JP2001110455A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池

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JP2001110455A
JP2001110455A JP28978299A JP28978299A JP2001110455A JP 2001110455 A JP2001110455 A JP 2001110455A JP 28978299 A JP28978299 A JP 28978299A JP 28978299 A JP28978299 A JP 28978299A JP 2001110455 A JP2001110455 A JP 2001110455A
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Japan
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positive electrode
lifepo
electrolyte
electrolyte battery
battery
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JP28978299A
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Atsuo Yamada
淳夫 山田
Takeshi Horie
毅 堀江
Shinichiro Yamada
心一郎 山田
Kazuhiro Noda
和宏 野田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高容量化や低コスト化を実現しながら、環境
対応性や安全性の問題を解決する。 【解決手段】 リチウムを可逆的に吸蔵,放出する負極
と、正極と、電解質とを備えた非水電解質電池が開示さ
れる。正極は、一般式LixyPO4 (ただし、式中、
xは0≦x≦2、yは0.8≦y≦1.2である。ま
た、Mは3d遷移金属を含む成分である。)で表される
化合物を含有する。電解質は、シロキサン誘導体を含有
する。正極に含まれるLixyPO4 は、粒子径が10
μm以下のものを含むことが好ましい。また、正極に含
まれるLixyPO4 は、10%体積累積径が1μm以
下であることが好ましい。LixyPO4 としては、例
えばLiFePO4 である

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、秩序型オリビン構
造を有する化合物を正極活物質とする非水電解質電池に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、種々の電子機器の飛躍的進歩とと
もに、長時間便利に、且つ経済的に使用できる電池とし
て、再充電可能な二次電池の研究が進められている。代
表的な二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、
リチウム二次電池等が知られている。
【0003】上記のような二次電池の中でも、特に、リ
チウム二次電池は、高出力、高エネルギー密度等の利点
を有している。リチウム二次電池は、リチウムイオンを
可逆的に吸蔵,放出可能な活物質を有する負極や正極
と、非水電解質とから構成される。
【0004】そして、一般に、リチウム二次電池の負極
活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウ
ムがドープされた導電性高分子、層状化合物(炭素材料
や金属酸化物等)等が用いられている。
【0005】また、正極活物質としては、金属酸化物、
金属硫化物、あるいはポリマー等が用いられ、例えばT
2S、MoS2、NbSe2、V25 等の非含リチウム
化合物や、LixMO2(M=Co、Ni、Mn、Fe
等)のようなLiを含んだ複合酸化物が提案されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のリチ
ウム二次電池においては、様々な課題が残されており、
それらの改善が要望されている。
【0007】例えば、従来のリチウム二次電池において
は、高エネルギー密度、高電圧が得られるとの観点か
ら、対Li4Vの電位を有するLiCoO2 が正極とし
て広く実用化されている。LiCoO2 は、様々な面で
理想的な正極材料であるが、Coは地球上に資源として
偏在し、且つ稀少であるため、多大なコストを要し、ま
た安定供給に問題があるといった問題があり、これに代
わる正極材料の開発が望まれている。
【0008】正スピネル型構造を有するLiMn2
4(空間群Fd3m)は、現状では唯一の4V級のMn
ベースの正極材料であり、その容易な合成法、電池容量
の点から非常に有望であり、既に一部実用化されてい
る。
