JP2001210328A - リチウムイオン２次電池 - Google Patents

リチウムイオン２次電池

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lithium ion
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクル特性の向上したリチウムイオン２次
電池を提供する。 【解決手段】 負極側集電箔１０上に形成された負極活
物質１２と正極側集電箔１４上に形成された正極活物質
１６とをセパレータ１８を介して対向配置したリチウム
イオン２次電池であって、正極活物質１６としてＬｉ7
Ｔｉ5Ｏ12を使用し、負極活物質１２としてＬｉ4Ｔｉ5
Ｏ12を使用した。これにより、正極、負極の結晶構造の
変化を小さくでき、結晶粒子の微細化による内部抵抗の
上昇を抑制でき、リチウムイオン２次電池のサイクル特
性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン２
次電池のサイクル特性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、リチウムイオン２次電池の正
極には、活物質としてコバルト酸リチウム、マンガン酸
リチウム、ニッケル酸リチウム等のリチウム−金属酸化
物が使用されていた。これに対して、負極活物質として
は黒鉛等の炭素質材料が用いられることが多いが、スピ
ネル型のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）を使用す
ることにより、リチウムイオン２次電池のサイクル特性
がさらに向上することが見いだされた。
【０００３】たとえば、特開平１０−３１２８２６号公
報にも、上記のようなチタン酸リチウムを負極活物質と
したリチウムイオン２次電池の例が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の正
極活物質では、必ずしもリチウムイオン２次電池のサイ
クル特性が十分とはいえなかった。特に、正極活物質と
してマンガン酸リチウムやニッケル酸リチウムを使用し
た場合には、充放電動作時にマンガンあるいはニッケル
が溶出し、内部抵抗の上昇により、サイクル特性が悪化
しやすいという問題があった。
【０００５】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、サイクル特性の向上したリチ
ウムイオン２次電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、リチウムイオン２次電池であって、正極
活物質としてＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12が含まれていることを特徴
とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。
【０００８】図１には、本発明に係るリチウムイオン２
次電池の構成の断面図が示される。図１において、負極
側集電箔１０上には、負極活物質１２が形成されてお
り、正極側集電箔１４には、正極活物質１６が形成され
ている。これら正極及び負極は、セパレータ１８を介し
て対向配置されている。
【０００９】本実施形態においては、負極活物質１２と
してＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12が使用されている。また、正極活物
質１６には、Ｌｉ7Ｔｉ5Ｏ12またはＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12とＬ
ｉ4Ｔｉ5Ｏ12との混合物が使用されている。ここで、Ｌ
ｉ7Ｔｉ5Ｏ12は、ＬｉＯＨ、ＴｉＯ2等を出発物質とし
て、固相法で焼成し合成することができる。また、正極
にリチウム箔、負極にＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12を用いたリチウム
イオン２次電池を作製し、この電池を充電すれば、負極
のＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12に正極からリチウムイオンが取り込ま
れ、負極がＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12となる。したがって、このリ
チウムイオン２次電池を解体し、上記負極を取り出せ
ば、Ｌｉ7Ｔｉ5Ｏ12を得ることができる。
【００１０】このようなＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12は、Ｌｉ4Ｔｉ5
Ｏ12にＬｉ（リチウム）をドープした状態となっている
ので、リチウムイオン２次電池の正極活物質として使用
することができる。すなわち、充電時にはＬｉ7Ｔｉ5Ｏ
12がリチウムを放出しＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12となる。また、放
電時には正極に生じたＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12がリチウムを受け
取りにＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12戻る。なお、負極のＬｉ4Ｔｉ5Ｏ
12は、充放電に応じて正極と反対の反応をする。
【００１１】以上より、正極活物質としてＬｉ7Ｔｉ5Ｏ
12を含んだ物質を使用し、負極活物質としてＬｉ4Ｔｉ5
Ｏ12を使用した場合に、正負極のＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12の充放
電は下記の反応式であらわされる。
【００１２】
【化１】 上記反応においては、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12の結晶構造がほと
んど変化しない。このため、負極活物質と正極活物質の
結晶粒子が膨張収縮を繰り返して歪み、微細化すること
を防止できる。また、正極活物質Ｌｉ7Ｔｉ5Ｏ12は、マ
ンガン酸リチウムやニッケル酸リチウムと異なり、充放
電時に金属が溶出することもない。このため、正極及び
負極での結晶粒子の微細化あるいは金属溶出に基づく内
部抵抗の上昇等を抑制でき、リチウムイオン２次電池の
サイクル特性を大きく向上させることができる。
【００１３】図２には、正極活物質としてＬｉ7Ｔｉ5Ｏ
12を使用し、負極活物質としてＬｉ 4Ｔｉ5Ｏ12を使用し
たリチウムイオン２次電池の容量維持率の変化の様子が
示される。図２からわかるように、リチウムイオン２次
電池の充放電サイクルを１０００回繰り返しても、初期
の容量をほぼ１００％維持していることがわかる。
【００１４】また、本実施形態のように、Ｌｉ7Ｔｉ5Ｏ
12とＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12の組み合わせによるリチウムイオン
２次電池は、１．５Ｖ級であるので、電解液に水系物質
を使用しても、水の電気分解が起こらない。これは、水
の電気分解は約１．５Ｖで起こるためである。このた
め、可燃性のある有機系電解液を使用する必要がなくな
る。このような水系電解液としては、ＬｉＣｌ水溶液、
ＬｉＮＯ3水溶液、Ｌｉ2ＳＯ4水溶液等がある。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正極活物質としてＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12を使用し、負極活物質
にＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12を使用するので、リチウムイオン２次
電池の充放電時において正極及び負極の結晶構造の変化
が小さく、結晶粒子の微細化による内部抵抗の上昇を抑
制できる。このため、リチウムイオン２次電池のサイク
ル特性を大きく向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るリチウムイオン２次電池の構成
の断面図である。
【図２】 本発明に係るリチウムイオン２次電池のサイ
クル特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ 負極側集電箔、１２ 負極活物質、１４ 正極側
集電箔、１６ 正極活物質、１８ セパレータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正極活物質としてＬｉ7Ｔｉ5Ｏ12が含ま
    れていることを特徴とするリチウムイオン２次電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100463285C (zh) * 2005-07-07 2009-02-18 株式会社东芝 非水电解质电池、电池组和汽车
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