JP2001185153A - 電極及び非水電解液二次電池 - Google Patents
電極及び非水電解液二次電池Info
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Abstract
用いて好適な電極を提供する。 【解決手段】 リチウム複合酸化物を主体とする活物質
を有する非水電解液二次電池に用いられる電極であっ
て、パンチングメタル若しくは金属箔の基体にチタン若
しくはチタンを主体とする合金の粉末を焼結して形成さ
れた多孔性の基板を芯体として用いたことを特徴とす
る。
Description
池の正極に用いて好適な電極、及びその電極を正極とし
て用いた非水電解液二次電池に関する。
二次電池の正極に用いられる芯体としては、以下に示す
ような様々なものが提案されている。
は、Alからなる3次元網目状多孔体を正極芯体として
用いることが提案されている。この公報では、発泡樹脂
の表面にAl金属の微粉末を塗布し、Alの融点である
660℃付近で熱処理することにより、発泡樹脂を除去
するとともに、焼結前のAl粉末とは異なる断面形状を
有する3次元網目状多孔体を形成し、これを芯体とし
て、活物質合剤ペーストを含浸塗着することにより空孔
内に活物質を充填して正極を形成している。
うな正極では、空孔内における活物質と芯体との接触状
態は悪く、良好な集電性が得られないという問題があ
る。
は、Al、Ti、ステンレスからなる発泡状金属又は繊
維状金属焼結体を芯体として用い、その芯体に活物質を
塗工することにより空孔内に活物質を充填した電極が示
されている。
極においても、芯体と活物質との接触状態は悪く、良好
な集電性が得られないという問題がある。
は、Ni、Al、炭素、ステンレスからなる導電性多孔
体に水酸化ニッケルを保持させた後、硝酸リチウム溶液
を含浸させる正極の製造方法が示されている。
法により製造された正極では、水酸化ニッケルの保持量
がばらつき、活物質におけるNiとLiのモル比を特性
的に優れた最適値に再現性よく制御することは困難であ
る。
欠点に鑑み為されたものであり、集電性に優れた電極を
提供することを目的とするものである。
動電圧が高く、高出力である非水電解液二次電池を提供
することを目的とするものである。
タン若しくはチタンを主体とする合金の粉末を焼結して
形成された多孔性の基板を芯体として用いたことを特徴
とする。
に優れ、この電極を正極として用いた非水電解液二次電
池では、作動電圧が高くなる。
酸化物を主体とする活物質を有する非水電解液二次電池
に用いられる電極であって、パンチングメタル若しくは
金属箔の基体にチタン若しくはチタンを主体とする合金
の粉末を焼結して形成された多孔性の基板を芯体として
用いたことを特徴とする。
に優れ、この電極を正極として用いたリチウム二次電池
では、作動電圧が高くなる。
体の空孔内に活物質を析出により充填したことを特徴と
する。
体と活物質の接触状態が良好となり、集電性が更に向上
する。
ム化合物と、ニッケル、コバルト、マンガンの少なくと
も1つを含む化合物との混合水溶液に前記芯体を含浸さ
せ、前記空孔内に前記活物質を析出させたことを特徴と
する。
リチウム化合物と、ニッケル、コバルト、マンガンの少
なくとも1つを含む化合物とが同時に析出されるため、
活物質におけるリチウムと、ニッケル、コバルト、マン
ガンの少なくとも1つの元素とのモル比を最適の範囲内
に再現性良く調整することができる。
孔性の基板の表面が、コバルト化合物若しくはインジウ
ム化合物で被覆されていることを特徴とする。
集電性が更に向上する。
ミニウム、ステンレス、ニッケルの少なくとも1つを含
む金属粉末を焼結して形成された多孔性の基板からなる
芯体を備え、該芯体を、リチウム化合物と、ニッケル、
