JP2003187799A - 非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 正極活物質の電気抵抗を低減させて導電性を
高めることにより、特に高率放電特性を向上させること
ができる非水電解質電池の提供を目的としている。 【解決手段】 正極活物質を備えた正極5と、負極6
と、非水電解質とを備えた非水電解質電池において、上
記正極活物質として、LiMPO4 (MはCO、Ni、
Mn、Feから選ばれる少なくとも1種以上の元素から
構成される)で表されるオリビン型燐酸リチウムの一部
がフッ素で置換されたものを用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極活物質を備え
た正極と、負極と、非水電解質とを備えた非水電解質電
池に関し、特に正極活物質の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コバルト酸リチウム(LiCoO
2 )等のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一
方、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料を負極
材料とする非水電解質電池が、高容量化が可能な電池と
して注目されている。
【0003】現在、上記非水電解質電池の正極活物質と
しては上記コバルト酸リチウムが主流となっており、こ
のコバルト酸リチウムを正極活物質として用いた場合に
は、極めて優れた電池特性を有している。しかしなが
ら、コバルト酸リチウムを正極活物質として用いた場合
には、コバルト自体が高価であるということから生産コ
ストが上昇し、しかも過充電等の電池異常発生時におけ
る安全性が十分ではないといった課題がある。
【0004】そこで、このような課題を解決すべく、正
極活物質としてマンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウ
ム等を用いることも提案されているが、マンガン酸リチ
ウムを用いた場合には、放電容量が小さくなったり、高
温でマンガンが溶解する等の問題を生じる一方、ニッケ
ル酸リチウムを用いた場合には、放電電圧が低くなる等
の問題がある。このため、最近では、リチウム二次電池
の正極活物質として、LiCoPO4 やLiFePO4
等のオリビン型燐酸リチウム〔一般式は、LiMPO4
(MはCO、Ni、Mn、Feから選ばれる少なくとも
1種以上の元素から構成される)で表される〕が検討さ
れ始めている。
【0005】上記オリビン型燐酸リチウムは、核となる
金属元素Mの種類によって作動電圧が異なるため、電池
電圧を自由に制御できるという利点があり、且つ、理論
容量も140〜170mAh/g程度と比較的高いの
で、単位質量当たりの電池容量を大きくすることができ
るという利点もある。更に、金属元素Mとして鉄を用い
た場合には、鉄はコバルトに比べて産出量が多く安価で
あることから生産コストが低減し、コバルト酸リチウム
代替活物質としての期待度は高い。この為、特開平9−
134724号公報、特開平9−134725号公報、
特開2001−85010号公報等でリチウム二次電池
用の正極活物質材料として種々の検討がなされている。
【0006】しかしながら、オリビン型燐酸リチウムは
電池充放電時のリチウム脱挿入反応が遅く、先に示した
コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、或いはマン
ガン酸リチウム等に比べて電気抵抗が非常に高くなる。
このため、一定の電流を流すためには、コバルト酸リチ
ウム等と比べて高い電圧を加える必要があり(即ち、過
電圧が増大し)、その分だけ放電作動電圧が低下し、放
電容量も低下する。特に、大きな電流で放電する高率放
電特性においては、上記過電圧の増大により、著しく放
電作動電圧や放電容量が低下するといった課題を有す
る。これは、オリビン型燐酸リチウムにおけるP−Oの
結合が非常に強いことから、リチウムの挿入離脱に直接
関与するLi−Oの相互作用が相対的に弱くなって、リ
チウムが挿入離脱し難くなるという理由によるものと考
えられる。そこで、この問題を解決する手段として、特
開2001−110414号公報に示されるように、L
iFePO4 粉末に、導電性で且つ酸化還元電位がLi
FePO4 よりも貴な物質の粉末を担持して導電性を改
