度集積デバイスを高電圧
で動作させようとしても、デバイス内での発熱が大きす
ぎ、設計不可能となる問題が生じつつある。そこで、電
子デバイス内の発熱量を減少させるなどの目的のため、
動作電圧を1V乃至3Vに低電圧化することにより電子
デバイスの消費電力を抑える技術開発が進められてい
る。低電圧化された電子デバイスが電子機器に用いられ
た場合、現在の高電圧リチウム二次電池では電子機器を
駆動することができない。高電圧リチウム二次電池で低
電圧の電子デバイスを動作させることは、電子機器内に
電圧調整を行なう付加装置を設けることにより可能では
あるが、付加装置を設けることは機器の小型軽量化を妨
害するものである。即ち、現在の高電圧リチウム二次電
池は、低電圧化が進む電子デバイスを動作させることが
できず、さらには今後の電子機器の小型軽量化に適さな
い。従って、低電圧を提供できる高容量の二次電池が必
要とされる。
であるがゆえに、従来から用いられてきた低電圧のニッ
ケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池、あるいは
マンガン乾電池との電圧互換性がない。そのため、電池
形状に互換性をもたせたとしても、低電圧電池を単電池
として用いている従来の電気機器にそのまま適用するこ
とはできない。そこで、リチウム二次電池のほとんど
は、新規に開発された個々の電気機器においてのみ使用
できる専用の単電池あるいは組電池として製品化されて
いる。即ち、現在のリチウム二次電池には、単電池ある
いは組電池として様々な形状あるいは電圧をもつものが
あり、製品としての汎用性に欠けると言う欠点がある。
そしてこのことは、現在のリチウム二次電池が低電圧を
提供できないことによるところが大きい。
できれば、低電圧化された電子デバイスを動作させるこ
とができるため電子機器の小型軽量化に有用であり、ま
た、従来の低電圧電池との電圧互換性をもたせることが
可能であるため汎用性の高い電池となり、その使用用途
をさらに広げることができる。ところで、現在のリチウ
ム二次電池が高電圧であるのは、その正極および負極に
用いられている電極活物質に原因がある。
出、吸蔵することができる金属酸リチウム等が適用され
ている。これまでにLiCoO2、LiNiO2、LiM
n2O4等リチウムに対して3V以上の高い充放電電位を
示すものが正極活物質として用いられている。
ては、リチウム金属が高いエネルギー密度が得られるた
め好ましい。しかし、電池の充放電に伴い負極上に針状
析出が発生し、これが内部短絡や容量低下の原因となっ
て電池機能の喪失や低下を招くという問題がある。この
問題を解決する活物質として、現在、リチウムイオンを
放出、吸蔵することができる炭素材料、リチウム合金等
が適用されている。これら負極活物質は、一般にリチウ
ムに対して1V以下、特に0.1V以下の充放電電位を
示す。
負極活物質との充放電電位差によって決まる。例えば、
炭素材料を負極活物質に、LiCoO2を正極活物質に
用いた場合の電池電圧は、約3.6Vとなる。実際に、
いくつかの活物質の組み合わせによってリチウム二次電
池が実用化されているが、前記のとおり、現在の負極活
物質はリチウムに対して0.1V以下の充放電電位を、
正極活物質はリチウムに対して3V以上の充放電電位を
示すため、電池電圧は2.9V以上の高電圧となってい
る。
り低電圧のリチウム二次電池を提供することはできず、
低電圧リチウム二次電池を実現するためには、新規な電
極活物質が必要となる。
電圧を得ることが可能なリチウム二次電池用電極及びリ
チウム二次電池を提供することを目的とする。
次電池用電極活物質として適用できる材料について鋭意
研究を重ねた結果、Li4Nb6O17がリチウムを高容量
に吸蔵、放出することができ、かつ、従来の負極活物質
に比べ高電位で、また、従来の正極活物質に比べ低電位
で作動することを見出し、この知見に基づいて本発明を
なすに至った。
電池用電極及びリチウム二次電池に係るものである。 1.Li4Nb6O17を電極活物質として含むリチウム二
次電池用電極。 2.Li4Nb6O17を電極活物質とするリチウム二次電
池用電極を正極として用いたリチウム二次電池。 3.Li4Nb6O17を電極活物質とするリチウム二次電
池用電極を負極として用いたリチウム二次電池。
物質として含まれるLi4Nb6O17は、例えば、K2C
O3とNb2O5を空気中1200℃で加熱し反応させた
生成物K4Nb6O17を、LiCl水溶液中90℃で、例
えば1週間程度攪拌した後、ろ別乾燥することにより得
ることができる。
4Nb6O17を電極活物質として含み、必要に応じて導電
剤、結着剤、溶媒、その他の添加物等の公知のリチウム
二次電池用電極材料を適宜配合することができる。ま
た、公知のリチウム二次電池用電極の製法と同様にして
作製することができる。
としてアセチレンブラック、グラファイト、カーボンブ
ラック等の導電性粉体を、結着剤としてポリテトラフル
オロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等の樹脂類
を配合することができる。この混合物を、例えば、ニッ
ケルやステンレス等の支持体上に圧着成型することによ
り、電極を形成できる。
Vの充放電電位を示し、リチウム二次電池の負極及び正
極のいずれにも適用することができる。
極を正極または負極として用いるほかは、公知のリチウ
ム二次電池の電池要素を採用することにより構成するこ
とができる。
質を有機溶媒に溶解したものが使用できる。リチウム含
有電解質としては、LiClO4、LiBF4、LiPF
6、LiAsF6等を、1種または2種以上で用いること
ができる。有機溶媒としては、プロピレンカーボネー
ト、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシフラ
ン、エチレンカーボネート等を、1種または2種以上で
用いることができる。
次電池を場合は、その負極として公知のリチウム二次電
池の負極として採用されているものも採用することがで
きる。例えば、リチウム、リチウム合金等を含む電極を
負極として用いることができる。例えば、リチウムを含
む電極を負極として用いることにより、1.7Vの低電
圧リチウム二次電池を構成することが出来る。
ウム二次電池を構成する場合は、その正極として公知の
リチウム二次電池の正極として採用されているものも採
用することができる。例えば、LiCoO2、LiNi