コバルト、マンガンの少なくとも1つを含む化合物との
混合水溶液に含浸させることにより空孔内に活物質を析
出させたことを特徴とする。
活物質の接触状態が良好となり、集電性が向上する。
金属粉末はパンチングメタル若しくは金属箔からなる基
体に焼結される。基体の形状としては、粉末が焼結され
るのに適した平板状等の形状であれば良く、また、基体
の材質としては、ニッケル、アルミニウム、ステンレ
ス、チタン等が適している。
述の第1、第2又は第3の発明の電極を正極として用い
たことを特徴とする。
の集電性が向上し、作動電圧が高くなる。更に、集電性
が向上することによって電極内の電位分布が軽減され、
活物質の利用率も向上し、高容量となる傾向がある。
て説明する。
チレンオキサイド水溶液を混錬してスラリー状とし、厚
さ50μmのパンチングメタルに塗着、乾燥後、水素気
流中で焼結して多孔性チタン焼結基板からなる芯体を作
製した。この基板の多孔度(気孔率)は約80%、厚み
は0.7mmである。
基板からなる芯体を80℃、比重1.5の硝酸ニッケル
水溶液に浸漬し、乾燥させる工程を10回繰り返すこと
により、芯体の空孔内に硝酸ニッケルを析出させた。そ
の後、芯体を80℃で25%のNaOH水溶液に浸漬し
て前述の析出された硝酸ニッケルを水酸化ニッケルに変
化させた。さらに,この芯体を室温、1モル/lのNa
OH水溶液でアノード酸化し、水酸化ニッケルをオキシ
水酸化ニッケルに変化させた。その後、芯体を350℃
に保持した硝酸リチウムの溶融液に浸漬し、更に900
℃で20時間熱処理して、LiNiO2の組成からなる
活物質を形成させ、本発明の実施例1の正極を作製し
た。
リチウムとセパレータであるポリプロピレン製微多孔膜
を積層し、電解液であるLiPF6を1モル/l溶解させ
たプロピレンカーボネイトとジメトキシエタンの等モル
混合液を加え、電池缶に収納し、本発明の実施例1のコ
イン型のリチウム二次電池を作製した。尚、電池寸法は
直径24mm、厚み3mmである。
下の方法を用いること以外は、実施例1と同様にして実
施例2のリチウム二次電池を作製した。
比で1:1になるように調整した80℃、比重1.5の
混合水溶液に浸漬し、乾燥させ、芯体にニッケルとリチ
ウムをモル比で1:1含むようにした。この工程を10
回繰り返し、芯体の空孔内に、硝酸ニッケルと硝酸リチ
ウムとを同時に析出させた。これを900℃で20時間
熱処理して、LiNiO2の組成からなる活物質を形成
し、本発明の実施例2の正極を作製し、実施例2のリチ
ウム二次電池を作製した。
下の方法を用いること以外は実施例2と同様にして実施
例3のリチウム二次電池を作製した。
ニッケルと硝酸リチウムを析出させた後、炭酸ナトリウ
ム水溶液に浸漬し、硝酸塩を炭酸塩に変化させ、本発明
の実施例3の正極を作製し、実施例3のリチウム二次電
池を作製した。
施例3の炭酸ナトリウムの代わりに水酸化ナトリウムを
用いること以外は、実施例3と同様にして実施例4の正
極を作製し、実施例4のリチウム二次電池を作製した。
て、以下の方法を用いること以外は実施例2と同様にし
て実施例5のリチウム二次電池を作製した。
酸インジウム水溶液に浸漬、乾燥後、水酸化ナトリウム
水溶液に浸漬、空気中100℃で3時間熱処理すること
により、芯体表面をインジウム酸化物で被覆した。この
芯体に実施例2と同様にして活物質を充填して実施例5
の正極を作製し、実施例5のリチウム二次電池を作製し
た。
て、以下の方法を用いること以外は実施例5と同様にし
て実施例6のリチウム二次電池を作製した。
溶液の代わりに、硝酸コバルト水溶液に浸漬し、乾燥
後、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、100℃で3時
間熱処理することにより、芯体表面をコバルト酸化物で
被覆した。その他は、実施例5と同様にして実施例6の