善する試みがなされている。しかしながら、この手法で
はLiFePO4 が合成された後に導電性材料を混合し
て焼結する為に、粒子の細部まで導電性を行き渡らせる
事が困難と考えられ、より導電性を高める手法が望まれ
ていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
課題を考慮してなされたものであって、正極活物質の電
気抵抗を飛躍的に低減させて導電性を高めることによ
り、特に高率放電特性を向上させることができる非水電
解質電池の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非水電解質電池は、正極活物質を備えた正
極と、負極と、非水電解質とを備えた非水電解質電池に
おいて、上記正極活物質として、LiMPO4 (MはC
O、Ni、Mn、Feから選ばれる少なくとも1種以上
の元素から構成される) で表されるオリビン型燐酸リチ
ウムの一部がフッ素で置換されたものを用いることを特
徴とする。上記構成の如く、オリビン型燐酸リチウムの
一部がフッ素で置換されていれば、リチウムの挿入離脱
が容易化する。この結果、放電特性(特に高率放電特
性)が飛躍的に向上する。
【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、上記LiMPO4 に対する上記フッ素の割
合が2質量%以下であることを特徴とする。上記のよう
に規制するのは、フッ素はオリビン型燐酸リチウムの結
晶の形態を変化させる要因となっているため、フッ素で
多量に置換した場合(2質量%を越えてフッ素で置換し
た場合)には、導電性は向上するが、活物質の形態その
ものが変化してしまうため、単位質量当りから取り出す
ことができるリチウムの量が減少するという理由によ
る。
【0010】また、上記目的を達成するために、本発明
の非水電解質電池は、正極活物質を備えた正極と、負極
と、非水電解質とを備えた非水電解質電池において、上
記正極活物質として、LiMPO4 (MはCO、Ni、
Mn、Feから選ばれる少なくとも1種以上の元素から
構成される)で表されるオリビン型燐酸リチウムのPO
4 の一部をSO4 で置換したLiM(PO41-X(S
4X を用いることを特徴とする。オリビン型燐酸リ
チウムのPO4 の一部をSO4 で置換したLiM(PO
4 1-X (SO4X を正極活物質として用いれば、S
4 の存在により、Pと強く結合していたOの存在割合
が減少し、代わりにPより結合性が弱いSと結合したO
の存在割合が増加する。これによりリチウムの挿入離脱
に直接関与するLi−Oの相互作用が相対的に強くなっ
て、オリビン型燐酸リチウムの一部をフッ素で置換した
場合と同様に、リチウムの挿入離脱が容易化して、放電
特性(特に高率放電特性)が飛躍的に向上する。
【0011】請求項4記載の発明は、請求項3記載の発
明において、上記LiM(PO4 1-X (SO4X
おけるXが0<X≦0.3に規制されることを特徴とす
る。上記のように規制するのは、SO4 は上記フッ素と
同様にオリビン型燐酸リチウムの結晶の形態を変化させ
る要因となっているため、SO4 で多量に置換した場合
(上記Xが0.3<Xの場合)には、導電性は向上する
が、活物質の形態そのものが変化してしまうため、単位
質量当りから取り出すことができるリチウムの量が減少
し、また、SO4 で多量に置換した場合には放電作動電
圧が低下する等の問題も生じるという理由による。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図1〜図
4に基づいて、以下に説明する。図1は本発明に係る非
水電解質二次電池の正面図、図2は図1のA−A線矢視
断面図、図3は本発明に係る非水電解質二次電池に用い
るアルミラミネート外装体の断面図、図4は本発明に係
る非水電解質二次電池に用いる電極体の斜視図である。
【0013】〔第1の形態〕図2に示すように、本発明
の薄型電池は電極体1を有しており、この電極体1は収
納空間2内に配置されている。この収納空間2は、図1
に示すように、アルミラミネート外装体3の上下端と中
央部とをそれぞれ封止部4a・4b・4cで封口するこ
とにより形成される。また、図4に示すように、上記電
極体1は、一部がフッ素で置換されたオリビン型燐酸リ
チウムから成る正極活物質を主体とする正極5と、天然