【0009】しかしながら、実電池への応用を考えた場
合、高温保存時の容量劣化やMnの電解液中への溶解と
いうような安定性に関する問題、さらにはサイクル特性
に関する問題が未解決のまま残されている。
【0010】また、Mnよりも資源的に豊富で毒性に関
してもCo,Ni,Mn等よりも遙かに低いFeをベー
スにした正極材料が実現できれば非常に有用であると考
えられるが、これまでの検討では十分な特性は得られて
いない。これまでは、LiCoO2 やLiNiO2 と類
似な構造を有するLiFeO2 を基本組成とする材料の
検討が中心に行われてきたが、作製が困難な上に構造が
不安定であり、2次電池用正極活物質としては全く不十
分な特性しか実現されていない。
【0011】一方、電解液に関しても、従来、可燃性の
有機溶媒が使用されており、様々な問題を残している。
例えば、不用意な短絡時に急激に大電流が流れて発熱
し、これによって電解液が気化、分解を起こし、ガスを
発生するという問題がある。このようなガスの発生は、
電池の破損や破壊等につながる可能性がある。
【0012】その解決方法としては、電池内圧の上昇に
より開裂する安全弁や電流遮断装置を設ける等の対処が
なされている。
【0013】しかしながら、このような構造・機構の改
良では、いかなる問題にも対処できるとは限らず、電池
材料の抜本的な改善が必要になってきている。
【0014】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、高容量化や低コスト化を実現
しながら、環境対応性や安全性の問題を低減することが
可能な非水電解質電池を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、リチウムを可逆的に吸蔵,放出する負
極と、一般式LixyPO4 (ただし、式中、xは0≦
x≦2、yは0.8≦y≦1.2である。また、Mは3
d遷移金属を含む成分である。)で表される化合物を含
有する正極と、電解質とを備え、上記電解質は、シロキ
サン誘導体を含有することを特徴とするものである。
【0016】良く知られるように、FeはCo,Ni,
Mn等の元素に比べると資源的に遙かに豊富であり、価
格も安く、無毒無害である。さらに、シロキサン誘導体
の主成分であるSiも地球上に極めて豊富に存在するこ
とも良く知られている。
【0017】したがって、LiFePO4 からなる正極
材料とシロキサン誘導体を含有する電解質とを組み合わ
せることにより、低コストで環境負荷や毒性が極めて低
い電気化学デバイスが実現される。
【0018】さらに、化学的安定性が高く、難燃性で且
つ低蒸気圧の無機高分子であるシロキサンを電解質材料
に用いることにより、電解液の気化、分解が抑制され、
同時に電池の破損、発火の危険性も抑制され、優れた電
池性能が達成される。
【0019】加えて、LiFePO4 の酸素はPと強固
に共有結合しているため、解離が極めて起こり難く、燃
焼反応を誘起し難いという特徴がある。したがって、上
記シロキサン誘導体が有する難燃性、低蒸気圧という性
質とも相俟って、極めて安全性の高い電池システムが構
築される。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した非水電解
質電池の構成について、図面を参照しながら詳細に説明
する。
【0021】本発明の非水電解質電池は、基本的な構成
要素として、正極、負極、電解質を備える。
【0022】そして、本発明においては、先ず、正極活
物質としてオリビン構造を有する化合物、すなわち一般
式LixyPO4 (ただし、式中、xは0≦x≦2、y
は0.8≦y≦1.2である。また、Mは3d遷移金属
を含む成分である。)で表される化合物を用いる。
【0023】LixyPO4で表される化合物として
は、例えば、LixFeyPO4、LixMnyPO4、Li
xCoyPO4、LixNiyPO4、LixCuyPO4、L
x(Fe,Mn)yPO4、Lix(Fe,Co)y
4、Lix(Fe,Ni)yPO4、Lix(Cu,M
n)yPO4、Lix(Cu,Co)yPO4、Lix(C
u,Ni)yPO4等が挙げられる。なお、各化合物にお
いて、括弧内の元素の組成比は任意である。
【0024】例えば、LiFePO4 は、体積密度が
3.6g/cm3 と大きく、3.4Vの高電位を発生
し、理論容量も170mAh/gと大きい。しかも、L
iFePO4 は、初期状態で、電気化学的に脱ドープ可
能なLiを、Fe原子1個当たりに1個含んでいるの
で、リチウムイオン電池の正極活物質として能力が極め
て高い。また、後述するように、このLiFePO4
簡便な方法で合成することができる。
【0025】ただし、上記LiFePO4 を実際の電池
の正極活物質として用いようとした場合、これまでの合
成法により得られるLiFePO4 では、60mAh/
g〜70mAh/g程度の実容量しか得られず、最大で