正極を作製し、実施例6のリチウム二次電池を作製し
た。
下の方法を用いること以外は実施例2と同様にして実施
例7のリチウム二次電池を作製した。
マンガンと硝酸リチウムをモル比で1:1:1:3含む
80℃、比重1.5の混合水溶液に浸漬し、乾燥させ、
芯体にニッケルとコバルトとマンガンとリチウムをモル
比で1:1:1:3含むようにした。この工程を10回
繰り返し、芯体の空孔内に、硝酸ニッケルと硝酸コバル
トと硝酸マンガンと硝酸リチウムとを同時に析出させ
た。これを900℃で20時間熱処理して、LiNi
0.33Co0.33Mn0.33O2の組成からなる活物質を形成
し、実施例7の正極を作製し、実施例7のリチウム二次
電池を作製した。
わりアルミニウム粉末を用い、活物質を形成する際の熱
処理温度を900℃に代えて600℃とする以外は実施
例2と同様にして実施例8の正極を作製し、実施例8の
リチウム二次電池を作製した。
i粉末に代えてステンレス(SUS304)の粉末を用
いること以外は、実施例2と同様にして実施例9の正極
を作製し、実施例9のリチウム二次電池を作製した。
Ti粉末に代えてニッケルの粉末を用いること以外は、
実施例2と同様にして実施例10の正極を作製し、実施
例10のリチウム二次電池を作製した。
LiNiO2粉末からなるペーストを、芯体に塗着する
ことにより、芯体の空孔内に活物質を充填する。それ以
外は実施例2と同様にして実施例11の正極を作製し、
実施例11のリチウム二次電池を作製した。
タン粉末に代えてニッケル粉末を用いること以外は、実
施例1と同様にして比較例1の正極を作製し、比較例1
のリチウム二次電池を作製した。尚、これは、特開平9
−190815号公報に開示の技術とほぼ同様のもので
ある。
ルを用い、この芯体に活物質としてのLiNiO 2粉末
からなるペーストを塗着することにより、芯体の空孔内
に活物質を充填する。それ以外は実施例2と同様にして
比較例2の正極を作製し、比較例2のリチウム二次電池
を作製した。
径20μm)の焼結体を用いること以外は比較例2と同
様にして比較例3の正極を作製し、比較例3のリチウム
二次電池を作製した。尚、これは、特開平9-2133
07号公報に開示されているものとほぼ同様のものであ
る。
発泡樹脂にアルミニウムの粉末を塗着した後、600℃
で熱処理してポリウレタンを除去してなるアルミニウム
の焼結体(気孔率95%)を用いた。それ以外は比較例
2と同様にして比較例4の正極を作製し、比較例4のリ
チウム二次電池を作製した。尚、これは、特開平8-1
70126号公報に開示されているものとほぼ同様のも
のである。
(繊維径20μm)の焼結体を用いること以外は比較例
2と同様にして比較例5の正極を作製し、比較例5のリ
チウム二次電池を作製した。尚、これは、特開平9-2
13307号公報に開示されているものとほぼ同様のも
のである。
〜5のリチウム二次電池について、初期状態の電池容
量、作動電圧、及び100サイクル後の電池容量、作動
電圧を測定した。その結果を下記の表1に示す。
Aの充電電流で終止電圧4.3Vまで充電を行った後、
5mAの放電電流で終止電圧2.9Vまで放電を行う工
程を10サイクル行った状態を初期状態とし、この初期
状態の後、上記工程を100サイクル行った状態を10
0サイクル後の状態として測定を行った。
芯体の種類、活物質の充填方法、活物質の種類を併せて
記載している。
孔性のチタン焼結基板を用いた実施例1、2、3、4、
5、6、7及び11のリチウム二次電池は、比較例1、
2、3、4、5のリチウム二次電池よりも、初期におけ
る容量が大きく、作動電圧も高い。また、実施例1、
2、3、4、5、6、7及び11のリチウム二次電池
は、比較例1、2、3、4、5のリチウム二次電池より
も、100サイクル経過後においても、容量が大きく、