黒鉛から成る負極活物質を主体とする負極6と、これら
両電極を離間するセパレータ(図4においては図示せ
ず)とを偏平渦巻き状に巻回することにより作製され
る。
【0014】上記セパレータには、エチレンカーボネー
ト(EC)30体積%とジエチルカーボネート(DE
C)70体積%とから成る混合溶媒に、電解質塩(リチ
ウム塩)としてのLiPF6 を1M(モル/リットル)
の割合で添加した電解液が含浸されている。
【0015】また、図3に示すように、上記アルミラミ
ネート外装体3の具体的な構造は、アルミニウム層11
(厚み:30μm)の両面に、各々、変性ポリプロピレ
ンから成る接着剤層12・12(厚み:5μm)を介し
てポリプロピレンから成る樹脂層13・13(厚み:3
0μm)が接着される構造である。更に、上記正極5は
アルミニウムから成る正極リード7に、また上記負極6
は銅から成る負極リード8にそれぞれ接続され、電池内
部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部
へ取り出し得るようになっている。
【0016】ここで、上記構造の電池を、以下のように
して作製した。 (正極の作製)先ず、炭酸リチウム(Li2 CO3
と、酸化コバルト(CoO)と、五酸化二燐(P2
5 )とが量論比0.5:1.0:0.5となるように秤
量した後、メノー乳鉢を用いてよく混合し、更にこの合
剤に、合成が予想されるオリビン型燐酸リチウム(Li
CoPO4 )に対するフッ素量が2質量%となるように
フッ化リチウム(LiF)を添加し、大気中600℃で
15時間焼成してオリビン型燐酸リチウムの一部がフッ
素で置換された正極活物質(F置換LiCoPO4)得
た。次に、上記正極活物質であるF置換LiCoPO4
と、導電剤である炭素及びグラファイトとを90:5の
質量比で混合して正極合剤粉末とし、混合装置〔例え
ば、ホソカワミクロン製メカノフュージョン装置(AM
−15F)〕内に200gを充填する。これを、回転数
1500rpmで10分間作動させて、圧縮・衝撃・せ
ん断作用を起こさせて混合して混合正極活物質とする。
次いで、この混合正極活物質とフッ素系樹脂結着剤(P
VdF)との質量比が95:5となるように、N−メチ
ルピロリドン(NMP)溶剤中で両者を混合して正極合
剤スラリーを調製した。しかる後、この正極合剤スラリ
ーをアルミニウム箔の両面に塗着した後、乾燥、圧延し
て正極5を作製した。
【0017】(負極の作製)先ず、黒鉛より成る負極活
物質と、スチレン系結着剤との質量比が98:2となる
ように、N−メチルピロリドン溶剤中で両者を混合し
て、負極合剤スラリーを調製した。次に、この負極合剤
スラリーを銅箔から成る負極芯体の両面の全面にわたっ
て均一に塗布した後、乾燥、圧延して負極6を作製し
た。
【0018】(電極体の作製)上述のようにして作成し
た正極5と負極6とに、それぞれ正極リード7或いは負
極リード8を取り付けた後、両極5・6を、ポリエチレ
ン製のセパレータを介して重ね合わせた。しかる後、巻
き取り機により捲回し、更に、最外周をテープ止めし加
圧することにより偏平渦巻状の電極体1を作製した。
【0019】(電池の作製)先ず、シート状のアルミラ
ミネート材を用意した後、このアルミラミネート材にお
ける端部近傍同士を重ね合わせ、更に、重ね合わせ部を
溶着して、封止部4cを形成した。次に、この筒状のア
ルミラミネート材の収納空間2内に電極体1を挿入し
た。この際、筒状のアルミラミネート材の一方の開口部
から両集電タブ7・8が突出するように電極体1を配置
した。次に、この状態で、両集電タブ7・8が突出して
いる開口部のアルミラミネート材を溶着して封止し、封
止部4aを形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装
置を用いて行った。
【0020】次いで、エチレンカーボネート30体積%
とジエチルカーボネート70体積%とが混合された混合
溶媒に、電解質塩としてのLiPF6 が1Mの割合で添
加された電解液を調製し、この電解液を収納空間2内に
注入した。この後、上記封止部4aとは反対側のアルミ
ラミネート材の端部を溶着し、封止部4bを形成するこ
とにより非水電解質電池(電池容量:600mAh)を
作製した。
【0021】〔第2の形態〕炭酸リチウム(Li2 CO
3 )と、酸化コバルト(CoO)と、五酸化二燐(P 2
5 )と三硫化硫黄(S03 )とが量論比0.5:1.