も120mAh/g程度の実容量が実現されるに過ぎな
い。理論容量が170mAh/gであることを考える
と、十分な容量が達成されているとは言い難い。
【0026】例えば、LiFePO4 とLiMn24
を比較した場合、LiMn24は、平均電圧が3.9V
であり、120mAh/gの容量を有し、さらに体積密
度が4.2g/cm3 であるから、LiFePO4 は、
LiMn24と比較して電圧、体積密度ともに1割程度
小さいことになる。このため、同じ120mAh/gの
容量を有するLiFePO4 は、LiMn24よりも重
量エネルギー密度で1割以上、体積エネルギー密度で2
割以上小さくなってしまう。
【0027】従って、LiFePO4 でLiMn24
同等レベルあるいはそれ以上のエネルギー密度を実現す
るためには、140mAh/gあるいはそれ以上の容量
が要求されるが、LiFePO4 でこのような高容量は
これまで実現されていない。
【0028】また、LiFePO4 は、従来、合成原料
となるFe源として酢酸鉄Fe(CH3COO)2等の2
価の鉄の塩を用い、還元環境下にて800℃という比較
的高温で加熱されることにより合成されている。合成時
の加熱温度が高いと、その分エネルギーを消費すること
になり、また、反応装置等に与える負荷も大きい。
【0029】さらに、800℃という比較的高温で加熱
されることにより合成されたLiFePO4 は、結晶化
が過剰に進行してしまう。このため、非水電解質電池の
正極活物質に用いたとき、LiFePO4 粒子内でのリ
チウムの拡散が十分に起こらず、十分に高い容量を得る
ことができない虞れがある。
【0030】これらの問題を解消すべく、種々の検討を
重ねた結果、LixyPO4 としては、粒子径が10μ
m以下であるものを含むものを用いるのが良いことがわ
かった。正極活物質が含有するLixyPO4 として、
粒子径が10μm以下であるLixyPO4 を含まない
場合には、粒度分布が適切でないため、電荷担体である
リチウムが正極活物質の粒子内において十分に拡散する
ことができないものと推測している。
【0031】また、LixyPO4 は、10%体積累積
径が1μm以下であることが好ましい。10%体積累積
径が1μmより大きい場合には、LixyPO4 は、結
晶化が過度に進行し巨大粒子が大部分を占めてしまう虞
れがある。このように結晶化が過度に進行すると、電荷
担体であるリチウムが、正極活物質の粒子内において円
滑に拡散することができない虞れがある。
【0032】上述のような粒度分布を有するLixy
4 、例えばLiFePO4 は、以下に示すようにして
合成する。
【0033】先ず、合成原料として例えば酢酸鉄(Fe
(CH3COO)2)と、リン酸水素アンモニウム(NH
42PO4 )と、炭酸リチウム(Li2CO3)とを所定
比で混合して前駆体とする。ここで、合成原料の混合は
十分に行う。合成原料を十分に混合することで、各原料
が均一に混ざり合い、接触点が増えるため、従来よりも
低い温度でLiFePO4 を合成することが可能にな
る。
【0034】次に、この前駆体を窒素等の不活性ガス雰
囲気中、所定の温度で加熱することにより、LiFeP
4 が合成される。
【0035】従来、LiFePO4 は例えば800℃と
いう比較的高温で合成されていた。合成時の温度が高い
と、その分エネルギーを消費することになり、また、反
応装置等に与える負荷も大きかった。
【0036】そこで、合成原料を十分に混合して前駆体
とし、窒素気流中で加熱して合成を行うことにより、例
えば300℃という、従来の800℃に比べてはるかに
低い温度でLiFePO4 を合成することが可能とな
る。すなわち、従来に比べてより広い温度範囲でLiF
ePO4 を合成することが可能となり、合成時の温度の
選択の幅が広がる。
【0037】本発明者は、LiFePO4 を合成する際
に、前駆体を加熱する温度(以下、合成温度と称す
る。)と、LiFePO4 を活物質として用いた電池の
容量との関係に着目し、最適なLiFePO4の合成温
度について検討した。
【0038】その結果、LiFePO4 の合成温度は、
400℃以上、700℃以下の範囲とすることが好まし
いことがわかった。合成温度は400℃以上、600℃
以下の範囲であることがより好ましい。
【0039】LiFePO4 の合成温度が400℃より
も低いと、化学反応と結晶化が十分に進まず、均一なL
iFePO4 を得ることができない。また、LiFeP
4の合成温度が700℃よりも高いと、結晶化が過剰
に進行してしまい、不純物の析出が抑えられない虞れが
ある。
【0040】なお、上述した製造方法において、前駆体
を加熱合成する前に、前駆体に対して脱空気処理を施
し、前駆体中に含まれる空気を予め除去しておくことが
好ましい。
【0041】前駆体中に空気が残存していると、LiF
ePO4 の合成時に、2価の鉄化合物である酢酸鉄中の
Fe2+が、空気中の酸素によって酸化されてFe3+とな