O2、LiMn2O4等を含む電極を正極として用いるこ
とができる。例えば、リチウムに対して3.6Vの充放
電電位を示すLiCoO2を含む電極を正極として用
い、リチウムに対して1.7Vの充放電電位を示す本発
明電極を負極として用いた場合は、その電位差である
1.9Vの低電圧リチウム二次電池が構成される。ま
た、リチウムに対して3.5Vの充放電電位を示すLi
NiO2を含む電極あるいはリチウムに対して3.8V
の充放電電位を示すLiMn2O4を含む電極を正極とし
て用い、本発明電極を負極として用いた場合は、1.8
Vあるいは2.1Vの低電圧リチウム二次電池が構成さ
れる。
なリチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池を提供
することであるが、本発明の電池は低電圧が得られるの
ものに限定されるものではない。即ち、本発明の電極の
対極として、高電圧を得るに適当な電極を用いることに
より、高電圧なリチウム二次電池を提供することもでき
る。
極、負極のどちらにも用いることができるため、リチウ
ム二次電池の正負極電極の組み合わせを多様化すること
ができ、低電圧を含む多様な電池電圧を実現することが
できる。
供することが可能であるため、従来の低電圧電池との互
換性をもたせることができ、汎用性の高い電池を提供す
ることができる。また、低電圧電子デバイスの駆動にも
適している。
説明する。
合し、空気中1200℃で15分加熱した後、急冷する
ことにより粉末状のK4Nb6O17を得た。K4Nb6O17
は、Akihiko, Kudoら、Journal of Catalysis 111, 67-
76 (1988)に記載される公知物質である。このK4Nb6
O171.5gを、1モル/リットル濃度のLiCl水溶
液100ml中90℃で1週間攪拌した後ろ別し、再び
上述の攪拌ろ別を行なった後、ろ別したものを真空中3
00℃で24時間乾燥させて、試料Li4Nb6O17(以
下「試料1」とする)を得た。
た。まず、試料1とアセチレンブラックならびにポリテ
トラフルオロエチレン粉末を重量比90:5:5の割合
で混合し、混練した後、シート状に成型し、ニッケルメ
ッシュ上に圧着した。これを、真空中24時間乾燥させ
て、試験電極1を得た。
組み立てた。対極には、リチウム金属をニッケルメッシ
ュに圧着して作製した電極を用いた。電解液には、Li
ClO4をエチレンカーボネートとジエチルカーボネー
トの体積比1:1の混合溶媒に1モル/リットル濃度で
溶解させた溶液を使用した。
1に示す。図1から明らかなように、1.7Vの安定な
電位と150mAh/g以上の高容量が得られることが
わかる。
低電圧電池と電圧互換性があり、汎用性に優れた電池で
あることがわかる。また、駆動電圧が1乃至2Vの電子
デバイスの電源としても使用することができる。
すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】Li4Nb6O17を電極活物質として含むリ
チウム二次電池用電極。 - 【請求項2】請求項1に記載の電極を正極として用いた
リチウム二次電池。 - 【請求項3】請求項1に記載の電極を負極として用いた
リチウム二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11222199A JP2001052701A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11222199A JP2001052701A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2001052701A true JP2001052701A (ja) | 2001-02-23 |
Family
ID=16778702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11222199A Pending JP2001052701A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | リチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001052701A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016066592A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-28 | トヨタ自動車株式会社 | 負極活物質、ナトリウムイオン電池およびリチウムイオン電池 |
US9614223B2 (en) | 2014-09-19 | 2017-04-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Anode active material, sodium ion battery and lithium ion battery |
US10256465B2 (en) | 2017-03-22 | 2019-04-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active material, electrode, secondary battery, battery pack, and vehicle |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP11222199A patent/JP2001052701A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016066592A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-28 | トヨタ自動車株式会社 | 負極活物質、ナトリウムイオン電池およびリチウムイオン電池 |
US9614223B2 (en) | 2014-09-19 | 2017-04-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Anode active material, sodium ion battery and lithium ion battery |
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