0:0.45:0.05となるように〔後述のLiM
(PO41-X (SO4)X において、X=0.1とな
るように〕秤量した後、メノー乳鉢を用いてよく混合
し、大気中600℃で15時間焼成してオリビン型燐酸
リチウムのPO4 の一部がSO4 で置換された正極活物
質〔LiCo(PO4 0.9 (SO40.1 で表される
ものであり、また、上記LiM(PO41-X (S
4X を、以下、SO4 置換オリビン型燐酸リチウム
と称する〕を作製する他は、上記第1の形態と同様にし
て電池を作製した。 〔その他の事項〕 (1)負極活物質としては、上記黒鉛に限定するもので
はなく、グラファイト、コークス、酸化スズ、金属リチ
ウム、珪素、およびそれらの混合物等のリチウムイオン
を挿入離脱できうるものであれば良い。 (2)正極活物質と導電剤との混合は上記メカノフュー
ジョン法に限定するものではなく、これら材料をスラリ
ー状態で混合しても良く、また他の方法で混合しても良
い。 (3)電池の形状は上記アルミラミネートを用いた薄型
電池に限定するものではなく、外装缶に鉄やアルミニウ
ム材質を用いた角型や円筒型の電池にも適用しうること
は勿論であり、また、そのサイズについても特に制限は
ない。 (4)電解液としては上記のものに限定されるものでは
なく、リチウム塩としては、例えばLiClO4 、Li
BF4 、LiN(SO2 CF32 、LiN(SO2
252 、LiPF6-X (Cn F2n+1)x 〔但し、1
<x<6で、n=1又は2〕等が挙げられ、これらの1
種もしくは2種以上を混合して使用できる。リチウム塩
の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当り
0.2〜1.5モルであることが望ましい。また、電解
液の溶媒としては、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、ジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネ
ート、γ一ブチロラクトンなどが挙げられ、これらの1
種もしくは2種以上を混合して使用できる。これらの中
では、環状カーボネートと非環状(鎖状)カーボネート
とを混合して用いるのが望ましく、特に、環状カーボネ
ートとしてはエチレンカーボネートを、鎖状カーボネー
トとしてはジエチルカーボネートを用いることが望まし
い。 (5)本発明は、上記液系の電池に限定するものではな
く、ポリエーテル系固体高分子、ポリカーボネート系固
体高分子、ポリアクリロニトリル系固体高分子、又はこ
れらの2種以上からなる共重合体もしくは架橋した高分
子と、リチウム塩及び電解質を組合せてゲル状にした固
体電解質を用いたポリマー電池にも適用しうることは勿
論である。ここで、上記ポリマー電池の作製の一例を示
す。先ず、エチレンカーボネート30体積%とジエチル
カーボネート70体積%とが混合された混合溶媒に、電
解質塩としてのLiPF6 が1Mの割合で添加された電
解液を調製し、更に、ポリエチレングリコールジアクリ
レート(分子量:約300)と電解液とを質量比で1:
15となるように混合し、この混合液に重合開始剤とし
てのt−ヘキシルパーオキシピバレート5000ppm
添加したものを収納空間内に注液(5ml)した後、5
0℃で3時間加熱して硬化処理することにより作製す
る。尚、ポリエチレングリコールジアクリレートと電解
液との混合比率は上記の比率に限定するものではない
が、導電性や液保持性の点を考慮すると、質量比で1:
6〜1:25程度であることが望ましい。
【0022】
【実施例】(第1実施例) 〔実施例1〕実施例1としては、上記第1の形態と同様
にして作製した正極活物質を用いた。このようにして作
製した正極活物質を、以下、本発明正極活物質A1と称
する。