ってしまう。その結果、不純物である3価の鉄化合物が
生成物のLiFePO4 中に混入してしまう。脱空気処
理により予め前駆体中に含まれる空気を除去すること
で、酢酸鉄中のFe2+の酸化を防ぐことができる。その
結果、3価の鉄化合物が生成物のLiFePO4 中に混
入せず、単相のLiFePO4 を得ることができる。
【0042】LiFePO4 の合成原料としては、上述
した化合物以外にも、水酸化リチウム、硝酸リチウム、
酢酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸第一鉄、酸化第
一鉄等、種々の原料を用いることができるが、400℃
以上、700℃以下という比較的低温で合成するために
は、反応性の高い原料を用いることが好ましい。
【0043】上述したような製造方法では、合成原料を
混合して前駆体とし、この前駆体を400℃以上、70
0℃以下の温度で加熱するので、化学反応と結晶化とが
均一に進行し、且つ結晶化が過度に進行しない。これに
より、不純物が無く、単相のLiFePO4 が得られ
る。このようにして合成されるLiFePO4 を正極活
物質として用いれば、LiFePO4 の理論容量である
170mAh/gに迫る高い実容量を実現することがで
きる。
【0044】なお、上記製造方法は、上述したようなL
iFePO4 に限らず、一般式LixyPO4 で表され
る化合物にも適用される。
【0045】一方、本発明においては、電解質が下記の
化2にて示されるシロキサン誘導体を含有する。
【0046】
【化2】
【0047】具体的には、下記の化3〜化5に示すよう
な構造を有するシロキサン誘導体を用いることができ
る。
【0048】
【化3】
【0049】
【化4】
【0050】
【化5】
【0051】上記シロキサン誘導体は、硅素と酸素の鎖
状結合を基本骨格にもち、硅素に1価の有機基が側鎖と
して付加された鎖状型シロキサン誘導体であり、化学的
安定性が高く、難燃性で低蒸気圧であるために熱化学的
安定性にも優れる無機高分子である。
【0052】電解質は、液状のいわゆる電解液であって
もよいし、固体電解質やゲル状電解質であってもよい。
【0053】電解質を電解液とする場合、シロキサン誘
導体には、粘度が比較的低い溶液状であり、且つ軽金属
塩を溶解し得る構造が求められる。すなわち、シロキサ
ン誘導体は、温度25℃における動粘性率が5000c
St(センチストークス)以下であり、平均分子量が1
0000以下であることが求められる。
【0054】さらに、電解液としては、温度25℃にお
ける導電率が0.1mS・cm-1以上であることがより
好ましい。
【0055】電解液として使用に耐え得る適正な粘度、
混合に適する溶解性は、化2で示されるシロキサン誘導
体におけるモノマーユニットD,D’の側鎖を適度に選
択することにより可能となる。特に、モノマーユニット
D’の側鎖は、エーテル結合を含むことが有利である。
また、D,D’及び置換基R中の水素は、フッ素、ホウ
素等のハロゲン元素で置き換えられていてもよい。
【0056】電解液の非水溶媒としては、例えばプロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカ
ーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−
ジエトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、3
−メチル1,3−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、
酪酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、ジプロピルカーボネート等を使用することができ
る。特に、電圧安定性の点からは、プロピレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロ
ピルカーボネート等の鎖状カーボネート類を使用するこ
とが好ましい。また、このような非水溶媒は、1種類を
単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いても
よい。
【0057】固体電解質(溶媒を全く含まない完全固体
電解質を含む。)やゲル電解質とする場合には、使用す
る高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、
アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマ
ー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイ
ド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポ
リマー等、若しくはフッ素系ポリマーとして、例えばポ