作動電圧も高い。
5、6、7及び11を比較すると、正極の芯体の空孔内
に活物質を充填する方法として、析出により空孔内に活
物質が形成された実施例1、2、3、4、5、6、7の
リチウム二次電池は、芯体に活物質のペーストを塗布し
た実施例11のリチウム二次電池よりも、初期状態、1
00サイクル後の両方において、容量が大きく、作動電
圧も高い。
と、実施例1のリチウム二次電池よりも実施例2のリチ
ウム二次電池の方が、初期における容量が大きく、作動
電圧が高い。しかも、実施例1のリチウム二次電池より
も実施例2のリチウム二次電池の方が、100サイクル
経過後の容量、作動電圧の低下も少ない。これは、実施
例2では、活物質を充填する際、硝酸ニッケルと硝酸リ
チウムを所定のモル比になるように調整した混合水溶液
を用いているため、硝酸ニッケルと硝酸リチウムとが同
時に析出され、活物質中においてLiとNiとが所望の
割合で均一性良く分布するためと考えられる。
リウム水溶液に浸漬させた実施例4のリチウム二次電池
では、初期状態、100サイクル後の両方において、容
量が大きく、作動電圧も高くなる。
施例5のリチウム二次電池、芯体表面をCo化合物で被
覆した実施例6のリチウム二次電池では、初期状態、1
00サイクル後の両方において、容量が大きく、作動電
圧も高くなる。
結果から判るように、活物質としては、LiNiO2に
限られず、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2を活物質
として用いた場合、容量及び作動電圧が更に向上する。
焼結基板以外であっても、芯体がアルミニウム粉末の焼
結基板、ステンレス粉末の焼結基板、或いはニッケル粉
末の焼結基板であり、硝酸ニッケルと硝酸リチウムとが
同時に析出された実施例8、9、10のリチウム二次電
池では、容量及び作動電圧が向上することが判る。
解液二次電池の正極に用いて好適な電極を提供し得る。
れ、初期状態から作動電圧が高く、サイクル経過後も作
動電圧の低下が少ない非水電解液二次電池を提供し得
る。
量で、サイクル経過後も容量の低下が少ない非水電解液
二次電池を提供し得る。
Claims (7)
- 【請求項1】 チタン若しくはチタンを主体とする合金
の粉末を焼結して形成された多孔性の基板を芯体として
用いたことを特徴とする電極。 - 【請求項2】 リチウム複合酸化物を主体とする活物質
を有する非水電解液二次電池に用いられる電極であっ
て、パンチングメタル若しくは金属箔の基体にチタン若
しくはチタンを主体とする合金の粉末を焼結して形成さ
れた多孔性の基板を芯体として用いたことを特徴とする
電極。 - 【請求項3】 前記芯体の空孔内に活物質を析出により
充填したことを特徴とする請求項1又は2記載の電極。 - 【請求項4】 リチウム化合物と、ニッケル、コバル
ト、マンガンの少なくとも1つを含む化合物との混合水
溶液に前記芯体を含浸させ、前記空孔内に前記活物質を
析出させたことを特徴とする請求項3記載の電極。 - 【請求項5】 前記多孔性の基板の表面が、コバルト化
合物若しくはインジウム化合物で被覆されていることを
特徴とする請求項1、2、3又は4記載の電極。 - 【請求項6】 チタン、アルミニウム、ステンレス、ニ
ッケルの少なくとも1つを含む金属粉末を焼結して形成
された多孔性の基体からなる芯体を備え、該芯体を、リ
チウム化合物と、ニッケル、コバルト、マンガンの少な
くとも1つを含む化合物との混合水溶液に含浸させるこ
とにより空孔内に活物質を析出させたことを特徴とする
電極。 - 【請求項7】 請求項1、2、3、4、5又は6記載の
電極を正極として用いたことを特徴とする非水電解液二
次電池。
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