【0023】〔実施例2、3〕正極活物質の材料の一つ
である酸化コバルトの代わりに、それぞれ、酸化ニッケ
ル(NiO)、二酸化マンガン(MnO2 )を用いる他
は、上記実施例1と同様にして正極活物質(それぞれ、
F置換LiNiPO4 、F置換LiMnPO4)を作製
した。このようにして作製した正極活物質を、以下、そ
れぞれ本発明正極活物質A2、A3と称する。
【0024】〔実施例4〕正極活物質の材料の一つであ
る酸化コバルトの代わりにシュウ酸鉄(FeC25
2 O)を用い、且つ、五酸化二燐の代わりに燐酸二水
素アンモニウム〔(NH42 HPO4 ・4H2 O〕を
用いると共に、炭酸リチウムとシュウ酸鉄と燐酸二水素
アンモニウムとを、量論比0.5:1.0:1.0とな
るように秤量し、更に、大気中ではなくAr−H2 雰囲
気下で焼成する他は、上記実施例1と同様にして正極活
物質(F置換LiFePO4 )を作製した。このように
して作製した正極活物質を、以下、本発明正極活物質A
4と称する。
【0025】〔実施例5〕正極活物質の材料の一つであ
る酸化コバルトの代わりに二酸化マンガン(MnO2
とシュウ酸鉄(FeC25 ・H2 O)を用い、且つ、
五酸化二燐の代わりに燐酸二水素アンモニウム〔(NH
4 2 HPO4 ・4H2 O〕を用いると共に、炭酸リチ
ウムと二酸化マンガンとシュウ酸鉄と燐酸二水素アンモ
ニウムとを、量論比0.5:0.5:0.5:1.0と
なるように秤量し、更に、大気中ではなくAr−H2
囲気下で焼成する他は、上記実施例1と同様にして正極
活物質(F置換LiMn0.5 Fe0.5 PO4 )を作製し
た。このようにして作製した正極活物質を、以下、本発
明正極活物質A5と称する。
【0026】〔比較例1〜5〕フッ化リチウムを添加し
ない他は、それぞれ上記実施例1〜5と同様にして正極
活物質(それぞれ、LiCoPO4 、LiNiPO4
LiMnPO4 、LiFePO4 、LiMn0.5 Fe
0.5 PO4 で表される)を作製した。このようにして作
製した正極活物質を、以下、それぞれ比較正極活物質X
1〜X5と称する。
【0027】〔実験〕上記本発明正極活物質A1〜A5
及び比較正極活物質X1〜X5の粉体抵抗を四端子法に
て測定し、導電率を求めたので、その結果を表1に示
す。また、それぞれの正極活物質を用いて上記発明の実
施の形態と同様にして作製した正極と、対極及び参照極
としてのリチウム金属とを用い、4.3V〜2.85V
の電位領域での充放電を行って初期容量を求めたので、
その結果を表1に示す。尚、試験電流は1It(600
mA)にて行った。
【0028】
【表1】
【0029】表1から明らかなように、比較正極活物質
X1〜X5における導電率は3.6×10-9〜8.1×
10-9S/cmであるのに対して、本発明正極活物質A
1〜A5における導電率は1.9×10-7〜5.7×1
-7S/cmであり、本発明正極活物質A1〜A5は比
較正極活物質X1〜X5に比べて10-2S/cm以上導
電率を向上させることができることが分かった。このよ
うに、本発明正極活物質A1〜A5は導電性を向上させ
ることができることから、本発明正極活物質A1〜A5
は比較正極活物質X1〜X5に比べて、同一のM種を用
いた場合(例えば、本発明正極活物質A1と比較正極活
物質X1との対比した場合)、放電容量が増大している
ことが認められる。尚、放電容量は導電性のみに起因す
るものではないが、一般に、導電性が高いものほど放電
容量は高くなるので、上記のような実験結果が得られた
ものと考えられる。
【0030】ここで、従来の技術で説明したように、導
電性で且つ酸化還元電位がLiFePO4 よりも貴な物
質を導電助材として混合すれば、トータルの導電性は向
上するが、混合方法にも依存するが正極活物質に対して
5質量%程度混合しただけでは10-2S/cm程度しか