リ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフ
ルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン)、ポリ
(ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレ
ン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオ
ロエチレン)等、及びこれらの混合物が各種使用できる
が、勿論、これらに限定されるものではない。
【0058】また、互いに半相互侵入型高分子網目構造
を形成することが可能な2種以上の高分子化合物からな
る組成物を固体電解質やゲル電解質のマトリクスポリマ
ーとしてもよい。
【0059】このうち少なくとも1種の高分子化合物
は、化学的に架橋可能な官能基を有する化合物が当該架
橋点において架橋された第1の高分子化合物であり、他
の少なくとも1種の高分子化合物は、架橋可能な官能基
を有さず軽金属塩を溶解する第2の高分子化合物、すな
わち上記シロキサン誘導体である。
【0060】この組成物は、第1の高分子化合物の3次
元網目構造の基本骨格に、第2の高分子化合物であるシ
ロキサン誘導体が相溶した状態になっている。
【0061】一般に、第1の高分子化合物は架橋されて
いるので、機械的強度は強いが、架橋により分子運動が
抑制され、溶存イオンの移動度が小さくなり、イオン伝
導率は小さいという性質を有する。一方、第2の高分子
化合物は、架橋されていないので、分子の運動量が高
く、ガラス転移温度も低く、高いイオン伝導率を有する
が、機械的強度に劣るという性質を有している。
【0062】ここでは、第1の高分子化合物と第2の高
分子化合物とが半相互侵入型高分子網目構造を形成して
おり、それらの利点(強い機械的強度と高いイオン導電
率)がそれぞれ生かされる。すなわち、半相互侵入型高
分子網目構造においては、第1の高分子化合物と第2の
高分子化合物との間では化学結合が実質的に生じておら
ず、第2の高分子化合物の分子運動が抑制されることは
ない。また、第2の高分子化合物の結晶化が起こり難く
なるという相乗効果も加わり、広い温度範囲で各高分子
化合物単独の場合よりも高いイオン導電率が得られる。
さらに、第1の高分子化合物が構成する3次元網目構造
により強い機械的強度が得られる。
【0063】架橋による3次元網目構造としては、直鎖
状の化合物、あるいは分岐状の化合物の両末端、片末端
を架橋したもの、側鎖に架橋点を有する化合物を架橋し
たもの等、任意である。
【0064】ただし、上記の3次元網目構造において、
より高いイオン伝導率を実現するためには、ポリオキシ
アルキレンの分岐構造のようなエーテル結合を含む自由
末端側鎖を有していることが好ましい。
【0065】第1の高分子化合物の架橋構造としては、
エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合等が挙げら
れるが、勿論これに限らず用途等に応じて任意の架橋構
造を採用することができる。
【0066】このような第1の高分子化合物の具体例と
しては、下記の化6に示すジエステル化合物の重合体を
挙げることができる。
【0067】
【化6】
【0068】この場合、上述したような自由末端側鎖を
導入することを目的に、下記の化7に示すモノエステル
化合物を併用することが好ましい。
【0069】
【化7】
【0070】そのときのジエステル化合物とモノエステ
ル化合物の比率(モノエステル化合物/ジエステル化合
物)は、重量比で5.0以下とすることが好ましい。
【0071】上記電解質に溶解(相溶)させる軽金属塩
には、リチウム、ナトリウム、アルミニウム等の軽金属
の塩を使用することができ、電池の種類に応じて便宜定
めることができる。
【0072】例えば、リチウム若しくはリチウムイオン
二次電池を構成する場合には、LiBF4、LiCl
4、LiPF6、LiAsF6、CF3SO3Li、(C
3SO22NLi、C49SO3Li、CF3CO2
i、(CF3CO22NLi、C65SO3Li、C8
17SO3Li、(C25SO22NLi、(C49
2)(CF3SO2)NLi、(FSO264)(CF
3SO2)NLi、((CF32CHOSO22NLi、
(CF3SO23CLi、(C63(CF32−3,
5)4BLi、LiCF3、LiAlCl4等のリチウム
塩を使用することができる。
【0073】非水電解質電池は、上記正極、電解質の
他、負極等の構成要素を備えるが、他の構成要素は従来
のものと同様のものを用いることができる。
【0074】以下、ボタン型の電池を例にして、非水電
解質電池の構成要素について説明する。
【0075】ボタン型の非水電解質電池1は、図1に示
すように、負極2と、負極2を収容する負極缶3と、正
極4と、正極4を収容する正極缶5と、正極4と負極2