導電性を向上させることができない。また、導電助材の
量を多くすれば導電性は向上するが、導電助材の混合は
単位質量当りの正極容量を低下させる要因となる為、導
電助剤を余り多く添加することはできない。そこで、本
発明の如くF置換オリビン型燐酸リチウムを用いて、P
−O結合の影響を弱めることが出来れば、少ない添加量
で導電性を飛躍的に向上させることができることがわか
る。
【0031】参考までに、従来使用されている正極活物
質の導電性を同方法で測定した結果、コバルト酸リチウ
ムは1.0×10-4〜1.0×10-5S/cm程度であ
り、マンガン酸リチウムは1.0×10-5S/cm程度
であった。したがって、本発明により、コバルト酸リチ
ウム等の導電性に近づけることが可能となる。
【0032】(第2実施例) 〔実施例1〜4〕オリビン型燐酸リチウムに対するフッ
素量が、それぞれ、0.01質量%、0.1質量%、1
質量%、5質量%となるようにフッ化リチウムを添加す
る他は、上記第1実施例の実施例4と同様にして、正極
活物質を作製した。このようにして作製した正極活物質
を、以下、それぞれ本発明正極活物質B1〜B4と称す
る。
【0033】〔実験〕上記本発明正極活物質B1〜B4
の粉体抵抗と、初期容量を求めたので、その結果を表2
に示す。尚、実験条件は上記第1実施例の実験と同様の
条件であり、また、上記本発明正極活物質A4の結果に
ついても表2に併せて示す。
【0034】
【表2】
【0035】上記表2から明らかなように、フッ素置換
量の増加に伴い活物質の導電性が向上していくことが認
められる。しかしながら、フッ素はオリビン型燐酸リチ
ウムの結晶の形態を変化させる要因となっているため、
2質量%を越えてフッ素で置換した本発明正極活物質B
4では、活物質の形態そのものが変化してしまうため、
単位質量当りから取り出すことができるリチウムの量が
減少して、放電容量が減少していることが認められる。
したがって、フッ素置換量は2質量%以下であることが
望ましい。 (第3実施例) 〔実施例1〕実施例1としては、上記第2の形態と同様
にして作製した正極活物質を用いた。このようにして作
製した正極活物質を、以下、本発明正極活物質C1と称
する。
【0036】〔実施例2、3〕正極活物質の材料の一つ
である酸化コバルトの代わりに、それぞれ、酸化ニッケ
ル(NiO)、二酸化マンガン(MnO2 )を用いる他
は、上記実施例1と同様にして正極活物質〔それぞれ、
LiNi(PO40.9 (SO4)0.1 、LiMn(PO
4 0.9 (SO4)0.1 〕を作製した。このようにして作
製した正極活物質を、以下、それぞれ本発明正極活物質
C2、C3と称する。
【0037】〔実施例4〕正極活物質の材料の一つであ
る酸化コバルトの代わりにシュウ酸鉄(FeC25
2 O)を用い、且つ、五酸化二燐の代わりに燐酸二水
素アンモニウム〔(NH42 HPO4 ・4H2 O〕を
用いると共に、炭酸リチウムとシュウ酸鉄と燐酸二水素
アンモニウムと三硫化硫黄とを、量論比0.5:1.
0:0.9:0.1となるように〔LiM(PO4
1-X (SO4)X において、X=0.1となるように〕秤
量し、更に、大気中ではなくAr−H2 雰囲気下で焼成
する他は、上記実施例1と同様にして正極活物質〔Li
Fe(PO4 0.9 (SO4)0.1〕を作製した。このよ
うにして作製した正極活物質を、以下、本発明正極活物
質C4と称する。
【0038】〔実施例5〕正極活物質の材料の一つであ
る酸化コバルトの代わりに二酸化マンガン(MnO2
とシュウ酸鉄(FeC2 5 ・H2 O)を用い、且つ、
五酸化二燐の代わりに燐酸二水素アンモニウム〔(NH
4 2 HPO4 ・4H2 O〕を用いると共に、炭酸リチ
ウムと二酸化マンガンとシュウ酸鉄と燐酸二水素アンモ
ニウムと三硫化硫黄とを、量論比0.5:0.5:0.
5:0.9:0.1となるように〔LiM(PO4
1-X (SO4)X において、X=0.1となるように〕秤
量し、更に、大気中ではなくAr−H2 雰囲気下で焼成
する他は、上記実施例1と同様にして正極活物質〔Li
Mn0.5 Fe0.5 (PO4 0.9 (SO4)0.1 〕を作製
した。このようにして作製した正極活物質を、以下、本
発明正極活物質C5と称する。
【0039】〔比較例1〜5〕比較例としては、上記第
1実施例の比較例1〜5に示す比較正極活物質X1〜X
5を用いた。
【0040】〔実験〕上記本発明正極活物質C1〜C5
及び比較正極活物質X1〜X5の粉体抵抗と、初期容量
とを求めたので、その結果を表3に示す。尚、実験条件
は上記第1実施例の実験と同様の条件である。
【0041】
【表3】
【0042】表3から明らかなように、比較正極活物質
X1〜X5における導電率は3.6×10-9〜8.1×
10-9S/cmであるのに対して、本発明正極活物質C
1〜C5における導電率は3.6×10-6〜9.2×1
-6S/cmであり、本発明正極活物質A1〜A5は比
較正極活物質X1〜X5に比べて10-3S/cm程度導
電率を向上させることができることが分かった。このよ
うに、本発明正極活物質C1〜C5は導電性を向上させ
ることができることから、本発明正極活物質C1〜C5
は比較正極活物質X1〜X5に比べて、同一のM種を用
いた場合(例えば、本発明正極活物質C1と比較正極活
物質X1との対比した場合)、放電容量が増大している
ことが認められる。
【0043】尚、オリビン型燐酸リチウムのPO4 の一
部をSO4 で置換した本発明正極活物質C1〜C5は、
オリビン型燐酸リチウムの一部をフッ素で置換した本発
明正極活物質A1〜A5よりも、導電率が向上し、放電
容量も増大していることが認められる。
【0044】(第4実施例) 〔実施例1〜5〕LiM(PO41-X (SO4X
おけるXが、それぞれ、0.05、0.15、0.2、
0.3、0.5となるように三硫化硫黄を添加する他
は、上記第3実施例の実施例4と同様にして、正極活物
質を作製した。このようにして作製した正極活物質を、
以下、それぞれ本発明正極活物質D1〜D5と称する。
【0045】〔実験〕上記本発明正極活物質D1〜D5
の粉体抵抗と、初期容量とを求めたので、その結果を表
4に示す。尚、実験条件は上記第1実施例の実験と同様
の条件であり、また、上記本発明正極活物質C4の結果
についても表4に併せて示す。
【0046】
【表4】
【0047】上記表4から明らかなように、SO4 置換
量の増加に伴い活物質の導電性が向上していくことが認
められる。しかしながら、SO4 はオリビン型燐酸リチ
ウムの結晶の形態を変化させる要因となっているため、
LiM(PO41-X (SO 4X におけるXが0.5
の本発明正極活物質D4では、活物質の形態そのものが
変化してしまう。このため、単位質量当りから取り出す
ことができるリチウムの量が減少して、放電容量が減少
していることが認められる。また、上記表4には示さな
いが、本発明正極活物質D4では、結晶の形態の変化に
より、放電作動電圧の低下等も生じていた。したがっ
て、LiM(PO41-X (SO4X におけるXは0
<X≦0.3であることが望ましい。
【0048】〔第5実施例〕 〔実施例1〕実施例1としては、上記第1実施例の実施
例4で示した本発明正極活物質を用いて、上記実施の形
態における第1の形態で示した方法と同様の方法で電池
を作製した。尚、電池の製造に際しては、25℃で60
0mAhの電池容量となるように各電極における活物質
の塗布量を調整した。このようにして作製した電池の正
極活物質は、上記第1実施例の実施例4で示した本発明
正極活物質A4と同じであるので、上記のようにして作
製した電池を、以下、本発明電池a4と称する。
【0049】〔実施例2〕実施例2としては、上記第3
実施例の実施例4で示した本発明正極活物質を用いて、
上記実施の形態における第1の形態で示した方法と同様
の方法で電池を作製した。尚、電池の製造に際しては、
25℃で600mAhの電池容量となるように各電極に
おける活物質の塗布量を調整した。このようにして作製
した電池の正極活物質は、上記第3実施例の実施例4で
示した本発明正極活物質C4と同じであるので、上記の
ようにして作製した電池を、以下、本発明電池c4と称
する。
【0050】〔比較例〕フッ化リチウムを添加しない他