との間に配されたセパレータ6と、絶縁ガスケット7と
を備え、電解質として電解液を用いる場合には、負極缶
3及び正極缶5内に非水電解液が充填されてなる。固体
電解質やゲル電解質を用いる場合には、固体電解質層、
ゲル電解質層を負極2や正極4の活物質層上に形成す
る。
【0076】負極2は、負極集電体上に、負極活物質を
含有する負極活物質層が形成されてなる。負極集電体と
しては、例えばニッケル箔等が用いられる。
【0077】負極活物質としては、リチウムをドープ/
脱ドープ可能なものを用い、具体的には、金属リチウ
ム、リチウム合金、リチウムがドープされた導電性高分
子、層状化合物(炭素材料や金属酸化物など)等を用い
る。
【0078】負極活物質層に含有される結合剤として
は、この種の非水電解質電池の負極活物質層の結合剤と
して通常用いられている公知の樹脂材料等を用いること
ができる。負極活物質として例えば金属リチウム箔を用
いた場合には、上記結合剤は不要である。
【0079】負極缶3は、負極2を収容するものであ
り、また、非水電解質電池1の外部端子(負極)とな
る。
【0080】正極4は、正極集電体上に、先に説明した
LixyPO4 (例えばLiFePO4 )を正極活物質
として含有する正極活物質層が形成されてなる。
【0081】正極集電体としては、例えばアルミニウム
箔等が用いられる。
【0082】正極活物質層に含有される結合剤として
は、この種の非水電解質電池の正極活物質層の結合剤と
して通常用いられている公知の樹脂材料等を用いること
ができる。
【0083】正極缶5は、正極4を収容するものであ
り、やはり非水電解質電池1の外部端子(正極)とな
る。
【0084】セパレータ6は、正極4と、負極2とを離
間させるものであり、この種の非水電解質電池のセパレ
ータとして通常用いられている公知の材料を用いること
ができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが
用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー
密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄い
ことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは例
えば50μm以下が好ましい。なお、電解質として固体
電解質、ゲル電解質を用いた場合には、このセパレータ
6は必ずしも設けなくともよい。
【0085】絶縁ガスケット7は、負極缶3に組み込ま
れ一体化されている。この絶縁ガスケット7は、負極缶
3及び正極缶5内に充填された非水電解液の漏出を防止
するためのものである。
【0086】本発明に係る非水電解質電池は、一次電池
であってもよいし、二次電池であってもよい。また、円
筒型、角型、コイン型、ボタン型等、その形状について
は特に限定されることはなく、薄型、大型等、任意のサ
イズとすることができる。
【0087】
【実施例】以下、本発明の非水電解質電池について、具
体的な実験結果に基づいて説明する。
【0088】ここでは、オリビン型LiFePO4 を正
極活物質とする非水電解質二次電池を作製した。
【0089】LiFePO4 を合成するには、先ず、結
晶子サイズの大きい原料のリン酸二水素アンモニウム
(NH42PO4 )を予め十分に粉砕した。次に、酢酸
鉄(Fe(CH3COO)2)と、リン酸二水素アンモニ
ウム(NH42PO4 )と、炭酸リチウム(Li2
3)とを、モル比が2:2:1になるように十分に混
合して前駆体とした。
【0090】次に、窒素雰囲気下、前駆体を320℃で
12時間の仮焼きを行った後、窒素雰囲気下、前駆体を
550℃で24時間加熱することによりLiFePO4
を合成した。
【0091】上述したような方法により合成されたLi
FePO4 について、粉末X線回折パターンを測定し
た。粉末X線回折の測定条件は下記の通りである。
【0092】 使用装置:リガクRINT2500回転対陰極 X線:CuKα,40kV,100mA ゴニオメータ:縦型標準、半径185mm カウンタモノクロメータ:使用 フィルタ:使用しない スリット幅: ダイバージェントスリット(DS)=1° レシービングスリット(RS)=1° スキャッタリングスリット(SS)=1.5mm 計数装置:シンチレーションカウンタ 測定法:反射法、連続スキャン 走査範囲:2θ=10°〜80° スキャンスピード:4°/分 測定された粉末X線パターンを図2に示す。合成された
LiFePO4 においては、生成物中にLiFePO4
以外の不純物の存在は確認されず、単相のLiFePO
4 が得られていることがわかる。
【0093】そこで次に、上述のようにして得られたL
iFePO4 を正極活物質として用いて電池を作製し
た。
【0094】先ず、正極活物質(乾燥したLiFePO
4 )70重量%と、導電剤(アセチレンブラック)25