は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。尚、電
池の製造に際しては、25℃で600mAhの電池容量
となるように各電極における活物質の塗布量を調整し
た。このようにして作製した電池の正極活物質は、上記
第1実施例の比較例4で示した比較正極活物質X4と同
じであるので、上記のようにして作製した電池を、以
下、比較電池x4と称する。
【0051】〔実験〕上記本発明電池a4、c4及び比
較電池x4を下記の条件で充放電し、各電池の放電容量
を調べたので、その結果を表5に示す。2It及び3I
tでの放電容量については、1Itでの放電容量に対す
る比率を調べたので、その結果を表5の2It及び3I
tでの放電容量の下段に示している。 〔充放電条件〕 ・充電条件 充電電流1It(600mA)で電池電圧が4.2Vに
なるまで定電流で充電し、4.2Vに到達した後は電流
値が30mA以下になるまで定電圧で充電を行った。こ
の後、10分間休止した。 ・放電条件 それぞれ、放電電流1It(600mA)、放電電流2
It(1200mA)、放電電流3It(1800m
A)で電池電圧が2.75Vになるまで定電流で放電し
た。
【0052】
【表5】
【0053】上記表5から明らかなように、本発明電池
a4、c4は比較電池x4と比べて、1Itでの放電容
量は略同等であるが、2It及び3Itでの放電容量は
格段に増加していることが認められる。これは、本発明
電池a4、c4に用いた本発明正極活物質A4及びC4
は、比較電池x4に用いた比較活物質X4に比べて、正
極活物質の導電性が高いといことに起因するものと考え
られる。したがって、正極活物質の導電性を高めれば、
高率放電容量も増加するということが分かる。
【0054】
【発明の効果】以上で説明したように本発明によれば、
正極活物質の電気抵抗を飛躍的に低減させて導電性を高
めることにより、特に高率放電特性を向上させることが
できるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水電解質電池の正面図。
【図2】図1のA−A線矢視断面図。
【図3】本発明に係る非水電解質電池に用いるアルミラ
ミネート外装体の断面図。
【図4】本発明に係る非水電解質電池に用いる電極体の
斜視図。
【符号の説明】
1:電極体 2:収納空間 3:アルミラミネート外装体 5:正極 6:負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生川 訓 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ02 AK01 AL02 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ02 BJ14 EJ04 EJ12 HJ01 HJ02 5H050 AA02 AA12 BA16 BA17 CA01 CB02 CB08 CB09 CB12 EA10 EA24 HA01 HA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質を備えた正極と、負極と、非
    水電解質とを備えた非水電解質電池において、 上記正極活物質として、LiMPO4 (MはCO、N
    i、Mn、Feから選ばれる少なくとも1種以上の元素
    から構成される) で表されるオリビン型燐酸リチウムの
    一部がフッ素で置換されたものを用いることを特徴とす
    る非水電解質電池。
  2. 【請求項2】 上記LiMPO4 に対する上記フッ素の
    割合が2質量%以下である、請求項1記載の非水電解質
    電池。
  3. 【請求項3】 正極活物質を備えた正極と、負極と、
    非水電解質とを備えた非水電解質電池において、 上記正極活物質として、LiMPO4 (MはCO、N
    i、Mn、Feから選ばれる少なくとも1種以上の元素
    から構成される) で表されるオリビン型燐酸リチウムの
    PO4 の一部をSO4 で置換したLiM(PO41-X
    (SO4)X を用いることを特徴とする非水電解質電池。
  4. 【請求項4】 上記LiM(PO41-X (SO4X
    おけるXが0<X≦0.3に規制される、請求項3記載
    の非水電解質電池。
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