重量%と、結着剤(ポリフッ化ビニリデン)5重量%と
を秤取し、これを溶媒(ジメチルホルムアミド)中に投
入して均一に混合し、ペースト状の正極合剤を調製し
た。なお、ポリフッ化ビニリデンには、アルドリッチ社
製の#1300を用いた。
【0095】次に、この正極合剤を集電体となるアルミ
ニウムメッシュ上に塗布し、乾燥アルゴン雰囲気下、1
00℃で1時間乾燥して正極活物質層を形成した。
【0096】そして、正極活物質層が形成されたアルミ
ニウムメッシュを、直径15mmの円板状に打ち抜くこ
とによりペレット状の正極とした。なお、この正極1個
には60mgの活物質が担持されている。
【0097】次に、リチウム金属箔を正極と略同形に打
ち抜くことにより負極とした。
【0098】次いで、シロキサン1kgに対して1モル
のLiN(CF3SO2)2を溶解させることにより非水
電解液を調製した。
【0099】以上のようにして得られた正極を正極缶に
収容し、負極を負極缶に収容し、正極と負極との間にセ
パレータを配した。正極缶及び負極缶内に非水電解液を
注入し、正極缶と負極缶とをかしめて固定することによ
り、2025型のコイン型テストセルを作製した。
【0100】このテストセルについて、充放電試験を行
った。テストセルに対して4.0Vまでの定電流充電を
行った後、放電を行い、電池電圧が2.5Vまで低下し
た時点を放電終了とした。なお、充電、放電ともに常温
(23℃)で行い、充電、放電ともに電流密度は0.1
2mA/cm2 とした。
【0101】充放電特性を図3に示す。図3より、本実
施例のテストセルは良好な充放電特性を有することがわ
かる。
【0102】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、電池特性、経済性、環境対応性、安全性の
全てにおいて優れた非水電解質電池を実現することがで
き、実用上の利点は大きい。
【0103】また、本発明の非水電解質電池は、従来の
リチウムイオン電池よりも電圧が低めに設定されるた
め、IC等の駆動電圧の低下にも対応することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】非水電解質電池の一構成例を示す概略断面図で
ある。
【図2】合成されたLiFePO4 の粉末X線回折パタ
ーンを示す図である。
【図3】作製されたテストセルの充放電特性を示す特性
図である。
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 6/18 H01M 6/18 E (72)発明者 山田 心一郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 野田 和宏 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA03 AA04 AA10 BB05 BC06 BD00 BD02 5H014 AA02 EE10 HH00 HH06 5H024 AA12 CC03 FF11 FF15 FF16 FF17 FF18 FF21 FF32 FF38 GG01 5H029 AJ07 AJ12 AK03 AK05 AK16 AL02 AL06 AL12 AL16 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ12 DJ17 EJ03 HJ02 HJ05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを可逆的に吸蔵,放出する負極
    と、 一般式LixyPO4 (ただし、式中、xは0≦x≦
    2、yは0.8≦y≦1.2である。また、Mは3d遷
    移金属を含む成分である。)で表される化合物を含有す
    る正極と、 電解質とを備え、 上記電解質は、下記の化1で表されるシロキサン誘導体
    を含有することを特徴とする非水電解質電池。 【化1】
  2. 【請求項2】 上記正極は、粒子径が10μm以下のL
    xyPO4 を含むことを特徴とする請求項1記載の非
    水電解質電池。
  3. 【請求項3】 上記正極に含まれるLixyPO4 は、
    10%体積累積径が1μm以下であることを特徴とする
    請求項1記載の非水電解質電池。
  4. 【請求項4】 上記LixyPO4 は、LiFePO4
    であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電
    池。
  5. 【請求項5】 上記電解質は、互いに半相互侵入型高分
    子網目構造を形成することが可能な2種以上の高分子化
    合物を含み、これら高分子化合物のうちの1種が上記シ
    ロキサン誘導体であることを特徴とする請求項1記載の
    非水電解質電池。
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